哈尔滨商业大学食品机械第1章搅拌机

食品机械

哈尔滨商业(shāngyè)大学精品资料第一章搅拌(jiǎobàn)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(dádào)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）强化热交换过程精品资料三、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精品资料第二节搅拌机一、搅拌机结构(jiégòu)与组成

组成：搅拌器电动机减速器排料管容器挡板(dǎnɡbǎn)适用物料：低粘度物料精品资料二、混合(hùnhé)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(zhǔtǐ)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，湍动程度混合速度精品资料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(dádào)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精品资料三、混合(hùnhé)效果的度量ABABab1、调匀度I设A、B两种液体(yètǐ)，各取体积vA及vB置于一容器中精品资料

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、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。（理论值）精品资料

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：或（当样品中CA

CA0时）（当样品中CA

CA0时）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精品资料2、混合尺度(chǐdù)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精品资料在设备(shèbèi)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团消失分子尺度的均匀或微观均匀两种状态(zhuàngtài)

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精品资料四、搅拌机主要(zhǔyào)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(duìliú)），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，不利于混合精品资料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，适用于宏观混合c、适用低粘度物料混合，≤2000cp。d、桨转速较高，圆周速度(sùdù)u=5～15m/sn=100～500rpme、dj=(0.2～0.5)D(以0.33居多)特点(tèdiǎn)：（1）旋桨式搅拌器类似于无壳的轴流泵结构：精品资料（2）涡轮式搅拌器相似(xiānɡsì)于无壳的离心泵组成：圆盘、轴、叶片（4～8）特点：①流型：径向流型伴有轴向流切向流②有两个回路(huílù)③易产生“分层效应”（不适于混合含有较重固体颗粒悬浮液）精品资料④dj=（0.2~0.5)D(0.33居多)dj：L：b=20：5：4⑤适合混合中低粘度的物料，≤5000cu=4-8m/sn=10-300rpm。⑥回路较曲折(qūzhé)，出口速度大，湍动程度强剪切力大，可将微团细化。精品资料（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＞5000cp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Dn的桨精品资料①桨叶尺寸大,dj/D=0.5～0.8宽度大,b：dj=0.1-0.25②转速低,u=1.5～2m/s;n=1～100rpm③流型：径向流切向流如桨叶倾斜，可产生小范围轴向流④适合(shìhé)低粘度物料μ＞5000CP⑤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(tèdiǎn)：精品资料（4）锚删式搅拌器结构(jiégòu)：特点：①适合μ可达10000cp②dj/D=09-0.98;b/D=0.1;h/D=0.48-1③转速u=0.5-1.5m/sn=1-100rpm④搅动范围大,不会产生(chǎnshēng)死区⑤流型：主要是切向流基本不产生(chǎnshēng)轴向流精品资料2、搅拌(jiǎobàn)容器（1）形状(xíngzhuàn)：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。精品资料（3）容器(róngqì)容量及结构尺寸①容器(róngqì)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发酵容器精品资料搅拌容器装满程度用装满系数(xìshù)η表示η=Vg/V式中:Vg----实际盛装物料的容积V---容器全容积η=0.6-0.85如搅拌过程中起泡沫或呈沸腾状态η=0.6-0.7(取低值)当物料反映平稳或粘度较大时η=0.8-0.85(取高值)②搅拌(jiǎobàn)容器装料量精品资料③容器直径与高度确定方法(fāngfǎ):先初算(忽略封头容积),后较核计算.直径计算:将H/D及V=Vg/η代入注:D应圆整为标准(biāozhǔn)直径精品资料容器高度(gāodù)计算:式中:v—封头部分(bùfen)容积∴注:H应圆整校核:H/D及η值是否在推荐范围内精品资料3、挡板（1）打漩当被搅拌液料出现(chūxiàn)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①几乎不存在轴向混合，会出现(chūxiàn)分离现象②液面下凹，有效容积降低。③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精品资料（3）常见(chánɡjiàn)消除打旋的方法①偏心安装②倾斜(qīngxié)安装③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精品资料假设(jiǎshè)挡板作用：①消除打旋②将切向流改变为轴向流和径向流③增大液体的湍动程度Wb—挡板宽度(kuāndù)dj—液轮直径nb—挡板数目通常（5）充分挡板化实践证明：实现充分挡板化的条件精品资料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，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（μ=12000cp）流体(liútǐ)粘度足以抑制打旋，可不加挡板精品资料4、轴封（1）填料密封特点：①结构简单②成本低③对轴磨损大④摩擦(mócā)功耗大⑤需经常调解泵轴泵壳密封填料(盘根)压盖精品资料（2）机械密封(mìfēng)特点：①密封(mìfēng)可靠②对轴无磨损③摩擦功耗小④使用寿命长⑤无需调整⑥结构复杂⑦成本高精品资料5、传动系统组成(zǔchénɡ)：电机、减速器、联轴器、搅拌器五、功率(gōnglǜ)计算1、计算方法结构参数：dj、D、H、Wb

