1、食品工厂机械与设备第六章 混合均质机械与设备优选混合均质机械与设备l混合及其设备n混合是指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。n混合操作所采用的设备因物料状态不同而异。对于低黏度液体，采用的是液体搅拌与混合机械设备；对于粉料，所用的设备为混合器。介于两种状态之间的物料，既可用搅拌器，也可用混合器，但更经常使用的是捏合机。l均质及其设备n均质(也称匀浆)是一种使液体分散体系(悬浮液或乳化液)中的分散物(构成分散相的固体颗粒或液滴)微粒化、均匀化的处理过程。n除了高压均质机以外，胶体磨、超声波均质器(或称超声波乳化器)、高速搅拌器等都有均质功能。第一节 液体搅拌
2、与混合机械设备除了间歇式的液体搅拌设备以外，还可利用水粉混合机及静态混合器等设备，以连续或半连续化的方式制备液体混合物。一、液体搅拌机二、水粉混合机三、静态混合器一、液体搅拌机l液体搅拌目的l带有搅拌器的设备（一）基本结构（二）搅拌器（三）搅拌容器（四）搅拌器的传动装置和轴封l带有搅拌器的设备食品工业中典型的带搅拌器的设备有：发酵罐、酶解罐、冷热缸、溶糖锅、沉淀罐等。这些设备虽然名称不同，但基本构造均属于液体搅拌机。l液体搅拌目的在食品加工中，液体搅拌机主要用于以下方面：n促进物料的传热，使物料温度均匀化；n促进物料中各成分混合均匀；n促进溶解、结晶、浸出、凝聚、吸附等过程进行；n促进酶反应等
3、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
4、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。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，在满足机器所必须的运动功率及几何参数的前提下，希望传动链短、传动件少、电动机功率小，以降低成本。轴封l轴封是指搅拌轴及搅拌容器转轴处的密封装置。l为避免食品污染，轴封的选择必须给予重视。附件典型搅拌设备通常还设有进出口管路、夹套、人孔、温度计插套以及挡板等附件。（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
5、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 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
6、板n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，原因是由于清洗上的不方便。l特点n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。l功率与转速n这种型式的搅拌设备的搅拌器功率可以从0.1kW至数百千瓦。常用功率范围为 0.222kW。n一般认为，功率小于3.7kW的为小型，5.522kW为中型，大于22kW为大型。食品工业中搅拌设备中多用中小型的搅拌器。n转速低于100r/min的为低速型；100400r/min 的为中速型；大于400r/min的为高速
7、型。（2 2）偏心式搅拌安装形式偏心式搅拌安装形式n搅拌器安装在立式容器的偏心位置 如图 6.3（2）所示。n能防止液体打漩，效果与装挡板相近。中心线偏离容器轴线的搅拌轴，会使液流在各点处压力分布不同，加强了液层间的相对运动，从而增强了液层间的湍动，使搅拌效果得到明显的改善。n但偏心搅拌容易引起设备在工作过程中的振动，一般此类安装形式只用于小型设备上。（3）倾斜式搅拌安装形式l是将搅拌器直接安装在罐体上部边缘处，搅拌轴斜插入容器内进行搅拌，如图6.3（3）所示。l对搅拌容器比较简单的圆筒形或方形敞开立式搅拌设备，可用夹板或卡盘与筒体边缘夹持固定。l这种安装形式的搅拌设备比较机动灵活，使用维修方
