第六章搅拌、捏合机械与设备

第六章搅拌、混合及均质机械与设备第四节搅拌机搅拌机是一种带有叶片的轴在圆筒或槽中旋转，将多种原料进展搅拌混合，使之成为一种混合物或适宜稠度的机器。搅拌机分为好多种，有强迫式搅拌机、单卧轴搅拌机、双卧轴搅拌机等等。在搅拌过程中，搅拌器不仅引起液体的整体运动，而且要使液体产生湍流，才干使液体得到猛烈的搅拌。低、中黏度的食品混合主要是一对流混合为主，高黏度的食品混合主要是以剪切混合为主。低、中黏度液体混合设备习惯称为搅拌机；高黏度液体混合典型设备有打蛋机。搅拌目的在食品加工中，搅拌机主要用于以下方面：促进物料的传热，使物料温度均匀化；促进物料中各成分混合均匀；促进溶解、结晶、浸出、凝聚、吸附等过程进展；促进酶反响等生化反响和化学反响过程的进展。〔一〕根本构造搅拌机械的种类较多，但其根本构造是一致的。其构造如图6.1所示，主要由搅拌安装、轴封和搅拌容器三大部分组成，即：搅拌设备轴封搅拌安装传动安装搅拌轴搅拌器搅拌容器罐体附件搅拌器搅拌器〔或称搅拌桨〕及搅拌轴的主要作用是经过本身的运动使搅拌容器中的物料按某种特定的方式流动，从而到达某种工艺要求。所谓特定方式的流动〔流型〕是衡量搅拌安装性能最直观的重要目的。搅拌容器搅拌容器也称搅拌槽或搅拌罐。其作用是包容搅拌器与物料在其内进展操作。对于食品搅拌容器，除保证详细的工艺条件外，还要满足无污染、易清洗等专业技术要求。罐体罐体大多数设计成圆柱形，其顶部为开放式或密闭式，底部大多数成碟形或半球形，平底的很少见到，由于平底构造容易呵斥搅拌时液流死角，影响搅拌效果，同时也不利于料液的完全排放。罐体的容积-径高比罐体容积由装料量决议，根据罐体容积选择适宜的高径比，确定筒体的直径和高度。选择罐体的高径比应思索物料特性对罐体高径比的要求、对搅拌功率的影响和对传热的影响等要素。从夹套传热角度思索，普通希望高径比取大些。在固定的搅拌轴转速下，搅拌功率与搅拌器桨叶直径的5次方成正比，所以罐体直径大，搅拌功率添加。需求有足够的液位高度，就希望高径比取大些。根据上述要素及实际阅历，当罐内物料为液-固相或液-液相物料时，搅拌罐的高径比为1~1.3，当罐内物料为气-液相物料时，搅拌罐的高径比为1~2。罐体的换热构造需求进展加热或冷却操作的搅拌罐，通常为夹层式的。用于蒸汽加热的夹套该当耐压。此时的搅拌罐是压力容器，必需由具备消费压力容器答应证的厂商提供。搅拌罐器也可采用其它方式的换热器，如盘管式等。2．附件在搅拌设备根本构造的根底上，可以在搅拌罐体或罐盖上接装各种需求的附件。可根据工艺或操作要求提出。常见附件：各种进出料和任务介质的管接口、各种传感器〔如温度计、液位计、压力表、真空表、pH计〕的接插件管口、视镜、灯孔、平安阀、内置式加热〔冷却〕盘管等。接纳口进料管普通设在搅拌罐盖部，也有设在罐体部位的。出料管普通装在罐底中心或侧面，详细位置要能将一切液体排尽。各种进、出料管的接口方式有螺纹、法兰、快接活接头或软管等几种。对于需求在搅拌过程中将固体物料参与到搅拌容器的情形，可在罐盖上适当位置设置投料口，如搅拌罐为负压，可利用真空吸料原理从下面进料。温度计的插孔管的位置、长度及数量要视罐体大小而定。