第六章++物料混合机(1)

1、第六章第六章 物料混合机械物料混合机械第一节第一节 概述概述l混合混合是指使两种或两种以上不同物料互相混合，成分 浓度达到一定程度的均匀性单元操作。l混合的目的：混合的目的： 获得均匀混合物； 强化热交换过程； 增强物理和化学反应。l 混合机及其类型：混合机及其类型： 混合操作所采用的设备因物料状态不同而异。对于粉粒状物料，所用的设备为混合机；对于中低黏度液体，采用的是液体搅拌机；对于高粘稠浆料和塑性固体物料进行混合的机械叫做捏和机；对乳浊液、悬浮液进行边破碎边混合通常所采用的机械称为均质机和胶体磨。l 混合机理混合机理 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

2、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进行着。l 整个混合过程存在着三种混合方式：（一）对流混合对流混合 ：由于混合机工作部件表面对物料的相对运动，所有粒子在混合机内从一处向另一处作相对流动，位置发生转移，产生整体的流动称为对流混合。（二）扩散混合扩散混合：在混合过程中，以分子扩散形式向四周作无规律运动，达到均匀分布状态。称为扩散混合。（三）剪切混合剪切混合：由于物料群体中的粒子相互间形成剪切面的滑移和冲撞作用，引起局部混合，称为剪切混合。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。捏和

3、机工作部件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，称之剪切混合。挤压膨化机和绞肉机中的物料在螺杆作用下也产生剪切混合。 事实上，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。 第二节第二节 粉料混合机粉料混合机 l 食品工业中，混合机应用于谷物混合、粉料混合、面粉中加辅料与添加剂、干制食品中加添加剂与调味粉及速溶饮品的制造等操作中，目的是使两种或两种以上的粉料颗粒通过流动作用，成为组分浓度均匀的混合物。l 混合机通常可按混合容器的运动状态分为固定容固定容器式器式和回转容器式回转容器式两大

4、类。 一、一、固定容器式混合机固定容器式混合机 n 特征特征：容器固定。内部设有回转的搅拌桨叶或绞龙螺旋，强制性地分散、切断物料，物料在容器内有确定的流动方向，属于对流混合。n 用途用途： 适用于物料的性质差别及配比差别较大的散料混合。n 型式型式： 固定容器式混合机有间歇、连续两种操作方式。1 1、螺带式混合机、螺带式混合机 搅拌容器内装有薄而细长的螺旋带状桨叶，靠桨叶的回转来完成对物料的混合操作。 此类混合机的型式较多，根据螺带的数目可分为单螺带单螺带混合机和多螺带多螺带混合机，根据螺带的安装位置可分为卧式卧式螺带混合机、立式立式螺带混合机和倾斜式倾斜式螺带混合机等。（1 1）* *卧式单

5、螺带混合机卧式单螺带混合机（间歇式） 主要是靠物料的径向运动实现混合，而物料在轴向的运动变得很弱，因此混合精度不高。卸料（2 2）卧式双螺旋环带式混合机）卧式双螺旋环带式混合机（间歇式）l 通常简称为卧式混合机，是最为常见的间歇式固定容器混合机。大中型混合机多为此种机型。l 结构结构l 工作过程工作过程：当驱动轴旋转时，两条螺带同时翻动物料，并且内、外螺带对物料的翻动速度不同，有利于物料的径向混合，同时内外螺带推动物料反向旋转，物料在混合容器内反复运动，产生较强烈的轴向混合，大大增强了混合效果。l 特点特点：混合时间短，混合质量高，排料迅速，腔内物料残留量少，但配套动力和占地面积较大。 l 结

6、构：结构： 机体底部呈 U 形，主要工作部件：两螺旋带（旋向相反，输送方向相反,输送能力相等）。卧式螺旋环带混合机主轴转速一般为3050r/min。外层螺旋环带与壳底之间的间隙一般为25mm，预混合机的间添加剂主料出气孔排料转子隙小于2mm，以尽量减少腔内物料的残留量。为加快转轴附近物料的流动，有些机型在转轴处安装有小直径实体螺旋叶片。一般沿壳体全长或者在占壳体1/31/2长度上开设卸料门，可迅速卸料。对于残留量要求极为严格的混合作业，有些机型采用可倾翻机体结构。（3 3）倾斜螺带连续混合机）倾斜螺带连续混合机n 结构：结构： 如图6. 19所示，整体呈倾斜状，进料口设置于混合机的低端，而出料

7、口设在高端。主轴在进料口端设置螺杆，其余部分设置螺带及沿螺旋线布置桨叶。n 工作过程工作过程 工作时，由进料口连续送入的物料，在进料段被螺杆强制送入混合段，在混合段内被螺带及桨叶向前推动形成翻滚的径向混合，同时在物料自身重力作用下经螺带空隙下滑形成返混的轴向混合，这两种方式共同构成对于物料的连续混合，混合后的物料连续地从出料口排出。调整主轴转速可调节这种返混的程度，即可控制物料在机内停留时间及混合效果。n 特点：特点： 因返混形成的轴向混合作用区域较小，同时物料停留时间不尽一致，混合质量较差，并要求各组分均连续计量喂料，适用于混合度要求不高的场合。2 2、犁状浆叶高速混合机、犁状浆叶高速混合机

