均质搅拌机械幻灯片.ppt

第四章搅拌及均质机械 第一节搅拌器一 搅拌的目的强化传热 传质 强化化学反应 取得一种均匀混合物 二 搅拌方法机械搅拌 利用搅拌器进行搅拌 气流搅拌 利用压缩空气进行搅拌 超声波搅拌 利用超声波的作用进行搅拌 三 搅拌器的类型与构造 根据浆叶构造的特征 可分成四类 平浆式搅拌器 旋浆式搅拌器 涡轮式搅拌器 特种搅拌器 平浆式搅拌器 是最常用的一种 用于粘稠性和一般液体物料搅拌 在结构上最简单 它的浆叶用条钢制造 浆叶装置成与旋转方向相垂直 或与旋转的方向成一倾斜角 45度以下 当叶面与容器底面平行时 由于不能使物形成涡流 搅拌效果差 当叶面与旋转方向垂直时 造成阻力又很大 因此通常都使浆叶与旋转方向成一夹角 减小了阻力 提高了搅拌效果 当轴沿浆叶倾角方向转动时 可搅起沉渣 反之可使悬浮物搅拌至底部 浆叶固定在轴上的方法有四种 1 焊接法 制造方便 但强度不大 拆卸困难 常用于直径小的容器中 2 螺钉连接法 螺钉把浆叶固定在轴上 中间有垫片 当轴是圆形时 主要靠浆叶与轴的摩擦力而使浆叶旋转 拆卸方便 但功率大时 容易产生滑动 故只适用于功率小的场合 3 方轴 螺钉连接 目的是克服浆叶与轴的滑动 但方轴加工不便 浆叶与轴的连接也比较麻烦 4 键固定法 浆叶焊在轴套上 轴套与轴之间销以键固定 能克服以上缺点 被广泛采用 为了使搅拌更有效 可装置好几排浆叶 每一排上浆叶为两个或四个 相邻两排浆叶应互相垂直 以增加搅拌效率 浆叶的大小约为容器直径的1 3 2 3 宽度为长度的1 10 1 6 转速一般为20 80转 分 低速搅拌 特点 构造简单 搅拌效果良好 注意 当叶面与容器底面平行时 由于不能使物料形成涡流 搅拌效果差 当叶面与旋转方向垂直时 造成阻力又很大 因此通常都使桨叶与旋转方向成一夹角 框式搅拌器 其与浆式的完全相似 其水平浆叶用垂直的浆叶把它们彼此联成一起 成为钢性的框子 这样的结构比较坚固 而且在搅拌时能搅动大量的物料 适用于高浓度的物料 框的大小取容器直径的2 3 9 10倍 浆叶式搅拌器的转速较慢 所产生的液流除斜浆外主要为径向户切线速度 液体流离浆叶之后 外趋近器壁 然后向上或向下折流 当顺从容器壁上除去结晶或沉淀物时 或利用搅拌作用 把已受热的容器附近的物料搅拌至其它地方 而处于其它地方的较冷物料搅拌至容器壁附近加热 以提高传热速率 则可将浆叶外缘作成与容器内壁形状相一致 其间间隙甚小 就成为锚式搅拌器 在夹套加热器用的较多 浆叶的外形与容器底的轮廓相似 浆叶外缘至容器底部的距离要适当 以30 50mm为宜 但由于高浓度物料搅拌时只能取5mm 这时要求加工及安装的精度却高 不然外片可能碰上器壁而损坏设备 液流的径向速度较大 而轴向速度甚低 为了加强轴向混合 并减小因切线速度所产生的表面旋涡 通常加装挡板 浆式搅拌器的主要特征是 1 混合效率较差 2 局部剪器效应有限 不易产生乳化作用 3 因为浆叶易于制造和更换 适宜于有特殊触液材料要求的料液 主要是金属污染和腐蚀问题 涡轮式搅拌器 其结构与离心泵的叶轮相似 叶片多而短 安装在中央的旋转轴上 以较高的速度旋转 一般转速为100 2000rpm 平直叶片产生强烈的径向和切线流动 通常加挡板以减小中央旋涡 同时增强因折流而起的轴向流 工作时 搅拌液沿轴线由中心孔而进入轮内 有各小叶片工作因而加热 然后再以高速度偶轮 抛出 涡轮式搅拌器适宜处理多种物料 对中等粘度的物料特别有效 它的主要特征是 1 混合生产能力较高 2 按一定的设计形式 有较高的局部剪力效应 3 易清洗 价格较高 制造复杂 