第四章搅拌及均质机械

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/9/23,*,*,第四章 搅拌及均质机械,2021/9/23,1,第一节 搅拌器,一搅拌的目的,强化传热、传质、强化化学反应，取得一种均匀混合物。,二、搅拌方法,机械搅拌-利用搅拌器进行搅拌；,气流搅拌-利用压缩空气进行搅拌；,超声波搅拌利用超声波的作用进行搅拌；,三搅拌器的类型与构造：,根据浆叶构造的特征，可分成四类：平浆式搅拌器、旋浆式搅拌器、涡轮式搅拌器、特种搅拌器。,2021/9/23,2,、平浆式搅拌器：,是最常用的一种，用于粘稠性和,一般液体物料搅拌。在结构上最简单，,它的浆叶用条钢制造，浆叶装置成与,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，由于不能使物形成涡,流，搅拌效果差；当叶面与旋转方向,垂直时，造成阻力又很大。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。,2021/9/23,3,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）螺钉连接法：,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，拆卸方便，但功,率大时，容易产生滑动，故只适用于功率小,的场合。,（3）方轴、螺钉连接，,目的是克服浆叶与,轴的滑动，但方轴加工不便，浆叶与轴的,连接也比较麻烦。,2021/9/23,4,（4）键固定法：,浆叶焊在轴套上，轴套与,轴之间销以键固定，能克服以上缺点，被广,泛采用，为了使搅拌更有效，可装置好几排,浆叶，每一排上浆叶为两个或四个，相邻两,排浆叶应互相垂直，以增加搅拌效率，浆叶的大小约为容器直径的1/32/3，宽度为长度的1/101/6。转速一般为2080转/分，低速搅拌。,特点：,构造简单，搅拌效果良好。,注意：当叶面与容器底面平行时，由于不,能使物料形成涡流，搅拌效果差；当叶,面与旋转方向垂直时，造成阻力又很大。,因此通常都使桨叶与旋转方向成一夹角，,2021/9/23,5,、框式搅拌器：,其与浆式的完全相似，其水平,浆叶用垂直的浆叶把它们彼此联成,一起，成为钢性的框子。这样的结,构比较坚固，而且在搅拌时能搅动,大量的物料。适用于高浓度的物料，,框的大小取容器直径的2/39/10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。,当顺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，而处于,其它地方的较冷物料搅拌至容器壁附近加热，以提高传热,速率，则可将浆叶外缘作成与容器内壁形状相一致。其间,间隙甚小，就成为锚式搅拌器，在夹套加热器用的较多。,2021/9/23,6,浆叶的外形与容器底的轮廓相似，浆叶外缘至容器底部的距离要适当，以3050mm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，不然外片可能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表面旋涡，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、局部剪器效应有限，不易产生乳化作用。,3、因为浆叶易于制造和更换，适宜于有特殊触液材料要求的料液（主要是金属污染和腐蚀问题）。,2021/9/23,7,、涡轮式搅拌器：,其,结构,与离心泵的叶轮相似（叶片多,而短），安装在中央的旋转轴上，以较高,的速度旋转，一般转速为1002000rpm。,平直叶片产生强烈的径向和切线流动，通,常加挡板以减小中央旋涡，同时增强因折,流而起的轴向流，工作时，搅拌液沿轴线由中心孔而进入轮内，有各小叶片工作因而加热，然后再以高速度偶轮*抛出。,涡轮式搅拌器适宜处理多种物料，对中等粘度的物料特别有效。,它的,主要特征,是：,（1）混合生产能力较高；,（2）按一定的设计形式，有较高的局部剪力效应；,（3）易清洗，价格较高（制造复杂）；,2021/9/23,8,、,旋浆式搅拌器：,由23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，才能借阻力作用使螺母在搅,拌器运转时愈来愈紧，旋浆的直径为容器,直径的0.20.3倍，搅拌浆的转速一般为,3001000rpm，高速推进，不需安装复杂的传动装置。