混合和搅拌及均质机械与设备.ppt

混合和搅拌及均质机械与设备,于宙合肥学院,搅拌器一搅拌的目的强化传热、传质、强化化学反应，取得一种均匀混合物。二、搅拌方法机械搅拌-利用搅拌器进行搅拌；气流搅拌-利用压缩空气进行搅拌；超声波搅拌利用超声波的作用进行搅拌；三搅拌器的类型与构造：根据浆叶构造的特征，可分成四类：平浆式搅拌器、旋浆式搅拌器、涡轮式搅拌器、特种搅拌器。,平浆式搅拌器：是最常用的一种，用于粘稠性和一般液体物料搅拌。在结构上最简单，浆叶装置成与旋转方向相垂直，或与旋转的方向成一倾斜角（45度以下）（当叶面与容器底面平行时，由于不能使物形成涡流，搅拌效果差；当叶面与旋转方向垂直时，造成阻力又很大。因此通常都使浆叶与旋转方向成一夹角，减小了阻力，提高了搅拌效果。）当轴沿浆叶倾角方向转动时，可搅起沉渣，反之可使悬浮物搅拌至底部。,浆叶固定在轴上的方法有四种：（1）焊接法：制造方便，但强度不大，拆卸困难，常用于直径小的容器中。（2）螺钉连接法：螺钉把浆叶固定在轴上，中间有垫片。当轴是圆形时，主要靠浆叶与轴的摩擦力而使浆叶旋转，拆卸方便，但功率大时，容易产生滑动，故只适用于功率小的场合。（3）方轴、螺钉连接，目的是克服浆叶与轴的滑动，但方轴加工不便，浆叶与轴的连接也比较麻烦。,（4）键固定法：浆叶焊在轴套上，轴套与轴之间销以键固定，能克服以上缺点，被广泛采用，为了使搅拌更有效，可装置好几排浆叶，每一排上浆叶为两个或四个，相邻两排浆叶应互相垂直，以增加搅拌效率，浆叶的大小约为容器直径的1/32/3，宽度为长度的1/101/6。转速一般为2080转/分，低速搅拌。特点：构造简单，搅拌效果良好。注意：当叶面与容器底面平行时，由于不能使物料形成涡流，搅拌效果差；当叶面与旋转方向垂直时，造成阻力又很大。因此通常都使桨叶与旋转方向成一夹角，,框式搅拌器：其与浆式的完全相似，其水平浆叶用垂直的浆叶把它们彼此联成一起，成为钢性的框子。这样的结构比较坚固，适用于高浓度的物料，框的大小取容器直径的2/39/10倍。浆叶式搅拌器的转速较慢，所产生的液流除斜浆外主要为径向户切线速度。液体流离浆叶之后，外趋近器壁，然后向上或向下折流。可以从容器壁上除去结晶或沉淀物时，或利用搅拌作用，把已受热的容器附近的物料搅拌至其它地方，可将浆叶外缘作成与容器内壁形状相一致。其间间隙甚小，就成为锚式搅拌器，在夹套加热器用的较多。,浆叶的外形与容器底的轮廓相似，浆叶外缘至容器底部的距离要适当，以3050mm为宜，但由于高浓度物料搅拌时只能取5mm，这时要求加工及安装的精度却高，不然外片可能碰上器壁而损坏设备。液流的径向速度较大，而轴向速度甚低，为了加强轴向混合，并减小因切线速度所产生的表面旋涡，通常加装挡板。浆式搅拌器的主要特征是：1、混合效率较差；2、局部剪器效应有限，不易产生乳化作用。3、因为浆叶易于制造和更换，适宜于有特殊触液材料要求的料液（主要是金属污染和腐蚀问题）。,涡轮式搅拌器：其结构与离心泵的叶轮相似（叶片多而短），安装在中央的旋转轴上，以较高的速度旋转，一般转速为1002000rpm。平直叶片产生强烈的径向和切线流动，通常加挡板以减小中央旋涡，同时增强因折流而起的轴向流，工作时，搅拌液沿轴线由中心孔而进入轮内，有各小叶片工作因而加热，然后再以高速度抛出。涡轮式搅拌器适宜处理多种物料，对中等粘度的物料特别有效。,旋浆式搅拌器：由23片旋转浆所组成，浆叶是用螺母固定在轴上，螺母的拧紧方向与浆叶旋转方向相反，旋浆的直径为容器直径的0.20.3倍，搅拌浆的转速一般为3001000rpm。