第5章混合均質機械與設備

1、食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備第六章 混合均質機械與設備l混合及其設備l均質及其設備第一節(jié) 粉體混合機械第二節(jié) 液體攪拌與混合機械設備第三節(jié) 均質機械設備l本章小結 思考題 自測題食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l混合及其設備n混合是指使兩種或兩種以上不同物料互相混合，成分濃度達到一定程度均勻性的單元操作。n混合操作所采用的設備因物料狀態(tài)不同而異。對于低黏度液體，采用的是液體攪拌與混合機械設備；對于粉料，所用的設備為混合器。介于兩種狀態(tài)之間的物料，既可用攪拌器，也可用混合器，但更經

2、常使用的是捏合機。 食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l均質及其設備n均質(也稱勻漿)是一種使液體分散體系(懸浮液或乳化液)中的分散物(構成分散相的固體顆粒或液滴)微?；⒕鶆蚧奶幚磉^程。n除了高壓均質機以外，膠體磨、超聲波均質器(或稱超聲波乳化器)、高速攪拌器等都有均質功能。 食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備第一節(jié) 液體攪拌與混合機械設備除了間歇式的液體攪拌設備以外，還可利用水粉混合機及靜態(tài)混合器等設備，以連續(xù)或半連續(xù)化的方式制備液體混合物。一、液體攪拌機二、水粉混合機三、靜態(tài)混合器食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備一、液體攪拌機l液體攪拌目的l帶有攪拌器的

3、設備（一）基本結構（二）攪拌器（三）攪拌容器（四）攪拌器的傳動裝置和軸封食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l帶有攪拌器的設備食品工業(yè)中典型的帶攪拌器的設備有：發(fā)酵罐、酶解罐、冷熱缸、溶糖鍋、沉淀罐等。這些設備雖然名稱不同，但基本構造均屬于液體攪拌機。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l液體攪拌目的在食品加工中，液體攪拌機主要用于以下方面：n促進物料的傳熱，使物料溫度均勻化；n促進物料中各成分混合均勻；n促進溶解、結晶、浸出、凝聚、吸附等過程進行；n促進酶反應等生化反應和化學反應過程的進行。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備（一）基本結構攪拌機械的種類較多，但其基本

4、結構是一致的。其結構如圖6.1所示，主要由攪拌裝置、軸封和攪拌容器三大部分組成，即：攪拌設備 軸封 攪拌裝置傳動裝置攪拌軸攪拌器攪拌容器罐體附件食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備攪拌器攪拌器（或稱攪拌槳）及攪拌軸的主要作用是通過自身的運動使攪拌容器中的物料按某種特定的方式流動，從而達到某種工藝要求。所謂特定方式的流動（流型）是衡量攪拌裝置性能最直觀的重要指標。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備攪拌容器l攪拌容器也稱攪拌槽或攪拌罐。l其作用是容納攪拌器與物料在其內進行操作。l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)技術要求。食品工廠機械與設備第六

5、章 混合均質機械與設備l罐體 罐體大多數設計成圓柱形，其頂部為開放式或密閉式，底部大多數成碟形或半球形，平底的很少見到，因為平底結構容易造成攪拌時液流死角，影響攪拌效果，同時也不利于料液的完全排放。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備傳動裝置傳動裝置是賦予攪拌裝置及其它附件運動的傳動件組合體，在滿足機器所必須的運動功率及幾何參數的前提下，希望傳動鏈短、傳動件少、電動機功率小，以降低成本。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備軸封l軸封是指攪拌軸及攪拌容器轉軸處的密封裝置。l為避免食品污染，軸封的選擇必須給予重視。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備附件典型攪拌設備通常還設

6、有進出口管路、夾套、人孔、溫度計插套以及擋板等附件。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備（二）攪拌器1攪拌器的類型2攪拌器的安裝形式3攪拌器槳葉與流型4攪拌器的選擇食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備1攪拌器的類型l兩大類型：l 小面積葉片高轉速運轉的攪拌器，屬于這種類型的攪拌器有渦輪式、旋槳式等，多用于低黏度的物料；l 大面積葉片低轉速運轉的攪拌器，屬于此類型的攪拌器有框式、垂直螺旋式等，多用于高黏度的物料。l各種典型攪拌器型式 食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備2攪拌器的安裝形

7、式攪拌器不同的安裝形式會產生不同的流場，使攪拌的效果有明顯的差別。常見的五種攪拌軸相對于容器的安裝方式如圖圖6. 3所示。（1）中心立式攪拌安裝形式（2）偏心式攪拌安裝形式 （3）傾斜式攪拌安裝形式（4）底部攪拌安裝形式（5）旁入式攪拌安裝形式 (6) 其它安裝形式的攪拌器食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備（1）中心立式攪拌安裝形式l安裝形式如圖6.3（1）所示。這種安裝形式的攪拌設備可以將槳葉組合成多種結構形式以適應多種用途。l特點l功率與轉速l擋板食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l擋板n為了防止在攪拌器附近產生渦流回轉區(qū)域，往往在立式容器的側壁上裝擋板。但用于食品料液

