均質攪拌機械

關于均質攪拌機械第一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日應用化工行業(yè)：油漆涂料，各種乳化劑，殺蟲劑，感光乳劑，橡膠漿，樹脂膠，增稠劑，膨潤土，香精等。化妝品行業(yè)：洗滌劑，調理劑，潤膚露，香水等。食品飲料行業(yè)：豆乳、牛乳，花生乳，濃縮乳，奶油，混合乳酪，各種果肉型天然飲料，冰淇淋，花粉液，食品添加劑，各種調味品等。制藥行業(yè)：抗生素，抗酸劑，液漿制劑，靜脈乳劑等。生物工程技術：高壓均質機能夠高效率地對細胞壁進行破碎從而提取其內含物：如酶、朊等。第二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日1.均質的目的

(1)減緩混合液分離混合液中輕液（顆粒）有上浮并在表面形成一層乳脂層的傾向，利用此特性可以進行牛乳分離。但果汁必須避免輕顆粒上浮分離。均質是有效防止產品中輕顆粒上浮的基本方法。

(2)獲得穩(wěn)定的、液相均勻的產品均質處理可使脂肪球的平均直徑縮小到原來的1/10，而脂肪球數(shù)則比未經處理的乳液中多1000倍。脂肪球與乳液之間的總界面增加約100倍。在此情況下，分子和微小顆粒之間形成了一種粘合作用力，使微粒穩(wěn)定均勻地分散在液體介質中，不發(fā)生分離，從而獲得穩(wěn)定的、液相均勻的液體混合物。

(3)有利于消化和吸收

由于均質后的脂肪球較小，與其他營養(yǎng)素混合時消化率可高達95%左右，因此有利于人體的消化和吸收。第三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日2.均質特點

(1)優(yōu)點分布均勻、降低氧化敏感性、風味趨于一致。

(2)缺點對陽光敏感，陽光的作用使其迅速產生一種腐蝕性的金屬味道；對脂酶的侵襲敏感；蛋白質的熱穩(wěn)定性降低。由于蛋白質的熱穩(wěn)定性降低，在滅菌奶生產過程中，均質須在最后階段進行，否則高溫滅菌時蛋白質有凝結的危險，而導致牛乳包裝中的蛋白質沉淀。3.均質作用原理均質機理有以下三個方面:

(1)剪切作用顆粒高速度通過均質頭中的窄縫時，由于渦流而對脂肪產生剪切作用，使脂肪球破碎。

(2)空穴作用液體靜壓能降至擴散相的蒸汽壓力之下，在液體內部產生局部瞬時真空，形成空穴現(xiàn)象，使顆粒爆裂而粉碎。

(3)撞擊作用當顆粒以高速度沖擊均質閥時，使之破碎。高壓均質機中前后設置兩個均質頭進行雙級均質處理來提高均質效果。第四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日4.均質機分類

第五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日

（1）高壓均質機利用高壓泵產生高壓，物料通過一級或幾級均質閥后，實現(xiàn)物料均質。雙級均質閥

第一級：高壓流體區(qū)壓力：200～250大氣壓作用：使脂肪球破碎第二級：低壓區(qū)：壓力：35大氣壓作用：使脂肪球均勻分散第六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日

（2）高剪切旋轉式均質機高剪切旋轉式均質機的關鍵部件是由固定的定子和高速旋轉的轉子組成。代表機型有蝸輪乳化機、膠體磨及高效濕法分散機等。適用于均質粘度大的料液，用于對粘度超過l0Pa.s的液體進行有效均質，分散相液滴尺寸降至5μm以下。第七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日

（3）離心式均質機離心式均質機是在離心凈化機或離心分離機上部的稀奶油室內安裝一個帶齒的圓盤，齒盤邊緣帶有許多凸出的尖齒，均勻分布于圓周上，齒前端邊緣呈凸流線型，后端邊緣削平。改變圓盤的直徑和齒數(shù)都可以得到不同脂肪破碎度的液料，實現(xiàn)不同的均質要求。均質后的稀奶油可以與脫脂乳均勻一起排出。第八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日

(4)噴射式均質機利用蒸汽或壓縮空氣氣流給物料提供均質所需的能量。高速流動的物料顆粒相互碰撞，或使顆粒與金屬表面高速撞擊，將顆粒粉碎成細小的粒子，實現(xiàn)均質。此類均質機由于均質料液與蒸汽或空氣直接混合，對產品的風味有一定的影響。不適用于易氧化的產品。第九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日（5）膠體磨第十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日

