Bơm đồng hóa là gì?

Đồng hóa là quá trình làm cho các thành phần vốn không hòa tan vào nhau, như dầu và nước hay chất rắn và chất lỏng, phân tán đồng đều thành một hỗn hợp mịn và ổn định. Bơm đồng hóa là thiết bị thực hiện quá trình này bằng cách cho sản phẩm đi qua các lớp rotor và stator quay với tốc độ cao, nơi sản phẩm bị cắt, xé và làm mịn trong thời gian rất ngắn.

Điểm khác biệt quan trọng là bơm đồng hóa nằm ngay trên đường ống sản xuất. Sản phẩm đi vào ở một đầu, được xử lý trong buồng bơm và đi ra ở đầu kia, nên quy trình diễn ra liên tục. Bơm đồng hóa dòng HDP của Carten được thiết kế đúng theo kiểu này: bơm nhũ hóa đồng hóa liên tục đặt trên đường ống, gồm stator và rotor.

Các tên gọi khác

Trong thực tế, bơm đồng hóa còn được gọi bằng nhiều tên khác nhau, tùy theo ngành và nhà cung cấp:

• Bơm nhũ hóa: nhấn mạnh chức năng tạo nhũ tương như dầu trong nước.
• Bơm trộn cắt cao tốc: nhấn mạnh lực cắt lớn do rotor quay nhanh.
• Máy đồng hóa dạng ống hay máy nhũ hóa đường ống: nhấn mạnh vị trí lắp đặt trên đường ống (in-line).
• Tiếng Anh: high shear emulsifying pump, in-line homogenizer.

Bơm đồng hóa khác bơm thông thường như thế nào?

• Bơm thông thường chỉ làm một việc là chuyển sản phẩm từ nơi này sang nơi khác. 
• Bơm vừa chuyển, vừa xử lý sản phẩm. 

Vì vậy, khi dùng bơm đồng hóa, nhà máy thường không cần bồn khuấy lớn kèm bơm chuyển như quy trình truyền thống. Quy trình được đơn giản hóa, tiết kiệm diện tích và rút ngắn thời gian sản xuất.

Tuy vậy, bơm không phải là bơm đẩy áp lực cao. Ứng dụng chính là xử lý sản phẩm, còn áp suất đầu ra của dòng bơm này khá thấp. Với các model Carten HDP và HDP3, áp suất đầu ra tối đa là 0,2 MPa.

Phân biệt với máy đồng hóa áp lực cao

Nhiều người dễ nhầm bơm đồng hóa với máy đồng hóa áp lực cao, vì cả hai đều có chữ "đồng hóa". Hai loại này làm việc theo nguyên lý khác nhau:

• Bơm đồng hóa rotor-stator dùng lực cắt cơ học của rotor quay tốc độ cao, làm việc ở áp suất thấp, đặt trên đường ống.
• Máy đồng hóa áp lực cao dùng bơm piston đẩy sản phẩm qua van đồng hóa có khe rất hẹp ở áp suất rất cao để làm vỡ giọt hoặc hạt.

Cấu tạo của bơm đồng hóa

Bơm gồm hai khối chính. Khối thứ nhất là đầu bơm, nơi có cặp rotor-stator và buồng bơm tiếp xúc với sản phẩm. Khối thứ hai là cụm truyền động, gồm trục, động cơ và khung đỡ. Dòng HDP của Carten gồm 16 chi tiết, được nhóm lại thành 10 bộ phận chính sau.

Stator

• Là chi tiết đứng yên, có các khe và răng bao quanh rotor.
• Cùng với rotor tạo ra khe hở hẹp, nơi sản phẩm bị cắt mạnh.
• Dòng HDP có 1 đến 3 bộ stator ghép đôi với rotor trong buồng bơm.

Rotor

• Là chi tiết quay tốc độ cao, có các răng đối ứng với răng của stator.
• Khi quay, rotor tạo lực hút dọc trục để hút sản phẩm vào buồng bơm, đồng thời đẩy sản phẩm vào khe hở với stator.
• Sản phẩm được xử lý qua tổng cộng 6 đến 10 lớp rotor-stator.

Buồng bơm và nắp vít

• Buồng bơm chứa các cặp rotor-stator và là nơi sản phẩm được xử lý.
• Nắp vít giữ cố định bộ rotor-stator trong buồng bơm và cho phép tháo ra khi cần vệ sinh hoặc thay thế.

Gioăng

• Dòng HDP dùng gioăng mềm và gioăng phẳng để làm kín các mối ghép trong đầu bơm.
• Gioăng ngăn sản phẩm rò rỉ ra ngoài và ngăn khí lọt vào buồng bơm.

