第二章 破碎和混合机械

1、第二章第二章 破碎混合机械破碎混合机械l粉碎n 粉碎是用机械力的方法克服固体物料内部凝聚力达到破碎的单元操作。n在食品工业中占有非常重要的地位，主要表现在：（1）适应某些食品消费和生产的需要，例如小麦以面粉形式食用，巧克力配料粉例如小麦以面粉形式食用，巧克力配料粉需碾碎至足够细小颗粒才能保证最终产品的品质需碾碎至足够细小颗粒才能保证最终产品的品质。（2）增加表面积以利于后道工序处理的顺利进行，例如果蔬干燥前需将大块物料粉碎成小块物料。（3）工程化和功能性食品的生产需要各种配料粉碎后才能混合均匀，粉碎对终产品品质影响很大。 l切割n 切割是利用切割器具（如切刀等）与物料的相对运动时产生的剪切力达

2、到切断、切碎效果的单元操作。n 食品切割目的主要有：（1）获得一定形状的产品单体，如切丝、切丁、切片。（2）获得质地组成均一化的产品，如通过斩拌和擂溃等操作，得到组成均一、质地细腻的产品。第一节 粉碎机l 粉碎机可以根据成品粒度分为普通（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）粉碎机。l 从粉碎作用形式看，最常用的粉碎机包括冲击式和研磨式粉碎机等。一、冲击式粉碎机二、转辊式粉碎机三、磨介式粉碎机一、冲击式粉碎机l两大类冲击式粉碎机（一）机械冲击式粉碎机（二）气流式粉碎机l两大类冲击式粉碎机n 机械冲击式粉碎机依靠高速旋转的棒或高速旋转的棒或锤锤等部件冲击或打击颗

3、粒，使其粉碎。n 气流磨利用高速空气流或过热蒸汽高速空气流或过热蒸汽，使颗粒加速产生相互冲击力、碰撞力或与器壁发生冲击碰撞作用而被粉碎。（一）机械冲击式粉碎机l类型与特点1锤击式粉碎机2盘击式粉碎机l机械冲击式粉碎机类型与特点n 类型：锤击式锤击式和盘击式盘击式。n 优点：（与其它型式粉碎机比）具有单位功率粉碎能力大，粉碎粒度易于调节粉碎粒度易于调节，应用范围广应用范围广，占地面积小，易实现连续化的闭路粉碎易实现连续化的闭路粉碎等优点。n 缺点：由于部件的高速旋转及与颗粒的冲击或碰撞，不可避免地会产生磨损问题磨损问题，因而不适宜用来处理硬度太大的物料。1锤击式粉碎机l 这种粉碎机利用高速旋转的

4、锤头或锤片产生的作用力使物料粉碎，既适用于脆性物料，也可用于部分韧性物料甚至纤维性物料的粉碎，所以常被称为万能粉碎机万能粉碎机。l 类型l 锤片l 筛网 l 工作过程 及特点l 应用l锤式粉碎机的类型l锤片的种类和形状锤片是主要的易损件，一般寿命为200500h，为了延长使用寿命，通常需进行热处理。锤片种类锤片种类l筛网筛网材料通常为冷轧钢板。筛网对转子的包角随进料方式不同而异，切向喂入式粉碎机的180，轴向喂入式的=360，径向喂入式的12 (3)= 0（3）搅拌器的选择l 根据介质黏度高低选型l 根据搅拌过程和目的选型l 随着黏度增高，各种搅拌器选用的顺序为旋桨式、涡轮式、桨式、锚式和螺带

5、式等。l 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。而涡轮式由而涡轮式由于其对流循环能力、湍流扩散和于其对流循环能力、湍流扩散和剪切都较强，几乎是应用最广泛剪切都较强，几乎是应用最广泛的一种桨型的一种桨型。 l根据介质黏度高低选型搅拌器选择曲线1.锚式、螺带式；2.浆式；3.涡轮式；4、5.涡轮式、旋浆式；R1=1750r/min; R2=1150r/min; R3=420 r/min根据搅拌过程和目的选型这种方法根据搅拌过程和目的，对照搅拌器的流动效果作出判断选择。低黏度均相液液混合分散操作悬浮液操作有气体吸收的搅拌结晶过程

6、的搅拌操作v 这种混合，搅拌难度小，平桨式平桨式循环能力强，动力消耗少，最适用。v 平桨式结构简单，成本低，适宜小容量液相混合。v 涡轮式动力消耗大涡轮式动力消耗大，会增加费用。l低黏度均相液液混合l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平直叶涡轮剪切作用大于折叶和后弯叶的剪力作用叶的剪力作用，因此应优先选用。为了加强剪切效果，容器内可设置挡板。v 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。v 桨式：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。v

