食品机械设备2018年复习纲要

第一章 搅拌机械第一节一、搅拌操作 依靠外力使被搅拌物质产生流动，以达到两种或两种以上物质在彼此之中相互均布的一种操作。二、搅拌的基本目的（1）取得均匀的混合物（2）强化热交换过程三、混合的对象（1）牛顿流体（搅拌机） m 液液混合物 固液混合物（2）非牛顿流体（调和机）（粘度高的非牛顿流体） m 高粘度糊状物 粘滞性面团（3）干散物料（混合机）（固体物料、如谷物面粉等等）一般机械的设计过程：市场需求、原理方案设计、确定主要参数（动力参数、运动参数、结构参数）、进行相应的结构设计、零件图装配图的制作、样机的实验、改进、小批量生产。第二节 搅拌机（适用物料：低粘度物料）一、搅拌机结构与组成组成：搅拌器 电动机 减速器 排料管 容器 挡板二、混合机理（利用低粘度物料流动性好的特性实现混合）1、对流混合在搅拌容器中，通过搅拌器的旋转把机械能传给液体物料造成液体的流动，属强制对流。包括两种形式：（1）主体对流：搅拌器带动物料大范围的循环流动（2）涡流对流：旋涡的对流运动2、分子扩散混合3、剪切混合剪切混合：搅拌桨直接与物料作用，把物料撕成越来越薄的薄层，达到混合的目的。三、搅拌机主要结构（1）旋桨式搅拌器（类似于无壳的轴流泵）特点：a、流型：轴流型，以轴流混合为主，伴有切向流，径向流，湍动程度不高。b、循环量大，适用于宏观混合c、适用低粘度物料混合，m2000 cp。d、桨转速较高，圆周速度u=5-15m/s n=100-500rpme、dj=(0.2-0.5)D (以0.33居多)（2）涡轮式搅拌器（相似于无壳的离心泵）特点：流型：径向流型伴有轴向流切向流有两个回路易产生分层效应，不适于混合含有较重固体颗粒悬浮液 dj =（0.2-0.5)D (0.33居多) dj ：L：b = 20：5：4适合混合中低粘度的物料， m5000cp u=4-8m/s n=10-300rpm。回路较曲折，出口速度大，湍动程度强，剪切力大，可将微团细化。（3）桨式搅拌器特点： 桨叶尺寸大, dj/D=0.5-0.8 宽度大, b：dj=0.1-0.25 转速低,u=1.5-m/s ; n=1-100 rpm 流型：径向流切向流、桨叶倾斜，可产生小范围轴向流 适合物料粘度5000CP当容器内液位较高时，可在同一轴上安装 几个桨叶（4）锚删式搅拌器特点： 适合 可达10000cp d j/D=0.9-0.98 b/D=0.1 h/D=0.48-1 转速 u=0.5-1.5m/s n=1-100rpm搅动范围大,不会产生死区 流型：主要是切向流基本不产生轴向流浓度越高桨叶的转速越低3、挡板（1）打漩：当被搅拌液料出现沿圆周做整体旋转运动时，这种流动状态叫打旋。（2）打旋的危害几乎不存在轴向混合，会出现分离现象。液面下凹，有效容积降低。当旋涡较深时，会发生从液体表面吸气现象，引起液体密度变化或机械振动。（3）常见消除打旋的方法偏心安装 倾斜安装側壁安装加挡板（4）挡板的结构与作用作用： 消除打旋将切向流改变为轴向流和径向流增大液体的湍动程度是否所有液体搅拌机都应加设挡板？低粘度物料，转速较高，桨对中按装时应加挡板，挡板紧贴内壁中粘度物料，挡板离开壁面安装，防止死区。高粘度物料，=12000cp，粘度高，足以抑制打旋，可不加挡板有挡板,功率消耗增加,效果好。