食品机械课件

食品机械

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：（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、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）

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，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u=5～15m/sn=100～500rpme、dj=(0.2～0.5)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（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

③易产生“分层效应”（不适于混合含有较重固体颗粒悬浮液）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，出口速度大，湍动程度强剪切力大，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

＞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：（4）锚删式搅拌器结构：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,不会产生死区

⑤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

①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搅拌容器装料量③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:将H/D及V=Vg/η代入注:D应圆整为标准直径容器高度计算:式中:v—

封头部分容积∴注:H应圆整校核:H/D及η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）打旋的危害

①几乎不存在轴向混合，会出现分离现象

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（3）常见消除打旋的方法

①偏心安装

②倾斜安装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假设挡板作用：

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

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）流体粘度足以抑制打旋，可不加挡板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摩擦功耗大

⑤需经常调解泵轴泵壳密封填料(盘根)压盖（2）机械密封

特点：

①密封可靠

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：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式中：K—同一几何构形搅拌器的总形状因子注：K、X、Y由试验求得功率准数：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：φ—功率因素当加设挡板时，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（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、∵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：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—行星轮

3—转臂4—搅拌桨公转与自转之间的关系nz

—

搅拌桨自转转速（150～500rpm)nG—

搅拌桨公转转速（70～270rpm)（2）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=20～80rpm,常用：n=30～40rpm

（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10～20mm4、调和容器5、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（kw)2550751002.23.04.05.56、立式调粉机混合对象：固体物料（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声波均质机

三、均质机分类与结构２、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３、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①往复泵→单作用泵②往复泵→双作用泵双作用泵排量图

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：200～250大气压作用：使脂肪球破碎第二级：低压区：压力：35大气压作用：使脂肪球均匀分散M3/h（2）高压均质机生产能力计算式中：d—柱塞直径（m)s—柱塞冲程（m)z—柱塞个数

n—柱塞往复次数（次/分）

φ—

工作体积填充系数，φ=0.8～0.92、胶体磨卧式胶体磨立式胶体磨理想辊压条件：1、每对压辊直径相等，速度相同，且同时启动。2、被压物料等速运动。3、物料仅受压辊的作用力。4、物料连续，机械性质均匀5、物料被压前后的体积不变。第一节辊压理论

一、理想辊压过程α—接触角（即物料变形区对应的中心角）D—压辊直径e—压辊间隙理论上e=h1绝对压下量：△h=h0

—h1二、辊压参数

1、物料辊压前后的变形量2、接触角根据图可求得一般情况下α很小3、变形系数(1)压下系数δδ=h1/h0

∵h0

＞h1∴δ＜1δ变形（2）延伸系数λλ=L1/L0∵L0

＜L1∴λ＞1λ延长量（3）宽展系数ββ=b1/b0∵b0≈b1∴β≈1（4）δ、λ、β之间的关系由理想辊压条件V0=V1则：h0b0L0=h1b1L1或：∴δλβ＝1∵β≈1∴δλ≈1如设辊压次数为n，则辊压厚度上的变化为h1

=δ1h0h2

=δ2

h1

=δ1δ2

h0……hn

=δn

hn-1

=δ1

δ2……

δnh0

令总压下系数为δ

则：δ=hn

/h0=δ1

δ2……

δn同理得：λ=λ1

λ2……

λn根据理想辊压条件：辊压前后物料体积不变（V0=V1)则：Q0=Q1(辊压前后流量不变）∴h0b0u0=h1b1u1式中：u0—物料在压辊入口处的速度

u1_—物料在压辊出口处的速度

∵

b0≈b1

h0u0=h1u1

或u1=λ1u0

三、辊压过程的运动计算第二次辊压出口速度：u2=λ2u1=λ1λ2u0设经n次辊压：un=λ1λ2……λnu0=λ总u0∴λ总>1un>u0（1）导入条件接触区内物料A点的受力情况如图F—压辊对物料的合力T—压辊对物料的摩擦力P—压辊对物料的正压力φ—摩擦角α—导入角Px、Tx—P、T水平分力Py、Ty—P、T垂直分力四、导入条件与压辊直径的确定物料能被顺利导入辊隙，必须满足