液体作螺旋状运动，旋桨使液体受到强烈的切割或剪切，由于流动非常强烈，这种搅拌器适合用大容器低粘度的液体的搅拌。,特殊形式-行星搅拌器行星传动搅拌器旋转浆的轴，不仅自转，而且还绕容器旋转。其优点是搅拌速度很高，传热导数高，缺点是结构复杂。适用于搅拌粘稠性的液体。,二搅拌器的功率计算：搅拌器所消耗的功率分为启动功率和运转时克服摩擦阻力消耗功率。启动功率一般近似取其等于运转功率的23倍。,食品粉碎,粉碎、微粉碎与超微粉碎冷冻粉碎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到切断、切碎效果的单元操作。,粉碎：利用机械或流体动力的方法克服固体内部凝聚力使之破碎的单元操作。微粉碎：原料粒度510mm，成品粒度100m以下。超微粉碎：原料粒度0.55mm，成品粒度1025m以下。,锤式粉碎机械,分类：按粉碎机的进料方向，可分为切向喂料式、轴向喂料式和径向喂料式3种,这种粉碎机利用高速旋转的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。,超微粉碎的特点,速度快可低温粉碎粒径细且分布均匀节省原料，提高利用率减少污染,超微粉碎的原理,通过对物料的冲击、碰撞、剪切、研磨等手段，施于冲击力、剪切力或几种的复合作用，达到超细粉碎的目的。其工艺过程有一次粉碎和二次粉碎。,超微粉碎的应用,通过对纤维的微粒化，能明显改善纤维食品的口感和吸收性，从而使食物资源得到了充分的利用，而且丰富了食品的营养。动物骨、壳、皮等通过超微粉碎后得到的微粉属有机钙，比无机钙容易被人体吸收、利用。蟹壳、虾壳、蛆、蛹等的超微粉末可用作保鲜剂、持水剂、抗氧化剂等，改性后还有许多其他功能特性。,改善食品品质，改变传统工艺，降低生产成本软饮料加工：茶粉、植物蛋白饮料等巧克力生产：巧克力配料的精磨中药生产：促进药材成分的溶出，提高药效水产品深加工和水产饲料生产,一次粉碎就是在一台设备上同时完成粉碎、筛选、分离、再粉碎的过程。二次粉碎是先对物料进行粗粉碎，然后再采用超细粉碎机完成超细粉碎加工，其工艺流程大致为：原料筛选清选干燥粗粉碎超细粉碎风选分级超细粉体产品。,超微粉碎,以压缩空气或过热蒸汽，通过喷嘴产生的超音速高湍流气作为颗粒的载体，颗粒与颗粒之间或颗粒与固定板之间发生冲击性积压、磨擦和剪切等作用从而达到粉碎的目的。,气流磨,AB10型气流粉碎机,2AB10型气流粉碎机,气流粉碎机的特点,由于喷嘴处气体膨胀而造成较低温度，加之大量气流导入产生的快速散热作用，因而用于低熔点和热敏性材料的粉碎；可在无菌情况下操作；被压缩的空气在粉碎室内膨胀，产生的冷效应与粉碎时产生的热效应可相互抵消。,超微粉碎的方法,借助与运动的研磨介质(磨介)所产生的冲击，以及非冲击式的弯折挤压和剪切等作用力，达到物料颗粒粉碎的过程。磨介式粉碎过程主要为研磨和摩擦，即挤压和剪切。其效果取决于磨介的大小、形状、配比、运动方式、物料的填充率、物料的粉碎力等特性。,球磨机,搅拌磨,振动磨,磨介式,球磨机,振动磨,搅拌磨,转辊式粉碎机,转辊式粉碎机利用转动的辊子产生摩擦、挤压或剪切等作用力，达到粉碎物料的目的。根据物料与转辊的相对位置，转辊式粉碎机有盘磨机和辊磨机等专用设备。,（一）盘磨机（二）辊式磨粉机,常见碾辊盘磨机,磨盘固定式：如右图，由两个碾辊和一个磨盘组成。当碾轮绕着立轴和其本身的横轴转动时，物料就在碾轮与磨盘之间受挤压和研磨力而被碾碎。,辊式磨粉机的主要工作机构是磨辊，有一对或两对，分别称为单式和复式辊式磨粉机。