第十七章-溷合機械與設(shè)備

NanjingUniversityofTechnology《食品機械基礎(chǔ)》第四篇常用食品機械設(shè)備授課教師：仲兆祥第十七章混合機械與設(shè)備概述12液體混合機械與設(shè)備4固體混合機械與設(shè)備5汽液混合機械與設(shè)備3固液混合機械與設(shè)備第一節(jié)概論混合：使兩種或兩種以上不同組分的物質(zhì)在外力作用下由不均勻狀態(tài)達到相對均勻狀態(tài)的過程。混合操作的任務(wù)：通過混合獲得化學(xué)、物理均勻度達到要求的混合產(chǎn)品，同時通過混合可以實現(xiàn)某種工藝目的?；旌献鳂I(yè)機械分類：混合機、攪拌機、捏和機。一類是對粉粒狀物料，低中粘度物料進行混合的機械稱為混合機（多指固＋固）或者攪拌機（多指液＋液或液＋固）。一類是對高粘稠漿料和塑性固體物料進行混合的機械設(shè)備叫做捏和機或者調(diào)和機。另一類是將液體與氣體混合的設(shè)備叫氣液混合機。第一節(jié)概論對混合機械的要求：混合物的混合均勻度高，混合速度快；物料在容器內(nèi)的殘留量少；設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，操作方便，便于檢視、取樣和清理；機械設(shè)備要防銹，耐腐蝕，容器表面光滑，工作部件能拆卸清洗；電機設(shè)備和電控裝置應(yīng)能防爆、防濕、防塵，符合環(huán)境保護和安全運行的要求。整個混合過程存在著三種混合方式：（一）對流混合;（二）擴散混合;（三）剪切混合（一）對流混合：混合機工作部件表面對物料的相對運動，所有粒子在混合機內(nèi)從一處向另一處作相對流動，位置發(fā)生轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生整體的流動稱為對流混合。（二）擴散混合：在混合過程中，以分子擴散形式向四周作無規(guī)律運動，達到均勻分布狀態(tài)。稱為擴散混合。（三）剪切混合：由于物料群體中的粒子相互間形成剪切面的滑移和沖撞作用，引起局部混合，稱為剪切混合。對于高粘稠度流變物料（如面團和糖蜜等），主要是依靠剪切混合，一般稱為捏和。事實上，物料在混合機里往往同時存在著上述三種混合方式，單一的混合方式是少見的，但是常以其中的一種混合方式為主。

一、液體混合的目的與原理目的：在于促進物料的傳熱，使物料溫度均勻化；促進物料中各成分混合均勻；促進溶解、結(jié)晶、浸出、凝聚、吸附等過程的進行；促進酶反應(yīng)等生化反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)過程的進行。液體的混和常用的設(shè)備是攪拌機。液體的混合也稱作攪拌。原理：低、中粘度的食品混合主要是以對流、擴散混合為主。高粘度的食品混合主要是以剪切混合為主。圖7-1液體剪切混合作用(a)混合初始狀態(tài)；(b)剪切混合狀態(tài)第二節(jié)液體混合機械與設(shè)備二、低粘度液體混合機械與設(shè)備液體攪拌機圖7-2攪拌機結(jié)構(gòu)圖1－電動機；2—減速器；3—容器夾套；4—料管；5—擋板；6—出料管；7—攪拌槳葉；8—溫度計；9—液體液面第二節(jié)液體混合機械與設(shè)備（一）攪拌器的安裝形式攪拌器的安裝形式：有立式中心攪拌安裝型式、偏心式攪拌安裝型式、傾斜式攪拌安裝型式、底部攪拌安裝型式、旁入式攪拌安裝型式等。第二節(jié)液體混合機械與設(shè)備圖7-3攪拌安裝型式(a)偏心式攪拌安裝型式；(b)傾斜式攪拌安裝型式；(c)底部攪拌安裝型式第二節(jié)液體混合機械與設(shè)備液體具有流動性和不可壓縮性。在葉輪（由葉片和回轉(zhuǎn)軸等組成）的旋轉(zhuǎn)作用下，把機械能傳給液體，在葉輪附近區(qū)域的液流中造成渦動，同時產(chǎn)生一股高速射流推動液體沿著一定途徑在容器內(nèi)作循環(huán)流動。這種流動稱為液體的“流型”,它可分為軸向流型、徑向流型和因在容器側(cè)壁加設(shè)擋板等阻擋物引起液流方向變化而形成的各種混合流型。因此，液流的流型取決于葉片的幾何形狀和結(jié)構(gòu)以及在容器內(nèi)有無阻擋物等，而葉片的幾何形狀對流型的影響最大。

