第六章 食品混合机械与设备.pdf

第六章 混合机械与设备 第一节 概 论 第二节 搅拌机 第三节 调和机 第四节 均质机 第五节 固体混和机械与设备第一节 概 论 定义 两种或两种以上不同组分的物料，在外力作用 下，使其各组分的粒子均匀分布的过程 经过混合操作后得到的物料称为混合物 固体为主的物料混合 混合 搅拌 一般液体为主的物料混合 混合 均质 (狭义) 对乳浊液、悬浮液进行边破碎边混合 的过程 (广义)获得均匀混合物，强化热交换过程，增强物理 和化学反应 … 目的 混合物类型 固体 液体 液体 气体 固体 气体 混合物 物料互溶或乳化的物化反应现象 粉粒之间物理现象 液多固少,形成溶液或悬浮液 液少固多,形成粉粒状或团粒状 液固比例相当,形成粘稠状或无定型团块－“捏合” 空气混入物料以增加物料的体积、减小容重并改善物料的质 构、流变特性和口感混合机理 两种或两种以上不同组分构成的混合物在混合机或者料罐 内，在外力作用下进行混合，从开始时的局部混合达到整 体的均匀混合状态，在某个时刻达到动态平衡之后，混合 均匀度不会再提高，而分离和混合则反复交替地进行着 a.对流混合 (体积混合或移动混合) 对于互不相溶组分，依靠搅拌装置的运动部件或重力使物 料各部分作相对运动，所有物料从一处向另一处相对运 动，产生整体的流动而达均匀状态。

这种混合的均匀程度并不太高，对于粉料和液料都是如 此混合作用的强度主要决定于运动状况②涡流对流 搅拌产生的高速液流在静止或运动速度较低的液体中通过 时，处于高速流体与低速流体的分界面上的流体受到强烈 的剪切作用在此处产生大量的漩涡，这种漩涡迅速向周 围扩散，一方面把更多的液体夹带着加入“宏观流动”中； 另一方面又形成局部范围内物料快速紊乱的对流运动，这 种运动被称为“涡流对流” ①主体对流 在搅拌过程中，搅拌器把动能传给周围的液体，产生一股 高速液流，这股液流又推动周围的液体，逐步使全部的液 体在容器内流动起来，这种大范围的循环流动称为“宏观 流动”由此而产生的全容器范围的扩散混合叫做“主体对 流扩散”主体对流扩散”只能把不同的物料搅成大“团块”的混合， 而通过“团块”界面之间的“涡流”，把不均匀程度迅速降低， 降低的水平只达到涡流本身的大小因涡流本身最小的也比 分子要大的多，所以对流混合不能达到分子水平上的完全均 匀混合，仅仅是“宏观的混合” 主要适用于低、中粘度的食品混合 b.扩散混合 对于互溶性组分如固体与液体，液体与气体，液体与液 体组分等，在混合过程中，以分子扩散形式向四周作无规律 运动，从而增加了两个组分间的接触面积而达到均匀分布状 态。

对于互不相溶性组分的粉粒子，在混合过程中以单个粒 子为单元向四周移动，类似气体和液体分子的扩散，使各组 分的粒子先在局部范围内扩散，达到均匀分布，也称为扩散 混合C剪切混合 工作部件等对物料产生的剪切力，使物料拉成愈来愈薄的料 层，料层表面出现裂纹，产生层流流动，达到局部混合，称 剪切混合 剪切混合主要是因剪切力的作用．由搅拌机械运动所产生 的 剪切力使物料组分被拉成愈未愈薄的料层，使某一种组分原 来占有区域的尺寸愈来愈小，对于高粘度组分特别明显，如 对于高粘稠度流变物料如面团和糖蜜等，主要是依靠剪切混 合，一般称为捏和 物料在混合机里往往同时存在着上述三种混合方式，单一的 混合方式是少见的，但是常以其中的一种混合方式为主混合机类型 混合机：以固体干物料为主的混合机械 搅拌机：以较低粘度的液体物料为主的混合机械 捏合（和）机：以高粘度稠浆料和粘弹性物料为主的混合 机械，其高精加工用均质机 ZKJ型真空脱泡搅拌机 V型高效不对称混合机第二节 搅拌机 1结构：主要由搅拌器、搅拌容器及附属设备、搅拌轴 及轴封、传动装置等构成搅拌容器作用：容纳搅拌器与物 料在其内进行操作对于食品搅 拌容器，除保证具体的工艺条件 外，还要满足无污染、易清洗等 专业技术要求，罐体设计成圆柱 形，顶部为开放式或密封式，底 部为碟形或半球形 搅拌器作用：通过自身的运动使 搅拌容器中的物料按某种特定的 方式活动，所谓特定的方式的流 动（流型）是衡量搅拌装置性能 最直观的重要指标。

