液体搅拌与气体混合.ppt

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1、第第 5 5 章章液体搅拌与气体混合液体搅拌与气体混合1 本章的学习目的与要求本章的学习目的与要求 1、掌握非牛顿流体间和气液混合体、掌握非牛顿流体间和气液混合体间的各种混合原理。间的各种混合原理。 2、熟悉影响液体搅拌功率因素。、熟悉影响液体搅拌功率因素。 3、掌握乳化操作原理。、掌握乳化操作原理。 4、了解气液混合方法。、了解气液混合方法。2 应用领域简介应用领域简介 食品生产过程和工艺中，涉及到不同物料的混合和搅拌，应用各种搅拌器和搅拌操作。 常见的搅拌操作目的可分5类：互溶液体搅拌 指均相液体混合物的混合调配。搅拌可加速互溶液体扩散和化学反应的进行，如调酒。互不相溶液体的接触混合 互不

2、相溶液体相互接触，使一种液体在另一种液体中充分分散，增加接触面积，提高传质系数。如乳化。 3气液接触 将气体溶于液体中，通过搅拌不均相气液混合。如碳酸饮料。利用搅拌加强传热 通过搅拌提高容器内液体传热系数，使温度均匀。有悬浮颗粒状固体的 液体搅拌 利用搅拌 使颗粒状固体不致沉 底。 搅拌釜是搅拌操 作的关键设备容器，451 1、液体搅拌混合的基本原理、液体搅拌混合的基本原理搅拌搅拌：就是使各种物料造成混合的操作。混合混合：可理解为分散物料的混合。搅拌与混合的关系搅拌与混合的关系：搅拌效果与混合效果有密切的关系，成正相关。1.1 混合物的混合程度混合物的混合程度 1.1.1 调匀度 是指一种或几

3、种组分的浓度或其他物理量和温度等在搅拌体系内的均匀性。6 计算：设A和B两种样品，体积分别为VA和VB，置于容器中，则容器中样品A的平均体积分数为：CVAO = VAVA+VB式中： CvAo为一的平均体积分数，m3/m3。 物料A体积分数CVA。调匀度（S）：各处取样，A的体积分数cVA都等于cVAO，表明搅拌已达到完全均匀，当高于或低于cVAO时，表示有偏差， S表示偏离度。CVACVAOS = 1- CVA1- CVAOS = （ cVA cVAO）（ S1）7搅拌釜内样品平均调匀度：调匀度是调匀度是“宏观宏观”的的： 调匀度的计算是有局 限性的。取样范围大小 可能显示出很大差别， 还需

4、其它指标。举例 样品量越大S越接近 1， 样品量越小S越接近 0，1.1.2 混合物的分隔尺度混合物的分隔尺度 和分隔强度和分隔强度 分隔尺度和分隔强度也是反映混合度的尺度。S = S 1+ S 2 + S nnAA混合液样品搅拌釜BB8分隔尺度分隔尺度：就是各种物料分散物的集中度， 是指混合物各个局部小区域体积体积的平均值。 就是分隔尺度，愈大表示物料分散情况愈差。 如：下图（a）（b）（c）。分隔强度分隔强度：是指混合物各个局部小区域的浓度与整个混合物的平均浓度浓度的偏差的平均值。如果各种分散物可以互溶，或可部分互溶，则在被分散物料之间会产生扩散，此时，分散物料已不在是各种纯的物料，而是混

5、合物，这些混合物与平均组成的差别就是分隔强度。愈大表示物料混合愈不充分。 如：下图（d）（L）。910 “微观”的均匀，或称分子尺度的均匀是达到混合理想状态，是极限值。即分隔强度为零。计算：均方差均方差或均方根差、标准差均方根差、标准差= n1（Ci-Cm）2S = n-1（Ci-C0）21式中；2、 S 2为均方差； Ci,Cm ,C0分别为混合物的取样浓度、平均浓度真实值、取样的平均浓度22均方差标准差均方根差= 11 某一混合器对990kg食盐和10kg碳酸镁进行混合操作。经一定时间后，取10个样品进行分析，每个样品200g。分析结果，各试样碳酸镁含量为：2.30，1.72，1.63，1