运动参数：n

物性参数：ρ、μ

影响功率因素：N=f(n,dj,ρ,μ,g)找出无因次数群搅拌功率关联式精品资料式中：K—同一几何构形(ɡòuxínɡ)搅拌器的总形状因子注：K、X、Y由试验求得功率(gōnglǜ)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精品资料用式中：φ—功率因素(yīnsù)当加设挡板时，消除打旋，Y=0,Fr=1.∴φ=Np=kRex对数式：logNp=logK+XlogRe以φ或Np为纵坐标，以Re为横坐标绘制功率曲线精品资料（1）Re<10时，(层流区）为直线,斜率为-1∴logNp=logK－logRe将Np,Re代入得N=Kn2dj3试验测得：k≈1当n=C，N∝μ.dj3（2）10<Re<104时，(过渡流区）（3）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(miáoshù)的搅拌器几何尺寸相近的均可用该曲线计算精品资料第三节调和(tiáohé)机一、概述(ɡàishù)1、调和机混合对象粘性高的非牛顿物料2、∵μa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。∵μa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：精品资料3、分类：按操作(cāozuò)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(róngqì)、容器(róngqì)升降机构、机座等精品资料精品资料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(gōngzhuàn)与自转之间的关系nz—搅拌桨自转转速（150～500rpm)nG—搅拌桨公转(gōngzhuàn)转速（70～270rpm)精品资料（2）搅拌(jiǎobàn)桨精品资料3、调和容器及容器升降机构(jīgòu)材料：不锈钢容器升降机构(jīgòu)精品资料4、传动系统作业：已知：n电=1450rpm带轮直径:D小=120mm、D大=240mm齿轮(chǐlún)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(wùliào)，如：各种面团功率消耗大；工作转速较低n=20～80rpm,常用：n=30～40rpm精品资料（2）面团种类：①液体面浆：水调和粘度常用打蛋机②酥性面团：含油含水面筋含量弹性可塑性③韧性面团：含油含水面筋含量弹性可塑性④水面团：油水调和面筋含量弹性可塑性调粉机精品资料按容器轴线分卧式：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）分类精品资料2、卧式调粉机组成：搅拌桨、容器(róngqì)、传动系统、容器(róngqì)翻转机构、机架等精品资料调粉机：卧式双轴重叠式4变速(biànsù)可翻转精品资料调粉机：

卧式双轴温控冷却水套精品资料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，作用缓和，时间稍长水面团、韧性面团精品资料容器推荐(tuījiàn)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(fángzhǐ)面粉飞溅注：搅拌器回转半径<R,小于10～20mm4、调和容器精品资料5、搅拌功率目前尚无理论计算公式，有关和面机技术(jìshù)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（kw)2550751002.23.04.05.5精品资料6、立式(lìshì)调粉机精品资料混合对象：固体物料（松散性↑流动性↑）如：谷物、面粉等种类：回转(huízhuǎn)容器型、固定容器型二、回转(huízhuǎn)容器型第四节混合机一、混合机理三、固定容器型精品资料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(yètǐ)进行密切混合，使一种液体(yètǐ)粉碎成为极细微粒或小液滴，分散在另一种液体(yètǐ)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(cāozuò)的作用精品资料1、剪切学说(xuéshuō)：二、均质机工作(gōngzuò)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