1.軸向流型液體從軸向進入葉片，從軸向流出，如旋槳式葉片。2.徑向流型流體從軸向進入葉輪，從徑向流出，如平直葉的槳葉式。3.混合流型葉片造成的液流有三個分速度：軸向速度、徑向速度和切向速度。其中軸向速度和徑向速度對液體的攪拌混合起著主要作用。

圖7-5液體流型（a）軸向流型；（b）徑向流型第二節(jié)液體混合機械與設(shè)備（二）攪拌器槳葉與流型葉片造成的液流有三個分速度：軸向速度、徑向速度和切向速度。第二節(jié)液體混合機械與設(shè)備（三）攪拌器攪拌器的主要部件為攪拌槳葉。攪拌槳葉根據(jù)攪拌產(chǎn)生的流型分成軸向流動的軸流式槳葉和產(chǎn)生徑向流動的徑流式槳葉。根據(jù)槳葉的結(jié)構(gòu)形式不同，可分為槳式、渦輪式、旋槳式攪拌器等。圖7-6槳式攪拌器的形式（a）平槳式攪拌器；（b）框式攪拌器；（c）錨式攪拌器第二節(jié)液體混合機械與設(shè)備1.槳葉式攪拌機的主要特點①結(jié)構(gòu)簡單，容易制造；②槳葉式攪拌機的轉(zhuǎn)速較慢（20-150r/min）。液流的徑向速度較大，軸向速度較低。混合效果較差；③局部剪切作用弱，不易發(fā)生乳化作用；④適用性廣。第二節(jié)液體混合機械與設(shè)備為了加強軸向混合，并減少因切線速度產(chǎn)生的表面旋渦，通常在容器側(cè)壁加設(shè)擋板。圖7-7渦輪式攪拌器的結(jié)構(gòu)第二節(jié)液體混合機械與設(shè)備

2．渦輪式攪拌機

渦輪式攪拌機類似槳葉式攪拌機，唯葉片多而短，屬高速回轉(zhuǎn)徑向流動式攪拌機。液體經(jīng)渦輪葉片沿驅(qū)動軸吸人，它主要產(chǎn)生徑向液流，液體以高速向渦輪四周拋出，再沿槽壁上升流動。渦輪葉片為4～6枚，直徑比槳葉小，為容器直徑的0.3～0.5倍，轉(zhuǎn)速為400～2000r/min，圓周速度在8m/s以內(nèi)。特點：①適于攪拌多種物料，尤其對中等粘度液體特別有效；②混合生產(chǎn)能力較高，能量消耗少，攪拌效率較高；③有較高的局部剪切效應(yīng)；④容易清洗和造價較高。渦輪式攪拌機常用于制備低粘度的乳濁液、懸浮液和固體溶液。渦輪式攪拌器的葉片較多，轉(zhuǎn)速高，結(jié)構(gòu)比槳式復(fù)雜，種類較多?？煞譃殚_啟渦輪式與圓盤渦輪式兩種第二節(jié)液體混合機械與設(shè)備旋槳式攪拌器第二節(jié)液體混合機械與設(shè)備1.槳葉式攪拌機的主要特點旋槳葉片直徑為容器直徑的1/3～l/4。其轉(zhuǎn)速小型為

1000r/min以上，大型為

400～800r/min。①生產(chǎn)能力較高，但對互不溶液體，生產(chǎn)細液滴乳化液而液滴直徑范圍不大的情況下，生產(chǎn)能力受限制；②結(jié)構(gòu)簡單，維護方便；③常常會卷人空氣形成氣泡和離心渦旋；④適用于低粘度和中等粘度液體的攪拌，對制備懸浮液和乳濁液等較為理想。第二節(jié)液體混合機械與設(shè)備（四）攪拌罐

