资料课件讲义第3章 搅拌机械1

1、第3章搅拌及微粒化机械与设备2018/10/171第一节概述搅拌操作在食品工业中占有十分重要的位置，大多数面糖类食品的生产都离不开搅拌。搅拌是指借助于流动使两种或多种物质在彼此之中 相互散布的一种操作。其作用可以实现物质的均匀 混合、也可以促进溶解、气体吸收、强化热交换等 物理及化学的变化。通过机械动作，使物质按一定规律流动的方法称为 机械搅拌。这种机械称为搅拌机械。2018/10/172二、搅拌物料种类及搅拌特性n 1.对于牛顿型流体，无论搅拌程度激烈或缓和，它的粘度是与其静止状态相同的。在同一搅拌容器中， 各处的粘度也是一致的。n 2.非牛顿型流体的概念n 凡是粘度随着剪切应力及速度梯度不

2、同而变化时，称 为非牛顿型流体。n (1)n (2)n (3)宾格汉塑性流体拟塑性流体涨塑性流体2018/10/173三、搅拌机械基本结构n 1. 搅拌装置包括搅拌器拌桨)及搅拌轴n 2. 搅拌容器n 3. 轴封(或称搅2018/10/1742018/10/1752018/10/176四、搅拌机械分类按被搅拌物料的性质，可将搅拌机械分为：1.搅拌机它以搅拌低粘度的液体为主，适用于液一液相混合及固一液悬浮液的混合，气一液混 合等等。2.调和机或称捏和机。它以搅拌高粘度糊状物料及粘滞性固体物料为主。它适合于液一液相混 合及固一液相混合伴有充气、传热、改性等其它 一些过程的搅拌操作。3. 混合机它以

3、搅拌干燥散粒状固体物料为主，适合于固一固相混合。2018/10/177第二节搅拌机(Agitator or Stirrer)一、混合机理1.对流混合主体对流和涡流对流分子扩散混合剪切混合2.3.2018/10/178二、搅拌机的结构搅拌器类型n (一)n 三个速度分量：n 垂直于搅拌轴的径向分量；n 与轴平行的轴向分量；n 与叶轮相切的切向分量。2018/10/179n 液流的径向分量和轴向分量都能促进混合；n 切向分量则不同：n 在搅拌轴对中安装于容器内的情况下，切向分量主要促使流体绕轴循环转动，形成速度不等的液层；n 当层间相对速度不高时，对流作用很小，所以几乎没有混合，同时还会使液流产生

4、向下凹的漩涡，这些流动都对混合不利。2018/10/1710n 1. 浆叶式搅拌机（Paddle type agitator）2018/10/17112018/10/17122. 涡轮式搅拌机(Turbine type agitator) 2018/10/1713涡轮式搅拌机叶轮及其变种a）平直型d）带叶片的圆盘型b）倾斜型c）弯曲型e）放射型f）扩散型环曲板叶片2018/10/17142018/10/1715n 3. 旋桨式搅拌机(Propeller type agitator)2018/10/1716三叶推进式考虑液体流动的轴向特性，若将旋桨叶轮在容器中垂直对中安装，则搅拌效果不佳。（1）

5、 偏心安装（2） 旋桨轴与轴线成一定角度在大型容器中，叶轮轴可通过：（3）容器侧壁水平安装，但也偏转直径方向一个 角度。2018/10/1717旋桨式偏心叶轮搅拌机倾斜可搬式搅拌机2018/10/1718旋桨水平安装位置不同时，被搅拌的液体流动状态亦不同。(1)(2)(3)为旋桨与容器中心线夹角a=7-12时液体的流动状态。为旋桨与容器中心线的夹角a7-12时液体的流动状态。 为旋桨与容器中心线相垂直时液体的流动状态。192018/10/17侧入式搅拌机2018/10/17204. 特种搅拌器（1）锚栅式搅拌器(Anchor type agitator) 为了增加搅拌器的剪切作用，或消除容器壁