Tx≥PxFsinφcosα≥Fsinαcosφ∴tgφ≥tgα或f≥tgαφ≥αf—物料与压辊表面的摩擦系数2、压辊直径确定由导入条件：tgφ≥tgα

导入条件经推导得：由式可之当φ一定时，△hD结构尺寸思考题：为什么连续辊压机中第一对压辊的直径一般较大，且开有沟槽？1、横压力的概念物料通过压辊间隙时，物料将对压辊产生经向作用力和切向作用力。径向作用力叫横压力；切向作用力叫接触应力。

五、横压力横压力始终垂直辊面，其作用结果是将两辊分离。横压力的大小是随物料厚度的变化而变化的。在辊隙稍前处横压力值最大。接触应力把物料拉入辊隙中，但方向取决于物料相对压辊的速度，由于b-b界面处物料与压辊相对速度为零，所以该截面处的接触应力为零。2、横压力的计算横压力时设计辊压机械的重要参数，其大小影响辊压机的结构参数和功率消耗，影响横压力的因素很多。试验测得：物料硬度越大，温度越低，辊隙越小，横压力越大。目前要从理论上准确的计算横压力很难，仅能借助于与食品物料相近的理论进行计算。根据材料的蠕变理论计算横压力假设物料为牛顿流体，根据流体力学原理进行推导，得横压力计算公式：式中：P—横压力（kg）

μ—粘度（kg.s/cm2

）

u—压辊线速度（cm/s)R—压辊半径（cm）

L—压辊有效长度(cm）

e—压辊间隙（cm）

h0—物料在辊压前的厚度（cm）理论计算有一定的误差，有条件可对类似设备进行实测。2、超前系数ρ有图可知：huH=h2uρ=∵uH=ub∴u=ρub

设：h2=e(辊隙）∴h=h2+2(R-Rcosθ)=h2+2R(1-cosθ)=h2+4Rsin2(θ/2)∵

当θ很小时

∴第二节辊压机械1、按物料通过压辊的位置分卧式辊压机立式辊压机一、辊压机械的分类2、按操作性质分间歇式辊压机连续式辊压机间歇式辊压机连续式辊压机2、辊隙调整（1）直线移动轴承座（2）偏心套调整法辊隙最大调节范围为：2e

3、压辊传动齿轮采用大模数齿轮,模数m=8-10

其目的是为了增加齿高齿高h=2.25mmh调节范围当单对齿轮啮合传动时，随着辊隙的增加，齿轮传动的侧隙加大，使传动平稳性降低，产生冲击，为避免此现象的产生，一般采用双排齿轮，通过调节，消除齿侧间隙。

4、压辊材料：通常采用A3

、HT200厚壁管，焊接后精车，以保证两端轴孔的同心度。压辊直径：D=120-300mm压辊长度：应考虑与后续设备配套例如：饼干机L有1000、560、480、360、320、220三、面包压片机1、工作原理是一种间歇式辊压机2、传动原理2、辊隙调整利用杆机构使偏心套旋转。3、特点（1）利用三个辊实现两次辊压，减少空间、压辊及传动。（2）压辊由链条带动，无需大模数齿轮，调节范围广。（3）上下输送带可实现物料的自动循环，减少劳动强度。1、起酥线概述1）生产产品的特点（1）主要生产多层次的夹酥点心。（2）产品特点：层次多、均匀、清晰。一块点心可达120层之多（3）生产线有多种成型头，可生产多种食品四、M-M起酥线2）、生产线的布置夹酥压片折叠输送压片折叠输送压片成型

3）、MM起酥线工艺流程烘烤2、夹酥机夹酥原理构思MM起酥线辊压机辊压原理图MM起酥线辊压及辊压头结构多层次面带输入辊压头多层次面带输出辊压头

为什么起酥线压辊组辊压过程可保证多层次制品层次均匀清晰？分析（1）物料变形区长、变形时间长，变形缓和。2）辊压操作是由多个小辊和三条输送带完成的，三条输送带的速度u3>u2>u1，并与压辊组组成楔形空间，物料顺利导入，不产生堆积，保持原层次形态。（3）受力分析，三条输送带的速度增加与物料的厚度减薄使流速增加相一致。因此物料与输送带间几乎无相对滑动。

