第一节搅拌器一搅拌的目的强化传热传质强化化学反.ppt
第四章 搅拌及均质机械,第一节 搅拌器 一搅拌的目的 强化传热、传质、强化化学反应，取得一种均匀混合物。 二、搅拌方法 机械搅拌-利用搅拌器进行搅拌； 气流搅拌-利用压缩空气进行搅拌； 超声波搅拌利用超声波的作用进行搅拌； 三搅拌器的类型与构造： 根据浆叶构造的特征，可分成四类：平浆式搅拌器、旋浆式搅拌器、涡轮式搅拌器、特种搅拌器。,、平浆式搅拌器： 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， 它的浆叶用条钢制造，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（45度以下）（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，可搅起沉渣， 反之可使悬浮物搅拌至底部。,浆叶固定在轴上的方法有四种： （1）焊接法：制造方便，但强度不大，拆 卸困难，常用于直径小的容器中。 （2）螺钉连接法：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 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 的场合。 （3）方轴、螺钉连接，目的是克服浆叶与 轴的滑动，但方轴加工不便，浆叶与轴的 连接也比较麻烦。,（4）键固定法：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 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 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1/32/3，宽度为长度的1/101/6。转速一般为2080转/分，低速搅拌。 特点：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 能使物料形成涡流， 搅拌效果差；当叶 面与旋转方向垂直时，造成阻力又很大。 因此通常都使桨叶与旋转方向成一夹角，,、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联成 一起，成为钢性的框子。这样的结 构比较坚固，而且在搅拌时能搅动 大量的物料。适用于高浓度的物料， 框的大小取容器直径的2/39/10倍。 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，然后向上或向下折流。 当顺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拌至其它地方，而处于 其它地方的较冷物料搅拌至容器壁附近加热，以提高传热 速率，则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的距离要适当，以3050mm为宜，但由于高浓度物料搅拌时只能取5mm，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。 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。 浆式搅拌器的主要特征是： 1、混合效率较差； 2、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要求的料液（主要是金属污染和腐蚀问题）。,、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，然后再以高速度偶轮*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效。 它的主要特征是： （1）混合生产能力较高； （2）按一定的设计形式，有较高的局部剪力效应； （3）易清洗，价格较高（制造复杂）；,、旋浆式搅拌器： 由23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，才能借阻力作用使螺母在搅 拌器运转时愈来愈紧，旋浆的直径为容器 直径的0.20.3倍，搅拌浆的转速一般为 3001000rpm，高速推进，不需安装复杂的传动装置。旋浆高速转动所造成的液体速度主要为轴向和切线速度，所以液体作螺旋状运动，旋桨使液体受到强烈的切割或剪切，由于流动非常强烈，这种搅拌器使用大容器低粘度的液体的搅拌，该搅拌不使用粘稠性物料。 特征： 1、混合生产能力较高，组对不互溶液体，产生细液滴乳 化液而液滴直径范围不大的情况下，生产能力受限制； 2、结构简单，易形成离心旋涡。 3、限于粘度不大的液体的混合。,、特殊形式-行星搅拌器 行星传动搅拌器旋转浆的轴，不仅自转，而且还绕容器旋转。 其优点是搅拌速度很高，传热导数高，缺点是结构复杂。 适用于搅拌粘稠性的液体。,二 搅拌器的功率计算： 搅拌器所消耗的功率分为启动功和运转时克服摩擦阻力消耗功率。 启动功率一般近似取其等于运转功率的23倍，,第二节 均质机 目的：破碎物料中的 小微粒，得到均匀混合物提高产品质量。如牛奶加工使脂肪球破裂，促进人体对脂肪的消化，提高乳的稳定性（不发生如油与脱脂奶的分层现象），果汁生产使小微粒破碎，减少沉淀等。 均质机按构造分类有：高压均质机、离心均质机、超声波均质机三种。,生产型均质机,高速分散机、高速均质机,分散机、均质机,一、高压均质机结构与工作原理 结构：高压均质机主要由高压泵和均质阀所组成。 高压泵目前多采用三柱塞往复泵，均质阀安装在高压泵的排出路上，均质乳化作用在此发生。（三柱塞式高压泵是一种三作用泵，三作用泵是由共用一根曲轴的三个单作用泵所组成，三个单作用泵的曲柄互相错开120度，其吸液泵和排液泵也是三个泵共用。这样，在曲轴旋转一周的周期里，各泵的吸液或排液依次相差1/3周期，大大提高排液泵流量的均匀性。三作用泵的流量各为单作用的三倍。） 泵体为一长方形不锈钢块锻造而成，开有三个柱塞孔，并配有柱塞和活门，柱塞也由不锈钢制造，为防止液体泄露及空气渗入，采用填料*密封，其材料可用石棉绳等。每个泵配有两只活阀，在液体压力作用下自动开启或关闭，减压时在弹簧或阀体重力作用下自动关闭或开启，共有六个活阀，其中吸入活阀三个，压出活阀三个。,均质阀原理图,工作原理： 剪切理论：当高压物料在阀盘与阀座间流过时，在缝隙中心流速最大（150-200m/s）。而附于盘和座上的物料为零，则形成了急剧的速度梯度，而产生强烈的剪切力，使液滴发生变形和破裂达到乳化均质。 撞击学说：由于三柱塞往复泵的高压作用，使流体中的脂肪球和均质阀发生高速撞击现象，因而使料液中的脂肪球破裂。,阀式均质机的缺点 闹式均质机的生产能力受到一定限制，活阀缝隙易被堵塞，均质机头易磨损，卫生处理也很不方便。,二、高压均质机的计算 1、生产能力 式中：d柱塞直径（m） s柱塞冲程（m） Z柱塞个数（个） N柱塞往复次数（次/分） 填充系数 0.80.9 2、功率 式中：H泵的压头（m液柱） V每小时物料体积（m³ /h） 液体密度（Kg/m³ ） 泵效率 0.70.8,三、其他均质机,（一）喷射式均质机 1操作原理 利用蒸汽或压缩空气流来供给物料均质的能量，借高速运动的物料颗粒间相互碰撞或使颗粒与金属表面高速撞击，使颗粒粉碎成更细小的粒子，而达到均质的目的。 2生产流程 3、 优缺点 设备结构简单，尤其是无运动部件，操作和维修容易，但由于料液和蒸汽直接混合，给产品带来异味。这种设备虽然可以应用于各种强度的固体物料的均质，但对于水果、蔬 菜等植物原料的细胞组织，因它们有一定的坚度及弹性，生产上仍存在问题，不甚理想，尚需不断研究，以求进一步完善。,（二）离心式均质机 通过高速离心机使杂质被分离叫做净化，在净化的时候又能均质，故称净化均质机，亦称离心均质机。 主要特点： 1、在同一台设备内，一次操作可完成净化和均质两个过程，耗电为净化和均质两设备的总和的30%，投资也小。 2、均质度非常一致，也不必象阀式均质机需精密阀头。 3、可用同样机器同样流程来分离稀奶油，在同样的设备和流程中，用来净化消毒乳。,