6、上的结晶物 或沉淀物，以便更有效地搅拌粘度较大的液体，可在平 浆式叶轮的基础上增加桨叶与物料的接触面积，制成栅 形结构，或将桨叶外缘作成与容器内壁形状相一致的锚 形结构。这种搅拌器的外缘与容器内壁的间隙很小，当搅拌器扫 过容器壁时，由于强烈的剪切作用而产生漩涡，引起了 液体物料间不断的交换。特别是对于容器装有夹套传热的搅拌机来说，搅拌操作 有利于传热。2018/10/1721锚栅式搅拌器b马蹄形(有横梁) c马蹄形(有平浆) a马蹄形d马蹄与平浆双动e锚栅式2018/10/1722（2） 行星式搅拌器（3） 鼠笼式搅拌器agitator)(Planetary agitator)(Mouse-h

7、alter type 2018/10/1723行星式搅拌器鼠笼式搅拌器2018/10/17242018/10/1725(二) 搅拌容器搅拌罐结构设计(1)罐体的长径比（H/D）和装料量选择罐体的长径比罐体长径比的选择应考虑以下三方面的因素：(a）长径比对搅拌功率的影响 (b）物料特性对罐体长径比的要求(c）罐体长径比对传热的影响2018/10/1726几种搅拌罐的H/D值2018/10/1727容器种类罐内物料特性H/D一般搅拌罐一般搅拌罐发酵罐类液-固相或液-液物料气-液相物料1-1.31-21.7-2.5（2）筒体直径和高度n H=(V-Vs)/0.25D2=(Vg/-Vs)/0.25D2

8、(m)n 式中：D一容器内径(m)(m)H一容器长度Vs顶盖与下封头容积之和（m3）V罐体全容积（m3） Vg罐体的公称容积（m3）充填系数，通常可取0.6-0.85 2018/10/1728(三) 挡板1、挡板有两个作用： 一是改变切向流动； 二是增大被搅拌液体的湍动程度， 从而改善湍动效果。2 、挡板数量：据Mack等学者证明， 宽度和容器内径之比为1：10的四块挡板一般已足够用了。2018/10/17293、挡板安装方式（1） 搅拌低粘度液体时，挡板紧贴壁内侧安装。（2） 搅拌中等粘度的物料时，可把挡板离开壁面安装，以阻止在挡板背后形成停滞区， 还可防止固体在挡板后聚积。挡板与容器壁的间

9、距约为挡板宽度的0.5倍。0.1-（3）随着粘度的增加，挡板宽度还可以适当地减小， 当搅拌物料粘度大于1 2 0 0 0 c p (12Pas)时，流体的粘度足以抑制打漩，故无需加设挡板。2018/10/1730第三节调和机(Kneader)一、混合机理二、分类打蛋机调粉机2018/10/1731三、打蛋机（一）概述（二）打蛋机结构由搅拌器、容器、传动装置及容器升降机构等组成。2018/10/17322018/10/1733立式打蛋机结构简图1-机座2-电机3-蜗架升降机构4-皮带轮5-齿轮变速机构6-斜齿轮 7-主轴8-锥齿轮9-行星齿轮l0-搅拌头11-搅拌浆叶12-搅拌容器2018/10

10、/17341. 搅拌器（1) 搅拌头常见的是由行星运动机构组成。内齿轮1固定在机架上，当转臂3转动时，行星齿轮2受1与3的共同作用，既随转壁外端轴线旋转， 形成公转；同时又与内齿轮啮合，并绕自身轴线旋转，形成 自转，从而实现行星运动。2018/10/1735搅拌头示意图（a）-传动示意图（b）-运动轨迹示意图1-搅拌浆2-行星齿轮3-转臂4-内齿轮2018/10/1736（2）搅拌桨筐形搅拌桨它是由不锈钢丝组成筐形结构，此类桨的强度较低，但易于造成液体湍动，故而主要适用于工作阻力小的低粘度物料的搅拌(如稀蛋白液)。拍形搅拌桨它是由整体铸锻成球拍型。此类桨有一定的结构强度，而且作用面积较大，它与