压辊组压辊的速度

u4>u3

，各压辊空套，可自由转动，u5转至与面带运动速度相同时停止转动，因此压辊与面带之间几乎无相对滑动。面带在压辊组与输送带夹持作用下，几乎在受纯拉力的状态下产生变形，受力缓和，无撕裂作用，因此可使面带内外层次均匀一致。据资料介绍：这种压辊组只受70g/cm2

对辊式辊压受力：20kg/cm24、成型

第一节概述

一、什么是焙烤机械？完成焙烤操作的机械叫焙烤机械。特点：执行机构简单设计内容：1、提供足够的热源。

2、热源选择、布置合理。

3、保温节能。

4、炉体结构尺寸合理。

5、炉温可控制、炉内潮气可排除。1、按热源分：普通电炉电炉远红外电烤炉微波炉煤炉燃气炉木炭炉二、分类2、按结构形式分：箱式炉链条隧道炉隧道炉网带隧道炉钢带隧道炉风车炉水平旋转炉1、热传导接触传热2、热对流介质传热自然对流

第二节加热原理

一、热交换形式3、热辐射载能电磁波传热式中：C—辐射换热系数

F1

—辐射体表面积

T1、T2—分别为辐射体积受热体温度当辐射体完全被加热物包围时式中：F2—受热物表面积

ε1

、ε2

—分别为辐射体及受热体的辐射率

Cb—黑体的辐射系数

Cb=4.88千卡/米2.时.K4

∵F2>>F1

∴C≈ε1Cb

∴1、红外线可见光红光端以外一段区域内不可见的光线波长：0.76-1000μm根据波长不同可将红外线分为：近红外线：0.76-1.4μm

中红外线：1.4-3μm

远红外线：3-1000μm红外线遵循可见光的反射、吸收、透射规律二、红外线及其加热原理2、红外线加热原理（1）物质吸收红外线原理原子化学键物质内部的原子总是以它本身具有的固有频率而不断运动,当某种物质受到一束红外线照射时，若：红外线的传输频率=物质的固有频率则：物质中的弹簧就会吸收红外线的能量而发生共振，即加速分子的热运动，使物质的温度升高。若红外线的传输频率=物质的固有频率,则:红外线就不会被物质吸收，而是串过分子或被分子反射。（2）物质吸收红外线的条件必要条件：由于振动改变分子的对称性，而使偶极矩发生变化。对双原子的物质对红外线不产生吸收。如：Cl2等,非对称结构的物质，如：H2O，无论怎样振动，都改变分子的对称性，所以每一种振动都可以产生对红外线的吸收。（3）选择性吸收与选择性辐射①选择性吸收:物质只在几个波长范围内有强烈吸收的特性②选择性辐射:辐射体的辐射能力按波长不同而变化的特性③匹配辐射加热:当选择性吸收与选择性辐射当相一致时的加热。④最佳匹配红外线加热物体的三种情况A、表层加热正匹配B、表里同时加热偏匹配C、里层加热内匹配ελλαλλε正匹配偏匹配α1、扩散加热过程中水分子的移动称为扩散。内扩散：物料内部水分移动现象扩散外扩散：物料表面的水分向外移动的现象湿扩散：由于物料内部存在水分梯度而内扩散引起的水分移动热扩散：由于物料内部存在温度梯度而引起的水分移动四、水分扩散

如果物料中温度梯度与水分梯度的方向一致时，则物料中热扩散与湿扩散的方向一致，这将加速物料的水分脱出。如果物料中温度梯度与水分梯度的方向相反时，则物料中热扩散与湿扩散的方向相反，当热扩散比湿扩散强烈时，物料内部的水分不但不能扩散到物料表面，反而把水分往内部赶，使水分不能脱出。热源被加热物热对流热辐射1、以供热方式分旁热式：由外部供热给辐射体产生辐射能。如电热丝供热给辐射体。直热式：电热元件既是发热体又是辐射体。如电阻带2、以结构形式分灯状辐射元件金属氧化美管管状辐射元件碳化硅管板状辐射元件乳白石英玻璃管

