第五章搅拌机械以前的

（三）剪切混合：由于物料群体中的粒子相互间形 成剪切面的滑移和冲撞作用，引起局部混合，称为
剪切混合。对于高粘稠度流变物料如面团和糖蜜等，
主要是依靠剪切混合，一般称为捏和。捏和机工作 部件对物料产生的剪切力，使物料拉成愈来愈薄的 料层，料层表面出现裂纹，产生层流流动，达到局 部混合，谓之剪切混合。
C A0
VA V A VB
（理论值）
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 若各处 CA0=CA
，
则表明搅拌均匀 则表明搅拌尚不均匀，偏离 越大，均匀程度越差。
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：
CA I C A0
事实上，物料在混合机里往往同时存在着上述三种
混合方式，单一的混合方式是少见的，但是常以其 中的一种混合方式为主。
第二节
搅拌设备结构与 组成
搅拌器
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
搅拌机主要结构
1、搅拌器 2、搅拌容器 3、挡板
（当样品中CA CA0时）
或
1 CA I （当样品中CA CA0时） 1 C A0
显然 I ≤1 若取m个样品，则该样品的平均调匀度为
I1 I 2 I m I m

当混合均匀时
I 1

2、混合尺度
设有A、B两种液体混合后达到微粒均布状态 A A B B a
b
（5）行星式搅拌器
结构较复杂，运转工作时， 桨叶一方面绕容器旋转， 另一方面桨叶本身绕轴自 转，由于自转与公转两种 动作的联合作用，产生一 种复杂的搅拌，能激起强 烈的涡流，产生良好的搅 拌效果。在果酱制造及砂 糖溶解时，常安装在夹层 锅上面，主轴转速为 20~80r/min。也作为焙 烤食品的常用机械。
（三）剪切混合
（一）对流混合：由于混合机工作部件表面对物料的 相对运动，所有粒子在混合机内从一处向另一处作相 对流动，位置发生转移，产生整体的流动称为对流混 合。 （二）扩散混合：对于互溶性组分，如固体与液体， 液体与气体，液体与液体组分等，在混合过程中，以 分子扩散形式向四周作无规律运动，从而增加了两个 组分间的接触面积和缩短了扩散平均自由程，达到均 匀分布状态。对于互不相溶性组分的粉粒子，在混合 过程中以单个粒子为单元向四周移动，类似气体和液 体分子的扩散，使各组分的粒子先在局部范围内扩散， 达到均匀分布，称为扩散混合。
H/D=1.7 ～2.5 发酵容器
②搅拌容器装料量
搅拌容器装满程度用装满系数 η 表示
η=Vg/ V V --- 容器全容积 η=0.6-0.85 η=0.6-0.7 (取低值) η=0.8-0.85 (取高值) 式中: V g ----实际盛装物料的容积
如搅拌过程中起泡沫或呈沸腾状态
2. 偏心式搅拌安装形式
将搅拌器安装在立 式容器的偏心位置， 这种安装形式能防 止液体在搅拌器附 近产生涡流回转区 域，其效果与安装 挡板相近似。
3. 倾斜式搅拌安装形式
为了防止产生涡流，对 搅拌容器比较简单的圆 筒形结构或方形敞开立 式搅拌设备，可将搅拌 器直接安装在罐体上部 边缘处，用夹板或卡盘 与筒体边缘夹持固定， 搅拌轴斜插入容器内进 行搅拌。
液体具有流动性和不可压缩性。在叶轮（由叶片和 回转轴等组成）的旋转作用下，把机械能传给液体， 在叶轮附近区域的液流中造成涡动，同时产生一股 高速射流推动液体沿着一定途径在容器内作循环流 动。这种流动称为液体的“流型”,它可分为轴向流 型、径向流型和因在容器侧壁加设挡板等阻挡物引 起液流方向变化而形成的各种混合流型。因此，液 流的流型取决于叶片的几何形状和结构以及在容器 内有无阻挡物等，而叶片的几何形状对流型的影响 最大。
（三）搅拌器的构造
（1）平桨式搅拌器 桨式搅拌器特点： ①桨叶尺寸大, dj/D=0.5～0.8 宽度大, b/dj=0.1-0.25 ②转速低，v=1.5～2m/s ; n=1～100 rpm
③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<5000cP ⑤当容器内液位较高时，可在同一轴上安装几个桨叶。
均质的目的在于既要获得均匀的混合物，又要使得产品的颗 粒细微一致，不会产生离析。通常所采用的机械称为均质机 和胶体磨。 对混合和均质机械的一般要求是： ①混合物的混合均匀度高； ②物料在容器内的残留量少；
③均质物的颗粒微小，质地细腻；
④设备结构简单，坚固耐用，操作方便，便于检视、取样和 清理；
（1）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，多用于低粘度的物料；
（2）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，多用于高粘度的物料。
各种典型的搅拌器型式
搅拌器不同的安装形式会产生不同的流场， 使搅拌的效果有明显的差别。通常搅拌器安 装的形式有：
（二）搅拌器的流型
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。
液体搅拌机的主要工作部件是搅拌叶片，包括桨 叶、旋桨和涡轮叶片等型式。由液体-液体或液体 -固体物料配制成的混浊液、乳浊液和悬浮液中， 液体比例一般约占95％以上；高浓度的粘稠液中 液体的比例要小一些。
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Байду номын сангаас安装
③侧壁安装 消除打旋最简单常 用的方法是在容器内加 设挡板
