哈爾濱商業(yè)大學食品機械第1章攪拌機

食品機械

哈爾濱商業(yè)大學第一章攪拌機械第一節(jié)概述一、攪拌操作

依靠外力使被攪拌物質(zhì)產(chǎn)生流動，以達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（3）干散物料混合機攪拌機調(diào)和機第二節(jié)攪拌機

一、攪拌機結(jié)構(gòu)與組成

組成：攪拌器電動機減速器排料管容器擋板適用物料：低粘度物料二、混合機理利用低粘度物料流動性好的特性實現(xiàn)混合1、對流混合

在攪拌容器中，通過攪拌器的旋轉(zhuǎn)把機械能傳給液體物料造成液體的流動，屬強制對流。包括兩種形式：（1）主體對流：攪拌器帶動物料大范圍的循環(huán)流動（2）渦流對流：旋渦的對流運動液體層界面強烈剪切旋渦擴散

對流混合速度取絕被混合物料的湍動程度，湍動程度混合速度

液體分子間的運動微觀混合2、分子擴散混合

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際體積濃度CA，比較CA0、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。（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：或（當樣品中CA

CA0時）（當樣品中CA

CA0時）顯然I

≤1

若取m個樣品，則該樣品的平均調(diào)勻度為當混合均勻時2、混合尺度設(shè)有A、B兩種液體混合后達到微粒均布狀態(tài)ABABab

設(shè)備尺度混合尺度微團尺度分子尺度

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微團消失

分子尺度的均勻或微觀均勻兩種狀態(tài)

如取樣尺寸遠大于微團尺寸，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中微團尺寸相近時，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、攪拌機主要結(jié)構(gòu)1、攪拌器攪拌器由電動機帶動，物料按一定規(guī)律運動（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)生三個方向的速度分量：促進混合

軸向分量經(jīng)向分量切向分量當，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，湍動程度不高。b、循環(huán)量大，適用于宏觀混合c、適用低粘度物料混合，≤2000cp。d、槳轉(zhuǎn)速較高，圓周速度u=5～15m/sn=100～500rpme、dj=(0.2～0.5)D(以0.33居多)特點：（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（4～8）特點：①流型：徑向流型伴有軸向流切向流②有兩個回路③易產(chǎn)生“分層效應”（不適于混合含有較重固體顆粒懸浮液）④dj=（0.2~0.5)D(0.33居多)dj

：L：b=20：5：4⑤適合混合中低粘度的物料，

≤5000cu=4-8m/sn=10-300rpm。⑥回路較曲折，出口速度大，湍動程度強剪切力大，可將微團細化。（3）槳式攪拌器當攪拌器提供的機械能因粘性阻力而消耗湍動程度主體流動范圍例：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。

水的攪動范圍為4D當＞5000cp時，其攪動范圍為0.5D，離槳較遠處流體流動緩慢，甚至靜止，混合效果不佳?！喈敃r，應采用Dn的槳①槳葉尺寸大,dj/D=0.5～0.8寬度大,b：dj=0.1-0.25②轉(zhuǎn)速低,u=1.5～2m/s;n=1～100rpm③流型：徑向流切向流如槳葉傾斜，可產(chǎn)生小范圍軸向流④適合低粘度物料μ＞5000CP⑤當容器內(nèi)液位較高時，可在同一軸上安裝幾個槳葉。槳式攪拌器特點：（4）錨刪式攪拌器結(jié)構(gòu)：特點：①適合μ可達10000cp②dj/D=09-0.98;b/D=0.1;h/D=0.48-1③轉(zhuǎn)速u=0.5-1.5m/sn=1-100rpm④攪動范圍大,不會產(chǎn)生死區(qū)⑤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)計容器壁厚按壓力容器設(shè)計標準及技術(shù)條件進行設(shè)計。（3）容器容量及結(jié)構(gòu)尺寸

