哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品機(jī)械第1章攪拌機(jī)

食品機(jī)械

哈爾濱商業(yè)大學(xué)第一章攪拌機(jī)械第一節(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(dá)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(qiáng)化熱交換過程三、混合的對象（1）牛頓流體

液—液混合物

固—液混合物（2）非牛頓流體

高粘度糊狀物粘滯性面團(tuán)（3）干散物料混合機(jī)攪拌機(jī)調(diào)和機(jī)第二節(jié)攪拌機(jī)

一、攪拌機(jī)結(jié)構(gòu)與組成

組成：攪拌器電動機(jī)減速器排料管容器擋板適用物料：低粘度物料二、混合機(jī)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(jī)械能傳給液體物料造成液體的流動，屬強(qiáng)制對流。包括兩種形式：（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：旋渦的對流運動液體層界面強(qiáng)烈剪切旋渦擴(kuò)散

對流混合速度取絕被混合物料的湍動程度，湍動程度混合速度

液體分子間的運動微觀混合2、分子擴(kuò)散混合

作用：形成液體分子間的均勻分布對流混合可提高分子擴(kuò)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(dá)到混合的目的。高粘度過物料混合過程，主要是剪切作用。主體對流渦流對流宏觀混合三、混合效果的度量ABABab1、調(diào)勻度I

設(shè)A、B兩種液體，各取體積vA及vB置于一容器中

容器內(nèi)液體A的平均體積濃度CA0為：經(jīng)過攪拌后，在容器各處取樣分析實際體積濃度CA，比較CA0、CA，若各處CA0=CA則表明攪拌均勻若各處CA0=CA則表明攪拌尚不均勻，偏離越大，均勻程度越差。（理論值）

引入調(diào)勻度衡量樣品與均勻狀態(tài)的偏離程度定義某液體的調(diào)勻度I為：或（當(dāng)樣品中CA

CA0時）（當(dāng)樣品中CA

CA0時）顯然I

≤1

若取m個樣品，則該樣品的平均調(diào)勻度為當(dāng)混合均勻時2、混合尺度設(shè)有A、B兩種液體混合后達(dá)到微粒均布狀態(tài)ABABab

設(shè)備尺度混合尺度微團(tuán)尺度分子尺度

在設(shè)備尺度上：兩者都是均勻的（宏觀均勻狀態(tài)）在微團(tuán)尺度上：兩者具有不同的均勻度在分子尺度上：兩者都是不均勻的當(dāng)微團(tuán)消失

分子尺度的均勻或微觀均勻兩種狀態(tài)

如取樣尺寸遠(yuǎn)大于微團(tuán)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(tuán)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，說明單平調(diào)勻度不能反映混合物的均勻程度四、攪拌機(jī)主要結(jié)構(gòu)1、攪拌器攪拌器由電動機(jī)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：促進(jìn)混合

軸向分量經(jīng)向分量切向分量當(dāng)，槳對中安裝，n液體繞軸整體旋轉(zhuǎn)，不利于混合a、流型：軸流型，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，≤2000cp。d、槳轉(zhuǎn)速較高，圓周速度u=5～15m/sn=100～500rpme、dj=(0.2～0.5)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)：（2）渦輪式攪拌器

相似于無殼的離心泵組成：圓盤、軸、葉片（4～8）特點：①流型：徑向流型伴有軸向流切向流②有兩個回路③易產(chǎn)生“分層效應(yīng)”（不適于混合含有較重固體顆粒懸浮液）④dj=（0.2~0.5)D(0.33居多)dj

：L：b=20：5：4⑤適合混合中低粘度的物料，

≤5000cu=4-8m/sn=10-300rpm。⑥回路較曲折，出口速度大，湍動程度強(qiáng)剪切力大，可將微團(tuán)細(xì)化。（3）槳式攪拌器當(dāng)攪拌器提供的機(jī)械能因粘性阻力而消耗湍動程度主體流動范圍例：同一規(guī)格的渦輪式攪拌器，混合不同粘度的物料，混合效果差別很大。

