第六章溷合均质机械与设备

食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备食品工厂机械与设备第六章混合均质机械与设备食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备第六章混合均质机械与设备混合及其设备均质及其设备第一节液体搅拌与混合机械设备第二节粉体混合机械第三节搅拌混合与捏合机械设备第四节均质机械设备本章小结思考题自测题食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备混合及其设备混合是指使两种或两种以上不同物料互相混合，成分浓度达到一定程度均匀性的单元操作。混合操作所采用的设备因物料状态不同而异。对于低黏度液体，采用的是液体搅拌与混合机械设备；对于粉料，所用的设备为混合器。介于两种状态之间的物料，既可用搅拌器，也可用混合器，但更经常使用的是捏合机。食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备均质及其设备均质(也称匀浆)是一种使液体分散体系(悬浮液或乳化液)中的分散物(构成分散相的固体颗粒或液滴)微粒化、均匀化的处理过程。除了高压均质机以外，胶体磨、超声波均质器(或称超声波乳化器)、高速搅拌器等都有均质功能。食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备第一节液体搅拌与混合机械设备除了间歇式的液体搅拌设备以外，还可利用水粉混合机及静态混合器等设备，以连续或半连续化的方式制备液体混合物。一、液体搅拌机二、水粉混合机三、静态混合器食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备一、液体搅拌机液体搅拌目的带有搅拌器的设备（一）基本结构（二）搅拌器（三）搅拌容器（四）搅拌器的传动装置和轴封食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备带有搅拌器的设备食品工业中典型的带搅拌器的设备有：发酵罐、酶解罐、冷热缸、溶糖锅、沉淀罐等。这些设备虽然名称不同，但基本构造均属于液体搅拌机。食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备液体搅拌目的在食品加工中，液体搅拌机主要用于以下方面：促进物料的传热，使物料温度均匀化；促进物料中各成分混合均匀；促进溶解、结晶、浸出、凝聚、吸附等过程进行；促进酶反应等生化反应和化学反应过程的进行。食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备（一）基本结构搅拌机械的种类较多，但其基本结构是一致的。其结构如图6.1所示，主要由搅拌装置、轴封和搅拌容器三大部分组成，即：搅拌设备轴封搅拌装置传动装置搅拌轴搅拌器搅拌容器罐体附件食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备搅拌器搅拌器（或称搅拌桨）及搅拌轴的主要作用是通过自身的运动使搅拌容器中的物料按某种特定的方式流动，从而达到某种工艺要求。所谓特定方式的流动（流型）是衡量搅拌装置性能最直观的重要指标。食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备搅拌容器搅拌容器也称搅拌槽或搅拌罐。其作用是容纳搅拌器与物料在其内进行操作。对于食品搅拌容器，除保证具体的工艺条件外，还要满足无污染、易清洗等专业技术要求。食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备罐体罐体大多数设计成圆柱形，其顶部为开放式或密闭式，底部大多数成碟形或半球形，平底的很少见到，因为平底结构容易造成搅拌时液流死角，影响搅拌效果，同时也不利于料液的完全排放。食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备传动装置传动装置是赋予搅拌装置及其它附件运动的传动件组合体，在满足机器所必须的运动功率及几何参数的前提下，希望传动链短、传动件少、电动机功率小，以降低成本。食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备轴封轴封是指搅拌轴及搅拌容器转轴处的密封装置。为避免食品污染，轴封的选择必须给予重视。食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备附件典型搅拌设备通常还设有进出口管路、夹套、人孔、温度计插套以及挡板等附件。