第七章 第一、二节(搅拌).ppt

1 第七章食品混合机械与设备 2 1 搅拌混合机理 2 搅拌设备 3 搅拌器 4 调和机 5 混合机 6 均质机 主要内容 3 引例1 冰淇淋 酸奶 含乳饮料生产线 4 引例2 果汁生产线 5 第一节概述 一 有关概念 1 搅拌 搅拌 指借助于流动中的两种或两种以上物料在彼此之间相互散布的一种操作 作用 可以实现物料的均匀混合 促进溶解和气体吸收 强化热交换等物理及化学变化 对象 主要是流体 稀薄的如牛奶 果汁 盐水等 粘稠的如糖浆 蜂蜜 果酱 蛋黄酱等 6 均质 指借助于流动中产生的剪切力将物料细化 将脂肪球碎化的操作 作用 是将食品原料的桨 汁 液进行细化 混合 均质处理 以提高食品的质量和档次 对象 1 牛奶中的脂肪球经过均质处理后 破裂成直径小于2 m的液滴 不仅提高了乳状液的稳定性 而且改善了食品的感官质量 2 均质 7 2 在果汁生产中通过均质处理能使料液中残存的果渣小微粒破碎 制成液相均匀的混合物 防止产品出现沉淀现象 3 在冰淇淋生产中 均质处理能使料液中的牛乳降低表面张力 增加粘度 获得均匀的胶粘混合物 以提高产品的质量 8 混合 指使两种或两种以上不同的物料从不均匀状态通过搅拌或其他手段达到相对均匀状态的过程 混合是食品加工工艺过程中不可缺少的单元操作之一 例如饮料 乳制品 糖果 糕饼原料 调味料 各种面粉和配合饲料的配制等等 3 混合 9 二 物料混合的目的 1 混合后即为最终产品 2 用搅拌混合方法来实现吸附 浸出 溶解 结晶 防止悬浮物沉淀以及加热或冷却等过程 10 三 多种成分混合有以下几种情况 1 液 液相蛋黄酱 人造奶油等 可以有互溶或乳化等现象 2 固 液相 1 当液相多固相少时 可以形成溶液或悬浮液 2 当液相少固相多时 混合的结果仍然是粉粒状或团粒状 11 3 当液相和固相比例在某一特定的范围内 可能形成粘稠状物料或无定型团块如面团 称为 捏合 或 调和 3 固 固相纯粹是粉粒体的物理现象 12 4 固 液 气相这是食品生产中特有的混合现象 部分食品生产中要将空气或惰性气体混入物料以增加物料的体积 减少容重并改善物料的质构流变特性和口感 如蛋液搅拌 制造充气糖果和冰淇淋等 13 第二节搅拌机 可归纳为3种 对流混合扩散混合剪切混合 一 搅拌混合机理 14 1 对流混合 体积混合 移动混合 对于互不相溶组份 依靠搅拌装置的运动部件或重力 使物料各部分作相对运动 其混合作用的强度主要取决于运动状况 但是混合的均匀程度并不太高 对于粉料和液料都是如此 15 2 扩散混合 对于互溶组分中的混合以扩散为主 也存在对流过程的这种混合称为扩散混合 实际上 完全不互溶组分是不存在的 在混合过程中有一个由对流混合到扩散混合的过渡 主要取决于分散尺度的大小 事实证明 分散尺度大时 多为对流混合 分散尺度小时多为扩散混合 16 3 剪切混合 剪切混合主要因剪切力的作用 物料组份被拉成愈来愈薄的料层 使某一种组份原来占有区域的尺寸愈来愈小 对于高粘度组份特别明显 例如在捏合机 螺旋挤压机等设备中 物料受到强烈的剪切力 17 实际上 在各种搅拌混合设备中 以上3种混合机理同时并存 但是在不同的机种和物料组份中 不同阶段作用有所不同 习惯上 通常将以液相为主者称作搅拌设备 以粉粒料为主者称作混合设备 以粘稠团块物料为主者称作捏合设备或调和设备 