8、n 结构：结构： 该机设有两个转子，两主轴上固定安装有犁状桨叶，外缘与机槽的间隙较小。机槽为双圆筒结构，上部设有进料口和排气口，有些机型还设置有抽真空装置和液体添加用的液体喷射器，机槽侧板为可开启结构，用于机槽残留物料的清理。犁状桨叶高速混合机 卸料n 工作过程：工作过程： 工作时，转子在驱动轴带动下高速旋转时，桨叶驱动物料旋转，物料在离心力的作用下呈飞瀑状态，得以良好而快速的混合。同时桨叶的犁锋切碎物料中的团块，使其分散。具有混合和分散的双重作用，不但适用于完全粉料组分的混合，而且可用于添加少量液体成分的粉料混合，其混合强度可通过调整转子转速、桨叶数量和桨叶倾角等来实现使用时，转子外缘速度一

9、般为212m/s 。n 特点：特点： 物料的充满系数可达0.70.8。该机还可用于颗粒料的混合，但转子速度不宜过高。3 3、立式螺旋式混合机、立式螺旋式混合机 （间歇式）n 结构：结构：容器为立式，容器中央设有螺旋状的驱动轴（垂直螺杆）。轴的四周是一个套筒，容器上部设有一块由驱动轴带动的甩料板。n 工作过程：工作过程： 工作时，螺旋状驱动轴将物料从套筒底部提升至上部，在甩料板的旋转作用下被抛落到容器周围慢慢落下，至底部后又被螺旋状驱动轴提升。如此循环往复，直至混合到预定程度，由下部的出料口排出。混合时间一般为1015min n 特点：特点： 配用动力小，占地面积少，一次装料量多，每批料混合时间

10、长，料筒内物料残留量较多。多用于混合质量和残留量要求较低的场合，为小型混合机。4 4、行星锥形混合机、行星锥形混合机（间歇式）n 结构：结构：如图6. 18所示，立式行星锥形混合机由圆锥形筒体、倾斜安置的混合螺旋、减速机构、电动机、进料口和出料口等组成。n 工作过程：工作过程： 工作时，从进料口将配制好的一批物料加入机内，启动电动机，通过减速机构驱动摇臂，摇臂带动混合螺旋以26r/min速度绕混合机中心轴线旋转。与此同时，混合螺旋又以60100r/min的速度自转。 在机壳外壁可以加水套以加热或冷却腔内物料。当一批料混合均匀后，打开出料口卸料。 混合时间：小容量混合机24min，大容量混合机8

11、10min。5 5、立式浆叶连续混合机、立式浆叶连续混合机n 结构：结构： 如图所示，其主轴上安装着桨叶，具有较强的剪切作用，可用于粉料中糖蜜或液体成分添加作业。n 工作过程：工作过程： 粉料从顶部进料口进入，糖蜜也从顶部喷入，物料与糖蜜在搅拌叶片的搅拌下，由上至下运动，混合后的物料从排料口排出。n 特点：特点： 由于利用重力使物料通过机内，具有功耗低、占地面积小、产量大的优点。但由于物料与桨叶接触机会少，易结块。 立式桨叶连续混合机二、回转容器式混合机二、回转容器式混合机n 属间歇操作的混合机械，适用于小批量多品种的混合操作。n 这类混合机的共同特点是容器内没有搅拌工作部件、容器内的物料随着

12、容器旋转方向依靠物料本身的重力流动完成混合。所以容器的回转速度不能太高，否则会因离心力过大，物料紧贴容器内壁固定不动，将严重影响混合质量。n 这种混合机可以达到很高的混合均匀度，没有残留现象，但所需的混合时间长，要求物料装填量不得超过容器有效容积的 60。n 常见回转容器式混合机有V V形混合机形混合机、对锥式混合机对锥式混合机和倾倾桶式混合机。桶式混合机。1 1、V V形混合机形混合机 n 结构及工作过程：结构及工作过程： 由两个圆筒呈V形焊合而成，夹角范围在 6090之间。工作时要求主轴平衡回转，装料量为两个圆筒体积的2030。其转速很低，为625r/min。n用途：用途： 适用于各种干粉

13、状食品（如面粉、玉米粉、麦麸等）的混合，若在筒内安装搅拌叶轮，可用来混合凝聚性高的食品。 V形混合机 V形混合机2 2、对锥式混合机、对锥式混合机 n 结构及工作过程：结构及工作过程： 容器由两个对称的圆锥形壳体焊接而成，圆锥角呈60角和 90角两种形式，它取决于粉料的休止角大小。 驱动轴固定在锥底部分，转速为520r/min。圆锥体的两端设有进出料口，以保证卸料后机内无残留料。混合时间：若容器内未安装叶轮，一般混合时间为 5 20min ；若容器内安装叶轮，混合时间可缩短到2min 左右。 3 3、圆筒型混合机、圆筒型混合机l 圆筒型混合机适合于对调味料以及啤酒的原料麦芽等进行混合。n水平型