Phớt cơ khí

• Gồm vòng tĩnh và vòng động, làm kín vị trí trục quay đi qua buồng bơm.
• Đây là bộ phận chịu mài mòn trong quá trình vận hành, cần kiểm tra và thay định kỳ.
• Với dòng HDP3, hình thức phớt được chọn theo điều kiện làm việc của từng sản phẩm.

Đế làm mát phớt

• Là chi tiết đỡ phớt và cho phép làm mát phớt khi bơm chạy.
• Giúp phớt làm việc ổn định và tăng tuổi thọ, nhất là khi bơm hoạt động liên tục.

Đế bơm và chốt

• Đế bơm đỡ các chi tiết trong đầu bơm và nối đầu bơm với cụm truyền động.
• Chốt định vị các chi tiết để lắp ráp chính xác.

Trục bơm

• Truyền chuyển động quay từ động cơ sang rotor.
• Ở dòng HDP3, trục trong buồng làm việc được nối với động cơ qua khớp nối lò xo, giúp trục vận hành ổn định hơn.

Động cơ

• Cung cấp công suất và tốc độ quay cho rotor.
• Các model HDP có công suất từ 1,5 đến 45 kW, tốc độ 2.900 vòng/phút ở các model nhỏ và 1.450 vòng/phút ở các model lớn.

Giá đỡ và khung

• Giữ toàn bộ bơm ổn định khi vận hành, hạn chế rung và tiếng ồn.
• Khung thường có chân điều chỉnh để cân bằng bơm trên sàn.

Khe hở giữa rotor và stator

Khe hở rotor-stator rất nhỏ và là yếu tố quyết định độ mịn của sản phẩm. Khe hở càng nhỏ, lực cắt càng lớn và sản phẩm càng mịn, nhưng bơm cũng đòi hỏi gia công chính xác hơn và có thể bị nghẽn nếu sản phẩm có hạt lớn.

Hiện tại Carten Pump đang phân phối dòng bơm HDP3 có ba bộ stator và rotor trong buồng làm việc, mỗi bộ có kiểu răng riêng, làm việc nối tiếp nhau:

• Răng thô: đập, nghiền, cắt, hòa tan và phân tán thô.
• Răng trung: phân tán, làm mịn, hòa tan và nhũ hóa.
• Răng mịn: phân tán cực mịn, nhũ hóa, đồng hóa và nghiền nhuyễn.

Sản phẩm đi qua ba tầng răng theo thứ tự từ thô đến mịn, nên kết quả đồng hóa đồng đều và ổn định hơn so với loại chỉ có một cụm. Các bộ phận tiếp xúc với sản phẩm thường làm bằng SUS316L để dễ vệ sinh và chống ăn mòn.

Nguyên lý hoạt động của bơm đồng hóa rotor-stator

Nguyên lý của bơm dựa trên việc cho sản phẩm đi qua khe hở rất hẹp giữa rotor quay nhanh và stator đứng yên. Quá trình diễn ra theo bốn bước:

1. Hút sản phẩm vào buồng bơm. Động cơ làm rotor quay nhanh, tạo ra lực hút dọc trục. Lực này kéo sản phẩm từ đường ống vào buồng bơm.
2. Văng ra khe hở rotor-stator. Nhờ lực ly tâm, sản phẩm bị đẩy ra phía ngoài rotor, đi vào khe hở hẹp giữa răng rotor và răng stator.
3. Cắt, xé và làm mịn qua nhiều lớp. Trong khe hở, sản phẩm chịu lực cắt cơ học và cắt thủy lực mạnh, lực ly tâm, lực ép và va đập. Các hạt rắn và giọt lỏng bị xé nhỏ dần. Sản phẩm đi qua 6 đến 10 lớp rotor-stator nên kích thước hạt hay giọt giảm xuống đáng kể.
4. Đẩy ra đường ống. Hỗn hợp sau xử lý đi ra cổng xả và tiếp tục đến công đoạn sau.

Toàn bộ quá trình diễn ra trong thời gian rất ngắn. Nhờ vậy, sản phẩm được phân tán, cắt, nhũ hóa và làm mịn đồng thời, tạo ra hỗn hợp ổn định và đồng nhất.

Chế độ làm việc

Bơm có thể làm việc theo hai chế độ:

• Chế độ liên tục: sản phẩm đi qua bơm một lần trên đường ống, đây là cách dùng phổ biến nhất của dòng HDP và HDP3.
• Chế độ tuần hoàn: sản phẩm được hồi về bồn rồi bơm qua nhiều lần cho đến khi đạt độ mịn mong muốn. Với quy trình tuần hoàn, nhà máy nên cân nhắc máy nhũ hóa cắt cao tốc loại gián đoạn thay vì bơm đồng hóa dạng ống.