6、.73，2.10，1.82，2.32，2.20，2.10，2.13。求混合物的均方差、标准差。 解解：各试样的百分组成 Ci 2.30/200=0.0115；0.0086；0.00815；0.00865；0.0105；0.0091；0.0116；0.0105；0.0107 各试样的平均组成Cm=10g/990g+10g=0.01 均方差 例题例题5-15-1（371371）= n1（Ci-Cm）2210i=1110=2（0.0115 0.01） + （0.0115 0.01 ）+ 2= 1.4810-6作业：作业：407P习题习题1121.2 过程对混合程度的要求过程对混合程度的要求 物料搅拌

7、的混合程度是人为决定的，可以要求物料混合程度按人们需要进行。不是越充分越好。过程控制物料搅拌混合程度的影响因素（1） 互溶液体的调和问题：生产上只要求调和“宏观”均匀。对分隔尺度无要求。 （2） 两种互溶液体的快速反应：两种互溶液体的互溶，所以不存在相界面，但是存在着浓度差异，这种差异肉眼看不见，然而化学反应进行的速度与分隔尺度成反比，愈小反应愈快，所以搅拌可以提高反应速度。13 （3）过程控制：由于A和B互溶，搅拌分散达到一定的调匀度和分隔尺度，此时不存在相界面，但存在浓度差，但化学反应只能在被分散到一定程度时，分子扩散速率达到一定时，才能完成。所以过程速率控制不是控制化学反应本身，而是取决

8、于A和B分子扩散的快慢。所以图a反应速度小于b。BA均相反应示意图ab141.3 1.3 搅拌釜内液体的流动搅拌釜内液体的流动1.3.1 1.3.1 总体流动和湍动总体流动和湍动 流体在管内流动方式有两种情况，一是流 体质点沿管轴方向向前运动形成总体流动；另一种是做作着随即的脉动形成湍动。湍动15总体流动和湍动的流动特点总体流动和湍动的流动特点 总体流动特点：是流体以较大的尺寸运动，具有一定的方向性，流动范围较大。 湍流特点：是流体以很小的流体团尺度运动，运动不规律，运动距离很短。在搅拌器内液体流动特点在搅拌器内液体流动特点 搅拌器内液体流动主要是湍流状态，总体流动很小，是圆周方向的旋转流。离

9、心作用使液平面呈中心 凹陷的碗形。使 部分浆叶搅拌气 体湍动效果差,应. 加以改进。搅拌釜搅拌釜搅拌流型161.3.2 总体流动和湍动的混合机理总体流动和湍动的混合机理 总体流动主要造成宏观上一定程度范围的调匀度。 湍动主要造成进一步降低分隔尺度， 分子扩散发生在互溶物料混合过程中，可达到微观混合。 这三者同时交叉发生，共同达到混合目的。1.4 混合的原理混合的原理 多种物质的混合过程可以认为有 3种原理，（1）对流混合机理对流混合机理：对不相溶组分混合，由于混合器运动部件与物料做相对运动，分隔尺度逐渐下降，但物料内部不存在分子扩散现象。分隔强度不下降。17（2）扩散混合机理扩散混合机理：对互

10、溶组分混合，除对流混合机理外，随着混合过程进行，当混合物分隔尺度小至某值后，组分之间的接触面巨增，此时，混合过程变成以扩散为主。（3）剪力混合机理剪力混合机理：对高粘度液体混合，因流动性差，湍流形成不良，分子扩散过程不明显，此时混合主要作用是剪切，剪切使组分形成越来越小的料块，剪切的动力来自机械力量。1.5 混合物的稳定性混合物的稳定性 混合物的稳定性：是指混合各组分分散后重新聚集的程度。18情况分析： 稳定: 分散后不发生重新聚集，或经过很长 时间才发生重新聚集。 较稳定: 分散后经较长的时间发生重新聚集。不稳定: 分散后短时间或随即发生重新聚集。 通常，相溶液体混合物最稳定，固体与固体混合

