许学勤-食品工厂机械与设备-第五章-混合和搅拌及均质机械与设备

气流磨
2AB10型气流粉碎机
AB10型气流粉碎机
气流粉碎机的特点
• 由于喷嘴处气体膨胀而造成较低温度， 加之大量气流导入产生的快速散热作用， 因而用于低熔点和热敏性材料的粉碎； 可在无菌情况下操作；被压缩的空气在 粉碎室内膨胀，产生的冷效应与粉碎时 产生的热效应可相互抵消。
超微粉碎的方法
借助与运动的研磨介质(磨介)所产生的 冲击，以及非冲击式的弯折挤压和剪切等 作用力，达到物料颗粒粉碎的过程。
• 粉碎、微粉碎与超微粉碎 • 冷冻粉碎
• 切割——是利用切割器具（如切刀等） 与物料的相对运动时产生的剪切力达到 切断、切碎效果的单元操作。
• 粉碎：利用机械或流体动力的方法克服固 体内部凝聚力使之破碎的单元操作。
• 微粉碎：原料粒度5～10mm，成品粒度 100μm以下。
• 超微粉碎：原料粒度0.5～5mm，成品粒度 10～25μm以下。
• （一）盘磨机 • （二）辊式磨粉机
常见碾辊盘磨机
磨盘固定式：如右图， 由两个碾辊和一个磨 盘组成。当碾轮绕着 立轴和其本身的横轴 转动时，物料就在碾 轮与磨盘之间受挤压 和研磨力而被碾碎。
辊式磨粉机的主要 工作机构是磨辊， 有一对或两对，分 别称为单式和复式 辊式磨粉机。
传动部分主要给磨 辊提供工作动力， 使两磨辊作相对方 向的转动，其中一 个为快辊，另一个 为慢辊。
旋浆式搅拌器： 由2~3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，旋浆的直径为容器直径的 0.2~0.3倍，搅拌浆的转速一般为300~1000rpm。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，这种搅拌器适合用大容器低粘度的液体的搅拌。
超微粉碎的原理
• 通过对物料的冲击、碰撞、剪切、研磨 等手段，施于冲击力、剪切力或几种的 复合作用，达到超细粉碎的目的。其工 艺过程有一次粉碎和二次粉碎。
超微粉碎的应用
• 通过对纤维的微粒化，能明显改善纤维食品的 口感和吸收性，从而使食物资源得到了充分的 利用，而且丰富了食品的营养。
• 动物骨、壳、皮等通过超微粉碎后得到的微粉 属有机钙，比无机钙容易被人体吸收、利用。
超声波破碎法
• 超声波：超声波是指频率超过人耳可听范 围(16—20kHz)的波为超声波。通过超声 波 的作用，使细胞结构解体，而使细胞破 碎。
• 一般由超声波发振器、振动子和喷嘴三 部 分组成。
• 超声波破碎的效果与样品浓度、超声波 频 率、输出功率相破碎时间有密切关系 。
• 超声波破碎多用于微生物细胞的破碎 。
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。
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，因不 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，
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，适用于高浓 度的物料，框的大小取容器直径的2/3~9/10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。可以 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，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。
Xf
———— V
—— =e
V:储存器中料液体积
Xo
V
-w(1-k)t
P= —— = ————
t
X f
ln ——
X o
T：时间
边循环放料 边
储存器
高压匀浆器
边循环放料
边
Xf
1
—— = —————————
Xo
W1
——（—— -1）+1
I
K
W（1-K）
P = I= ———————— XO
（ —— -1）K
单次通过
高压匀浆器
储存器
单次通过
Xf ——
Xf:
=Kn
度 XO:
经过一次破碎后料液中未破碎的细胞浓 经过破碎后料液中未破碎的细胞浓度
Xo
K：经过一次破碎后料液中残余的细胞分数
n：料液的匀浆次数
W P= ——
n
P：匀浆速度 W：料液通过匀浆阀的速度
批次循 环
高压匀浆器
储存器
批次循环
-w(1-k)t
二次粉碎是先对物料进行粗粉碎，然后 再采用超细粉碎机完成超细粉碎加工，
其工艺流程大致为：原料→筛选→清选 →干燥→粗粉碎→超细粉碎→风选分级 →超细粉体产品。
超微粉碎
以压缩空气或过热蒸汽，通过喷嘴产 生的超音速高湍流气作为颗粒的载体，颗 粒与颗粒之间或颗粒与固定板之间发生冲 击性积压、磨擦和剪切等作用从而达到粉 碎的目的。
