第六章 混合和 搅拌及均质机械 与设备 • •第一节第一节 物料混合的基本概物料混合的基本概 念念• •第二节第二节 液料搅拌器液料搅拌器• •第三节第三节 粉体混合机粉体混合机• •第四节第四节 捏和机捏和机• •第五节第五节 均质机均质机第一节 概述•一、概念 •搅拌 • •均质•混合指借助于流动中的两种或两种以上物料在 彼此之间相互散布的一种操作，其作用可 以实现物料的均匀混合、促进溶解和气体吸收、强化热交换等物理及化学变化 (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，(对乳浊液、悬浮液进行对乳浊液、悬浮液进行 边破碎边混合的过程叫边破碎边混合的过程叫均质均质), ),目的是目的是以提高食品的质 量和档次 指使两种或两种以上不同的物料 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 混合机及其类型：•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•类型：四类•搅拌机：用于较低黏度的液态物料混合（多指 液＋液，液体搅拌机；或液＋固，水粉混合机）；•混合机：用于粉粒状物料混合（多指 固＋固） ；•捏合机：用于高黏度稠浆料和黏弹性物料混合，如 和面机和糖蜜搅拌机等；•均质机、胶体磨：用于乳浊液（如牛奶和豆奶等） 或悬浮液（如果汁等）混合。
•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；•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 搅拌机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一、液体搅拌机二、水粉混合机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：•促进物料的传热，使物料温度均匀化；•促进物料中各成分混合均匀；•促进溶解、结晶、浸出、凝聚、吸附等过程进行；•促进酶反应等生化反应和化学反应过程的进行一、液体搅拌机 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传动装置：赋予搅拌装置及其他附件运动的传动件组合体。
要求传动链短、传动件少、电机功率小，以降低成本 轴封:搅拌轴及搅拌容 器转轴处的密封装 置为避免食品污 染，轴封的选择必须给予重视 搅拌罐：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 搅拌器:其作用是通过自身运动使搅拌容器中的物料按某种特定的方式运动，从而达到某种工艺要求这种特定方式的流动（流型）是衡量搅拌装置性能最直观的重要指标基本结构 一、搅拌器构造与安装形式•（一）搅拌器的类型和安装形式•1、类型：①小面积叶片高速运转 的搅拌器•②大面积叶片低速运转的搅拌器 涡轮式、旋桨式 搅拌器等，多用 于低粘度的物料 搅拌器有框式、垂直 螺旋式的搅拌器等，多用于高粘度的物料 常用圆盘涡轮式搅拌器 弯叶可拆圆盘涡轮--- WCY弯叶可拆对开圆盘涡轮式 ---WKY弯叶圆盘涡轮式---WY弯叶对开圆盘涡轮式--- WDY框、锚式搅拌器KSB-纯锥底框式KSA-直锥底框式KS-椭圆底框式TS-搪玻璃专用锚式MS-锚式2、安装形式 •1）立式中心搅拌安装形式 搅拌轴与搅拌器配置在搅拌罐的中心线上、呈对称布局，驱动方式为皮带传动或齿轮传动或者通过减速传动，也有用电机直接驱动的。
其搅拌设备功率可以从0.1kw至数百千瓦， 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挡板的作用（1）打漩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常见消除打旋的方法②倾斜安装③側壁安装消除打旋最简单常用的方法是在容器内加设挡板①偏心安装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将搅拌器直接安装在罐体上部边缘处，用夹板或卡盘与圆筒边缘夹持固定，搅拌轴斜插入容器内进行搅拌3） 倾 斜 式 搅 拌 安 装 形 式• 适用于搅拌容器比较简单的圆筒形结构或方形敞 开式搅拌设备，可防止产生涡流。
• 这种安装形式的搅拌设备比较机动灵活，使用维 修方便，结构简单、轻便，一般用于小型设备上 4）底部搅拌安装形式 •其搅拌器安装在容器底部 •优点，搅拌器安装在下部封头处， 有利于上部封头处附件的排列与安装， 特别是在上封头带夹套、冷却构件及接 管等附件的情况下，更有利于整体合理 布局其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粘积，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 将搅拌器安装在容器罐体的侧壁上，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在360～450r／min，驱动方式有齿轮传动与带传动两种该设备主要缺点是轴封比较困难三）搅拌罐1．