第六章 食品混合机械与设备

c.混合流型 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。所有叶片都存在切向速度，只要叶片安装在中心位置， 则叶片产生的切向速度会促使液面产生旋涡，为减少打旋， 在容器壁内安装挡板。
挡板的作用： 消除液面四周隆起，中间 凹馅的现象 减少漩流，增大被搅拌液 体的湍动程度，从而改善混 合效果
叶轮直径： 容器直径的1/2-3/4 叶轮宽度： 容器长度的l/l0-1/6 流型：桨式搅拌机的转速较慢，液 流的径向速度较大，轴向速度较低， 为了加强轴向混合，并减少因切线 速度产生的表面旋涡，通常在容器 侧壁加设挡板。
b 涡轮式
搅拌器形式 类似桨叶式搅拌机，唯叶片多而短，属高速回 转径向流动式搅拌
6.2 搅拌机
1结构：主要由搅拌器、搅拌容器及附属设备、搅拌轴
及轴封、传动装置等构成。
搅拌容器作用：容纳搅拌器与物 料在其内进行操作。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，罐体设计成圆柱 形，顶部为开放式或密封式，底 部为碟形或半球形 搅拌器作用：通过自身的运动使 搅拌容器中的物料按某种特定的 方式活动。特定的方式的流动 （流型）是衡量搅拌装置性能最 直观的重要指标。
第六章 食品混合机械与设备
6.1 概 论
6.2 搅拌机
6.3 （固体）混合机
6.4 调和机 6.5 均质机
6.1
1.1 概念
概 论
两种或两种以上不同组分的物料，在外力作用 下，使其各组分的粒子均匀分布的过程。 经过混合操作后得到的物料称为混合物 混合 固体为主的物料混合 (狭义) 搅拌 一般指稀液体为主的物料混合 捏和 一般指粘稠流体为主的物料混合 均质
C 旋浆式
搅拌器形式 桨叶形状与常用的推进式螺旋桨相似，旋浆安 装在转轴末端，可以是一个或两个，每个旋浆由2－3片浆 叶组成。
特点
生产能力较高； 结构简单，维护方便 常常会卷入空气形成气泡和离心涡旋 适用于低粘度和中等粘度液体的搅拌，对制备悬浮液和乳 浊液等较为理想
一般参数
转 速： 小型1000r/min以上 大型400－800r/min
混合是在外力作用下，使两种或两种以上不同组分的物料 产生相对运动并均匀分布的过程。该过程主要有三种以不 同相对运动的混合方式：
a 对流混合 物料以群体的方式从一处向另一处运动。作用 区域大，混合速度快，均匀性差。
b 扩散混合 物料以分子扩散形式向周围做无规则运动。特 性与a相反。 c 剪切混合 剪切作用使物料在剪切面上产生相对运动而引 起的混合。
容器是固定的，物料依靠装于容器内部的旋转搅拌器 的机械作用产生流动，在流动过程中发生混合
卧式螺带式混合机
结构： 主要由搅拌器（螺带）、混合容器、传动机构、 机架及电动机组成。 螺带可以1～2根，多的3根以上，螺带有的安装为正 向旋转带，有的安装为反向旋转带。
工作原理 水平槽内搅拌器产生的纵向和横向的复合运动混合粉料。 正向螺带使粉料住一端移动；而反向螺带则使粉料向相反一 端移动，被混和粉料不断地重复分散和集聚，从而达到较好 的混合效果。 特性参数 螺带长径比： 常为2－10 工作转速： 20－60r/min
V型混合机 也叫双联混合机它的旋转容器是由两段圆筒以互成一定角 度的v形连接，两筒轴线夹角在60～90。之间，两简连接 处剖面与回转轴垂直。 由于v形容器的不对称性，使得粉料在旋转容器内时聚时散， 在断时间内使物料得到充分混合，混合速度块，混合效果 好，装料量为两个圆筒体积的10％～30％。 其转速为6～ 25r/min，混合时间4min
4.搅拌器安装型式
安立 装式 形中 式心 搅 拌 倾斜式搅拌安装形式
偏心式搅拌安装形式
底部搅拌安装形式
旁入式搅拌安装形式
第三节 混合机
混合机是将两种或两种以上的粉料颗粒通过流动作用，使之 成为组分浓度均匀混合物的机械。作用对象是颗粒状的固体
1.分类
混合操 作方式
间歇式
连续式
混合机
容器运 动方式
固定容器式 回转容器式