11、物次之，不溶固体与液体，及互不相溶液体之间稳定性较差。1.6 混合速率混合速率混合速率：是指混合过程中物料实际状态与其中组分达到完全随机分配状态之间的差异消失的速率。19 将上式从混合开始的 值积分至某时刻的 值，可得 用混合法对饲料强化维生素A，要求维生素A分布要十分均匀，达到2g/kg，混合2min后，取10个样分析VA含量如下表，混合10min后，均方差值为0.03，假定混合终末均方差值很小可忽略，问达到均方差0.01，需多长时间？ 样品序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10VA含量/（g/kg）2.30 1.72 1.63 1.73 2.10 1.82 2.32 2.20 2.

12、10 2.13例题例题5-5-2 2（376376）d2dt= -k（ - ）22混合速率式中： 2 为均方差；（- ）表示推动力。K为混合速率系数，与物料性质和混合器性能有关。22022 -=（ - ）e-kt22 20220解：已知 =0，Cm=2.00（表中数据计），t=2min时的均方差 ： 计算和k 值：已知t=2min，2=0.059=20e-2k代入t=10min时，2=0.03同样可得2 0.03=20e-10k 两式联立，20=0.0699；k=0.0848 计算后得22.9min。 2=1/n（c-cm）=1/10 （ci-2.00） =0.059222022 -=（ -

13、）e-kt2221解：已知， t= 5 min时，2=0.0823； t= ？min时， 2=0.02。 Cm=40/60+40=0.4（份数），2=0计算k 值：已知t=5min，2=0.0823=20e-5k代入t=x min时，2=0.02=20e-xk两式联立： 0.02exk = 0.0823e5k作业：作业：407P习题习题2022 -=（ - ）e-kt2222 2 2、搅拌器的性能、搅拌器的性能23 2.1 搅拌器的分类搅拌器的分类2.1.1 桨叶式桨叶式 一种结构简单，桨叶数较少的，为扁钢锻造成型。桨叶有平直叶和折叶两种。1、桨式搅拌器主要用于流体的循、桨式搅拌器主要用于流体

14、的循环，不能用于气液分散操作。环，不能用于气液分散操作。2、折叶式比平直叶式功耗少，操、折叶式比平直叶式功耗少，操 作费用低，故折叶桨使用较多。作费用低，故折叶桨使用较多。242.1.2 旋桨式旋桨式 搅拌器形状类似于飞机和轮船的螺旋桨，常由三叶组成。推进式搅拌器的特点推进式搅拌器的特点轴向流搅拌器，循环量大、搅拌功率小，轴向流搅拌器，循环量大、搅拌功率小，常用于低粘流体的搅拌，结构简单、制常用于低粘流体的搅拌，结构简单、制造方便。造方便。252.1.3 涡轮式（推进式）涡轮式（推进式） 通常由六叶构成，有开启式、带叶片圆盘式和弯曲叶片。习惯上将四桨以下称桨式，将四桨以上称 涡轮式。1、适用物

15、料粘度范围广。、适用物料粘度范围广。2、剪切力较大，分散流体的效果好。、剪切力较大，分散流体的效果好。3、直叶和弯叶涡轮搅拌器主要产生径向流，折叶涡轮、直叶和弯叶涡轮搅拌器主要产生径向流，折叶涡轮搅拌器主要产生轴向流。搅拌器主要产生轴向流。262.1.4 锚式和框式锚式和框式 锚式和框式搅拌器的直径很大，其外缘形状根据釜内壁形状而定。 5-5框式搅拌器锚式和框式搅拌器特点锚式和框式搅拌器特点1、结构简单，制造方便。、结构简单，制造方便。2、适用于粘度大、处理量大的物料。、适用于粘度大、处理量大的物料。3、易得到大的表面传热系数。、易得到大的表面传热系数。4、可减少、可减少“挂壁挂壁”的产生。的