14、混合机水平型混合机其圆筒容器水平放置，作业时物料可能会和圆筒一起回转，尤其是两端物料混合得不彻底，故不能多装料（装料量均为圆筒容积的30%） ，否则影响混合效果。n倾斜型混合机倾斜型混合机其圆筒容器倾斜放置，这样物料在容器内运动情况复杂，即使装料量较多（装料量均为圆筒容积的60% ），混合效果也较好。4 4、* *立方体型混合机立方体型混合机n 结构：结构： 混合容器呈立方体形。n 特点：特点： 物料在空间力的作用下做三维的复杂运动，强化了混合效果，消除了混合死角，大大缩短了混合时间。n 用途：用途： 适合于咖啡等贵重粉料食品的混合。第三节第三节 液料搅拌器液料搅拌器n 液体搅拌目的：液体搅拌

15、目的： 在食品加工中，液体搅拌机主要用于以下方面：（1）强化热交换 ，使物料温度均匀化；（2）加速溶解或分散过程。 （3）促进物料中各成分混合均匀；n 搅拌形式搅拌形式 ： 机械搅拌用浆叶 气流搅拌利用压缩空气 超声波搅拌利用超声波 以机械式搅拌机的应用最为广泛。 一、机械式液体搅拌机一、机械式液体搅拌机n 基本结构基本结构 搅拌机械的种类较多，但其基本结构是一致的。其结构如图6.1所示，主要由搅拌容器、搅拌装置和轴封三大部分组成。搅拌设备 轴封 搅拌装置传动装置搅拌轴搅拌器搅拌容器罐体附件(底部大多为碟形或半球形，避免造成搅拌时液流死角)(进出口管路、夹套、人孔、温度计插套以及挡板等)使液体

16、产生涡流，强化热交换 搅拌器（一）搅拌器的类型（一）搅拌器的类型 按搅拌叶片型式分 桨叶式搅拌器 涡轮式搅拌器 旋桨式搅拌器 1 1、桨叶式搅拌器、桨叶式搅拌器n 特点：特点：结构简单，容易制造；桨叶式搅拌机的转速较慢（20-150r/min）。液流的径向速度较大，轴向速度较低。混合效果较差；局部剪切作用弱，不易发生乳化作用；适用性广。 l 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。 l 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。l 为了加热物料，常把容器底部做成夹套即双底锅。l 为了防止物料在壁上焦化或结晶析出，桨叶的外形和容器底部相似。桨叶边缘

17、到容器底部的间距以3050mm为宜，对于高浓度物料为5mm。转速一般为5070r/min。n 桨叶种类桨叶种类平板型 多段型 锚型 栅格型 对向型 马蹄型用于阻抗小的低黏度液体 。用于油脂的脱酸、脱色、脱臭 。用于促进热交换和搅动容器内的沉淀物 。用于高黏度液体的搅拌 可提高容器侧壁、底部物料的搅拌效果。 适用于高黏度的液体 2 2、涡轮式搅拌器、涡轮式搅拌器 涡轮式搅拌机类似桨叶式搅拌机，但叶片多而短，属高速回转径向流动式搅拌机。 液体经涡轮叶片沿驱动轴吸人，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。 涡轮叶片为46枚，直径比桨叶小，为容器直径的0.30.5倍，转速为4

18、002000r/min，圆周速度在8m/s以内。 n涡轮式叶片类型涡轮式叶片类型n涡轮式搅拌机的主要特点：涡轮式搅拌机的主要特点： 适于搅拌多种物料，尤其对中等粘度液体特别有效； 混合生产能力较高，能量消耗少，搅拌效率较高； 有较高的局部剪切效应； 容易清洗，造价较高。l涡轮式搅拌机常用于制备低粘度的乳浊液、悬浮液和固体溶液。 3 3、旋桨式搅拌器、旋桨式搅拌器 旋桨式搅拌器叶轮为螺旋桨结构,多用于混合两种不相溶的液体制备乳浊液，如油和水的混合物等低粘性物料。 旋桨式搅拌机适用于低粘度液体的高速搅拌。 旋桨叶片直径为容器直径的1/3l/4。其转速小型为 1000r/min以上，大型为 4008

19、00r/min。n 旋桨旋桨式叶片类型式叶片类型 旋桨安装在转轴末端，可以是一个或两个。 螺母拧紧方向与桨叶旋转方向相反越转越紧。 由于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，同时，桨叶也使气泡卷入液体中，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。 n 旋桨式搅拌机的主要特点：旋桨式搅拌机的主要特点： 生产能力较高，但对互不相溶液体，生产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； 结构简单，维护方便； 常常会卷入空气形成气

20、泡和离心涡旋； 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。 （二）搅拌器的安装形式（二）搅拌器的安装形式 搅拌器不同的安装形式会产生不同的流场，使搅拌的效果有明显的差别。1 1立式中心安装立式中心安装 n 特点：这种安装方式对称布局，阻力均匀、结构简单，需要注意主轴处润滑剂的泄露。对于圆形槽易出现环流，剪切作用差，影响搅拌效果，必要时需加设挡板予以改善（但用于食品料液的搅拌不多见，原因是清洗不方便）。适用于大型设备。2 2底部安装底部安装 n 特点： 优点：将搅拌器安装在容器的底部，主轴较短，刚度好，且底部无滞流区，此外，搅拌器安装在下封头处，有利于上部封头处附件的排列

