5混合和攪拌及均質(zhì)機(jī)械與設(shè)備

1、混合和攪拌及均質(zhì)機(jī)械與設(shè)備合 肥 學(xué) 院1攪拌器一攪拌的目的 強(qiáng)化傳熱、傳質(zhì)、強(qiáng)化化學(xué)反響,取得一種均勻混合物。二、攪拌方法 機(jī)械攪拌-利用攪拌器進(jìn)行攪拌； 氣流攪拌-利用壓縮空氣進(jìn)行攪拌； 超聲波攪拌利用超聲波的作用進(jìn)行攪拌；三攪拌器的類型與構(gòu)造： 根據(jù)漿葉構(gòu)造的特征,可分成四類：平漿式攪拌器、旋漿式攪拌器、渦輪式攪拌器、特種攪拌器。2平漿式攪拌器： 是最常用的一種,用于粘稠性和一般液體物料攪拌。在結(jié)構(gòu)上最簡(jiǎn)單,漿葉裝置成與旋轉(zhuǎn)方向相垂直,或與旋轉(zhuǎn)的方向成一傾斜角（45度以下）（當(dāng)葉面與容器底面平行時(shí),由于不能使物形成渦流,攪拌效果差；當(dāng)葉面與旋轉(zhuǎn)方向垂直時(shí),造成阻力又很大。因此通常都使?jié){葉

2、與旋轉(zhuǎn)方向成一夾角,減小了阻力,提高了攪拌效果。）當(dāng)軸沿漿葉傾角方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),可攪起沉渣,反之可使懸浮物攪拌至底部。34漿葉固定在軸上的方法有四種： （1）焊接法：制造方便,但強(qiáng)度不大,拆 卸困難,常用于直徑小的容器中。（2）螺釘連接法：螺釘把漿葉固定在軸上,中間有墊片。當(dāng)軸是圓形時(shí),主要靠漿葉與軸的摩擦力而使?jié){葉旋轉(zhuǎn),拆卸方便,但功率大時(shí),容易產(chǎn)生滑動(dòng),故只適用于功率小的場(chǎng)合。 （3）方軸、螺釘連接,目的是克服漿葉與 軸的滑動(dòng),但方軸加工不便,漿葉與軸的 連接也比較麻煩。5（4）鍵固定法：漿葉焊在軸套上,軸套與軸之間銷以鍵固定,能克服以上缺點(diǎn),被廣泛采用,為了使攪拌更有效,可裝置好幾排漿葉,每

3、一排上漿葉為兩個(gè)或四個(gè),相鄰兩排漿葉應(yīng)互相垂直,以增加攪拌效率,漿葉的大小約為容器直徑的1/32/3,寬度為長(zhǎng)度的1/101/6。轉(zhuǎn)速一般為2080轉(zhuǎn)/分,低速攪拌。特點(diǎn)：構(gòu)造簡(jiǎn)單,攪拌效果良好。 注意：當(dāng)葉面與容器底面平行時(shí),由于不能使物料形成渦流, 攪拌效果差；當(dāng)葉面與旋轉(zhuǎn)方向垂直時(shí),造成阻力又很大。因此通常都使槳葉與旋轉(zhuǎn)方向成一夾角,6框式攪拌器：其與漿式的完全相似,其水平漿葉用垂直的漿葉把它們彼此聯(lián)成一起,成為鋼性的框子。這樣的結(jié)構(gòu)比較鞏固,適用于高濃度的物料,框的大小取容器直徑的2/39/10倍。漿葉式攪拌器的轉(zhuǎn)速較慢,所產(chǎn)生的液流除斜漿外主要為徑向戶切線速度。液體流離漿葉之后,外趨

4、近器壁,然后向上或向下折流?？梢猿林鞅谏铣ソY(jié)晶或沉淀物時(shí),或利用攪拌作用,把已受熱的容器附近的物料攪拌至其它地方,可將漿葉外緣作成與容器內(nèi)壁形狀相一致。其間間隙甚小,就成為錨式攪拌器,在夾套加熱器用的較多。78 漿葉的外形與容器底的輪廓相似,漿葉外緣至容器底部的距離要適當(dāng),以3050mm為宜,但由于高濃度物料攪拌時(shí)只能取5mm,這時(shí)要求加工及安裝的精度卻高,不然外片可能碰上器壁而損壞設(shè)備。 液流的徑向速度較大,而軸向速度甚低,為了加強(qiáng)軸向混合,并減小因切線速度所產(chǎn)生的外表旋渦,通常加裝擋板。 漿式攪拌器的主要特征是： 1、混合效率較差； 2、局部剪器效應(yīng)有限,不易產(chǎn)生乳化作用。 3、因?yàn)闈{

