Máy đồng hóa là gì?
Máy đồng hóa là thiết bị dùng để phá vỡ cấu trúc liên kết của 2 hoặc nhiều chất không hòa tan hoặc khó hòa tan (huyền phù, nhũ tương,...)để tạo ra hỗn hợp có kích thước nhỏ phân bố đều và đồng nhất thành một thể
Ứng dụng:
1. Ngành thực phẩm:
Sữa và các sản phẩm từ sữa: Máy đồng hóa giúp phá vỡ các hạt béo lớn trong sữa, tạo ra sữa có kết cấu mịn, không bị tách lớp.
Nước ép trái cây: Giúp trộn đều các thành phần để nước ép có kết cấu mịn và ổn định hơn.
Sốt, kem, phô mai: Để tạo kết cấu mượt mà, không bị vón cục và kéo dài thời gian bảo quản.
2. Ngành mỹ phẩm:
Kem dưỡng da, sữa tắm, dầu gội: Máy đồng hóa giúp trộn đều các thành phần, làm cho sản phẩm có độ mịn, dễ thấm vào da và tóc, đồng thời giữ được chất lượng lâu dài.
3. Ngành dược phẩm:
Kem bôi, thuốc mỡ: Đồng hóa các thành phần thuốc để chúng phân tán đồng đều, tăng hiệu quả sử dụng và đảm bảo an toàn khi dùng.
Sản xuất thuốc dạng lỏng: Để đảm bảo các thành phần hoạt chất được phân bố đồng đều trong dung dịch.
4. Ngành hóa chất:
Sản xuất sơn, keo, mực in: Giúp trộn đều các chất để tạo ra sản phẩm có chất lượng cao, mịn và đồng nhất.
Máy đồng hóa thí nghiệm cơ bản thường có cấu tạo đơn giản nhưng hiệu quả để thực hiện các thí nghiệm đồng hóa và phân tán chất lỏng. Dưới đây là các thành phần chính của máy đồng hóa thí nghiệm:
Cấu tạo chính máy đồng hóa cơ bản loại thí nghiệm:
- Các thành phần cơ bản cấu tạo nên máy đồng hóa là:
Thành phần chính: Gồm 3 piston nằm ngang và hoạt động như là một chiếc bơm mang chức năng đồng hóa.
Phần dẫn động: Bao gồm máy motor, bộ dây đai chữ V, puli và bộ giảm tốc.
Phần vỏ: Được làm bằng gang đúc, chắc chắn và có trọng lượng đủ để khi trộn không bị quay.
Ngoài ra còn có Hệ thống bơm (đối với máy đồng hóa áp suất cao), Đầu đồng hóa (đối với máy đồng hóa cơ học), Đầu dò siêu âm (đối với máy đồng hóa siêu âm)
Nguyên lý hoạt động
Cắt, xâm thực và nhiễu loạn - ba nguyên tắc vật lý cơ bản - phối hợp với nhau để tạo ra sự đồng nhất.
- Hiện tượng cắt: Nguyên nhân chính gây ra hiện tượng cắt trong chất lỏng là ma sát giữa các phân tử chất lỏng do độ nhớt gây ra. Các hạt và giọt lớn bị giảm kích thước bởi lực cắt. Một hạt hoặc giọt lớn trải qua quá trình cắt khi nó bị mắc kẹt giữa các lớp chất lỏng chuyển động ở các tốc độ khác nhau.
- Cavitation: Cavitation xảy ra khi chất lỏng bị giảm áp suất đáng kể. Một máy bơm đưa chất lỏng dưới áp suất lớn hơn thường có van đồng nhất ở đầu nguồn. Điều này giúp các lỗ có thể hình thành từ các túi hơi nhỏ trong thời gian ngắn. Sóng xung kích được tạo ra khi các khoang này nổ tung, phá vỡ các hạt và giọt trong hỗn hợp.
- Sự nhiễu loạn: Khi chất lỏng đạt vận tốc cao, nó sẽ trở nên hỗn loạn. Chất lỏng di chuyển thất thường do vận tốc cao. Những chuyển động không ổn định này là một kiểu tiêu tán năng lượng trong đó động năng của chất lỏng được chuyển thành năng lượng bên trong dưới dạng dòng điện xoáy và một lượng nhiệt nhỏ. Các hạt bị giảm kích thước bởi các xoáy được tạo ra.
Phân loại:
1. Phân loại theo nguyên lý hoạt động:
1.1 Máy đồng hóa cơ học:
- Sử dụng lực cơ học (ví dụ, cắt, khuấy) để phá vỡ các hạt và tạo ra hỗn hợp đồng nhất. Chúng được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp như thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm và công nghệ sinh học. Máy đồng hóa cơ học hoạt động bằng cách sử dụng các bộ phận chuyển động, như rotor và stator, hoặc cánh khuấy để tạo ra lực cắt mạnh, từ đó giảm kích thước hạt và phân tán các thành phần trong hỗn hợp.
Ưu điểm:
+ Hiệu quả cao: Có thể xử lý lượng lớn chất lỏng và tạo ra các hỗn hợp đồng nhất một cách nhanh chóng.
+ : Phù hợp cho nhiều loại nguyên liệu khác nhau, từ thực phẩm đến dược phẩm và mỹ phẩm.