水的攪動范圍為4D當(dāng)＞5000cp時，其攪動范圍為0.5D，離槳較遠(yuǎn)處流體流動緩慢，甚至靜止，混合效果不佳。∴當(dāng)時，應(yīng)采用Dn的槳①槳葉尺寸大,dj/D=0.5～0.8寬度大,b：dj=0.1-0.25②轉(zhuǎn)速低,u=1.5～2m/s;n=1～100rpm③流型：徑向流切向流如槳葉傾斜，可產(chǎn)生小范圍軸向流④適合低粘度物料μ＞5000CP⑤當(dāng)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：（4）錨刪式攪拌器結(jié)構(gòu)：特點：①適合μ可達(dá)10000cp②dj/D=09-0.98;b/D=0.1;h/D=0.48-1③轉(zhuǎn)速u=0.5-1.5m/sn=1-100rpm④攪動范圍大,不會產(chǎn)生死區(qū)⑤流型：主要是切向流基本不產(chǎn)生軸向流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(shè)計容器壁厚按壓力容器設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)條件進(jìn)行設(shè)計。（3）容器容量及結(jié)構(gòu)尺寸

①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—液相H/D=1.7～2.5發(fā)酵容器攪拌容器裝滿程度用裝滿系數(shù)η表示

η=Vg/V式中:Vg----實際盛裝物料的容積

V---容器全容積

η=0.6-0.85如攪拌過程中起泡沫或呈沸騰狀態(tài)

η=0.6-0.7(取低值)當(dāng)物料反映平穩(wěn)或粘度較大時

η=0.8-0.85(取高值)②攪拌容器裝料量③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=Vg/η代入注:D應(yīng)圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑容器高度計算:式中:v—

封頭部分容積∴注:H應(yīng)圓整校核:H/D及η值是否在推薦范圍內(nèi)3、擋板

（1）打漩當(dāng)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①幾乎不存在軸向混合，會出現(xiàn)分離現(xiàn)象②液面下凹，有效容積降低。③當(dāng)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(jī)械振動（3）常見消除打旋的方法

①偏心安裝

②傾斜安裝③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(shè)擋板（4）擋板的結(jié)構(gòu)與作用結(jié)構(gòu)假設(shè)擋板作用：①消除打旋②將切向流改變?yōu)檩S向流和徑向流③增大液體的湍動程度Wb—擋板寬度dj—液輪直徑nb—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

是否所有液體攪拌機(jī)無論混合物料的粘度多大都應(yīng)加設(shè)擋板？

A、低粘度物料，轉(zhuǎn)速較高，槳對中按裝時，應(yīng)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（μ=12000cp）流體粘度足以抑制打旋，可不加擋板4、軸封

（1）填料密封特點：①結(jié)構(gòu)簡單②成本低③對軸磨損大④摩擦功耗大⑤需經(jīng)常調(diào)解泵軸泵殼密封填料(盤根)壓蓋（2）機(jī)械密封

特點：①密封可靠②對軸無磨損③摩擦功耗小④使用壽命長⑤無需調(diào)整⑥結(jié)構(gòu)復(fù)雜⑦成本高5、傳動系統(tǒng)

組成：電機(jī)、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)：dj、D、H、Wb

運動參數(shù)：n

物性參數(shù)：ρ、μ

影響功率因素：N=f(n,dj,ρ,μ,g)找出無因次數(shù)群攪拌功率關(guān)聯(lián)式式中：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(zhǔn)數(shù)：雷諾準(zhǔn)數(shù)：弗魯?shù)聹?zhǔn)數(shù)：用因次分析法找出三者之間的關(guān)系用式中：φ—功率因素當(dāng)加設(shè)擋板時，消除打旋，Y=0,Fr=1.∴φ=Np=kRex

對數(shù)式：logNp=logK+XlogRe

以φ或Np為縱坐標(biāo)，以Re為橫坐標(biāo)繪制功率曲線（1）Re<10時，(層流區(qū)）為直線,斜率為-1∴l(xiāng)ogNp=logK－logRe

