5-混合和均質(zhì)機械與設(shè)備

1、第五章 混合和均質(zhì)機械與設(shè)備,,第一節(jié) 概述,一、概念攪拌 均質(zhì)混合,指借助于流動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，其作用可以實現(xiàn)物料的均勻混合、促進溶解和氣體吸收、強化熱交換等物理及化學(xué)變化,,指借助于流動中產(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、液進行細(xì)化、混合、均質(zhì)處理，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)通過攪拌或其他手段達到相對均勻狀態(tài)的過程

2、?；旌鲜鞘称芳庸すに囘^程中不可缺少的單元操作之一,二、攪拌混合機理（一）對流混合（二）擴散混合（三）剪切混合,也稱為體積混合或移動混合，對于工作不相溶組分，依靠攪拌裝置的運動部件或重力，使物料各部分作相對運動。其混合均勻程度并不太高，對粉料和液料都是如此。,指互溶組分中存在的混合現(xiàn)象，實際上完全不互溶組分是不存在的，在混合過程中有一個由對流混合到擴散混合的過渡，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愈

3、薄的料層，使某一種組分原來占有區(qū)域的尺寸愈來愈小,混合均勻度 混合物的混合均勻程度是衡量混合機性能好壞的主要技術(shù)指標(biāo)之一。,第二節(jié) 攪拌器,攪拌設(shè)備就是通過使攪拌介質(zhì)獲得適宜的流場而向其輸入機械能量的裝置。主要由攪拌裝置、攪拌罐和軸與軸封三大部分組成,,,,傳動裝置：賦予攪拌裝置及其他附件運動的傳動件組合體。要求傳動鏈短、傳動件少、電機功率小，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

4、。,容納攪拌器與物料在其內(nèi)進行操作。對于食品攪拌容器，除保證具體的工藝條件外，還要滿足無污染。易清洗等專業(yè)技術(shù)要求。,其作用是通過自身運動使攪拌容器中的物料按某種特定的方式運動，從而達到某種工藝要求。這種特定方式的流動（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”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)有無阻擋物等。,,1．軸向

5、流型 液體從軸向進入葉片，從軸向流出。 2．徑向流型 流體從軸向進人葉輪，從徑向流出。,打漩 當(dāng)被攪拌液料出現(xiàn)沿圓周做整體旋轉(zhuǎn)運動時，這種流動狀態(tài)叫打漩危害 ①幾乎不存在軸向混合，會出現(xiàn)分離現(xiàn)象 ②遠(yuǎn)離中心-液面下凹，有效容積降低。 ③當(dāng)旋渦較深時，會發(fā)生從液體表面吸氣現(xiàn)象，引起液體密度變化或機械振動,攪拌器的類型和安裝形式類型：①小面積葉片高速運轉(zhuǎn)的攪拌器②大面積葉片低速運轉(zhuǎn)的攪拌器,渦輪式

6、、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,,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、呈對稱布局，驅(qū)動方式為皮帶傳動或齒輪傳動或者通過減速傳動。離心力-容易打旋,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)備在工作過程中的振動，

7、一般此類安裝形式只用于小型設(shè)備上。,,3）傾斜式攪拌安裝形式,將攪拌器直接安裝在罐體上部邊緣處，用夾板固定，攪拌軸斜插入容器內(nèi)進行攪拌。適用于攪拌容器比較簡單的圓筒形結(jié)構(gòu)或方形敞開式攪拌設(shè)備，可防止產(chǎn)生渦流。這種安裝形式的攪拌設(shè)備比較機動靈活，使用維修方便，結(jié)構(gòu)簡單、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。其底部出料口能得到充分的攪動，使輸料管路暢通無阻，有利于排出物料。此類攪拌設(shè)備的缺點是

8、槳葉葉輪下部至軸封處常有固體物料粘積，容易變成小團物料混入產(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。該設(shè)備主要缺點是軸封比較困難。,（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：,,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。,,框、錨式攪拌器,KSB-