8、攪拌的不多見，原因是由于清洗上的不方便。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l特點n這種安裝的特點是攪拌軸與攪拌器配置在攪拌罐的中心線上，呈對稱布局，驅動方式一般為帶傳動或齒輪傳動，或者通過減速傳動，也有用電動機直接驅動。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l功率與轉速n這種型式的攪拌設備的攪拌器功率可以從0.1kW至數百千瓦。常用功率范圍為 0.222kW。n一般認為，功率小于3.7kW的為小型，5.522kW為中型，大于22kW為大型。食品工業(yè)中攪拌設備中多用中小型的攪拌器。n轉速低于100r/min的為低速型；100400r/min 的為中速型；大于400r/min的為高

9、速型。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備（2 2）偏心式攪拌安裝形式偏心式攪拌安裝形式n攪拌器安裝在立式容器的偏心位置 如圖 6.3（2）所示。n能防止液體打漩，效果與裝擋板相近。中心線偏離容器軸線的攪拌軸，會使液流在各點處壓力分布不同，加強了液層間的相對運動，從而增強了液層間的湍動，使攪拌效果得到明顯的改善。n但偏心攪拌容易引起設備在工作過程中的振動，一般此類安裝形式只用于小型設備上。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備（3）傾斜式攪拌安裝形式l是將攪拌器直接安裝在罐體上部邊緣處，攪拌軸斜插入容器內進行攪拌，如圖6.3（3）所示。l對攪拌容器比較簡單的圓筒形或方形敞開立式攪

10、拌設備，可用夾板或卡盤與筒體邊緣夾持固定。l這種安裝形式的攪拌設備比較機動靈活，使用維修方便，結構簡單、輕便，一般用于小型設備上，可以防止打漩效應。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備（4）底部攪拌安裝形式l將攪拌器安裝在容器的底部，如圖 6.3（4）所示。l它具有軸短而細的特點，無需用中間軸承，可用機械密封結構，有使用維修方便、壽命長等優(yōu)點。此外，攪拌器安裝在下封頭處，有利于上部封頭處附件的排列與安裝，特別是上封頭帶夾套、冷卻構件及接管等附件的情況下，更有利于整體合理布局。由于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。此類攪拌設備的缺點是，槳葉葉輪下部至軸封處常

11、有固體物料黏積，容易變成小團物料混入產品中影響產品質量。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備（5）旁入式攪拌安裝形式l攪拌器安裝在容器側壁，如圖 6.3（5）所示。l在同等功率下，能得到最好的攪拌效果。l轉速一般在360450r/min之間。l驅動方式有齒輪傳動與帶傳動兩種。l主要缺點是軸封比較困難。l不同角度的流動效果食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l不同角度的流動效果n圖6. 4所示為旁入式攪拌裝置在不同旋槳位置所產生的不同流動狀態(tài)。(1) = 712 (2)12 (3)= 0圖圖6. 4 旁入式攪拌軸與徑向的夾角及流形旁入式攪拌軸與徑向的夾角及流形 食品工廠機械與設備

12、第六章 混合均質機械與設備(6)其它安裝形式的攪拌器除了以上5種形式的攪拌器外，還有其它安裝形式的攪拌器。如臥式容器攪拌器，是將攪拌器安裝在臥式容器的上方。此類布局可以降低整臺設備的安裝高度，提高設備的抗振動能力，改善懸浮液的狀態(tài)，如充氣攪拌就是采用臥式容器的攪拌設備。 食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備3攪拌器槳葉與流型l流動狀態(tài)與攪拌容器的結構及其附件有一定關系。l攪拌器槳葉的結構形狀與運轉情況是決定容器內液體流動狀態(tài)最重要的因素。l攪拌器件周圍流體的運動方向有三種，即徑向流、軸向流和環(huán)流。l普通攪拌器一般只有一種為主導流向。l(1)軸向流型 或 (2)徑向流型 食品工廠機械與設

13、備第六章 混合均質機械與設備l液體由軸向進入葉片，從軸向流出，稱為軸向流型，如圖6. 5（1）所示。l旋槳式葉片旋轉時，產生的流動狀態(tài)不但有水平環(huán)流、徑向流，而且也有軸向流動，其中以軸向流量最大。此類槳葉稱為軸流型槳葉。 l圖6. 2所示的攪拌器中，折葉開啟渦輪式和旋槳式可以產生明顯的軸向流。（1）軸向流型l 軸向流型攪拌產生的流動方向（即是朝容器底還是朝容器口）與攪拌 軸的轉向有關，所以在安裝使用時有必要注意。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l流體由軸向進入葉輪，從徑向流出。l如平直葉的槳葉式、渦輪式葉片，這種高速旋轉的小面積槳葉攪拌器所產生的液流方向主要為垂直于罐壁的徑向流動。