16、产生。272.1.5 螺带式 这种搅拌器专用于高粘度液体的搅拌。形状由一定螺距的旋转形钢带制成。这种搅拌器转数低，应用于容易粘附在壁上的场合。28292.2 搅拌设备的其他结构问题搅拌设备的其他结构问题 增加搅拌力度，除了搅拌器外，还可有其它结构。（1）挡板：在釜壁处装置四块垂直挡板，有利于搅拌，作用是阻挡液体因搅拌器的转动而随之旋转。（2）夹套和蛇管：搅拌过程 如伴传热，在外可用夹套、 在内壁可用蛇管来增加传热。 蛇管也有挡板的作用。（3）搅拌器插入方式：通常 是垂直插入，也可以水平或 倾斜一定角度插入。5-930（4）搅拌器层数：对于较大的搅拌釜，为了避免“死角”，可采用多层搅拌器。2.3

17、 常用的机械搅拌装置5-9312.5 搅拌器的液体循环量与压头搅拌器的液体循环量与压头 叶轮旋转时，产生离心力，使液体产生压头而消耗功率。体积流量、压头、功率间的关系为： N=QHg 另 H=N功率；Q体积流量；H压头； 液体密度；g重力加速度。2gu2u为液体线速度322.5 搅拌器的选型搅拌器的选型 根据不同的需要选择不同的搅拌器。2.5.1 选型原则选型原则（1）互溶液体的调和：因互溶液体，其调匀度主要通过总体流动达到。（2）两种互溶液体的快速反应：快速反应要求互溶液体的分隔尺度小，所以要加强湍流，湍流是过程的控制因素。（3）传热过程：提高传热系数主要靠提高流过传热面的总体流动速度，所以

18、过程的控制因素是液体的总体流动。33搅拌器的分类搅拌器的分类按流体流动形态按流体流动形态轴向流搅拌器轴向流搅拌器径向流搅拌器径向流搅拌器混合流搅拌器混合流搅拌器按搅拌器叶片结构按搅拌器叶片结构平叶平叶折叶折叶螺旋面叶螺旋面叶按搅拌用途按搅拌用途低粘流体用搅拌器低粘流体用搅拌器高粘流体用搅拌器高粘流体用搅拌器342.5.2 搅拌器的选型搅拌器的选型 根据选型原则考虑。（1）液体的粘度：）液体的粘度： 随着介质粘度增高，各种搅拌器使用的顺序是：桨叶式、推进式、涡轮式、框式和锚式、螺杆（带）式。 5-1035（2）搅拌器的特性：）搅拌器的特性： 搅拌器有各种转数和直径，根据实际需要选择性价比、耗能最

19、佳的搅拌器。36搅拌器的选用搅拌器的选用372.6 搅拌器的放大搅拌器的放大搅拌器的放大概念搅拌器的放大概念：如食品生产所需大型设备，因大型设备试验受限，而小型搅拌设备可以通过试验确定比较适宜的结构和操作条件以及功率等，这样客观上存在一个参照小型搅拌试验来设计大型搅拌设备的要求，称搅拌器的放大。2.6.1 几何相似原理几何相似原理 搅拌器的放大设计过程中，影响因素诸多，如直径、转数、位置、釜形状，液层深度、挡板等。放大时常固定某些因素，使过程简化。38 几何相似应用：指系统大小不同，但型式是完全相同的，并且相应各部分几何尺寸之比等于常数。2.6.2 搅拌器的放大（1）按功率数据的放大：若液体搅

