哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品機(jī)械第1章攪拌機(jī)課件

1、食品機(jī)械哈爾濱商業(yè)大學(xué)第一章 攪拌機(jī)械第一節(jié) 概 述一、攪拌操作 依靠外力使被攪拌物質(zhì)產(chǎn)生流動(dòng)，以達(dá)到兩種或兩種以上物質(zhì)在彼此之中相互均布的一種操作。二、攪拌的基本目的（1）取得均勻的混合物（2）強(qiáng)化熱交換過程三、混合的對象（1）牛頓流體 液液混合物 固液混合物（2）非牛頓流體 高粘度糊狀物 粘滯性面團(tuán)（3）干散物料 混合機(jī)攪拌機(jī)調(diào)和機(jī)第二節(jié) 攪拌機(jī) 一、攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)與組成 組成：攪拌器 電動(dòng)機(jī) 減速器 排料管 容器 擋板適用物料：低粘度物料 二、混合機(jī)理利用低粘度物料流動(dòng)性好的特性實(shí)現(xiàn)混合1、對流混合 在攪拌容器中，通過攪拌器的旋轉(zhuǎn)把機(jī)械能傳給液體物料造成液體的流動(dòng)，屬強(qiáng)制對流。包括兩種形式：

2、（1）主體對流：攪拌器帶動(dòng)物料大范圍的 循環(huán)流動(dòng)（2）渦流對流：旋渦的對流運(yùn)動(dòng)液體層界面 強(qiáng)烈剪切 旋渦擴(kuò)散 對流混合速度取絕被混合物料的湍動(dòng)程度，湍動(dòng)程度 混合速度 液體分子間的運(yùn)動(dòng) 微觀混合2、分子擴(kuò)散混合 作用：形成液體分子間的均勻分布對流 混合可提高分子擴(kuò)散混合3、剪切混合 攪拌槳直接與物料作用，把物料撕成越來越薄的薄層，達(dá)到混合的目的。高粘度過物料混合過程，主要是剪切作用。主體對流渦流對流宏觀混合三、混合效果的度量ABABab1、調(diào)勻度I 設(shè)A、B兩種液體，各取體積vA及vB置于一容器中 容器內(nèi)液體A的平均體積濃度CA0為： 經(jīng)過攪拌后，在容器各處取樣分析實(shí)際體積濃度CA，比較CA0

3、 、CA ，若各處 CA0=CA 則表明攪拌均勻若各處 CA0=CA 則表明攪拌尚不均勻，偏離 越大，均勻程度越差。BAAAVVVC0（理論值） 引入調(diào)勻度衡量樣品與均勻狀態(tài)的偏離程度定義某液體的調(diào)勻度 I為：0AACCI 011AACCI或（當(dāng)樣品中CA CA0時(shí)）（當(dāng)樣品中CA CA0時(shí)）mIIIIm211I顯然 I 1 若取m個(gè)樣品，則該樣品的平均調(diào)勻度為 當(dāng)混合均勻時(shí)2、混合尺度設(shè)有A、B兩種液體混合后達(dá)到微粒均布狀態(tài)ABABab 設(shè)備尺度混合尺度 微團(tuán)尺度 分子尺度 在設(shè)備尺度上：兩者都是均勻的 （宏觀均勻狀態(tài)） 在微團(tuán)尺度上：兩者具有不同的均勻度 在分子尺度上：兩者都是不均勻的當(dāng)微

4、團(tuán)消失 分子尺度的均勻或微觀均勻兩種狀態(tài) 如取樣尺寸遠(yuǎn)大于微團(tuán)尺寸，則兩種狀態(tài)的平均調(diào)勻度接近于1。 如取樣尺寸小到與b中微團(tuán)尺寸相近時(shí)，則b狀態(tài)調(diào)勻度下降，而a狀態(tài)調(diào)勻度不變。 即：同一個(gè)混合狀態(tài)的調(diào)勻度隨所取樣品的尺寸而變化，說明單平調(diào)勻度不能反映混合物的均勻程度四、攪拌機(jī)主要結(jié)構(gòu)1、攪拌器 攪拌器由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，物料按一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)（主體對流），槳型不同，物料產(chǎn)生的流型不同。 槳作用于物料，物料產(chǎn)生三個(gè)方向的速度分量：促進(jìn)混合 軸向分量 經(jīng)向分量 切向分量 當(dāng) ，槳對中安裝， n 液體繞軸整體旋轉(zhuǎn)， 不利于混合a、流型：軸流型，以軸流混合為主，伴有 切向流，經(jīng)向流，湍動(dòng)程度不高。b、循環(huán)量大

