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第六章混合机械与设备第一节概论第二节搅拌机第三节调和机第四节均质机第五节固体混和机械与设备第一节概论定义两种或两种以上不同组分的物料，在外力作用下，使其各组分的粒子均匀分布的过程。经过混合操作后得到的物料称为混合物固体为主的物料混合混合搅拌一般液体为主的物料混合混合均质(狭义)对乳浊液、悬浮液进行边破碎边混合的过程(广义)获得均匀混合物，强化热交换过程，增强物理和化学反应…目的混合物类型固体液体液体气体固体气体混合物物料互溶或乳化的物化反应现象粉粒之间物理现象液多固少,形成溶液或悬浮液液少固多,形成粉粒状或团粒状液固比例相当,形成粘稠状或无定型团块－“捏合”空气混入物料以增加物料的体积、减小容重并改善物料的质构、流变特性和口感混合机理两种或两种以上不同组分构成的混合物在混合机或者料罐内，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之后，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。a.对流混合(体积混合或移动混合)对于互不相溶组分，依靠搅拌装置的运动部件或重力使物料各部分作相对运动，所有物料从一处向另一处相对运动，产生整体的流动而达均匀状态。这种混合的均匀程度并不太高，对于粉料和液料都是如此。混合作用的强度主要决定于运动状况。②涡流对流搅拌产生的高速液流在静止或运动速度较低的液体中通过时，处于高速流体与低速流体的分界面上的流体受到强烈的剪切作用。在此处产生大量的漩涡，这种漩涡迅速向周围扩散，一方面把更多的液体夹带着加入“宏观流动”中；另一方面又形成局部范围内物料快速紊乱的对流运动，这种运动被称为“涡流对流”①主体对流在搅拌过程中，搅拌器把动能传给周围的液体，产生一股高速液流，这股液流又推动周围的液体，逐步使全部的液体在容器内流动起来，这种大范围的循环流动称为“宏观流动”。由此而产生的全容器范围的扩散混合叫做“主体对流扩散”。“主体对流扩散”只能把不同的物料搅成大“团块”的混合，而通过“团块”界面之间的“涡流”，把不均匀程度迅速降低，降低的水平只达到涡流本身的大小。因涡流本身最小的也比分子要大的多，所以对流混合不能达到分子水平上的完全均匀混合，仅仅是“宏观的混合”。主要适用于低、中粘度的食品混合。b.扩散混合对于互溶性组分如固体与液体，液体与气体，液体与液体组分等，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而达到均匀分布状态。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，类似气体和液体分子的扩散，使各组分的粒子先在局部范围内扩散，达到均匀分布，也称为扩散混合C剪切混合工作部件等对物料产生的剪切力，使物料拉成愈来愈薄的料层，料层表面出现裂纹，产生层流流动，达到局部混合，称剪切混合。剪切混合主要是因剪切力的作用．由搅拌机械运动所产生的。剪切力使物料组分被拉成愈未愈薄的料层，使某一种组分原来占有区域的尺寸愈来愈小，对于高粘度组分特别明显，如对于高粘稠度流变物料如面团和糖蜜等，主要是依靠剪切混合，一般称为捏和。物料在混合机里往往同时存在着上述三种混合方式，单一的混合方式是少见的，但是常以其中的一种混合方式为主。混合机类型混合机：以固体干物料为主的混合机械搅拌机：以较低粘度的液体物料为主的混合机械捏合（和）机：以高粘度稠浆料和粘弹性物料为主的混合机械，其高精加工用均质机ZKJ型真空脱泡搅拌机 V型高效不对称混合机第二节搅拌机1结构：主要由搅拌器、搅拌容器及附属设备、搅拌轴及轴封、传动装置等构成。搅拌容器作用：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，罐体设计成圆柱形，顶部为开放式或密封式，底部为碟形或半球形搅拌器作用：通过自身的运动使搅拌容器中的物料按某种特定的方式活动，所谓特定的方式的流动（流型）是衡量搅拌装置性能最直观的重要指标。