食品機(jī)械與設(shè)備

第四章混合和攪拌及均質(zhì)機(jī)械與設(shè)備本章節(jié)大綱第一節(jié)概述第二節(jié)液體攪拌機(jī)械一、攪拌安裝二、攪拌器構(gòu)造與安裝方式第三節(jié)粉料混合機(jī)械一、固定容器式粉料混合機(jī)的構(gòu)造和任務(wù)過(guò)程二、回轉(zhuǎn)容器式混合機(jī)第四節(jié)均質(zhì)機(jī)一、高壓均質(zhì)機(jī)的任務(wù)原理及作用二、膠體磨的任務(wù)原理三、高剪切均質(zhì)機(jī)的任務(wù)原理第一節(jié)概述一、概念攪拌

均質(zhì)混合指借助于流動(dòng)中的兩種或兩種以上物料在彼此之間相互分布的一種操作，其作用可以實(shí)現(xiàn)物料的均勻混合、促進(jìn)溶解和氣體吸收、強(qiáng)化熱交換等物理及化學(xué)變化指借助于流動(dòng)中產(chǎn)生的剪切力將物料細(xì)化、將液滴碎化的操作，其作用是將食品原料的漿、汁、液進(jìn)展細(xì)化、混合、均質(zhì)處置，以提高食品的質(zhì)量和檔次指使兩種或兩種以上不同的物料從不均勻形狀經(jīng)過(guò)攪拌或其他手段到達(dá)相對(duì)均勻形狀的過(guò)程?；旌鲜鞘称芳庸すに囘^(guò)程中不可短少的單元操作之一二、攪拌混合機(jī)理〔一〕對(duì)流混合〔二〕分散混合〔三〕剪切混合也稱為體積混合或挪動(dòng)混合，對(duì)于任務(wù)不相溶組分，依托攪拌安裝的運(yùn)動(dòng)部件或重力，使物料各部分作相對(duì)運(yùn)動(dòng)。其混合均勻程度并不太高，對(duì)粉料和液料都是如此。指互溶組分中存在的混合景象，實(shí)踐上完全不互溶組分是不存在的，在混合過(guò)程中有一個(gè)由對(duì)流混合到分散混合的過(guò)渡，主要取決于分散尺度的大小主要因剪切力的作用，物料組分被拉成愈來(lái)愈薄的料層，使某一種組分原來(lái)占有區(qū)域的尺寸愈來(lái)愈小第二節(jié)液體攪拌機(jī)械一、攪拌設(shè)備

攪拌設(shè)備就是經(jīng)過(guò)使攪拌介質(zhì)獲得適宜的流場(chǎng)而向其輸入機(jī)械能量的安裝。主要由攪拌安裝、攪拌罐和軸與軸封三大部分組成傳動(dòng)安裝：賦予攪拌安裝及其他附件運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)件組合體。要求傳動(dòng)鏈短、傳動(dòng)件少、電機(jī)功率小，以降低本錢。攪拌軸及攪拌容器轉(zhuǎn)軸處的密封安裝。為防止食品污染，軸封的選擇必需給予注重。包容攪拌器與物料在其內(nèi)進(jìn)展操作。對(duì)于食品攪拌容器，除保證詳細(xì)的工藝條件外，還要滿足無(wú)污染。易清洗等專業(yè)技術(shù)要求。其作用是經(jīng)過(guò)本身運(yùn)動(dòng)使攪拌拌容器中的物料按某種特定的方式運(yùn)動(dòng)，從而到達(dá)某種工藝要求。這種特定方式的流動(dòng)〔流型〕是衡量攪拌安裝性能最直觀的重要目的。液體的“流型〞分為軸向流型、徑向流型及在容器側(cè)壁加設(shè)檔板等阻撓物引起液流方向變化而構(gòu)成的各種混合流型。流型取決于葉片的幾何外形和構(gòu)造以及在容器內(nèi)有無(wú)阻撓物等。葉片呵斥的液流有三個(gè)分速度：軸向速度、徑向速度和切向速度。