21、与安装，特别是上封头带夹套、冷却构件及接管等附件的情况下，更有利于整体合理布局。由于底部出料口能得到充分的搅动，使输料管路畅通无阻，有利于排出物料。 缺点：桨叶叶轮下部至轴封处常有固体物料黏积，容易变成小团物料混入产品中影响产品质量且清洗困难，使用较少。3 3偏心式安装偏心式安装 n 特点 ： 优点：压力分布不均，能防止液体打漩，有利于搅拌，效果与装挡板相近。 缺点：偏心搅拌容易引起设备在工作过程中的振动，一般此类安装形式只用于小型设备上。4 4旁入式安装旁入式安装 搅拌器安装在容器侧壁。n 特点： 优点：能耗低，搅拌效果好。 缺点：轴封及清洗困难，故使用较少。u旁入式搅拌装置旋桨安装位置不同

22、，被搅拌的液体流动状态亦不同。(1) = 712 (2)12 (3)= 0 图图6. 4 旁入式搅拌轴与径向的夹角及流形旁入式搅拌轴与径向的夹角及流形 5 5倾斜式安装倾斜式安装 一般通过夹持方式固定于贮液槽的侧壁上沿。n 特点：这种安装形式的搅拌设备比较 机动灵活，可以防止打漩效应。适于黏度较低的液料。一般用于小型设备。6 6行星式安装行星式安装 叶轮在自转的同时进行公转。n 特点： 优点：搅拌区域大，剪切作 用强烈，效果好。 适用于黏稠液料。 缺点：传动复杂。（三）搅拌器形式及液流流型（三）搅拌器形式及液流流型 容器内液体流动状态与搅拌器的结构形状与运转情况有一定关系。 搅拌器件周围流体的

23、运动方向有三种： 径向流 轴向流 环流（切向 ） 其中轴向速度和径向速度产生对流和扩散作用，对液体的搅拌混合起着主导作用。 普通搅拌器一般只有一种为主导流向。 (1)(1)轴向流型轴向流型 或 (2)(2)径向流型径向流型 （1）轴向流型 液体由轴向进入叶片，从轴向流出，称为轴向流型，如图所示。 如：旋桨式叶片旋转时，产生的流动状态不但有水平环流、径向流，而且也有轴向流动，其中以轴向流量最大。此类桨叶称为轴流型桨叶。 轴向流型搅拌产生的流动方向（即是朝容器底还是朝容器口）与搅拌轴的转向有关，所以在安装使用时有必要注意。 (a)轴向流型 （2）径向流型(b)径向流型流体由轴向进入叶轮，从径向 流

24、出。如平直桨叶式、涡轮式叶片，这种高速旋转的小面积桨叶搅拌器所产生的液流方向主要为径向流动。u低速运转，主要为环向流。u当转速增大时，切向速度，产生撕裂剪切作用，对于搅拌轴附近区域所产生的切向速度促使液体围绕搅拌轴以圆形轨道旋转，形成速度不等的液流层，同时产生下凹漩涡。叶片的转速愈高，漩涡愈深，不利于搅拌。u为了减少打漩现象，通常在容器的侧壁加设挡板，增强搅拌效果 。（四）搅拌器的选择（四）搅拌器的选择 一般选择搅拌器时主要应从介质的黏度高低、容器的大小、转速范围、动力消耗以及结构特点等几方面因素综合考虑。、根据介质黏度高低选型、根据介质黏度高低选型 根据介质黏度高低选型是一种基本方法。 随着

25、黏度增高，各种搅拌器选用的顺序为旋桨式、涡轮式、桨式、锚式和螺带式等。 各类型式使用有重叠性，例如桨式搅拌器由于其结构简单，用挡板后可以改善流型，所以，在低黏度时也是应用得较普遍的。而涡轮式由于其对流循环能力、湍流扩散和剪切都较强，几乎是应用最广泛的一种桨型。 对旋浆式大容量液体时用低转速，小容量液体时用高转速。 2、根据搅拌过程和目的选型、根据搅拌过程和目的选型（1）低黏度均相液液混合 这种混合，搅拌难度小，平桨式循环能力强，动力消耗少，最适用。 涡轮式动力消耗大，会增加费用。（2）分散操作 涡轮式因具有高剪切力和较大循环能力，所以最适用。其中平直叶涡轮剪切作用大于折叶和后弯叶的剪切作用，因

26、此应优先选用。为了加强剪切效果，容器内可设置挡板。（3）结晶过程的搅拌操作 小直径的快速搅拌器：如涡轮式，适用于微粒结晶。 大直径的慢速搅拌器：如桨式，用于大晶体的结晶。（4）悬浮液操作 涡轮式：使用范围大，其中以弯叶开启涡轮式最好。它无中间圆盘，上下液体流动畅通，排出性能好，桨叶不易磨损。 桨叶式：速度低，只用于固体粒度小，固液相对密度差小、固相浓度较高、沉降速度低的悬浮液。 旋浆式：使用范围窄，只适用于固液相对密度差小或固液比在5%以下的悬浮液。 对于有轴向流的搅拌器，可不加挡板。因固体颗粒会沉积在挡板死角内，所以只在固液比很低的情况下才使用挡板（5）有气体吸收的搅拌 圆盘式涡轮：最合适。

