哈尔滨商业大学食品机械第1章搅拌机课件

1、食品机械哈尔滨商业大学第一章 搅拌机械第一节 概 述一、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 液液混合物 固液混合物（2）非牛顿流体 高粘度糊状物 粘滞性面团（3）干散物料 混合机搅拌机调和机第二节 搅拌机 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 挡板适用物料：低粘度物料 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：

2、（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：旋涡的对流运动液体层界面 强烈剪切 旋涡扩散 对流混合速度取绝被混合物料的湍动程度，湍动程度 混合速度 液体分子间的运动 微观混合2、分子扩散混合 作用：形成液体分子间的均匀分布对流 混合可提高分子扩散混合3、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。高粘度过物料混合过程，主要是剪切作用。主体对流涡流对流宏观混合三、混合效果的度量ABABab1、调匀度I 设A、B两种液体，各取体积vA及vB置于一容器中 容器内液体A的平均体积浓度CA0为： 经过搅拌后，在容器各处取样分析实际体积浓度CA，比较CA0

3、 、CA ，若各处 CA0=CA 则表明搅拌均匀若各处 CA0=CA 则表明搅拌尚不均匀，偏离 越大，均匀程度越差。BAAAVVVC0（理论值） 引入调匀度衡量样品与均匀状态的偏离程度定义某液体的调匀度 I为：0AACCI 011AACCI或（当样品中CA CA0时）（当样品中CA CA0时）mIIIIm211I显然 I 1 若取m个样品，则该样品的平均调匀度为 当混合均匀时2、混合尺度设有A、B两种液体混合后达到微粒均布状态ABABab 设备尺度混合尺度 微团尺度 分子尺度 在设备尺度上：两者都是均匀的 （宏观均匀状态） 在微团尺度上：两者具有不同的均匀度 在分子尺度上：两者都是不均匀的当微

4、团消失 分子尺度的均匀或微观均匀两种状态 如取样尺寸远大于微团尺寸，则两种状态的平均调匀度接近于1。 如取样尺寸小到与b中微团尺寸相近时，则b状态调匀度下降，而a状态调匀度不变。 即：同一个混合状态的调匀度随所取样品的尺寸而变化，说明单平调匀度不能反映混合物的均匀程度四、搅拌机主要结构1、搅拌器 搅拌器由电动机带动，物料按一定规律运动（主体对流），桨型不同，物料产生的流型不同。 桨作用于物料，物料产生三个方向的速度分量：促进混合 轴向分量 经向分量 切向分量 当 ，桨对中安装， n 液体绕轴整体旋转， 不利于混合a、流型：轴流型，以轴流混合为主，伴有 切向流，经向流，湍动程度不高。b、循环量大

5、，适用于宏观混合c、适用低粘度物料混合，2000c p。d、桨转速较高，圆周速度u=515m/s n=100500rpme、d j=(0.20.5)D (以0.33居多)特点：（1）旋桨式搅拌器 类似于无壳的轴流泵结构：（2）涡轮式搅拌器 相似于无壳的离心泵 组成：圆盘、轴、 叶片（48）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 =（0.20.5)D (0.33居多) dj ：L：b = 20：5：4 适合混合中低粘度的物料， 5000c u=4-8m/s n=10-300rpm。 回路较曲折，出口速度大，湍动程度强

6、 剪切力大，可将微团细化。（3）桨式搅拌器 当 搅拌器 提供的机械能因粘性阻力而消耗湍动程度 主体流动范围 例：同一规格的涡轮式搅拌器，混合不同粘度的物料，混合效果差别很大。 水的搅动范围为4D当5000c p时，其搅动范围为0.5D，离桨较远处流体流动缓慢，甚至静止，混合效果不佳。当 时，应采用D n 的桨桨叶尺寸大, dj/D=0.50.8 宽度大, b：dj=0.1-0.25转速低,u=1.52m/s ; n=1100 rpm流型： 径向流 切向流 如桨叶倾斜，可产生小范围轴向流适合低粘度物料5000CP当容器内液位较高时，可在同一轴上安 装 几个桨叶。桨式搅拌器特点：（4）锚删式搅拌器

