第二章 破碎和混合機械

1、第二章第二章 破碎混合機械破碎混合機械l粉碎n 粉碎是用機械力的方法克服固體物料內(nèi)部凝聚力達到破碎的單元操作。n在食品工業(yè)中占有非常重要的地位，主要表現(xiàn)在：（1）適應某些食品消費和生產(chǎn)的需要，例如小麥以面粉形式食用，巧克力配料粉例如小麥以面粉形式食用，巧克力配料粉需碾碎至足夠細小顆粒才能保證最終產(chǎn)品的品質(zhì)需碾碎至足夠細小顆粒才能保證最終產(chǎn)品的品質(zhì)。（2）增加表面積以利于后道工序處理的順利進行，例如果蔬干燥前需將大塊物料粉碎成小塊物料。（3）工程化和功能性食品的生產(chǎn)需要各種配料粉碎后才能混合均勻，粉碎對終產(chǎn)品品質(zhì)影響很大。 l切割n 切割是利用切割器具（如切刀等）與物料的相對運動時產(chǎn)生的剪切力達

2、到切斷、切碎效果的單元操作。n 食品切割目的主要有：（1）獲得一定形狀的產(chǎn)品單體，如切絲、切丁、切片。（2）獲得質(zhì)地組成均一化的產(chǎn)品，如通過斬拌和擂潰等操作，得到組成均一、質(zhì)地細膩的產(chǎn)品。第一節(jié) 粉碎機l 粉碎機可以根據(jù)成品粒度分為普通（成品粒度80目）、微（80成品粒度80目）和超微（成品平均粒度200目）粉碎機。l 從粉碎作用形式看，最常用的粉碎機包括沖擊式和研磨式粉碎機等。一、沖擊式粉碎機二、轉(zhuǎn)輥式粉碎機三、磨介式粉碎機一、沖擊式粉碎機l兩大類沖擊式粉碎機（一）機械沖擊式粉碎機（二）氣流式粉碎機l兩大類沖擊式粉碎機n 機械沖擊式粉碎機依靠高速旋轉(zhuǎn)的棒或高速旋轉(zhuǎn)的棒或錘錘等部件沖擊或打擊顆

3、粒，使其粉碎。n 氣流磨利用高速空氣流或過熱蒸汽高速空氣流或過熱蒸汽，使顆粒加速產(chǎn)生相互沖擊力、碰撞力或與器壁發(fā)生沖擊碰撞作用而被粉碎。（一）機械沖擊式粉碎機l類型與特點1錘擊式粉碎機2盤擊式粉碎機l機械沖擊式粉碎機類型與特點n 類型：錘擊式錘擊式和盤擊式盤擊式。n 優(yōu)點：（與其它型式粉碎機比）具有單位功率粉碎能力大，粉碎粒度易于調(diào)節(jié)粉碎粒度易于調(diào)節(jié)，應用范圍廣應用范圍廣，占地面積小，易實現(xiàn)連續(xù)化的閉路粉碎易實現(xiàn)連續(xù)化的閉路粉碎等優(yōu)點。n 缺點：由于部件的高速旋轉(zhuǎn)及與顆粒的沖擊或碰撞，不可避免地會產(chǎn)生磨損問題磨損問題，因而不適宜用來處理硬度太大的物料。1錘擊式粉碎機l 這種粉碎機利用高速旋轉(zhuǎn)的

4、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，也可用于部分韌性物料甚至纖維性物料的粉碎，所以常被稱為萬能粉碎機萬能粉碎機。l 類型l 錘片l 篩網(wǎng) l 工作過程 及特點l 應用l錘式粉碎機的類型l錘片的種類和形狀錘片是主要的易損件，一般壽命為200500h，為了延長使用壽命，通常需進行熱處理。錘片種類錘片種類l篩網(wǎng)篩網(wǎng)材料通常為冷軋鋼板。篩網(wǎng)對轉(zhuǎn)子的包角隨進料方式不同而異，切向喂入式粉碎機的180，軸向喂入式的=360，徑向喂入式的12 (3)= 0（3）攪拌器的選擇l 根據(jù)介質(zhì)黏度高低選型l 根據(jù)攪拌過程和目的選型l 隨著黏度增高，各種攪拌器選用的順序為旋槳式、渦輪式、槳式、錨式和螺帶

