食品机械与设备 第04章搅拌与均质设备

1、 第一节第一节 搅拌器搅拌器 一搅拌的目的一搅拌的目的 强化传热、传质、强化化学反应，取得一种均匀混合强化传热、传质、强化化学反应，取得一种均匀混合 物。物。 二、搅拌方法二、搅拌方法 机械搅拌机械搅拌-利用搅拌器进行搅拌；利用搅拌器进行搅拌； 气流搅拌气流搅拌-利用压缩空气进行搅拌；利用压缩空气进行搅拌； 超声波搅拌超声波搅拌利用超声波的作用进行搅拌；利用超声波的作用进行搅拌； 三搅拌器的类型与构造：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、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。旋浆式搅拌器、涡轮式搅拌器、特种搅拌

2、器。 、平浆式搅拌器：、平浆式搅拌器： 是最常用的一种，用于粘稠性和是最常用的一种，用于粘稠性和 一般液体物料搅拌。在结构上最简单，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，或与旋转的方向成旋转方向相垂直，或与旋转的方向成 一倾斜角（一倾斜角（45度以下）（当叶面与容度以下）（当叶面与容 器底面平行时，由于不能使物形成涡器底面平行时，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，减小都使

3、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，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。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：浆叶固定在轴上的方法有四种： （1）焊接法：）焊接法：制造方便，但强度不大，拆制造方便，但强度不大，拆 卸困难，常用于直径小的容器中。卸困难，常用于直径小的容器中。 （2）螺钉连接法：）螺钉连接法：螺钉把浆叶固定在轴上，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，

4、但功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，故只适用于功率小率大时，容易产生滑动，故只适用于功率小 的场合。的场合。 （3）方轴、螺钉连接，）方轴、螺钉连接，目的是克服浆叶与目的是克服浆叶与 轴的滑动，但方轴加工不便，浆叶与轴的轴的滑动，但方轴加工不便，浆叶与轴的 连接也比较麻烦。连接也比较麻烦。 （4）键固定法：）键固定法：浆叶焊在轴套上，轴套与浆叶焊在轴套上，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，相邻两浆叶，每一

5、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 器直径的器直径的1/32/3，宽度为长度的，宽度为长度的1/101/6。转速一般为。转速一般为 2080转转/分，低速搅拌。分，低速搅拌。 特点：特点：构造简单，搅拌效果良好。构造简单，搅拌效果良好。 注意：当叶面与容器底面平行时，由于不注意：当叶面与容器底面平行时，由于不 能使物料形成涡流，能使物料形成涡流， 搅拌效果差；当叶搅拌效果差；当叶 面与旋转方向垂直时，造成阻力又很大。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，因此通常都

6、使桨叶与旋转方向成一夹角， 、框式搅拌器：、框式搅拌器： 其与浆式的完全相似，其水平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，大量的物料。适用于高浓度的物料， 框的大小取容器直径的框的大小取容器直径的2/39/10倍。倍。 浆叶式搅拌器的转速较慢，所产生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

7、近器壁，然后向上或向下折流。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。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

8、叶外缘至容器底部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，以的距离要适当，以3050mm为宜，但由于高浓度物料搅拌为宜，但由于高浓度物料搅拌 时只能取时只能取5mm，这时要求加工及安装的精度却高，不然外片，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。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。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：浆式搅拌器的主要特征是： 1、混合效率较差；、混合

9、效率较差； 2、局部剪器效应有限，不易产生乳化作用。、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、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）。要求的料液（主要是金属污染和腐蚀问题）。 、涡轮式搅拌器：、涡轮式搅拌器： 其其结构结构与离心泵的叶轮相似（叶片多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，一般转速为的速度旋转，一般转速为1002000rpm。 平直叶片产生强烈的径向和切线流动，通平直叶片产生强烈的径向和切线流动，通 常加挡板以减小

10、中央旋涡，同时增强因折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内，有各小叶片工作因而加热，然后再以高速度偶轮*抛出。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。效。 它的它的主要特征主要特征是：是： （1）混合生产能力较高；）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；）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）；）易