7、 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。l悬浮液操作v圆盘式涡轮：最合适。它剪切力强，圆盘下可存在一些气体，使气体的分散更平衡。v开启式涡轮：不适用。v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。l有气体吸收的搅拌l结晶过程的搅拌操作v小直径的快速搅拌器：如涡轮式，适用于微粒结晶。v大直径的慢速搅拌器：如桨式，用于大晶体的结晶。二、水粉混合机水粉混合机又称水粉混合器、水粉混合泵、液料混合机、液料混料泵、混合机等，是一种将可溶性粉体溶解分散于水或液体中的混合设备。外形与结构工作原理适用场合l外形与结构其外形及结构如图所示，主要由机壳、由机壳、

8、叶 轮 、 粉 料叶 轮 、 粉 料斗 及 电 机斗 及 电 机 构成。l工作原理v工作原理是利用叶轮的高速旋转剪切作用叶轮的高速旋转剪切作用，将（装在料斗中的）粉状物料和（从进液口进入的）液体进行充分拌和，输送出所需的混合物。v通过料斗加入的参与混合的物料，既可以是流动性良好的粉料，也可以是流动性较好的浓度较高的溶液或浆体。水粉混合机特别适用于再制乳制品生产，例如用于乳粉、乳清粉、钙奶、糊精粉等与液体的混合，也可用于果汁和其它饮料的生产。 l适用场合三、静态混合器也称管道混合器。基本构成混合能工作原理应用场合特点l基本构成v主要由带管道接口的混合器壳体和混合单元构成。图6. 8 静态混合器外

9、壳 混合单元衬里通过固定在管内的混合单元件，将流体分将流体分层切割、剪切、折向和重新混合层切割、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三维空间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静态混合器用来对各种料液进行混合时，不同的进料必须经过计量，因此一般用定容积泵作为静态混合器的输送动力（如转子泵等）。n混合原理v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固定不动的，这种混合器也由此取名。v静态混合器需要以流体运动作为混合动力以流体运动作为混合动力。v所有的静态混合器的主输入料液均需要有足够的

10、有足够的压头压头才能正常工作，因此它常常需要与输送泵配与输送泵配合使用合使用。l由外部提供混合能混合器的壳体通常为直管，根据需要可在直管的不同位置接支管，供各种需要混合的物料进入。n壳体n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。 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型可用于各种形态物料的混合、萃取、气体吸混合、萃取、气体吸收、热交换、溶解、分散收、热交换、溶解、分散等操作。食品加工中已经应用的方面有：不同组分液体的混合、悬浮液的分散化、浓浆的稀释以及换热等。l应用场合u 管路混合器可接在水粉混合机后，进一步分

11、散固体粉粒，起均质作用。u 这种均质作用依靠液体在混合器内产生的流速变化实现。 此处的静态混合器不必用定量泵进料，可以利用一般离心泵，图示的系统正好利用利用水分混合机的输出压头作为分散作用的动力源水分混合机的输出压头作为分散作用的动力源。u 这种系统可用以乳粉的加水混合。u 静态混合器后还可再串接高压均质机，以获得更为稳定的再生乳。 液体粉体水粉混合机水粉混合物静态混合器分散化的水粉混合物n悬浮液的分散化静态混合器也可用作间接式换热器。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套夹套，或者直接利用管线绕制管线绕制成混合元件。n换热器作用l特点（1）流程简

12、单，结构紧凑；（2）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；（3）应用灵活性大等。（二） 粉体混合机械一、容器回转型混合机二、容器固定型混合机（二） 粉体混合机械v食品工业中，混合机应用于谷物混合、粉料谷物混合、粉料混合、面粉中加辅料与添加剂、干制食品中混合、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加添加剂与调味粉及速溶饮品的制造等操作中v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。一、容器回转型混合机基本结构原理与形式转速、混合均匀度、 混合时间与装填率（1）V形混合机（2）对锥式混合机（3）倾筒式混合机（1）V形混

13、合机l 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。lV形混合机常用来混合多种粉料以构成混合物，若在筒内安装搅拌叶轮，可用来混合凝聚性高的食品。（2）对锥式混合机l 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。l 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。（三）倾筒式混合机倾筒式混合机的容器是一个圆柱筒，常见有水平回转和斜置回转两种机型。（1）水平回转滚筒（2）斜置回转滚筒v水平回转筒式混合机