高壓均質機是由高壓泵和均質閥組成的一種持殊形式的高壓泵。目前的高壓均質機為同一類型的三柱塞往復泵。高壓泵和均質機的差別在于排出口安裝的閥門不同，前者配安全閥，當壓力過高時可使液體回到吸入口，后者配均質閥，液體通過均質閥后恢復至常壓。

（一）高壓均質機1.主要結構均質機因制造廠家不同，結構上各有特點，但主要由泵體、均質閥、電動機、傳動機構與機架組成。圖所示為均質機的基本結構。電動機動力通過傳動機構(皮帶、齒輪減速器)驅動曲軸旋轉，連桿、滑塊將旋轉運動轉變成直線往復運動。在滑塊的前端裝有不銹鋼柱塞，不銹鋼柱塞一段伸入到泵體內，泵體由一塊(或多塊)不銹鋼組成，分別裝入進料和排料的單向閥。

2.工作原理進料時，柱塞后退，泵腔內出現(xiàn)低壓，液料受外壓作用下經單向閥進入泵腔；排料時，柱塞前進，泵體內物料受擠產生高壓，吸料單向閥在高壓作用下關閉，排料單向閥被頂開，料液從排出單向閥門排出，如在出口管道上配置均質閥組，物料在通過均質閥的密合面時而得到均質。均質閥可以是一組(即一級)，也可以是二組(二級)串聯(lián)的。均質閥的閥體的結構如圖。第十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日

圖左為柱塞往復泵泵體結構圖，柱塞向右運動時，進液閥開啟，排液閥關閉；柱塞向左運動時，進液閥關閉，排液閥開啟，將物料壓出。圖右為均質閥及均質過程。物料通過均質閥平面密合面時被擠出，從均質出料口排出，均質閥桿則通過油壓頂住閥芯平面，均質壓力大小通過油壓調整得到。第十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日

3.三柱塞式均質機的生產能力和功率

(1)生產能力往復泵的理論流量取決于活塞行程和活塞面積，對于三柱塞式均質機，其生產能力可按下式計算:Qv=15Nd2SnZψ（m3/h）

Qv：柱塞式往復泵的輸送能力(m3/h)d：柱塞直徑(m)S：柱塞行程(m)Z：柱塞個數(shù)n：柱塞往復次數(shù)(次/min)ψ：工作容積的裝填系數(shù),一般為0.8～0.9。對一定形式的往復式均質機，理論流量恒定，只決定于活塞的直徑d，行程S及頻率n，它不隨壓力而改變，因而沒有離心泵那樣的性能曲線。

(2)功率計算均質功率可按下式計算

P=Qvrh/3600×102ηP：所需功率(kw)h：液體輸出總壓頭(mH2O)r：液體密度(kg/m3)η：泵的總效率系數(shù)

102：功率折算系數(shù)

第十三頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日

動力往復泵活塞運動規(guī)律如圖一所示。圖中r為曲柄半徑，L為連桿長度，x為曲柄轉過α角時活塞行程，ω是曲柄旋轉角速度。假設連桿長度為無限長，而β角為無限小，則連桿的斜角影響可以忽略不計(在r/L＜l/5時誤差不大，則將x距離看作等于CA，即:X=CA=CO-AO=CO-BOcosα=r（1-cosα）活塞運動速度為：v=dx/dt=rsinαdα/dtdα/dt=ω，v=rωsinα

泵的瞬時流量為：qv=Av=ArωsinαA為活塞的面積，對于以一定轉速運動的往復泵，上式中Arω是常數(shù)，流量變化是隨轉角α的正弦規(guī)律變化，如圖二曲線所示。當α=0時，qv=0，當α在π到2π之間，qv為負值，即圖中橫坐標下的虛線，實際上泵在此區(qū)間活塞處于吸料過程，活塞只能間歇輸送液體。

圖一曲柄連桿示意圖

圖二單作用往復泵流量曲線4.三柱塞式均質機流量曲線乳品、果汁生產中的三柱塞式均質機屬于動力式往復泵，通過曲柄連桿機構傳動，活塞運行速度不均勻，其流量在整個行程中是變化的。第十四頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日

三缸流量曲線如圖二所示。這種泵實質上為三臺單動泵并聯(lián)而成，其曲柄互成1200，它既可以連續(xù)輸液體，流量較為均勻。工廠使用的即為此種均質機。

雙缸單作用泵，即具有大小相等的兩個活塞，由相差1800的曲柄帶動的往復泵，其流量曲線如圖一所示，可連續(xù)輸運液體，仍然不均勻。

圖一雙作用往復泵流量曲線圖二三缸單作用泵流量曲線第十五頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日5.改進措施在進出料管各加一個空氣室，利用氣體的壓縮與膨脹來貯存或放出部分液體，以達到減小管路中流量不均勻的目的。第十六頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日