20、拌系统的构形相同，则可以使用同一功率曲线计算。通过测量小设备，便可推算出大设备功率。（2）按工艺过程结果的放大：中试完成了工艺过程任务后，用几何相似系统对在生产规模上获得同样结果所需的搅拌器转数进行正确ddDDHH yHyhh=.常数39 的推算。几何相似系统中放大判据可供考虑 Rem雷诺准数 不变，要求nd2=nd 2 Fr佛鲁德准数 不变，要求n2d=n 2 d 韦伯准数 不变，要求n2d3=n 2d 3 叶轮末梢速度nd不变。要求nd=n d 单位体积流体的功率 不变，要求n3d2=n 3d 2nd2dn2g n2d3NVn转数；d叶轮直径；U线速度， 液体密度40 上述放大判断，顾此失

21、彼，只能找出需要的主要矛盾应用。 放大应用举例放大应用举例： 某液体已在中试中取得满意的搅拌结果，=1400kg/m3，黏度是1Pas。试验证明，用“标准”构形搅拌器所消耗功率最小。规模生产的搅拌槽拟采用2.7m，要通过放大试验，确定达到期望的工艺过程结果及应采用多大的转数。 用3只体积不同22.5cm、45cm、90cm的标准构形搅拌器进行试验，测定达到所期望的搅拌结果时搅拌器的转数。 数据如下：41423 3 搅拌器的功率搅拌器的功率 搅拌器本质是一种输入机械能的装置。而各种搅拌器形式、大小、转数等，都是使机械能尽可能用于实现液体流动。3.1 搅拌时机械能的输入 搅拌输入机械能并不是轻而易

22、举的，情况 1：搅拌桨转，液体跟着同转，功率消耗小。情况 2：桨高速旋转，凹陷加剧，部分搅拌空气，机械能输入更小。43搅拌输入机械能常用方法（1）装置档板：在釜内装档板， 增加流动阻力，增加湍动，输 入机械能明显增加。（2）改变搅拌器插入位置：因 直轴存在液体圆周向流动问 题，可改变搅拌器安置位置， 可避免圆周向流动，也不存 在液面凹陷问题。3.2 3.2 功率关联式功率关联式 影响搅拌功率的因素有几何和物理因素。档板轴44 几何因素包括：叶轮直径d，叶片数目长度、容器直径D、液体高度H，叶轮距底距离y、档板等。其中叶轮直径是主要因素。 假定其他尺寸与叶轮直径成一定比例。 比值形状系数即为 L

23、， 物理因素包括：液体密度，粘度，叶轮转数n等。 因变量多，借助因次分析考虑。L1=DdL2=HdL3=yd。功率:N = f（n ， d，,g)45 用因次分析法,得 对于有档板的,因液面不下凹b=0, Frb=1计算意义： 功率准数Eu含功率N，代表施加于受搅拌 液体的力。 雷若准数雷姆含粘度，代表施加力与粘 性拽力之比。Nn3d5= K( ) ( )dn2d2ngabEu = K ReamFrb雷诺准数佛鲁德准数功率准数Eu= 为功率准数（欧拉）；Rem= 为搅拌的雷若准数；Fr= 为搅拌的佛鲁德准数；K代表系统几何形状的总形状系数Eu = K Ream46佛鲁德准数元素Fr含重力加速度

24、g，代表施加 力与重力之比。473.3 功率曲线功率曲线48乳化：是将两种通常不互溶的液体进行密切混合操纵，包含着混合和均质化。是一种液体以微小球粒均匀分散在另一种液体之中。乳化过程：食品工业中，主要是油和水的乳化，分散相：以水为主，油为分散相的，称油/水（O / W）乳化液；以油为主，水为分散相的，称水/油（ W / O）乳化液。4 4、乳化、乳化水油乳化剂乳化液494.1 乳化机理乳化机理油水不相溶 由于两液体表面张力不同，所以不相溶。在搅拌后，在剪切力的作用下，界面面积剧增，界面能也剧增，聚结速度也急剧加快。乳化剂的作用 降低界面能：乳化剂具有表面活性（亲水、亲油性），它向油水界面吸附，