14、的装料量均为圆筒容积的30%，斜置式可达60%。v缺点是，在筒内的物料可能会和圆筒一起回转，尤其是位于圆筒两端的物料不能充分混合，故不能多装料，否则影响混合效果。l水平回转筒式混合机v斜置回转筒式混合机克服了水平回转筒式的缺点，物料在筒内作复杂的运动，即使装料量较多，其混合效果也较好。v这类混合机常用于香辛料和啤酒麦芽粉等的混合作业。 l斜置回转筒式混合机二、容器固定型混合机（1）卧式螺旋环带混合机（2）行星锥形混合机l结构特点是工作时容器固定不动，内部安装有旋转混合部件。旋转件大多为螺旋结构。（1）卧式螺旋环带混合机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

15、种机型。2214353卧式螺旋环带混合机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，预混合机的间隙小于2mm，以尽量减少腔内物料的残留量。盖板门机体螺带转子电动机减速器螺带转子l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。（2）行星锥形混合机行星锥形混合机(三）均质机械设备均质及其设备均质设备类型： 压力式和旋转式均质与食品工业1、高压均质机2、胶体磨3、高剪切均质乳化设备v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、

16、微粒化、均匀化均匀化的处理过程，其目的是降低分散物的尺寸，提高分散物分布的均匀性。v狭义的均质仅指利用高压均质机对物料进行处理。v除了高压均质机以外，胶体磨、超声波均质器（或称超声波乳化器）、高速剪切搅拌器，甚至前面所介绍的静态混合器等都对料液有均质功能。l均质及其设备v 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剪切作用、空穴作用和撞击作用而得到破碎。l压力式均质设备n空穴理论v流体受高速旋转体作用高速旋转体作用或流体流动在有突突然压降变化然压降变化的场合会产生空穴小泡，当这些小泡破裂时

17、破裂时会在流体中释放出很强的冲击波，当这种冲击波发生在粒子附近时，会造成粒子的破裂。v均质在现代食品加工业中的作用越来越重要，分散相物质在分散相物质在连续相中的悬浮稳定性连续相中的悬浮稳定性，与分散相的粒度大小及其分布均匀性密切相关，粒度越小，分布越均匀，其稳定性越大粒度越小，分布越均匀，其稳定性越大。v包括乳、饮料在内的绝大多数的液态食品的悬浮（或沉降）悬浮（或沉降）稳定性都可以通过均质处理加以提高稳定性都可以通过均质处理加以提高。v均质过程的本质是一种破碎过程破碎过程，所以均质也是破碎生物细破碎生物细胞胞，提高细胞提取物得率提高细胞提取物得率的重要手段。l均质与食品工业1、高压均质机（1）

18、高压柱塞泵（2）均质阀（3）高压均质机的应用（1）高压柱塞泵l柱塞泵可分为单柱塞泵和多柱塞泵。在高压均质机中均有使用。l单柱塞泵输出的波动性，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。l高压均质机的最大工作压强是其重要性能之一，一般在7.0104MPa 之间。（2）均质阀均质阀与高压柱塞泵的输出端相连，是对料液产生均质作用、对压强进行调节的部件。均质阀有单级和双级两种。l均质阀工作原理v通过一个由阀座与芯构成的狭窄的缝隙时，流体发生由高压、低流速向低压、高流速的能量转化，并产生空穴作用v自缝隙出来的高速流体最后撞在外面的

19、均质环（也称撞击环）上，使已经碎裂的粒子进一步得到分散作用。19.6-25.4MPa l双级均质阀v 大多数均质机上配备双级均质阀，在第一级中，料液压力为19.6-25.4MPa, 主要使脂肪球破碎，第二级料液压力减为3.43MPa, 主要使脂肪球均匀分散。阀和阀座采用耐磨合金钢制造.Prrir0阀芯阀座原料液流体压强曲线均质阀中流体压强变化（3）高压均质机的应用高压均质机的应用2、胶体磨l 以剪切作用为主的均质设备，均质部件由高速旋转的磨盘（转动件）与固定的磨盘（固定件）构成。 （1）卧式 （2）立式 （3）分体立式胶体磨外形胶体磨外形 l胶体磨形式l胶体磨结构物料在间隙中通过时，由于转子的

20、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物料速度最小，因此产生很大的速度梯度速度梯度，使物料受到强烈的剪切作用而发生湍动受到强烈的剪切作用而发生湍动，从而使物料均质化。为了控制料温（尤其是循环）升高过度，要用冷却水对胶体磨进行冷却，以保持料温的稳定。l工作过程l胶体磨盘l 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。l 固定件与转动件之间的间隙范围为50150m。l 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。v胶体磨处理后的分散相粒度最低可达1m以下。胶体磨通常适用于处理较黏稠的物料。v胶体磨有时可以与高压均质机通用，但一般说来，只有所用均质压力大于20MPa 的产品（或相类似的产品）才适合用胶体磨进