27、它剪切力强，圆盘下可存在一些气体，使气体的分散更平衡。 开启式涡轮：不适用。 平桨式及旋桨式：只在少量易吸收的气体要求分散度不高的场合中使用。第四节第四节 均质机均质机n 均质均质（也称匀浆）是一种使液体分散体系（悬浮液或乳化液）中的分散物（构成分散相的固体颗粒或液滴）微粒化、均匀化的处理过程（即包含着粉碎和混合的双重作用），其目的是降低分散物的尺寸，提高分散物分布的均匀性。 例如： 液体乳制品加工中防止产品脂肪分离与利于消化和吸收。 冰淇淋加工获得组织均勺、质地细腻的产品。 提高带肉混浊果蔬汁稳定性等。n 均质原理均质原理1、剪切 在液体物料高速流动时，若突然遇到狭窄的缝隙，就会造成极大的速

28、度梯度，产生大的剪切力，使物料沿剪切面滑动而破碎。2、冲击 液体物料与均质阀产生高速撞击作用，从而将脂肪球等撞击成细小的微粒。3、空穴 流体受高速旋转体作用或流体流动在有突然压降变化的场合会产生空穴小泡，当这些小泡破裂时会在流体中释放出很强的冲击波，这种冲击波发生在粒子附近时，会造成粒子的破裂。 三种作用协同。不同类型的均质机工作原理各有侧重。n 温度对均质的影响温度对均质的影响 均质温度对均质效果影响很大，物料均质时温度高，液体的饱和蒸气压也高，均质时容易形成空穴。所以，在均质前可将物料加热。 例如牛乳的均质温度一般为50-70（牛乳有效均质的最低温度）。n 均质设备类型：均质设备类型： l

29、 压力式均质设备压力式均质设备 压力式均质设备首先使料液获得高压能，液体的高压能在机内转化为动能，使料液中的分散物受到流体力学上的剪切作用、空穴作用和撞击作用而得到破碎。 这种类型的常见设备有高压均质机和超声波均质机(或称超声波乳化器)等。l 旋转均质设备旋转均质设备 旋转均质设备由转子与定子系统构成，直接将机械动能传递给受处理的介质，是以剪切作用为主的均质过程。 胶体磨是典型的旋转式均质设备。此外，高速剪切搅拌器、乳化磨也属于旋转均质设备范围。 另外还有离心式均质机（空穴),喷射式均质机（碰撞）一、高压均质机一、高压均质机（一）工作原理（一）工作原理 n 高压均质机是通过冲击、剪切与空穴作用

30、完成均质操作 。 料液高速通过均质阀缝隙。通过的缝隙为0.1mm时，液流的流速高达150300ms。 通过缝隙时，产生极大的 速度梯度，形成强烈的挤 压和剪切作用。挤压使脂 肪球在缝隙处被延展，同 时因液流高速通过均质阀 时的涡动作用，使延展部 分被剪切为更细小的脂肪 球微粒。 料液中存在着表面活性物质（如卵磷脂和胆脂），它围绕在更细小的脂肪微粒外层，形成一种使这些微粒不再相互粘合的膜。在湍流和剪切力的共同作用下被破碎成微粒。 同时料液在缝隙中产生巨大的压降，当压力降低到工作温度下的液料的饱和蒸汽压时，液滴内部汽化膨胀，含有大量微气泡的液滴朝缝隙出口流出，随着流速的迅速降低，压力升高。当压力升

31、至一定值后，微气泡因压力作用突然破灭重新凝结，瞬间产生大量空穴，空穴会释放大量的能量，产生高频振动，形成空穴破碎。 被破碎的微粒接着又强烈地撞击到冲击环上，进一步粉碎和分散。（二）结构（二）结构 典型高压均质机主要由柱塞式高压泵和均质阀等组成。总体上，它只是比高压泵多了起均质作用的均质阀而已，所以有时也将高压均质机称为高压均质泵。高压均质机泵体组合图柱塞 均质阀 调压杆 1 1、高压柱塞泵、高压柱塞泵l柱塞泵可分为 单柱塞泵 多柱塞泵l单柱塞泵输出的波动性大，因而它多用于实验规模的小型高压均质机。l生产规模的均质机使用的是多柱塞泵，目前以流量输出较为稳定的三柱塞泵用得最多。高压均质机也有采用多

32、达六七个柱塞的高压柱塞泵，流量输出更为稳定。l食品行业常用的高压均质机的柱塞泵对料液施加的压力可达3060MPa，超高压的柱塞泵可达150MPa以上。在高压均质机中均有使用。单柱塞泵由进料腔、吸入活门、排出活门、柱塞等组成。当柱塞向右运动时，泵腔容积增大，使泵腔内产生低压，物料由于外压的作用顶开吸入活门进入泵腔，这一过程称为吸料过程；当柱塞向左运动时，泵腔容积减小，泵腔内压力逐渐升高，关闭了吸入活门，达到一定高压时又会顶开排出活门，将泵腔内液体排出，称为排料过程。高压泵柱塞的运动是由曲轴等速旋转通过连杆滑块带动的单柱塞泵单柱塞泵 排料量按正弦曲线变化。 在柱塞处于两个止点时，泵的排出量瞬时为零