7、结构：特点： 适合 可达10000cp d j/D=09-0.98; 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2、搅拌容器（1）形状：圆弧底：有利于产生流型，迅速混 合，没有死角，功耗低锥型底：有利于底部排料，流型差 底部易产生停滞现象，均 匀程度差（2）设计 容器壁厚按压力容器设计标准及 技术条件进行设计。（3）容器容量及结构尺寸 容器长径流比H/D根据实验一般： H/D=1-3 液固相 液液相H/D=1-2 气液相H/D=1.7 2.5 发酵容器搅拌容器装满程度用装满系数 表

8、示 =Vg/ V 式中: V g -实际盛装物料的容积 V - 容器全容积 =0.6-0.85如搅拌过程中起泡沫或呈沸腾状态 =0.6-0.7 (取低值)当物料反映平稳或粘度较大时 =0.8-0.85 (取高值) 搅拌容器装料量容器直径与高度 确定方法:先初算(忽略封头容积), 后较核计算.直径计算:DHDHDV3244将H/D 及V=V g/ 代入3)/(4DHVgD注:D应圆整为标准直径容器高度计算:HDvV24式中:v 封头部分容积24DvVgH注:H应圆整校核:H/D 及值是否在推荐范围内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

9、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 消除打旋最简单常用的方法是在容器内加设挡板（4）挡板的结构与作用 结构假设挡板作用： 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W b 挡板宽度d j 液轮直径 n b 挡板数目35. 0.)(2 . 1bbndjW通常101djWb4bn（5）充分挡板化 实践证明：实现充分挡板化的条件 是否所有液体搅拌机无论混合物料的粘度多大都应加设挡板？ A、低粘度物料，转速较高，桨对中按 装时，应加挡板，

10、挡板紧贴内壁 B、中粘度物料，挡板离开壁面安装， 防止死区 C、高粘度物料（=12000cp） 流体粘 度足以抑制打旋，可不加挡板4、轴封 （1）填料密封 特点： 结构简单 成本低 对轴磨损大 摩擦功耗大 需经常调解泵轴泵壳密封填料(盘根)压盖（2）机械密封 特点： 密封可靠 对轴无磨损 摩擦功耗小 使用寿命长 无需调整 结构复杂 成本高5、传动系统 组成： 电机、减速器、联轴器、搅拌器五、功率计算 1、计算方法 结构参数：d j 、D 、 H 、W b 运动参数：n 物性参数：、 影响功率因素： N=f(n,d j,g)找出无因次数群搅拌功率关联式式中：K同一几何构形搅拌器的总形状因子 注：

11、K、X、Y由试验求得2djnRegdjnFr253jPdnNNYrXepFRKN功率准数：雷诺准数：弗鲁德准数：用因次分析法找出三者之间的关系用 式中：功率因素 当加设挡板时，消除打旋，Y=0, Fr=1. =Np=k Rex 对数式：logNp =logK + XlogRe 以或Np为纵坐标，以Re为横坐标绘制 功率曲线xeyrpRKFN（1）Re10时，(层流区）为直线, 斜率为-1 logNp =logK logRe 将Np,Re代入得 N= Kn2 dj3 试验测得：k1 当 n=C，N.dj3 （2） 10 Re 104时，(湍流区) 曲线呈水平 无挡板,功率消耗少,易打旋,效果差

12、有挡板,功率消耗增加,效果好。 注：为无因次数群，不针对特定尺寸 与曲线描述的搅拌器几何尺寸相近的 均可用该曲线计算第三节 调和机一、概述1、调和机混合对象 粘性高的非牛顿物料2、a流动性 对流混合作用 涡流对流混合 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。 a流动性 要求调和机的搅拌器必须经过容器各 个部位，以免造成混合不均的现象， 这一点与液体搅拌机不同。注意：3、分类： 按操作主要用途及习惯分： 打蛋机 调和机（调粉机或和面机）二、打蛋机1、打蛋机结构工作原理 组成：电动机、传动系统、 搅拌器、搅拌容器、 容器升降机构、机座等2、搅拌器（1）搅拌头 组成：1内齿轮 2