5、葉易于制造和更換,適宜于有特殊觸液材料要求的料液（主要是金屬污染和腐蝕問(wèn)題）。910渦輪式攪拌器： 其結(jié)構(gòu)與離心泵的葉輪相似（葉片多而短）,安裝在中央的旋轉(zhuǎn)軸上,以較高的速度旋轉(zhuǎn),一般轉(zhuǎn)速為1002000rpm。平直葉片產(chǎn)生強(qiáng)烈的徑向和切線流動(dòng),通常加擋板以減小中央旋渦,同時(shí)增強(qiáng)因折流而起的軸向流,工作時(shí),攪拌液沿軸線由中心孔而進(jìn)入輪內(nèi),有各小葉片工作因而加熱,然后再以高速度拋出。渦輪式攪拌器適宜處理多種物料,對(duì)中等粘度的物料特別有效。11旋漿式攪拌器： 由23片旋轉(zhuǎn)漿所組成,漿葉是用螺母固定在軸上,螺母的擰緊方向與漿葉旋轉(zhuǎn)方向相反,旋漿的直徑為容器直徑的0.20.3倍,攪拌漿的轉(zhuǎn)速一般為30

6、01000rpm。液體作螺旋狀運(yùn)動(dòng),旋槳使液體受到強(qiáng)烈的切割或剪切,由于流動(dòng)非常強(qiáng)烈,這種攪拌器適合用大容器低粘度的液體的攪拌。12特殊形式-行星攪拌器 行星傳動(dòng)攪拌器旋轉(zhuǎn)漿的軸,不僅自轉(zhuǎn),而且還繞容器旋轉(zhuǎn)。 其優(yōu)點(diǎn)是攪拌速度很高,傳熱導(dǎo)數(shù)高,缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 適用于攪拌粘稠性的液體。 1314二 攪拌器的功率計(jì)算： 攪拌器所消耗的功率分為啟動(dòng)功率和運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)克服摩擦阻力消耗功率。 啟動(dòng)功率一般近似取其等于運(yùn)轉(zhuǎn)功率的23倍。1516食品粉碎粉碎、微粉碎與超微粉碎冷凍粉碎切割是利用切割器具（如切刀等）與物料的相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的剪切力到達(dá)切斷、切碎效果的單元操作。17粉碎：利用機(jī)械或流體動(dòng)力的方法克服固

7、體內(nèi)部凝聚力使之破碎的單元操作。微粉碎：原料粒度510mm,成品粒度100m以下。超微粉碎：原料粒度0.55mm,成品粒度1025m以下。1819錘式粉碎機(jī)械分類：按粉碎機(jī)的進(jìn)料方向,可分為切向喂料式、軸向喂料式和徑向喂料式3種2021這種粉碎機(jī)利用高速旋轉(zhuǎn)的錘頭或錘片產(chǎn)生的作用力使物料粉碎,既適用于脆性物料,也可用于局部韌性物料甚至纖維性物料的粉碎,所以常被稱為萬(wàn)能粉碎機(jī)。22超微粉碎的特點(diǎn)速度快可低溫粉碎粒徑細(xì)且分布均勻節(jié)省原料,提高利用率減少污染23超微粉碎的原理通過(guò)對(duì)物料的沖擊、碰撞、剪切、研磨等手段,施于沖擊力、剪切力或幾種的復(fù)合作用,到達(dá)超細(xì)粉碎的目的。其工藝過(guò)程有一次粉碎和二次粉

8、碎。24超微粉碎的應(yīng)用通過(guò)對(duì)纖維的微?；?能明顯改善纖維食品的口感和吸收性,從而使食物資源得到了充分的利用,而且豐富了食品的營(yíng)養(yǎng)。動(dòng)物骨、殼、皮等通過(guò)超微粉碎后得到的微粉屬有機(jī)鈣,比無(wú)機(jī)鈣容易被人體吸收、利用。蟹殼、蝦殼、蛆、蛹等的超微粉末可用作保鮮劑、持水劑、抗氧化劑等,改性后還有許多其他功能特性。25改善食品品質(zhì),改變傳統(tǒng)工藝,降低生產(chǎn)本錢 軟飲料加工：茶粉、植物蛋白飲料等 巧克力生產(chǎn)：巧克力配料的精磨 中藥生產(chǎn)：促進(jìn)藥材成分的溶出,提高藥效 水產(chǎn)品深加工和水產(chǎn)飼料生產(chǎn)26 一次粉碎就是在一臺(tái)設(shè)備上同時(shí)完成粉碎、篩選、別離、再粉碎的過(guò)程。二次粉碎是先對(duì)物料進(jìn)行粗粉碎,然后再采用超細(xì)粉碎機(jī)完