食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备（二）搅拌器1．搅拌器的类型2．搅拌器的安装形式3．搅拌器桨叶与流型4．搅拌器的选择食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备1．搅拌器的类型两大类型：①小面积叶片高转速运转的搅拌器，属于这种类型的搅拌器有涡轮式、旋桨式等，多用于低黏度的物料；②大面积叶片低转速运转的搅拌器，属于此类型的搅拌器有框式、垂直螺旋式等，多用于高黏度的物料。各种典型搅拌器型式食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备2．搅拌器的安装形式搅拌器不同的安装形式会产生不同的流场，使搅拌的效果有明显的差别。常见的五种搅拌轴相对于容器的安装方式如图6.3所示。（1）中心立式搅拌安装形式（2）偏心式搅拌安装形式（3）倾斜式搅拌安装形式（4）底部搅拌安装形式（5）旁入式搅拌安装形式(6)其它安装形式的搅拌器食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备（1）中心立式搅拌安装形式安装形式如图6.3（1）所示。这种安装形式的搅拌设备可以将桨叶组合成多种结构形式以适应多种用途。特点功率与转速挡板食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备挡板为了防止在搅拌器附近产生涡流回转区域，往往在立式容器的侧壁上装挡板。但用于食品料液搅拌的不多见，原因是由于清洗上的不方便。食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备特点这种安装的特点是搅拌轴与搅拌器配置在搅拌罐的中心线上，呈对称布局，驱动方式一般为带传动或齿轮传动，或者通过减速传动，也有用电动机直接驱动。食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备功率与转速这种型式的搅拌设备的搅拌器功率可以从0.1kW至数百千瓦。常用功率范围为0.2~22kW。一般认为，功率小于3.7kW的为小型，5.5~22kW为中型，大于22kW为大型。食品工业中搅拌设备中多用中小型的搅拌器。转速低于100r/min的为低速型；100~400r/min的为中速型；大于400r/min的为高速型。食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备（2）偏心式搅拌安装形式搅拌器安装在立式容器的偏心位置如图6.3（2）所示。能防止液体打漩，效果与装挡板相近。中心线偏离容器轴线的搅拌轴，会使液流在各点处压力分布不同，加强了液层间的相对运动，从而增强了液层间的湍动，使搅拌效果得到明显的改善。但偏心搅拌容易引起设备在工作过程中的振动，一般此类安装形式只用于小型设备上。食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备（3）倾斜式搅拌安装形式是将搅拌器直接安装在罐体上部边缘处，搅拌轴斜插入容器内进行搅拌，如图6.3（3）所示。对搅拌容器比较简单的圆筒形或方形敞开立式搅拌设备，可用夹板或卡盘与筒体边缘夹持固定。这种安装形式的搅拌设备比较机动灵活，使用维修方便，结构简单、轻便，一般用于小型设备上，可以防止打漩效应。食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备（4）底部搅拌安装形式将搅拌器安装在容器的底部，如图6.3（4）所示。它具有轴短而细的特点，无需用中间轴承，可用机械密封结构，有使用维修方便、寿命长等优点。此外，搅拌器安装在下封头处，有利于上部封头处附件的排列与安装，特别是上封头带夹套、冷却构件及接管等附件的情况下，更有利于整体合理布局。由于底部出料口能得到充分的搅动，使输料管路畅通无阻，有利于排出物料。此类搅拌设备的缺点是，桨叶叶轮下部至轴封处常有固体物料黏积，容易变成小团物料混入产品中影响产品质量。食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备（5）旁入式搅拌安装形式搅拌器安装在容器侧壁，如图6.3（5）所示。在同等功率下，能得到最好的搅拌效果。转速一般在360~450r/min之间。驱动方式有齿轮传动与带传动两种。主要缺点是轴封比较困难。不同角度的流动效果食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备不同角度的流动效果图6.4所示为旁入式搅拌装置在不同旋桨位置所产生的不同流动状态。