Những điều cần lưu ý khi vận hành

• Áp suất đầu ra của bơm khá thấp (các model HDP và HDP3 của Carten tối đa 0,2 MPa) nên không dùng để đẩy sản phẩm lên cao hoặc đi xa.
• Sản phẩm chảy chậm cần có một bơm cấp có lưu lượng phù hợp đặt ở đầu vào để cấp sản phẩm đều vào bơm.
• Điều kiện đặc biệt như nhiệt độ cao, áp suất cao, môi trường cháy nổ hoặc sản phẩm ăn mòn cần được khách hàng cung cấp số liệu để Carten chế tạo đúng cấu hình.

Ưu điểm và nhược điểm của bơm đồng hóa

Ưu điểm

• Sản xuất liên tục: sản phẩm đi qua bơm trên đường ống, không cần chờ từng mẻ như bồn khuấy.
• Quy trình đơn giản hơn: một thiết bị đảm nhận nhiều việc như phân tán, cắt, nhũ hóa, trộn và làm mịn, giúp rút gọn dây chuyền so với quy trình truyền thống. Dòng HDP của Carten được thiết kế để đơn giản, thuận tiện và tối ưu hơn so với cách sản xuất cũ.
• Hiệu quả và chất lượng cao: sản phẩm đi qua nhiều lớp rotor-stator nên mịn, đều và ổn định.
• Tự hút sản phẩm: rotor tạo lực hút dọc trục, nên bơm hút sản phẩm vào buồng mà không cần thêm cơ cấu hỗ trợ.
• Dải model rộng: dòng HDP có 10 model từ HDP-10 đến HDP-100, lưu lượng đến 52 m³/giờ, và dòng HDP3 có 8 model với ba tầng răng cho quy mô sản xuất vừa và lớn.
• Tiết kiệm diện tích: thiết bị lắp gọn trên đường ống, ít chiếm chỗ hơn hệ thống bồn khuấy riêng.

Nhược điểm

• Áp suất đầu ra thấp, tối đa 0,2 MPa với các model HDP và HDP3, nên không thay thế được bơm đẩy trong hệ thống có đường ống dài hoặc cột áp cao.
• Sản phẩm chảy chậm cần bơm cấp ở đầu vào, làm tăng thêm một thiết bị trong hệ thống.
• Tiêu thụ công suất lớn so với lưu lượng, vì phải tạo lực cắt mạnh. Ví dụ HDP-10 dùng motor 1,5 kW cho lưu lượng tối đa 1,6 m³/giờ.
• Có thể sinh nhiệt khi sản phẩm bị cắt mạnh, nhất là khi chạy tuần hoàn nhiều lần, nên cần theo dõi nhiệt độ với sản phẩm nhạy nhiệt.
• Chi tiết rotor-stator và phớt hao mòn theo thời gian, đặc biệt khi bơm sản phẩm có tính mài mòn, nên cần bảo dưỡng định kỳ.
• Điều kiện làm việc đặc biệt cần chế tạo riêng, làm thời gian đặt hàng có thể lâu hơn so với model tiêu chuẩn.

Ứng dụng của bơm đồng hóa

Bơm đồng hóa được dùng rộng rãi trong các ngành thực phẩm, đồ uống, dược phẩm, chăm sóc sức khỏe, hóa chất mịn, sơn phủ, thuốc bảo vệ thực vật, hóa phẩm tẩy rửa hằng ngày và giấy. Theo mục đích xử lý, ứng dụng của bơm gồm các nhóm sau.

Theo chức năng xử lý

• Hòa tan: hòa các chất rắn hoặc lỏng tan được vào chất lỏng ở dạng phân tử hoặc keo, chẳng hạn bột tinh thể, muối, đường, ether sulfate, chất keo thủy phân, CMC, nhựa tự nhiên và tổng hợp.
• Phân tán và tạo huyền phù: phân tán chất không tan thành hạt mịn trong chất lỏng, như chất xúc tác, chất làm mờ, bột màu, than chì, sơn phủ, alumina, phân bón hỗn hợp, mực in, thuốc diệt cỏ và thuốc diệt khuẩn.
• Nhũ hóa: tạo hỗn hợp bền giữa các chất lỏng không tan vào nhau, như kem, dầu động vật, dầu thực vật, protein, dầu silicon, dầu nhẹ, dầu khoáng, kem sáp parafin và nhựa thông.
• Đồng hóa: làm hạt nhũ hóa hoặc hạt huyền phù mịn hơn và phân bố đều hơn, như kem, hương liệu, nước ép, mứt, gia vị, phô mai, sữa béo, kem đánh răng, mực in và sơn men.
• Nghiền mô: xử lý mô tế bào, mô hữu cơ, mô động vật và thực vật.
• Hỗ trợ phản ứng, chiết và phân rã: tăng tốc độ phản ứng hóa học với vật liệu nano, chiết xoáy, phân rã bột nano và bột nhào.