旋浆高速转动所造成的液体速度主要为轴向和切线速度，所以液体作螺旋状运动，旋桨使液体受到强烈的切割或剪切，由于流动非常强烈，这种搅拌器使用大容器低粘度的液体的搅拌，该搅拌不使用粘稠性物料。,特征：,1、混合生产能力较高，组对不互溶液体，产生细液滴乳,化液而液滴直径范围不大的情况下，生产能力受限制；,2、结构简单，易形成离心旋涡。,3、限于粘度不大的液体的混合。,2021/9/23,9,、特殊形式-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，缺点是结构复杂。,适用于搅拌粘稠性的液体。,2021/9/23,10,二 搅拌器的功率计算：,搅拌器所消耗的功率分为启动功和运转时克服摩擦阻力消耗功率。,启动功率一般近似取其等于运转功率的23倍，,2021/9/23,11,第二节 均质机,目的：,破碎物料中的 小微粒，得到均匀混合物提高产品质量。如牛奶加工使脂肪球破裂，促进人体对脂肪的消化，提高乳的稳定性（不发生如油与脱脂奶的分层现象），果汁生产使小微粒破碎，减少沉淀等。,均质机按构造分类有：,高压均质机、离心均质机、超声波均质机三种。,2021/9/23,12,生产型均质机,2021/9/23,13,高速分散机、高速均质机,2021/9/23,14,分散机、均质机,2021/9/23,15,一、高压均质机结构与工作原理,结构：,高压均质机主要由高压泵和,均质阀,所组成。,高压泵,目前多采用三柱塞往复泵，均质阀安装在高压泵的排出路上，均质乳化作用在此发生。（三柱塞式高压泵是一种三作用泵，三作用泵是由共用一根曲轴的三个单作用泵所组成，三个单作用泵的曲柄互相错开120度，其吸液泵和排液泵也是三个泵共用。这样，在曲轴旋转一周的周期里，各泵的吸液或排液依次相差1/3周期，大大提高排液泵流量的均匀性。三作用泵的流量各为单作用的三倍。）,泵体,为一长方形不锈钢块锻造而成，开有三个柱塞孔，并配有柱塞和活门，柱塞也由不锈钢制造，为防止液体泄露及空气渗入，采用填料*密封，其材料可用石棉绳等。每个泵配有两只活阀，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关闭或开启，共有六个活阀，其中吸入活阀三个，压出活阀三个。,2021/9/23,16,均质阀原理图,2021/9/23,17,工作原理：,剪切理论：,当高压物料在阀盘与阀座间流过时，在缝隙中心流速最大（150-200m/s）。而附于盘和座上的物料为零，则形成了急剧的速度梯度，而产生强烈的剪切力，使液滴发生变形和破裂达到乳化均质。,撞击学说：,由于三柱塞往复泵的高压作用，使流体中的脂肪球和均质阀发生高速撞击现象，因而使料液中的脂肪球破裂。,2021/9/23,18,阀式均质机的缺点,闹式均质机的生产能力受到一定限制，活阀缝隙易被堵塞，均质机头易磨损，卫生处理也很不方便。,2021/9/23,19,二、高压均质机的计算,1、生产能力,式中：d柱塞直径（m）,s柱塞冲程（m）,Z柱塞个数（个）,N,柱塞往复次数（次/分）,填充系数 0.80.9,2、功率,式中：H泵的压头（m液柱）,V每小时物料体积（m/h）,液体密度（Kg/m）,泵效率 0.70.8,2021/9/23,20,三、其他均质机,2021/9/23,21,（一）喷射式均质机,1操作原理,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碰撞或使颗粒与金属表面高速撞击，使颗粒粉碎成更细小的粒子，而达到均质的目的。,2生产流程,3、优缺点,设备结构简单，尤其是无运动部件，操作和维修容易，但由于料液和蒸汽直接混合，给产品带来异味。这种设备虽然可以应用于各种强度的固体物料的均质，但对于水果、蔬,菜等植物原料的细胞组织，因它们有一定的坚度及弹性，生产上仍存在问题，不甚理想，尚需不断研究，以求进一步完善。,2021/9/23,22,（二）离心式均质机,通过高速离心机使杂质被分离叫做净化，在净化的时候又能均质，故称净化均质机，亦称离心均质机。,主要特点：,1、在同一台设备内，一次操作可完成净化和均质两个过程，耗电为净化和均质两设备的总和的30%，投资也小。,2、均质度非常一致，也不必象阀式均质机需精密阀头。,3、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。,2021/9/23,23,2021/9/23,24,2021/9/23,25,