1、第四章 混合和攪拌及均質(zhì)機(jī)械與設(shè)備,本章節(jié)大綱,第一節(jié) 概述 第二節(jié) 液體攪拌機(jī)械 一、攪拌裝置 二、攪拌器構(gòu)造與安裝形式 第三節(jié) 粉料混合機(jī)械 一、固定容器式粉料混合機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程 二、回轉(zhuǎn)容器式混合機(jī) 第四節(jié) 均質(zhì)機(jī) 一、高壓均質(zhì)機(jī)的工作原理及作用 二、膠體磨的工作原理 三、高剪切均質(zhì)機(jī)的工作原理,第一節(jié) 概述,一、概念 攪拌 均質(zhì) 混合,指借助于流動(dòng)中的兩種或兩種以上物料在彼此之間相互散布的一種操作，其作用可以實(shí)現(xiàn)物料的均勻混合、促進(jìn)溶解和氣體吸收、強(qiáng)化熱交換等物理及化學(xué)變化,指借助于流動(dòng)中產(chǎn)生的剪切力將物料細(xì)化、將液滴碎化的操作，其作用是將食品原料的漿、汁、液進(jìn)行細(xì)化、混合、均質(zhì)處

2、理，以提高食品的質(zhì)量和檔次,指使兩種或兩種以上不同的物料從不均勻狀態(tài)通過(guò)攪拌或其他手段達(dá)到相對(duì)均勻狀態(tài)的過(guò)程?；旌鲜鞘称芳庸すに囘^(guò)程中不可缺少的單元操作之一,二、攪拌混合機(jī)理 （一）對(duì)流混合 （二）擴(kuò)散混合 （三）剪切混合,也稱(chēng)為體積混合或移動(dòng)混合，對(duì)于工作不相溶組分，依靠攪拌裝置的運(yùn)動(dòng)部件或重力，使物料各部分作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。其混合均勻程度并不太高，對(duì)粉料和液料都是如此。,指互溶組分中存在的混合現(xiàn)象，實(shí)際上完全不互溶組分是不存在的，在混合過(guò)程中有一個(gè)由對(duì)流混合到擴(kuò)散混合的過(guò)渡，主要取決于分散尺度的大小,主要因剪切力的作用，物料組分被拉成愈來(lái)愈薄的料層，使某一種組分原來(lái)占有區(qū)域的尺寸愈來(lái)愈小,第二節(jié)

3、 液體攪拌機(jī)械,一、攪拌設(shè)備,攪拌設(shè)備就是通過(guò)使攪拌介質(zhì)獲得適宜的流場(chǎng)而 向其輸入機(jī)械能量的裝置。 主要由攪拌裝置、攪拌罐和軸與軸封三大部分組成,傳動(dòng)裝置：賦予攪拌裝置及其他附件運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)件組合體。要求傳動(dòng)鏈短、傳動(dòng)件少、電機(jī)功率小，以降低成本。,攪拌軸及攪拌容器轉(zhuǎn)軸處的密封裝置。為避免食品污染，軸封的選擇必須給予重視。,容納攪拌器與物料在其內(nèi)進(jìn)行操作。對(duì)于食品攪拌容器，除保證具體的工藝條件外，還要滿(mǎn)足無(wú)污染。易清洗等專(zhuān)業(yè)技術(shù)要求。,其作用是通過(guò)自身運(yùn)動(dòng)使攪拌拌容器中的物料按某種特定的方式運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到某種工藝要求。這種特定方式的流動(dòng)（流型）是衡量攪拌裝置性能最直觀的重要指標(biāo)。,液體的“流型”

4、分為軸向流型、徑向流型及在容器側(cè)壁加設(shè)檔板等阻擋物引起液流方向變化而形成的各種混合流型。 流型取決于葉片的幾何形狀和結(jié)構(gòu)以及在容器內(nèi)有無(wú)阻擋物等。,葉片造成的液流有三個(gè)分速度：軸向速度、徑向速度和切向速度。,二、攪拌器構(gòu)造與安裝形式,（一）攪拌器的類(lèi)型和安裝形式 1、類(lèi)型：小面積葉片高速運(yùn)轉(zhuǎn)的攪拌器 大面積葉片低速運(yùn)轉(zhuǎn)的攪拌器,渦輪式、旋槳式攪拌器等，多用于低粘度的物料,攪拌器有框式、垂直螺旋式的攪拌器等，多用于高粘度的物料,常用圓盤(pán)渦輪式攪拌器,彎葉可拆圓盤(pán)渦輪-WCY,彎葉可拆對(duì)開(kāi)圓盤(pán)渦輪式-WKY,彎葉圓盤(pán)渦輪式-WY,彎葉對(duì)開(kāi)圓盤(pán)渦輪式-WDY,框、錨式攪拌器,KSB-純錐底框式,KS