5、，適用于宏觀混合c、適用低粘度物料混合，2000c p。d、槳轉(zhuǎn)速較高，圓周速度u=515m/s n=100500rpme、d j=(0.20.5)D (以0.33居多)特點(diǎn)：（1）旋槳式攪拌器 類似于無殼的軸流泵結(jié)構(gòu)：（2）渦輪式攪拌器 相似于無殼的離心泵 組成：圓盤、軸、 葉片（48）特點(diǎn)： 流型：徑向流型 伴有 軸向流 切向流 有兩個(gè)回路 易產(chǎn)生“分層效應(yīng)”（不適于混合含有較重固體顆粒懸浮液） dj =（0.20.5)D (0.33居多) dj ：L：b = 20：5：4 適合混合中低粘度的物料， 5000c u=4-8m/s n=10-300rpm。 回路較曲折，出口速度大，湍動(dòng)程度強(qiáng)

6、 剪切力大，可將微團(tuán)細(xì)化。（3）槳式攪拌器 當(dāng) 攪拌器 提供的機(jī)械能因粘性阻力而消耗湍動(dòng)程度 主體流動(dòng)范圍 例：同一規(guī)格的渦輪式攪拌器，混合不同粘度的物料，混合效果差別很大。 水的攪動(dòng)范圍為4D當(dāng)5000c p時(shí)，其攪動(dòng)范圍為0.5D，離槳較遠(yuǎn)處流體流動(dòng)緩慢，甚至靜止，混合效果不佳。當(dāng) 時(shí)，應(yīng)采用D n 的槳槳葉尺寸大, dj/D=0.50.8 寬度大, b：dj=0.1-0.25轉(zhuǎn)速低,u=1.52m/s ; n=1100 rpm流型： 徑向流 切向流 如槳葉傾斜，可產(chǎn)生小范圍軸向流適合低粘度物料5000CP當(dāng)容器內(nèi)液位較高時(shí)，可在同一軸上安 裝 幾個(gè)槳葉。槳式攪拌器特點(diǎn)：（4）錨刪式攪拌器

7、結(jié)構(gòu)：特點(diǎn)： 適合 可達(dá)10000cp d j/D=09-0.98; b/D=0.1; h/D=0.48-1 轉(zhuǎn)速 u=0.5-1.5m/s n=1-100rpm 攪動(dòng)范圍大,不會(huì)產(chǎn)生死區(qū) 流型：主要是切向流 基本不產(chǎn)生軸向流2、攪拌容器（1）形狀：圓弧底：有利于產(chǎn)生流型，迅速混 合，沒有死角，功耗低錐型底：有利于底部排料，流型差 底部易產(chǎn)生停滯現(xiàn)象，均 勻程度差（2）設(shè)計(jì) 容器壁厚按壓力容器設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及 技術(shù)條件進(jìn)行設(shè)計(jì)。（3）容器容量及結(jié)構(gòu)尺寸 容器長徑流比H/D根據(jù)實(shí)驗(yàn)一般： H/D=1-3 液固相 液液相H/D=1-2 氣液相H/D=1.7 2.5 發(fā)酵容器攪拌容器裝滿程度用裝滿系數(shù) 表

8、示 =Vg/ V 式中: V g -實(shí)際盛裝物料的容積 V - 容器全容積 =0.6-0.85如攪拌過程中起泡沫或呈沸騰狀態(tài) =0.6-0.7 (取低值)當(dāng)物料反映平穩(wěn)或粘度較大時(shí) =0.8-0.85 (取高值) 攪拌容器裝料量容器直徑與高度 確定方法:先初算(忽略封頭容積), 后較核計(jì)算.直徑計(jì)算:DHDHDV3244將H/D 及V=V g/ 代入3)/(4DHVgD注:D應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑容器高度計(jì)算:HDvV24式中:v 封頭部分容積24DvVgH注:H應(yīng)圓整校核:H/D 及值是否在推薦范圍內(nèi)3、擋板 （1）打漩 當(dāng)被攪拌液料出現(xiàn)沿圓周做整體 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，這種流動(dòng)狀態(tài)叫打旋 （2）打旋的危

9、害 幾乎不存在軸向混合，會(huì)出現(xiàn)分離現(xiàn)象 液面下凹，有效容積降低。 當(dāng)旋渦較深時(shí)，會(huì)發(fā)生從液體表面 吸氣現(xiàn)象，引起液體密度變化或機(jī)械振動(dòng)（3）常見消除打旋的方法 偏心安裝傾斜安裝側(cè)壁安裝 消除打旋最簡單常用的方法是在容器內(nèi)加設(shè)擋板（4）擋板的結(jié)構(gòu)與作用 結(jié)構(gòu)假設(shè)擋板作用： 消除打旋 將切向流改變?yōu)檩S向流和徑向流 增大液體的湍動(dòng)程度W b 擋板寬度d j 液輪直徑 n b 擋板數(shù)目35. 0.)(2 . 1bbndjW通常101djWb4bn（5）充分擋板化 實(shí)踐證明：實(shí)現(xiàn)充分擋板化的條件 是否所有液體攪拌機(jī)無論混合物料的粘度多大都應(yīng)加設(shè)擋板？ A、低粘度物料，轉(zhuǎn)速較高，槳對中按 裝時(shí)，應(yīng)加擋板，

