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高壓微射流均質(zhì)機(jī)選購指南（上）——主要參數(shù)篇

在確認(rèn)使用高壓微射流均質(zhì)機(jī)作為精細(xì)工藝的工具后，用戶們便開始面臨諸多產(chǎn)品選購的疑惑，比如：該選用多大壓力的設(shè)備？設(shè)備的處理流量應(yīng)該選擇多大？設(shè)備實(shí)際的處理能力是否能達(dá)到要求？以及最關(guān)鍵的：價(jià)格是否在預(yù)算范圍之內(nèi)等等。

本系列文章旨在于為有意向選購高壓微射流均質(zhì)機(jī)，但尚未確定適配參數(shù)和具體預(yù)算的用戶提供一些建議；幫助用戶梳理該類型設(shè)備的原理、核心軟硬件功能、參數(shù)意義等，從而能夠?qū)氋F的金錢花在刀刃上，最終選購得一款最適合自身的高壓微射流均質(zhì)機(jī)。

1. 均質(zhì)壓力

最大均質(zhì)壓力：

既選擇了高壓均質(zhì)設(shè)備，許多用戶便自然而然地將首要關(guān)注點(diǎn)放在了“設(shè)備能達(dá)到多高的壓力”上。其實(shí)，“高壓”僅是相對條件下的“因”，而“均質(zhì)效果”、“分散效果”才是需要實(shí)際考察的“果”。

設(shè)備是否能夠達(dá)到2000bar（29000psi）還是3000bar(45000psi)對于絕大多數(shù)行業(yè)的應(yīng)用而言并無太大意義，通常使用1000bar至1750bar（約15000psi至25000psi）并搭配優(yōu)質(zhì)的金剛石均質(zhì)腔（Y型75μm孔徑、Z型87μm孔徑），所產(chǎn)生的超高剪切力已經(jīng)能夠滿足物料的均質(zhì)、分散、乳化等要求，減小粒徑、降低粒徑分布效果顯著。

壓力穩(wěn)定：

微射流均質(zhì)機(jī)能夠立足于高附加值、復(fù)雜配方、高端制劑等應(yīng)用的根本，是其長時(shí)間持續(xù)穩(wěn)定而均勻的壓力輸出——配合固定孔徑的均質(zhì)腔從而使得樣品在均質(zhì)過程中受到的剪切力、碰撞力等工藝條件基本相同。

因此在選購時(shí)可細(xì)心對比觀察均質(zhì)過程中實(shí)際達(dá)到的壓力是否與設(shè)定的壓力值相符，最大偏差為多少psi？多久能穩(wěn)定？能穩(wěn)定多久？等等。

壓力輸出間隔：

高壓微射流均質(zhì)機(jī)以增壓模塊驅(qū)動(dòng)柱塞推動(dòng)物料，那么穩(wěn)定的壓力輸出與柱塞回拉、推動(dòng)的時(shí)間間隔息息相關(guān)。設(shè)計(jì)精良的微射流均質(zhì)機(jī)具備品質(zhì)更好的動(dòng)力傳輸裝置，能夠盡可能的減少柱塞回拉加壓過程中的“零壓力時(shí)間（zero pressure time）”，用戶在考察選購時(shí)須留心觀察此點(diǎn)，即柱塞每一次推動(dòng)的時(shí)間間隔不應(yīng)過長，孰優(yōu)孰劣當(dāng)下立判。

注：不斷反復(fù)的較長零壓力時(shí)間意味著微射流均質(zhì)機(jī)的看家本領(lǐng)（穩(wěn)定輸出壓力）將大打折扣，樣品則無法獲得充分的均質(zhì)效果，在處理量放大、工藝放大后將盡覽無疑；因零壓力而停留在均質(zhì)腔中遭受到的“烘烤”環(huán)境對于溫度敏感樣品而言無疑是毀滅性的破壞。（均質(zhì)腔內(nèi)部將因均質(zhì)壓力帶來不同程度的升溫）

2. 處理流量

在確認(rèn)比對均質(zhì)壓力相關(guān)的功能及參數(shù)后，隨之而來的便是：高壓微射流均質(zhì)機(jī)的產(chǎn)量多大？處理流量是多少？一批次樣品需要處理多久？等等問題。