二、攪拌器構(gòu)造與安裝方式〔一〕攪拌器的類型和安裝方式1、類型：①小面積葉片高速運(yùn)轉(zhuǎn)的攪拌器②大面積葉片低速運(yùn)轉(zhuǎn)的攪拌器渦輪式、旋槳式攪拌器等，多用于低粘度的物料攪拌器有框式、垂直螺旋式的攪拌器等，多用于高粘度的物料常用圓盤渦輪式攪拌器彎葉可拆圓盤渦輪---WCY彎葉可拆對(duì)開(kāi)圓盤渦輪式---WKY彎葉圓盤渦輪式---WY彎葉對(duì)開(kāi)圓盤渦輪式---WDY框、錨式攪拌器KSB-純錐底框式KSA-直錐底框式KS-橢圓底框式TS-搪玻璃公用錨式MS-錨式2、安裝方式1〕立式中心攪拌安裝方式攪拌軸與攪拌器配置在攪拌罐的中心線上、呈對(duì)稱規(guī)劃，驅(qū)動(dòng)方式為皮帶傳動(dòng)或齒輪傳動(dòng)或者經(jīng)過(guò)減速傳動(dòng)，也有用電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)的。其攪拌設(shè)備功率可以從0.1kw至數(shù)百千瓦，常用的功率范圍為0.2～22kw。普通劃分為，功率小于3.7kw為小型，5.5～22kw為中型，大于22kw為大型2〕偏心式攪拌安裝方式將攪拌器安裝在立式容器的偏心位置，這種安裝方式能防止液體在攪拌器附近產(chǎn)生渦流回轉(zhuǎn)區(qū)域，其效果與安裝擋板相近似。但偏心攪拌容易引起設(shè)備在任務(wù)過(guò)程中的振動(dòng)，普通此類安裝方式只用于小型設(shè)備上。將攪拌器直接安裝在罐體上部邊緣處，用夾板或卡盤與圓筒邊緣夾持固定，攪拌軸斜插入容器內(nèi)進(jìn)展攪拌。3〕傾斜式攪拌安裝方式適用于攪拌容器比較簡(jiǎn)單的圓筒形構(gòu)造或方形敞開(kāi)式攪拌設(shè)備，可防止產(chǎn)生渦流。這種安裝方式的攪拌設(shè)備比較機(jī)動(dòng)靈敏，運(yùn)用維修方便，構(gòu)造簡(jiǎn)單、輕便，普通用于小型設(shè)備上。4〕底部攪拌安裝方式其攪拌器安裝在容器底部。此外，攪拌器安裝在下部封頭處，有利于上部封頭處附件的陳列與安裝，特別是在上封頭帶夾套、冷卻構(gòu)件及接納等附件的情況下，更有利于整體合理規(guī)劃。其底部出料口能得到充分的攪動(dòng)，使輸料管路暢通無(wú)阻，有利于排出物料。此類攪拌設(shè)備的缺陷是槳葉葉輪下部至軸封處常有固體物料粘積，容易變成小團(tuán)物料混入產(chǎn)品中影響產(chǎn)質(zhì)量量。5〕旁入式攪拌安裝方式將攪拌器安裝在容器罐體的側(cè)壁上，在耗費(fèi)同等功率的情況下，能得到最好的攪拌效果。這種攪拌器的轉(zhuǎn)速普通在360～450r／min，驅(qū)動(dòng)方式有齒輪傳動(dòng)與帶傳動(dòng)兩種。該設(shè)備主要缺陷是軸封比較困難。旋槳與容器中心線夾角70-120旋槳與容器中心線夾角為大于120旋槳與容器中心線相垂直〔二〕攪拌器的構(gòu)造1．平槳式攪拌器槳葉普通采用不銹鋼或扁鋼制成。其聯(lián)接方式有四種如圖：對(duì)于小型槳葉常加工成整體焊接方式，為不可裝配構(gòu)造，這種構(gòu)造制造方便，但強(qiáng)度不大，不能拆換槳葉，常用于小直徑容器中。為螺栓銜接方式，依托槳葉與軸的摩擦力帶動(dòng)槳葉旋轉(zhuǎn)。這種構(gòu)造裝配方便，但功率大時(shí)容易產(chǎn)生打滑景象而不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，多用于小功率設(shè)備中。構(gòu)造是b型構(gòu)造的改良型，把圓軸改成方軸，這樣可抑制打滑景象，但軸的加工困難。為鍵銜接方式，它兼有以上幾種構(gòu)造的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛采用。2．框式與錨式攪拌器其外形輪廓與容器壁外形類似，底部外形為順應(yīng)罐底輪廓，多為橢圓或錐形等。3．渦輪式攪拌器渦輪式攪拌器的葉片較多，轉(zhuǎn)速高，構(gòu)造比槳式復(fù)雜，種類較多?？煞譃殚_(kāi)啟渦輪式與圓盤渦輪式兩種4．