①容器長徑流比H/D根據(jù)實驗一般：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)η表示

η=Vg/V式中:Vg----實際盛裝物料的容積

V---容器全容積

η=0.6-0.85如攪拌過程中起泡沫或呈沸騰狀態(tài)

η=0.6-0.7(取低值)當物料反映平穩(wěn)或粘度較大時

η=0.8-0.85(取高值)②攪拌容器裝料量③容器直徑與高度確定方法:先初算(忽略封頭容積),

后較核計算.直徑計算:將H/D及V=Vg/η代入注:D應圓整為標準直徑容器高度計算:式中:v—

封頭部分容積∴注:H應圓整校核:H/D及η值是否在推薦范圍內(nèi)3、擋板

（1）打漩當被攪拌液料出現(xiàn)沿圓周做整體旋轉(zhuǎn)運動時，這種流動狀態(tài)叫打旋（2）打旋的危害①幾乎不存在軸向混合，會出現(xiàn)分離現(xiàn)象②液面下凹，有效容積降低。③當旋渦較深時，會發(fā)生從液體表面吸氣現(xiàn)象，引起液體密度變化或機械振動（3）常見消除打旋的方法

①偏心安裝

②傾斜安裝③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：①消除打旋②將切向流改變?yōu)檩S向流和徑向流③增大液體的湍動程度Wb—擋板寬度dj—液輪直徑nb—擋板數(shù)目通常（5）充分擋板化實踐證明：實現(xiàn)充分擋板化的條件

是否所有液體攪拌機無論混合物料的粘度多大都應加設(shè)擋板？

A、低粘度物料，轉(zhuǎn)速較高，槳對中按裝時，應加擋板，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（μ=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：①結(jié)構(gòu)簡單②成本低③對軸磨損大④摩擦功耗大⑤需經(jīng)常調(diào)解泵軸泵殼密封填料(盤根)壓蓋（2）機械密封

特點：①密封可靠②對軸無磨損③摩擦功耗?、苁褂脡勖L⑤無需調(diào)整⑥結(jié)構(gòu)復雜⑦成本高5、傳動系統(tǒng)

組成：電機、減速器、聯(lián)軸器、攪拌器五、功率計算1、計算方法結(jié)構(gòu)參數(shù)：dj、D、H、Wb

運動參數(shù)：n

物性參數(shù)：ρ、μ

影響功率因素：N=f(n,dj,ρ,μ,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：K、X、Y由試驗求得功率準數(shù)：雷諾準數(shù)：弗魯?shù)聹蕯?shù)：用因次分析法找出三者之間的關(guān)系用式中：φ—功率因素當加設(shè)擋板時，消除打旋，Y=0,Fr=1.∴φ=Np=kRex

對數(shù)式：logNp=logK+XlogRe

以φ或Np為縱坐標，以Re為橫坐標繪制功率曲線（1）Re<10時，(層流區(qū)）為直線,斜率為-1∴l(xiāng)ogNp=logK－logRe

將Np,Re代入得N=Kn2dj3

試驗測得：k≈1當n=C，N∝μ.dj3（2）10<Re<104時，(過渡流區(qū)）（3）Re>104時，(湍流區(qū))曲線呈水平無擋板,功率消耗少,易打旋,效果差有擋板,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算第三節(jié)調(diào)和機一、概述1、調(diào)和機混合對象粘性高的非牛頓物料2、∵μa流動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到混合的目的。∵μa流動性∴要求調(diào)和機的攪拌器必須經(jīng)過容器各個部位，以免造成混合不均的現(xiàn)象，這一點與液體攪拌機不同。注意：3、分類：

按操作主要用途及習慣分：打蛋機調(diào)和機（調(diào)粉機或和面機）二、打蛋機1、打蛋機結(jié)構(gòu)工作原理組成：電動機、傳動系統(tǒng)、攪拌器、攪拌容器、容器升降機構(gòu)、機座等2、攪拌器（1）攪拌頭組成：1—內(nèi)齒輪2—行星輪

3—轉(zhuǎn)臂4—攪拌槳公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)之間的關(guān)