对于容积较小的罐体，普通只在盖上装一根垂直于液面的长管；对于高、大的罐体，那么往往在罐体的侧面的不同位置安装数个温度计插管，假设是夹套式，在温度计的插管位置必需避开夹套。温度插管传动安装搅拌器传动安装的根本组成有：电动机、齿轮传动机构〔有的还设一级带轮〕、搅拌轴支架。立式搅拌器分为同轴传动和倾斜安装传动两种。搅拌器的轴封轴封是搅拌轴与罐体之间密封安装。能否需求，与搅拌容器的压力形状及搅拌轴的安装位置有关。真空搅拌设备和加压搅拌设备均有密封机构。搅拌轴与罐体轴线垂直安装的也必需有轴封机构。另外，有无菌要求的搅拌罐也需求有相应的轴封措施。轴封应满足密封和卫生两方面的要求。常见的轴封有两种方式，填料密封和机械密封。〔二〕搅拌器1．搅拌器的类型2．搅拌器的安装方式3．搅拌器桨叶与流型4．搅拌器的选择食品工厂机械与设备——第六章混合均质机械与设备1．搅拌器的类型两大类型：小面积叶片高转速运转的搅拌器，属于这种类型的搅拌器有涡轮式、旋桨式等，多用于低黏度的物料；大面积叶片低转速运转的搅拌器，属于此类型的搅拌器有框式、垂直螺旋式等，多用于高黏度的物料。各种典型搅拌器型式是最常用的一种，用于粘稠性和普通液体物料搅拌。在构造上最简单，浆叶安装成与旋转方向相垂直，或与旋转的方向成一倾斜角〔45度以下〕〔当叶面与容器底面平行时，由于不能使物构成涡流，搅拌效果差；当叶面与旋转方向垂直时，呵斥阻力又很大。因此通常都使浆叶与旋转方向成一夹角，减小了阻力，提高了搅拌效果。〕当轴沿浆叶倾角方向转动时，可搅起沉渣，反之可使悬浮物搅拌至底部。平浆式搅拌器：浆叶固定在轴上的方法有四种：〔1〕焊接法：制造方便，但强度不大，拆卸困难，常用于直径小的容器中。〔2〕螺钉衔接法：螺钉把浆叶固定在轴上，中间有垫片。当轴是圆形时，主要靠浆叶与轴的摩擦力而使浆叶旋转，装配方便，但功率大时，容易产生滑动，故只适用于功率小的场所。〔3〕方轴、螺钉衔接，目的是抑制浆叶与轴的滑动，但方轴加工不便，浆叶与轴的衔接也比较费事。〔4〕键固定法：浆叶焊在轴套上，轴套与轴之间销以键固定，能抑制以上缺陷，被广泛采用，为了使搅拌更有效，可安装好几排浆叶，每一排上浆叶为两个或四个，相邻两排浆叶应相互垂直，以添加搅拌效率，浆叶的大小约为容器直径的1/3~2/3，宽度为长度的1/10~1/6。转速普通为20~80转/分，低速搅拌。特点：构造简单，搅拌效果良好。留意：当叶面与容器底面平行时，由于不能使物料构成涡流，搅拌效果差；当叶面与旋转方向垂直时，呵斥阻力又很大。因此通常都使桨叶与旋转方向成一夹角，框式搅拌器：其与浆式的完全类似，其程度浆叶用垂直的浆叶把它们彼此联成一同，成为钢性的框子。这样的构造比较巩固，适用于高浓度的物料，框的大小取容器直径的2/3~9/10倍。浆叶式搅拌器的转速较慢，所产生的液流除斜浆外主要为径向户切线速度。液体流离浆叶之后，外趋近器壁，然后向上或向下折流。可以从容器壁上除去结晶或沉淀物时，或利用搅拌作用，把已受热的容器附近的物料搅拌至其它地方，可将浆叶外缘作成与容器内壁外形相一致。其间间隙甚小，就成为锚式搅拌器，在夹套加热器用的较多。浆叶的外形与容器底的轮廓类似，浆叶外缘至容器底部的间隔要适当，以30~50mm为宜，但由于高浓度物料搅拌时只能取5mm，这时要求加工及安装的精度却高，不然外片能够碰上器壁而损坏设备。