第三节远红外辐射元件及涂料

一、远红外辐射元件的分类

1、金属氧化镁管基体材料：常用普通碳钢热源：电热丝，管隙充填氧化镁粉（具有良好的导热性绝和缘性）。基体表面涂复远红外涂料在炉体上的安装:二、管状远红外辐射元件二、管状远红外辐射元件性能特点①金属基体，机械强度高，寿命长，更换维修方便。②容易制造出各种形状③金属基体高温下（600。C）出现可见光，使红外线所占比例减少。④1m以上金属管高温下易产生变形，易出现烘烤不均的现象。⑤远红外涂料易脱落。2、碳化硅管（1）结构基体：碳化硅管含碳化硅65%

粘土35%

混合、成型、烧结而成热源：电热丝碳化硅具有绝缘性，所以不需要添加充填物涂层：表面涂有远红外涂料特点：（1）碳化硅是一种良好的远红外辐射材料，远红外区的辐射率较高，与食品的吸收光谱匹配可达到较好的匹配效果，节能较明显。（2）制造工艺简单，成本低、涂层不易脱落。（3）抗机械振动性能差，易断裂。（4）隧道炉更换较困难，箱式炉用的较多（5）热惯性较大，升温时间较长。3、硅碳棒原料：高纯度的碳化硅（98%），经高温挤压成型，予烧、再经高温硅化而成。特点：（1）通电自热，不用电热丝。（2）单位面积发热量大，温升快，节电效果明显。（3）成本高。（4）使用安装技术性强4、乳白石英玻璃管基体：乳白石英玻璃管特点：（1）光谱辐射率高，ελ

3-8μm,11-25μmελ=0.92

（2）电能辐射能转化率高η=0.65-0.7

（3）热惯性小，通电到热平衡时间为2-4分钟（4）不需涂层，基体直接辐射远红外线，无涂层脱落。（5）节电明显，优于金属管、碳化硅管。（6）成本高，易碎。节电机理:（1）电能辐射能转化率高

η=0.65-0.7

（2）可达到最佳匹配三、板式热元件特点：（1）可使炉内温度分布均匀（2）安装方便（3）制造简单、成本低（4）辐射率高（5）抗机械振动性差，易碎（6）热惯性大，升温时间长

能够辐射远红外线的材料很多，如各种金属氧化物、碳化物、硼化物和氮化物等。根据被加热物的吸收特性及最佳匹配的要求，可选择单一物质或多种物质的混合物，作为辐射涂料。远红外辐射涂料的选择原则（1）“最佳匹配”原则（2）涂料的辐射率要高（3）无毒、热膨胀系数与基体相近（4）导热性、冷热稳定性好（5）原料价格低四、远红外涂料1、砖砌炉体材料：耐火砖、保温砖特点：简单、成本低、热惯性大、体积大、不能移动2、金属构件炉体材料：型钢：构成框架钢板：内壁：采用反射率高的材料，如抛光铝板、抛光不锈钢板等外壁：普通钢板，表面喷漆等处理保温材料：填充在内外壁之间，起绝热保温作用

第四节食品烤炉的炉体设计

及结构尺寸确定

一、炉体的结构形式

特点：炉体轻、灵活，可制成各种形状，便于运输、热惯性小、成本高、用钢材多。炉体设计应注意以下几点（1）提高热阻，取决于保温层厚度及保温材料的性能。（2）加强炉内壁的反射。

∵内壁ρ∴α(=1-ρ)以减少炉体吸热（3）加强密封，以减少对流热损失（4）尽量减少炉膛、炉体尺寸和炉体总重，以减少加热空间、散热表面及自身畜热二、炉体保温

1、保温材料的选择一般小于0.2千卡/米.时.。C

都叫保温材料保温材料的选择：导热系数低、容重轻、成本低。2、保温层厚度的确定（1）确定保温层厚度的依据：传热学原理

在稳定传热的条件下，热流体对右避面的对流换热量，必然等于通过平壁的导热量，也必然等于左壁面冷流体的对流换热量。则联立整理一般保温材料的导热系数k较小，而保温层厚度L较大差别很小设计时假设：则：（2）通过炉壁保温层的散热损失t2——炉外壁的温度tf2——炉外空气温度α2——炉外空气对流换热系数室内空气α2=7千卡/米.时.。C