+ Dễ dàng điều chỉnh: Các thông số kỹ thuật như tốc độ, nhiệt độ và thời gian có thể được điều chỉnh linh hoạt để phù hợp với từng loại sản phẩm.
Nhược điểm:
+ Trong quá trình đồng hóa, máy có thể sinh nhiệt, gây hại cho các nguyên liệu nhạy cảm với nhiệt độ.
+ Giới hạn kích thước hạt: Mặc dù hiệu quả, máy đồng hóa cơ học có thể không giảm được kích thước hạt nhỏ như máy đồng hóa siêu âm hoặc áp suất cao.
1.2. Máy đồng hóa siêu âm (Ultrasonic Homogenizer):
Khái niệm: Máy đồng hóa siêu âm là thiết bị dùng để phá vỡ các hạt, phá vỡ tế bào hoặc trộn các chất bằng cách sử dụng sóng âm tần số cao để tạo ra sự phân tán đồng nhất của các chất lỏng hoặc hỗn hợp. Nguyên lý hoạt động của máy dựa trên việc phát ra sóng siêu âm với tần số cao (Thường từ 20 kHz đến 100 kHz) tạo ra áp suất và biến đổi nhiệt độ trong chất lỏng. Điều này giúp việc phá vỡ các hạt, mô và tế bào khiến chúng phân tán, trộn lẫn các thành phần trong mẫu giúp tạo ra một dung dịch hoặc nhũ có độ tương đồng tốt nhất.
Ưu điểm
- Máy đồng hóa siêu âm có khả năng phá vỡ tế bào và phân tán các hạt nhanh chóng, tạo ra hỗn hợp đồng nhất chỉ trong thời gian ngắn.
- Thiết bị có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như thực phẩm, dược phẩm, mỹ phẩm, công nghệ sinh học và xử lý nước thải.
- Có khả năng tạo ra các hạt và giọt có kích thước rất nhỏ (nano), điều này quan trọng trong nhiều ứng dụng công nghệ nano.
- Người dùng có thể dễ dàng điều chỉnh các thông số như tần số, công suất và thời gian, giúp tối ưu hóa quy trình cho từng loại mẫu cụ thể.
- Sử dụng đầu dò siêu âm cho phép giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm chéo giữa các mẫu, do quy trình hoàn toàn kín.
Nhược điểm
- Máy đồng hóa siêu âm có giá thành cao và yêu cầu bảo trì thường xuyên, điều này có thể là một rào cản cho các phòng thí nghiệm hoặc doanh nghiệp nhỏ.
- Sử dụng máy đồng hóa siêu âm đòi hỏi người vận hành phải có kiến thức chuyên môn để điều chỉnh và kiểm soát các thông số kỹ thuật một cách chính xác.
- Đối với các mẫu có thể tích lớn, máy đồng hóa siêu âm có thể không hiệu quả, vì cần phải chia nhỏ mẫu để xử lý.
1.3 Máy đồng hóa áp suất cao
- Máy đồng hóa áp suất cao là một thiết bị công nghiệp được sử dụng để tạo ra hỗn hợp đồng nhất bằng cách sử dụng áp lực lớn để phá vỡ các hạt trong chất lỏng.
- Chất lỏng được bơm vào máy với áp suất rất lớn. sau đó được ép qua một van hoặc khe hẹp (van đồng hóa).
- Khi chất đi qua van hẹp, tốc độ của dòng chảy tăng lên, trong khi áp lực giảm mạnh. Sự giảm áp suất này tạo điều kiện cho các bọt khí hình thành trong chất lỏng. Các bọt khí nhỏ hình thành ở những vùng áp suất thấp. Khi chúng đi qua vùng có áp suất cao hơn ngay sau đó, các bọt khí này bị nổ giúp phá vỡ các hạt lớn
- Xâm thực phá vỡ các hạt lớn, giọt dầu, hay cấu trúc tế bào sinh học thành các hạt nhỏ hơn. Các hạt sau đó được phân tán đồng đều trong dung dịch, giúp tạo ra một hỗn hợp đồng nhất
Ưu điểm
· Tạo ra hỗn hợp đồng nhất: Có khả năng phá vỡ hạt và giọt đến kích thước nhỏ, tạo ra sản phẩm đồng nhất và ổn định.
· Khả năng xử lý liên tục: Cho phép xử lý lượng lớn mẫu trong thời gian ngắn, phù hợp cho sản xuất quy mô lớn.
· Đa dạng ứng dụng: Phù hợp với nhiều loại nguyên liệu và sản phẩm khác nhau từ thực phẩm đến dược phẩm.
· Ít sinh nhiệt: So với máy đồng hóa siêu âm, máy đồng hóa áp suất cao thường ít sinh nhiệt hơn, bảo vệ các mẫu nhạy cảm
Nhược điểm
· Chi phí đầu tư cao: Thiết bị thường có giá thành cao và yêu cầu bảo trì định kỳ.
· Yêu cầu về kỹ thuật: Cần có kiến thức chuyên môn để vận hành và điều chỉnh các thông số một cách chính xác.
· Hạn chế về độ nhớt: Các mẫu có độ nhớt quá cao có thể gặp khó khăn khi sử dụng máy đồng hóa áp suất cao.
· Rủi ro an toàn: Do làm việc với áp suất cao, thiết bị có thể gặp rủi ro nếu không được vận hành đúng cách.
Xem thêm về máy đồng hóa : https://wicolab.vn/may-khuay-may-dong-hoa