14、由于平直葉的運動與液流相對速度方向垂直。（2）徑向流型徑向流型l 低速運轉，主要為環(huán)向流，當轉速增大時，液體的徑向流動就逐漸增大，槳葉轉速越高，由平直葉排出的徑向流動越強烈，打漩效應也隨之增強，嚴重時會造成液體外溢。 食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備4攪拌器的選擇l選擇因素及選擇試驗l（1）根據介質黏度高低選型l（2）根據攪拌過程和目的選型食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l選擇因素及選擇試驗n一般選擇攪拌時主要應從介質的黏度高低、容器的大小、轉速范圍、動力消耗以及結構特點等幾方面因素綜合考慮。n也可以通過小型試驗進行選擇。通常可采用經驗類比的方法，以某臺實際使用的機型為

15、參考，在相近的工件條件下進行類比選型。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l根據介質黏度高低選型是一種基本方法。l如圖6. 6所示，隨著黏度增高，各種攪拌器選用的順序為旋槳式、渦輪式、槳式、錨式和螺帶式等。l對旋漿式指出了大容器量液體時用低轉速，小容量液體時用高轉速。l各類型式使用有重疊性，例如槳式攪拌器由于其結構簡單，用擋板后可以改善流型，所以，在低黏度時也是應用得較普遍的。而渦輪式由于其對流循環(huán)能力、湍流擴散和剪切都較強，幾乎是應用最廣泛的一種槳型。 （）根據介質黏度高低選型圖6. 6 攪拌器選擇曲線1.錨式、螺帶式；2.漿式；3.渦輪式；4、5.渦輪式、旋漿式；R1=1750r/

16、min; R2=1150r/min; R3=420 r/min食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備（2）根據攪拌過程和目的選型n這種方法根據攪拌過程和目的，對照攪拌器的流動效果作出判斷選擇。l低黏度均相液液混合l分散操作l懸浮液操作l有氣體吸收的攪拌l結晶過程的攪拌操作食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備n這種混合，攪拌難度小，平槳式循環(huán)能力強，動力消耗少，最適用。n平槳式結構簡單，成本低，適宜小容量液相混合。n渦輪式動力消耗大，會增加費用。l低黏度均相液液混合食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l分散操作渦輪式因具有高剪切力和較大循環(huán)能力，所以最適用。其中平直葉渦輪剪

17、切作用大于折葉和后彎葉的剪力作用，因此應優(yōu)先選用。為了加強剪切效果，容器內可設置擋板。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備n渦輪式：使用范圍大，其中以彎葉開啟渦輪式最好。它無中間圓盤，上下液體流動暢通，排出性能好，槳葉不易磨損。n槳式：速度低，只用于固體粒度小，固液相對密度差小、固相濃度較高、沉降速度低的懸浮液。n旋漿式：使用范圍窄，只適用于固液相對密度差小或固液比在5%以下的懸浮液。n對于有軸向流的攪拌器，可不加擋板。因固體顆粒會沉積在擋板死角內，所以只在固液比很低的情況下才使用擋板。l懸浮液操作食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備n圓盤式渦輪：最合適。它剪切力強，圓盤下可存

18、在一些氣體，使氣體的分散更平衡。n開啟式渦輪：不適用。n平槳式及旋槳式：只在少量易吸收的氣體要求分散度不高的場合中使用。l有氣體吸收的攪拌食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l結晶過程的攪拌操作n小直徑的快速攪拌器：如渦輪式，適用于微粒結晶。n大直徑的慢速攪拌器：如槳式，用于大晶體的結晶。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備（三）攪拌容器1罐體2附件食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備1罐體l罐體的形狀-支承-壓力-作用l罐體的容積-徑高比l罐體的換熱結構食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l罐體的形狀-支承-壓力-作用用于低黏度物料的攪拌用罐體一般為立式圓筒形

19、容器，其底可以是平底的，也有碟形底和球形底的。罐體通過支座安裝在基礎或平臺上。罐體在常壓或規(guī)定的溫度及壓力下，為物料完成其攪拌過程提供一定的空間。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l罐體的容積-徑高比罐體容積由裝料量決定，根據罐體容積選擇適宜的高徑比，確定筒體的直徑和高度。選擇罐體的高徑比應考慮物料特性對罐體高徑比的要求、對攪拌功率的影響和對傳熱的影響等因素。從夾套傳熱角度考慮，一般希望高徑比取大些。在固定的攪拌軸轉速下，攪拌功率與攪拌器槳葉直徑的 5 次方成正比，所以罐體直徑大，攪拌功率增加。需要有足夠的液位高度，就希望高徑比取大些。根據上述因素及實踐經驗，當罐內物料為液-固相或液