室外（有风）α2=12千卡/米.时.。C（3）保温层厚度计算1、箱式炉（1）炉膛尺寸确定①炉膛高度确定分层布置式热元件，温度场的均匀性是一个重要问题温度场的均匀性取决于上下辐射元件的辐射距离。上辐射距离要求较高，因其直接照射食品一般，当管间距离一定时辐射距离均匀性辐射能量结构尺寸辐射距离确定原则：保证烘烤均匀的前提下，辐射距离越小越好三、炉体尺寸确定

一般经验数据：下辐射距离：A=30-40mm(板式元件）

60-70mm(管式元件）上辐射距离：

d=B+CB=2AC—被烘烤物品的高度则：h=A+B根据生产能力，烤盘面积，烤盘层数为n则：H1=a+nh+b式中：a、b—分别为上下热元件至炉顶与炉底的距离

a=b=50-70mm②炉膛宽度与深度对管状热元件其发热部分沿管长方向的温度分布并不均匀，所以应将食品放在热元件温度均匀处。Bi=Si+(150-100)mm（2）炉门尺寸确定炉门尺寸应在满足取放食品方便的前提下，取最小尺寸，以减少热量损失。（3）总体尺寸确定炉宽：B=B1+2L1

炉深：B’=B2+2L1

炉高：H=H1+L2+L3+L4

注：此尺寸不包括电控箱尺寸及热元件安装尺寸LL总L1L12、隧道炉（1）炉长的确定

隧道炉的炉长主要取决于生产能力，烘烤时间及输送装置的运行速度①根据生产能力确定炉长例：钢、网带式隧道炉的生产能力计算公式如下式中：G—生产能力(kg/h)L—加热区长度（m)R—炉带纵向每米长度上的制品数N—炉带横向每米长度上的制品数M—每公斤制品的个数t—烘烤时间η—成品率，饼干炉η=0.9则：隧道炉总厂

L总=L1+L+L2

L1、L2—由结构设计定一般：L1=

L2=1m隧道炉炉体一般分节制造，在计算得L后应圆整为每节炉体长的整数倍，每节炉长常见有：1m、2m。②根据成型机输出生坯的速度和烘烤时间确定炉长

∴L=VtV—成型机输出生坯的速度

t—烘烤时间

L总=L1+L+L2（2）炉膛尺寸确定①炉膛高度确定

H=A+d+a+b②炉膛宽度确定

B1=S+（100-150）

S—食品排放宽度因考虑与成型机配套（3）总体尺寸

①炉总宽B=B1+2L1+2L4

L1—侧壁保温层厚度L4电热空间，由电热管尺寸确定②炉体总高

H=H1+L1+L2+L5L5

—支架高度③输送食品的离地高度H2

设计时应考虑与之配套的成型机输出生坯的离地高度,以使整个生产线工作协调。为扩大使用范围可将支脚设计成可调的。隧道炉：需要密封处（1）每节炉体的接合部，通常采用有弹性密封垫。

密封处四、炉体密封作用：密封；缓冲炉体的热胀冷缩（2）电热管道管处密封箱式炉：密封处：炉门口，通常采用耐热硅橡胶

热平衡法是烤炉进入稳定状态后，热元件发出的总热量应该与进入烤炉的生坯、载体、炉壁散热等总热量之和相平衡。即：被烘烤物总吸热量+热损失=炉所需的热量（热元件的总功率）