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。
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（150200m/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。
冷冻粉碎的工艺流程
• 原料前处理 • 低温冷冻 • 真空升华干燥 • 产品后处理
• 对含油脂、糖分、水分多的物料特别有效
在珠磨法中，细胞的破碎率也能用一级速率方程式表示：
ln[1/(1-R)]=Kt
K－破碎速率常数；t－停留时间；R－破碎率 ❖破碎速率常数K与许多操作参数有关，如搅拌转速、料液的 循环流速、细胞悬浮液的浓度、小珠的装置和珠体的直径以 及 温度等。
• 蟹壳、虾壳、蛆、蛹等的超微粉末可用作保鲜 剂、持水剂、抗氧化剂等，改性后还有许多其 他功能特性。
• 改善食品品质，改变传统工艺，降低生 产成本
• 软饮料加工：茶粉、植物蛋白饮料等 • 巧克力生产：巧克力配料的精磨
• 中药生产：促进药材成分的溶出，提高 药效
• 水产品深加工和水产饲料生产
一次粉碎就是在一台设备上同时完成粉 碎、筛选、分离、再粉碎的过程。
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。
冷冻粉碎
利用物料在低温状态下的“低温脆 性”，即物料随温度的降低，其硬度和 脆性增加，而塑性和韧性降低。在一定 温度下用一个很小的力就能将其粉碎。
冷冻粉碎的原理
物料的“低温脆性”与玻璃化转变现象 密 切相关。首先使物料低温冷冻到玻璃化 转 变温度或脆化温度以下，再用粉碎机将 其 粉碎。在食品和农产品快速降温过程中， 会造成内部各部位不均匀的收缩而产生内 应力，在内应力的作用下，物料内部薄弱 部位微裂纹，并导致内部的结合力降低。 在外部较小作用力就使内部裂纹迅速扩大 而破碎。
磨介式粉碎过程主要为研磨和摩擦，即 挤压和剪切。其效果取决于磨介的大小、 形状、配比、运动方式、物料的填充率、 物料的粉碎力等特性。
转辊式粉碎机
• 转辊式粉碎机利用转动的辊子产生摩擦、 挤压或剪切等作用力，达到粉碎物料的 目的。根据物料与转辊的相对位置，转 辊式粉碎机有盘磨机和辊磨机等专用设 备。
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。
（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1/3~2/3，宽度为长度的1/10~1/6。转速一般 为 20~80转/分，低速搅拌。
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。
二 搅拌器的功率计算：
搅拌器所消耗的功率分为启动功率和运 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 2～3倍。
食品粉碎
混合和搅拌及均质机械与设备 第五章
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。
锤式粉碎机械
• 分类：按 粉 碎机的 进料 方向， 可分 为切 向喂料 式、 轴种粉碎机利用高速旋转的锤头或锤片 产生的作用力使物料粉碎，既适用于脆 性物料，也可用于部分韧性物料甚至纤 维性物料的粉碎，所以常被称为万能粉 碎机。
超微粉碎的特点
• 速度快可低温粉碎 • 粒径细且分布均匀 • 节省原料，提高利用率 • 减少污染
Xf
I:放料速度
胶体磨
• 胶体磨的工作原理是:流体或半流体物料 受离心力的作用，强制通过在高速相对运 动的定子与转子之间进行剪切、磨擦、高 频震动，有效地进行粉碎、乳化、均质、 分散、混合等获得精细加工的物料。
高压均质机
• 结构：高压均质机主要由高压泵和均 质阀所组成。
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。
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， 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。
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30~50mm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）。
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100~2000rpm 。 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。