10、擋板緊貼內(nèi)壁 B、中粘度物料，擋板離開壁面安裝， 防止死區(qū) C、高粘度物料（=12000cp） 流體粘 度足以抑制打旋，可不加擋板4、軸封 （1）填料密封 特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡單 成本低 對軸磨損大 摩擦功耗大 需經(jīng)常調(diào)解泵軸泵殼密封填料(盤根)壓蓋（2）機(jī)械密封 特點(diǎn)： 密封可靠 對軸無磨損 摩擦功耗小 使用壽命長 無需調(diào)整 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 成本高5、傳動(dòng)系統(tǒng) 組成： 電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、攪拌器五、功率計(jì)算 1、計(jì)算方法 結(jié)構(gòu)參數(shù)：d j 、D 、 H 、W b 運(yùn)動(dòng)參數(shù)：n 物性參數(shù)：、 影響功率因素： N=f(n,d j,g)找出無因次數(shù)群攪拌功率關(guān)聯(lián)式式中：K同一幾何構(gòu)形攪拌器的總形狀因子 注：

11、K、X、Y由試驗(yàn)求得2djnRegdjnFr253jPdnNNYrXepFRKN功率準(zhǔn)數(shù)：雷諾準(zhǔn)數(shù)：弗魯?shù)聹?zhǔn)數(shù)：用因次分析法找出三者之間的關(guān)系用 式中：功率因素 當(dāng)加設(shè)擋板時(shí)，消除打旋，Y=0, Fr=1. =Np=k Rex 對數(shù)式：logNp =logK + XlogRe 以或Np為縱坐標(biāo)，以Re為橫坐標(biāo)繪制 功率曲線xeyrpRKFN（1）Re10時(shí)，(層流區(qū)）為直線, 斜率為-1 logNp =logK logRe 將Np,Re代入得 N= Kn2 dj3 試驗(yàn)測得：k1 當(dāng) n=C，N.dj3 （2） 10 Re 104時(shí)，(湍流區(qū)) 曲線呈水平 無擋板,功率消耗少,易打旋,效果差

12、有擋板,功率消耗增加,效果好。 注：為無因次數(shù)群，不針對特定尺寸 與曲線描述的攪拌器幾何尺寸相近的 均可用該曲線計(jì)算第三節(jié) 調(diào)和機(jī)一、概述1、調(diào)和機(jī)混合對象 粘性高的非牛頓物料2、a流動(dòng)性 對流混合作用 渦流對流混合 混合效果主要依靠攪拌器與物料的直 接接觸作用達(dá)到混合的目的。 a流動(dòng)性 要求調(diào)和機(jī)的攪拌器必須經(jīng)過容器各 個(gè)部位，以免造成混合不均的現(xiàn)象， 這一點(diǎn)與液體攪拌機(jī)不同。注意：3、分類： 按操作主要用途及習(xí)慣分： 打蛋機(jī) 調(diào)和機(jī)（調(diào)粉機(jī)或和面機(jī)）二、打蛋機(jī)1、打蛋機(jī)結(jié)構(gòu)工作原理 組成：電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、 攪拌器、攪拌容器、 容器升降機(jī)構(gòu)、機(jī)座等2、攪拌器（1）攪拌頭 組成：1內(nèi)齒輪 2

13、行星輪 3轉(zhuǎn)臂 4攪拌槳 公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)之間的關(guān)系n z 攪拌槳自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速（150500rpm)n G 攪拌槳公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速（ 70270rpm)GZnZZn)1(行內(nèi)（2 2）攪拌槳）攪拌槳3、調(diào)和容器及容器升降機(jī)構(gòu) 材料：不銹鋼 容器升降機(jī)構(gòu)4、傳動(dòng)系統(tǒng) 作業(yè)：已知：n電 =1450rpm 帶輪直徑: D小=120mm、D大=240mm 齒輪齒數(shù)如圖示 求：攪拌器的三種自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速？三、調(diào)粉機(jī) 1、 概述（1）適用對象:粘度較高的物料，如：各種面團(tuán) 功率消耗大；工作轉(zhuǎn)速較低 n=2080rpm,常用：n=3040rpm （2）面團(tuán)種類：液體面漿： 水調(diào)和 粘度 常用打蛋機(jī)酥性面團(tuán)： 含油 含水 面筋