8、便，结构简单、轻便，一般用于小型设备上，可以防止打漩效应。（4）底部搅拌安装形式l将搅拌器安装在容器的底部，如图 6.3（4）所示。l它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。此外，搅拌器安装在下封头处，有利于上部封头处附件的排列与安装，特别是上封头带夹套、冷却构件及接管等附件的情况下，更有利于整体合理布局。由于底部出料口能得到充分的搅动，使输料管路畅通无阻，有利于排出物料。此类搅拌设备的缺点是，桨叶叶轮下部至轴封处常有固体物料黏积，容易变成小团物料混入产品中影响产品质量。（5）旁入式搅拌安装形式l搅拌器安装在容器侧壁，如图 6.3（5）所示。l在同
9、等功率下，能得到最好的搅拌效果。l转速一般在360450r/min之间。l驱动方式有齿轮传动与带传动两种。l主要缺点是轴封比较困难。l不同角度的流动效果l不同角度的流动效果n图6.4所示为旁入式搅拌装置在不同旋桨位置所产生的不同流动状态。(1)=712 (2)12 (3)=0图图6.4 旁入式搅拌轴与径向的夹角及流形旁入式搅拌轴与径向的夹角及流形(6)其它安装形式的搅拌器除了以上5种形式的搅拌器外，还有其它安装形式的搅拌器。如卧式容器搅拌器，是将搅拌器安装在卧式容器的上方。此类布局可以降低整台设备的安装高度，提高设备的抗振动能力，改善悬浮液的状态，如充气搅拌就是采用卧式容器的搅拌设备。3搅拌器
10、桨叶与流型l流动状态与搅拌容器的结构及其附件有一定关系。l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。l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。l普通搅拌器一般只有一种为主导流向。l(1)轴向流型 或 (2)径向流型 l液体由轴向进入叶片，从轴向流出，称为轴向流型，如图6.5（1）所示。l旋桨式叶片旋转时，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。l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。（1）轴向流型l 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
11、轴的转向有关，所以在安装使用时有必要注意。l流体由轴向进入叶轮，从径向流出。l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。（2）径向流型径向流型l 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。4搅拌器的选择l选择因素及选择试验l（1）根据介质黏度高低选型l（2）根据搅拌过程和目的选型l选择因素及选择试验n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
12、因素综合考虑。n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。l根据介质黏度高低选型是一种基本方法。l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。l对旋浆式指出了大容器量液体时用低转速，小容量液体时用高转速。l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。（）根据介质黏度高低选型图6.6 搅拌器选择曲线1.锚式、螺带式；2.浆式；3.涡轮式；
13、4、5.涡轮式、旋浆式；R1=1750r/min;R2=1150r/min;R3=420 r/min（2）根据搅拌过程和目的选型n这种方法根据搅拌过程和目的，对照搅拌器的流动效果作出判断选择。l低黏度均相液液混合l分散操作l悬浮液操作l有气体吸收的搅拌l结晶过程的搅拌操作n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。n平桨式结构简单，成本低，适宜小容量液相混合。n涡轮式动力消耗大，会增加费用。l低黏度均相液液混合l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。n涡轮式