那么實(shí)際運(yùn)行過程中，我們會(huì)遇到哪些值得關(guān)注的點(diǎn)呢？

參數(shù)流量：

通常設(shè)備標(biāo)注的參數(shù)上，處理流量的數(shù)值是以水為例。針對不同物料的具體流量與其自身濃度、粘度等有關(guān)，搭配不同規(guī)格孔徑的均質(zhì)腔亦是考量因素之一。均質(zhì)壓力穩(wěn)定與否也決定了處理流量的穩(wěn)定情況。

實(shí)際產(chǎn)量：

（1） 均質(zhì)效果

實(shí)驗(yàn)、生產(chǎn)過程中所能達(dá)到的實(shí)際產(chǎn)量還需結(jié)合工藝要求的“均質(zhì)次數(shù)”進(jìn)行考量，能夠“率先”達(dá)到目標(biāo)效果的設(shè)備無疑是優(yōu)選產(chǎn)品。

例如：在使用相同壓力、相同規(guī)格金剛石均質(zhì)腔，PSI-20及Nano兩款高壓微射流均質(zhì)機(jī)制備的樣品平均粒徑相差不大（如200nm±15nm），但在影響產(chǎn)品性質(zhì)、穩(wěn)定性、功能性的“尾端大顆粒（如1-10μm）”的分散效果方面，PSI-20總能夠比后者少一次均質(zhì)次數(shù)達(dá)到要求；某配方工藝下，使用高壓閥式均質(zhì)機(jī)需循環(huán)處理8次能夠達(dá)到要求，而高壓微射流均質(zhì)機(jī)僅需2次便能滿足……

（2） 連續(xù)運(yùn)行能力

考量實(shí)際產(chǎn)量的另一標(biāo)準(zhǔn)為連續(xù)運(yùn)行能力，小試、實(shí)驗(yàn)型高壓微射流均質(zhì)機(jī)由于硬件限制通常需要較長時(shí)間進(jìn)行增壓（意味著較長的零壓力時(shí)間）以達(dá)到高壓工況，往往連續(xù)運(yùn)行30至60分鐘時(shí)便需要停機(jī)冷卻。具備發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻循環(huán)功能的設(shè)備則無此煩惱，當(dāng)動(dòng)力系統(tǒng)達(dá)到一定溫度閾值時(shí)，外接的冷水或自來水便能夠確保發(fā)動(dòng)機(jī)油溫保持在適宜的工作溫度下，以使得設(shè)備進(jìn)行連續(xù)數(shù)小時(shí)的穩(wěn)定高壓運(yùn)行。

針對高壓微射流均質(zhì)機(jī)最核心的兩項(xiàng)參數(shù)——壓力、流量，相信大家此時(shí)心中已經(jīng)有了大致判斷。有關(guān)實(shí)際使用過程中可能遇到的使用效率及適配度問題，特此例舉兩點(diǎn)進(jìn)行收尾總結(jié)：

微量研發(fā)：事實(shí)上微量樣品的均質(zhì)面臨著非常苛刻的條件——1.樣品如何很好的預(yù)處理、分散？2.均質(zhì)壓力尚未穩(wěn)定達(dá)到設(shè)定值，樣品已經(jīng)循環(huán)1次完畢。3.桌面型微射流均質(zhì)機(jī)（通常為流量3-10L/h）的壓力輸出間隔較長，如何確保工藝的穩(wěn)定？等等（關(guān)于微量樣品的高壓微射流均質(zhì)，我們將另起一文進(jìn)行討論）。

因此筆者建議除稀有、珍貴樣品外，盡可能多準(zhǔn)備一些樣品，并選用壓力更為穩(wěn)定、輸出間隔更短，同時(shí)能夠控制死體積量的“中試”設(shè)備進(jìn)行研發(fā)實(shí)驗(yàn)（各行業(yè)定義小試、中試、生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)不同）。

小規(guī)模生產(chǎn)：若樣品需要較多次數(shù)的均質(zhì)，且用戶希望能夠穩(wěn)定達(dá)到每小時(shí)數(shù)升的產(chǎn)量時(shí)，則不建議選購流量為15L/h（250ml/min）以下的“實(shí)驗(yàn)型微射流均質(zhì)機(jī)”進(jìn)行小規(guī)模生產(chǎn)。低流量狀態(tài)下的循環(huán)制備及停機(jī)需求不僅使得實(shí)際產(chǎn)量大打折扣，同時(shí)更為頻繁的總使用次數(shù)將使設(shè)備維護(hù)成本陡然上升。