食品混合機械與設備.ppt

1、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,四、均質(zhì)操作,均質(zhì)是一種特殊的混合操作，指借助流動產(chǎn)生的剪切力將物料細化、將液滴碎化的操作。 五、均質(zhì)

2、的作用 通過乳化均質(zhì)處理，使兩種通常不相容的液體進行密切混合，使一種液體粉碎成為極細微?；蛐∫旱?，分散在另一種液體中，其產(chǎn)物為乳狀液。 六、均質(zhì)的應用 乳品、果汁、冰激淋等生產(chǎn)中。,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(jié)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(jié)構(gòu)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

3、,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,（1）主體對流：攪拌器帶動物料大范圍的循環(huán)流動 （2）渦流對流：旋渦的對流運動,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,1、調(diào)勻度I

4、 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,第二節(jié)攪拌機,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),第二節(jié)攪拌機,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(jié)構(gòu),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：,第二節(jié)攪拌機,a、流型：軸流型，

5、以軸流混合為主，伴有切向流，經(jīng)向流，湍動程度不高。 b、循環(huán)量大，適用于宏觀混合 c、適用低粘度物料混合，2000c p。 d、槳轉(zhuǎn)速較高，圓周速度u=515m/s n=100500rpm e、dj=(0.20.5)D (以0.33居多),特點：,（1）旋槳式攪拌器 類似于無殼的軸流泵,結(jié)構(gòu)：P146圖7-4,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（48）,特點： 流型：徑向流型 伴有 軸向流 切向流 有兩個回路 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, dj =（0.20.5)D (0.33居多) dj ：L：b = 20

6、：5：4 適合混合中低粘度的物料， 5000c u=4-8m/s n=10-300rpm。 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,水的攪動范圍為4D當5000c p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D n 的槳,第二節(jié)攪拌機,槳葉尺寸大，dj/D=0.50.8 寬度大, b：dj=0.1-0.25 轉(zhuǎn)速低,u=1.52m/s ； n=1100 rpm 流型：徑向流、切向流 如槳葉傾斜，可產(chǎn)生小范圍軸向流 適合低粘度物料5000CP 當容器內(nèi)液位較高時，可在同一軸上安裝幾個槳葉。,槳式攪拌器特點：,第二節(jié)

7、攪拌機,（4）錨式攪拌器 結(jié)構(gòu)：,特點： 適合 可達10000cp d j/D=09-0.98； b/D=0.1；h/D=0.48-1 轉(zhuǎn)速 u=0.5-1.5m/s n=1-100rpm 攪動范圍大，不會產(chǎn)生死區(qū) 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(shù)條件進行設計。,第二節(jié)攪拌機,（3）容器容量及結(jié)構(gòu)尺寸 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

8、相 H/D=1.7 2.5 發(fā)酵容器,第二節(jié)攪拌機,攪拌容器裝滿程度用裝滿系數(shù) 表示： =Vg/ V 式中: V g -實際盛裝物料的容積 V - 容器全容積 =0.6-0.85 如攪拌過程中起泡沫或呈沸騰狀態(tài) =0.6-0.7 (取低值) 當物料反映平穩(wěn)或粘度較大時 =0.8-0.85 (取高值),攪拌容器裝料量,第二節(jié)攪拌機,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=V g/ 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 及值是否在推薦范圍內(nèi),第二節(jié)攪拌機,3、擋板 （1）打

9、漩 當被攪拌液料出現(xiàn)沿圓周做整體旋轉(zhuǎn)運動時，這種流動狀態(tài)叫打旋。 （2）打旋的危害 幾乎不存在軸向混合，會出現(xiàn)分離現(xiàn)象。 液面下凹，有效容積降低。 當旋渦較深時，會發(fā)生從液體表面吸氣現(xiàn)象，引起液體密度變化或機械振動。,第二節(jié)攪拌機,（3）常見消除打旋的方法 偏心安裝,傾斜安裝,側(cè)壁安裝,消除打旋最簡單常用的方法是在容器內(nèi)加 設擋板,（4）擋板的作用,第二節(jié)攪拌機,擋板作用： 消除打旋 將切向流改變?yōu)檩S向流和徑向流 增大液體的湍動程度,W b 擋板寬度 d j 液輪直徑 n b 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