传动部分主要给磨辊提供工作动力，使两磨辊作相对方向的转动，其中一个为快辊，另一个为慢辊。,冷冻粉碎,利用物料在低温状态下的“低温脆性”，即物料随温度的降低，其硬度和脆性增加，而塑性和韧性降低。在一定温度下用一个很小的力就能将其粉碎。,冷冻粉碎的原理,物料的“低温脆性”与玻璃化转变现象密切相关。首先使物料低温冷冻到玻璃化转变温度或脆化温度以下，再用粉碎机将其粉碎。在食品和农产品快速降温过程中，会造成内部各部位不均匀的收缩而产生内应力，在内应力的作用下，物料内部薄弱部位微裂纹，并导致内部的结合力降低。在外部较小作用力就使内部裂纹迅速扩大而破碎。,原料前处理低温冷冻真空升华干燥产品后处理对含油脂、糖分、水分多的物料特别有效,冷冻粉碎的工艺流程,谢谢观赏！,均质机目的：破碎物料中的小微粒，得到均匀混合物提高产品质量。如牛奶加工使脂肪球破裂，促进人体对脂肪的消化，提高乳的稳定性（不发生如油与脱脂奶的分层现象），果汁生产使小微粒破碎，减少沉淀等。均质机按构造分类有：高压均质机、离心均质机、超声波均质机三种。,生产型均质机,WSK卧式高效全能珠磨机,Crushinginballmill珠磨法,ZM系列卧式密闭珠(砂)磨机,在珠磨法中，细胞的破碎率也能用一级速率方程式表示：ln1/(1-R)=KtK破碎速率常数；t停留时间；R破碎率破碎速率常数K与许多操作参数有关，如搅拌转速、料液的循环流速、细胞悬浮液的浓度、小珠的装置和珠体的直径以及温度等。,单次通过,储存器,高压匀浆器,单次通过,Xf=KnXo,Xf:经过一次破碎后料液中未破碎的细胞浓度XO:经过破碎后料液中未破碎的细胞浓度K：经过一次破碎后料液中残余的细胞分数n：料液的匀浆次数,WP=n,P：匀浆速度W：料液通过匀浆阀的速度,批次循环,储存器,高压匀浆器,批次循环,Xf=eXo,V:储存器中料液体积,V-w(1-k)tP=tXflnXo,T：时间,-w(1-k)tV,边循环放料边,储存器,高压匀浆器,边循环放料边,Xf1=Xo,I:放料速度,W1（-1）+1IK,W（1-K）P=I=,XO（-1）KXf,高速分散机、高速均质机,分散机、均质机,胶体磨,胶体磨的工作原理是:流体或半流体物料受离心力的作用，强制通过在高速相对运动的定子与转子之间进行剪切、磨擦、高频震动，有效地进行粉碎、乳化、均质、分散、混合等获得精细加工的物料。,高压均质机,结构：高压均质机主要由高压泵和均质阀所组成。,均质阀原理图,工作原理：剪切理论：当高压物料在阀盘与阀座间流过时，在缝隙中心流速最大（150-200m/s）。而附于盘和座上的物料为零，则形成了急剧的速度梯度，而产生强烈的剪切力，使液滴发生变形和破裂达到乳化均质。撞击学说：由于三柱塞往复泵的高压作用，使流体中的脂肪球和均质阀发生高速撞击现象，因而使料液中的脂肪球破裂。,超声波破碎法,超声波：超声波是指频率超过人耳可听范围(1620kHz)的波为超声波。通过超声波的作用，使细胞结构解体，而使细胞破碎。一般由超声波发振器、振动子和喷嘴三部分组成。超声波破碎的效果与样品浓度、超声波频率、输出功率相破碎时间有密切关系。超声波破碎多用于微生物细胞的破碎。,2.Ultrasonication超声波,超声波破碎仪,其他均质机,喷射式均质机1操作原理利用蒸汽或压缩空气流来供给物料均质的能量，借高速运动的物料颗粒间相互碰撞或使颗粒与金属表面高速撞击，使颗粒粉碎成更细小的粒子，而达到均质的目的。2生产流程3、优缺点设备结构简单，尤其是无运动部件，操作和维修容易，但由于料液和蒸汽直接混合，给产品带来异味。这种设备虽然可以应用于各种强度的固体物料的均质，但对于