搅拌捏合机械与设备.pptx
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1、第四节 搅拌机搅拌机是一种带有叶片的轴在圆筒或槽中旋转,将多种搅拌机是一种带有叶片的轴在圆筒或槽中旋转,将多种原料进行搅拌混合,使之成为一种混合物或适宜稠度的机器。原料进行搅拌混合,使之成为一种混合物或适宜稠度的机器。搅拌机分为好多种,有强制式搅拌机、单卧轴搅拌机、双卧搅拌机分为好多种,有强制式搅拌机、单卧轴搅拌机、双卧轴搅拌机等等。轴搅拌机等等。在搅拌过程中,搅拌器不仅引起液体的整体运动,而且在搅拌过程中,搅拌器不仅引起液体的整体运动,而且要使液体产生湍流,才能使液体得到剧烈的搅拌。要使液体产生湍流,才能使液体得到剧烈的搅拌。低、中黏度的食品混合主要是一对流混合为主,高黏度低、中黏度的食品混
2、合主要是一对流混合为主,高黏度的食品混合主要是以剪切混合为主。低、中黏度液体混合设的食品混合主要是以剪切混合为主。低、中黏度液体混合设备习惯称为搅拌机;高黏度液体混合典型设备有打蛋机。备习惯称为搅拌机;高黏度液体混合典型设备有打蛋机。l搅拌目的在食品加工中,搅拌机主要用于以下方面:l促进物料的传热,使物料温度均匀化;l促进物料中各成分混合均匀;l促进溶解、结晶、浸出、凝聚、吸附等过程进行;l促进酶反应等生化反应和化学反应过程的进行。(一)基本结构搅拌机械的种类较多,但其基本结构是一致的。其结构如图6.1所示,主要由搅拌装置、轴封和搅拌容器三大部分组成,即:搅拌设备 轴封 搅拌装置传动装置搅拌轴
3、搅拌器搅拌容器罐体附件搅拌器搅拌器(或称搅拌桨)及搅拌轴的主要作用是通过自身的运动使搅拌容器中的物料按某种特定的方式流动,从而达到某种工艺要求。所谓特定方式的流动(流型)是衡量搅拌装置性能最直观的重要指标。搅拌容器l搅拌容器也称搅拌槽或搅拌罐。l其作用是容纳搅拌器与物料在其内进行操作。l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。l罐体 罐体大多数设计成圆柱形,其顶部为开放式或密闭式,底部大多数成碟形或半球形,平底的很少见到,因为平底结构容易造成搅拌时液流死角,影响搅拌效果,同时也不利于料液的完全排放。l罐体的容积-径高比罐体容积由装料量决定,根据罐体容积选
4、择适宜的高径比,确定筒体的直径和高度。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。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 11.3,当罐内物料为气-液相物料时,搅拌罐的高径比为12。l罐体的换热结构需要进行加热或冷却操作的搅拌罐,通常为夹层式的。用于蒸汽加热的夹套应当耐压。此时的搅拌罐是压力容器,必须由具备生产压力容器许可证的厂商提供
5、。搅拌罐器也可采用其它形式的换热器,如盘管式等。2附件l在搅拌设备基本结构的基础上,可以在搅拌罐体或罐盖上接装各种需要的附件。可根据工艺或操作要求提出。l常见附件:各种进出料和工作介质的管接口、各种传感器(如温度计、液位计、压力表、真空表、pH计)的接插件管口、视镜、灯孔、安全阀、内置式加热(冷却)盘管等。l接管口l进料管一般设在搅拌罐盖部,也有设在罐体部位的。l出料管一般装在罐底中心或侧面,具体位置要能将所有液体排尽。l各种进、出料管的接口形式有螺纹、法兰、快接活接头或软管等几种。l对于需要在搅拌过程中将固体物料加入到搅拌容器的情形,可在罐盖上适当位置设置投料口,如搅拌罐为负压,可利用真空吸
6、料原理从下面进料。温度计的插孔管的位置、长度及数量要视罐体大小而定。对于容积较小的罐体,一般只在盖上装一根垂直于液面的长管;对于高、大的罐体,则往往在罐体的侧面的不同位置安装数个温度计插管,如果是夹套式,在温度计的插管位置必须避开夹套。l温度插管l传动装置l搅拌器传动装置的基本组成有:电动机、齿轮传动机构(有的还设一级带轮)、搅拌轴支架。l立式搅拌器分为同轴传动和倾斜安装传动两种。l搅拌器的轴封l轴封是搅拌轴与罐体之间密封装置。l是否需要,与搅拌容器的压力状态及搅拌轴的安装位置有关。真空搅拌设备和加压搅拌设备均有密封机构。搅拌轴与罐体轴线垂直安装的也必须有轴封机构。另外,有无菌要求的搅拌罐也需
7、要有相应的轴封措施。l轴封应满足密封和卫生两方面的要求。常见的轴封有两种形式,填料密封和机械密封。(二)搅拌器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搅拌器的选择食品工厂机械与设备第六章 混合均质机械与设备1搅拌器的类型l两大类型: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,多用于低黏度的物料;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,多用于高黏度的物料。l各种典型搅拌器型式 是最常用的一种,用于粘稠性和是最常用的一种,用于粘稠性和一般液体物料搅拌。在结构上最简单,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
8、与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(旋转的方向成一倾斜角(45度以下)度以下)(当叶面与容器底面平行时,由于不(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,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可搅起沉渣,反之可使悬浮物搅拌至底部。底部。平浆式搅拌器:平浆式搅拌器:浆叶固定在轴上
