7食品机械-搅拌、混合及均质机械与设备

2011/10/1917搅拌、混合及均质机械与设备SCU食品工程系2011-2012学年上期第8-9周（5学时）2011/10/192主要内容物料混合的基本概念粉体混合机液体搅拌器均质机捏合机碳酸化器2011/10/193物料混合的基本概念混合的定义使两种或两种以上不同组分的物质在外力作用下由不均匀状态达到相对均匀状态的过程以液体为主的物料混合称为搅拌以干物料为主的物料混合称为混合混合的任务获得化学、物理均匀度达到要求的产品实现某种工艺目的防止悬浮物沉淀增加加热和冷却的均匀性混合的类型固体－固体固体－液体液体－液体液体－气体固体－液体－气体2011/10/194混合机械分类混合的对象牛顿流体液—液混合物固—液混合物非牛顿流体高粘度糊状物粘滞性面团干散物料混合机乳浊液、悬浮液均质机械搅拌机调和机、捏合机2011/10/195对混合机械的要求混合的均匀度高物料在容器内的残流量少均质物的颗粒微小，质地细腻设备结构简单，坚固耐用，操作方便，便于检视、取样和清理机械设备要防锈，耐腐蚀，容器表面光滑，工作部件能拆卸清洗电机设备和电控装置应能防爆、防湿、防尘2011/10/196两种或两种以上不同组分构成的混合物在混合机内，在外力作用下进行混合，从开始时的局部混合达到整体的均匀混合状态在某个时刻达到动态平衡后，混合均匀度不会再提高，而分离和混合则反复交替地进行着以上过程存在着三种混合方式对流混合扩散混合剪切混合混合机理2011/10/197对流混合由于混合机工作部件表面对物料的相对运动，所有粒子在混合机内从一处向另一处作相对流动，位置发生位移，产生整体的流动扩散混合对于互溶性组分，在混合过程中，以分子扩散形式向四周作无规律运动，从而增加了两个组分间的接触面积和缩短了扩散平均自由程达到均匀分布状态对于互不相溶性组分的粉粒子，在混合过程中以单个粒子为单元向四周移动，使各组分的粒子先在局部范围内扩散，达到均匀分布剪切混合搅拌桨直接与物料作用，把物料撕成越来越薄的薄层，达到混合的目的2011/10/198混合均匀度的表示方法混合物的均匀程度是衡量混合机性能好坏的主要技术指标之一通常用混合物中某组分含量的变异系数Cv来衡量混合物内任意处的随机取样，同一种组分的摩尔分数接近取n个样品，每个样品中某组分的摩尔分数分别为x1，x2，x3…xn，其算术平均值为当测定次数趋于无穷大时，算术平均值的极限为a，可看作为某组分摩尔分数的真值niixnx11)1lim(1niixnan2011/10/199标准偏差均方根离差变异系数均匀度Hs=1-Cv(%)21)(11niixxnS212)(11niixxnS(%)xsCv2011/10/1910图5-2表示沿混合机某方向取样，样品中某组分浓度值的变化曲线浓度测定值X的密度函数曲线见图5-3，图中S值的大小影响了曲线的形状但是标准偏差S只能反映某组分浓度绝对值的波动情况，尚不能确切地说明各个组分混合后的相对均匀程度如何2011/10/1911例如，某组分在混合物中的含量为50％，经测定其S值为0.02，而另一种组分在混合物中的含量仅5％，其S值也是0.02经验表明，前一种组分在混合物中均匀分布程度远比后一种好。这是因为S值只与各观测值相对x的离差有关，而与各测定值本身的大小无关。