1.罐體

2.擋板圖7-9擋板與流型（a）無擋板；（b）有擋板第二節(jié)液體混合機械與設(shè)備（五）攪拌器的軸封和傳動裝置攪拌器傳動裝置的基本組成有：電機、齒輪傳動(有的還設(shè)一級皮帶輪)、攪拌軸及支架。軸封是攪拌軸與機架間的密封裝置，一般有兩種形式：填料密封和機械密封。（六）攪拌器的選擇各種攪拌器的通用性較強，同一種攪拌器可用于幾種不同的攪拌過程。一般選擇攪拌器時主要應(yīng)從介質(zhì)的粘度高低、容器的大小、轉(zhuǎn)速范圍、動力消耗．以及結(jié)構(gòu)特點等幾方面因素綜合考慮。三、高粘度液體的混合機械與設(shè)備第二節(jié)液體混合機械與設(shè)備打蛋機用于攪打粘稠性漿體物料。在食品工業(yè)中常用于打發(fā)蛋白液、奶油，在蛋糕生產(chǎn)中用于調(diào)制面漿，在軟糖生產(chǎn)中調(diào)制糖漿。打蛋機的轉(zhuǎn)速一般較高，所以也叫高速調(diào)和機。打蛋機三、高粘度液體的混合機械與設(shè)備圖7-10立式打蛋機的結(jié)構(gòu)1—機架；2—電機；3—攪拌容器升降機構(gòu)；4—皮帶輪；5—減速器；6—斜齒輪；7—主軸；8—錐齒輪；9—行星齒輪；10—攪拌頭；11—攪拌槳葉；12—攪拌容器第二節(jié)液體混合機械與設(shè)備第二節(jié)液體混合機械與設(shè)備三、高粘度液體的混合機械與設(shè)備立式打蛋機的攪拌器由攪拌頭和攪拌槳兩部分組成。攪拌頭的作用是使攪拌漿在容器內(nèi)形成一定規(guī)律的運動軌跡。圖7-11打蛋機的攪拌器（a）攪拌器的運動關(guān)系；（b）攪拌器的運動軌跡圖7-12攪拌槳的形式（a）筐形攪拌槳；（b）拍形攪拌槳；（c）鉤形攪拌槳第二節(jié)液體混合機械與設(shè)備三種攪拌槳的比較種類形狀應(yīng)用舉例鉤形攪拌槳鉤形高黏度物料面漿拍形攪拌槳拍形中黏度物料糖漿框形攪拌槳框形低黏度物料稀蛋白液第二節(jié)液體混合機械與設(shè)備一、固體混合的應(yīng)用應(yīng)用場合：在食品加工中，固體混合操作常用于原料的配制及產(chǎn)品的制造，如谷物、面粉的混合、粉狀食品中添加輔料和添加劑、固體飲料的制造、湯粉的制造、調(diào)味粉的制造等等。第三節(jié)固體混合機械與設(shè)備(二)混合均勻度的表示方法混合物的混合均勻程度是衡量混合機性能好壞的主要技術(shù)指標(biāo)之一。通常用混合物中定量統(tǒng)計組分含量的變異系數(shù)CV（%）來衡量。變異系數(shù)是指混合物中定量統(tǒng)計組分的含量偏離配方要求含量的程度。