5、A-直錐底框式,KS-橢圓底框式,TS-搪玻璃專(zhuān)用錨式,MS-錨式,2、安裝形式,1）立式中心攪拌安裝形式,攪拌軸與攪拌器配置在攪拌罐的中心線上、呈對(duì)稱(chēng) 布局，驅(qū)動(dòng)方式為皮帶傳動(dòng)或齒輪傳動(dòng)或者通過(guò)減 速傳動(dòng)，也有用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的。其攪拌設(shè)備功率 可以從0.1kw至數(shù)百千瓦，,常用的功率范圍為 0.222kw。一般劃分為，功率小于3.7kw為小型，5.522kw為中型，大于22kw為大型,2）偏心式攪拌安裝形式,將攪拌器安裝在立式容器的偏心位置，這種安裝形式能 防止液體在攪拌器附近產(chǎn)生渦流回轉(zhuǎn)區(qū)域，其效果與安 裝擋板相近似。 但偏心攪拌容易引起設(shè)備在工作過(guò)程中的振動(dòng)，一般此 類(lèi)安裝形式只用于小型

6、設(shè)備上。,將攪拌器直接安裝在罐體上部邊緣處，用夾板或卡盤(pán)與圓筒邊緣夾持固定，攪拌軸斜插入容器內(nèi)進(jìn)行攪拌。,3）傾斜式攪拌安裝形式,適用于攪拌容器比較簡(jiǎn)單的圓筒形結(jié)構(gòu)或方形敞開(kāi)式攪拌設(shè)備，可防止產(chǎn)生渦流。 這種安裝形式的攪拌設(shè)備比較機(jī)動(dòng)靈活，使用維修方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輕便，一般用于小型設(shè)備上。,4）底部攪拌安裝形式,其攪拌器安裝在容器底部。 此外，攪拌器安裝在下部封頭處，有利于上部封頭處附件的排列與安裝，特別是在上封頭帶夾套、冷卻構(gòu)件及接管等附件的情況下，更有利于整體合理布局。其底部出料口能得到充分的攪動(dòng)，使輸料管路暢通無(wú)阻，有利于排出物料。 此類(lèi)攪拌設(shè)備的缺點(diǎn)是槳葉葉輪下部至軸封處常有固體物料粘

7、積，容易變成小團(tuán)物料混入產(chǎn)品中影響產(chǎn)品質(zhì)量。,5）旁入式攪拌安裝形式,將攪拌器安裝在容器罐體的側(cè)壁上，在消耗同等功 率的情況下，能得到最好的攪拌效果。這種攪拌器 的轉(zhuǎn)速一般在360450rmin，驅(qū)動(dòng)方式有齒輪 傳動(dòng)與帶傳動(dòng)兩種。 該設(shè)備主要缺點(diǎn)是軸封比較困難。,旋槳與容器中心線夾角70-120,旋槳與容器中心線夾角為大于120,旋槳與容器中心線相垂直,（二）攪拌器的構(gòu)造,1平槳式攪拌器 槳葉一般采用不銹鋼或扁鋼制成。 其聯(lián)接形式有四種如圖：,對(duì)于小型槳葉常加工成整體焊接形式，為不可拆卸結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)制造方便，但強(qiáng)度不大，不能拆換槳葉，常用于小直徑容器中。,為螺栓連接方式，依靠槳葉與軸的摩擦力

8、帶動(dòng)槳葉旋轉(zhuǎn)。這種結(jié)構(gòu)拆卸方便，但功率大時(shí)容易產(chǎn)生打滑現(xiàn)象而不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，多用于小功率設(shè)備中。,結(jié)構(gòu)是b型結(jié)構(gòu)的改進(jìn)型，把圓軸改成方軸，這樣可克服打滑現(xiàn)象，但軸的加工困難。,為鍵連接方式，它兼有以上幾種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛采用。,2框式與錨式攪拌器,其外形輪廓與容器壁形狀相似，底部形狀為適應(yīng)罐底輪廓，多為橢圓或錐形等。,3渦輪式攪拌器,渦輪式攪拌器的葉片較多，轉(zhuǎn)速高， 結(jié)構(gòu)比槳式復(fù)雜，種類(lèi)較多。 可分為開(kāi)啟渦輪式與圓盤(pán)渦輪式兩種,4旋槳式攪拌器,槳葉形狀與通常使用的推進(jìn)式螺旋槳相似，所以又稱(chēng)為推進(jìn)式攪拌器。,實(shí)質(zhì)上，槳葉是螺旋面的一部分，沿著槳葉長(zhǎng)度方向不同截面處的升角是逐漸變化的。,5螺帶式與