25、使界面能降低，防止油和水回复原样。 包裹液滴：乳化剂分子膜将液滴包住，可防止碰撞的液滴彼此又合并。 电排斥：乳化剂分子液膜包裹层可形成表面双电层，当两个液滴相互接近时，因电的相斥作用防止凝聚。50例如：乳化剂磷脂例如：乳化剂磷脂胆碱磷酸甘油饱和脂肪酸不饱和脂肪酸极性头部基团亲水非极性尾部基团疏水30CH2-CH-CH2 CH2-N+（CH3）3 CH2 O O=PO- OC=OCH2OC=OCH2CH3CH CH CH317C8C9C顺式双键头尾化学结构分子模型表示符号51磷脂特性：磷脂酰基部分较短，称头部，极性很强，是亲水的。脂肪酸部分是两条较长的碳氢链，称尾部，是非极性，具疏水性。脂双层模

26、型分子形状水水油油微囊52OHH104.50.0957nm-OH+H+-+电子云向 氧原子漂移H2O- +- +- +- +- +- +H2O的一般情况的一般情况偶极子油油- +- +- +- +- +- +- +- +- +- +- +- +极化区中间层区远外层区乳化剂乳化剂53亲水亲油平衡值（HLB）：乳化剂有很多种，决定使用什么样乳化剂要看活性剂的亲水亲油平衡值。油油油油油油油乳化剂电排斥包裹液滴油油油油油油油油油油油油油油油油油HLB=亲水基质量疏水基质量+亲水基质量100554 HLB值： HLB10为亲水， HLB10为亲油， 石蜡HLB=0，聚乙二醇HLB=20。 HLB=3 6

27、为油溶性油包水型（W/O）， HLB=8 18为水溶性水包油型（O/W）。4.2 乳化液的稳定性及影响其稳定性的主要因素乳化液的稳定性及影响其稳定性的主要因素乳化液的稳定性：在重力场或其他力场作用下，乳化液多少具不稳定特性。乳化系统迟早会产生分层现象，轻相上浮，重相下沉。1 20水水油油分界线1055沉降速率： 沉降速率是乳化液产生分层现象的直接原因。影响乳化液稳定性的主要因素：（1）液滴大小： 液滴沉降速率与滴径成正比，如乳化滴小到 1 2m，即有较好的稳定性。 大液滴有强烈吸附小微液滴的倾向，所以要求进行均质化。（2）两相密度差：沉降速率与两相密度差成正比。斯托克斯定律：ut=g（p-）d

28、 p2式中，音阶第一音为沉降速式中，音阶第一音为沉降速率率，p为液滴密度；为液滴密度； 为连续相的密度；为连续相的密度； 为连续相的粘度；为连续相的粘度； d p为液滴直径。为液滴直径。5657真空乳化搅拌装置流程图真空乳化搅拌装置流程图 58（3）粘度：粘度高，可减慢液滴的并合。 有增粘剂如甘油、黄原胶、阿拉伯胶等。（4）粒子的电荷：使用离子表面活性剂乳化时，因增加了表面分散电荷，相互排斥。4.3 4.3 乳化剂及其作用乳化剂及其作用乳化剂分类 天然乳化剂：如磷脂、固醇。 合成乳化剂：如脂肪酸类、单甘脂硬脂酸脂、聚甘油硬脂酸脂、山梨醇硬脂酸脂、蔗糖脂肪酸脂等。乳化剂结构：是一种在分子中有亲水

29、基团和疏亲水基团结构的化合物。乳化剂与稳定剂：59固醇类：固醇类：结构分三部分，极性头部、类固醇环和非极性碳氢尾部。哦CH3CH3CHCH2CH2CH2CHCH3 CH3CH3极性头部类固醇环非极性疏水尾部胆固醇结构60 稳定剂：是以增强乳化液稳定性为目的。 如两相密度调整剂、增粘剂、电荷增强剂、丙二醇等。乳化剂的作用乳化剂的作用： 降低两相的表面张力。 加强电荷排斥力。在离子型乳化剂中，在两界面配位，提高分散液滴电荷。 在分散相的外围形成亲水或亲油层，防止液滴合并。614.4 乳化液形成的方法乳化液形成的方法凝聚法凝聚法 是将成分子状态分散的液体凝聚成适当大小的液滴方法。分散法分散法 是将一