13、行星轮 3转臂 4搅拌桨 公转与自转之间的关系n z 搅拌桨自转转速（150500rpm)n G 搅拌桨公转转速（ 70270rpm)GZnZZn)1(行内（2 2）搅拌桨）搅拌桨3、调和容器及容器升降机构 材料：不锈钢 容器升降机构4、传动系统 作业：已知：n电 =1450rpm 带轮直径: D小=120mm、D大=240mm 齿轮齿数如图示 求：搅拌器的三种自转与公转转速？三、调粉机 1、 概述（1）适用对象:粘度较高的物料，如：各种面团 功率消耗大；工作转速较低 n=2080rpm,常用：n=3040rpm （2）面团种类：液体面浆： 水调和 粘度 常用打蛋机酥性面团： 含油 含水 面筋

14、含量 弹性 可塑性韧性面团： 含油 含水 面筋含量 弹性 可塑性水面团： 油水调和 面筋含量 弹性 可塑性调粉机按容器轴线分 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（3）分类2、卧式调粉机 组成：搅拌桨 、容器、传动系统、 容器翻转机构、机架等调粉机： 卧式 双轴 重叠式 4变速 可翻转调粉机： 卧式 双轴 温控 冷却水套3、搅拌桨 不同形式的搅拌桨： 搅拌效果 适合面团 功率消耗 调和时间不同 （1）Z形与形搅拌器整体锻造强度大有利于面筋形成 水面团、韧性面团 （2）桨叶式搅拌器对面团有剪切作用，不利于面筋形成 酥性面团 （3）滚笼式搅拌器有利于面筋形成，作用

15、缓和，时间稍长 水面团、韧性面团容器推荐尺寸: R、L、h与调和容量有关参考值： 一次调份量为25kg; R=150mm, L=500mm, h=300mm 一次调份量为50kg; R=240mm, L=700mm, h=400mm 一般：h R;最大h=2R ;以防止面粉飞溅 注：搅拌器回转半径 R, 小于1020mm4、调和容器 5 5、搅拌功率、搅拌功率 目前尚无理论计算公式，有关和面 机技术条件规定： N空25% N电机额定功率 N负载 N 额定功率 推荐不同容量调粉机功率调粉机容量（kg)配用电机功率（k w)2550751002.23.04.05.56、立式调粉机混合对象：固体物料

16、（松散性流动性） 如：谷物、面粉等种类：回转容器型、 固定容器型二、回转容器型第四节 混合机一、混合机理三、固定容器型 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滴，分散在另一种液体中，其产物为乳状液。应用：乳品、果汁、冰激淋等。 第五节 均质机一、均质及均质操作的作用1、剪切学说：二、均质机工作原理目前均质机工作过程机理有三种假说：一般：在缝隙中心处液体流速最大，在缝隙避面处液体流速最小速度梯度剪切力 脂肪球破裂均质均质头结构均质前后的脂肪球分类：高压均质机 胶体磨 喷射均质机 离心均质机超

17、声波均质机三、均质机分类与结构、撞击学说 高压作用 脂肪球与均质阀发生高速 撞击脂肪球破裂均质、空穴学说 高压液料高速流动 高频振动 液料交替压缩与膨胀 引起空穴 脂肪球破裂均质1、高压均质机 （1）结构：往复泵+均质阀均质机的结构工作原理往复泵单作用泵往复泵双作用泵6 01 2 01 8 02 4 03 0 03 6 04 2 04 8 05 4 06 0 06 6 0Q7 2 0双作用泵排量图6 01 2 01 8 02 4 03 0 03 6 04 2 04 8 05 4 06 0 06 6 06 6 07 2 0Q 单作用泵排量图均质头的结构双级均质阀 第一级：高压流体区 压力：200250大气压 作用