33、；当曲柄回转到90和270时排料量最大。三柱塞往复泵三柱塞往复泵 三柱塞泵有三个泵腔，各单泵的运动互差120 ，每个泵腔配有吸入活门和排出活门各一个。 三柱塞泵的特点是：排液量比较均匀。 2 2、均质阀、均质阀 均质阀安装在高压泵的排料口处，对料液产生均质作用。 均质阀有单级和双级两种。 通过旋转调节手柄而改变弹簧对阀杆的压力，调节阀座和阀芯间隙大小及液体排出泵腔的压力。19.6-25.4MPa 物料 食品生产一般采用双级均质阀。双级均质阀实际上是由两个单级均质阀串联而成。 第一级均质压力为20-30MPa，主要使大的颗粒得到破碎；第二级的压力在3.5MPa左右，可以使料液进一步细化并均匀分散

34、。3 3、高压均质机的其它组成部分、高压均质机的其它组成部分l 冷却水系统：对往复运动的柱塞进行冷却，使泵体在恒定温度范围内工作。l 高压均质机已结合到无菌化生产线中，在这种场合，配接的冷却水首先必须是无菌的，这样才能保证料液在均质工段不受到二次污染。l 高压压力表，以为操作人员进行压力调整提供压力指示。l 过滤器件：装在进料口，阻隔杂质，为了防止对均质阀的意外损伤及延长其使用寿命。二、高剪切均质机二、高剪切均质机 高剪切均质机的均质方式以剪切作用为特征。物料在旋转构件的直接驱动下在微小间隙内高速运动，形成强烈的液体剪切和湍流，物料在同时产生的离心、挤压、碰撞等综合作用力的协调作用下，得到充分

35、的破碎、分散、乳化，达到要求的效果。图1025定一转子剪切式均质机原理图 1一转子2一定子1 1涡轮型乳化器涡轮型乳化器 属间歇式高剪切均质机，主要工作部件为涡轮型乳化器，使用时将其置于液槽内。 根据物料在容器内的流动方向可分为轴流式和径流式(见图)。 图1026涡轮型乳化器的流型 径流式轴流式径流式的效果优于轴流式 涡轮型乳化器的定一转子结构组合示意图 图1027涡轮型乳化器的定子与转子组合图 (a)定子(b)转子(c)两级组合定子结构形式 (a)为圆孔型，适合于高黏度物料的循环分散乳化。(b)为网孔型，适用于低黏度精细乳液的制备及微小颗粒在液体中的迅速分散。(c)为开槽式长方孔型，适用于中

36、高黏度物料的迅速分散、乳化。(d)为长孔型，适用于中等或偏高黏度的物料混合分散。(e)为倾斜长孔型，适用于含固形物料液的均质，还可以根据黏度的大小改变 长孔的倾斜角度。转子结构形式 (a)为三叶桨式，适用于各种黏度的物料，可根据不同物料选取。(b)为梳状，适用于各种黏度的物料，可根据物料黏度的大小调节梳状 条之间距离。(c)为蜗轮式，适用于各种黏度的物料。可以根据物料黏度的不同设计 满足不同黏度要求的涡轮式转子。2 2胶体磨胶体磨 一种磨制胶体或近似胶体物料的机械。 它可以在极短的时间内对悬浮液中的固形物进行超微粉碎，同时兼有搅拌、分散、混合和乳化作用。 胶体磨广泛应用于果汁、果酱、植物蛋白、

37、乳品、油脂及一些调味品、添加剂的生产中。 胶体磨胶体磨形式形式：按转轴的位置可分为 卧式胶体磨多用于粘度较低的物料。 立式胶体磨用于粘度为 1Pa.s 左右料液的均质。 卧式立式分体立式n 胶体磨结构胶体磨结构立式胶体磨主要由进料斗、定磨盘、动磨盘、调整机构、冷却系统、叶轮、排料口、机壳、电动机和机座等组成。 磨盘是胶体磨的关键部件，由定盘与动盘组成。动盘与传动轴相连，定盘固定在调节盘上。 通过转动调节盘手柄，可以调整定盘与动盘之间的工作面间距，从而也可以调节胶体磨的产量。 固定件与转动件之间的间 隙范围为50150m。 调节轮下方设有限位螺钉， 避免转子和定子相碰。 磨盘工作面一般为锥台面

38、状，但在锥角大小及磨齿 形状方面不同的机型会 有差异（图图6. 396. 39）。 胶体磨的磨面通常为不锈 钢光面，但也有金刚砂毛 面型的，以此对固体粒子 磨碎并促进均质效果。图6. 39 胶体磨的磨盘n 工作过程：工作过程： 料液由进料斗进入后，在通过工作间隙时，由于转子的高速旋转，附在旋转面上的物料速度最大，附于定子表面上的物料速度最小，因此产生很大的速度梯度，使物料受到强烈的剪切、摩擦和湍动作用，物料因而被磨碎、分散、混合和乳化均质。 与高压均质机一样，料液从胶体磨获得的能量，也只有部分用于微粒化，而大部分转化成了摩擦热。为了控制料温升高过渡，要用冷却水对胶体磨进行冷却，以保持料温的稳定

