食品微粒化设备概述

1、3/19/20221第五节第五节 食品微粒化设备食品微粒化设备n一、高压均质机 (High-pressure homogenizer)n均质是指借助于流动中产生的高压、剪切力、撞均质是指借助于流动中产生的高压、剪切力、撞击力和空穴振动，将物料细化和均匀混合。击力和空穴振动，将物料细化和均匀混合。均质均质机按构造分类有高压均质机，离心均质机，超声机按构造分类有高压均质机，离心均质机，超声波均质机等。波均质机等。 n(一一) 高压均质机高压均质机工作原理工作原理n1. 剪切作用剪切作用n2. 撞击学说撞击学说n3. 空穴学说空穴学说 3/19/20222高压均质机工作原理高压均质机工作原理13/1

2、9/20223高压均质机工作原理高压均质机工作原理23/19/20224均质前后的脂肪球3/19/20225（二）高压均质机结构特点 n1. 泵体结构及特点n（1）结构n三级柱塞往复泵三级柱塞往复泵 n双级均质阀双级均质阀 3/19/202263/19/20227 工业用工业用高压均质机高压均质机3/19/20228高压均质机基本结构1-控制面板 2-传动装置 3-均质阀 4-气缸组 5-压力表 6-电机 7-机壳 3/19/20229结构：三级柱塞往复泵结构：三级柱塞往复泵+ +均质阀均质阀均质机的结构3/19/202210高压泵 1-进料腔 2-吸入活门 3-活门筛 4-排出活门5-泵体

3、6-冷却水管 7-柱塞 8-填料 9-垫片 3/19/202211均质机内部转动示意图均质机内部转动示意图 3/19/202212均质阀工作原理 1-阀座 2-阀芯 3-挡板环 4-弹簧5-调节手柄 6-第一级阀 7-第二级阀 3/19/2022133/19/202214（2）特点n泵体为一长方形泵体为一长方形，用不锈钢块锻造，其中开有三，用不锈钢块锻造，其中开有三个活塞孔，配有活塞及阀。个活塞孔，配有活塞及阀。n活塞为圆柱状，也是不锈钢制造活塞为圆柱状，也是不锈钢制造，为防止液体泄，为防止液体泄漏及空气渗入，采用垫料函密封，其材料可用皮革、漏及空气渗入，采用垫料函密封，其材料可用皮革、石棉绳

4、，近来也可采用聚四氟乙烯。石棉绳，近来也可采用聚四氟乙烯。n每个泵腔配有两只活阀，在液体压力作用下自动每个泵腔配有两只活阀，在液体压力作用下自动开启或关闭。减压时在弹簧或阀体重力作用下自动开启或关闭。减压时在弹簧或阀体重力作用下自动关闭或开启，共有关闭或开启，共有六个活阀六个活阀，其中吸入活阀三个，其中吸入活阀三个，压出活阀三个。压出活阀三个。3/19/202215n双级均质阀双级均质阀：在第一级中，流体压力为：在第一级中，流体压力为20-20-60MPa60MPa，主要使脂肪球破碎，第二级流体压力减到，主要使脂肪球破碎，第二级流体压力减到20MPa20MPa以下，主要使脂肪球均匀分散以下，主

5、要使脂肪球均匀分散 。n三柱塞泵三柱塞泵之特点，已知每个泵缸配有两只活阀，之特点，已知每个泵缸配有两只活阀，为了充分利用柱塞两边的空间，使往复泵做成双为了充分利用柱塞两边的空间，使往复泵做成双动的。但是动的。但是双动泵流量曲线双动泵流量曲线还是起伏不均匀，活还是起伏不均匀，活塞运动的速度是按正弦曲线变化，活塞在极左端塞运动的速度是按正弦曲线变化，活塞在极左端时时(0(0o o) )，和极右端时，和极右端时(180(180 o o) )其速度为零，当曲柄其速度为零，当曲柄耗角在耗角在9090 o o及及270270 o o时，活塞的速度为最大。可见时，活塞的速度为最大。可见单作用泵工作时，流量有