9、成超細(xì)粉碎加工,其工藝流程大致為：原料篩選清選枯燥粗粉碎超細(xì)粉碎風(fēng)選分級(jí)超細(xì)粉體產(chǎn)品。27超微粉碎 以壓縮空氣或過(guò)熱蒸汽,通過(guò)噴嘴產(chǎn)生的超音速高湍流氣作為顆粒的載體,顆粒與顆粒之間或顆粒與固定板之間發(fā)生沖擊性積壓、磨擦和剪切等作用從而到達(dá)粉碎的目的。28氣流磨AB10型氣流粉碎機(jī)2AB10型氣流粉碎機(jī)29氣流粉碎機(jī)的特點(diǎn)由于噴嘴處氣體膨脹而造成較低溫度,加之大量氣流導(dǎo)入產(chǎn)生的快速散熱作用,因而用于低熔點(diǎn)和熱敏性材料的粉碎；可在無(wú)菌情況下操作；被壓縮的空氣在粉碎室內(nèi)膨脹,產(chǎn)生的冷效應(yīng)與粉碎時(shí)產(chǎn)生的熱效應(yīng)可相互抵消。30超微粉碎的方法 借助與運(yùn)動(dòng)的研磨介質(zhì)(磨介)所產(chǎn)生的沖擊,以及非沖擊式的彎折擠

10、壓和剪切等作用力,到達(dá)物料顆粒粉碎的過(guò)程。 磨介式粉碎過(guò)程主要為研磨和摩擦,即擠壓和剪切。其效果取決于磨介的大小、形狀、配比、運(yùn)動(dòng)方式、物料的填充率、物料的粉碎力等特性。球磨機(jī)攪拌磨振動(dòng)磨磨介式31球磨機(jī)振動(dòng)磨攪拌磨32轉(zhuǎn)輥式粉碎機(jī)轉(zhuǎn)輥式粉碎機(jī)利用轉(zhuǎn)動(dòng)的輥?zhàn)赢a(chǎn)生摩擦、擠壓或剪切等作用力,到達(dá)粉碎物料的目的。根據(jù)物料與轉(zhuǎn)輥的相對(duì)位置,轉(zhuǎn)輥式粉碎機(jī)有盤磨機(jī)和輥磨機(jī)等專用設(shè)備。33（一）盤磨機(jī)（二）輥式磨粉機(jī)34常見(jiàn)碾輥盤磨機(jī)磨盤固定式：如右圖,由兩個(gè)碾輥和一個(gè)磨盤組成。當(dāng)碾輪繞著立軸和其本身的橫軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),物料就在碾輪與磨盤之間受擠壓和研磨力而被碾碎。35輥式磨粉機(jī)的主要工作機(jī)構(gòu)是磨輥,有一對(duì)或兩對(duì)

11、,分別稱為單式和復(fù)式輥式磨粉機(jī)。傳動(dòng)局部主要給磨輥提供工作動(dòng)力,使兩磨輥?zhàn)飨鄬?duì)方向的轉(zhuǎn)動(dòng),其中一個(gè)為快輥,另一個(gè)為慢輥。3637冷凍粉碎 利用物料在低溫狀態(tài)下的“低溫脆性,即物料隨溫度的降低,其硬度和脆性增加,而塑性和韌性降低。在一定溫度下用一個(gè)很小的力就能將其粉碎。38冷凍粉碎的原理 物料的“低溫脆性與玻璃化轉(zhuǎn)變現(xiàn)象密切相關(guān)。首先使物料低溫冷凍到玻璃化轉(zhuǎn)變溫度或脆化溫度以下,再用粉碎機(jī)將其粉碎。在食品和農(nóng)產(chǎn)品快速降溫過(guò)程中,會(huì)造成內(nèi)部各部位不均勻的收縮而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,在內(nèi)應(yīng)力的作用下,物料內(nèi)部薄弱部位微裂紋,并導(dǎo)致內(nèi)部的結(jié)合力降低。在外部較小作用力就使內(nèi)部裂紋迅速擴(kuò)大而破碎。39原料前處理低溫