14、：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。n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。n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。n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。l悬浮液操作n圆盘式涡轮：最合适。它剪切力强，圆盘下可存在一些气体，使气体的分散更平衡。n开启式涡轮：不适用。n平桨式及旋桨式：只在少量易吸收的气体要求分散度不高的场合中使用。l有气体吸收的搅拌l结晶过程的搅拌操作n小直径的快速搅拌器：如
15、涡轮式，适用于微粒结晶。n大直径的慢速搅拌器：如桨式，用于大晶体的结晶。（三）搅拌容器1罐体2附件1罐体l罐体的形状-支承-压力-作用l罐体的容积-径高比l罐体的换热结构l罐体的形状-支承-压力-作用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。罐体通过支座安装在基础或平台上。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。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
16、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。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
17、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n进料管一般设在搅拌罐盖部，也有设在罐体部位的。n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。n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。n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
18、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n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。n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n轴封是搅拌轴与罐体之间密封装置。n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要有相应的轴封措施。n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、水粉混合机水粉混合机又称水粉混合器、水粉混合泵、液料混
19、合机、液料混料泵、混合机等，是一种将可溶性粉体溶解分散于水或液体中的混合设备。l外形与结构l工作原理l适用场合l外形与结构其 外 形 及 结构如图6.7所示，主要由机壳、叶轮、粉料斗及电机构成。l工作原理n工作原理是利用叶轮的高速旋转剪切用，将（装在料斗中的）粉状物料和（从进液口进入的）液体进行充分拌和，输送出所需的混合物。n通过料斗加入的参与混合的物料，既可以是流动性良好的粉料，也可以是流动性较好的浓度较高的溶液或浆体。n料斗下方的调节阀见图6.7（2），主要是为了得到不同添加物含量的混合液体。n根据工艺需要，可以将混合机串接在加工管路中进行连续混合操作，也可与一台罐器相连接进行间歇式混合操