传动装置作用：赋予搅拌 装置及其他附运动的传动 组合体在满足机器所必 须的运动功率及几何参数 的前提下，希望传动链 短、传动件少、电机功率 小，以降低成本 轴封作用：搅拌轴及搅拌 容器轴处的密封装置为 避免食品污染，轴封的选 择必须给予重视2.搅拌过程的液体流型 定义：在叶轮（由叶片和回转轴等组成）的旋转作用 下，把机械能传给液体，在叶轮附近区域的液流中造成 涡动，同时产生一股高速射流推动液体沿着一定途径在 容器内作循环流动这种流动称为液体的“流型” a.轴向流型 液体从轴向进入叶片，从轴向流出 b.径向流型 液体从轴向进入叶片，从径向流出 种类： a  bc.混合流型 叶片造成的液流有三个分速度：轴向速度、径向速度和切向 速度其中轴向速度和径向速度对液体的搅拌混合起着主要 作用所有叶片都存在切向速度，只要叶片安装在中心位 置，则叶片产生的切向速度会促使液面产生旋涡，为减少打 旋，在容器壁内安装挡板 挡板的作用： Ø 消除液面四周隆起，中间 凹馅的现象 Ø 减少漩流，增大被搅拌液 体的湍动程度，从而改善混 合效果 cchar_26728char_24335char_25605char_25292char_22120平浆式搅拌器 框式搅拌器 锚式搅拌器 特点 v结构简单，容易制造 混合效果较差 v局部剪切作用弱，不易发生乳化作用 适用性广，适用于低、中粘度物料 3.搅拌器形式 搅拌器可分为桨叶式、涡轮式、旋浆式三大类 a 桨叶式 动画演示桨式搅拌机 桨式搅拌机的转速较慢，液流的径向速 度较大，轴向速度较低，为了加强轴向 混合，并减少因切线速度产生的表面旋 涡，通常在容器侧壁加设挡板。

为了提 高搅拌效果，还可以增加桨叶对数，从 一对增加到三对为了加热物料，常把 容器底部做成夹套即双底锅 搅拌器转速： 20-150r/min 叶轮圆周速度： 3m／s 叶轮直径： 容器直径的1/2-3/4 叶轮宽度： 容器长度的l/l0-1/6搅拌器形式 类似桨叶式搅拌机，唯叶片多而短，属高速回 转径向流动式搅拌 b 涡轮式涡轮式搅拌机 液体经涡轮叶片沿驱动轴吸入，它主要 产生径向液流，液体以高速向涡轮四周 抛出，再沿槽壁上升流动形成涡流 转 速： 400～2000r/min 圆周速度： 8m/s以内 搅拌器直径：容器的0. 3～0. 5倍 特点 Ø适于搅拌多种物料，对中等粘度液体特别有效 Ø生产能力较高，能量消耗少，搅拌效率较高 Ø有较高的局部剪切效应 Ø容易清洗和造价较高,用于制备中等粘度的乳浊液、悬浮液 和固体溶液搅拌器形式 桨叶形状与常用的推进式螺旋桨相似，旋浆安 装在转轴末端，可以是一个或两个，每个旋浆由2－3片浆 叶组成 特点 Ø 生产能力较高，但对互不溶液体，生产能力受限制； Ø 结构简单，维护方便 Ø 常常会卷入空气形成气泡和离心涡旋 Ø 适用于低粘度和中等粘度液体的搅拌，对制备悬浮液和乳 浊液等较为理想 C 旋浆式旋浆式搅拌机 桨叶的高速转动造成了轴向和切向速度的液体流动，致使 液体作螺旋形旋转运动，并使液体受到强烈的切割和剪切 作用，桨叶也使气泡卷人液体中，这是它的缺点。