6.常見故障均質機常見故障可以分為工藝和技術裝備故障。技術裝備故障，即電機、傳動部分、曲軸連桿、滑塊等方面的故障，可通過技術裝備的定期保養(yǎng)，維修來解決。單位體積料液所消耗的功率高、構件易磨損、對液體粘度濃度要求高，均質易磨損。工藝方面的故障可發(fā)生在以下幾個方面:

(1)流量不足，達不到工藝要求故障發(fā)生率高，也是均質機最重要的指標之一。由于材質、加工質量等方面的因素，處于料液高速沖刷處的閥門，特別是均質閥的密合面產生明顯的溝槽，柱塞則由于長時間工作而嚴重磨損，使料液的流經通道加大，大量料液回流到低壓泵腔，使均質或升壓的能力大大降低。此時，必須對磨損部分進行修復或更換，某些產品，如含糖量10%以上的物料，必須重新對均質閥等部分進行選材加工。安全閥或均質閥(代安全閥時)的調整不當，彈簧壓力不夠也可導致上述故障的發(fā)生。只需對技術裝備進行適當?shù)恼{整就可恢復技術裝備的生產特性。(2)壓力表指針跳動嚴重由于泵腔內有空氣殘留，空氣壓縮、膨脹使壓力表指針嚴重跳動。少量的空氣可以在料液的流動時被夾帶出去；泵體密封件滲漏，也會使泵腔內的料液中混有大量空氣,同時,通過充液傳遞壓力的壓力表由于充液量不夠或滲漏，也會使壓力表指針嚴重跳動。(3)密封圈損壞處于高溫和壓力周期性變化條件下的柱塞密封圈經常會發(fā)生損壞，出現(xiàn)這類問題時，首先必須確保柱塞冷卻水的連續(xù)供應，還要隨時修復、更換柱塞密封圈。同時，柱塞與曲軸箱之間的密封墊損壞時，則由于冷卻水的進人而導致潤滑不良，嚴重時還使曲軸連桿滑塊發(fā)生損壞。第十七頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日

（二）高剪切均質機

特點高剪切均質機，轉子葉片高速回轉，在葉片作用下流入的液體通過窄小的縫隙，在很高的剪切力作用下破碎、分散、混合。高剪切均質機結構如圖所示，與膠體磨類似，也是由定、轉子組成，所不同的是高剪切均質機的定、轉子是由一至數(shù)道齒圈組合而成。

1.作用原理旋轉的轉子使液體受很大離心力作用，高的速度變化率，液料受到急劇變化的壓縮、拉伸和剪切復合作用，進而物料得到均質和分散。（轉子轉速高達15000rpm，剪切頻率超過了聲波的頻率）2.高剪切均質特點分散效果好，能耗低，與高能量分散速率ζ

具有密切關系，一般可高達5～1000W/kg，而其他技術裝備僅為0.1～10W/kg，分散粒徑X和ζ

有如下關系:

X=C×ζD

（μm）

C、D都是實驗常數(shù)，D取決于定轉子的幾何形狀，一般為0.55～0.75

用關系式表達：ζ=AnBA，B均為常數(shù),由以上兩式即可求出不同轉速下的分散粒徑。第十八頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日

分類工業(yè)中使用的高剪切均質機可分為軸流式和徑流式。

1.軸流式高剪切均質機軸流式剪切均質機的流型如圖一所示。轉子由類似蝸輪的結構組成，定子則沿軸向開有大小不同的孔。轉子的高速旋轉，均質頭上下部位形成壓力差，流體從底部或頂部被不斷地吸入，經過定子、轉子之間的間隙流至定子流道，并以極大的動能沖向上部折流板或容器底，流體被折回，返回均質頭，由于料液不斷受到反復的強制循環(huán)，同時在均質頭內部受到高速旋轉的轉子與定子間的強烈剪切作用，使料液在極短時間內達到微粒化和均勻化。軸流式高剪切均質機轉子的典型結構如圖二所示，a型用于低粘度；b型用于高粘度。圖一軸流式高剪切均質機流型圖圖二軸流式轉子示意圖(a)-為低粘度用(b)-為高粘度用第十九頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日圖一徑流式高剪切均質機的流型圖