5、式等。l 各類型式使用有重疊性，例如槳式攪拌器由于其結(jié)構(gòu)簡單，用擋板后可以改善流型，所以，在低黏度時也是應用得較普遍的。而渦輪式由而渦輪式由于其對流循環(huán)能力、湍流擴散和于其對流循環(huán)能力、湍流擴散和剪切都較強，幾乎是應用最廣泛剪切都較強，幾乎是應用最廣泛的一種槳型的一種槳型。 l根據(jù)介質(zhì)黏度高低選型攪拌器選擇曲線1.錨式、螺帶式；2.漿式；3.渦輪式；4、5.渦輪式、旋漿式；R1=1750r/min; R2=1150r/min; R3=420 r/min根據(jù)攪拌過程和目的選型這種方法根據(jù)攪拌過程和目的，對照攪拌器的流動效果作出判斷選擇。低黏度均相液液混合分散操作懸浮液操作有氣體吸收的攪拌結(jié)晶過程

6、的攪拌操作v 這種混合，攪拌難度小，平槳式平槳式循環(huán)能力強，動力消耗少，最適用。v 平槳式結(jié)構(gòu)簡單，成本低，適宜小容量液相混合。v 渦輪式動力消耗大渦輪式動力消耗大，會增加費用。l低黏度均相液液混合l分散操作渦輪式因具有高剪切力和較大循環(huán)能力，所以最適用。其中平直葉渦輪剪切作用大于折葉和后彎平直葉渦輪剪切作用大于折葉和后彎葉的剪力作用葉的剪力作用，因此應優(yōu)先選用。為了加強剪切效果，容器內(nèi)可設置擋板。v 渦輪式：使用范圍大，其中以彎葉開啟渦輪式最好。它無中間圓盤，上下液體流動暢通，排出性能好，槳葉不易磨損。v 槳式：速度低，只用于固體粒度小，固液相對密度差小、固相濃度較高、沉降速度低的懸浮液。v

7、 旋漿式：使用范圍窄，只適用于固液相對密度差小或固液比在5%以下的懸浮液。l懸浮液操作v圓盤式渦輪：最合適。它剪切力強，圓盤下可存在一些氣體，使氣體的分散更平衡。v開啟式渦輪：不適用。v平槳式及旋槳式：只在少量易吸收的氣體要求分散度不高的場合中使用。l有氣體吸收的攪拌l結(jié)晶過程的攪拌操作v小直徑的快速攪拌器：如渦輪式，適用于微粒結(jié)晶。v大直徑的慢速攪拌器：如槳式，用于大晶體的結(jié)晶。二、水粉混合機水粉混合機又稱水粉混合器、水粉混合泵、液料混合機、液料混料泵、混合機等，是一種將可溶性粉體溶解分散于水或液體中的混合設備。外形與結(jié)構(gòu)工作原理適用場合l外形與結(jié)構(gòu)其外形及結(jié)構(gòu)如圖所示，主要由機殼、由機殼、

8、葉 輪 、 粉 料葉 輪 、 粉 料斗 及 電 機斗 及 電 機 構(gòu)成。l工作原理v工作原理是利用葉輪的高速旋轉(zhuǎn)剪切作用葉輪的高速旋轉(zhuǎn)剪切作用，將（裝在料斗中的）粉狀物料和（從進液口進入的）液體進行充分拌和，輸送出所需的混合物。v通過料斗加入的參與混合的物料，既可以是流動性良好的粉料，也可以是流動性較好的濃度較高的溶液或漿體。水粉混合機特別適用于再制乳制品生產(chǎn)，例如用于乳粉、乳清粉、鈣奶、糊精粉等與液體的混合，也可用于果汁和其它飲料的生產(chǎn)。 l適用場合三、靜態(tài)混合器也稱管道混合器?；緲?gòu)成混合能工作原理應用場合特點l基本構(gòu)成v主要由帶管道接口的混合器殼體和混合單元構(gòu)成。圖6. 8 靜態(tài)混合器外