无挡板,功率消耗少,易打旋,效果差粘度越高，转速下降，不会使功率过大第三节 调和机一、概述1、混合效果主要依靠搅拌器与物料的直接接触作用达到混合的目的2、要求调和机的搅拌器必须经过容器的各个部位，以免造成混合不均的现象（区别于搅拌机）二、打蛋机2、搅拌器（1）搅拌头组成：1内齿轮 2行星轮 3转臂 4搅拌桨公转与自转之间的关系三、调粉机（不考）（1）适用对象；粘度较高的物料（3）分类：按容器轴线分卧式（容器轴线水平）单轴式、双轴式（切分式、重叠式）立式：容器轴线垂直第四节 混合机（看到混合机可以叫出名来）一、 概述分类：回转容器型、固定容器型二、 回转容器型V型高效混合机：用于流动性较好的干性粉状、颗粒状物料混合；W型系列混合机：本机对流动性较好的粉体及颗粒状进行混合；二维运动混合机三、 固定容器型第五节 均质机（精细加工）一、均质及均质操作的作用 均质是一种特殊的混合操作，包括粉碎、混合双重作用。作用：通过乳化均质处理，使两种通常不相容的液体，进行密切混合，使一种液体粉碎成为极细微粒或小液。二、均质机分类分类：高压均质机、胶体磨、喷射均质机、离心均质机、超声波均质机第二章 辊压机械辊压操作：由旋转的压辊，对物料施以挤压、摩擦，使通过辊隙的物料在此作用下形成一定形状、规格的操作。 第一节 辊压理论二、辊压参数1、物料辊压前后的变形量接触角（即物料变形区对应的中心角）D压辊直径e压辊间隙理论上e = h1 (压后高度)D（h）R绝对压下量：h = h0 h12、接触角压辊接触角和绝对压下量的关系hR3、变形系数(1)压下系数 =h1h0（ h0 h1 1 减小变形增大)（2）延伸系数=L1L0(L 0L1 1 增大延长量怎大)（3）宽展系数= b1b0(b 0b1 1)（4）、之间的关系(由理想辊压条件 V0=V1) 1 1 1三、辊压过程的运动计算(压后速度比压前速度块)第二次辊压出口速度：u2=2 u1= 12u0设经n次辊压： un= 12 nu0= 总u0 总1 unu0四、导入条件与压辊直径的确定（1）导入条件tg tg f tg （2）压辊直径确定由式可知当一定时，h 越大D 越大结构尺寸也就越大思考题：为什么连续辊压机中第一对压辊的直径一般较大，且开有沟槽？答：第一对辊子的绝对压下量h较大，导致压辊的直径较大，为减小压辊直径，开沟槽增加摩擦角，使压辊的直径减小，进而减小机构尺寸。五、横压力（不做要求）六、生产能力计算1、超前、滞后的概念物料的压后运动速度大于压辊的线速度，称物料相对压辊的超前。2、超前系数= ub 压辊线速度 u物料压后速度 uHcd截面物料线速度 超前角f摩擦系数两压辊反向运动，靠齿轮机构实现连接，需要较高的齿高，要有较大的模数，齿厚也会相应提高，齿宽扩大，承载能力提高，此时增加模数并不是为了增加承载能力。第二节 辊压机械一、 辊压机械的分类1、 按物料通过压辊的位置分为卧式压辊机、立式压辊机。2、 按操作性质分间歇式压辊机、连续式压辊机二、卧式辊压机2、辊隙调整（1）直线移动轴承座 （2）偏心套调整法（辊隙最大调节范围为：2e偏心量）6三、面包压片机（揉面机）是一种间歇式辊压机上输送带快第三章 面类食品成型机械（要求很简单，饼干与饼干机的连连看）一、 冲印饼干成型机适用品种：韧性饼干、苏打饼干、低油脂的酥性饼干连续式摇摆冲印成型特点：运动连续，成型质量高，生产率高，自动化程度高，结构复杂二、辊印饼干成型机（传动系统设计）适用品种：高油脂的酥性饼干特点：（1）加工酥性饼干，凸形花纹。（2）运动平稳，无振动。（3）结构简单 ，占地面积小（4） 无余料，不须 余料输送及分拣机构 三、辊切饼干成型机适用品种：韧性饼干、低油脂的酥性饼干。特点：生产能力大、运动平稳，无振动。