9、純錐底框式,KSA-直錐底框式,KS-橢圓底框式,TS-搪玻璃專用錨式,MS-錨式,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，種類較多。可分為開啟渦輪式與圓盤渦輪式兩種,,,4．旋槳式攪拌器,槳葉形狀與通常使用的推進式螺旋槳相似，所以又稱為推進式攪拌器。,,,5.行星式攪拌器,工作時，槳葉一方面繞容器旋轉(zhuǎn)，另一方面，槳葉本身繞軸自轉(zhuǎn),,,,,6．螺帶式與螺桿式攪拌器,由一定寬度的帶材或圓柱棒材制作成螺帶形狀。

10、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罐體。,第三節(jié) 混合機,一 粉料混合機 二 氣液混合機,粉料混合機作用對象是兩種或兩種以上具有一定流動性的粉料顆粒，通過混合機的混合作用使其成為各組分濃度均勻的混合物?；旌蠙C按混合容器是否旋轉(zhuǎn)可分為旋轉(zhuǎn)容器式混合機和固定容器式混合機。,（一）旋轉(zhuǎn)容器式混合機,間歇操作的混合機械。這種混合機用驅(qū)動軸水平地支撐著容器，容器內(nèi)放入兩

11、種以上的粉粒物料，驅(qū)動軸帶動容器自身回轉(zhuǎn)而完成物料的混合。機構(gòu)簡單，混合效果良好，因此應(yīng)用廣泛。,由旋轉(zhuǎn)容器及驅(qū)動轉(zhuǎn)軸、機架、減速傳動機構(gòu)和電動機組成。旋轉(zhuǎn)容器是此類混合機的重要構(gòu)件，它的形狀決定了混合操作的效果。容器的內(nèi)表面要求光滑平整，以減少器壁對物料的摩擦、粘附作用。旋轉(zhuǎn)容器內(nèi)部無攪拌工作部件。正常工作時，容器內(nèi)物料在容器的帶動下向上運動，然后在自重下回落，造成上下翻動和側(cè)向運動，從而不斷進行擴散，達到混合的目的。為了

12、加強物料的混合，減少混合操作時間，有時在容器內(nèi)安裝幾個固定檔板。,1、基本結(jié)構(gòu),2、主要形式（1）圓筒型混合機圓筒型混合機適合于對調(diào)味料以及啤酒的原料麥芽等進行混合。,水平型混合機 傾斜型混合機,水平型混合機其圓筒容器水平放置，作業(yè)時兩端物料混合得不徹底，混合效率低，一般不采用。,傾斜型混合機其圓筒容器傾斜放置，這樣物料在容器內(nèi)運動情況復(fù)雜，混合效果好。,（2）輪筒型混合機 圓筒型混

13、合機的一種變型，圓筒變?yōu)檩喭?，?除了混合死角。 混合機容器較小，裝料少。 適合于對小食品包裹調(diào)味料或者包糖衣的操作。,（3）雙錐型混合機容器由兩個錐底相連的圓錐體構(gòu)成，驅(qū)動軸固定于錐底部分。一個錐頂為原料的入口，另一個錐頂為已混合物料的出口。由于容器呈圓錐形，所以物料能產(chǎn)生強烈的滾動作用，具有易流動和混合較快的優(yōu)點，同時物料排出徹底。,為了混合得徹底，容器內(nèi) 可設(shè)有攪拌槳葉。,（4）V型混合機,又稱雙圓角形混合機

14、。混合容器夾角為:60～90℃之間，裝料量為兩個圓筒體積的10％～30％。 由于容器的非對稱性，操作時物料時聚時散，產(chǎn)生比雙錐型混合機更好的混合效果。適用于各種干粉狀食品（如面粉、玉米粉、麥麩等）的混合,,（5）立方體型混合機,混合容器呈立方體形。物料在空間力的作用下做三維的復(fù)雜運動，強化了混合效果，消除了混合死角，大大縮短了混合時間。這種混合機適合于咖啡等貴重粉料食品的混合。,3、旋轉(zhuǎn)容器式混合機的使用,（1）此類混合機的