9、殼 混合單元襯里通過固定在管內(nèi)的混合單元件，將流體分將流體分層切割、剪切、折向和重新混合層切割、剪切、折向和重新混合，流體不斷改變流動方向，不僅將中心液流推向周邊，而且將周邊流體推向中心，達到流體之間三維空間三維空間良好分散和充分混合良好分散和充分混合的目的。l工作原理u靜態(tài)混合器用來對各種料液進行混合時，不同的進料必須經(jīng)過計量，因此一般用定容積泵作為靜態(tài)混合器的輸送動力（如轉(zhuǎn)子泵等）。n混合原理v所謂“靜態(tài)”是指起主要混合作用的混合單元在殼體上是固定不動固定不動的，這種混合器也由此取名。v靜態(tài)混合器需要以流體運動作為混合動力以流體運動作為混合動力。v所有的靜態(tài)混合器的主輸入料液均需要有足夠的

10、有足夠的壓頭壓頭才能正常工作，因此它常常需要與輸送泵配與輸送泵配合使用合使用。l由外部提供混合能混合器的殼體通常為直管，根據(jù)需要可在直管的不同位置接支管，供各種需要混合的物料進入。n殼體n混合單元u是靜態(tài)混合器的關鍵，其形式有多種，供不同物性料液和流動條件場合的應用。 圖圖6. 9 兩種適用于食品物料的混合單元兩種適用于食品物料的混合單元 SK型SD型可用于各種形態(tài)物料的混合、萃取、氣體吸混合、萃取、氣體吸收、熱交換、溶解、分散收、熱交換、溶解、分散等操作。食品加工中已經(jīng)應用的方面有：不同組分液體的混合、懸浮液的分散化、濃漿的稀釋以及換熱等。l應用場合u 管路混合器可接在水粉混合機后，進一步分

11、散固體粉粒，起均質(zhì)作用。u 這種均質(zhì)作用依靠液體在混合器內(nèi)產(chǎn)生的流速變化實現(xiàn)。 此處的靜態(tài)混合器不必用定量泵進料，可以利用一般離心泵，圖示的系統(tǒng)正好利用利用水分混合機的輸出壓頭作為分散作用的動力源水分混合機的輸出壓頭作為分散作用的動力源。u 這種系統(tǒng)可用以乳粉的加水混合。u 靜態(tài)混合器后還可再串接高壓均質(zhì)機，以獲得更為穩(wěn)定的再生乳。 液體粉體水粉混合機水粉混合物靜態(tài)混合器分散化的水粉混合物n懸浮液的分散化靜態(tài)混合器也可用作間接式換熱器。用作間接式換熱器的靜態(tài)混合器，在結(jié)構(gòu)上與一般的混合器有所不同，或者在混合元件外裝夾套夾套，或者直接利用管線繞制管線繞制成混合元件。n換熱器作用l特點（1）流程簡

12、單，結(jié)構(gòu)緊湊；（2）設備小、投資少、能耗小，操作彈性大，安裝 維修簡便、混合性能好；（3）應用靈活性大等。（二） 粉體混合機械一、容器回轉(zhuǎn)型混合機二、容器固定型混合機（二） 粉體混合機械v食品工業(yè)中，混合機應用于谷物混合、粉料谷物混合、粉料混合、面粉中加輔料與添加劑、干制食品中混合、面粉中加輔料與添加劑、干制食品中加添加劑與調(diào)味粉及速溶飲品的制造加添加劑與調(diào)味粉及速溶飲品的制造等操作中v目的是使兩種或兩種以上的粉料顆粒通過流動作用，成為組分濃度均勻的混合物。一、容器回轉(zhuǎn)型混合機基本結(jié)構(gòu)原理與形式轉(zhuǎn)速、混合均勻度、 混合時間與裝填率（1）V形混合機（2）對錐式混合機（3）傾筒式混合機（1）V形混

13、合機l 由兩個圓筒呈V形焊合而成，夾角范圍在 6090之間。工作時要求主軸平衡回轉(zhuǎn)，裝料量為兩個圓筒體積的2030。其轉(zhuǎn)速很低，為625r/min。lV形混合機常用來混合多種粉料以構(gòu)成混合物，若在筒內(nèi)安裝攪拌葉輪，可用來混合凝聚性高的食品。（2）對錐式混合機l 容器由兩個對稱的圓錐形殼體焊接而成，圓錐角呈60角和 90角兩種形式，它取決于粉料的休止角大小。l 驅(qū)動軸固定在錐底部分，轉(zhuǎn)速為520r/min。圓錐體的兩端設有進出料口，以保證卸料后機內(nèi)無殘留料。（三）傾筒式混合機傾筒式混合機的容器是一個圓柱筒，常見有水平回轉(zhuǎn)和斜置回轉(zhuǎn)兩種機型。（1）水平回轉(zhuǎn)滾筒（2）斜置回轉(zhuǎn)滾筒v水平回轉(zhuǎn)筒式混合機