为此， 轴多偏离中心线安置，或斜置成一定角度由于液体流动 非常激烈，故适用于大容器低粘度的液体搅拌，如牛乳、 果汁和发酵产品 转 速： 小型1000r/min以上 大型400－800r/min 旋桨直径： 容器直径的1/3～l/4 圆周速度： 3－5m/s以内4.搅拌器安装型式char_32char_31435char_24335char_20013char_24515char_25605char_25292char_32char_23433char_35013char_24418char_24335 偏心式搅拌安装形式 倾斜式搅拌安装形式 底部搅拌安装形式 旁入式搅拌安装形式第三节 调和机 搅拌机主要用于多相液态物料的均一化，处理较低粘度的混 合对于粘弹性较大的浆体状和塑性固体类的食品物料需要 用调和机来完成物料的混合 1.调和机理 如前所述，主要有对流混合、扩散混合和剪切混合，通常这 三种混合过程同时并存，由于调和的原料通常是高粘度的非 牛顿流体，对流混合和扩散混合不易发生，混合过程以剪切 混合为主利用工作部件对物料进行剪切，挤压使其先局部 混合再达到整体混合的过程叫捏合2.分类 容器轴线的位置： 主要用途 搅拌机数量 立式 卧式 打蛋机 调粉机单轴式 多轴式常用来搅打各种蛋白液。

主要加工对 象是粘稠性浆体，其搅拌器转速在 70～270r/min范围之内，故常称为 高速调和机 应用 3.打 蛋 机 电机把动力传到传动装置，再传到搅拌器，搅拌器与容器具 有一定规律的相对运动，使得被搅拌物料充分接触与剧烈摩 擦，以实现对物料的混合、乳化、充气及排除部分水分的作 用，从而满足某些食品加工工艺的特殊要求搅拌效果的 好坏由搅拌器运动规律限制 工作过程结构 主要结构有调和容器、搅拌 器，调和容器、传动装置、容 器升降机构和机架等 搅拌器 容器 传动机构 容器 升降 机构 机座 调和容器 调和容器的结构特征与搅 拌机容器相似，为圆柱形 桶身下接球形底，两体接 成形或以整体模压成形由搅拌头和搅拌桨两部分组成 搅拌头的作用是使搅拌浆在容器内形成行星运动轨迹 搅拌器搅拌桨的作用是直接与被搅拌物接触，并通过自身的运 动达到搅拌的目的 不锈钢丝编织而成 优点:易于造成液体的湍动 缺点:强度较低， 适用于工作阻力小的稀蛋白液 a.鼓形搅拌浆b.网形搅拌浆 c. 钩形搅拌浆 锻造成与容器侧壁相同的钩 形，强度比上述两种的高，这 种搅拌浆能够借助搅拌的回转 运动，使各点在容器内形成复 杂的运动，适用于高粘度物料 的调和。

整体铸锻而成，强度比鼓形 搅拌浆高，作用面积大，适 用于如糖浆、蛋白浆等中等 黏度物料的搅拌轴封 作用：防止搅拌头内的传动机构中的润滑油油脂漏入容 器内 Ø采用高可靠性的密封装置，如机械密封等 Ø设计上采用圈形间隙式结构 Ø采用耐高温的食品机械润滑剂 Ø采用封闭轴承或含油轴承以 减少润滑剂的加入量容器升降机构和机架 手柄 调和容器支 架 机座第四节 均质机 将食品原料的浆、汁、液进行细化、混和、均质处 理，防止或减少液状食品原料的分层改善外观、色 泽等，以提高食品质量和档次，增加经济效益 作用 工作原理 通过机械作用或流体力学效应造成高压、挤压冲击、失 压等，使料液在高压下挤压研磨、在强冲击下发生剪 切、在失压下膨胀，在这三重作用下达到细化、混和均 质的目的 1.概述离心均质机 超声波均质机 胶体磨均质机 分类： 高压均质机 按构造2.高压均质机 工作原理 物料在高压作用下通过非常狭窄的 间隙（<0.1mm）,造成高速流体 （150-200m/s, 料液滴受到强大 的剪切力，同时，由于料液中颗粒 同机件发生高速撞击以及高速液料 流在通过均质阀时的旋涡作用，使 之破裂成微小的颗粒并混合均匀， 达到均质目的。

工作机理学说：剪切作用 料液在高速流动时，在均质阀的缝隙处，产生强大剪切作 用而均质料液流速很快，物料在缝隙处先是被压伸，在液 流通过均质阀时的涡动作用下，使延伸部分被剪切为细小的 脂肪微粒撞击作用 由于柱塞往复泵的高压作用，使液流中的脂肪球和均质阀 的冲击环产生高速撞击现象，从而将料液中的脂肪球碎裂， 撞击成细小微粒空穴作用 当料液高速流过均质间缝。