15、一次投料量為容器體積的30～50％。如果投料量過大，則混合空間減小，攪拌效果不理想。（2）在容器旋轉(zhuǎn)過程中，內(nèi)部的物料會受到重力和離心力的雙重作用。當(dāng)離心力大于重力時，固體顆粒會在離心力的作用下緊貼器壁不下落，達不到混合效果。,（二）固定容器式混合機,特征：容器固定。內(nèi)部設(shè)有回轉(zhuǎn)的攪拌槳葉或絞龍螺旋，強制性地分散、切斷物料。物料在容器內(nèi)有確定的流動方向，屬于對流混合。適用于物料的性質(zhì)差別較大及混合比較大、混合精度要求高的場合

16、。由于容器固定，物料進出方便，有些類型的固定容器式混合機可以實現(xiàn)連續(xù)操作。,1、螺帶式混合機,攪拌容器內(nèi)裝有薄而細(xì)長的螺旋帶狀槳葉，靠槳葉的回轉(zhuǎn)來完成對物料的混合操作。此類混合機的型式較多，根據(jù)螺帶的數(shù)目可分為單螺帶混合機和多螺帶混合機，根據(jù)螺帶的安裝位置可分為臥式螺帶混合機、立式螺帶混合機和傾斜式螺帶混合機等。,水平,臥式單螺帶混合機主要是靠物料的徑向運動實現(xiàn)混合，而物料在軸向的運動變得很弱，因此混合精度不高。,雙螺帶：在驅(qū)動

17、軸上裝有兩條螺旋方向相反的螺帶，兩條螺帶外緣回轉(zhuǎn)半徑不同，回轉(zhuǎn)半徑大的稱為外螺帶，回轉(zhuǎn)半徑小的稱為內(nèi)螺帶。當(dāng)驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)時，兩條螺帶同時翻動物料，并且內(nèi)、外螺帶對物料的翻動速度不同，有利于物料的徑向混合，同時內(nèi)外螺帶反向旋轉(zhuǎn)，推動物料在混合容器內(nèi)反復(fù)運動，產(chǎn)生較強烈的軸向混合，大大增強了混合效果。,,,傾斜,立式,,2、行星運動螺旋式混合機,混合容器呈倒圓錐形，螺旋輸送機沿圓錐的母線置于容器的內(nèi)部。容器的上部設(shè)有驅(qū)動裝置帶動螺旋輸送機

18、回轉(zhuǎn)，螺旋輸送機在搖臂的帶動下邊自轉(zhuǎn)邊沿圓錐的內(nèi)表面慢慢地公轉(zhuǎn)。在食品工業(yè)中應(yīng)用廣泛，如奶粉、小麥粉、砂糖、咖喱粉等的混合均可使用。某些食品物料在混合操作中需要加熱或冷卻時，可在混合容器上設(shè)水套。,3、垂直螺旋混合機,容器為立式，容器中央設(shè)有螺旋狀的驅(qū)動軸（垂直螺桿）。軸的四周是一個套筒，容器上部設(shè)有一塊由驅(qū)動軸帶動的甩料板。工作過程：工作時，螺旋狀驅(qū)動軸將物料從套筒底部提升至上部，在甩料板的旋轉(zhuǎn)作用下被拋落到容器周圍慢慢落下，

19、至底部后又被螺旋狀驅(qū)動軸提升。如此循環(huán)往復(fù)，直至混合到預(yù)定程度，由下部的出料口排出。,4、瞬間連續(xù)混合機,作用原理：驅(qū)動軸帶動C、D兩個圓盤做高速旋轉(zhuǎn)運動，被混合的粉料食品B和A分別從中心加料口和環(huán)形加料口進入混合室，并分別落在C盤和D盤上，在離心力的作用下被甩向四周布置的導(dǎo)流擋板E，擋板將兩種物料引至出口處混合后流出。,二、氣液混合機,食品工業(yè)中常見的氣液混合操作是碳酸飲料的碳酸化。 原理 CO2與清潔

20、的冷凍水或糖漿等充分接觸，讓CO2溶解在液體中，形成碳酸水。,噴霧式碳酸化器,由雙作用式活塞泵、碳酸化罐、機座和管路組成。工作時CO2 充滿罐內(nèi)空間，活塞泵將水泵入碳酸化罐中央的豎管，形成高壓水，通過可轉(zhuǎn)動的壓力噴頭或固定的離心式霧化器將水分散成極小的液滴，落下與氣體充分接觸，形成碳酸水。,1—雙缸活塞泵；2—貯水缸；3—二氧化碳鋼瓶；4—壓力表；5—止逆閥；6—碳酸化罐；7—壓力表；8—噴嘴;9—入氣閥；10—液位顯示控制器；11—