39、。n特点：特点：1、结构简单，操作方便，容易清洗。2、适于高黏度物料的均质。卧式胶体磨乳化性能好，适合黏度较低的料液，立式胶体磨研磨粉碎能力强，适合黏度较高(黏度1Pas)的物料。3、转速高，要求动磨盘的平衡性能好，动、静磨盘的加工精度高。4、料液进入磨盘工作间隙时易夹带大量空气，需要增加脱气工序。在连续化生产线中，采用封闭式管道加料，进料压力为0.10.3MPa，也可以改善空气夹带现象。5、启动时应保持较大的间隙，在加入料液后再将其逐渐调整至工作间隙。第五节第五节 静态混合器静态混合器n 静态混合器也称管道混合器，是一种借助于流体管路的不同结构，进行流体的混合，而又没有运动部件的高效混合设备

40、。n 背景背景 20世纪70年代初开始发展1970年美国凯尼斯公司首次推出其研制开发的静态混合器。 20世纪80年代我国也开始研究生产，已经在环保和化工领域得到很好应用，并且也已经在食品行业得到应用。n 特点：特点： 流程简单，结构紧凑；设备小、投资少、能耗小，操作弹性大，安装维修简便、混合性能好；应用灵活性大等。n 基本构成基本构成 主要由带管道接口的混合器壳体壳体和混合单元混合单元构成。图6. 8 静态混合器外壳混合单元衬里n 由外部提供混合能由外部提供混合能 所谓“静态”是指起主要混合作用的混合单元在壳体上是固定不动的，这种混合器也由此取名。 虽然混合单元是静止的，但静态混合器需要以流体

41、运动作为混合动力。 所有的静态混合器的主输入料液均需要有足够的压头才能正常工作，因此它常常需要与输送泵配合使用。混合单元u是静态混合器的关键，其形式有多种，供不同物性料液和流动条件场合的应用。u如图6.9所示为适合于食品业的SK和SD型的混合单元外型。u也可根据需要选用或设计其它型式的混合单元。图图6. 9 两种适用于食品物料的混合单元两种适用于食品物料的混合单元 SK型SD型n 工作原理工作原理 通过固定在管内的混合单元，将流体分层切割、剪切、折向和重新混合，流体不断改变流动方向，不仅将中心液流推向周边，而且将周边流体推向中心，达到流体之间三维空间良好分散和充分混合的目的。u 静态混合器用来

42、对各种料液进行混合时，不同的进料必须经过计量，因此一般用容积泵作为静态混合器的输送动力（如转子泵等）。u 图6.10所示为利用静态混合器对将两种料液进行混合的系统组合示意。这种系统可用以将果味成分添加混合到搅拌型酸乳中。 n 应用场合应用场合 可用于各种形态物料的混合、萃取、气体吸收、热交换、溶解、分散等操作。1 1、混合、混合（如前图）2、萃取萃取（如图）萃取装置萃取装置 3 3、气体吸收、气体吸收4 4、热交换热交换气体混合装置气体混合装置 静态混合器也可用作间接式换热器（图6.12），对料液进行加热或冷却。用作间接式换热器的静态混合器，在结构上与一般的混合器有所不同，或者在混合元件外装夹

43、套，或者直接利用管线绕制成混合元件，这样可以进一步提高换热的效率和均匀性。5 5、乳化装置乳化装置连续乳化装置连续乳化装置n 典型静态混合器典型静态混合器1 1卧式糖蜜连续稀释器卧式糖蜜连续稀释器 卧式糖蜜连续混合器整体呈水平圆筒结构，内部设置有若干个隔板和筛板，各隔板配置为通孔上下交错，使料液呈湍流流动，使糖蜜得以与水很好地混合。 卧式糖蜜连续稀释器 n特点：这种稀释器的混合效果较好，没有运动件，无须配置动力装置。使用时要求对进料进行连续计量。2 2立式糖蜜连续稀释器立式糖蜜连续稀释器立式糖蜜连续混合器 l一隔板2一固定杆 整体呈立式圆筒形结构。 圆筒内配置有78块具有半圆形缺口的隔板，交错

44、配置相临两隔板的缺口位置对称，使液体呈湍流运动。 立式糖蜜连续混合器的还有胀缩式、变管径式。第六节第六节 捏和机捏和机l 捏和概念：捏和概念：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和。n 捏合操作的实质是固体与液体的混合操作，所以，捏合操作有时也称为固液混合或调和操作。n 典型的例子是用面粉加水等调和成面团、蛋糕糊及口香糖糕的制备等。n 调和机主要加工高粘度糊状物料及粘滞性固体物料。完成在粉状物料中加入少量液体，在高粘度物料中加入少量粉体、液体，形成均匀的塑性物料或膏、糊状混合物等工艺操作。n 调和机械广泛应用于焙烤食品及糖果、人造奶油、鱼肉制品和混合干酪的生产中。

45、l 捏和原理捏和原理n 捏和机械所处理的物料大多数是粘度极高的浆体或塑性固体（如面团和蜂蜜等）。流动性极小，搅拌器造成的物料局部运动不能波及到整个容器，所以靠对流混合、扩散混合和剪切作用同时发生，但以剪切混合为主。 n 捏和操作依赖于搅拌器与物料之间的充分接触，搅拌器的运动范围须遍及调和容器的各个部位。其作用面积和转速随物料的粘度而异，物料粘度越高，搅拌器的作用面积越大，转速越慢。n 一般打蛋机的转速较高，在70-270rpm范围内。而调粉机则转速较低，多为25-35rpm。l 捏和机的分类捏和机的分类u捏和机按整体结构特征分为： 立式捏和机 卧式捏和机u捏和机按搅拌轴数量分为： 单轴式捏和机