20、-液相物料時，攪拌罐的高徑比為 11.3 ，當罐內物料為氣-液相物料時，攪拌罐的高徑比為12。 食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l罐體的換熱結構需要進行加熱或冷卻操作的攪拌罐，通常為夾層式的。用于蒸汽加熱的夾套應當耐壓。此時的攪拌罐是壓力容器，必須由具備生產壓力容器許可證的廠商提供。攪拌罐器也可采用其它形式的換熱器，如盤管式等。 食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備2附件l在攪拌設備基本結構的基礎上，可以在攪拌罐體或罐蓋上接裝各種需要的附件?？筛鶕に嚮虿僮饕筇岢?。l常見附件：各種進出料和工作介質的管接口、各種傳感器（如溫度計、液位計、壓力表、真空表、pH計）的接插件管口

21、、視鏡、燈孔、安全閥、內置式加熱（冷卻）盤管等。 食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l接管口n進料管一般設在攪拌罐蓋部，也有設在罐體部位的。n出料管一般裝在罐底中心或側面，具體位置要能將所有液體排盡。n各種進、出料管的接口形式有螺紋、法蘭、快接活接頭或軟管等幾種。n對于需要在攪拌過程中將固體物料加入到攪拌容器的情形，可在罐蓋上適當位置設置投料口，如攪拌罐為負壓，可利用真空吸料原理從下面進料。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備溫度計的插孔管的位置、長度及數量要視罐體大小而定。對于容積較小的罐體，一般只在蓋上裝一根垂直于液面的長管；對于高、大的罐體，則往往在罐體的側面的不同位置

22、安裝數個溫度計插管，如果是夾套式，在溫度計的插管位置必須避開夾套。 l溫度插管食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l傳動裝置n攪拌器傳動裝置的基本組成有：電動機、齒輪傳動機構（有的還設一級帶輪）、攪拌軸支架。n立式攪拌器分為同軸傳動和傾斜安裝傳動兩種。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l攪拌器的軸封n軸封是攪拌軸與罐體之間密封裝置。n是否需要，與攪拌容器的壓力狀態(tài)及攪拌軸的安裝位置有關。真空攪拌設備和加壓攪拌設備均有密封機構。攪拌軸與罐體軸線垂直安裝的也必須有軸封機構。另外，有無菌要求的攪拌罐也需要有相應的軸封措施。n軸封應滿足密封和衛(wèi)生兩方面的要求。常見的軸封有兩種形式，填

23、料密封和機械密封。 食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備二、水粉混合機水粉混合機又稱水粉混合器、水粉混合泵、液料混合機、液料混料泵、混合機等，是一種將可溶性粉體溶解分散于水或液體中的混合設備。l外形與結構l工作原理l適用場合食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l外形與結構其 外 形 及 結構如圖6.7所示，主要由機殼、葉輪、粉料斗及電機構成。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l工作原理n工作原理是利用葉輪的高速旋轉剪切用，將（裝在料斗中的）粉狀物料和（從進液口進入的）液體進行充分拌和，輸送出所需的混合物。n通過料斗加入的參與混合的物料，既可以是流動性良好的粉料，也可以

24、是流動性較好的濃度較高的溶液或漿體。n料斗下方的調節(jié)閥見圖6. 7（2），主要是為了得到不同添加物含量的混合液體。n根據工藝需要，可以將混合機串接在加工管路中進行連續(xù)混合操作，也可與一臺罐器相連接進行間歇式混合操作。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備水粉混合機特別適用于再制乳制品生產，例如用于乳粉、乳清粉、鈣奶、糊精粉等與液體的混合，也可用于果汁和其它飲料的生產。 l適用場合食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備三、靜態(tài)混合器l也稱管道混合器。l基本構成l混合能由外部提供l工作原理l應用場合l特點食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l基本構成n十分簡單。n主要由帶管道接

25、口的混合器殼體和混合單元構成。圖6. 8 靜態(tài)混合器外殼 混合單元襯里食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l背景情形n20世紀70年代初開始發(fā)展的一種先進混合器，1970年美國凱尼斯公司首次推出其研制開發(fā)的靜態(tài)混合器。n20世紀80年代我國也開始研究生產，已經在環(huán)保和化工領域得到很好應用，并且也已經在食品行業(yè)得到應用。n靜態(tài)混合器是一種沒有運動部件的高效混合設備。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備n所謂“靜態(tài)”是指起主要混合作用的混合單元在殼體上是固定不動的，這種混合器也由此取名。n雖然混合單元是靜止的，但靜態(tài)混合器需要以流體運動作為混合動力。n所有的靜態(tài)混合器的主輸入料液均