21、碳酸水；12—接安全閥；13—放碳酸水截止閥；14—排放閥,噴射式碳酸化器,主要構(gòu)件是文丘里管。原理：處理水經(jīng)加壓后進入液體通道，當(dāng)水流至收縮的噴嘴處時，流速劇增。水的內(nèi)部壓力迅速下降，形成低壓區(qū)，這樣就會不斷地吸入CO2。當(dāng)水離開噴嘴后，周圍的環(huán)境壓力與水的內(nèi)部壓力形成較大的壓差。為了維持平衡，水會爆裂成細(xì)小的水滴，同時，水與氣體分子間有很大的相對速度，使水滴變得更加細(xì)微，增大了水與CO2的接觸面積，提高了混合效果。,,調(diào)和機主要是

22、加工高黏度糊狀物料及黏液性固體物料。粉狀物料+少量液體 或 高黏度物料+少量粉體、液體，形成均勻的塑性物料或膏、糊狀混合物等工藝操作，并根據(jù)需要完成捏合、充氣等操作。 調(diào)和機械廣泛應(yīng)用于焙烤食品及糖果、人造奶油、魚肉和混合干酪的生產(chǎn)。,第四節(jié) 調(diào)和機,調(diào)和機理,槳葉攪拌形成的局部物料運動不能波及整個容器，主要利用剪切混合機理槳葉移動產(chǎn)生剪切力，將物料拉延撕裂，同時這部分物料受攪拌槳葉推擠而被壓向鄰近物料，千

23、百次折疊、包裹，如此反復(fù)，經(jīng)過一段時間強制均勻混合，得到合格產(chǎn)品。,調(diào)和機分類,按調(diào)和容器軸線位置：立式和臥式按攪拌軸數(shù)量分：單軸式、多軸式按工作情況分：間歇式、連續(xù)式按用途分：打蛋機、調(diào)粉機按攪拌槳轉(zhuǎn)速分：高速、低速,,和面機工作時，首先將面粉、水等物料倒入攪拌容器，然后開動使攪拌器轉(zhuǎn)動，先局部混合，在整體混合。,∑形和Z形攪拌器,∑形攪拌器調(diào)和能力強，卸料與清洗均很方便，應(yīng)用廣Z形攪拌器調(diào)和能力略低，但可生產(chǎn)較強的壓縮剪

24、力，多用于細(xì)顆粒與粘滯物料的調(diào)和。,,,打蛋機,工作原理工作時，攪拌器高速旋轉(zhuǎn)，強制攪拌，被調(diào)和物料充分接觸并劇烈摩擦，從而實現(xiàn)混合、乳化、充氣及排出部分水分的作用。打蛋機用于攪打粘稠性漿體物料。在食品工業(yè)中常用于打發(fā)蛋白液、奶油，在蛋糕生產(chǎn)中用于調(diào)制面漿，在軟糖生產(chǎn)中調(diào)制糖漿。打蛋機的轉(zhuǎn)速一般較高，所以也叫高速調(diào)和機。,攪拌器,立式打蛋機的攪拌器由攪拌槳和攪拌頭組成。攪拌槳在運動中攪拌物料，攪拌頭則使攪拌槳相對于容器形成公轉(zhuǎn)和自轉(zhuǎn)

25、的運動規(guī)律。 （1）攪拌槳 有三種結(jié)構(gòu)：鉤形攪拌槳、網(wǎng)形攪拌槳和鼓形攪拌槳。 (2) 攪拌頭 作用：保證攪拌槳形成特定的運動軌跡，攪拌均勻。,鉤形攪拌槳 網(wǎng)形攪拌槳 鼓形攪拌槳,攪拌槳,三種攪拌槳的比較,,,,攪拌頭保證攪拌槳形成特定的運動軌跡運動形式1：容器不動，攪拌頭帶動攪拌槳作行星運動運動形式2：容器在轉(zhuǎn)盤上運動，攪拌頭靠近容器壁固定轉(zhuǎn)動,常見打蛋機,,,第五節(jié) 均質(zhì)機,目的