將Np,Re代入得N=Kn2dj3

試驗測得：k≈1當(dāng)n=C，N∝μ.dj3（2）10<Re<104時，(過渡流區(qū)）（3）Re>104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用該曲線計算第三節(jié)調(diào)和機(jī)一、概述1、調(diào)和機(jī)混合對象粘性高的非牛頓物料2、∵μa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(dá)到混合的目的?！擀蘟流動性∴要求調(diào)和機(jī)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(jī)不同。注意：3、分類：

按操作主要用途及習(xí)慣分：打蛋機(jī)調(diào)和機(jī)（調(diào)粉機(jī)或和面機(jī)）二、打蛋機(jī)1、打蛋機(jī)結(jié)構(gòu)工作原理組成：電動機(jī)、傳動系統(tǒng)、攪拌器、攪拌容器、容器升降機(jī)構(gòu)、機(jī)座等2、攪拌器（1）攪拌頭組成：1—內(nèi)齒輪2—行星輪

3—轉(zhuǎn)臂4—攪拌槳公轉(zhuǎn)與自轉(zhuǎn)之間的關(guān)系nz

—

攪拌槳自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速（150～500rpm)nG—

攪拌槳公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速（70～270rpm)（2）攪拌槳3、調(diào)和容器及容器升降機(jī)構(gòu)

材料：不銹鋼容器升降機(jī)構(gòu)4、傳動系統(tǒng)

作業(yè)：已知：n電=1450rpm

帶輪直徑:D小=120mm、D大=240mm

齒輪齒數(shù)如圖示求：攪拌器的三種自轉(zhuǎn)與公轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速？三、調(diào)粉機(jī)

1、概述（1）適用對象:粘度較高的物料，如：各種面團(tuán)功率消耗大；工作轉(zhuǎn)速較低

n=20～80rpm,常用：n=30～40rpm

（2）面團(tuán)種類：①液體面漿：水調(diào)和粘度常用打蛋機(jī)②酥性面團(tuán)：含油含水面筋含量彈性可塑性③韌性面團(tuán)：含油含水面筋含量彈性可塑性④水面團(tuán)：油水調(diào)和面筋含量彈性可塑性調(diào)粉機(jī)按容器軸線分臥式：容器軸線水平單軸式雙軸式切分式重疊式立式：容器軸線垂直（3）分類2、臥式調(diào)粉機(jī)

組成：攪拌槳、容器、傳動系統(tǒng)、容器翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、機(jī)架等調(diào)粉機(jī)：

臥式雙軸重疊式

4變速可翻轉(zhuǎn)調(diào)粉機(jī)：

臥式雙軸溫控冷卻水套3、攪拌槳不同形式的攪拌槳：攪拌效果適合面團(tuán)功率消耗調(diào)和時間不同

（1）Z形與∑形攪拌器整體鍛造強(qiáng)度大有利于面筋形成水面團(tuán)、韌性面團(tuán)

（2）槳葉式攪拌器對面團(tuán)有剪切作用，不利于面筋形成酥性面團(tuán)

（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(tuán)、韌性面團(tuán)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,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10～20mm4、調(diào)和容器5、攪拌功率目前尚無理論計算公式，有關(guān)和面機(jī)技術(shù)條件規(guī)定：

N空≤25%N電機(jī)額定功率

N負(fù)載≥

N

額定功率推薦不同容量調(diào)粉機(jī)功率調(diào)粉機(jī)容量（kg)配用電機(jī)功率（kw)2550751002.23.04.05.56、立式調(diào)粉機(jī)混合對象：固體物料（松散性↑流動性↑）如：谷物、面粉等種類：回轉(zhuǎn)容器型、固定容器型二、回轉(zhuǎn)容器型第四節(jié)混合機(jī)一、混合機(jī)理三、固定容器型

均質(zhì)是一種特殊的混合操作，包括粉碎、混合雙重作用。作用：

通過乳化均質(zhì)處理，使兩種通常不相容的液體進(jìn)行密切混合，使一種液體粉碎成為極細(xì)微?；蛐∫旱?，分散在另一種液體中，其產(chǎn)物為乳狀液。應(yīng)用：乳品、果汁、冰激淋等。

第五節(jié)均質(zhì)機(jī)

一、均質(zhì)及均質(zhì)操作的作用1、剪切學(xué)說：二、均質(zhì)