46、 多轴式捏和机u捏和机按操作的主要用途分类有： 打蛋机 调粉机 和面机l 典型捏和机典型捏和机1 1打蛋机打蛋机n 结构结构：如图所示。由搅拌器、锅体（容器）、传动装置及容器升降机构等组成。锅体由一段短圆筒和一个半球形器底制成，可以升降，装有手柄供人工卸除物料。立式打蛋机外型立式打蛋机外型n 搅拌器形式搅拌器形式 形式有多种， 使用较多的3种如图6.29所示。（笔尖形 ） 适用于低物料（如稀蛋白液）适用于中物料（如蛋白浆、糖浆、饴糖等）适用于高物料（如生产蛋糕所需的面浆）n 搅拌器的行星运动搅拌器的行星运动 搅拌器在锅体内作行星运动(图6. 30)。主轴 转 速 范 围 为2080r/min，

47、其搅拌器自身转速范围为70270r/min。由于搅拌器转速高，故打蛋机也常称为高速调和机。搅拌器与与锅壁间隙很小，搅拌作用可遍及锅内全部物料。n 工作原理工作原理 通过搅拌器自身高速旋转，强制搅打，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。n 应用应用 打蛋机用于搅打粘稠性浆体物料。 食品工业中常用来混合蛋白液、蜂蜜，在软糖生产中搅打糖浆，在蛋糕生产中调制面浆及花式糕点上的装饰乳酪等。 生产砂型奶糖时，通过搅拌可使蔗糖分子形成微小结晶体，俗称“打砂”操作。 生产充气糖果时，将浸泡的干蛋白、蛋白发泡粉、明胶溶液及浓糖

48、浆等混合搅拌后，可得到洁白、多孔性的充气糖浆。2 2调粉机调粉机 调粉机也称和面机、捏合机。 一般用来调制粘度极高的浆体或塑性固体。 常用来捏合各种不同性质的面团，如酥性面团、韧性面团、水面团等。n 调粉机的工作原理调粉机的工作原理 搅拌器先是对物料进行局部混合搅拌，进而达到整体混合，使物料形成整体团块。然后由搅拌器移动产生剪切力，使物料被拉延撕裂。一部分物料受到推挤而压向邻近物料，另一部分物料被抛出，打向容器内壁。经过这样反复多次的拉、压、揉、打得到要求的塑性物料。n 型式型式 调粉机分 卧式 单轴 WT-7型和面机 滚笼式捏合机 可氏捏合机（连续式） 双轴 双轴卧式和面机 双臂式捏合机 立

49、式（1 1）WT-7WT-7型和面机型和面机n 结构：结构：u 它主要由混合槽体、带桨搅拌主轴和驱动机构等组成。u 可倾“U”形槽单独由电机驱动。内有3把固定不动的横切刀。u 主轴上安装了4个桨叶，按圆周等分安装在主轴上。当主轴进行回转时，桨叶和横切刀便对物料产生压缩、剪切、捏合与对流混合等作用，物料在上述4种作用的协同作用下，很快便能混合均匀。u该机有两台电动机。主电动机与摆线减速器联成整体安装在机座内，带动主轴及其桨叶回转。副电动机也安装在机座内，它通过皮带轮、蜗杆、蜗轮带动槽体产生回转运动，使其在限制范围内进行倒缸出料和复位。n 特点与适用性特点与适用性u如图6. 23所示的直桨叶或扭曲

50、直桨式搅拌器，在和面过程中对物料的剪切作用很强。但拉伸作用弱，对面筋的形成具有一定破坏作用。u搅拌轴装在容器中心，近轴处物料运动速度低，若投粉量少或操作不当易造成抱轴及搅拌不匀的现象。u桨叶式搅拌器结构简单，成本低，适用于揉制酥性面团。 （2）滚笼式捏和机）滚笼式捏和机n 结构：结构：u如图所示，主要由连接板、46个直辊及搅拌轴组成。u直辊分有活动套管和无活动套管两种。活动套管在和面时可自由转动，减少直辊与面团间的摩擦及硬挤压，从而可以降低功率消耗，减少对面筋的破坏。u直辊可平行于或倾斜于搅拌轴线安装。后者倾角为 5左 右，各辊对回转轴心的半径不同，作用是促进面团的轴向流动。u直辊在连接板上的分布有X形、S形和Y形。其中Y形搅拌器两连板间无中心轴，可避免面团抱轴或中间调粉不均匀的现象。n 工作过程：工作过程： 滚笼式捏和机和面时，对面团有举、打、折、揉、压、拉等操作（如图)，有助于面团的捏合，有利于面筋网络的形成，但操作时间长、动力消耗大。 适于调制各种韧性面团。 (1)举 (2)打 (3)折叠 (4)揉 (5)压 (6)拉 滚笼捏和作用方式滚笼捏和作用方式 n 特点与适用性特点与适用性u滚笼式搅拌器的特点是：结构简单、制造方便、机械切割作用弱，有利于面筋网络的生成。但操作时间长，面团形成慢。u滚笼式搅拌器适用于调和