6、起伏，不均匀。单作用泵工作时，流量有起伏，不均匀。n采用采用三柱塞泵三柱塞泵时，排掖量就克服了上述缺点，排时，排掖量就克服了上述缺点，排掖量也比较均匀。掖量也比较均匀。3/19/202216应用不同均质压力的产品举例3/19/202217二、其它均质机n(一)喷射式均质机 (Ejection homogenizer)n1. 1. 操作原理操作原理n它是利用蒸汽或压缩空气流来供给物料均质它是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的能量，借高速运动的物料颗粒间相互碰撞碰撞或使颗粒与金属表面高速或使颗粒与金属表面高速撞击撞击，使颗粒粉碎，使颗粒粉碎成更细小的粒子而达到均

7、质的目的。成更细小的粒子而达到均质的目的。 3/19/202218喷射式均质机流程图 1-过滤器 2-蒸汽加热器 3-喷嘴 4-160号筛网 5-泵6-贮槽 7-贮槽 8-混合室 9-预热器3/19/202219(二) 离心式均质机 (Anticyclone homogenizer) n(1) (1) 在同一台设备内，在同一台设备内，一次操作即可完成净一次操作即可完成净化和均质化和均质，耗电为净化和均质两台设备联合，耗电为净化和均质两台设备联合的的3030，投资费用大大低于净化和均质机。，投资费用大大低于净化和均质机。n(2) (2) 均质度非常均匀一致，也不必像阀式均均质度非常均匀一致，也不

8、必像阀式均质机那样要精密阀头。质机那样要精密阀头。n(3) (3) 可用同样机器同样流程来分离稀奶油，可用同样机器同样流程来分离稀奶油，在同样的设备和流程中，用来净化消毒乳。在同样的设备和流程中，用来净化消毒乳。n(4) (4) 保养简单，控制方便。保养简单，控制方便。 3/19/202220离心净乳机离心净乳机3/19/202221离心均质机的转鼓 3/19/202222(三) 超声波均质机 (Ultrasonic homogenizer) n超声波均质机是将频率为20-25KHzs的超声波发生器放入料液中，或者使料液在高速流动过程中，由于超声波在料液中进行复杂的搅拌作用使料液均质化，称为超

9、声波均质机。3/19/202223机械式超声波原理及发生器图 3/19/202224工作原理n是利用声波和超声波都同样是纵波，遇到物体时，就是利用声波和超声波都同样是纵波，遇到物体时，就起了迅速起了迅速交替的压缩和膨胀交替的压缩和膨胀作用。作用。n当处在膨胀的半个周期内，料液受到拉力，料液中任当处在膨胀的半个周期内，料液受到拉力，料液中任何气泡也将膨胀；而在压缩的半个周期内，此气泡将何气泡也将膨胀；而在压缩的半个周期内，此气泡将收缩。收缩。n当压力变化幅度很大时，若压力振幅低于外压，被压当压力变化幅度很大时，若压力振幅低于外压，被压缩的气泡就急速崩溃，料液中就出现缩的气泡就急速崩溃，料液中就出

10、现真空的真空的“空穴空穴”现象现象，这种空穴现象的出现，又随着振幅的变化和随，这种空穴现象的出现，又随着振幅的变化和随着瞬间外压不平衡而消失，在空穴消失的瞬间，在液着瞬间外压不平衡而消失，在空穴消失的瞬间，在液体的周围引起非常大的压力和温度增高，起到非常复体的周围引起非常大的压力和温度增高，起到非常复杂而强有力的机械搅拌作用，达到均质的目的。杂而强有力的机械搅拌作用，达到均质的目的。n“空穴空穴”现象现象发生在密度差的界面上，超声波会发生发生在密度差的界面上，超声波会发生反射，在这种反射声压的界面上也产生激烈的搅拌。反射，在这种反射声压的界面上也产生激烈的搅拌。3/19/202225四、胶体磨

11、 (Colloidal mill) n1.1.结构及工作原理结构及工作原理n常用的胶体磨主要有以下几部分常用的胶体磨主要有以下几部分组成组成：进进料斗、外壳、定盘料斗、外壳、定盘 ( (定子定子) )、动盘、动盘 ( (转子转子) )、电机、调节装置和底座等，电机、调节装置和底座等，胶体磨有卧式胶体磨有卧式和立式两种形式。和立式两种形式。n定盘和动盘之间的间隙一般为定盘和动盘之间的间隙一般为50-150um50-150um，依靠动盘的水平位移来调节。动盘的转速依靠动盘的水平位移来调节。动盘的转速为为3000-15000rpm3000-15000rpm。3/19/202226立式立式卧式卧式3/