液流的径向速度较大，而轴向速度甚低，为了加强轴向混合，并减小因切线速度所产生的外表旋涡，通常加装挡板。浆式搅拌器的主要特征是：1、混合效率较差；2、部分剪器效应有限，不易产生乳化作用。3、由于浆叶易于制造和改换，适宜于有特殊触液资料要求的料液〔主要是金属污染和腐蚀问题〕。涡轮式搅拌器：其构造与离心泵的叶轮类似〔叶片多而短〕，安装在中央的旋转轴上，以较高的速度旋转，普通转速为100~2000rpm。平直叶片产生剧烈的径向和切线流动，通常加挡板以减小中央旋涡，同时加强因折流而起的轴向流，任务时，搅拌液沿轴线由中心孔而进入轮内，有各小叶片任务因此加热，然后再以高速度抛出。涡轮式搅拌器适宜处置多种物料，对中等粘度的物料特别有效。旋浆式搅拌器：由2~3片旋转浆所组成，浆叶是用螺母固定在轴上，螺母的拧紧方向与浆叶旋转方向相反，旋浆的直径为容器直径的0.2~0.3倍，搅拌浆的转速普通为300~1000rpm。液体作螺旋状运动，旋桨使液体遭到剧烈的切割或剪切，由于流动非常剧烈，这种搅拌器适宜用大容器低粘度的液体的搅拌。特殊方式----行星搅拌器行星传动搅拌器旋转浆的轴，不仅自转，而且还绕容器旋转。其优点是搅拌速度很高，传热导数高，缺陷是构造复杂。适用于搅拌粘稠性的液体。

2．搅拌器的安装方式搅拌器不同的安装方式会产生不同的流场，使搅拌的效果有明显的差别。常见的五种搅拌轴相对于容器的安装方式如图6.3所示。〔1〕中心立式搅拌安装方式〔2〕偏心式搅拌安装方式〔3〕倾斜式搅拌安装方式〔4〕底部搅拌安装方式〔5〕旁入式搅拌安装方式(6)其它安装方式的搅拌器〔1〕中心立式搅拌安装方式安装方式如图6.3〔1〕所示。这种安装方式的搅拌设备可以将桨叶组合成多种构造方式以顺应多种用途。特点功率与转速挡板挡板为了防止在搅拌器附近产生涡流回转区域，往往在立式容器的侧壁上装挡板。但用于食品料液搅拌的不多见，缘由是由于清洗上的不方便。特点这种安装的特点是搅拌轴与搅拌器配置在搅拌罐的中心线上，呈对称规划，驱动方式普通为带传动或齿轮传动，或者经过减速传动，也有用电动机直接驱动。功率与转速这种型式的搅拌设备的搅拌器功率可以从0.1kW至数百千瓦。常用功率范围为0.2~22kW。普通以为，功率小于3.7kW的为小型，5.5~22kW为中型，大于22kW为大型。食品工业中搅拌设备中多用中小型的搅拌器。转速低于100r/min的为低速型；100~400r/min的为中速型；大于400r/min的为高速型。〔2〕偏心式搅拌安装方式搅拌器安装在立式容器的偏心位置如图6.3〔2〕所示。能防止液体打漩，效果与装挡板相近。中心线偏离容器轴线的搅拌轴，会使液流在各点处压力分布不同，加强了液层间的相对运动，从而加强了液层间的湍动，使搅拌效果得到明显的改善。但偏心搅拌容易引起设备在任务过程中的振动，普通此类安装方式只用于小型设备上。〔3〕倾斜式搅拌安装方式是将搅拌器直接安装在罐体上部边缘处，搅拌轴斜插入容器内进展搅拌，如图6.3〔3〕所示。对搅拌容器比较简单的圆筒形或方形敞开立式搅拌设备，可用夹板或卡盘与筒体边缘夹持固定。