20、作。水粉混合机特别适用于再制乳制品生产，例如用于乳粉、乳清粉、钙奶、糊精粉等与液体的混合，也可用于果汁和其它饮料的生产。l适用场合三、静态混合器l也称管道混合器。l基本构成l混合能由外部提供l工作原理l应用场合l特点l基本构成n十分简单。n主要由带管道接口的混合器壳体和混合单元构成。图6.8 静态混合器外壳 混合单元衬里l背景情形n20世纪70年代初开始发展的一种先进混合器，1970年美国凯尼斯公司首次推出其研制开发的静态混合器。n20世纪80年代我国也开始研究生产，已经在环保和化工领域得到很好应用，并且也已经在食品行业得到应用。n静态混合器是一种没有运动部件的高效混合设备。n所谓“静态”是指
21、起主要混合作用的混合单元在壳体上是固定不动的，这种混合器也由此取名。n虽然混合单元是静止的，但静态混合器需要以流体运动作为混合动力。n所有的静态混合器的主输入料液均需要有足够的压头才能正常工作，因此它常常需要与输送泵配合使用。l由外部提供混合能混合器的壳体通常为直管，根据需要可在直管的不同位置接支管，供各种需要混合的物料进入。n壳体n混合单元u是静态混合器的关键，其形式有多种，供不同物性料液和流动条件场合的应用。u如图6.9所示为适合于食品业的SK和SD型的混合单元外型。u也可根据需要选用或设计其它型式的混合单元。图图6.9 两种适用于食品物料的混合单元两种适用于食品物料的混合单元 SK型SD
22、型通过固定在管内的混合单元件，将流体分层切割、剪切、折向和重新混合，流体不断改变流动方向，不仅将中心液流推向周边，而且将周边流体推向中心，达到流体之间三维空间良好分散和充分混合的目的。与此同时，流体自身的旋转作用在相邻元件连接处的界面上亦会发生。这种完善的径向环流混合作用，使流体在管子截面上的温度梯度、速度梯度和质量梯度明显降低。l工作原理n可用于各种形态物料的混合、萃取、气体吸收、热交换、溶解、分散等操作。n食品加工中已经应用的方面有：不同组分液体的混合、悬浮液的分散化、浓浆的稀释以及换热等。l应用场合u静态混合器用来对各种料液进行混合时，不同的进料必须经过计量，因此一般用定容积泵作为静态混
23、合器的输送动力（如转子泵等）。u图6.10所示为利用静态混合器对将两种料液进行混合的系统组合示意。这种系统可用以将果味成分添加混合到搅拌型酸乳中。n混合原理u管路混合器可接在水粉混合机后，进一步分散固体粉粒，起均质作用。u这种均质作用依靠液体在混合器内产生的流速变化实现。此处的静态混合器不必用定量泵进料，可以利用一般离心泵，图6.11所示的系统正好利用水分混合机的输出压头作为分散作用的动力源。u这种系统可用以乳粉的加水混合。u静态混合器后还可再串接高压均质机，以获得更为稳定的再生乳。图6.11 用静态混合器对水粉混合物进一步分散的系统液体粉体水粉混合机水粉混合物静态混合器分散化的水粉混合物n悬
24、浮液的分散化静态混合器也可用作间接式换热器（图6.12），对料液进行加热或冷却。用作间接式换热器的静态混合器，在结构上与一般的混合器有所不同，或者在混合元件外装夹套，或者直接利用管线绕制成混合元件，这样可以进一步提高换热的效率和均匀性。n换热器作用l特点（1）流程简单，结构紧凑；（2）设备小、投资少、能耗小，操作弹性大，安装 维修简便、混合性能好；（3）应用灵活性大等。第三节 均质机械设备l均质及其设备l均质设备类型：压力式和旋转式l均质与食品工业一、高压均质机二、胶体磨三、高剪切均质乳化设备n均质（也称匀浆）是一种使液体分散体系（悬浮液或乳化液）中的分散物（构成分散相的固体颗粒或液滴）微粒化
25、、均匀化的处理过程，其目的是降低分散物的尺寸，提高分散物分布的均匀性。n狭义的均质仅指利用高压均质机对物料进行处理。然而，除了高压均质机以外，胶体磨、超声波均质器（或称超声波乳化器）、高速剪切搅拌器，甚至本章第一节所介绍的静态混合器等都对料液有均质功能。l均质及其设备n压力式均质设备首先使料液获得高压能，液体的高压能在机内转化为动能，使料液中的分散物受到流体力学上的剪切作用、空穴作用和撞击作用而得到破碎。n这种类型的常见设备有高压均质机和超声波乳化器等。l压力式均质设备n旋转均质设备由转子与定子系统构成，直接将机械动能传递给受处理的介质，是以剪切作用为主的均质过程。n胶体磨是典型的旋转式均质设