11、前述的锚栅式桨类似， 主要适用于中等粘度物料的调和(如糖浆、蛋白液等)。2018/10/1737n 钩形搅拌桨n 它多为整体锻造成与容器 侧壁相同的钩形。此类桨 的结构强度较高，借助于 搅拌头或回转容器的运动， 钩形桨的各点也能够在容 器内形成复杂的运动轨迹， 所以它主要用于高粘度物 料(如面团)的调和。2018/10/1738打蛋机的搅拌桨（a）-筐形搅拌桨（b）-拍形搅拌桨（c）-钩形搅拌桨2018/10/17392调和容器通常也称为“锅”。它的结构特征与搅拌机容器相似，即圆柱形桶身下接球形底，两体焊接成形，或整体压模成形。容器普遍为开式结构，近年来结合食 品工艺的某些要求也发展有闭式结构

12、。2018/10/1740容器紧机构简图1-容器2-支板3-斜面压块4-机架2018/10/17413、容器升降机构立式打蛋机通常设有容器升降机构，它使得固定在机架上的容器可以做少量的升降移动和定位自锁，以适应快速装卸的操作要求。2018/10/1742容器升降机构1-手轮2-凸轮3-连杆4-滑块5-支架6-机座2018/10/17437-平衡块8-定位销4、机座打蛋机的机座承受搅拌操作的所有负载。由于搅拌 器的高速行星运动，使机座受到交变偏心力矩和弯 扭作用，并易引起振动。为了保证机器具有足够的刚度和稳定性，故需采用 薄壁大断面轮廓的铸造箱体结构。5、传动装置立式打蛋机的传动过程一般是电动机

13、把动力经一级皮带减速传至调速机构，而后再由齿轮机构变速、 减速及改变转动方向，使搅拌头获得转矩。2018/10/1744立式打蛋机传动系统图2018/10/1745调粉机1、面团种类(Kneader)（1） 液体状面浆：其中含有较多的水分和多样的配料，调和过程常常伴有充气及乳化等操作。它用于制作威化饼干、杏元饼干、蛋糕等糕点类 食品。这种液态面浆通常采用打蛋机来调制。（2） 酥性面团：其中含有较多的油质，它的塑性较大，粘弹性较小，面筋较少。常用于制作酥性饼干，糕点等食品。2018/10/1746（3） 韧性面团其延伸性较强，弹性、塑性适度。它适用于制作韧性饼干、糕点等食品。（4） 水面团其面筋

14、含量较大，面团具有一定的弹性和塑性。它适用于制作面包、馒头、饺子、馄饨等发酵或不发酵的面类食品。2018/10/17472、调粉机调制面团的基本过程n (1)n (2)搅拌混捏n （3）压揉n （4）出料2018/10/17图1-4-2-1 滚笼式搅拌和面团操作流程及搅打力示意图a-搅拌b-混捏c、d、e、f、g-拉、压、揉、打滚笼式搅拌和面团操作流程及搅打力示意图a-搅拌b-混捏c、d、e、f、g-拉、压、揉、打2018/10/173、卧式和面机卧式和面机是生产中应用比较广泛的一种和面机。其搅拌容器轴线与搅拌器回转轴线都处于水平位置。其结构简单，制造成本一般较低，卸料、清洗方便， 但占地面积

15、较大。卧式调粉机的生产能力即一次调粉容量范围较大， 通常在25-400kg/次左右。一般有单轴式(Singer arm kneader)和双轴式(Double arm kneader) 两种。2018/10/17502018/10/17512018/10/1752卧式和面机1-副电动机2-蜗杆3-蜗轮4-主轴5-筒体 6-浆叶7-链轮8-主电动机2018/10/1753双轴式和面机切分式和面机：它的两只回转搅拌桨在公切线位置是 分离布置的。两桨的运动相互独立，无干涉，各桨的速度可以任选。这相当于将两台单轴式调粉机合并在同一容器中。重叠式和面机：它的两只搅拌桨是交叉布置的。由于 桨间运动轨迹重叠