26、需要有足夠的壓頭才能正常工作，因此它常常需要與輸送泵配合使用。l由外部提供混合能食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備混合器的殼體通常為直管，根據需要可在直管的不同位置接支管，供各種需要混合的物料進入。n殼體食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備n混合單元u是靜態(tài)混合器的關鍵，其形式有多種，供不同物性料液和流動條件場合的應用。u如圖6.9所示為適合于食品業(yè)的SK和SD型的混合單元外型。u也可根據需要選用或設計其它型式的混合單元。 圖圖6. 9 兩種適用于食品物料的混合單元兩種適用于食品物料的混合單元 SK型SD型食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備通過固定在管內的混合單元件

27、，將流體分層切割、剪切、折向和重新混合，流體不斷改變流動方向，不僅將中心液流推向周邊，而且將周邊流體推向中心，達到流體之間三維空間良好分散和充分混合的目的。與此同時，流體自身的旋轉作用在相鄰元件連接處的界面上亦會發(fā)生。這種完善的徑向環(huán)流混合作用，使流體在管子截面上的溫度梯度、速度梯度和質量梯度明顯降低。l工作原理食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備n可用于各種形態(tài)物料的混合、萃取、氣體吸收、熱交換、溶解、分散等操作。n食品加工中已經應用的方面有：不同組分液體的混合、懸浮液的分散化、濃漿的稀釋以及換熱等。l應用場合食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備u靜態(tài)混合器用來對各種料液進行

28、混合時，不同的進料必須經過計量，因此一般用定容積泵作為靜態(tài)混合器的輸送動力（如轉子泵等）。u圖6.10所示為利用靜態(tài)混合器對將兩種料液進行混合的系統(tǒng)組合示意。這種系統(tǒng)可用以將果味成分添加混合到攪拌型酸乳中。 n混合原理食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備u管路混合器可接在水粉混合機后，進一步分散固體粉粒，起均質作用。u這種均質作用依靠液體在混合器內產生的流速變化實現(xiàn)。 此處的靜態(tài)混合器不必用定量泵進料，可以利用一般離心泵，圖6.11所示的系統(tǒng)正好利用水分混合機的輸出壓頭作為分散作用的動力源。u這種系統(tǒng)可用以乳粉的加水混合。u靜態(tài)混合器后還可再串接高壓均質機，以獲得更為穩(wěn)定的再生乳。 圖

29、6. 11 用靜態(tài)混合器對水粉混合物進一步分散的系統(tǒng)液體粉體水粉混合機水粉混合物靜態(tài)混合器分散化的水粉混合物n懸浮液的分散化食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備靜態(tài)混合器也可用作間接式換熱器（圖6.12），對料液進行加熱或冷卻。用作間接式換熱器的靜態(tài)混合器，在結構上與一般的混合器有所不同，或者在混合元件外裝夾套，或者直接利用管線繞制成混合元件，這樣可以進一步提高換熱的效率和均勻性。n換熱器作用食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l特點（1）流程簡單，結構緊湊；（2）設備小、投資少、能耗小，操作彈性大，安裝 維修簡便、混合性能好；（3）應用靈活性大等。食品工廠機械與設備第六章 混

30、合均質機械與設備第三節(jié) 均質機械設備l均質及其設備l均質設備類型： 壓力式和旋轉式l均質與食品工業(yè)一、高壓均質機二、膠體磨三、高剪切均質乳化設備食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備n均質（也稱勻漿）是一種使液體分散體系（懸浮液或乳化液）中的分散物（構成分散相的固體顆?；蛞旱危┪⒘；?、均勻化的處理過程，其目的是降低分散物的尺寸，提高分散物分布的均勻性。n狹義的均質僅指利用高壓均質機對物料進行處理。然而，除了高壓均質機以外，膠體磨、超聲波均質器（或稱超聲波乳化器）、高速剪切攪拌器，甚至本章第一節(jié)所介紹的靜態(tài)混合器等都對料液有均質功能。l均質及其設備食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設

31、備n壓力式均質設備首先使料液獲得高壓能，液體的高壓能在機內轉化為動能，使料液中的分散物受到流體力學上的剪切作用、空穴作用和撞擊作用而得到破碎。n這種類型的常見設備有高壓均質機和超聲波乳化器等。l壓力式均質設備食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備n旋轉均質設備由轉子與定子系統(tǒng)構成，直接將機械動能傳遞給受處理的介質，是以剪切作用為主的均質過程。n膠體磨是典型的旋轉式均質設備。此外，攪拌機、乳化磨也屬于旋轉均質設備范圍。l旋轉式均質設備食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備n空穴理論認為，流體受高速旋轉體作用或流體流動在有突然壓降變化的場合會產生空穴小泡，當這些小泡破裂時會在流體中釋放