旋槳式攪拌器槳葉外形與通常運(yùn)用的推進(jìn)式螺旋槳類似，所以又稱為推進(jìn)式攪拌器。本質(zhì)上，槳葉是螺旋面的一部分，沿著槳葉長(zhǎng)度方向不同截面處的升角是逐漸變化的。5．螺帶式與螺桿式攪拌器由一定寬度的帶材或圓柱棒材制形成螺帶外形。它可以有單條或雙條螺帶構(gòu)造。普通螺帶的外廓尺寸接近容器內(nèi)壁，使攪拌操作普及整個(gè)罐體。用支撐桿件使螺帶固定在攪拌軸上。每個(gè)螺距設(shè)置桿件2～3根。支撐桿一端與螺帶焊接，另一端夾緊在攪拌軸上，也可以采用支撐桿與軸的鍵銜接的方式。6.行星式攪拌器任務(wù)時(shí)，槳葉一方面繞容器旋轉(zhuǎn)，另一方面，槳葉本身繞軸自轉(zhuǎn)第四節(jié)調(diào)和機(jī)主要加工高粘度糊狀、膏狀物料及粘滯性固體物料。一、調(diào)和機(jī)理目的是獲得均勻的混合物。槳葉攪拌構(gòu)成的部分物料運(yùn)動(dòng)不能涉及整個(gè)容器，主要利用剪切混合機(jī)理：槳葉挪動(dòng)產(chǎn)生剪切力，將物料拉延撕裂，同時(shí)這部分物料受攪拌槳葉推擠而被壓向臨近物料，千百次折疊、包裹，如此反復(fù)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間強(qiáng)迫均勻混合，得到合格產(chǎn)品。特點(diǎn)：1、混合時(shí)間長(zhǎng)2、任務(wù)容量小，耗費(fèi)功率大。3、槳葉與調(diào)和機(jī)容器壁間隙大小及槳葉外形對(duì)調(diào)和效果影響很大。4、調(diào)和操作假設(shè)伴有傳熱過(guò)程，降低傳熱才干，惡化操作性能。二、調(diào)和機(jī)分類按調(diào)和容器軸線位置：立式和臥式按攪拌軸數(shù)量分：?jiǎn)屋S式、多軸式按任務(wù)情況分：間歇式、延續(xù)式按用途分：打蛋機(jī)、調(diào)粉機(jī)按攪拌槳轉(zhuǎn)速分：高速、低速三、打蛋機(jī)(一)任務(wù)原理任務(wù)時(shí)，攪拌器高速旋轉(zhuǎn)，強(qiáng)迫攪拌，被調(diào)和物料充分接觸并猛烈摩擦，從而實(shí)現(xiàn)混合、乳化、充氣及排出部分水分的作用。(二)打蛋機(jī)構(gòu)造及主要零部件普通由攪拌器、容器、傳動(dòng)安裝及容器升降機(jī)構(gòu)等組成。1、攪拌器(分為攪拌槳和攪拌頭)(1)攪拌漿鉤形攪拌槳、網(wǎng)形攪拌槳和鼓形攪拌槳(2)攪拌頭2、軸封(防止攪拌頭內(nèi)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的光滑油漏入容器內(nèi))3、調(diào)和容器4、機(jī)座第五節(jié)高壓均質(zhì)機(jī)一、概述(一)、往復(fù)泵的任務(wù)原理1、組成：保送液體的泵體部分和將原動(dòng)機(jī)的能量傳給活塞的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。任務(wù)過(guò)程：吸入和排出2、動(dòng)力往復(fù)泵活塞運(yùn)動(dòng)規(guī)律X=CA=CO-AO=CO-BOcosα=r(1-cosα)活塞挪動(dòng)速度為：v=dx/dt=rsinαdα/dt因dα/dt=ω=常數(shù)所以v=rωsinα泵的瞬時(shí)流量為：qv=A.v=Arωsinα由此可知泵的流量變化是隨轉(zhuǎn)角α的正弦規(guī)律變化3、流量比較單作用往復(fù)泵雙缸單作用泵，即具有大小相等的兩個(gè)活塞，由相差180度的曲柄帶動(dòng)的往復(fù)泵，可延續(xù)輸運(yùn)液體，依然不均勻。三缸時(shí)其曲柄互成120度，既可延續(xù)輸液體，流量又較均勻。