11、清洗，价格较高（制造复杂）； 、旋浆式搅拌器：旋浆式搅拌器： 由由23片旋转浆所组成，浆叶是用螺片旋转浆所组成，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，旋浆的直径为容器拌器运转时愈来愈紧，旋浆的直径为容器 直径的直径的0.20.3倍，搅拌浆的转速一般为倍，搅拌浆的转速一般为 3001000rpm，高速推进，不需安装复杂的传动装置。旋浆，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，所以高速转动所造成的液体速度主要为轴

12、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，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。的搅拌，该搅拌不使用粘稠性物料。 特征：特征： 1、混合生产能力较高，组对不互溶液体，产生细液滴乳、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；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。、结构简单，易形成离心旋涡。 3、限于粘度不大的液体的混合。、限于粘

13、度不大的液体的混合。 、特殊形式、特殊形式-行星搅拌器行星搅拌器 行星传动搅拌器旋转浆的轴，不仅自转，而且还绕容器行星传动搅拌器旋转浆的轴，不仅自转，而且还绕容器 旋转。旋转。 其优点是搅拌速度很高，传热导数高，缺点是结构复杂。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。适用于搅拌粘稠性的液体。 二二 搅拌器的功率计算：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。力消耗功率。 启动功率一般近似取其等于运转功率的启动功率一般近似取其等于运转功率的23倍，倍， 第二节第二节 均质机均质

14、机 目的：目的：破碎物料中的破碎物料中的 小微粒，得到均匀混合物提高产小微粒，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），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。果汁生产使小微粒破碎，减少沉淀等。 均质机按构造分类有：均质机按构造分类有：高压均质机、离心均质机、超高压均质机、离心均质机、超 声波均质机三种。声波均质机三种。 生产型均质机生产型均质机 高速分散机、高速均质机高速分散机、高速均质机 分散机、均质机分散机、

15、均质机 一、高压均质机结构与工作原理一、高压均质机结构与工作原理 结构：结构：高压均质机主要由高压泵和高压均质机主要由高压泵和均质阀均质阀所组成。所组成。 高压泵高压泵目前多采用三柱塞往复泵，均质阀安装在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所组成，三个单作用泵的曲柄互相错开120度，其吸液泵和度，其吸液泵和 排液泵也是三个泵共用。这样，在

16、曲轴旋转一周的周期里，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。）的均匀性。三作用泵的流量各为单作用的三倍。） 泵体泵体为一长方形不锈钢块锻造而成，开有三个柱塞孔，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，采用填料及空气渗入，采用填料*密封，其材料可用石棉绳等。每个密封，其材料可用石棉绳等。每个 泵配有两只活阀，在液体

17、压力作用下自动开启或关闭，减压泵配有两只活阀，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，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。其中吸入活阀三个，压出活阀三个。 均质阀原理图均质阀原理图 工作原理：工作原理： 剪切理论：剪切理论：当高压物料在阀盘与阀座间流过时，在缝当高压物料在阀盘与阀座间流过时，在缝 隙中心流速最大（隙中心流速最大（150-200m/s）。而附于盘和座上的物）。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，料为零，则形成了急剧的速度梯度，而产生强烈的剪切

18、力， 使液滴发生变形和破裂达到乳化均质。使液滴发生变形和破裂达到乳化均质。 撞击学说：撞击学说：由于三柱塞往复泵的高压作用，使流体中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。肪球破裂。 阀式均质机的缺点阀式均质机的缺点 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。堵塞，均质机头易磨损，卫生处理也很不方便。 二、高压均质机的计算二、高压均质机的计算 1、生产能力、生产能力 式中：式中：d柱塞直径（柱

19、塞直径（m） s柱塞冲程（柱塞冲程（m） Z柱塞个数（个）柱塞个数（个） N柱塞往复次数（次柱塞往复次数（次/分）分） 填充系数填充系数 0.80.9 2、功率、功率 式中：式中：H泵的压头（泵的压头（m液柱）液柱） V每小时物料体积（每小时物料体积（m /h） 液体密度（液体密度（Kg/m ） 泵效率泵效率 0.70.8 60 4 2 zns d V )( 1023600 Kw Hv N 三、其他均质机三、其他均质机 （一）喷射式均质机（一）喷射式均质机 1操作原理操作原理 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，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。使颗粒粉碎成更细小的粒子，而达到