9、螺桿式攪拌器,由一定寬度的帶材或圓柱棒材制作成螺帶形狀。它可以有單條或雙條螺帶結(jié)構(gòu)。一般螺帶的外廓尺寸接近容器內(nèi)壁，使攪拌操作遍及整個(gè)罐體。,用支撐桿件使螺帶固定在攪拌軸上。每個(gè)螺距設(shè)置桿件23根。支撐桿一端與螺帶焊接，另一端夾緊在攪拌軸上，也可以采用支撐桿與軸的鍵連接的形式。,6.行星式攪拌器,工作時(shí)，槳葉一方面繞容器旋轉(zhuǎn)，另一方面，槳葉本身繞軸自轉(zhuǎn),第四節(jié) 調(diào) 和 機(jī),主要加工高粘度糊狀、膏狀物料及粘滯性固體物料。,一、調(diào)和機(jī)理,目的是獲得均勻的混合物。 槳葉攪拌形成的局部物料運(yùn)動(dòng)不能波及整個(gè)容器，主要利用剪切混合機(jī)理：槳葉移動(dòng)產(chǎn)生剪切力，將物料拉延撕裂，同時(shí)這部分物料受攪拌槳葉推擠而被壓

10、向鄰近物料，千百次折疊、包裹，如此反復(fù)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間強(qiáng)制均勻混合，得到合格產(chǎn)品。,特點(diǎn)：,1、混合時(shí)間長(zhǎng) 2、工作容量小，消耗功率大。 3、槳葉與調(diào)和機(jī)容器壁間隙大小及槳葉形狀對(duì)調(diào)和效果影響很大。 4、調(diào)和操作若伴有傳熱過(guò)程，降低傳熱能力，惡化操作性能。,二、調(diào)和機(jī)分類(lèi),按調(diào)和容器軸線位置：立式和臥式 按攪拌軸數(shù)量分：?jiǎn)屋S式、多軸式 按工作情況分：間歇式、連續(xù)式 按用途分：打蛋機(jī)、調(diào)粉機(jī) 按攪拌槳轉(zhuǎn)速分：高速、低速,三、打蛋機(jī),(一)工作原理 工作時(shí)，攪拌器高速旋轉(zhuǎn)，強(qiáng)制攪拌，被調(diào)和物料充分接觸并劇烈摩擦，從而實(shí)現(xiàn)混合、乳化、充氣及排出部分水分的作用。,(二)打蛋機(jī)結(jié)構(gòu)及主要零部件 一般由攪拌

11、器、容器、傳動(dòng)裝置及容器升降機(jī)構(gòu)等組成。,1、攪拌器(分為攪拌槳和攪拌頭) (1)攪拌漿 鉤形攪拌槳、網(wǎng)形攪拌槳和鼓形攪拌槳 (2)攪拌頭,2、軸封(防止攪拌頭內(nèi)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的潤(rùn)滑油漏入容器內(nèi)) 3、調(diào)和容器 4、機(jī)座,第五節(jié) 高壓均質(zhì)機(jī),一、概述 (一)、往復(fù)泵的工作原理 1、組成：輸送液體的泵體部分和將原動(dòng)機(jī)的能量傳給活塞的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 工作過(guò)程：吸入和排出,2、動(dòng)力往復(fù)泵活塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律 X=CA=CO-AO=CO-BOcos=r(1-cos) 活塞移動(dòng)速度為： v=dx/dt=rsind/dt 因d/dt=常數(shù) 所以v= r sin 泵的瞬時(shí)流量為： qv=A.v=Ar sin 由此可知泵的流