Q=Q1+Q2+Q3+Q4式中：Q—热元件发出的总热量（千卡/时）

Q1—各种物料升温吸热（千卡/时）

Q2—水分蒸发吸热（千卡/时）

第五节电功率计算

一、热平衡法Q3—水分蒸发后继续过热时吸热（千卡/时）Q4—全部散热损失（千卡/时）

Q4=Q41+Q42+Q43其中：Q41—烤盘吸热（千卡/时）

Q42—传送装置（链条、钢、网带）吸热（kcal/h）

Q43—炉外壁散热损失（千卡/时）1、各种热量计算（1）各种物料升温热量Q1Q1=∑G1iC1i△t

(kcal/h）

式中：G1i—每小时入炉的各种物料的重量（kg/h）

C1i—各种物料的比热(kcal/kg.。C）

△t—各种物料的升温温差（。C）（2）水分蒸发吸热Q2Q2=q

G2(kcal/h）式中：q—气化潜热(kcal/kg）q=539(kcal/kg）

G2—小时水分蒸发量（kg/h）

（3）水分蒸发后过热吸热量

Q3Q3=G2C3△t

(kcal/h）式中：C3—水蒸气比热(kcal/kg.。C）

△t—水蒸气过热温度与蒸发温度的温差(。C)(4)全部散热损失Q4①烤盘系热量Q41Q41=G41C41△t

(kcal/h）G41—每小时入炉的烤盘重量（kg/h）

C41—烤盘比热(kcal/kg.。C）

△t

—烤盘升温温差（。C）②传送装置（链条或钢带、网带）吸热量

Q42=G42C42△t

(kcal/h）

G42—每小时入炉的传送装置重量（kg/h）

C41—传送装置比热(kcal/kg.。C）

△t

—传送装置升温温差（。C）③炉壁散热量G43式中：F—炉外壁总表面积(m2)t1—炉外壁各散热面平均温度（。C）

T1—炉外壁各散热面平均绝对温度（。K）

T2—室温绝对温度（。K）

ε—炉壁全辐射率

K—放热系数K=2.2（平均值）2、电功率计算式中：P—烤炉应配置的电功率（kw）

K1—电压波动系数与电压有关

K1与电压有关：一般：K1=0.826K2—功率储备系数一般：K2=1-1.3K2选取时应考虑的因素：（1）计算数据不准时产生的误差（2）烘烤最大产品时对功率的增加需求（3）生产条件变化式（生产任务、气候）或发展需要当数据不足或简化计算时，可根据炉的热效率进行估算炉的热效率式中：Q1

、Q2、Q3符号意义同前

η—炉的热效率一般炉的热效率η=0.5-0.55标准规定小型炉η>0.5

大型炉η>0.55二、估算法

1、辐射元件的间距确定管状辐射元件的温度分布情况

第六节食品烤炉的其它设计

一、辐射元件的工艺布置

当辐射距离不变时，只改变热元件间的距离，温度场分布将发生变化。热元件间距越小，温度分布越均匀，且温度越高；热元件间距越大，温度分布越不均匀，且温度降低管状元件的一般取：150-250mm当辐射距离不变时，只改变热元件间的距离，温度场分布将发生变化。热元件间距越小，温度分布越均匀，且温度越高；热元件间距越大，温度分布越不均匀，且温度降低管状元件的一般取：150-250mm管间距离可根据辐射距离选取：若辐射距离较大，则管间距离可取大值若辐射距离较小，则管间距离可取小值板状辐射元件温度分布特点：沿整个辐射板面的辐射强度均匀,

温度场均匀组合方便，一般板间距离为20-50mm管间距离可根据辐射距离选取：若辐射距离较大，则管间距离可取大值若辐射距离较小，则管间距离可取小值2、辐射元件的布局（1）箱式炉辐射元件的布置①分层布置热元件特点：a、以辐射加热为主b、热效率高c、热元件布置要求高

通过改变烤盘支架的位置，可使箱式炉的烘烤范围扩大，以适应不同厚度食品的烘烤。②侧壁布置热元件特点：a、以对流加热为主b、需风机及引风系统c、热元件布置要求低（2）隧道炉辐射元件的布置①均匀排布热元件：特点：各热元件间距均匀相等，应用最广。②分组排布热元件：温度场分组热元件被烘烤食品食品运动方向食品移动通过多个升温、降温过程，可破坏制品表面的蒸汽膜，改善水分蒸发状态。③根据食品烘烤工艺排布热元件1、箱使炉∵炉内空间较小，热气流一般流向上方∴热元件功率分配应呈“上低下高”的趋势2、隧道炉上层直接照射食品，下层通过载体间接传给食品。一般功率分配：上层功率<下层功率如:烤盘烘烤的饼干炉：上层：下层=75-80%