26、 均質(zhì)的目的在于將液體的混合物料中的粗大脂肪球或者較大的顆粒破碎細(xì)化，提高食品的均細(xì)度，防止或延緩物料分層，使其成為液體均相、穩(wěn)定的混合物。 均質(zhì)后的食品在口感、外觀及消化吸收率等方面均有提高。,1、剪切學(xué)說：,均質(zhì)機工作原理,,均質(zhì)前后的脂肪球,工作原理 料液高速通過均質(zhì)閥縫隙。縫隙孔徑小于0.1mm時，液流的流速高達150～200m／s。通過縫隙時，脂肪球被剪切為更細(xì)小的脂肪球微粒。,高壓均

27、質(zhì)機,19.6-25.4MPa,離心均質(zhì)機,離心均質(zhì)機常用于乳品生產(chǎn)。不僅能進行均質(zhì)，還可以去除牛乳中的雜 質(zhì)并分離稀奶油，又稱為凈化均質(zhì)機。,離心均質(zhì)機的工作原理,利用高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓，物料流至轉(zhuǎn)鼓后受到強烈的離心作用，不同密度的組分便會被分離。稀奶油室內(nèi)有一個帶尖齒的圓盤恒速旋轉(zhuǎn)，與稀奶油發(fā)生激烈的相對運動并產(chǎn)生空穴作用，將脂肪球打碎。當(dāng)脂肪球的細(xì)度未達到要求時，可以再回稀奶油室進一步均質(zhì)。,離心均質(zhì)機的主要結(jié)構(gòu),1、 分

28、離轉(zhuǎn)鼓（由轉(zhuǎn)軸、碟片等組成）。轉(zhuǎn)軸上裝有數(shù)十塊錐形碟片，使液體物料在碟片間形成薄層流動。由于碟片的作用，增加了沉降面積，從而大大增強了分離效率和生產(chǎn)能力。,2、 帶齒圓盤,帶齒圓盤處于稀奶油室內(nèi)，與轉(zhuǎn)鼓一起回轉(zhuǎn)。帶齒圓盤邊緣上均勻分布有突出的尖齒，一般為12個。齒的前端邊緣呈流線型，后端邊緣則削平。改變帶齒圓盤的直徑和齒數(shù)，可得到不同的破碎度。,超聲波均質(zhì)機,工作原理 超聲波均質(zhì)是利用超聲波遇到物體時會迅速交替壓縮和膨脹的

29、原理設(shè)計的。如果將超聲波導(dǎo)入料液，當(dāng)處于膨脹的半個周期時，料液受到拉力，其中的氣泡便膨脹；而在壓縮的半個周期內(nèi)，氣泡被壓縮。當(dāng)壓力振幅變化很大時，就會產(chǎn)生空穴作用和強烈的機械攪拌作用，使大的脂肪球或大顆粒碎裂，從而達到均質(zhì)的目的。,機械式超聲波發(fā)生器,主要工作部件是噴嘴和簧片。結(jié)構(gòu)：簧片處于噴嘴前方，它是一個邊緣呈楔形的金屬片，被兩個或兩個以上的節(jié)點夾住。工作原理：高速料液-簧片-超聲波振動-傳給料液-被均質(zhì),膠體磨,一種磨制

30、膠體或近膠體物料的機械。它可以在極短的時間內(nèi)對懸浮液中的固形物進行超微粉碎，同時兼有混合、攪拌、分散和乳化作用。膠體磨廣泛應(yīng)用于果汁、果醬、植物蛋白、乳品、油脂及一些調(diào)味品、添加劑的生產(chǎn)中。,工作原理,膠體磨的工作構(gòu)件由固定磨體（定子）和高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動磨體（轉(zhuǎn)子）組成，兩個磨體之間有可以調(diào)節(jié)的間隙。當(dāng)料液通過這個間隙時，由于轉(zhuǎn)子在高速旋轉(zhuǎn)，使附著于轉(zhuǎn)子面上的物料運動速度最大，而附著于定子面上的物料速度為零，使物料受到強烈的剪切