传动装置作用：赋予搅拌装置及其他附运动的传动组合体。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、电机功率小，以降低成本。轴封作用：搅拌轴及搅拌容器轴处的密封装置。为避免食品污染，轴封的选择必须给予重视。2.搅拌过程的液体流型定义：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” a.轴向流型液体从轴向进入叶片，从轴向流出b.径向流型液体从轴向进入叶片，从径向流出种类：a bc.混合流型叶片造成的液流有三个分速度：轴向速度、径向速度和切向速度。其中轴向速度和径向速度对液体的搅拌混合起着主要作用。所有叶片都存在切向速度，只要叶片安装在中心位置，则叶片产生的切向速度会促使液面产生旋涡，为减少打旋，在容器壁内安装挡板。挡板的作用：Ø消除液面四周隆起，中间凹馅的现象Ø减少漩流，增大被搅拌液体的湍动程度，从而改善混合效果c桨式搅拌器平浆式搅拌器框式搅拌器锚式搅拌器特点v结构简单，容易制造v混合效果较差v局部剪切作用弱，不易发生乳化作用v适用性广，适用于低、中粘度物料3.搅拌器形式搅拌器可分为桨叶式、涡轮式、旋浆式三大类a桨叶式动画演示桨式搅拌机桨式搅拌机的转速较慢，液流的径向速度较大，轴向速度较低，为了加强轴向混合，并减少因切线速度产生的表面旋涡，通常在容器侧壁加设挡板。为了提高搅拌效果，还可以增加桨叶对数，从一对增加到三对。为了加热物料，常把容器底部做成夹套即双底锅。搅拌器转速：20-150r/min叶轮圆周速度：3m／s叶轮直径：容器直径的1/2-3/4叶轮宽度：容器长度的l/l0-1/6搅拌器形式类似桨叶式搅拌机，唯叶片多而短，属高速回转径向流动式搅拌b涡轮式涡轮式搅拌机液体经涡轮叶片沿驱动轴吸入，它主要产生径向液流，液体以高速向涡轮四周抛出，再沿槽壁上升流动形成涡流。转速：400～2000r/min圆周速度：8m/s以内搅拌器直径：容器的0.3～0.5倍特点Ø适于搅拌多种物料，对中等粘度液体特别有效Ø生产能力较高，能量消耗少，搅拌效率较高Ø有较高的局部剪切效应Ø容易清洗和造价较高,用于制备中等粘度的乳浊液、悬浮液和固体溶液搅拌器形式桨叶形状与常用的推进式螺旋桨相似，旋浆安装在转轴末端，可以是一个或两个，每个旋浆由2－3片浆叶组成。特点Ø生产能力较高，但对互不溶液体，生产能力受限制；Ø结构简单，维护方便Ø常常会卷入空气形成气泡和离心涡旋Ø适用于低粘度和中等粘度液体的搅拌，对制备悬浮液和乳浊液等较为理想C旋浆式旋浆式搅拌机桨叶的高速转动造成了轴向和切向速度的液体流动，致使液体作螺旋形旋转运动，并使液体受到强烈的切割和剪切作用，桨叶也使气泡卷人液体中，这是它的缺点。为此，轴多偏离中心线安置，或斜置成一定角度。由于液体流动非常激烈，故适用于大容器低粘度的液体搅拌，如牛乳、果汁和发酵产品。转速：小型1000r/min以上大型400－800r/min旋桨直径：容器直径的1/3～l/4圆周速度：3－5m/s以内4.搅拌器安装型式立式中心搅拌安装形式偏心式搅拌安装形式倾斜式搅拌安装形式底部搅拌安装形式旁入式搅拌安装形式第三节调和机搅拌机主要用于多相液态物料的均一化，处理较低粘度的混合。对于粘弹性较大的浆体状和塑性固体类的食品物料需要用调和机来完成物料的混合。1.调和机理如前所述，主要有对流混合、扩散混合和剪切混合，通常这三种混合过程同时并存，由于调和的原料通常是高粘度的非牛顿流体，对流混合和扩散混合不易发生，混合过程以剪切混合为主。利用工作部件对物料进行剪切，挤压使其先局部混合再达到整体混合的过程叫捏合。2.分类容器轴线的位置：主要用途搅拌机数量立式卧式打蛋机调粉机单轴式多轴式常用来搅打各种蛋白液。主要加工对象是粘稠性浆体，其搅拌器转速在70～270r/min范围之内，故常称为高速调和机。应用3.