26、备。此外，搅拌机、乳化磨也属于旋转均质设备范围。l旋转式均质设备n空穴理论认为，流体受高速旋转体作用或流体流动在有突然压降变化的场合会产生空穴小泡，当这些小泡破裂时会在流体中释放出很强的冲击波，当这种冲击波发生在粒子附近时，会造成粒子的破裂。n均质在现代食品加工业中的作用越来越重要，非均相液态食品的分散相物质在连续相中的悬浮稳定性，与分散相的粒度大小及其分布均匀性密切相关，粒度越小，分布越均匀，其稳定性越大。n包括乳、饮料在内的绝大多数的液态食品的悬浮（或沉降）稳定性都可以通过均质处理加以提高，从而改善此类食品的感官品质。n均质过程的本质是一种破碎过程，所以均质也是破碎生物细胞，提高细胞提取物
27、得率的重要手段。l均质与食品工业 典型高压均质机组成如图6.32所示，主要由柱塞式高压泵和均质阀两部分构成。总体上，它只是比高压泵多了起均质作用的均质阀而已，所以有时也将高压均质机称为高压均质泵。一、高压均质机l典型高压均质机的组成l形式：有多种，基本组成相同，主要差异表现在高压泵类型、均质阀级数以及压强控制方式方面。（一）高压柱塞泵（二）均质阀（三）其它组成部分（四）高压均质机的应用（一）高压柱塞泵l柱塞泵可分为单柱塞泵和多柱塞泵。在高压均质机中均有使用。l单柱塞泵输出的波动性，因而它多用于实验规模的小型高压均质机。l生产规模的均质机使用的是多柱塞泵，目前以流量输出较为稳定的三柱塞泵用得最多
28、。高压均质机也有采用多达六七个柱塞的高压柱塞泵，流量输出更为稳定。l高压均质机的最大工作压强是其重要性能之一，主要由其结构强度及所配备的电机功率所规定。不同均质机的最大工作压强可有很大差异，一般在7.0104 MPa 之间。（二）均质阀l均质阀与高压柱塞泵的输出端相连，是对料液产生均质作用、对压强进行调节的部件。l均质阀有单级和双级两种。l主要阀件l均质阀工作原理l均质压强的调节l均质阀工作原理n当流体压入均质阀并冲向阀芯，通过一个由阀座与芯构成的狭窄的缝隙时，流体发生由高压、低流速向低压、高流速的能量转化，并产生空穴作用，自缝隙出来的高速流体最后撞在外面的均质环（也称撞击环）上，使已经碎裂的
29、粒子进一步得到分散作用。n流体经过均质阀的压强变化情形如图6.36所示。均质压强的大小一般是靠手轮对弹簧的压缩程度来调节的。弹簧力作用下的阀芯，只有当流体获得足以与弹簧力相抗衡的压力条件下，才能被顶开并让流体通过缝隙而产生均质作用。l均质压强的调节l单级均质阀单级均质阀只在实验规模的均质机上采用。l双级均质阀n现代工业用均质机中大多采用双级均质阀。n双级均质阀实际上是由两个单级均质阀串联而成。n一级均质阀往往仅使乳滴破裂成小直径的乳滴，但起乳化作用的大分子物质未均匀分布在小滴乳液的界面上。这些小滴乳由于尚未得到乳化物质的完全覆盖，仍有相互合并成大滴乳的可能，因此需要经第二道均质阀的进一步处理，
30、才能使大分子乳化物质均匀地分布在新形成的两液相的界面上。一般在需采用双级处理的场合，将总压降的8590分配给第一级，而将余下的1015的压降分配给第二级。Prrir0阀芯阀座原料液流体压强曲线图6.36 均质阀中流体压强变化ri：阀座内径；r0：阀座外径；p：压强（三）高压均质机的其它组成部分l冷却水系统：对往复运动的柱塞进行冷却，使泵体在恒定温度范围内工作。l高压均质机已结合到无菌化生产线中，在这种场合，配接的冷却水首先必须是无菌的，这样才能保证料液在均质工段不受到二次污染。l高压压力表，以为操作人员进行压力调整提供压力指示。l过滤器件：装在进料口，阻隔杂质，为了防止对均质阀的意外损伤及延长
31、其使用寿命。表6-1 应用不同均质压力的产品举例（四）高压均质机的应用l可用来加工许多食品。l选择适当均质工作压力。根据配方、货架寿命以及其它指标而定。l不同产品及所应用的均质压力范围。l必要时可重复均质或采用双级均质阀进行处理。l吸程有限，一般要求正压供料（利用位差或离心泵）。l使用中应避免中途断料，以免高压冲击载荷而使均质设备受到损伤。l物料夹入过多空气也会引起冲击载荷效应，有些先要进行脱气处理。二、胶体磨l以剪切作用为主的均质设备，均质部件由高速旋转的磨盘（转动件）与固定的磨盘（固定件）构成。l胶体磨形式l胶体磨结构l胶体磨磨盘l传动轴及转速l工作过程l均质效果及应用 （1）卧式 （2）
