混合均质机械与设备

5.涡轮式、旋浆式；R1=1750r/min;
R2=1150r/min; R3=420 r/min29
各类型式使用有重叠性， 例如桨式搅拌器由于其结 构简单，用挡板后可以改 善流型，所以，在低黏度 时也是应用得较普遍的。 而涡轮式由于其对流循环 能力、湍流扩散和剪切都 较强，几乎是应用最广泛 的一种桨型。
混合均质机械与设备
1
第六章
2
第一节 液体搅拌机械设备
• 混合：使两种或两种以上不同物料互相混合，成 分浓度达到一定程度均匀性的单元操作。
• 习惯上，通常将以液相为主者称作搅拌设备，以 粉粒料为主者称作混合设备，以粘稠团块物料为 主者称作捏合设备或调和设备。
3
一、液用于以下方面： ➢ 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、吸附等过程进行； ➢ 促进酶反应等生化反应和化学反应过程的进行。
12
搅拌器常见型式:
1-桨式；2-弯叶开启涡轮式；3-折叶开启涡轮式； 4-旋桨式（又称推进式）；5-平直叶圆盘涡轮式；
6-框式；7-锚式；8-螺带式；9-螺杆式
13
2、搅拌器安装型式
搅拌器不同安装型式会产生不同的流场，使搅 拌效果有明显的差别。
立式中心搅拌安装型式 偏心式搅拌安装型式 倾斜式搅拌安装型式 底部搅拌安装型式 旁入式搅拌安装型式
20
3．搅拌器桨叶与流型
流动状态与搅拌容器的结构及其附件有一定关系。 搅拌器桨叶的结构形状与运转情况是决定容器内液
体流动状态最重要的因素。 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。 普通搅拌器一般只有一种为主导流向。 (1)轴向流型 或 (2)径向流型
21
（1）轴向流型
根据上述因素及实践经验，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。
8
（二）传动装置
传动装置是赋予搅拌装置及其它附件运动的传 动件组合体。
在满足机器所必需的运动功率及几何参数的前 提下，要求传动链短、传动件少、电机功率小， 以降低成本。
37
一、容器回转型混合机
• 这种混合机工作时容器呈旋转状态，物料随着容 器旋转方向依靠物料本身的重力流动完成混合。
• 容器内一般没有搅拌工作部件，如果安装搅拌器 件，则可以缩短混合时间。是间歇式混合机，装 卸物料时需要停机。
• 间歇式混合机易控制混合质量，可适应粉粒物料 配比经常改变操作要求，因此适用于小批量多品 种的混合操作。
液体由轴向进入叶片，从轴向 流出，称为轴向流型。
搅拌器叶片旋转时，产生的流 动状态不但有水平环流、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。
22
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。 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 以在安装使用时有必要注意。
33
悬浮液操作
• 涡轮式：使用范围大，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：使用范围窄，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 粒会沉积在挡板死角内，所以只在固液比很低的 情况下才使用挡板。
39
1、倾筒式混合机
倾筒式混合机的容器是一个圆柱筒，常见有水平回转 和斜置回转两种机型。
（1）水平回转滚筒
（2）斜置回转滚筒
图6.15 倾筒式混合机
40
1）水平回转滚筒式
4141
特点
➢ 其圆筒轴线与回转轴线重合，结构与安装简单。 ➢ 装料量为圆筒容积的30%，利用率和生产率不高。 ➢ 操作时，粉料的流型简单，混合效果不理想。 ➢ 在筒内的物料可能会和圆筒一起回转，粉粒沿
7
容积-径高比：罐体容积由装料量决定，选择罐体 的高径比应考虑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因素。
从夹套传热角度考虑，一般希望高径比取大些。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，搅拌功率增加。需 要有足够的液位高度，就希望高径比取大些。
27
4．搅拌器的选择
• 一般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、动力消耗以及结构特点等几 方面因素综合考虑。