16、，因此，设计搅拌桨叶的结构、形 状与选择相对运动的相位及速度关系时都应以确保两 桨互不干涉为前提。通常两桨的相对速度比为1：2或1：l。当选择1：2时，即可产生快速桨追慢速桨的运动现象，从而使两桨间 的物料受到充分的折叠、拉伸、揉捏等。2018/10/1754双轴卧式和面机（a）-切分式（b）-重叠式2018/10/1755（1）搅拌器Z型、型与鱼尾型搅拌器1)这种搅拌器的桨叶母线与其轴线偏斜一定角度，此作用在于增加物料的轴向和径向流动，以促进混合。结构简单，形状稍复杂，大都是由整体铸锻成型。它们的适用范围较广，对各种高粘度物料的搅拌都能得到较好的效果。如Brabender面团测试仪上的调粉机

17、就是采用Z型 搅拌桨。一般情况下多采用型；鱼尾型适用于高粘度食品物料的边捏合、边进行真空干燥；Z型适用于色素和颜料在食品中的均匀分散。浆叶转速较低，一般为15-60rpm。2018/10/1756Z型、型和鱼尾型搅拌桨（a）-型桨2018/10/17（b）-鱼尾型桨（c）-Z型桨572018/10/1758型桨2) 桨叶式搅拌器它通常有6个直桨叶或扭曲直桨叶与搅拌轴组成，任 何相邻两个浆叶的夹角均为120o。在面团调和过程中，这种搅拌器对物料的剪切作用很 强，拉延作用较弱，因此对面筋网络的形成具有一定 的破坏作用。另外，由于搅拌轴安装在容器中心，此处物料的流动 速度较低，若操作不当，很容易产生

18、面团抱轴及调粉 不均现象。桨叶式搅拌器结构简单，制造成本低，适于酥性面团 的操作。2018/10/1759桨叶式搅拌器1-叶片2-搅拌轴2018/10/17603) 滚笼式搅拌器滚笼式搅拌器由4-6个直辊3，连接板4及搅拌轴2组成。其中，直辊有加活动套管与不加套管两种。加套管的作用在于压延、拉伸面团时，减少直辊 与面团间的摩擦及硬性挤压，以降低功耗，减少 面筋网络的破坏。直辊在连接板上的分布有Z型、Y型及X型等。2018/10/1761滚笼式搅拌器1-连接板2-搅拌轴3-直辊2018/10/17622018/10/17634）其它形式搅拌器n a为花环式搅拌器，b为叶片式搅拌器，c为椭圆式搅拌

19、 器。n 这些搅拌器的共同特点是：它们都为整体形结构，其 中心位置都没有搅拌轴，因而也就不存在面团抱轴问 题。n 它们桨叶的外缘母线都与调和容器内壁形状相似，并 且距离很近，这样有利于清除死角，驱使全容器范围 内的物料均匀地受到搅拌；n 它们促进面筋生成的能力比滚笼式搅拌器稍低。2018/10/1764三种搅拌器（a）-叶片式 （b）-花环式（c）-椭圆式2018/10/1765（2）搅拌容器n 或称搅拌槽，一般由不锈钢焊接、铆接或螺栓连接而成。n 调粉机的容量，即一次调和物料的重量，它一般分为25kg、50kg、75kg、100kg、200kg、400kg等。n （3）机架n （4）传动装置

20、n 1)调粉机的空载功率不得超过额定功率的25%。n 2）调粉机每调制25kg面粉的耗电量 0.2kw/h。2018/10/1766五、立式和面机1、立式间歇式和面机立式间歇式和面机的结构由机架、减速器、搅拌器 和料缸等部件组成。电动机经三角皮带轮传动，减速后分别传结两个蜗 轮减速器以带动搅拌器和料缸旋转即可进行搅拌工 作。使用时应先清洗料缸，再把所需拌和的面粉等物料 投入缸内。然后启动电机，在机器运转中把足量的水一次徐徐 加入缸内，合上缸盖即开始拌合面团。一般需要搅拌6-12min的时间，出料时必须在机器停 止运转后方可取出面团。2018/10/17672018/10/1768立式和面机的结