經(jīng)過充分混合后，混合物為無秩序的，不規(guī)則排列的隨機完全混合狀態(tài)。這時，在混合物內(nèi)任意處的隨機取樣中，同一種組分的摩爾分?jǐn)?shù)應(yīng)該接近一致。從混合機中取n個樣品，每個樣品中定量統(tǒng)計組分的摩爾分?jǐn)?shù)分別為X1X2…XN，當(dāng)測定次數(shù)為有限次數(shù)n時，定量統(tǒng)計組分摩爾分?jǐn)?shù)的算術(shù)平均值為：標(biāo)準(zhǔn)偏差為：則變異系數(shù)為：混合物的變異系數(shù)愈大，則混合均勻程度愈差。第二節(jié)固體混合機械與設(shè)備（三）混合過程由混合特性曲線可以看出固體混合過程分為三個階段：（1）初始階段對流混合為主，離析作用不明顯。（2）混合均勻階段對流混合和擴散混合共同作用（3）平衡階段達到動態(tài)平衡圖7-13混合特性曲線圖1—混合初始階段；2—混合均勻階段；3—平衡階段第二節(jié)固體混合機械與設(shè)備第三節(jié)固體混合機械與設(shè)備二、固體混合機械與設(shè)備（一）固定容器式混合機固體混合機按混合操作型式，可分為間歇操作式和連續(xù)操作式?；旌先萜鞯倪\動方式不同，可分為固定容器式和回轉(zhuǎn)容器式。固定容器式混合機1．臥式螺帶式混合機2．雙軸槳葉式混合機3．立式攪龍混合機4．行星攪龍式混合機特征：容器固定。內(nèi)部設(shè)有回轉(zhuǎn)的攪拌槳葉或絞龍螺旋，強制性地分散、切斷物料。物料在容器內(nèi)有確定的流動方向，屬于對流混合。適用于物料的性質(zhì)差別較大及混合比較大、混合精度要求高的場合。由于容器固定，物料進出方便，有些類型的固定容器式混合機可以實現(xiàn)連續(xù)操作。1．臥式螺帶式混合機臥式螺帶式混合機的結(jié)構(gòu)如圖7-14所示，由攪拌器、混合室、傳動機構(gòu)等組成。螺帶式混合機的內(nèi)部有螺旋帶狀漿片，靠漿片的回旋來完成對物料的混合。圖7-14臥式螺帶式混合機第三節(jié)固體混合機械與設(shè)備雙螺帶：在驅(qū)動軸上裝有兩條螺旋方向相反的螺帶，兩條螺帶外緣回轉(zhuǎn)半徑不同，回轉(zhuǎn)半徑大的稱為外螺帶，回轉(zhuǎn)半徑小的稱為內(nèi)螺帶。當(dāng)驅(qū)動軸旋轉(zhuǎn)時，兩條螺帶同時翻動物料，并且內(nèi)、外螺帶對物料的翻動速度不同，有利于物料的徑向混合，同時內(nèi)外螺帶反向旋轉(zhuǎn)，推動物料在混合容器內(nèi)反復(fù)運動，產(chǎn)生較強烈的軸向混合，大大增強了混合效果。2．雙軸槳葉式混合機（1）雙軸式槳葉混合機的結(jié)構(gòu)如圖7-15所示，由混合室、轉(zhuǎn)子、及傳動系統(tǒng)等組成。（2）雙軸槳葉式混合機的轉(zhuǎn)子上焊有多個不同角度的槳葉，兩個轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，槳葉帶動物料沿機槽內(nèi)壁作逆時針旋轉(zhuǎn)的同時，帶動物料沿軸向作左右翻動。圖7-15雙軸槳葉式混合機示意圖第三節(jié)固體混合機械與設(shè)備2、垂直螺旋混合機結(jié)構(gòu)：容器為立式，容器中央設(shè)有螺旋狀的驅(qū)動軸（垂直螺桿）。軸的四周是一個套筒，容器上部設(shè)有一塊由驅(qū)動軸帶動的甩料板。工作過程：工作時，螺旋狀驅(qū)動軸將物料從套筒底部提升至上部，在甩料板的旋轉(zhuǎn)作用下被拋落到容器周圍慢慢落下，至底部后又被螺旋狀驅(qū)動軸提升。如此循環(huán)往復(fù)，直至混合到預(yù)定程度，由下部的出料口排出。3．立式攪龍混合機4．行星攪龍式混合機（1）行星攪龍式混合機由混合室和行星攪龍及傳動系統(tǒng)等組成。第三節(jié)固體混合機械與設(shè)備混合容器呈倒圓錐形，螺旋輸送機沿圓錐的母線置于容器的內(nèi)部。容器的上部設(shè)有驅(qū)動裝置帶動螺旋輸送機回轉(zhuǎn)，螺旋輸送機在搖臂的帶動下邊自轉(zhuǎn)邊沿圓錐的內(nèi)表面慢慢地公轉(zhuǎn)。在食品工業(yè)中應(yīng)用廣泛，如奶粉、小麥粉、砂糖、咖喱粉等的混合均可使用。某些食品物料在混合操作中需要加熱或冷卻時，可在混合容器上設(shè)水套。（二）旋轉(zhuǎn)容器式混合機旋轉(zhuǎn)容器式混合機1.圓筒型混合機2.雙錐型混合機3.Ｖ型混合機4.正方型混合機第三節(jié)固體混合機械與設(shè)備特征：容器旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)容器內(nèi)部無攪拌工作部件。正常工作時，容器內(nèi)物料在容器的帶動下向上運動，然后在自重下回落，造成上下翻動和側(cè)向運動，從而不斷進行擴散，達到混合的目的。機構(gòu)簡單，混合效果良好，因此應(yīng)用廣泛，可以實現(xiàn)間歇操作。1.圓筒型混合機一種是水平型混合機，其圓筒容器水平放置，驅(qū)動軸和圓筒中心線重合。特點：混合不徹底、效率低，一般不采用。另一種是傾斜型混合機，圓筒容器傾斜放置，驅(qū)動軸和圓筒中心線成一個小的夾角，混合效果好。轉(zhuǎn)速一般40-100r/min.適用于調(diào)味料及啤酒的原料麥芽等混合。第三節(jié)固體混合機械與設(shè)備2.雙錐型混合機