Theo ngành sản xuất

• Thực phẩm và đồ uống: nhũ hóa kem, đồng hóa nước ép, mứt, gia vị, phô mai và sữa béo.
• Dược phẩm và chăm sóc sức khỏe: phân tán, nhũ hóa các chế phẩm dạng kem, dạng huyền phù và dung dịch.
• Mỹ phẩm và hóa phẩm tẩy rửa: nhũ hóa, đồng hóa kem, kem đánh răng và các sản phẩm gia dụng dạng lỏng.
• Hóa chất mịn, sơn phủ và mực in: phân tán bột màu, chất độn trong sơn phủ, sơn men và mực in.
• Nông hóa và công nghiệp khác: phân tán thuốc diệt cỏ, thuốc diệt khuẩn, phân bón hỗn hợp, ngành giấy.

Bơm đồng hóa Carten HDP và HDP3

Carten Pump Vietnam phân phối hai dòng bơm. Dòng HDP gồm 10 model, là bơm nhũ hóa đồng hóa liên tục đặt trên đường ống, xử lý sản phẩm qua 6 đến 10 lớp rotor-stator. Dòng HDP3 gồm 8 model, có ba tầng răng thô, trung, mịn, phù hợp sản xuất liên tục hoặc tuần hoàn quy mô vừa và lớn. Thông số các model như sau:

Dòng HDP

Dòng HDP3

Cách chọn bơm đồng hóa nhanh

Để chọn đúng bơm đồng hóa, nhà máy nên xác định năm yếu tố sau:

1. Mục đích xử lý: hòa tan, phân tán, nhũ hóa hay đồng hóa, và độ mịn mong muốn.
2. Tính chất sản phẩm: độ nhớt, nhiệt độ, có hạt rắn hay không, có dễ bị biến đổi khi cắt mạnh hay không.
3. Lưu lượng cần xử lý trong một giờ, và chế độ làm việc liên tục hay tuần hoàn.
4. Áp suất đầu ra cần thiết: nếu vượt 0,2 MPa thì cần thêm bơm đẩy phía sau bơm.
5. Điều kiện đặc biệt: nhiệt độ cao, áp suất cao, môi trường cháy nổ hoặc sản phẩm ăn mòn, khi đó khách hàng cần cung cấp số liệu để chế tạo đúng cấu hình.

Nếu sản phẩm chảy chậm, nhà máy nên đặt thêm một bơm cấp có lưu lượng phù hợp ở đầu vào. Ngoài ra, sản phẩm cần trộn bột vào chất lỏng có thể tham khảo thêm danh mục bơm trộn thực phẩm của Carten.

Cần tư vấn chọn bơm đồng hóa cho dây chuyền của doanh nghiệp?

Mỗi sản phẩm có độ nhớt, độ mịn mong muốn và điều kiện vận hành khác nhau, nên cùng một model có thể phù hợp với nhà máy này nhưng chưa phù hợp với nhà máy khác. Các thông tin trong bài giúp doanh nghiệp hình dung được loại bơm và nhóm model cần xem xét. Để chốt model, kiểu răng và cấu hình chính xác, cách an toàn nhất là để kỹ sư xem xét điều kiện thực tế của dây chuyền. Đội ngũ kỹ thuật của Carten Pump Vietnam sẵn sàng làm việc này cùng khách hàng. 

• Đề xuất model phù hợp trong dòng HDP hoặc HDP3 dựa trên lưu lượng và đặc tính sản phẩm.
• Chọn công suất motor, kiểu răng, hình thức phớt và kiểu kết nối.
• Tư vấn bơm cấp ở đầu vào khi sản phẩm chảy chậm.
• Gửi báo giá và thông số kỹ thuật của model đã đề xuất.
• Hướng dẫn lắp đặt và vận hành đúng kỹ thuật khi doanh nghiệp đặt hàng.
• Sản phẩm chính hãng 100%, có nguồn gốc xuất xứ rõ ràng.
• Hồ sơ CO/CQ đầy đủ đi kèm, phục vụ nghiệm thu, đấu thầu và quản lý thiết bị.
• Bảo hành 12 tháng với quy trình tiếp nhận rõ ràng.
• Hỗ trợ kỹ thuật và cung cấp phụ tùng chính hãng sau thời gian bảo hành.
• Thông tin liên hệ:
• Địa chỉ: 15 Đường Số 8 Khu nhà ở, Khu phố 2, Tam Bình, Hồ Chí Minh
• Hotline: 0908 095 139