所以，仅用S和X两个特征数，还不足以全面客观地反映混合物质量的优劣，必须采用变异系数Cv这个特征量，亦即用相对离散程度作为特征量，才便于评价混合的质量)/(00XSC2011/10/1912根据公式计算，上例的两种组分中，第一种组分的变异系数Cv（即相对离散值）只有Cv=4％，而第二种组分的Cv=40％与Cv相对应的特征是为某组分在混合物中的相对不离散程度，也就是混合均匀度比值，可用下式来计算：Hs=1-Cv(%)根据公式得到第一种组分在混合物中的均匀度为96％，而第二种组分的均匀度仅60％2011/10/19137.1粉体混合机粉体混合机理影响混合效果的因素固体混合的主要设备固定容器式旋转容器式混合机的选择原则2011/10/1914粉体混合机理颗粒状态或粉状固体的混合主要靠流动性，但是这种流动性是有限的，与颗粒的大小、形状、相对密度和附着力有关食品加工中，粉体混合操作有以下几个情况谷物的混合面粉的混合面粉中加辅料和添加剂干制食品中加添加剂汤粉的制造速溶饮品的制造粉体混合的机理也是对流、扩散和剪切力同时发生的过程，但是固体混合时，重要的是防止发生离析现象相对密度差和粒度差大易发生离析混合器内存在速度梯度的部分，因粒子群的移动易起离析干燥的颗粒，由于长时间混合而带电，也易发生离析2011/10/1915粉料的特性颗粒的大小形状密度附着力表面粗糙程度流动性含水量结块倾向设备类型以对流混合为主的混合机，混合速度快，但混合效果较差以扩散混合为主的混合机，混合速度较慢操作条件影响混合效果的因素2011/10/1916粉体混合的主要设备分类按混合容器的运动方式固定容器式（间歇、连续）旋转容器式按混合操作型式间歇操作式连续操作式2011/10/1917结构特点容器固定，旋转搅拌器装于容器内部混合机理搅拌器把粉料从器底移送到容器上部，下面形成的空间被因重力作用而运动的粉料所填补，并产生侧向运动，如此循环混合适用范围物料物理性质差别及配比差别比较大的粉料混合操作分类按搅拌机主轴的位置水平轴垂直轴按搅拌器的结构型式卧式螺带式卧式桨叶式立式螺旋混合机行星螺旋混合机固定容器式混合机2011/10/1918卧式螺带式混合机结构搅拌器混合室传动机构工作原理以高效、快速混合物料，由搅拌轴的螺旋带运动下，使内外螺旋带在较范围内翻动物料内螺旋带将物料向两侧运动，外螺旋带将物料由两侧向内运动，使物料来回渗混另一部分物料被螺旋带推动下，沿轴向径向运动，从而形成对流循环。由于上述运动的搅拌，物料在较短时间内获得快速均匀混合。2011/10/1919双螺旋锥形混合机结构由减速机、筒盖、筒体、传动部分、螺旋、出料阀、喷液装置等部件组成工作原理混合机筒体内两只非对称螺旋的快速自转将物料向上提升，形成两股非对称沿筒壁自下向上的螺柱开形物料流、转臂慢速公转运动，使螺旋外的物料不同程度进入螺柱包络线内一部分物料被错位提升，另一部分物料被抛出螺柱，从而达到全圆周方位物料的不断更新扩散，被提到上部的两股物料再向中心凹穴汇合，形成一股向下的物料流，补充了底部的空穴，从而形成对流循环的三重混合效果2011/10/1920卧式无重力混合机工作原理筒体内装有双轴旋转方向相反的浆叶，浆叶呈重叠状并形成一定角度浆叶旋转将物料抛向空间流动层，产生瞬间失重，相互落入对方区域内，物料来回渗混，中央部位形成一个流态化的失重区和旋转涡流物料并沿轴向径向运动，从而形成全方位复合循环，迅速达到均匀混合特点应用十分广泛，在粉体与粉体流动性能差异较大，以及比重、颗粒差异较大的物料不产生分层离析现象粉体与粉体在1:1000配比时，其标准偏差为十万分之三-八，含量波动误差2%（变异因子）混合速度快，一般粉体与粉体的混合只需2-3分钟需固与液混合时，筒盖按装加液或喷雾装置。