听形面包炉：上层：下层=50-60%

多用炉：上层：下层=100%（通过温度控制系统调温)二、功率分配

一般控制炉内气氛温度，通过温度传感器、温控仪及电器元件等实现自动控制。三、温度控制

隧道炉一般有多个温区，多个感温探头、温控仪实现自动控制。感温探头的安装位置，应尽量放在炉内中心、且接近食品表面，注意应尽量离开热元件表面。（1）作用：减少水蒸气对红外辐射的吸，提高热效率。有利食品的造色。（2）箱式炉：排潮孔的位置:应布置在水蒸气排放顺利的地方，一般在炉顶火炉后壁上方。四、排潮系统排潮孔直径：一般10-15mm

个数:一次烘烤每公斤面粉0.8-1个（3）隧道炉排气量大，应排出车间外，形势多为蝶形阀。设计时要确定：H：排气管高度，由厂房确定。

D:排气管直径，一般D=120-200mm排气管个数：一般15m炉安装两个排气管，若炉体长可多装。隧道炉排潮管安装情况排潮管布置：应布置在有大量水蒸气排出的部位，并设有集气槽。集气槽对某些食品烤炉，排潮管位置应根据工艺要求布置。如：面包烤炉在有大量水蒸气排出的炉中区不装排潮管，而将排潮管布置在排出水蒸气较少的炉前区，可式炉中取得水蒸气引入道路前去，以润湿面包表面，避免面包表皮过早结壳，影响体积长大。（1）驱动装置的位置：应放在出炉端。（2）设计师除有电机驱动外，还应设有一套手动驱动系统。（3）钢带炉、网带炉驱动滚筒直径的确定钢带炉：钢带最外层表面达到屈服极限时滚筒的最小直径(mm)式中:E—钢带的弹性模量（kg/mm2）

δ—钢带的厚度（mm）

σs—钢带的屈服极限（kg/mm2）五、隧道炉的传动系统

二、传热速率方程：Q=KF△tm管式换热器三、新型列管事换热器三、新型列管事换热器管式换热器管式换热器第二节板式换热器一、板式换热器的应用于结构压板中间接管支架换热片密封圈冷热流体进出管1、板式换热器的组成二、板式换热器的特点1、传热效率高，∵K2、结构紧凑，占地面积小，但传热面积大3、适应性强，当需改变工艺条件即生产能力时，只需增建板片数即可4、适宜处理热敏性物料5便于清洗，拆卸方便6、卫生安全。7、热利用率高，可同时进行加热与冷却。8、连续生产，劳动强度低9、密封圈宜脱落、产生泄漏。四、板式换热器的流程组合与表达方法（a）并联流程17块板、8流道、单程（b）串联流程17块板、单流道、8程（c）混联流程13块板、3流道、2程流程组合表达式

式中：n1、n2——热流体的程数

m1、m2——冷流体的程数

a1、a2——热流体每程的流道数

b1、b2——冷流体每程的流道数原则上分子为热流体，分母未冷流体六、板式换热器规格型号表达方法B板式换热器代号波纹代号组合形式总换热面积设计压力Pa×105设计温度0C单片公称换热面积X——斜波纹

R——人字波纹

P——平直波纹

J——锯齿形波纹例：下式为一板式换热器的型号，试问其反映了哪些技术参数？板式换热器流程组合五、板式换热器在乳品加工中的应用

板式杀菌机流程管式超高温外形管式超高温流程2、离心沉降特点:：1）转鼓无孔

2）固相密度>液相密度

3）适合含固量低，粒径小的悬浮液

4）悬浮液沉渣澄清液3、离心分离特点：1）转鼓无孔；2）转速更高

3）适合乳浊液；4）乳浊液:

轻液重液少量沉渣

二、离心力场特点及分离因数

三、离心机分类

离心力场重力场分离因数物理意义:分离因数越大，离心力越大，分离能力越大

1、按分离因数分（1）常速离心机

Fr<3500常见Fr=400~1200特点：转鼓有过滤式、沉降式转鼓直径较大、转速较低2）高速离心机Fr=3500~5000特点：转鼓为沉降时，直径较小，转速较高3）超高速离心机Fr>5000特点：转鼓为沉降式转速很高直径很小，呈管状2、按结构特点分

1）三足式离心机

2）上悬式离心机

3）刮刀卸料式离心机

4）活塞卸料式离心机

5）离心卸料式离心机