(1)α=7°~12°(2)α12°(3)α=0°图6.4旁入式搅拌轴与径向的夹角及流形食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备(6)其它安装形式的搅拌器除了以上5种形式的搅拌器外，还有其它安装形式的搅拌器。如卧式容器搅拌器，是将搅拌器安装在卧式容器的上方。此类布局可以降低整台设备的安装高度，提高设备的抗振动能力，改善悬浮液的状态，如充气搅拌就是采用卧式容器的搅拌设备。食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备3．搅拌器桨叶与流型流动状态与搅拌容器的结构及其附件有一定关系。搅拌器桨叶的结构形状与运转情况是决定容器内液体流动状态最重要的因素。搅拌器件周围流体的运动方向有三种，即径向流、轴向流和环流。普通搅拌器一般只有一种为主导流向。(1)轴向流型或(2)径向流型食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备液体由轴向进入叶片，从轴向流出，称为轴向流型，如图6.5（1）所示。旋桨式叶片旋转时，产生的流动状态不但有水平环流、径向流，而且也有轴向流动，其中以轴向流量最大。此类桨叶称为轴流型桨叶。图6.2所示的搅拌器中，折叶开启涡轮式和旋桨式可以产生明显的轴向流。（1）轴向流型轴向流型搅拌产生的流动方向（即是朝容器底还是朝容器口）与搅拌轴的转向有关，所以在安装使用时有必要注意。食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备流体由轴向进入叶轮，从径向流出。如平直叶的桨叶式、涡轮式叶片，这种高速旋转的小面积桨叶搅拌器所产生的液流方向主要为垂直于罐壁的径向流动。由于平直叶的运动与液流相对速度方向垂直。（2）径向流型低速运转，主要为环向流，当转速增大时，液体的径向流动就逐渐增大，桨叶转速越高，由平直叶排出的径向流动越强烈，打漩效应也随之增强，严重时会造成液体外溢。食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备4．搅拌器的选择选择因素及选择试验（1）根据介质黏度高低选型（2）根据搅拌过程和目的选型食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备选择因素及选择试验一般选择搅拌时主要应从介质的黏度高低、容器的大小、转速范围、动力消耗以及结构特点等几方面因素综合考虑。也可以通过小型试验进行选择。通常可采用经验类比的方法，以某台实际使用的机型为参考，在相近的工件条件下进行类比选型。食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备根据介质黏度高低选型是一种基本方法。如图6.6所示，随着黏度增高，各种搅拌器选用的顺序为旋桨式、涡轮式、桨式、锚式和螺带式等。对旋浆式指出了大容器量液体时用低转速，小容量液体时用高转速。各类型式使用有重叠性，例如桨式搅拌器由于其结构简单，用挡板后可以改善流型，所以，在低黏度时也是应用得较普遍的。而涡轮式由于其对流循环能力、湍流扩散和剪切都较强，几乎是应用最广泛的一种桨型。（１）根据介质黏度高低选型图6.6搅拌器选择曲线1.锚式、螺带式；2.浆式；3.涡轮式；4、5.涡轮式、旋浆式；R1=1750r/min;R2=1150r/min;R3=420r/min食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备（2）根据搅拌过程和目的选型这种方法根据搅拌过程和目的，对照搅拌器的流动效果作出判断选择。低黏度均相液－液混合分散操作悬浮液操作有气体吸收的搅拌结晶过程的搅拌操作食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备这种混合，搅拌难度小，平桨式循环能力强，动力消耗少，最适用。平桨式结构简单，成本低，适宜小容量液相混合。涡轮式动力消耗大，会增加费用。低黏度均相液－液混合食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备分散操作涡轮式因具有高剪切力和较大循环能力，所以最适用。其中平直叶涡轮剪切作用大于折叶和后弯叶的剪力作用，因此应优先选用。为了加强剪切效果，容器内可设置挡板。食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备涡轮式：使用范围大，其中以弯叶开启涡轮式最好。它无中间圆盘，上下液体流动畅通，排出性能好，桨叶不易磨损。桨式：速度低，只用于固体粒度小，固液相对密度差小、固相浓度较高、沉降速度低的悬浮液。旋浆式：使用范围窄，只适用于固液相对密度差小或固液比在5%以下的悬浮液