14、含量 彈性 可塑性韌性面團(tuán)： 含油 含水 面筋含量 彈性 可塑性水面團(tuán)： 油水調(diào)和 面筋含量 彈性 可塑性調(diào)粉機(jī)按容器軸線分 臥式：容器軸線水平 單軸式 雙軸式 切分式 重疊式 立式：容器軸線垂直（3）分類2、臥式調(diào)粉機(jī) 組成：攪拌槳 、容器、傳動(dòng)系統(tǒng)、 容器翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、機(jī)架等調(diào)粉機(jī)： 臥式 雙軸 重疊式 4變速 可翻轉(zhuǎn)調(diào)粉機(jī)： 臥式 雙軸 溫控 冷卻水套3、攪拌槳 不同形式的攪拌槳： 攪拌效果 適合面團(tuán) 功率消耗 調(diào)和時(shí)間不同 （1）Z形與形攪拌器整體鍛造強(qiáng)度大有利于面筋形成 水面團(tuán)、韌性面團(tuán) （2）槳葉式攪拌器對面團(tuán)有剪切作用，不利于面筋形成 酥性面團(tuán) （3）滾籠式攪拌器有利于面筋形成，作用

15、緩和，時(shí)間稍長 水面團(tuán)、韌性面團(tuán)容器推薦尺寸: R、L、h與調(diào)和容量有關(guān)參考值： 一次調(diào)份量為25kg; R=150mm, L=500mm, h=300mm 一次調(diào)份量為50kg; R=240mm, L=700mm, h=400mm 一般：h R;最大h=2R ;以防止面粉飛濺 注：攪拌器回轉(zhuǎn)半徑 R, 小于1020mm4、調(diào)和容器 5 5、攪拌功率、攪拌功率 目前尚無理論計(jì)算公式，有關(guān)和面 機(jī)技術(shù)條件規(guī)定： N空25% N電機(jī)額定功率 N負(fù)載 N 額定功率 推薦不同容量調(diào)粉機(jī)功率調(diào)粉機(jī)容量（kg)配用電機(jī)功率（k w)2550751002.23.04.05.56、立式調(diào)粉機(jī)混合對象：固體物料

16、（松散性流動(dòng)性） 如：谷物、面粉等種類：回轉(zhuǎn)容器型、 固定容器型二、回轉(zhuǎn)容器型第四節(jié) 混合機(jī)一、混合機(jī)理三、固定容器型 均質(zhì)是一種特殊的混合操作，包括粉碎、混合雙重作用。作用： 通過乳化均質(zhì)處理，使兩種通常不相容的液體進(jìn)行密切混合，使一種液體粉碎成為極細(xì)微?；蛐∫旱危稚⒃诹硪环N液體中，其產(chǎn)物為乳狀液。應(yīng)用：乳品、果汁、冰激淋等。 第五節(jié) 均質(zhì)機(jī)一、均質(zhì)及均質(zhì)操作的作用1、剪切學(xué)說：二、均質(zhì)機(jī)工作原理目前均質(zhì)機(jī)工作過程機(jī)理有三種假說：一般：在縫隙中心處液體流速最大，在縫隙避面處液體流速最小速度梯度剪切力 脂肪球破裂均質(zhì)均質(zhì)頭結(jié)構(gòu)均質(zhì)前后的脂肪球分類：高壓均質(zhì)機(jī) 膠體磨 噴射均質(zhì)機(jī) 離心均質(zhì)機(jī)超

17、聲波均質(zhì)機(jī)三、均質(zhì)機(jī)分類與結(jié)構(gòu)、撞擊學(xué)說 高壓作用 脂肪球與均質(zhì)閥發(fā)生高速 撞擊脂肪球破裂均質(zhì)、空穴學(xué)說 高壓液料高速流動(dòng) 高頻振動(dòng) 液料交替壓縮與膨脹 引起空穴 脂肪球破裂均質(zhì)1、高壓均質(zhì)機(jī) （1）結(jié)構(gòu)：往復(fù)泵+均質(zhì)閥均質(zhì)機(jī)的結(jié)構(gòu)工作原理往復(fù)泵單作用泵往復(fù)泵雙作用泵6 01 2 01 8 02 4 03 0 03 6 04 2 04 8 05 4 06 0 06 6 0Q7 2 0雙作用泵排量圖6 01 2 01 8 02 4 03 0 03 6 04 2 04 8 05 4 06 0 06 6 06 6 07 2 0Q 單作用泵排量圖均質(zhì)頭的結(jié)構(gòu)雙級均質(zhì)閥 第一級：高壓流體區(qū) 壓力：200250大氣壓 作用