4、流量調(diào)理往復(fù)泵的流量與排出壓力無(wú)直接關(guān)系，只與活塞的面積，行程和往復(fù)次數(shù)有關(guān)，因此，在任何排出壓力下其流量根本上是不變的。二、高壓泵及均質(zhì)機(jī)均為三柱塞往復(fù)泵，前者在排出口安裝的是平安閥，當(dāng)壓力過(guò)高時(shí)可使液體回到吸入口，后者為均質(zhì)閥，液體經(jīng)過(guò)后恢復(fù)至常壓。(一)主要構(gòu)造主要由泵體、均質(zhì)閥或平安閥、電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與機(jī)架幾個(gè)部分組成。泵體均質(zhì)閥泵閥三柱塞式往復(fù)泵1、泵體作用：是隨著柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)而周期的開(kāi)啟和封鎖，完成吸入和排出過(guò)程，實(shí)驗(yàn)對(duì)物料的保送。2、泵閥〔吸入閥和排出閥〕泵閥應(yīng)備的根本要求：1、任務(wù)平穩(wěn)，開(kāi)啟及時(shí)，封鎖速度和關(guān)閥滯后角均不應(yīng)大于允許值，以減小封鎖沖擊和回流損失。2、密封可靠，以防止或盡能夠減少走漏損失。3、水力損失小，否那么會(huì)影泵的效率和其他水力特性。4、具有足夠的強(qiáng)度，剛度，以確保在一定的任務(wù)壓力上可靠任務(wù)，具有較長(zhǎng)的運(yùn)用壽命。5、構(gòu)造簡(jiǎn)單，裝拆、維修方便，互換性好組成：由閥座、閥板、導(dǎo)向柱、彈簧和升程限制器等組成。分類：根據(jù)開(kāi)閉方式：自動(dòng)閥和強(qiáng)迫閥。根據(jù)閥板的外形特點(diǎn)：盤形閥、球閥和環(huán)形閥等大多為自動(dòng)開(kāi)啟及自動(dòng)封鎖，利用重力的自動(dòng)閥稱為分量閥，利用彈簧力的自動(dòng)閥稱為彈簧閥。閥板如盤狀，根據(jù)閥板與閥座密封接觸面的特點(diǎn)，可分為平板閥和錐形閥1、2、31、2、31、2、3組成：由閥座、閥桿和沖擊環(huán)組成。資料：國(guó)外：鎢鈷鉻合金－－用于牛奶均質(zhì)時(shí)可堅(jiān)持良好的性能硬質(zhì)合金－－磨蝕性強(qiáng)的液料國(guó)內(nèi)：4Cr13類型：據(jù)均質(zhì)閥、閥桿的任務(wù)端面的外形特點(diǎn)分為平面型和非平面型兩大類。均質(zhì)閥的運(yùn)用3、均質(zhì)閥圖3-38

(二)高壓均質(zhì)機(jī)的根本原理均質(zhì)機(jī)是基于對(duì)物料的擠壓、剪切、渦流、泄壓、空穴作用，從而到達(dá)顆粒減小、分散均勻的目的。(三)常見(jiàn)缺點(diǎn)1、流量缺乏，達(dá)不到工藝要求。2、壓力表指針跳動(dòng)嚴(yán)重。3、密封圈損壞。三、高剪切均質(zhì)機(jī)(一)構(gòu)造與特點(diǎn)1、構(gòu)造2、原理3、特點(diǎn)任務(wù)時(shí)，轉(zhuǎn)子葉片高速回轉(zhuǎn)，在葉片作用下流入的液體經(jīng)過(guò)窄小的縫隙，在很高的剪切力作用下破碎、分散、混合。(1)粒度可到達(dá)1μm以上；(2)穩(wěn)定性好；(3)能耗低，對(duì)材質(zhì)無(wú)特殊要求(二)分類可分為軸流式和徑流式。1(三)均質(zhì)機(jī)理比較1、宏觀均質(zhì)機(jī)理比較(1)剪切作用(2)撞擊作用(3)空穴作用2、微觀均質(zhì)機(jī)理比較(四)均質(zhì)效果均質(zhì)的目的是分裂脂肪球。使其成微細(xì)形狀分布于牛奶中，以免構(gòu)成乳脂層?？梢越?jīng)過(guò)測(cè)定均質(zhì)指數(shù)來(lái)檢查牛奶的效