这种安装方式的搅拌设备比较机动灵敏，运用维修方便，构造简单、轻便，普通用于小型设备上，可以防止打漩效应。〔4〕底部搅拌安装方式将搅拌器安装在容器的底部，如图6.3〔4〕所示。它具有轴短而细的特点，无需用中间轴承，可用机械密封构造，有运用维修方便、寿命长等优点。此外，搅拌器安装在下封头处，有利于上部封头处附件的陈列与安装，特别是上封头带夹套、冷却构件及接纳等附件的情况下，更有利于整体合理规划。由于底部出料口能得到充分的搅动，使输料管路畅通无阻，有利于排出物料。此类搅拌设备的缺陷是，桨叶叶轮下部至轴封处常有固体物料黏积，容易变成小团物料混入产品中影响产质量量。〔5〕旁入式搅拌安装方式搅拌器安装在容器侧壁，如图6.3〔5〕所示。在同等功率下，能得到最好的搅拌效果。转速普通在360~450r/min之间。驱动方式有齿轮传动与带传动两种。主要缺陷是轴封比较困难。不同角度的流动效果不同角度的流动效果图6.4所示为旁入式搅拌安装在不同旋桨位置所产生的不同流动形状。(1)α=7°~12°(2)α>12°(3)α=0°图6.4旁入式搅拌轴与径向的夹角及流形(6)其它安装方式的搅拌器除了以上5种方式的搅拌器外，还有其它安装方式的搅拌器。如卧式容器搅拌器，是将搅拌器安装在卧式容器的上方。此类规划可以降低整台设备的安装高度，提高设备的抗振动才干，改善悬浮液的形状，如充气搅拌就是采用卧式容器的搅拌设备。3．搅拌器桨叶与流型流动形状与搅拌容器的构造及其附件有一定关系。搅拌器桨叶的构造外形与运转情况是决议容器内液体流动形状最重要的要素。搅拌器件周围流体的运动方向有三种，即径向流、轴向流和环流。普通搅拌器普通只需一种为主导流向。(1)轴向流型或(2)径向流型液体由轴向进入叶片，从轴向流出，称为轴向流型，如图6.5〔1〕所示。旋桨式叶片旋转时，产生的流动形状不但有程度环流、径向流，而且也有轴向流动，其中以轴向流量最大。此类桨叶称为轴流型桨叶。图6.2所示的搅拌器中，折叶开启涡轮式和旋桨式可以产生明显的轴向流。〔1〕轴向流型轴向流型搅拌产生的流动方向〔即是朝容器底还是朝容器口〕与搅拌轴的转向有关，所以在安装运用时有必要留意。流体由轴向进入叶轮，从径向流出。如平直叶的桨叶式、涡轮式叶片，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流动。由于平直叶的运动与液流相对速度方向垂直。〔2〕径向流型低速运转，主要为环向流，当转速增大时，液体的径向流动就逐渐增大，桨叶转速越高，由平直叶排出的径向流动越剧烈，打漩效应也随之加强，严重时会呵斥液体外溢。4．搅拌器的选择选择要素及选择实验〔1〕根据介质黏度高低选型〔2〕根据搅拌过程和目的选型选择要素及选择实验普通选择搅拌时主要应从介质的黏度高低、容器的大小、转速范围、动力耗费以及构造特点等几方面要素综合思索。也可以经过小型实验进展选择。通常可采用阅历类比的方法，以某台实践运用的机型为参考，在相近的工件条件下进展类比选型。根据介质黏度高低选型是一种根本方法。如图6.6所示，随着黏度增高，各种搅拌器选用的顺序为旋桨式、涡轮式、桨式、锚式和螺带式等。对旋浆式指出了大容器量液体时用低转速，小容量液体时用高转速。