9、的方法有四种:浆叶固定在轴上的方法有四种:(1)焊接法焊接法:制造方便,但强度不大,拆:制造方便,但强度不大,拆 卸困难,常用于直径小的容器中。卸困难,常用于直径小的容器中。(2)螺钉连接法螺钉连接法:螺钉把浆叶固定在轴上,: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,故只适用于功率小率大时,容易产生滑动,故只适用于功率小的场合。的场合。(3)方轴、螺钉连接方轴、螺钉连接,目的是克服浆叶与,目的是克服浆叶与 轴的滑动,但方轴加工不便,浆叶与轴的
10、轴的滑动,但方轴加工不便,浆叶与轴的 连接也比较麻烦。连接也比较麻烦。(4)键固定法:键固定法:浆叶焊在轴套上,轴套与浆叶焊在轴套上,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直径的1/32/3,宽度为长度的,宽度为长度的1/101/6。转速一般为。转速一般为2080转转/分,低速搅拌。分,低速搅
11、拌。特点特点:构造简单,搅拌效果良好。:构造简单,搅拌效果良好。注意:当叶面与容器底面平行时,由于不注意:当叶面与容器底面平行时,由于不能使物料形成涡流,能使物料形成涡流,搅拌效果差;当叶搅拌效果差;当叶面与旋转方向垂直时,造成阻力又很大。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,因此通常都使桨叶与旋转方向成一夹角,框式搅拌器: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
12、容器直径的用于高浓度的物料,框的大小取容器直径的2/39/10倍。倍。浆叶式搅拌器的转速较慢,所产生的液流除斜浆外主要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,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,在夹套加热器致
13、。其间间隙甚小,就成为锚式搅拌器,在夹套加热器用的较多。用的较多。浆叶的外形与容器底的轮廓相似,浆叶外缘至容器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,以的距离要适当,以3050mm为宜,但由于高浓度物料搅拌为宜,但由于高浓度物料搅拌时只能取时只能取5mm,这时要求加工及安装的精度却高,不然外片,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。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。混合,并减小因切线速度所产生的表面旋涡,通
14、常加装挡板。浆式搅拌器的主要特征是:浆式搅拌器的主要特征是:1、混合效率较差;、混合效率较差;2、局部剪器效应有限,不易产生乳化作用。、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、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)。要求的料液(主要是金属污染和腐蚀问题)。涡轮式搅拌器: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
15、切线流动,通常加挡板以减小中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。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。效。旋浆式搅拌器:旋浆式搅拌器:由由23片旋转浆所组成,浆叶是用螺母固定在轴上,螺母片旋转浆所组成,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
16、器直径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的0.20.3倍,搅拌浆的转速一般为倍,搅拌浆的转速一般为3001000rpm。液体作。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。拌。特殊形式特殊形式-行星搅拌器行星搅拌器 行星传动搅拌器旋转浆的轴,不仅自转,而且还绕容器行星传动搅拌器旋转浆的轴,不仅自转,而且还绕容器旋转。旋转。其优点是搅拌速度很高,传热导数高,缺点是结构复杂。其优点是搅拌速度很高,传热导数高,缺点是结
17、构复杂。适用于搅拌粘稠性的液体。适用于搅拌粘稠性的液体。2搅拌器的安装形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。常见的五种搅拌轴相对于容器的安装方式如图图6.3所示。(1)中心立式搅拌安装形式(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 (6)其它安装形式的搅拌器(1)中心立式搅拌安装形式l安装形式如图6.3(1)所示。这种安装形式的搅拌设备可以将桨叶组合成多种结构形式以适应多种用途。l特点l功率与转速l挡板l挡板l为了防止在搅拌器附近产生涡流回转区域,往往在立式容器的侧壁上装挡板。但用于食品料液搅拌的不多见,原因是由
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