32、出很強的沖擊波，當這種沖擊波發(fā)生在粒子附近時，會造成粒子的破裂。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備n均質在現(xiàn)代食品加工業(yè)中的作用越來越重要，非均相液態(tài)食品的分散相物質在連續(xù)相中的懸浮穩(wěn)定性，與分散相的粒度大小及其分布均勻性密切相關，粒度越小，分布越均勻，其穩(wěn)定性越大。n包括乳、飲料在內的絕大多數的液態(tài)食品的懸?。ɑ虺两担┓€(wěn)定性都可以通過均質處理加以提高，從而改善此類食品的感官品質。n均質過程的本質是一種破碎過程，所以均質也是破碎生物細胞，提高細胞提取物得率的重要手段。l均質與食品工業(yè)食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備 典型高壓均質機組成如圖6.32所示，主要由柱塞式高壓泵和

33、均質閥兩部分構成。 總體上，它只是比高壓泵多了起均質作用的均質閥而已，所以有時也將高壓均質機稱為高壓均質泵。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備一、高壓均質機l典型高壓均質機的組成l形式：有多種，基本組成相同，主要差異表現(xiàn)在高壓泵類型、均質閥級數以及壓強控制方式方面。（一）高壓柱塞泵（二）均質閥（三）其它組成部分（四）高壓均質機的應用食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備（一）高壓柱塞泵l柱塞泵可分為單柱塞泵和多柱塞泵。在高壓均質機中均有使用。l單柱塞泵輸出的波動性，因而它多用于實驗規(guī)模的小型高壓均質機。l生產規(guī)模的均質機使用的是多柱塞泵，目前以流量輸出較為穩(wěn)定的三柱塞泵用得最多

34、。高壓均質機也有采用多達六七個柱塞的高壓柱塞泵，流量輸出更為穩(wěn)定。l高壓均質機的最大工作壓強是其重要性能之一，主要由其結構強度及所配備的電機功率所規(guī)定。不同均質機的最大工作壓強可有很大差異，一般在7.0104 MPa 之間。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備（二）均質閥l均質閥與高壓柱塞泵的輸出端相連，是對料液產生均質作用、對壓強進行調節(jié)的部件。l均質閥有單級和雙級兩種。l主要閥件l均質閥工作原理l均質壓強的調節(jié)食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l均質閥工作原理n當流體壓入均質閥并沖向閥芯，通過一個由閥座與芯構成的狹窄的縫隙時，流

35、體發(fā)生由高壓、低流速向低壓、高流速的能量轉化，并產生空穴作用，自縫隙出來的高速流體最后撞在外面的均質環(huán)（也稱撞擊環(huán)）上，使已經碎裂的粒子進一步得到分散作用。n流體經過均質閥的壓強變化情形如圖6. 36所示。 食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備均質壓強的大小一般是靠手輪對彈簧的壓縮程度來調節(jié)的。彈簧力作用下的閥芯，只有當流體獲得足以與彈簧力相抗衡的壓力條件下，才能被頂開并讓流體通過縫隙而產生均質作用。l均質壓強的調節(jié)食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l單級均質閥單級均質閥只在實驗規(guī)模的均質機上采用。 食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l雙級均質閥n現(xiàn)代工業(yè)用均質機中

36、大多采用雙級均質閥。n雙級均質閥實際上是由兩個單級均質閥串聯(lián)而成。n一級均質閥往往僅使乳滴破裂成小直徑的乳滴，但起乳化作用的大分子物質未均勻分布在小滴乳液的界面上。這些小滴乳由于尚未得到乳化物質的完全覆蓋，仍有相互合并成大滴乳的可能，因此需要經第二道均質閥的進一步處理，才能使大分子乳化物質均勻地分布在新形成的兩液相的界面上。一般在需采用雙級處理的場合，將總壓降的8590分配給第一級，而將余下的1015的壓降分配給第二級。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備Prrir0閥芯閥座原料液流體壓強曲線圖6. 36 均質閥中流體壓強變化ri：閥座內徑；r0：閥座外徑；p：壓強 食品工廠機械與設備

37、第六章 混合均質機械與設備（三）高壓均質機的其它組成部分l冷卻水系統(tǒng)：對往復運動的柱塞進行冷卻，使泵體在恒定溫度范圍內工作。l高壓均質機已結合到無菌化生產線中，在這種場合，配接的冷卻水首先必須是無菌的，這樣才能保證料液在均質工段不受到二次污染。l高壓壓力表，以為操作人員進行壓力調整提供壓力指示。l過濾器件：裝在進料口，阻隔雜質，為了防止對均質閥的意外損傷及延長其使用壽命。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備表6-1 應用不同均質壓力的產品舉例食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備（四）高壓均質機的應用l可用來加工許多食品。l選擇適當均質工作壓力。根據配方、貨架壽命以及其它指標而定