各类型式运用有重叠性，例如桨式搅拌器由于其构造简单，用挡板后可以改善流型，所以，在低黏度时也是运用得较普遍的。而涡轮式由于其对流循环才干、湍流分散和剪切都较强，几乎是运用最广泛的一种桨型。〔１〕根据介质黏度高低选型图6.6搅拌器选择曲线1.锚式、螺带式；2.浆式；3.涡轮式；4、5.涡轮式、旋浆式；R1=1750r/min;R2=1150r/min;R3=420r/min〔2〕根据搅拌过程和目的选型这种方法根据搅拌过程和目的，对照搅拌器的流动效果作出判别选择。低黏度均相液－液混合分散操作悬浮液操作有气体吸收的搅拌结晶过程的搅拌操作这种混合，搅拌难度小，平桨式循环才干强，动力耗费少，最适用。平桨式构造简单，本钱低，适宜小容量液相混合。涡轮式动力耗费大，会添加费用。低黏度均相液－液混合分散操作涡轮式因具有高剪切力和较大循环才干，所以最适用。其中平直叶涡轮剪切作用大于折叶和后弯叶的剪力作用，因此应优先选用。为了加强剪切效果，容器内可设置挡板。涡轮式：运用范围大，其中以弯叶开启涡轮式最好。它无中间圆盘，上下液体流动畅通，排出性能好，桨叶不易磨损。桨式：速度低，只用于固体粒度小，固液相对密度差小、固相浓度较高、沉降速度低的悬浮液。旋浆式：运用范围窄，只适用于固液相对密度差小或固液比在5%以下的悬浮液。对于有轴向流的搅拌器，可不加挡板。因固体颗粒会堆积在挡板死角内，所以只在固液比很低的情况下才运用挡板。悬浮液操作圆盘式涡轮：最适宜。它剪切力强，圆盘下可存在一些气体，使气体的分散更平衡。开启式涡轮：不适用。平桨式及旋桨式：只在少量易吸收的气体要求分散度不高的场所中运用。有气体吸收的搅拌结晶过程的搅拌操作小直径的快速搅拌器：如涡轮式，适用于微粒结晶。大直径的慢速搅拌器：如桨式，用于大晶体的结晶。概念打蛋机是食品加工中常用的搅拌调和安装，用来搅打粘稠浆体，如糖浆、面浆、蛋液、乳酪等。分类手动价钱比较经济，但是较耗膂力，普通适用于家庭厨房，饭店等小量加工。电动比较省力，将原资料参与到容器内，然后将其固定，调理需求的速度后翻开电源就可以了，运用较为普遍，购买的时候可按容量的大小选择，价钱从几十到几千不等。打蛋机电动打蛋机手动打蛋器主要有搅拌器、调和容器、传动安装及容器升降机构组成。二﹑构造组成〔二〕搅拌器立式打蛋机的搅拌器由搅拌桨和搅拌头组成。搅拌桨在运动中搅拌物料，搅拌头那么使搅拌桨相对于容器构成公转和自转的运动规律。〔1〕搅拌桨有三种构造：钩形搅拌桨、网形搅拌桨和鼓形搅拌桨。(2)搅拌头作用：保证搅拌桨构成特定的运动轨迹，搅拌均匀。(3)不同搅拌桨的比较钩形搅拌桨网(筐)形搅拌桨鼓(拍)形搅拌桨三种搅拌桨的比较种类形状应用举例钩形搅拌桨钩形高黏度物料面浆网形搅拌桨网形中黏度物料糖浆鼓形搅拌桨鼓形低黏度物料稀蛋白液〔二〕调和容器●立式打蛋机的调和容器也叫“锅〞，上部为圆柱形，下部接椭圆锅底，两体焊接成形，与搅拌桨的运动轨迹相顺应。〔三〕容器升降机构立式打蛋机都装有升降系统，机架上的固定容器只需做少量的升降挪动并定位自锁，可到达快速装卸的要求以顺应快速装卸的操作要求。〔四〕机座机座接受搅拌操作的全部压力。〔五〕传动安装立式打蛋机的转动安装是经过电动机经带轮减速传