食品混合機械與設備課件

食品機械第七章食品混合機械與設備第一節(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（3）促進溶解（4）氣體吸收,等等實現(xiàn)物料的物理化學變化三、混合的對象（1）牛頓流體(流體力學性質(zhì)分)

液—液混合物固—液混合物非牛頓流體(流體力學性質(zhì)分)

高粘度糊狀物粘滯性面團（2）氣體、液體、半固體及干散物料(按物相分)混合機

攪拌機調(diào)和機第一節(jié)概述七、混合操作

使兩種或以上的不同物料從不均勻狀態(tài)通過攪拌或其它手段達到相對均勻狀態(tài)的過程操作。八、混合的作用

促進溶解、吸附、浸出、結晶、乳化、生物化學反應、防止懸浮物沉淀及均勻加熱和冷卻等等。九、混合的類型

液-液、固-固、固-液、固-液-氣（蛋液攪拌、充氣糖果及冰淇淋等）。

第一節(jié)概述第二節(jié)攪拌機一、攪拌機結構與組成

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：第二節(jié)攪拌機2、分子擴散混合

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。高粘度物料的混合過程，主要是剪切作用。

三種機理同時存在，只是不同機種、物料及階段而有所不同，習慣上有攪拌、混合、捏合與調(diào)和設備之分。第二節(jié)攪拌機三、混合效果的度量ABABab1、調(diào)勻度I設A、B兩種液體，各取體積vA及vB置于一容器中第二節(jié)攪拌機容器內(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）第二節(jié)攪拌機2、混合尺度設有A、B兩種液體混合后達到微粒均布狀態(tài)ABABab第二節(jié)攪拌機在設備尺度上：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，說明單憑調(diào)勻度不能反映混合物的均勻程度。第二節(jié)攪拌機四、攪拌機主要結構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。第二節(jié)攪拌機（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）第二節(jié)攪拌機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。第二節(jié)攪拌機（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。∴當時，應采用Dn的槳第二節(jié)攪拌機（4）錨式攪拌器結構：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)生軸向流第二節(jié)攪拌機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）設計容器壁厚按壓力容器設計標準及技術條件進行設計。第二節(jié)攪拌機（3）容器容量及結構尺寸

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)酵容器第二節(jié)攪拌機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應圓整為標準直徑第二節(jié)攪拌機容器高度計算：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)第二節(jié)攪拌機擋板作用：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)充分擋板化的條件第二節(jié)攪拌機是否所有液體攪拌機無論混合物料的粘度多大都應加設擋板？A、低粘度物料，轉(zhuǎn)速較高，槳對中安裝時，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。第二節(jié)攪拌機4、軸封

（1）填料密封特點：①結構簡單②成本低③對軸磨損大④摩擦功耗大⑤需經(jīng)常調(diào)整第二節(jié)攪拌機（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結構復雜⑦成本高第二節(jié)攪拌機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、計算方法結構參數(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)群攪拌功率關聯(lián)式第二節(jié)攪拌機式中：K-同一幾何構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系第二節(jié)攪拌機用式中：φ—功率因素當加設擋板時，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第二節(jié)攪拌機（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二節(jié)攪拌機第三節(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。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、打蛋機結構工作原理組成：電動機、傳動系統(tǒng)、攪拌器、攪拌容器、容器升降機構、機座等第三節(jié)調(diào)和機2、攪拌器（1）攪拌頭組成：內(nèi)齒輪、行星輪、轉(zhuǎn)臂、攪拌槳公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)之間的關系nz-

攪拌槳自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速（150～500rpm)nG-攪拌槳公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速（70～270rpm)第三節(jié)調(diào)和機（2）攪拌槳第三節(jié)調(diào)和機3、調(diào)和容器及容器升降機構

材料：不銹鋼容器升降機構第三節(jié)調(diào)和機4、傳動系統(tǒng)

電機帶動齒輪傳動三、調(diào)粉機1、概述（1）適用對象：粘度較高的物料，如：各種面團功率消耗大；工作轉(zhuǎn)速較低，n=20～80rpm，常用：n=30～40rpm

第三節(jié)調(diào)和機（2）面團種類：①液體面漿：水調(diào)和粘度常用打蛋機②酥性面團：含油含水面筋含量彈性可塑性③韌性面團：含油含水面筋含量彈性可塑性④水面團：油水調(diào)和面筋含量彈性可塑性調(diào)粉機第三節(jié)調(diào)和機按容器軸線分臥式：容器軸線水平單軸式雙軸式切分式重疊式立式：容器軸線垂直（3）分類第三節(jié)調(diào)和機2、臥式調(diào)粉機