21、构原理图1-电动机 2、3、7-皮带轮 4-三角带 5-蜗杆 6-蜗轮8-蜗杆 9-蜗轮 10-搅拌桨 11-料缸2018/10/1769双桨双速立式和面机(500kg/次)韧性粉采用快速25rpm；酥性粉采用慢速16rpm2018/10/1770液压式(机械式)翻斗机2018/10/17712、立式连续式和面机n 是日本粉研株式会社于20世纪70年代研制成功的。n 它用先进的原理和特殊的结构，让小麦粉和水按比例 进入和面机，在1200rpm的高速旋转下产生气流，使 小麦面粉和水在雾状状态下接触；n 因而小麦面粉能以很快的速度十分均匀地吸水，并使 水分子很快进入非水溶性蛋白质内，蛋白质快速吸水

22、形成面筋，淀粉快速吸水浸润并被蛋白质网络包络形 成加工性能良好的面团。2018/10/1772立式连续和面机原理图2018/10/1773六、真空和面机真空搅拌机的优点在搅拌时，搅拌桶内、面粉内的空气可除去。采用真空脱气，水分可充分渗透至面粉中心，混和效果好， 具有熟化效果。因为水分能渗透至面粉中心，即使多加水，也能制得面质 紧密的产品。松散的面团挤压后有筋力。由于搅拌桶内处于真空状态，物料加水时，水自然被吸进 桶内，吸入的水瞬间就成雾状，可与面粉颗粒充分、快速结 合。用真空搅拌机搅拌混和后的面团，不必再经过花费时间的 熟化工序。2018/10/1774全密封型真空搅拌机1-搅拌器2-传动部分

23、3-控制部分4-储气桶5-真空泵2018/10/1775面类在真空搅拌时选用的真空度当面团中有空气存在时，会使面团的水化作用缓慢，因而 面团需要熟化时间。而采用真空脱气式搅拌形式，在搅拌过程中就将空气除去， 面团中空气含量很少，水化作用进行得好，熟化效果极佳。在加水量35%，表计真空度为5.33kPa时搅拌混和，仅有 1%的水份损失。2018/10/1776产品真空度(kPa)方便面、挂面、湿面条类4.67饺子、烧卖皮6.08.0拉面、荞麦面4.06.66通心面、面皮类8.02、真空搅拌对下列情况不适宜加水量过少(30%以下)时，脱气效果不明显。加盐量过大(相对面粉加盐量在6%)时，面筋成 膜

24、不好。淀粉用量过多时，易结团块，搅拌效果不好。2018/10/1777第四节 混合机(Mixer)n 混合机主要是针对散粒体，特别是干燥颗粒之间的混合要求而设计的一种搅拌机械设备。n 在食品加工中，混合机普遍应用于谷物、面粉、 添加剂、汤粉及调味料的混合操作。2018/10/1778一、混合机理n 1、对流是指颗粒物料的团或块从一个位置转移到另位置的过程；n 2、扩散是指由于颗粒在物料整体新生表面上的分布作用 而引起个别颗粒的位置分散迁移过程；n 3、剪切则指在颗粒物料团内开辟新的滑移面而产生的混 合作用。n 尽管有些混合机，由于其结构型式的不同，可能是某一种方式起主导作用，但大部分混合机在操

25、作时，三种方 式的混合并存。2018/10/1779二、影响混合效果的因素1、物料的物理性质物料颗粒的大小、形状、密度、表面粗糙程度、流动特性，附着力、含水量及结块或成团的倾 向等。2、混合机的搅拌方式 旋转容器式与固定容器式3、操作条件2018/10/17803、操作条件（1）装料比（）=F（m3）/V式中：F容器内物料体积V容器体积（m3）旋转容器式一次混合所投入容器的物料量，30%-50左右。时间约为10min左右。固定容器式混合机的装料比10%-60左右。通常在30%-50%。2018/10/1781（2）转速（n）n 旋转容器混合机的临界转速是指操作时，物料混合与分离作用达到平衡时的