12、冷凍真空升華枯燥產(chǎn)品后處理對(duì)含油脂、糖分、水分多的物料特別有效冷凍粉碎的工藝流程40謝謝欣賞！41均質(zhì)機(jī) 目的：破碎物料中的 小微粒,得到均勻混合物提高產(chǎn)品質(zhì)量。如牛奶加工使脂肪球破裂,促進(jìn)人體對(duì)脂肪的消化,提高乳的穩(wěn)定性（不發(fā)生如油與脫脂奶的分層現(xiàn)象）,果汁生產(chǎn)使小微粒破碎,減少沉淀等。 均質(zhì)機(jī)按構(gòu)造分類有：高壓均質(zhì)機(jī)、離心均質(zhì)機(jī)、超聲波均質(zhì)機(jī)三種。 42生產(chǎn)型均質(zhì)機(jī)43WSK臥式高效全能珠磨機(jī)Crushing in ball mill 珠磨法 4445ZM系列臥式密閉珠(砂)磨機(jī)4647在珠磨法中,細(xì)胞的破碎率也能用一級(jí)速率方程式表示： ln1/(1-R)=KtK破碎速率常數(shù)；t停留時(shí)間；

13、R破碎率破碎速率常數(shù)K與許多操作參數(shù)有關(guān),如攪拌轉(zhuǎn)速、料液的循環(huán)流速、細(xì)胞懸浮液的濃度、小珠的裝置和珠體的直徑以及溫度等。48單次通過(guò)儲(chǔ)存器 高壓勻漿器 49單次通過(guò) Xf =Kn XoXf: 經(jīng)過(guò)一次破碎后料液中未破碎的細(xì)胞濃 度XO: 經(jīng)過(guò)破碎后料液中未破碎的細(xì)胞濃度K：經(jīng)過(guò)一次破碎后料液中剩余的細(xì)胞分?jǐn)?shù)n：料液的勻漿次數(shù) WP= nP：勻漿速度W：料液通過(guò)勻漿閥的速度50批次循環(huán)儲(chǔ)存器 高壓勻漿器 51批次循環(huán) Xf =e XoV:儲(chǔ)存器中料液體積 V -w(1-k)tP= = t Xf ln XoT：時(shí)間 -w(1-k)t V52邊循環(huán)放料邊儲(chǔ)存器 高壓勻漿器 53邊循環(huán)放料邊 Xf

14、1 = XoI:放料速度 W 1 （ -1）+1 I K W（1-K）P = I= XO （ -1）K Xf 54高速分散機(jī)、高速均質(zhì)機(jī)55分散機(jī)、均質(zhì)機(jī)5657膠體磨膠體磨的工作原理是:流體或半流體物料受離心力的作用,強(qiáng)制通過(guò)在高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)的定子與轉(zhuǎn)子之間進(jìn)行剪切、磨擦、高頻震動(dòng),有效地進(jìn)行粉碎、乳化、均質(zhì)、分散、混合等獲得精細(xì)加工的物料。58高壓均質(zhì)機(jī) 結(jié)構(gòu)：高壓均質(zhì)機(jī)主要由高壓泵和均質(zhì)閥所組成。59均質(zhì)閥原理圖60 工作原理： 剪切理論：當(dāng)高壓物料在閥盤與閥座間流過(guò)時(shí),在縫隙中心流速最大（150-200m/s）。而附于盤和座上的物料為零,則形成了急劇的速度梯度,而產(chǎn)生強(qiáng)烈的剪切力,使液滴

15、發(fā)生變形和破裂到達(dá)乳化均質(zhì)。 撞擊學(xué)說(shuō)：由于三柱塞往復(fù)泵的高壓作用,使流體中的脂肪球和均質(zhì)閥發(fā)生高速撞擊現(xiàn)象,因而使料液中的脂肪球破裂。 6162超聲波破碎法超聲波：超聲波是指頻率超過(guò)人耳可聽(tīng)范圍(1620kHz)的波為超聲波。通過(guò)超聲波的作用,使細(xì)胞結(jié)構(gòu)解體,而使細(xì)胞破碎。一般由超聲波發(fā)振器、振動(dòng)子和噴嘴三局部組成。 超聲波破碎的效果與樣品濃度、超聲波頻率、輸出功率相破碎時(shí)間有密切關(guān)系。超聲波破碎多用于微生物細(xì)胞的破碎 。63642. Ultrasonication 超聲波超聲波破碎儀 6566其他均質(zhì)機(jī)67噴射式均質(zhì)機(jī) 1操作原理 利用蒸汽或壓縮空氣流來(lái)供給物料均質(zhì)的能量,借高速運(yùn)動(dòng)的物料顆粒間相互碰撞或使顆粒與金屬外表高速撞擊,使顆粒粉碎成更細(xì)小的粒子,而到達(dá)均質(zhì)的目的。 2生產(chǎn)流程 3、 優(yōu)缺點(diǎn) 設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,尤其是無(wú)運(yùn)動(dòng)部件,操作和維修容易,但由于料液和蒸汽直接混合,給產(chǎn)品帶來(lái)異味。這種設(shè)備雖然可以應(yīng)用于各種強(qiáng)度的固體物料的均質(zhì),但對(duì)于水果