30、种液体加到另一种液体中同时进行强烈搅拌而生成乳化分散物的方法，常用。分散法乳化液制造分散法乳化液制造（1）机械强制分散法：主要依靠机械法如均质法、胶体磨等进行乳化，少量使用乳化剂。但微滴不稳定、易合并。此法应用广泛。（2）同时乳化法：先将乳化剂的两部分分别溶62 解于油相和水相，然后混合搅拌，从而在界面上形成乳化剂而进行乳化。（3）转相法：要制取O/ W型乳化液，先将乳化剂溶解油相，每次加入少量水，成为均匀的W/O型，当加水到接近转相点时，进行充分搅拌，直至完全变成转相物之后，加余下的水稀释到所要求的乳化液。（4）浆体法：与上法相似，先在少量水中加全部乳化剂，然后每次加少量油，制成非常粘稠的浆

31、体。经充分搅拌，使油相成微滴分散后，将其加入全部的水相中进行稀释便成。（5）自然乳化法：将乳化剂全部溶于油相，将其加入水中，不经搅拌而发生乳化作用。63制取乳化剂注意点：应用乳化剂要注意所选乳化液型式。O/ W、W/O。相体百分比，内相与外相。规定乳化温度。4.5 乳化设备简介乳化设备简介 有真空和普通型两种，空气混入对乳化液有严重影响。因乳化剂会降低张力，也使气泡易混入乳化液中。4.5.1 胶体磨胶体磨 工作部是一固定面和一高速旋转表面的配合，微小间隙（50 150m）。（图）64 胶体磨的工作原理是靠一对锥形的转齿与定齿作相对运动、物料通过定转齿之间的间隙受到剪切力、磨擦力、离心力和高频振

32、动而达到粉碎、乳化、均质、分散的目的。 胶体磨是流体超微粉碎机械，兼备粉碎、乳化、分散、均质、搅拌等功能，可以代替石磨、砂磨机、球磨机、组织捣碎机等。 食品行业：果茶、豆奶、冰淇淋、月饼馅、豆制品、饮料、果汁、果酱、辣椒酱、豆瓣酱、肉酱、糯米、花生酱。654.5.2 高压均质机 由高压泵和均质阀组成，压力达70MPa，排出通过均质阀，因速度梯度巨大，在此均质乳化。（图）4.5.3 超声波乳化器 簧片的机械震动发出超声波，作用于物料，产生乳化分散作用。（图）5-125-1366 高压均质机是液体质料均质细化和高压输送的专用设备。均质机广泛应用于食品、乳品、饮料、制药、精细化工和生物技术等领域的生

33、产、科研和技术开发。 对牛奶、豆奶等乳制品液料，在高压下进行均质，能使乳品液中的脂肪球显著细化，使其制品食用后易于消化吸收，提高食用价值。 用于冰淇淋等制品的生产中，能提高液料的细洁度和疏松度，使其内在质地明显提高。 均质机用于乳剂、胶剂、果汁、浆液等生产中，能起到防止或减少料液的分层，改善料液外观的作用，使其色泽更鲜艳，香度更浓，口感更醇。675 5 气液混合原理气液混合原理气液混合在食品生产中主要应用气液混合在食品生产中主要应用 分离混合气体，以获得一定组分。 除去有害成分以净化气体。 制备碳酸饮料等。 液体通气，增加含氧量。5.1 气液混合搅拌器的通气速度和搅拌器转速气液混合搅拌器的通气

34、速度和搅拌器转速（1）涡轮式搅拌器）涡轮式搅拌器通气速度： vg = QgAtVg指气液混合搅拌器单位截指气液混合搅拌器单位截在上的气体体积流量在上的气体体积流量Qg的面积的面积取值应在 0.0250.04m/s范围，最大为0.1 0.12m/s。68通气速度与转数之间关系通气速度与转数之间关系：NA = Qg(nd3)= 0.194Fr0.75式中， Qg通气量；nd为叶轮转数和直径；NA为通气准数；元素Fr为佛鲁德准数。临界转数临界转数n0 ：为了有效地分散气体，搅拌器应有一个最低低搅拌转数。如不能达此转数，将不能正常地进行气液混合操纵。n0dgc0.25= +（D+d）N0为临界转数，d