12、19/2022273/19/2022283/19/202229工作原理工作原理 n物料通过动、定盘形成的间隙时，由于转物料通过动、定盘形成的间隙时，由于转子高速旋转，子高速旋转，附于转子面上的物料速度最附于转子面上的物料速度最大，而附于定子面上的物料速度为零大，而附于定子面上的物料速度为零。n其间产生急剧的速度梯度，从而物料受到其间产生急剧的速度梯度，从而物料受到带齿沟的动、静磨盘相对转动产生的带齿沟的动、静磨盘相对转动产生的剪切剪切力、推力、摩擦力、加速力，压力波和空力、推力、摩擦力、加速力，压力波和空化作用化作用等，造成流体动力的冲击将原料破等，造成流体动力的冲击将原料破碎成细小的微粒。碎

13、成细小的微粒。3/19/202230定盘、动盘 n定、动盘均为不锈钢件。定、动盘均为不锈钢件。n热处理后的硬度要求达到热处理后的硬度要求达到HRC70HRC70。n动盘的外形和定盘的内腔均为截锥体，动盘的外形和定盘的内腔均为截锥体，锥度为锥度为1 1：2.52.5。工作表面有齿，齿纹按物料流动方向由粗到工作表面有齿，齿纹按物料流动方向由粗到细排列，并有一定的倾角细排列，并有一定的倾角。这样，由齿纹的倾角、。这样，由齿纹的倾角、齿宽、齿间间距以及物料在空隙中的停留时间等齿宽、齿间间距以及物料在空隙中的停留时间等因素决定物料的细化程度。因素决定物料的细化程度。n齿的作用主要是形成多条锋利的刃口，提

14、高对物齿的作用主要是形成多条锋利的刃口，提高对物料的剪切、研磨作用，加速乳化过程。料的剪切、研磨作用，加速乳化过程。n另外，齿还可将磨好的另外，齿还可将磨好的物料流利地排出物料流利地排出。 3/19/202231调节装置 n胶体磨根据物料的性质、需要细化的程度和出料等胶体磨根据物料的性质、需要细化的程度和出料等因素进行调节。因素进行调节。n调节时，可以通过转动调节手柄，由调整环带动定调节时，可以通过转动调节手柄，由调整环带动定盘轴向位移而使空隙改变。若需要大的粒度比，调盘轴向位移而使空隙改变。若需要大的粒度比，调整定盘往下移，定盘向上移则为粒度比小。整定盘往下移，定盘向上移则为粒度比小。n一般

15、调节范围在一般调节范围在0.005-1.5mm0.005-1.5mm之间之间。n为避免无限度地调节而引起定、动盘相碰，在调整为避免无限度地调节而引起定、动盘相碰，在调整环下方设有限位螺钉，当调节环顶到螺钉时便不能环下方设有限位螺钉，当调节环顶到螺钉时便不能再进行调节。再进行调节。 3/19/2022322. 胶体磨和均质机比较 n（1 1）胶体磨和均质机结构不同，但微粒化机理上相胶体磨和均质机结构不同，但微粒化机理上相同同 都是通过一定方法造成微粒化作用区内的速度梯都是通过一定方法造成微粒化作用区内的速度梯度变化和剪切力。度变化和剪切力。n（2 2）耗能性质不同耗能性质不同 高压均质机是利用通过均质阀间高压均质机是利用通过均质阀间隙的压力降来维持这种速度梯度和剪切力，直接消耗隙的压力降来维持这种速度梯度和剪切力，直接消耗的是压力能；而胶体磨则是利用两盘面间的相对运动的是压力能；而胶体磨则是利用两盘面间的相对运动来维持盘面间隙中的速度梯度和剪切力，直接消耗的来维持盘面间隙中的速度梯度和剪切力，直接消耗的是动能。因此胶体磨也可称为是动能。因此胶体磨也可称为“转子转子定子定子”均质机。均质机。 3/19/202233n（3 3）所处理物料的性质所处理物料的性质 高压均质机适合于高压均质机适合于处理粘度低于处理粘度低于0.2Pa