打蛋机电机把动力传到传动装置，再传到搅拌器，搅拌器与容器具有一定规律的相对运动，使得被搅拌物料充分接触与剧烈摩擦，以实现对物料的混合、乳化、充气及排除部分水分的作用，从而满足某些食品加工工艺的特殊要求。搅拌效果的好坏由搅拌器运动规律限制。工作过程结构主要结构有调和容器、搅拌器，调和容器、传动装置、容器升降机构和机架等搅拌器容器传动机构容器升降机构机座调和容器调和容器的结构特征与搅拌机容器相似，为圆柱形桶身下接球形底，两体接成形或以整体模压成形由搅拌头和搅拌桨两部分组成搅拌头的作用是使搅拌浆在容器内形成行星运动轨迹搅拌器搅拌桨的作用是直接与被搅拌物接触，并通过自身的运动达到搅拌的目的。不锈钢丝编织而成优点:易于造成液体的湍动缺点:强度较低，适用于工作阻力小的稀蛋白液a.鼓形搅拌浆b.网形搅拌浆c.钩形搅拌浆锻造成与容器侧壁相同的钩形，强度比上述两种的高，这种搅拌浆能够借助搅拌的回转运动，使各点在容器内形成复杂的运动，适用于高粘度物料的调和。整体铸锻而成，强度比鼓形搅拌浆高，作用面积大，适用于如糖浆、蛋白浆等中等黏度物料的搅拌。轴封作用：防止搅拌头内的传动机构中的润滑油油脂漏入容器内Ø采用高可靠性的密封装置，如机械密封等Ø设计上采用圈形间隙式结构Ø采用耐高温的食品机械润滑剂Ø采用封闭轴承或含油轴承以减少润滑剂的加入量容器升降机构和机架手柄调和容器支架机座第四节均质机将食品原料的浆、汁、液进行细化、混和、均质处理，防止或减少液状食品原料的分层、改善外观、色泽等，以提高食品质量和档次，增加经济效益。作用工作原理通过机械作用或流体力学效应造成高压、挤压冲击、失压等，使料液在高压下挤压研磨、在强冲击下发生剪切、在失压下膨胀，在这三重作用下达到细化、混和均质的目的。1.概述离心均质机超声波均质机胶体磨均质机分类：高压均质机按构造2.高压均质机工作原理物料在高压作用下通过非常狭窄的间隙（0.1mm）,造成高速流体（150-200m/s）,料液滴受到强大的剪切力，同时，由于料液中颗粒同机件发生高速撞击以及高速液料流在通过均质阀时的旋涡作用，使之破裂成微小的颗粒并混合均匀，达到均质目的。工作机理学说：剪切作用料液在高速流动时，在均质阀的缝隙处，产生强大剪切作用而均质。料液流速很快，物料在缝隙处先是被压伸，在液流通过均质阀时的涡动作用下，使延伸部分被剪切为细小的脂肪微粒。撞击作用由于柱塞往复泵的高压作用，使液流中的脂肪球和均质阀的冲击环产生高速撞击现象，从而将料液中的脂肪球碎裂，撞击成细小微粒。空穴作用当料液高速流过均质间缝隙处时，发生类似高频振动的现象，在其缝隙处瞬间引起“空穴”作用，使脂肪球碎裂。剪切、撞击及空穴的作用，是瞬间同时发生的，所以，均质是上述三个作用的综合作用结果。结构主要由高压泵、均质阀、传动机构、壳体构成v高压泵高压泵是一个往复式柱塞泵，使料液产生高压能量泵体是长方体（不锈钢），三个柱塞孔，共三个柱塞，六个阀门，三个吸入阀门，三个排出阀门，交替工作完成吸入、排出动作。v均质阀均质阀是高压均质机上最重要的零件，最典型的均质阀由阀座、阀芯和冲击环组成，由耐磨的合金钢制成。均质机一般都设有两级均质操着：第一级中，流体的压力调节为20～25MPa，主要使脂肪球破碎。第二级中，压力减至3.5MPa，使破碎的脂肪球分布得更加均匀一些。产生均质效应立体模型原理图切面模型原理图v压力调节装置调节压力调节装置可以改变阀座与阀芯间缝隙大小。最常用的方式是采用手动压力调节装置，手控压力调节装置一般由手柄、弹簧、调节杆、锁紧螺母等零件组成。当柱塞泵泵出的液体压力一定时。旋转手柄可调节弹簧的预压力，控制缝隙大小，均质压力随缝隙值的变化而变化。碟形弹簧螺旋形弹簧a.压力对均质效果的影响空穴现象解释液体内部汽化，产生无数气泡，随压力差逐渐增大，液泡被压裂而形成空穴。均质效果的影响因素空穴发生的区域与背压大小、阀的结构及液体介质的粘度有关，背压减小，空穴发生区域会移向缝隙出口处，并可能引起空穴失控；背压增大，空穴发生区域会移向进口处，背压过大，会引起空穴减少。为了控制背压的大小，在均质阀后在串连一只均质阀，改变后一只均质