35、为叶轮直径， D为混合容器直径，gc分别为连续相表面张力和密度， 为常数。（2）自吸式搅拌器自吸式搅拌器 其吸气速度随着搅拌湍动程度的增大而增加，但必须在最低搅拌转数以上。通气准数通气准数NA ：69临界转数计算：（）表面嚗气式搅拌器临界转数计算 ：（n0d）gc0.=.（）液层深度，分别为连续相和分散相的粘度n0d.（）（）（）705.25.2 容器通气搅拌功率的计算容器通气搅拌功率的计算容器内气体的溶解速度及混合强度与单位体积液体中输入的功率有很大的关系。.容器不通气时的搅拌功率容器不通气，即理解为容器盖上盖，气体数量一定，气体密度小。.容器通气时的搅拌功率Nn3d5= K( )d2na雷

36、诺准数功率准数Eu = K Ream.（）Nnd3Qg0.080.3971726 6 气液混合方法和设备气液混合方法和设备6.1 碳酸化方法和设备 碳酸化器指的就是实现 用CO2和水制备碳酸饮料 的设备。6.1.1 薄膜式碳酸化器 在冷水呈薄膜状流动过 程中与CO2气体接触完成 碳酸化。 设备是密封容器，内压 0.4 0.6MPa。5-14736.1.2 喷雾式碳酸化器喷雾式碳酸化器 结构由活塞泵，碳酸化罐，机坐和管路组成。 工作时液体喷射雾化，与罐内气体混合，达到酸化。5-155-16746.1.3 喷射式碳酸化器喷射式碳酸化器 主要由文氏管组成，工作时水经加压进入文氏管，由于喷射截面积逐渐

37、收缩，水流剧增，水的内部压强速减，在末端处形成低压区，因此会不断吸入CO2气体。喷射式碳酸化器很常用，效率高。水流756.2 气液混合搅拌器气液混合搅拌器气液混合搅拌器 是将通入的气体分散成气泡在液相中扩散。桨叶对气体产生剪切力使气体破碎成大量气泡，加速表面更新和湍动，促进相间扩散。气液混合搅拌器分类 76 通气式：这类搅拌器是将由压缩机等向容器通入的气体搅拌分散并实现气液混合。（图） 安装尺寸比例为d/D=1/3，及H/D=1。5-1777 自吸式：自吸式：桨叶由主轴带动旋转，直接从吸气管或空心轴引进器外气体，或以导流筒与器内气体直接相通。搅拌过程液体自吸入气体。表5-25-18（图）78表

38、面爆气式：表面爆气式：常用在污水的处理，基本类似一种低压头大流量的水泵。 （图）自吸搅拌器负压区负压区表面爆气式5-1979复习题复习题1、为什么调匀度不能完全反映混合物的均匀程度？2、怎样用分隔尺度和分隔强度来判断互不相溶组分、互溶组分和高粘度液体的混合均匀度？3、何为搅拌器放大？4、怎样保证搅拌输入功率并防止“打漩”现象？5、乳化液产生不稳定性的原因及其影响因素是什么？6、气液混合在食品工业中的应用有哪些？气液混合搅拌器的型式及其特点？7、什么是总体流动和湍动？其特点是什么？808、搅拌器内液体流动特点是什么？9、多种物料混合的原理？10、怎样在搅拌器内增加搅拌力度？11、何为乳化？常用乳化剂？12、乳化剂乳化机理是什么？13、影响乳化液稳定性的主要因素？14、碳酸化器指的就是？15、气液混合在食品生产中主要应用？16、为什么真空乳化设备比普通型好？17、81