12、量變化是隨轉(zhuǎn)角的正弦規(guī)律變化,3、流量比較 單作用往復(fù)泵 雙缸單作用泵，即具有大小相等的兩個(gè)活塞，由相差180度的曲柄帶動(dòng)的往復(fù)泵，可連續(xù)輸運(yùn)液體，仍然不均勻。 三缸時(shí)其曲柄互成120度，既可連續(xù)輸液體，流量又較均勻。,4、流量調(diào)節(jié) 往復(fù)泵的流量與排出壓力無(wú)直接關(guān)系，只與活塞的面積，行程和往復(fù)次數(shù)有關(guān)，因此，在任何排出壓力下其流量基本上是不變的。,二、高壓泵及均質(zhì)機(jī) 均為三柱塞往復(fù)泵，前者在排出口安裝 的是安全閥，當(dāng)壓力過(guò)高時(shí)可使液體回到吸入口，后者為均質(zhì)閥，液體通過(guò)后恢復(fù)至常壓。,(一) 主要結(jié)構(gòu) 主要由泵體、均質(zhì)閥或安全閥、電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與機(jī)架幾個(gè)部分組成。,泵體均質(zhì)閥泵閥 三柱塞式往復(fù)

13、泵,1、泵體,作用：是隨著柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)而周期的開(kāi)啟和關(guān)閉，完成吸入和排出過(guò)程，實(shí)驗(yàn)對(duì)物料的輸送。,2、泵閥（吸入閥 和排出閥）,泵閥應(yīng)備的基本要求： 1、工作平穩(wěn)，開(kāi)啟及時(shí)，關(guān)閉速度和關(guān)閥滯后角均不應(yīng)大于允許值，以減小關(guān)閉沖擊和回流損失。 2、密封可靠，以避免或盡可能減少泄漏損失。 3、水力損失小，否則會(huì)影泵的效率和其他水力特性。 4、具有足夠的強(qiáng)度，剛度，以確保在一定的工作壓力上可靠工作，具有較長(zhǎng)的使用壽命。 5、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆、維修方便，互換性好,組成：由閥座、閥板、導(dǎo)向柱、彈簧和升程限制器等組成。 分類(lèi)：根據(jù)開(kāi)閉方式：自動(dòng)閥和強(qiáng)制閥。 根據(jù)閥板的形狀特點(diǎn)：盤(pán)形閥、球 閥和環(huán)形閥等,大多為

14、自動(dòng)開(kāi)啟及自動(dòng)關(guān)閉，利用重力的自動(dòng)閥稱(chēng)為重量閥，利用彈簧力的自動(dòng)閥稱(chēng)為彈簧閥。,閥板如盤(pán)狀，根據(jù)閥板與閥座密封接觸面的特點(diǎn)，可分為平板閥和錐形閥,1、2、3,1、2、3,1、2、3,組成：由閥座、閥桿和沖擊環(huán)組成。 材料：國(guó)外：鎢鈷鉻合金用于牛奶均 質(zhì)時(shí)可保持良好的性能 硬質(zhì)合金磨蝕性強(qiáng)的液料 國(guó)內(nèi)：4Cr13 類(lèi)型：據(jù)均質(zhì)閥、閥桿的工作端面的形狀特點(diǎn)分為平面型和非平面型兩大類(lèi)。 均質(zhì)閥的使用,3、均質(zhì)閥,圖3-38,(二) 高壓均質(zhì)機(jī)的基本原理 均質(zhì)機(jī)是基于對(duì)物料的擠壓、剪切、渦 流、泄壓、空穴作用，從而達(dá)到顆粒減小、分散均勻的目的。,(三) 常見(jiàn)故障 1、流量不足，達(dá)不到工藝要求。 2、壓力表指針跳動(dòng)嚴(yán)重。 3、密封圈損壞。,三、高剪切均質(zhì)機(jī) (一)結(jié)構(gòu)與特點(diǎn) 1、結(jié)構(gòu) 2、原理 3、特點(diǎn),工作時(shí)，轉(zhuǎn)子葉片高速回轉(zhuǎn)，在葉片作用下流入的液體通過(guò)窄小的縫隙，在很高的剪切力作用下破碎、分散、混合。,(1) 粒度可達(dá)到1m以上；(2)穩(wěn)定性好；(3)能耗低，對(duì)材質(zhì)無(wú)特殊要求,(二)分類(lèi) 可分為軸流式和徑流式。,1,(三) 均質(zhì)機(jī)理比較 1、宏觀均質(zhì)機(jī)理比較 (1)剪切作用 (2)撞擊作用 (3)空穴作用 2、微觀均質(zhì)機(jī)理比較,(四)均質(zhì)效果 均質(zhì)的目的是分裂脂肪球 。使其成微細(xì)狀態(tài)分布于牛奶中，以免形成乳脂層?？梢酝ㄟ^(guò)測(cè)定均質(zhì)指數(shù)來(lái)檢查牛奶的效果。,四、膠