18 搅拌设备就是通过使搅拌介质获得适宜的流场而向其他输入机械能量的装置 在食品工业中用到的搅拌设备种类很多 但其基本结构是一致的 典型的搅拌设备如图7 3所示 二 搅拌设备 19 1 电机 2 传动装置 3 罐体 4 料管 5 挡板 6 出料管 7 搅拌器 8 温度计插管 9 液面 图5 1搅拌设备结构图 20 搅拌设备主要由搅拌装置 搅拌罐和轴与轴封3大部分组成 搅拌设备结构组成如图5 2所示 搅拌设备 搅拌装置 轴与轴封 传动装置 搅拌轴 搅拌器 搅拌罐 罐体 附件 21 一 搅拌器 或称搅拌桨 作用 是通过自身运动使搅拌容器中的物料按某种特定的方式运动 从而达到某种工艺要求 这种特定方式的流动 流型 是衡量搅拌装置性能最直观的重要指标 22 二 搅拌容器 搅拌罐或搅拌槽 作用 容纳搅拌器与物料在其内进行操作 对于食品搅拌容器 除保证具体的工艺条件外 还要满足无污染 易清洗等专业技术要求 23 三 传动装置 传动装置是赋予搅拌装置及其它附件运动的传动件组合体 在满足机器所必需的运动功率及几何参数的前提下 要求传动链短 传动件少 电机功率小 以降低成本 24 四 轴封 轴封是搅拌轴及搅拌容器转轴处的密封装置 为避免食品污染 轴封的选择必须给予重视 25 三 搅拌器 一 搅拌器的类型搅拌器是搅拌设备的主要工作部件 通常搅拌器可以分成两大类型 1 小面积叶片高速运转的搅拌器 有涡轮式 旋桨式等 多用于低粘度的物料 2 大面积叶片低速运转的搅拌器 有框式 垂直螺旋式等 多用于高粘度的物料 26 二 搅拌器型式如下图所示 1 桨式 2 弯叶开启涡轮式 3 折叶开启涡轮式 4 旋桨式 又称推进式 5 平直叶圆盘涡轮式 6 框式 7 锚式 8 螺带式 9 螺杆式 27 三 搅拌器安装型式 搅拌器不同安装型式会产生不同的流场 使搅拌效果有明显的差别 立式中心搅拌安装型式偏心式搅拌安装型式倾斜式搅拌安装型式底部搅拌安装型式旁入式搅拌安装型式 28 1 立式中心搅拌安装型式 标准化的型式大 中 小型均可 29 2 偏心式搅拌安装型式 能防止液体在搅拌器附近产生涡流回转区域 各点的压力分布不同 加强相对运动效果 易引起振动适用 小型 30 3 倾斜式搅拌安装型式 为了防止产生涡流 可将搅拌器直接安装在罐体上部边缘处 用夹板或卡盘与圆筒边缘夹持固定 搅拌轴斜插入容器内进行搅拌 比较灵活机动 简单轻便 适于 小型 31 4 底部搅拌安装型式 轴短而细 无需中间轴承 可用机械密封结构使用维修方便寿命长有利合理布局清洗不便适用 小型 32 5 旁入式搅拌安装型式 旁入式搅拌安装设备是将搅拌器安装在容器罐体的侧壁上 在消耗同等功率的情况下 能得到最好的搅拌效果 轴封比较困难 33 四 搅拌器桨叶与流型 搅拌器桨叶的形状很多 按搅拌器桨叶的运动方向与桨叶表面的角度 将搅拌器分为3类 即平直叶搅拌器 折叶搅拌器和螺旋面搅拌器 桨式 涡轮式 框式和锚式等桨叶属于平直叶或折叶 而旋桨式 螺杆式和螺带式桨叶属于螺旋面叶 34 1 平直叶与流型 这种高速旋转的小面积桨叶搅拌器所产生的液流方向主要为垂直于罐壁的径向方向 通常称为径向流型桨叶 由于平直叶的运动与液流相对速度方向垂直 当低速运转时 液体主要流动为环向流 当转速增大时 液体的径向流动就逐渐增大 桨叶转速愈高 平直叶排出的径向流动愈强烈 