旋浆式搅拌器 由2 3片旋转浆所组成 浆叶是用螺母固定在轴上 螺母的拧紧方向与浆叶旋转方向相反 才能借阻力作用使螺母在搅拌器运转时愈来愈紧 旋浆的直径为容器直径的0 2 0 3倍 搅拌浆的转速一般为300 1000rpm 高速推进 不需安装复杂的传动装置 旋浆高速转动所造成的液体速度主要为轴向和切线速度 所以液体作螺旋状运动 旋桨使液体受到强烈的切割或剪切 由于流动非常强烈 这种搅拌器使用大容器低粘度的液体的搅拌 该搅拌不使用粘稠性物料 特征 1 混合生产能力较高 组对不互溶液体 产生细液滴乳化液而液滴直径范围不大的情况下 生产能力受限制 2 结构简单 易形成离心旋涡 3 限于粘度不大的液体的混合 特殊形式 行星搅拌器行星传动搅拌器旋转浆的轴 不仅自转 而且还绕容器旋转 其优点是搅拌速度很高 传热导数高 缺点是结构复杂 适用于搅拌粘稠性的液体 二搅拌器的功率计算 搅拌器所消耗的功率分为启动功和运转时克服摩擦阻力消耗功率 启动功率一般近似取其等于运转功率的2 3倍 第二节均质机目的 破碎物料中的小微粒 得到均匀混合物提高产品质量 如牛奶加工使脂肪球破裂 促进人体对脂肪的消化 提高乳的稳定性 不发生如油与脱脂奶的分层现象 果汁生产使小微粒破碎 减少沉淀等 均质机按构造分类有 高压均质机 离心均质机 超声波均质机三种 高速分散机 高速均质机 分散机 均质机 一 高压均质机结构与工作原理结构 高压均质机主要由高压泵和均质阀所组成 高压泵目前多采用三柱塞往复泵 均质阀安装在高压泵的排出路上 均质乳化作用在此发生 三柱塞式高压泵是一种三作用泵 三作用泵是由共用一根曲轴的三个单作用泵所组成 三个单作用泵的曲柄互相错开120度 其吸液泵和排液泵也是三个泵共用 这样 在曲轴旋转一周的周期里 各泵的吸液或排液依次相差1 3周期 大大提高排液泵流量的均匀性 三作用泵的流量各为单作用的三倍 泵体为一长方形不锈钢块锻造而成 开有三个柱塞孔 并配有柱塞和活门 柱塞也由不锈钢制造 为防止液体泄露及空气渗入 采用填料 密封 其材料可用石棉绳等 每个泵配有两只活阀 在液体压力作用下自动开启或关闭 减压时在弹簧或阀体重力作用下自动关闭或开启 共有六个活阀 其中吸入活阀三个 压出活阀三个 均质阀原理图 工作原理 剪切理论 当高压物料在阀盘与阀座间流过时 在缝隙中心流速最大 150 200m s 而附于盘和座上的物料为零 则形成了急剧的速度梯度 而产生强烈的剪切力 使液滴发生变形和破裂达到乳化均质 撞击学说 由于三柱塞往复泵的高压作用 使流体中的脂肪球和均质阀发生高速撞击现象 因而使料液中的脂肪球破裂 阀式均质机的缺点闹式均质机的生产能力受到一定限制 活阀缝隙易被堵塞 均质机头易磨损 卫生处理也很不方便 二 高压均质机的计算1 生产能力式中 d 柱塞直径 m s 柱塞冲程 m Z 柱塞个数 个 N 柱塞往复次数 次 分 填充系数0 8 0 92 功率式中 H 泵的压头 m液柱 V 每小时物料体积 m h 液体密度 Kg m 泵效率0 7 0 8 三 其他均质机 一 喷射式均质机1 操作原理利用蒸汽或压缩空气流来供给物料均质的能量 借高速运动的物料颗粒间相互碰撞或使颗粒与金属表面高速撞击 使颗粒粉碎成更细小的粒子 而达到均质的目的 2 生产流程3 优缺点设备结构简单 尤其是无运动部件 操作和维修容易 但由于料液和蒸汽直接混合 给产品带来异味 这种设备虽然可以应用于各种强度的固体物料的均质 但对于水果 蔬菜等植物原料的细胞组织 因它们有一定的坚度及弹性 生产上仍存在问题 不甚理想 尚需不断研究 以求进一步完善 二 离心式均质机通过高