四、 饼干折叠机与压片机协调工作，改善面坯内部结构，使内部各向应力分布均匀，回缩小，可加工很薄的饼干，切不易碎。五、 饼干喷油机布置在饼干出炉端，在饼干表面上喷洒上一层植物油。作用：改善口感，使饼干松脆。 改善色泽 增加保质期第三节 搓圆成型二、馒头成型机分类：对辊馒头机（馒头机成型辊，为同向转动。） 盘式馒头机 搓动全为同向，滚压是相反第四节 包馅成型一、饺子成型机 1、 调节面皮的厚薄：调节蓝色（？）控制内面嘴和外面嘴的间隙，改变面皮薄厚。2、 调节面量的多少：调节浅粉色（？）的轴向距离，以改变输面绞龙和外壁的间隙。第四章 换热器第一节 传热计算（略）第二节 换热器一、 换热器的分类混合式：热介质与加热物料直接接触间壁式：热介质通过金属板或管壁传热,热流体通过间壁将热量传递给冷流体，工业中应用极为广泛 蛇形管式换热器 套管式 优点：结构简单、能耐高压、制造方便、应用灵便、传热面易于增减。 间壁式 管式 缺点：单位传热面的金属消耗量很大，占地较大，故一般适用于流量不大、所需传热面亦不大及高压的场合。 列管式换热器 板式 板式换热器 螺旋板式换热器 夹套式换热器第二节 板式换热器一、板式换热器的应用与结构板式换热器在食品工业中主要应用于液体食品的换热1、板式换热器的组成2.板式换热器工作原理二、板式换热器的特点1、传热效率高2、结构紧凑，占地面积小，但传热面积大3、适应性强，当需改变工艺条件即生产能力时，只需增建板片数即可4、适宜处理热敏性物料5、便于清洗，拆卸方便6、卫生安全。7、热利用率高，可同时进行加热与冷却。8、连续生产，劳动强度低9、密封圈宜脱落、产生泄漏。三、传热片结构单侧直流板对角斜流板四、板式换热器的流程组合与表达方法1、板式换热器的流程（a）并联流程 11块板、5流体流道、单程总流道10、实际换热片9（b）串联流程 11块板、单流体流道、5程、 总流道10、实际换热片9（c）混联流程 21块板、5流体流道、2程、总流道20、实际换热片193、 流程组合表达式式中：n1、 n2热流体的程数 m1、 m2 冷流体的程数 a1、 a2 热流体每程的流道数 b1、 b2 冷流体每程的流道数上分子为热流体，分母未冷流体总传热片数=总流道数+1实际传热片数=总流道数-1六、板式换热器在工业生产中的应用板式换热器的杀菌流程（碟片式离心分离机）第四节 列管式换热器二、管程和壳程管程：一种流体通过管内流动，其行程称为管程壳程：另一种流体通过管外流动，其行程称为壳程三、列管式换热器分程布置六、列管式换热器的热膨胀补偿结构（）列管式换热器的热膨胀补偿结构的作用在列管式换热器中，由于管内外流体的温度不同，当温差较大时（超过），使壳体与管束的温差较大，换热器内部将出现很大的热应力，可能使管子弯曲，断裂或从管板上脱落，因此应采取适当的温度补偿措施，消除或减少热应力。（）列管式换热器的热膨胀补偿结构的形式1）固定管板式换热器的补偿圈补偿2）浮头式补偿3）U形管式补偿4）填料函式补偿第五章 容器设计（重点）一、容器的组成二、容器的分类1、按形状分（1）方形容器（2）圆筒形容器（3）球形容器2、按承压能力分（1）内压容器：容器内部压力大与外部压力的容器。（2）外压容器：容器内部压力小与外部压力的容器。（3）真空容器：容器内部压力小于一个绝对大气压的外容器。