• 也可以通过小型试验进行选择。通常可采用经验 类比的方法，以某台实际使用的机型为参考，在 相近的工件条件下进行类比选型。
（1）根据介质黏度高低选型 （2）根据搅拌过程和目的选型
6
（一）搅拌容器（搅拌罐或搅拌槽）
作用：罐体在常压或规定的温度及压力下，为物料 完成其搅拌过程提供一定的空间。容纳搅拌器与物 料在其内进行操作。
要求：对于食品搅拌容器，除保证具体的工艺条件 外，还要满足无污染、易清洗等专业技术要求。
形状:用于低黏度物料的搅拌用罐体一般为立式圆筒 形容器，其底可以是平底的，也有碟形底和球形底 的。
• 容器的形状有多种，常以容器形状命名：V形、 对锥式、倾筒式混合机等。
38
注意：
➢ 容器的回转速度不能太高，否则会因离心力过大 ，物料紧贴容器内壁固定不动，无法进行混合。
➢ 这种混合机可以达到很高的混合均匀度，没有残 留现象，但所需的混合时间长。
➢ 容器的物料装填率因容器形状不同而异，但一般 不得超过容器有效容积的60％。
36
第二节 粉体混合机械
食品工业中，混合机应用于谷物混合、粉料混 合、面粉中加辅料与添加剂、干制食品中加添 加剂与调味粉及速溶饮品的制造等操作中。
在混合机内，大部分混合操作都同时存在对流 、扩散和剪切三种混合方式，但由于机型结构 和混合料物性方面的不同，往往是某一种混合 方式起主导作用。
混合机通常可按混合容器的运动状态分为容器 固定式和容器回转式两大类。
➢ 这种混合机的工作转速约在40r/min-100r/min
之内，常用于混合调味粉料的操作。
4444
2．V型混合机（双联混合机）
•旋转容器是由两段圆筒以互成一定角度的V型连接， 两筒轴线夹角在60º-90º之间，两筒连接处切面与 回转轴垂直。
4545
V型不对称混合机
KH快速混合机
4646
特点
➢ 工作时要求主轴平衡回转，装料量为两个圆筒体 积的20％-30％。
水平轴线的运动困难，容器内两端位置有混合 死角，卸料不方便。 ➢ 混合时间长，一般采用的较少。
4242
2）斜置回转滚筒式
4343
特点
➢ 装料量可达圆筒容积的60%。 ➢ 其容器轴线与回转轴线之间有一定的角度，克服
了水平回转筒式的缺点，物料在筒内作复杂的运 动，粉料运动时有3个方向的速度，流型复杂，加 强了混合能力。
31
低黏度均相液－液混合
➢ 这种混合，搅拌难度小，平桨式循环能力强， 动力消耗少，最适用。
➢ 平桨式结构简单，成本低，适宜小容量液相混 合。
➢ 涡轮式动力消耗大，会增加费用。
32
分散操作
涡轮式因具有高剪切力和较大循环能力，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。
25
搅拌器常见型式:
1-桨式；2-弯叶开启涡轮式；3-折叶开启涡轮式； 4-旋桨式（又称推进式）；5-平直叶圆盘涡轮式；
6-框式；7-锚式；8-螺带式；9-螺杆式
26
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强 烈，打漩效应也随之增强，严 重时会造成液体外溢。
28
（１）根据介质黏度高低选型
根据介质黏度高低选型 是一种基本方法。
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，大容量液体 时用低转速，小容量液 体时用高转速。
图6. 6 搅拌器选择曲线 1.锚式、螺带式；2.浆式；3.涡轮式；4、
23
搅拌器常见型式:
1-桨式；2-弯叶开启涡轮式；3-折叶开启涡轮式； 4-旋桨式（又称推进式）；5-平直叶圆盘涡轮式；
6-框式；7-锚式；8-螺带式；9-螺杆式
24
（2）径向流型
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。
➢ 1．搅拌器的类型 ➢ 2．搅拌器的安装形式 ➢ 3．搅拌器桨叶与流型 ➢ 4．搅拌器的选择
11
1、搅拌器的类型
搅拌器是搅拌设备的主要工作部件。通常搅拌器可 以分成两大类型：
（1）小面积叶片高速运转的搅拌器，有涡轮式、旋 桨式等，多用于低粘度的物料；
（2）大面积叶片低速运转的搅拌器，有框式、垂直 螺旋式等，多用于高粘度的物料。
9
（三）轴封
• 轴封是搅拌轴及搅拌容器转轴处的密封装置。为 避免食品污染，轴封的选择必须给予重视。
（四）挡板
作用：1、改变流型，改切向流为径向流。 2、增加流体的湍动程度，增强混合效果。
但用于食品料液搅拌的不多见，原因是由于清洗上 的不方便。
10
（五）搅拌器（或称搅拌桨）
• 作用:是通过自身运动使搅拌容器中的物料按某种 特定的方式运动，从而达到某种工艺要求。这种 特定方式的流动（流型）是衡量搅拌装置性能最 直观的重要指标。
34
有气体吸收的搅拌