圖二ULTRA-TURRAX型高剪切均質機轉子示意圖

2.徑流式高剪切均質機徑流式高剪切均質機的流型如圖一所示,定轉子開孔可根據(jù)物料的性質而定，長孔適合于中等固體顆粒的迅速粉碎及中等粘度的液體的混合；小圓孔適合于低粘度液體，其剪切速率最大；大圓孔適用于一般的混合和大顆粒破碎，可處理較高粘度的物料。轉子還可有各種變形，如三葉槳式，實驗證明，徑流式的效果優(yōu)于軸流式。第二十頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日

影響因素目前對于高剪切均質機的設計還沒有成熟的理論公式可供參考，仍是以經驗為主，主要考慮以下三方面的因素。

1.幾何要素；2.性能參數(shù)；3.流體動力學參數(shù)；均質機理比較

1.宏觀均質機理比較均質機宏觀上主要是通過技術裝備作用或流體力學效應產生高壓、沖擊、空穴等，使料液在高壓下擠，在強沖擊下發(fā)生剪切，在失壓下膨脹，在剪切、撞擊和空穴三重作用下達到均質目的。

(1)剪切作用

高壓均質機是使料液在高壓作用下通過非常狹窄的間隙達到均質的目的，其均質閥縫隙一般不超過lmm，料液在高壓下流過縫隙時，流速加快高達150～200m/s，液滴(以液滴的均質為例)先是被延伸，又因為通過閥時的渦動作用，使延伸部分剪切破碎。在高剪切均質機中，剪切作用主要通過液滴在高速旋轉的轉子和定子間的間隙內被剪切及轉子、定子上小孔射流的綜合效應來實現(xiàn)。它是高剪切均質機的主要特點。(2)撞擊作用

在高壓均質機均質閥縫隙高速沖出的液流出口處設置擋圈，因而產生高速撞擊作用。高剪切均質機中，高速旋轉的液滴受慣性離心力的作用，但只有在高速旋轉的轉子上的小孔與定子小孔對正的瞬時，液體才有可能排出，高速旋轉具有極大的沖擊力。(3)空穴作用

高壓均質機的液流在出口處靜壓很高，通過狹縫時，靜壓能轉化為動能，壓力立即下降，在其縫隙內瞬時引起空穴現(xiàn)象，離開縫隙后壓力回升又使空穴消失，因而使液滴破碎。高剪切均質機中，離心力的作用使未進入環(huán)隙時的液體具有一定壓力，而進入環(huán)隙后成為高速旋轉液流，液體離開定子小孔后壓力又回升，所以也有一定空穴效應。但較之高壓均質機壓力變化小，空穴作用弱。2.微觀均質機理比較在微觀上，液滴要破裂，必須向液滴表面提供能量。在此能量作用下，液滴先發(fā)生變形，當變形力超過使液滴具有維持原狀趨向的界面張力時，液滴就會破裂。高壓均質機提供給液滴破裂的能量來自于料液在閥隙進口處具有的高靜壓能；而高速旋轉時液滴流動狀況相當復雜，主要受控于作用在液滴表面不斷變化的流動速度和由此產生的脈動壓力，從而使液滴破裂。

均質效果的測定均質目的是破碎顆?；蛑厩颉Ｊ蛊湟晕⑿顟B(tài)分布于液體中。以免產生分層。生產中均質效果的測定是通過測定均質指數(shù)來檢查均質效果。

第二十一頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日(三)其它均質機

1.膠體磨膠體磨與剪切均質機都是以高剪切力為主，進行乳化分散的乳化器，在果汁加工中使用較為廣泛。

(１)原理與結構膠體磨如圖所示。定、轉子為同軸構件，內層轉子繞外層定子做相對高速旋轉運動，物料在自重力和螺旋斜齒的抽吸作用下被吸入分散和研磨區(qū)域，在轉子的旋轉作用下加速，由此產生的強剪切力而使物料分散、均質和研磨。第二十二頁，共二十六頁，編輯于2023年，星期日

膠體磨按照傳動軸的空間安裝位置可分為立式與臥式兩種。定、轉子是其主要部件，轉子轉速一般在1000～10000rpm，最高可達20000rpm。定轉子的工作表面可以是光滑的，也可以是齒面(直齒、斜齒、菱形齒），當定子齒形傾角為900、、轉子齒形傾角在450～750時，分散效率最高，功耗最低。型號材質粒度（um）生產率（L/h）動力（kw）定轉子直徑（mm）SSUS3041～530～10002.295LSUS3041～5100～72015178SLSUS3041