一、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： 轴向分量 径向分量 切向分量 当↑，桨对中安装， n ↑液体绕轴整体旋转， 不利于混合
（一）搅拌器的类型和安装形式
通常搅拌器可分成两大类型：
1. 立式中心搅拌安装形式
2. 偏心式搅拌安装形式
3. 倾斜式搅拌安装形式
4. 底部搅拌安装形式
5. 旁入式搅拌安装形式
1. 立式中心搅拌安装形式
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， 呈对称布局，驱动方 式一般为带传动或齿 轮传动，或者通过减 速传动，也有用电动 机直接驱动。
（4）旋桨式搅拌器
类似于无壳的轴流泵 结构（见图） 特点： a、流型：轴流型，以轴流混合 为主，伴有切向流，径向流，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 v=5～15m/s n=100～500rpm e、d j=(0.2～0.5)D (以0.33居多)
1．轴向流型 液体 从轴向进入叶片， 从轴向流出，谓之 轴向流型 . 2．径向流型 流体 从轴向进人叶轮， 从径向流出，谓之 径向流型. 3. 混合流型 实际上，叶片造成的 液流有三个分速度： 轴向速度、径向速度 和切向速度。其中轴 向速度和径向速度对 液体的搅拌混合起着 主要作用。
第五章 搅拌、混合及均质机械
混合是使两种或两种以上不同的物质从不均匀状态通过搅拌或其 他手段达到相对均匀状态的过程。混合是食品加工工艺过程中不 可缺少的单元操作之一。均质是借助于流动中产生的剪切力将物 料细化、将脂肪球碎化的操作。 混合的目的在于获得均匀混合物，强化热交换过程，增强物理和 化学反应。 混合机械：将两种或两种以上不同组分的物料混合在一起构成混 合物的机械设备，有两类：混合机、搅拌机 和捏合机。 一类是对粉粒状物料，低中粘度物料进行混合的机械称为混合机 （多指固＋固）或者搅拌机（多指 液＋液或液＋固）。 另一类是对高粘稠浆料和塑性固体物料进行混合的机械设备叫做 捏和机。 对乳浊液、悬浮液进行边破碎边混合的过程叫均质。所采用的机 械设备有均质机和胶体磨。
混合尺度
设备尺度 微团尺度 分子尺度
两 种 状 态
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
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，说明单靠调匀度不能反映 混合物的均匀程度
当物料反应平稳或粘度较大时
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=V g/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
三、挡板
（1）打旋
二、混合机理
两种或两种以上不同组分构成的混合物在混 合机或者料罐内，在外力作用下进行混合， 从开始时的局部混合达到整体的均匀混合状 态，在某个时刻达到动态平衡，之后，混合 均匀度不会再提高，而分离和混合则反复交 替地进行着。
整个混合过程存在着三种混合方式： （一）对流混合 （二）扩散混合
⑤机械设备要防锈，耐腐蚀，容器表面光滑，工作部件能拆 卸清洗；
⑥电机设备和电控装置应能防爆、防湿、防尘，符合环境保 护和安全运行的要求。
第一节
概述
一、混合效果的度量
1、调匀度I 2、混合尺度
1、调匀度I
设A、B两种液体，各取体积vA及vB置 于一容器中
A
A
B
B
a
b
容器内液体A的平均体积浓度CA0为：
二、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容器长径比H/D
液—固相、液—液相 气—液相
根据实验一般： H/D=1-3 H/D=1-2
（4）挡板的作用
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
（5）充分挡板化
实践证明：实现充分挡板化的条件
Wb 1.2 ( ) .nb 0.35 dj
Wb —挡板宽度
dj —液轮直径 nb —挡板数目
4. 底部搅拌安装形式
搅拌器安装在容器 的底部。具有轴短 而细的特点，无需 用中间轴承，可用 机械密封结构，有 使用维修方便、寿 命长等优点。
5. 旁入式搅拌安装形式
旁入式搅拌设备是将搅拌器安装在容器罐体的侧壁上。这在 消耗同等功率的情况下，能得到最好的搅拌效果。这种搅拌 器的转速一般是360~450r/min，驱动方式有齿轮传动与带传 动两种。设备主要缺点是轴封比较困难。
相似于无壳的离心泵 组成：圆盘、轴、 叶片（4～8） 结构（见图） 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） ④ dj =（0.2~0.5)D (0.33居多) dj /L/b = 20：5：4(dj为桨径，L为桨叶长，b 为桨叶宽) ⑤适合混合中低粘度的物料， ≤5000cp v=4-8m/s n=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。
（2）框式与锚式搅拌器
结构： 特点： ①适合μ↑，可达10000cp ②dj/D=09-0.98; b/D=0.1; h/D=0.48-1


③转速 v=0.5-1.5m/s n=1-100rpm
④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
（3）涡轮式搅拌器