第二节 旋转壳体的受力分析1、无力矩理论概念（并不是没有力矩，只是产生的弯曲应力比拉应力小的多，工程上为简化计算，只考虑拉应力，忽略弯曲应力）2、旋转壳体的几何概念（要求一般壳体的第一第二曲率半径会计算）容器的壳体是由旋转壳体组成的（1）中间面（2）经线（3）纬线（平行圆）（4）第一曲率半径R1 第一曲率中心K1（5）法截线（6）第二曲率半径R2 第二曲率中心K2特殊壳体的第一、第二曲率半径球体：第一、第二曲率中心重合，即为球心 R1= R2 =R(球的半径)圆柱体：经线为直线， R1 = 经线为直线法截线与平行圆重合 R2= r(平行原半径即圆柱体半径）圆锥体：经线为直线， R1 = 椭圆形球体：（由于经线和法截线的曲率半径与各点的位置有关，x,b）3、微体平衡方程1、此方程式联系薄膜应力1和 2 内压 P，成为微体平衡方程式；称为拉普拉斯方程。2、区域平衡方程式。如仅有气压作用，则经向应力: 二、无力矩理论的应用（环向应力较大因此对径向，因此对纵向焊缝要求高；椭圆孔长轴在环向布置较好）1、受气压作用的壳体（1）圆筒形壳体 环向应力 径向应力（2）球形壳体环向应力=径向应力（3）锥形壳体 (4)椭球形壳体（掌握环向应力径向应力的分布特性）经向应力1、无论x为何值，10,即1都是拉应力2、顶点处（x=0、 y=b)顶点处1有最大值3、边缘处(x=a, y=0)边缘处1有最小值4、当a/b=2时环向应力1、顶点处：（x=0,y=b) 2、边缘处：（x=a,y=0)当a/b2时,为压应力；当a/b=2时,为压应力；- 2边缘= 2顶=PaS 三、边缘应力的 概念及无力矩理论的适用范围1、边缘应力的概念(要求举任何一个例子可画出边缘应力)边缘应力：在联接处，由变形不协调而产生的附加内力系所引起的应力。2、产生边缘应力的条件1)、连接的两个部分，受力后变形不同2)、连接的两个部分互相约束3、产生边缘应力的实例(1)壳体与封头联接处经线曲率有突变(2)壳体厚度有突变(3)圆筒体装有法兰、加强圈等刚性部件(4)壳体上有集中载荷（5）壳体上相邻两段材料性质不同组焊接在一起（6）壳体上相邻两段压力与温度有突变4、边缘应力的特性局部性：边界效应边缘应力快速衰减为零的特性, 说明边缘应力有很大的“局限性”自限性：边缘应力在材料发生塑性变形之后能自动缓解限制 。第三节 内压容器设计三、容器端盖的设计（由此顺序承压能力依次降低）1.半球形端盖2、椭球形端盖3、蝶形端盖4、锥形端盖（1）无折边的锥形端盖其最大应力为锥体大端处的环向应力锥体大端与筒体的连接处，由于经线不连续，会产生较大的集中载荷（横推力）（横推力产生的条件：凡是联接的两个壳体的经线没有公切线时，必然产生横推力）和边缘应力。（2）折边锥形端盖为避免在与r圆弧联接处产生过大的边缘应力5、平盖第五节 外压容器设计一、 外压容器的稳定性1、内外压容器的主要破坏形式失稳刚度不足为外压容器的主要破坏形式 破裂强度不足如内压容器、外压容器2、临界压力（1）临界压力（ P临）:导致筒体失稳时的外压。临界压应力（临）：筒体在P临作用下筒体内存在的环向应力。(2)许用压力：为保证外压容器的使用安全，设计压力应当满足如下条件 m稳定系数,我国规定m=3 P 设计压力 (3)影响临界压力的因素（给出两个外压容器，判断哪一个外压容器的临界压力高）（主要由容器的长度、壁厚和直径决定，材料改变并不影响）P临与筒体尺寸的关系(i)当L/D相同时，S/D越大抗弯曲 P临越大(ii)当S/D相同时，L/D越小圆筒越短 P临越小 L/D越大圆筒越长 P临越小短圆筒：能得到封头支撑作用的圆筒长圆筒：得不到封头支撑作用的圆筒 S/D相同时，短圆筒的P临高（iii）当S/D、 L/D都相同时，有加强圈者P临高第六章 离心机一、离心机在食品工业中的应用离心分离过程1、离心过滤特点：1) 转鼓有孔 2）适合用于含固量大、粒径