32、立式 （3）分体立式图图6.37 胶体磨外形胶体磨外形 l胶体磨形式如图6.38所示，主要由机壳、磨盘、进料斗、调节盘、叶轮等构成。l胶体磨结构l胶体磨盘l是胶体磨的关键部件，由定盘与动盘组成。动盘与传动轴相连，定盘固定在调节盘上。l通过转动调节盘手柄，可以调整定盘与动盘之间的工作面间距，从而也可以调节胶体磨的产量。l固定件与转动件之间的间隙范围为50150m。l磨盘工作面一般为锥台面状，但在锥角大小及磨齿形状方面不同的机型会有差异（图图6.39）。l胶体磨的磨面通常为不锈钢光面，但也有金刚砂毛面型的，以此对固体粒子磨碎并促进均质效果。图6.39 胶体磨的磨盘n带动动磨盘转动的传动轴，可直接与
33、电机相连（如卧式和轴联立式），也可通过皮带轮与电动机相连（如分体式）。n轴的转速与磨盘的直径有关，一般直径小的磨片要求高的转速，这样才能获得与较低转速下大直径磨盘胶体磨相同的均质效果。l传动轴及转速物料在间隙中通过时，由于转子的高速旋转，附在旋转面上的物料速度最大，附于定子表面上的物料速度最小，因此产生很大的速度梯度，使物料受到强烈的剪切作用而发生湍动，从而使物料均质化。与高压均质机一样，料液从胶体磨获得的能量，也只有部分用于微粒化，而大部分转化成了摩擦热。为了控制料温（尤其是循环）升高过度，也要用冷却水对胶体磨进行冷却，以保持料温的稳定。l工作过程n胶体磨处理后的分散相粒度最低可达1m以下。
34、胶体磨通常适用于处理较黏稠的物料。n胶体磨有时可以与高压均质机通用，但一般说来，在表6-2所列的产品中，只有所用均质压力大于20MPa 的产品（或相类似的产品）才适合用胶体磨进行处理。n胶体磨与高压均质机的性能参数比较。l均质效果及应用表表6-2 6-2 均质机与胶体磨性能参数比较均质机与胶体磨性能参数比较三、高剪切均质乳化设备l性质与工作原理l不同形式的高速剪切机械设备l与胶体磨比较l均质头的安装l不同形式的高速剪切机械设备n基于转子-定子原理的均质乳化机械设备有多种形式，如涡轮均质机、涡轮乳化机、高剪切均质机、管线式乳化机、高剪切均质泵、搅拌分散罐等。n尽管名称不同，但均质原理基本相同。l
35、性质与工作原理n这是一类转子-定子型均质机械设备。n其工作原理是利用转子与定子间高相对速度旋转时产生的剪切作用使料液得以乳化，或使悬浮液进一步微粒化、分散化。n高速剪切均质头的关键部件是定子与转子。它们是两个相互配合在一起的齿环。n转子定子的形式有多种，主要差异存在于齿形、齿圈数以及相互配合方式等方面。n图6.41所示的转子和定子分别有两圈齿牙。但转子的里圈齿牙只有三个“齿”，且呈尖弧形结构，它既起剪切作用，也起离心泵叶轮的作用，可将均质头两端的料液吸入（如果定子一侧是一块圆板结构，则料液只能从转子端进料）。转子定子构成了三个圆柱剪切面。l转子定子图6.41 高速剪切均质器头的转子与定子n转子
36、与定子在结构上与胶体磨的有明显区别，前者呈圆柱面状，而后者呈圆锥台面状；前者的齿壁开槽口，而后者是不开口的。在配合上也有区别，胶体磨的两盘片（定子与转子）间的间距是可调的，而高速剪切均质设备的转子与定子之间的间隙一般是固定不变的。n工作原理与胶体磨的相似，因此它们处理的料液性状与胶体磨的相似，总体上适合于处理较黏稠的物料。l与胶体磨比较n除了将高速剪切均质器头安装在罐体内或泵体内以外，也有的设备将高速剪切均质器装在可移动升降的台架上。n可以将这种均质设备灵活地应用于不同的场合，如夹层锅、无搅拌器件的桶状容器等。n事实上，实验室规模的高速剪切均质头就是可移动的。l均质头的安装 图6.40所示为一
37、种利用高速转子均质头的搅拌分散罐结构，主要由罐体与高速剪切均质头构成。n搅拌分散罐 进料出料壳体定子转子图图6.42 管线式乳化均质机原理示意图管线式乳化均质机原理示意图 n管线式乳化均质机u将高速剪切均质器的转子对装于泵形外壳中，就构成了所谓的管线式乳化均质机（也称为高剪切均质泵）。u这种设备一般使用一对以上的转子定子对。u图6.42所示为一种由三对转子定子构成的管线式乳化均质机工作原理，物料从轴向进入，经过转子定子对的剪切作用后，最后由另一端的径向流出。l本章小结 n食品工业中，为了使不同组成的配料混合均匀或者促使同一物料的状态均匀，可以采用液体搅拌机、水粉混合机、静态混合器、粉体混合器、