本机间歇操作，出料阀采用长型双开门放料，出料阀设有手动、气动型式2011/10/1921结构特点容器内没有搅拌工作部件，容器内的物料随着容器旋转方向自上而下依靠物料本身的重力翻转运动以达到均匀混合的目的适用范围流动性良好、物性差异小的粉状食品的混合类型圆筒型双锥型正方体型V型旋转容器式混合机2011/10/1922圆筒型混合机水平型混合效率低，一般不采用倾斜型物料的流型复杂化，避免了混合死角，增加混合能力转速：40-100r/min2011/10/1923二维运动混合机混和筒为圆柱形料筒，筒内不带任何搅拌装置在绕其对称轴作自转的同时，又绕水平轴作“可倒置”摇摆运动，从而迫使料筒内的物料既有扩散混合又有移动混合该机具有混和时间短、混和均匀、混合量大等特点2011/10/1924三维运动混合机由机座、调速电机、轴、回转连杆及筒体等部分组成装料的筒体在主动轴的带动下作平移动及摇滚等复合运动，促使物料沿着筒体作环向、径向和轴向的三向复合运动，从而实现多种物料的相互流动扩散、掺杂，以达到高均匀度混合的目的该机是一种无菌、无尘，全封闭的高效节能混合机。物料在混合时无离心力的作用和比重偏析及分层、积聚现象。装载量大、混合时间短、效率高2011/10/1925双锥型混合机容器是由两个锥筒和一段短柱筒焊接而成，其锥角有600和900混合过程中，物料在容器内翻滚强烈，流动断面的不断变化，产生良好的横流效应转速一般为5-20r/min混合时间5-20min/次装料量50－60％2011/10/1926V型混合机回转容器由两段圆筒以互成一定角度的V形链接，两圆筒轴线夹角为600或900粉料在旋转容器内时聚时散，在短时间内使粉料得到充分混合转速一般为6-25r/min混合时间4min/次装料量10－30％2011/10/1927真空进料高效混合机为V型高效不对称混合机通过机械转动，使两个圆柱体内的物料做往复翻动，达到均匀混合的目的结构独特、操作简便、混合时间短、功率高、无死角、进出料方便，能减轻劳动强度适用于均匀度高，物料比重差大的物料混合一个密闭容器，由两个不对称的V型圆柱体组成2011/10/1928正方体型混合机回转容器为正方体旋转轴与正方体对角线相联混合时，物料在容器内受到三维以上的重叠混合作用，没有混合死角，因而混合速度快性能好，只是生产能力小2011/10/1929混合机的选择原则根据混合工艺，确定混合机的操作方式，采用连续式还是采用间歇式操作根据物料特性，确定混合机的类型，采用容器回转式混合机还是容器固定式混合机根据生产处理量，确定混合机的产量和型号2011/10/19307.2液体搅拌器液体--液体与液体--固体组分间的混合，称为液体搅拌，采用的机械设备称为液体搅拌机液体搅拌机与粉料混合机的不同点在于，前者制备的是互溶或互不溶的液态混合物，而后者加工的是互不溶的固体粉料，得到的是互不溶的粉体混合物液体搅拌机，又称为液体-液体与液体-固体集态混合机，广泛应用于：将不同颜色和比重差不多的液体构成均一的混合物使固体粒子在液体中呈悬浮或混浊状态从饱和溶液中析出结晶粒子使痕量组分在液体中均匀混合促进液体与储槽容器之间的热交换过程，并防止局部过热2011/10/1931搅拌器动画模型2011/10/1932液体搅拌的基本原理液体搅拌的基本原理和粉体混合基本相同，即两种或两种以上组分在搅拌过程中都通过对流、扩散和剪切作用达到均匀混合的。但由于液体和粉体两种物料在物理性质上的根本差异，因此，所采用的搅拌设备也完全不同液体搅拌机的主要工作部件是搅拌叶片，包括桨叶、旋桨和涡轮叶片等型式。由液体-液体或液体-固体物料配制成的混浊液、乳浊液和悬浮液中，液体比例一般约占95％以上；高浓度的粘稠液中液体的比例要小一些液体具有流动性和不可压缩性。在叶轮（由叶片和回转轴等组成）的旋转作用下，把机械能传给液体，在叶轮附近区域的液流中造成涡动，同时产生一股高速射流推动液体沿着一定途径在容器内作循环流动。这种流动称为液体的“流型”,它可分为轴向流型、径向流型和因在容器侧壁加设挡板等阻挡物引起液流方向变化而形成的各种混合流型2011/10/1933液流的流型取决于叶片的几何形状和结构以及在容器内有无阻挡物等，而叶片的几何形状对流型的影响昀大轴向流型液体从轴向进入叶片，从轴向流出，谓之轴向流型径向流型流体从轴向进入叶轮，从径向流出，谓之径