圆周速度：
旋桨直径：
3－5m/s以内
容器直径的1/3～l/4
流型： 桨叶的高速转动造成了轴向和切向速度的液体流动， 致使液体作螺旋形旋转运动，并使液体受到强烈的剪切作 用，缺点是桨叶也使气泡卷入液体中。为此，轴多偏离中 心线安置，或斜置成一定角度。由于液体流动非常激烈， 故适用于大容器低粘度的液体搅拌，如牛乳、果汁和发酵 产品。
主要参数
混合量 容器体积的30％－50％，如投入量大，混合空间减 少，离析作用大于混合倾向 混合转速 工作转速必须低于临界转速 混合时间 与被混合粉料的性质及混合机型有关，多数10min 左右
典型机械
圆筒型混合机 水平型
容器轴线与回转轴线重合，效 果差，很少用 倾斜型
容器轴线与回转轴线之间有一 定的角度,粉料运动时有三个 方向的速度，流型复杂，加强 了混合能力。常用于混合凋味 粉料的操作。
轮筒型混合机 圆筒变为轮筒，消除了混合流动死角。轴与水平线有一定角 度，起到和倾斜型圆筒混合机一样的作用。因此它兼有前述 混合机的优点。 常用于小食品加调味料及包糠衣的操作。
缺点: 容器小，装料少；同时以悬臂轴的形式安装，会产 生附加弯矩。
对锥型混合机 容器是由两个锥筒和一段短柱简焊接而成，其锥角有90。和 60。两种 混合过程中，物料在容器内翻滚强烈。流动端面不断变化， 产生良好的横流效应，一般混合时间5～20min，转速为 5～20r/min，装料量50%-60%
2.固体物料混合机理
对流、扩散和剪切混合三种形式在混合过程中同时存在， 只是各阶段所表现的主导混合形式不同。 对流混合通常发生在混合的初始阶段，混合速度较快， 但是混合均匀程度较差，在固定容器式混合机中表现得 非常明显; 扩散混合通常发生在混合的中后期，混合速度较慢， 但是最终达到得均匀程度较高，在旋转容器式混合机中 表现得特别明显 在固体混合时，由于固体粒子具有自动分级的特性， 混合的同时常常伴随着产生离析现象。当混合与离析达 到平衡，混合操作应当结束。
5.旋转容器式混合机
结构：由旋转容器及驱动转轴、机架、减速传动机构和
电动机组成。 旋转容器的形状决定了混合操作的效果。 容器内表面要求光滑干整，以减少粉料对器壁的粘附、 摩擦等影响。有时为了加大粉料的翻腾混合，减少混合时 间，在器壁或旋转容器内安装几个固定抄板。
工作原理：
容器是不固定的，内部无搅拌工作部件，物料随容器旋转 依靠自身重力作垂直运动，使被混粉料在器壁或容器内的 固定抄板上引起折流，造成上下翻滚及侧向运动，不断进 行扩散，而达到混合的目的。
特点 适于搅拌多种物料，对中等粘度液体特别有效 生产能力较高，能量消耗少，搅拌效率较高 有较高的局部剪切效应 容易清洗和造价较高,用于制备中等粘度的乳浊液、悬浮液 和固体溶液 一般参数 转 速： 圆周速度： 搅拌器直径：容器的0. 3～0. 5倍 流型：液体经涡轮叶片沿驱动轴吸入，它 主要产生径向液流，液体以高速向涡轮四 周抛出，再沿槽壁上升流动形成涡流。 400～2000r/min 8m/s以内
2.搅拌过程的液体流型
定义：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 作某种特定的循环流动，称此为液体的“流型” a b
种类： a.轴向流型 液体从轴向进入叶片，从轴向流出 b.径向流型 液体从轴向进入叶片，从径向流出
混合容量：
混合周期：
容器体积的30％－40％
5－20min
应用：适用于混合易离析的物料，对稀浆体和流动性较差 的粉体也行较好的混合效果。易造成物料破碎，不适合易 破碎物料的混合
立式螺旋混合机
结构：主要由搅拌器（螺旋）、混合容器、传动机构、 机架及电动机组成。
电机及减 速装置 行星传 动装置
搅拌器 （螺旋）
混合容器
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容器呈圆锥形，有利于 粉料下滑，螺旋搅拌器 轴线平行于容器壁母线。 上端通过转臂与旋转驱 动轴连接。当驱动轴转 动时，搅拌器除自转外， 还被转臂带着公转。其 自转速度在60～90r／ 传动机构 min 范围内，公转速度 约为2～3r／min。