38、捏合机等机械设备。为了使分散系物料稳定可以采用各种形式的均质设备。n食品工业中典型的液体搅拌设备有发酵罐、酶解罐、冷热缸、溶糖锅、沉淀罐等。它们之间的差异主要体现在搅拌装置、轴封和搅拌容器等方面。搅拌装置中的搅拌桨形式选用，主要取决于液体的黏度。n水粉混合设备用于将粉体物料配制成悬浮液，而静态混合器则用于两种以上料液的在线连续混合。n粉体物料可用容器回转型和容器固定型两大类的设备进行混合。其中前者为间歇式操作设备，而后者既可间歇操作也可连续操作。l本章小结 n高稠度的浆体、塑性体和黏弹性体物料的制备需要采用搅拌混合捏合设备。典型的搅拌混合与捏合设备有双臂式捏合机、打蛋机以及和面机等。n为了使悬
39、浮液或乳化液中的分散物微粒化、均匀化，进而获得较为稳定的状态或者改善品质，可以采用各种均质乳化设备。典型均质化设备有高压均质机、胶体磨和高剪切均质乳化设备等。l本章小结 l思考题 1.分别举例说明液体搅拌设备、粉体混合设备、捏合设备在食品工业中的应用。2.举例说明均质设备在食品工业中的应用。3.如何选择液体搅拌器的形式？4.如何估计搅拌设备所需的功率？5.对比讨论高压均质机与胶体磨的特点及适用对象。6.可利用哪些设备提高水粉混合料的混合均匀度？l自测题一、判断题二、填充题三、选择题四、对应题一、判断题一、判断题1.一般说来，物料的黏度越大，所需的搅拌器功率也越大。2.对稀液体物料进行搅拌的主要
40、目的是为了获得均质的液体。3.搅拌罐的直径越大，搅拌器的直径越大，需要的搅拌功率越大。4.高压均质机的均质压力通常用手动方式进行调节。5.一般说来,容器回转式混合器多为间歇式操作。6.高压均质机用的高压泵全是三柱塞泵。7.揉制面团只能用卧式捏合机。8.胶体磨是转动式均质设备，它的出料有一定的压头。9.由于物料经过均质阀的节流作用，所以高压均质机的排料没有压头。10.分散乳化器是一种旋转式均质机械。11.分散乳化器一般由一个定子与一个转子构成，因此物料每经过乳化器一次时，就受到一次高速剪切。二、填充题二、填充题1.液体用的搅拌设备通常由 装置、和 等构成。其中搅拌装置由 、和 构成。用于低黏度液
41、体搅拌的最常见形式有 、等。相对于 ，搅拌轴的安装位置有 、和 。当搅拌轴与搅拌罐轴线相重合时，通常需要在 内加装 ，以保证搅拌罐内流场的混合效果。2.打蛋机也称 ，是一种搅拌轴与地坪面 、适用于黏稠物料 与搅拌的设备。这种设备的 相对于搅拌容器作 运动，结构上打蛋机有两种形式，均可以实现搅拌器相对于 的 运动，这两种形式的打蛋机分别为 固定的，另一种是 运动的。3.捏合机，也称 、，一般为 式。用于 物料的调制。其搅拌器通常较 ，最为典型的捏合搅拌器是 搅拌器。捏合机的容器，一般通常是 的，以便完成捏合操作后方便出料。4.粉体物料混合设备，从运动方式上分有 和 两类形式。从操作方式上分有 式
42、和 式两种。只有 式混合设备才能实现连续操作。三、选择题三、选择题1.当圆柱形液体搅拌罐的轴线与搅拌器轴 时,需要在罐壁上装挡板。A.重合 B.垂直 C.平行 D.斜交2.混合均匀度可以用 表示。A.方差 B.分离强度 C.分隔尺度 D.A、B和C3.对流混合机制操作下，物料的分离强度 ，分隔尺度 。A.减小，减小 B.不变，减小 C.减小，不变 D.上升，减小4.剪切混合机制操作下，物料的分离强度 ，分隔尺度 。A.减小，减小 B.不变，减小 C.减小，不变 D.基本不变，减小5.扩散混合机制操作下，物料的分离强度 ，分隔尺度 。A.减小，减小 B.不变，减小 C.减小，不变 D.基本不变，减小6.一般可根据 进行搅拌器型式的选择。A.料液黏度 B.容器大小 C.A和B D.容器的高度7.(立式）混合锅（打蛋机）容器与的搅拌浆轴 。A.作行星运动 B.A、C和D C.在圆周方向有相对运动 D.径向位置不变