38、。l不同產品及所應用的均質壓力范圍。l必要時可重復均質或采用雙級均質閥進行處理。l吸程有限，一般要求正壓供料（利用位差或離心泵）。l使用中應避免中途斷料，以免高壓沖擊載荷而使均質設備受到損傷。l物料夾入過多空氣也會引起沖擊載荷效應，有些先要進行脫氣處理。 食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備二、膠體磨l以剪切作用為主的均質設備，均質部件由高速旋轉的磨盤（轉動件）與固定的磨盤（固定件）構成。l膠體磨形式l膠體磨結構l膠體磨磨盤l傳動軸及轉速l工作過程l均質效果及應用食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備 （1）臥式 （2）立式 （3）分體立式圖圖6. 37 膠體磨外形膠體磨外形 l

39、膠體磨形式食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備如圖6.38所示，主要由機殼、磨盤、進料斗、調節(jié)盤、葉輪等構成。l膠體磨結構食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l膠體磨盤l是膠體磨的關鍵部件，由定盤與動盤組成。動盤與傳動軸相連，定盤固定在調節(jié)盤上。l通過轉動調節(jié)盤手柄，可以調整定盤與動盤之間的工作面間距，從而也可以調節(jié)膠體磨的產量。l固定件與轉動件之間的間隙范圍為50150m。l磨盤工作面一般為錐臺面狀，但在錐角大小及磨齒形狀方面不同的機型會有差異（圖圖6. 39）。l膠體磨的磨面通常為不銹鋼光面，但也有金剛砂毛面型的，以此對固體粒子磨碎并促進均質效果。圖6. 39 膠體磨的磨盤

40、食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備n帶動動磨盤轉動的傳動軸，可直接與電機相連（如臥式和軸聯(lián)立式），也可通過皮帶輪與電動機相連（如分體式）。n軸的轉速與磨盤的直徑有關，一般直徑小的磨片要求高的轉速，這樣才能獲得與較低轉速下大直徑磨盤膠體磨相同的均質效果。l傳動軸及轉速食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備物料在間隙中通過時，由于轉子的高速旋轉，附在旋轉面上的物料速度最大，附于定子表面上的物料速度最小，因此產生很大的速度梯度，使物料受到強烈的剪切作用而發(fā)生湍動，從而使物料均質化。與高壓均質機一樣，料液從膠體磨獲得的能量，也只有部分用于微?；蟛糠洲D化成了摩擦熱。為了控制料溫（尤

41、其是循環(huán)）升高過度，也要用冷卻水對膠體磨進行冷卻，以保持料溫的穩(wěn)定。l工作過程食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備n膠體磨處理后的分散相粒度最低可達1m以下。膠體磨通常適用于處理較黏稠的物料。n膠體磨有時可以與高壓均質機通用，但一般說來，在表6- 2所列的產品中，只有所用均質壓力大于20MPa 的產品（或相類似的產品）才適合用膠體磨進行處理。n膠體磨與高壓均質機的性能參數比較。 l均質效果及應用食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備表表6-2 6-2 均質機與膠體磨性能參數比較均質機與膠體磨性能參數比較食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備三、高剪切均質乳化設備l性質與工作

42、原理l不同形式的高速剪切機械設備l與膠體磨比較l均質頭的安裝食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l不同形式的高速剪切機械設備n基于轉子-定子原理的均質乳化機械設備有多種形式，如渦輪均質機、渦輪乳化機、高剪切均質機、管線式乳化機、高剪切均質泵、攪拌分散罐等。n盡管名稱不同，但均質原理基本相同。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l性質與工作原理n這是一類轉子-定子型均質機械設備。n其工作原理是利用轉子與定子間高相對速度旋轉時產生的剪切作用使料液得以乳化，或使懸浮液進一步微?；?、分散化。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備n高速剪切均質頭的關鍵部件是定子與轉子。它們是兩個相

43、互配合在一起的齒環(huán)。n轉子定子的形式有多種，主要差異存在于齒形、齒圈數以及相互配合方式等方面。n圖6.41所示的轉子和定子分別有兩圈齒牙。但轉子的里圈齒牙只有三個“齒”，且呈尖弧形結構，它既起剪切作用，也起離心泵葉輪的作用，可將均質頭兩端的料液吸入（如果定子一側是一塊圓板結構，則料液只能從轉子端進料）。轉子定子構成了三個圓柱剪切面。 l轉子定子圖6. 41 高速剪切均質器頭的轉子與定子食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備n轉子與定子在結構上與膠體磨的有明顯區(qū)別，前者呈圓柱面狀，而后者呈圓錐臺面狀；前者的齒壁開槽口，而后者是不開口的。在配合上也有區(qū)別，膠體磨的兩盤片（定子與轉子）間的間距