罐体2．附件l1．罐体§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需要进行加热或冷却操作的搅拌罐，通常为夹层式的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搅拌器的轴封•轴封是搅拌轴与罐体之间密封装置•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•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 •真空搅拌机• 为了保持物料原有的芳香味，所采用的一种专用搅拌设备，常用于中粘度或高粘 度酱料，如生产午餐肉罐头等，该设备供肉 糜在真空状态下进行混合搅拌用 •其他类型的液体搅拌机 •除上述外，尚有借储槽容器本身振动及 液体本身振动进行搅拌的设备；利用超声波 发生器对液体进行超声波搅拌的设备；利用 搅拌叶片的振动，即叶片本身既作上下振动 ，又作交互回转进行搅拌的设备等二、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•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•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 •料斗下方的调节阀[见图6. 7（2）]，主要是为了调节物料的流量， 以得到不同添加物含量的混合液体•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 ，也可与一台储罐器相连接进行间歇式混合操作§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l引言•食品工业中，混合机应用于谷物混合、粉料混合 、面粉中加辅料与添加剂、干制食品中加添加剂与调 味粉及速溶饮品的制造等操作中，目的是使两种或两 种以上的粉料颗粒通过流动作用，成为组分浓度均匀 的混合物散粒体在运输、流动、振动的过程中，由于各颗粒间的密 度、粒度及表面特性不同，会按各自特性重新分类积聚的现象称为自动分 级一般来说，大而轻的颗粒易浮在粒堆的上部或飘到边缘，小而重的物 料易堆积在下部当输送距离远，振动大时，自动分级就严重。
自动分级 对原料清理和分级是有利的，因为杂质的聚集便于清理，而对于混合是一 种反作用，是影响混合均匀度的主要因素，所以在容器的设计中，要尽量 打破或减少混合料的分级现象) •在混合机内，大部分混合操作都同时存在对流、 扩散和剪切三种混合方式，但由于机型结构和混合料 物性方面的不同，往往是某一种混合方式起主导作用 搅拌混合机理 •（一）对流混合•（二）扩散混合•（三）剪切混合也称为体积混合或移动混合，对于工作不相溶组分，依靠搅拌装置的运动部件或重力，使物料各部分作相对运动也就是所有粒子在混合机内从一所有粒子在混合机内从一处向另一处作相对流动，位置发生转处向另一处作相对流动，位置发生转移，产生整体的流动移，产生整体的流动其混合均匀程度并不太高，对粉料和液料都是如此• •在混合过程中，以分子扩在混合过程中，以分子扩 散形式向四周作无规律运散形式向四周作无规律运 动，达到均匀分布状态动，达到均匀分布状态 称为称为扩散混合扩散混合由于物料群体中的粒子由于物料群体中的粒子相互间形成剪切面的滑相互间形成剪切面的滑移和冲撞作用，引起局移和冲撞作用，引起局部混合，称为部混合，称为剪切混合剪切混合对于高粘稠度流变物。
对于高粘稠度流变物料（如面团和糖蜜等）料（如面团和糖蜜等），主要是依靠剪切混合，主要是依靠剪切混合，一般称为，一般称为捏和捏和•混合机通常可按混合容器的运动状态分为容 器回转式和容器固定式两大类•二、回转容器式混合机•这类混合机的共同特点是容器内没有搅 拌工作部件、容器内的物料随着容器旋转方 向自下而上依靠物料本身的重力翻转运动以 达到均匀混合的目的•所以容器的回转速度不能太高，否则会 因离心力过大，物料紧贴容器内壁固定不动 ，将严重影响混合质量•容器的形状有多种，常以容器形状命名——V形、对锥式、倾筒式混合机等•是间歇式混合机，装卸物料时需要停机•间歇式混合机易控制混合质量，可适应粉粒物料配 比经常改变操作要求，因此适用于小批量多品种的混合操 作•这种混合机可以达到很高的混合均匀度，没有残留现象，但所需的混合时间长•容器的物料装填率因容器形状不同而异，但一般不得超过容器有效容积的60％•（一）V型混 合机 夹角为:60o～90o之间，装料量为两个圆筒体积的 10％～30％其转速很低，为6～25r/min 常用于混合多种粉料，若安装搅拌叶轮，可用于混合 凝聚性高的物料工作原理：容器围绕转轴旋转一周时，容 器内的物料一合一分，容器不停转动时，物料 经多次的分开，掺合而达到均匀。
缺点：安装不方便，有高度要求安装搅拌叶轮•（二）对锥式混 合机 圆锥角呈60o角和90o 角两种型式.若容器内未安装叶轮 ，一般混合时间5～ 20min，若容器内安装叶轮，混合时间可 缩短到2min左右转速为5～20r/min.（三）倾筒式。