組成：攪拌槳、容器、傳動系統(tǒng)、容器翻轉(zhuǎn)機構、機架等第三節(jié)調(diào)和機調(diào)粉機：

臥式雙軸重疊式4變速可翻轉(zhuǎn)第三節(jié)調(diào)和機調(diào)粉機：

臥式雙軸溫控冷卻水套第三節(jié)調(diào)和機3、攪拌槳不同形式的攪拌槳：攪拌效果適合面團功率消耗調(diào)和時間不同（1）Z形與∑形攪拌器：整體鍛造強度大有利于面筋形成（水面團、韌性面團）（2）槳葉式攪拌器：對面團有剪切作用，不利于面筋形成（酥性面團）（3）滾籠式攪拌器：有利于面筋形成，作用緩和，時間稍長（水面團、韌性面團）第三節(jié)調(diào)和機容器推薦尺寸:R、L、h與調(diào)和容量有關參考值：一次調(diào)份量為25kg;R=150mm,L=500mm,h=300mm一次調(diào)份量為50kg;R=240mm,L=700mm,h=400mm一般：h>R;最大h=2R;以防止面粉飛濺注：攪拌器回轉(zhuǎn)半徑<R,小于10～20mm4、調(diào)和容器第三節(jié)調(diào)和機5、攪拌功率目前尚無理論計算公式，有關和面機技術條件規(guī)定：N空≤25%N電機額定功率N負載≥

N額定功率推薦不同容量調(diào)粉機功率調(diào)粉機容量（kg)配用電機功率（kw)2550751002.23.04.05.5第三節(jié)調(diào)和機6、立式調(diào)粉機第三節(jié)調(diào)和機第四節(jié)混合機二、回轉(zhuǎn)容器型一、混合機理三、固定容器型本節(jié)內(nèi)容自學，從以下三個方面去學習，找出各設備的結構、工作原理、特點及適用范圍等。一、均質(zhì)操作

通過機械作用或流體力學效應造成高壓、擠壓沖擊、失壓等，使物料在高壓下擠研，強沖擊下發(fā)生剪切，失壓下膨脹，在這三重作用下達到細化和混合均質(zhì)的作用。第五節(jié)均質(zhì)機1、剪切學說：二、均質(zhì)機工作原理目前均質(zhì)機工作過程機理有三種假說：一般：在縫隙中心處液體流速最大，在縫隙避面處液體流速最小速度梯度剪切力脂肪球破裂均質(zhì)均質(zhì)頭結構第五節(jié)均質(zhì)機均質(zhì)前后的脂肪球第五節(jié)均質(zhì)機分類：高壓均質(zhì)機膠體磨均質(zhì)機噴射均質(zhì)機離心均質(zhì)機超聲波均質(zhì)機

三、均質(zhì)機分類與結構２、撞擊學說高壓作用脂肪球與均質(zhì)閥發(fā)生高速撞擊脂肪球破裂均質(zhì)３、空穴學說高壓液料高速流動高頻振動液料交替壓縮與膨脹引起空穴脂肪球破裂均質(zhì)第五節(jié)均質(zhì)機1、高壓均質(zhì)機

（1）結構：往復泵、均質(zhì)閥、傳動機構和殼體。第五節(jié)均質(zhì)機往復泵第五節(jié)均質(zhì)機泵閥應具備以下一些基本要求：第五節(jié)均質(zhì)機工作平衡，開啟及時，關閉速度和關閥滯后角均不應大于允許值，以減小沖擊和回流損失；密封可靠，以避免或盡量能減少泄漏損失；水力損失小，否則會影響泵的效率和其他水力特性；具有足夠的強度、剛度，以確保在一定的工作壓力上可靠工作，具有較長的使用壽命；結構簡單，裝拆、維修方便，互換性好。均質(zhì)頭第五節(jié)均質(zhì)機單級均質(zhì)頭雙級均質(zhì)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M3/h（2）高壓均質(zhì)機生產(chǎn)能力計算第五節(jié)均質(zhì)機（3）常見故障：1、流量不足，達不到工藝要求2、壓力表指針跳動嚴重3、密封圈損壞第五節(jié)均質(zhì)機2、膠體磨均質(zhì)機臥式膠體磨立式膠體磨第五節(jié)均質(zhì)機以機械剪切力為主，進行乳化分散的超微粉碎、均質(zhì)機械。工作原理：膠體磨屬定轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，定轉(zhuǎn)子為同軸構件，轉(zhuǎn)子高