Phương pháp này được sử dụng trong cơng nghiệp để đồng hĩa các hệ nhũ tương cĩ độ nhớt trung bình hoặc cao.
3.2.4.1 Cơ sở khoa học Hình 3.9 Thiết bị đồng hĩa tia siêu âm sử dụng trong cơng nghiệp
Sự quay nhanh của rotor phát sinh ra ứng suất cắt ở chỗ khe hẹp giữa rotor và stator, ứng suất này làm phá vỡ các hạt pha phân tán thành các giọt bé hơn. Sự quay của rotor cũng làm phát sinh lực ly tâm đẩy nhũ tương đi từ vùng trung tâm đến vùng chu vi của đĩa nơi nĩ được tập hợp hay đi xuyên qua một cái ống và đi ra ngồi. Cường độ ứng suất cắt cĩ thể thay đổi tùy vào độ hẹp của khe hẹp giữa rotor và stator, tốc độ quay và bề mặt của đĩa từ sần sùi đến cĩ răng. Theo Schubert (1997), khi bề mặt giữa phần rotor và stator phẳng thì cơ chế tạo giọt nhỏ là bởi dịng chuyển động theo kiểu tầng (laminar flow). Cịn khi bề mặt theo kiểu ráp sần hoặc cĩ răng thì dịng chuyển động theo kiểu rối (turbulence flow).
3.2.4.2 Thiết bị
Trên thị trường cĩ nhiều loại thiết bị nghiền keo được thiết kế theo các kiểu khác nhau, nhưng nguyên lý vận hành khá tương tự nhau. Thiết bị nghiền keo gồm hai bộ phận chính: rotor (đĩa quay) và stator (đĩa đứng yên). Hệ nhũ tương ở dạng thơ sẽ được cho vào bộ phận nhập liệu cĩ dạng phễu lớn, sau đĩ đi vào khoảng giữa stator và rotor của thiết bị nghiền keo. Sự quay nhanh của rotor làm phát sinh ứng suất cắt trong khe giữa rotor và stator, làm phá vỡ các hạt phân tán trong hệ thành các hạt bé hơn. Lực ly tâm được sinh ra đồng thời và liên tục đẩy nhũ tương đi theo chiều từ phần trung tâm đến vùng rìa và theo hướng cuối của thiết bị và đi ra ngồi. Độ hẹp của khe cĩ thể dao động từ 50 – 1000 µm, tốc độ quay của đĩa rotor cĩ thể từ 1000÷20,000 radian.phút−1, bề mặt đĩa rotor và stator cĩ thể là nhẵn hoặc ráp hoặc cĩ răng tùy vào mục đích sử dụng. Thiết bị nghiền keo được sử dụng cho các hệ nhũ tương cĩ độ nhớt trung bình hoặc cao với kích thước giọt nhỏ từ 1÷5µ m (chẳng hạn như bơ, các thực phẩm dạng paste của một số sản phẩm từ thịt và cá mà các thiết bị đồng hĩa bằng áp suất cao và sĩng siêu âm khơng thích hợp).
Sản phẩm
Hình 3.10 Nguyên lý
hoạt động của thiết bị nghiền keo
3.2.4.3 Các yếu tố ảnh hưởng
Tốc độ quay của rotor: Nếu tốc độ quay càng nhanh thì ứng suất tạo ra càng
lớn, dịng nhũ tương chuyển động càng hỗn loạn (rối) thì các hạt tạo thành sẽ càng bé và hệ nhũ tương cĩ độ bền càng cao.
Kích thước khe hẹp giữa rotor và stator: Nếu kích thước càng bé thì xác xuất
va đập và ma sát giữa dịng nhũ tương và các đĩa tạo ra càng lớn, dịng nhũ tương cũng sẽ chuyển động càng rối điều này giúp cho các hạt càng bị xé vỡ.
Một điểm đáng lưu ý nữa là hình dạng của bề mặt rotor và stator. Khi bề mặt giữa rotor và stator cĩ dạng phẳng thì dịng chảy chuyển động theo kiểu tầng. cịn khi bề mặt cĩ dạng sần sùi hoặc cĩ răng thì dịng chảy chuyển động theo kiểu rối. Điều này ảnh hưởng nhiều đến kích thước giọt phân tán, từ đĩ cũng sẽ ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả đồng hĩa.
Thời gian lưu: Thực tế thấy rằng, thời gian lưu càng lớn thì các giọt nhỏ cĩ điều
kiện bị xé vỡ càng lớn và hệ nhũ tương cĩ độ bền càng cao. Cĩ thể tăng thời gian lưu bằng cách giảm lưu lượng nạp liệu hoặc cho nhũ tương đi qua thiết bị nghiền keo vài lần. Lưu lượng nạp liệu cĩ thể thay đổi tùy vào cấu tạo bên trong của thiết bị do nhà sản xuất chế tạo và dao động từ 4 ÷20 000 l.h−1.