混合原理
工作时，搅拌器作行星运 动，使被混合的粉料既能产生 垂直方向的流动，又能产生水 平方向的位移，推动物料之间 产生相对运动而达到混合的目 的，而且搅拌器还能消除靠近 容器内壁附近的滞流层，混合 速度快、混合效果好。 它适用于高流动性粉料及粘滞件粉料的混合，但不适用于 易破碎物料的混合操作（螺旋搅拌器与容器内壁间隙很小， 容易磨碎粉料）。
正方体型混合机
容器形状为正方体，旋转轴与正方体对角线相联， 混合机工作时，物料在容 器内受到三维以上的重叠混 合作用，没有混合死角，混 合速度块，与其他混合机相 比，混合性能更好，但生产 能力较小 。 对于混合粘附性和凝聚性 物料时，各顶角处易形成死 角，故混合效果较差。
6.固定容器式混合机
混合原理
CV-t 曲线图
衡
4.影响混合效果的因素
粉料特性 物理特性主要是指物料的密度、粒度、颗粒表面粗糙 度、水分、散落性、结团情况等。这些物理特性差异越 小，混合效果越好，混合后越不易再度分离；此外，某 组分在混合物中所占比例越小，即稀释的比例越大，越 不易混合。
混合机的混合作用方式
混合作用方式不同，混合强度也有很大差异。 例如，以对流作用为主的卧式螺带混合机比以扩散为主的 立式螺旋混合机在混合时间、混合质量以及残留等方面都 具有优越性。因此，选择合适的混合机是极其重要的。
特点： 混合速度快、混合效果好
配用动力小，占地面积少
一次装料量多，调批次数少 混合时间长，机内物料残留量较多
6. 两类混合机比较
旋转容器 固定容器 混合物料的运动轨迹 差别较大 对流混合较明显
混合物料的运动轨迹 相似
以扩散混合较明显
易产生离析作用
适用于物料物理性质 差别比较小的物料混 合操作
c
3.搅拌器形式
搅拌器可分为桨叶式、涡轮式、旋浆式三大类
a 桨叶式
桨 式 搅 拌 器
平浆式搅拌器 框式搅拌器
锚式搅拌器
动画演示
特点 结构简单，容易制造 混合效果较差 局部剪切作用弱，不易发生乳化作用 适用性广，适用于低、中粘度物料
一般参数
搅拌器转速： 20-150r/min 叶轮圆周速度： 3m／s
破坏离析作用
适用于物料物理性质 差别及配比差别比较 大的物料混合操作
第四节 调和机
对于粘弹性较大的浆体状和塑性固体类的食品物料需 要用调和机来完成物料的混合。
1.调和机理
通常对流混合、扩散混合和剪切混合这三种混合过 程同时并存，由于调和的原料通常是高粘度的非牛顿 流体，对流混合和扩散混合不易发生，混合过程以剪 切混合为主。 利用工作部件对物料进行剪切，挤压使其先局部混 合再达到整体混合的过程叫捏合。
混合 (广义)
对乳浊液、悬浮液进行边破碎边混合 的过程
1.2 混合机类型
混合机：以固体干物料为主的混合机械 搅拌机：以较低粘度的液体物料为主的混合机械 捏和机：以高粘度稠浆料和粘弹性物料为主的混合机械。 均质机：对乳浊液、悬浮液进行边破碎边混合的机械
V型高效不对称混合机
ZKJ型真空脱泡搅拌机
1.3 混合原理
2.分类
立式 容器轴线的位置： 卧式 打蛋机 主要用途 调粉机 单轴式 搅拌机数量
多轴式
3.打 蛋 机
应用
常用来搅打各种蛋白液。主要加工对 象是粘稠性浆体，其搅拌器转速在 70～270r/min范围之内，故常称为 高速调和机。
工作原理
电机把动力传到传动装置，再传到搅拌器，搅拌器与容器 具有一定规律的相对运动，使得被搅拌物料充分接触与剧烈 摩擦，以实现对物料的混合、乳化、充气及排除部分水分的 作用。 搅拌效果的好坏由搅拌器运动规律限制。
3.混合过程
初始阶段 均匀阶段 平衡阶段
↓混合刚开始的一段时间，混合变异系
数在短时间内迅速下降，以对流混合为 主，离析作用不明显。 ↓混合变异系数下降缓慢，对流混合和扩散混合共同作用， 离析现象发生。
↓混合变异系数达到一定值，混合作用和离析作用达到动态平
CV 初 始 阶 段 均 匀 阶 段 平 衡 阶 段 T/s 混合时间