容器由兩個錐底相連的圓錐體構(gòu)成，驅(qū)動軸固定于錐底部分，一個錐頂為原料入口，另一個為混合物料的出口。優(yōu)點：易流動、混合快、物料排出徹底。錐角有60°、90°兩種。轉(zhuǎn)速為5-20r/min.工作原理：雙錐型混合機第三節(jié)固體混合機械與設(shè)備3.Ｖ型混合機又稱雙圓交型混合機。由兩個傾斜的圓筒組成，兩圓筒交角為60?-90?，由于容器的非對稱性，操作時物料時聚時散，產(chǎn)生比雙錐型混合機更好的混合效果。操作時物料的混合效果要好。V型混合機的裝量容積為體積的10%-30%，工作轉(zhuǎn)速為6-25r/min,混合時間為4min/次。適用：干粉狀食品（面粉、奶粉等）的混合。

第三節(jié)固體混合機械與設(shè)備4.正方型混合機回轉(zhuǎn)容器為正方體，旋轉(zhuǎn)軸與正方體對角線相聯(lián)?；旌蠙C工作時，物料在容器內(nèi)受到三維以上的重疊混合作用，沒有混合死角，因而混合速度快。與V型混合機、雙錐式混合機相比，正方體型混合機混合性能更好，但生產(chǎn)能力較小。正方體型混合機第三節(jié)固體混合機械與設(shè)備適用：咖啡等貴重物料的混合。（三）固體混合機的選擇1、通常在選型時從混合操作目的以及混合要求達到的最終混合均勻度的角度考慮。2、從混合操作的角度考慮，產(chǎn)品品種規(guī)格經(jīng)常變動、批量操作之間需要清洗的場合，選擇容器回轉(zhuǎn)式混合機。混合機選擇還必須考慮設(shè)備的操作可靠性以及設(shè)備使用的經(jīng)濟性。3、進行混合機選擇時：首先根據(jù)混合工藝，確定混合機的操作方式，采用連續(xù)式操作還是采用間隙式操作；然后根據(jù)混合物料特性，確定混合機的類型，采用容器回轉(zhuǎn)式混合機還是采用容器固定式混合機；最后根據(jù)生產(chǎn)處理量，確定混合機的產(chǎn)量及型號。第三節(jié)固體混合機械與設(shè)備第四節(jié)固液混合機械與設(shè)備調(diào)和機主要加工高粘度糊狀物料及粘滯性固體物料。完成在粉狀物料中加入少量液體，在高粘度物料中加入少量粉體、液體，形成均勻的塑性物料或膏、糊狀混合物等工藝操作。完成捏合、充氣等操作。調(diào)和機械廣泛應(yīng)用于焙烤食品及糖果、人造奶油、魚肉制品和混合干酪的生產(chǎn)中。調(diào)和機械所處理的物料大多數(shù)是粘度極高的漿體或塑性固體。流動性極小，攪拌器造成的物料局部運動不能波及到整個容器，所以靠對流混合、擴散混合和剪切作用同時發(fā)生。調(diào)和操作依賴于攪拌器與物料之間的充分接觸，攪拌器的運動范圍須遍及調(diào)和容器的各個部位。其作用面積和轉(zhuǎn)速隨物料的粘度而異，物料粘度越高，攪拌器的作用面積越大，轉(zhuǎn)速越慢。第四節(jié)固液混合機械與設(shè)備雙臂捏合機是由兩根攪拌臂作回轉(zhuǎn)運動的捏合機。主要由轉(zhuǎn)子、混合室及驅(qū)動裝置組成（如圖7-20所示）圖7-20雙臂捏合機圖7-21轉(zhuǎn)子安裝形式（a）相切式；（b）相疊式第五節(jié)氣液混合機械與設(shè)備食品加工中最常見的氣液混合主要是碳酸飲料生產(chǎn)過程的碳酸化操作。影響二氧化碳的溶解度的主要因素有壓力、溫度、氣液兩相接觸面積、接觸時