26、容器转速。n 为保证混合操作的顺利进行，容器的工作转速一定 要低于临界转速。n 以物料颗粒在容器内壁处所受离心力与重力平衡时 为条件，可以推导出混合机的临界转速(n1)。即：2018/10/1782由mg=mv2/r及v=rn1/30得出：n1=30/r0.5=42.4/D0.5式中：v容器内壁圆周速度（m/s）r容器内半径（m）n1一旋转容器临界转数（rpm）D一旋转容器直径（m）由最佳脱离角=54o401，最佳工作转速(n)为：n=32/D0.52018/10/1783二、旋转容器式混合机 (Rotational vessel type mixer)n 是以扩散混合为主的混合机械设备，最适

27、合于混合具 有相近物理性质的粉粒体物料。n 它的工作过程是，通过混合容器的旋转运动，使被混物料在其内部上下翻滚，不断进行扩散，从而达到混合的目的。二维旋转容器式混合机三维旋转容器式混合机2018/10/17841. 圆筒型混合机 (Cylinder type mixer)n 圆筒型混合机按其回转轴线位置可分为水平型及倾斜 型两种。n 水平型圆筒混合机操作时，物料的流动流型简单。它 缺乏沿水平轴线的横向运动，容器内两端位置都有混 合死角，且卸料不便，故混合效果不够理想，一般不 常采用。n 倾斜型圆筒混合机，使流型复杂化，混合能力增加。n 工作转数约在40-100rpm以内。它常用于混合啤酒麦 芽

28、及调味料等物料的操作。2018/10/1785水平型圆筒混合机a一水平型b倾斜型2018/10/17862018/10/17872. 双锥型混合机(Double conic mixer) 双锥型混合机的容器由两个锥筒和一段短圆柱筒 焊接而成，其锥角是根据被混散料的逆止角来确 定，通常有90o和60o两种结构。这类混合机转速较低，一般约为5-20rpm，它混合时间大约在5-15min左右，混合量约占容器体积的50-60%。双锥型混合机转动时，被混物料翻滚强烈，由于 其流动断面的不断变化，能够产生良好的轴流及径向流效应。它对流动性好的物料混合较快，且 功率消耗较低。2018/10/17882018

29、/10/1789双锥型混合机2018/10/17902018/10/17912018/10/17923. V型混合机(V-type mixer)它的旋转容器是由两个倾斜圆筒组成，两筒轴线夹角在60o-90o之间，容器与回转轴非对称布置，这种 混合机的工作转速一般在6-25rpm之间。混合时间约为4min左右。混合量最适合的范围约为 容器体积的10-30。由于V型容器的非对称性，使得被混物料时紧时散， 其混合效果和混合时间比双锥型混合机更好更短。 V型混合机适用于各种干粉类食品物料的混合。2018/10/17932018/10/17942018/10/1795V型混合机2018/10/17964

30、. 三维型混合机(Triaxiality type mixer)（1） 正方体型混合机(Cube mixer)（2） “金字塔”型混合机、（3） 六角型混合机、（4） Y型混合机物料在混合过程中无离心力作用，无比重偏析及分层， 积聚现象，各组份可在悬殊的重量配比下均匀混合， 混合率达99.9以上。装料系数高，可达到80(普通混合机仅为40左右)且混合时间短，是目前各种混合机中的一种较理想产 品。2018/10/1797正方体型混合机2018/10/1798a-Y型混合机b-“金字塔”型混合机c-六角型混合机2018/10/17992018/10/17100n 三维型混合机三、固定容器式混合机(Fixed vessel type mixer)固定容器式混合机的结构特点在于，容器固定，而旋转搅拌器装于容器内部。这种混合机以对流混合为主。它主要适用于被混合物料的物理性质差别及 配比差别较大的散体物料的混合操作。2018/10/171011、螺旋带式混合机(Ribbon type mixer) n 螺旋带式混合机的结构主要由搅拌器、混合容器、传动机构、机架及电机等组成。n 其中搅拌器即为装设在容器中心的螺旋带。n 对于简单的混合操作只要一条或两条螺旋带就够了，而且容器上只有一对进排料口。n 但当混合物料的性质差别较大或混合生产量较高及混合要求较严格时，则需采用多条搅拌器结构。201