14、的裝料量均為圓筒容積的30%，斜置式可達60%。v缺點是，在筒內(nèi)的物料可能會和圓筒一起回轉(zhuǎn)，尤其是位于圓筒兩端的物料不能充分混合，故不能多裝料，否則影響混合效果。l水平回轉(zhuǎn)筒式混合機v斜置回轉(zhuǎn)筒式混合機克服了水平回轉(zhuǎn)筒式的缺點，物料在筒內(nèi)作復雜的運動，即使裝料量較多，其混合效果也較好。v這類混合機常用于香辛料和啤酒麥芽粉等的混合作業(yè)。 l斜置回轉(zhuǎn)筒式混合機二、容器固定型混合機（1）臥式螺旋環(huán)帶混合機（2）行星錐形混合機l結(jié)構(gòu)特點是工作時容器固定不動，內(nèi)部安裝有旋轉(zhuǎn)混合部件。旋轉(zhuǎn)件大多為螺旋結(jié)構(gòu)。（1）臥式螺旋環(huán)帶混合機l通常簡稱為臥式混合機，是最為常見的間歇式固定容器混合機。大中型混合機多為此

15、種機型。2214353臥式螺旋環(huán)帶混合機臥式螺旋環(huán)帶混合機主軸轉(zhuǎn)速一般為3050r/min。外層螺旋環(huán)帶與殼底之間的間隙一般為25mm，預混合機的間隙小于2mm，以盡量減少腔內(nèi)物料的殘留量。蓋板門機體螺帶轉(zhuǎn)子電動機減速器螺帶轉(zhuǎn)子l搖臂帶動混合螺旋以26r/min速度繞混合機中心軸線旋轉(zhuǎn)。與此同時，混合螺旋又以60100r/min的速度自轉(zhuǎn)。（2）行星錐形混合機行星錐形混合機(三）均質(zhì)機械設備均質(zhì)及其設備均質(zhì)設備類型： 壓力式和旋轉(zhuǎn)式均質(zhì)與食品工業(yè)1、高壓均質(zhì)機2、膠體磨3、高剪切均質(zhì)乳化設備v均質(zhì)（也稱勻漿）是一種使液體分散體系（懸浮液或乳化液）中的分散物（構(gòu)成分散相的固體顆粒或液滴）微?；?、

16、微粒化、均勻化均勻化的處理過程，其目的是降低分散物的尺寸，提高分散物分布的均勻性。v狹義的均質(zhì)僅指利用高壓均質(zhì)機對物料進行處理。v除了高壓均質(zhì)機以外，膠體磨、超聲波均質(zhì)器（或稱超聲波乳化器）、高速剪切攪拌器，甚至前面所介紹的靜態(tài)混合器等都對料液有均質(zhì)功能。l均質(zhì)及其設備v 壓力式均質(zhì)設備首先使料液獲得高壓能，液體的高壓能在機內(nèi)轉(zhuǎn)化為動能高壓能在機內(nèi)轉(zhuǎn)化為動能，使料液中的分散物受到流體力學上的剪切作用、空穴作用和撞擊作用剪切作用、空穴作用和撞擊作用而得到破碎。l壓力式均質(zhì)設備n空穴理論v流體受高速旋轉(zhuǎn)體作用高速旋轉(zhuǎn)體作用或流體流動在有突突然壓降變化然壓降變化的場合會產(chǎn)生空穴小泡，當這些小泡破裂時