35 2 螺旋面桨叶与流型 其桨叶类似于通常的推进式螺旋桨形状 此类桨叶又称为推进式桨叶 当桨叶旋转时 此种类型桨叶产生的流动状态不但有水平环流 径向流 而且也有轴向流动 其中以轴向流量最大 因此 此类桨叶称轴流型桨叶 36 3 垂直螺杆式桨叶与流型 螺旋面可以看成是许多折叶的组合 这些折叶的角度逐渐变化 所以 此类型螺旋面桨叶产生的流型有水平环向流 径向流和轴向流 其中以轴向流量最大 37 根据以上几种桨叶结构所产生的流型比较可以看出 以主要排液方向为依据 可将桨叶排液的流向特性分成径流型和轴流型两种 平直叶式 涡轮式属于径流型 螺旋面桨叶的螺杆式 旋桨式属于轴流型 折叶桨则属于两者之间 一般认为折叶式更接近于轴流型 38 五 搅拌器的构造 搅拌器设计要 有合理的结构 包括制造工艺合理 桨叶与搅拌轴的连接牢固可靠 检修安装方便等 和足够的强度 还应考虑不同介质对材料的腐蚀作用 目前 材料大多数是碳钢 不锈钢 铸铁等 也有选用铜 铝等材料的 有时还用木材 搪玻璃 衬胶等等 随着塑料工业的发展 高强度 优性能的工程塑料也将是选用的优质材料 39 1 平桨式搅拌器 桨叶一般采用不锈钢或扁钢制成 40 2 框式与锚式搅拌器 框式与锚式搅拌器结构相似 它的特点是起搅拌作用的框架能增大搅拌范围 并带走容器壁面上的残留物料液层 41 特点 1 转速慢 20 50r min 混合效率较差 2 局部剪切效应有限 不易发生乳化作用 3 桨叶易制造 适宜于对桨叶材质有特殊要求的材料 42 3 涡轮式搅拌器 涡轮式搅拌器的叶片较多 转速高 结构比桨式复杂 种类较多 43 特点 1 由于叶片宽 转速较高 液体内产生较大范围的强烈径向流和切向流动 叶片周围能产生高度湍动的剪切效应 2 混合效率高 剪切效应较强 对粘度50Pa S以下液体有良好的搅拌效果 稀薄的乳浊液 悬浮液等 如原料糖浆 44 4 旋桨式搅拌器 桨叶形状与通常使用的推进式螺旋桨相似 所以又称为推进式搅拌器 桨叶是螺旋面的一部分 沿着桨叶长度方向不同截面处的升角是逐渐变化的 此型桨叶制造加工有一定的难度 45 特点 1 叶轮形状复杂 成型加工比桨式 涡轮式困难 2 流型为轴流型 在高速下强烈剪切液体并使之快速流动 造成强烈的湍动 3 混合效率高 通常适用于低粘度的液体 对互不相溶的液体的搅拌 其混合效率受到一定的限制 46 5 螺带式与螺杆式搅拌器 螺带式搅拌器由一定宽度的带材或圆柱棒材制作成螺带形状 它可以有单条或双条螺带结构 47 6 行星式搅拌器 这种型式的搅拌器由于自转与公转的联合作用 产生了一种复杂的搅拌 能激起强烈的涡流 产生良好的搅拌效果 48 7 特种搅拌器 除了以上几种搅拌器外 还有一些特殊结构型式的搅拌器 如鼠龙式搅拌器 它的本体为一圆筒形结构 在窄长的容器内安装此种搅拌器能获得最大的搅拌效率 其转速为200r min 700r min 49 六 搅拌器的选择 一般选择搅拌器时主要应从介质的粘度高低 容器的大小 转速范围 动力消耗以及结构特点等几方面因素综合考虑 也可以通过小型试验进行选择 通常可采用经验类比的方法 以某台实际使用的机型为参考 在相近的工作条件下进行类比选型 50 1 根据介质粘度的高低选型 由于物料的粘度对搅拌状态有很大的影响 所以 根据搅拌介质粘度大小来选型是一种基本方法 随粘度增高的各种搅拌器选