10、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（=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： 結(jié)構(gòu)簡單 成本低 對軸磨損大 摩擦功耗大 需經(jīng)常調(diào)整,第二節(jié)攪拌機,（2）機械密封 特點： 密封可靠 對軸無磨損 摩擦功耗小 使用壽命長 無需調(diào)整 結(jié)構(gòu)復雜 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(jié)構(gòu)參數(shù)：d j 、D 、 H 、W b 運動參數(shù)：n 物性參數(shù)：、 影響功率因素： N=

11、f(n，dj，g),找出無因次數(shù)群,攪拌功率關(guān)聯(lián)式,第二節(jié)攪拌機,式中：K-同一幾何構(gòu)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(guān)系,第二節(jié)攪拌機,用 式中：功率因素 當加設擋板時，消除打旋，Y=0, Fr=1. =Np=k Rex 對數(shù)式：logNp =logK + XlogRe 以或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）Re104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

12、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、a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。 a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(jié)構(gòu)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(gòu)、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(guān)系 n z- 攪拌槳自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速（15

13、0500rpm) n G -攪拌槳公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速（70270rpm),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(gòu) 材料：不銹鋼 容器升降機構(gòu),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=2080rpm，常用：n=3040rpm,第三節(jié)調(diào)和機,（2）面團種類： 液體面漿： 水調(diào)和 粘度 常用打蛋機 酥性面團： 含油 含水 面筋含量 彈性 可塑性 韌性面團： 含油 含水 面筋含量 彈性 可塑性 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,第三節(jié)調(diào)和機,

14、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(gòu)、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(guān),參考值： 一次調(diào)份量為25kg; R=150mm,

15、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1020mm,4、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(guān)和面 機技術(shù)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,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,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(jié)構(gòu)、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

16、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：,均質(zhì)頭結(jié)構(gòu),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(jié)構(gòu),、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(jié)構(gòu)：往復泵、均質(zhì)閥、傳動機構(gòu)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(guān)閉速度和關(guān)閥滯后角均不應大于允許

17、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(jié)構(gòu)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：200250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,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,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

18、。 工作原理：膠體磨屬定轉(zhuǎn)子系統(tǒng)，定轉(zhuǎn)子為同軸構(gòu)件，轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動，間隙可微調(diào)，物料在其間有速度梯度，受到強烈的剪切摩擦和湍流攪動而乳化。 分類：按傳動軸的空間安裝位置可分為立式與臥式兩種。,應用 膠體磨用于冰淇淋、煉乳和奶粉等乳制品的生產(chǎn)。 用于煉乳的生產(chǎn)，目的是粉碎煉乳中的脂肪球，防止煉乳在貯藏期易于上浮成“脂肪游離”。 對于高粘度物料，膠體磨更加適宜。經(jīng)加工后，組織狀態(tài)均勻且有光澤。如生產(chǎn)可可飲料。,第五節(jié)均質(zhì)機,3、超聲波均質(zhì)機,超聲波原理：物料在超聲波發(fā)生器作用下會產(chǎn)生“空穴”現(xiàn)象，在其周圍有很大的壓力和高溫，產(chǎn)生強大的機械攪拌作用而均質(zhì)。 常用的超聲波：2025KHz的超聲波發(fā)生器 超聲波形式：機械式、磁控式和壓電晶體式等。,第五節(jié)均質(zhì)機,4、離心式均質(zhì)機,工作原理：料液在高速轉(zhuǎn)鼓中的慣性力作用分成大、中、小三相，大的到鼓壁，中的由上方管排出，小的到上室中一帶尖齒的圓盤，繞其高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生局部漩渦