17、破裂時會在流體中釋放出很強的沖擊波，當這種沖擊波發(fā)生在粒子附近時，會造成粒子的破裂。v均質(zhì)在現(xiàn)代食品加工業(yè)中的作用越來越重要，分散相物質(zhì)在分散相物質(zhì)在連續(xù)相中的懸浮穩(wěn)定性連續(xù)相中的懸浮穩(wěn)定性，與分散相的粒度大小及其分布均勻性密切相關，粒度越小，分布越均勻，其穩(wěn)定性越大粒度越小，分布越均勻，其穩(wěn)定性越大。v包括乳、飲料在內(nèi)的絕大多數(shù)的液態(tài)食品的懸?。ɑ虺两担腋。ɑ虺两担┓€(wěn)定性都可以通過均質(zhì)處理加以提高穩(wěn)定性都可以通過均質(zhì)處理加以提高。v均質(zhì)過程的本質(zhì)是一種破碎過程破碎過程，所以均質(zhì)也是破碎生物細破碎生物細胞胞，提高細胞提取物得率提高細胞提取物得率的重要手段。l均質(zhì)與食品工業(yè)1、高壓均質(zhì)機（1）

18、高壓柱塞泵（2）均質(zhì)閥（3）高壓均質(zhì)機的應用（1）高壓柱塞泵l柱塞泵可分為單柱塞泵和多柱塞泵。在高壓均質(zhì)機中均有使用。l單柱塞泵輸出的波動性，因而它多用于實驗規(guī)模的小型高壓均質(zhì)機。l生產(chǎn)規(guī)模的均質(zhì)機使用的是多柱塞泵，目前以流量輸出較為穩(wěn)定的三柱塞泵用得最多。l高壓均質(zhì)機的最大工作壓強是其重要性能之一，一般在7.0104MPa 之間。（2）均質(zhì)閥均質(zhì)閥與高壓柱塞泵的輸出端相連，是對料液產(chǎn)生均質(zhì)作用、對壓強進行調(diào)節(jié)的部件。均質(zhì)閥有單級和雙級兩種。l均質(zhì)閥工作原理v通過一個由閥座與芯構(gòu)成的狹窄的縫隙時，流體發(fā)生由高壓、低流速向低壓、高流速的能量轉(zhuǎn)化，并產(chǎn)生空穴作用v自縫隙出來的高速流體最后撞在外面的

19、均質(zhì)環(huán)（也稱撞擊環(huán)）上，使已經(jīng)碎裂的粒子進一步得到分散作用。19.6-25.4MPa l雙級均質(zhì)閥v 大多數(shù)均質(zhì)機上配備雙級均質(zhì)閥，在第一級中，料液壓力為19.6-25.4MPa, 主要使脂肪球破碎，第二級料液壓力減為3.43MPa, 主要使脂肪球均勻分散。閥和閥座采用耐磨合金鋼制造.Prrir0閥芯閥座原料液流體壓強曲線均質(zhì)閥中流體壓強變化（3）高壓均質(zhì)機的應用高壓均質(zhì)機的應用2、膠體磨l 以剪切作用為主的均質(zhì)設備，均質(zhì)部件由高速旋轉(zhuǎn)的磨盤（轉(zhuǎn)動件）與固定的磨盤（固定件）構(gòu)成。 （1）臥式 （2）立式 （3）分體立式膠體磨外形膠體磨外形 l膠體磨形式l膠體磨結(jié)構(gòu)物料在間隙中通過時，由于轉(zhuǎn)子的

20、高速旋轉(zhuǎn)，附在旋轉(zhuǎn)面上的物料速度最大，附于定子表面上的附在旋轉(zhuǎn)面上的物料速度最大，附于定子表面上的物料速度最小物料速度最小，因此產(chǎn)生很大的速度梯度速度梯度，使物料受到強烈的剪切作用而發(fā)生湍動受到強烈的剪切作用而發(fā)生湍動，從而使物料均質(zhì)化。為了控制料溫（尤其是循環(huán)）升高過度，要用冷卻水對膠體磨進行冷卻，以保持料溫的穩(wěn)定。l工作過程l膠體磨盤l 通過轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)盤手柄，可以調(diào)整定盤與動盤之間的工作面間距，從而也可以調(diào)節(jié)膠體磨的產(chǎn)量。l 固定件與轉(zhuǎn)動件之間的間隙范圍為50150m。l 膠體磨的磨面通常為不銹鋼光面，但也有金剛砂毛面型的，以此對固體粒子磨碎并促進均質(zhì)效果。v膠體磨處理后的分散相粒度最低可達1m以下。膠體磨通常適用于處理較黏稠的物料。v膠體磨有時可以與高壓均質(zhì)機通用，但一般說來，只有所用均質(zhì)壓力大于20MPa 的產(chǎn)品（或相類似的產(chǎn)品）才適合用膠體磨進