44、是可調的，而高速剪切均質設備的轉子與定子之間的間隙一般是固定不變的。n工作原理與膠體磨的相似，因此它們處理的料液性狀與膠體磨的相似，總體上適合于處理較黏稠的物料。l與膠體磨比較食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備n除了將高速剪切均質器頭安裝在罐體內或泵體內以外，也有的設備將高速剪切均質器裝在可移動升降的臺架上。n可以將這種均質設備靈活地應用于不同的場合，如夾層鍋、無攪拌器件的桶狀容器等。n事實上，實驗室規(guī)模的高速剪切均質頭就是可移動的。l均質頭的安裝食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備 圖6.40所示為一種利用高速轉子均質頭的攪拌分散罐結構，主要由罐體與高速剪切均質頭構成。n攪

45、拌分散罐 食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備進料出料殼體定子轉子圖圖6. 42 管線式乳化均質機原理示意圖管線式乳化均質機原理示意圖 n管線式乳化均質機u將高速剪切均質器的轉子對裝于泵形外殼中，就構成了所謂的管線式乳化均質機（也稱為高剪切均質泵）。u這種設備一般使用一對以上的轉子定子對。u圖6.42所示為一種由三對轉子定子構成的管線式乳化均質機工作原理，物料從軸向進入，經過轉子定子對的剪切作用后，最后由另一端的徑向流出。 食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l本章小結 n食品工業(yè)中，為了使不同組成的配料混合均勻或者促使同一物料的狀態(tài)均勻，可以采用液體攪拌機、水粉混合機、靜態(tài)混

46、合器、粉體混合器、捏合機等機械設備。為了使分散系物料穩(wěn)定可以采用各種形式的均質設備。n食品工業(yè)中典型的液體攪拌設備有發(fā)酵罐、酶解罐、冷熱缸、溶糖鍋、沉淀罐等。它們之間的差異主要體現(xiàn)在攪拌裝置、軸封和攪拌容器等方面。攪拌裝置中的攪拌槳形式選用，主要取決于液體的黏度。 食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備n水粉混合設備用于將粉體物料配制成懸浮液，而靜態(tài)混合器則用于兩種以上料液的在線連續(xù)混合。n粉體物料可用容器回轉型和容器固定型兩大類的設備進行混合。其中前者為間歇式操作設備，而后者既可間歇操作也可連續(xù)操作。l本章小結 食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備n高稠度的漿體、塑性體和黏彈性

47、體物料的制備需要采用攪拌混合捏合設備。典型的攪拌混合與捏合設備有雙臂式捏合機、打蛋機以及和面機等。n為了使懸浮液或乳化液中的分散物微?；?、均勻化，進而獲得較為穩(wěn)定的狀態(tài)或者改善品質，可以采用各種均質乳化設備。典型均質化設備有高壓均質機、膠體磨和高剪切均質乳化設備等。l本章小結 食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l思考題 n分別舉例說明液體攪拌設備、粉體混合設備、捏合設備在食品工業(yè)中的應用。 n舉例說明均質設備在食品工業(yè)中的應用。 n如何選擇液體攪拌器的形式？ n如何估計攪拌設備所需的功率？n對比討論高壓均質機與膠體磨的特點及適用對象。n可利用哪些設備提高水粉混合料的混合均勻度？ 食品

48、工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備l自測題一、判斷題二、填充題三、選擇題四、對應題食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備一、判斷題一、判斷題n一般說來，物料的黏度越大，所需的攪拌器功率也越大。 n對稀液體物料進行攪拌的主要目的是為了獲得均質的液體。 n攪拌罐的直徑越大，攪拌器的直徑越大，需要的攪拌功率越大。n高壓均質機的均質壓力通常用手動方式進行調節(jié)。n一般說來, 容器回轉式混合器多為間歇式操作。n高壓均質機用的高壓泵全是三柱塞泵。 n揉制面團只能用臥式捏合機。n膠體磨是轉動式均質設備，它的出料有一定的壓頭。 n由于物料經過均質閥的節(jié)流作用，所以高壓均質機的排料沒有壓頭。n分散乳化器是一種旋轉式均質機械。 n分散乳化器一般由一個定子與一個轉子構成，因此物料每經過乳化器一次時，就受到一次高速剪切。食品工廠機械與設備第六章 混合均質機械與設備二、填充題二、填充題1.液體用的攪拌設備通常由 裝置、 和 等構成。 其中攪拌裝置由 、 和 構成。用于低黏度液體攪拌的最常見形式有 、 、 、 、 、 、 等。相對于 ，攪拌軸的安裝位置有 、 和 。當攪拌軸與攪拌罐軸線相重合時，通常需要在 內加裝 ，以保證攪拌罐內流場的混合效果。 2.打蛋機也稱 ，是一種攪拌軸與地坪面 、適用于黏稠物料 與攪拌的設備。這種設備的 相對于攪拌