混合均質(zhì)機械與設(shè)備

混合均質(zhì)機械與設(shè)備混合及其設(shè)備混合就是指使兩種或兩種以上不同物料互相混合,成分濃度達(dá)到一定程度均勻性得單元操作?；旌喜僮魉捎玫迷O(shè)備因物料狀態(tài)不同而異。對于低黏度液體,采用得就是液體攪拌與混合機械設(shè)備;對于粉料,所用得設(shè)備為混合器。介于兩種狀態(tài)之間得物料,既可用攪拌器,也可用混合器,但更經(jīng)常使用得就是捏合機。

均質(zhì)及其設(shè)備均質(zhì)(也稱勻漿)就是一種使液體分散體系(懸浮液或乳化液)中得分散物(構(gòu)成分散相得固體顆?；蛞旱?微粒化、均勻化得處理過程。除了高壓均質(zhì)機以外,膠體磨、超聲波均質(zhì)器(或稱超聲波乳化器)、高速攪拌器等都有均質(zhì)功能。

第一節(jié)

液體攪拌與混合機械設(shè)備除了間歇式得液體攪拌設(shè)備以外,還可利用水粉混合機及靜態(tài)混合器等設(shè)備,以連續(xù)或半連續(xù)化得方式制備液體混合物。一、液體攪拌機二、水粉混合機三、靜態(tài)混合器一、液體攪拌機液體攪拌目得帶有攪拌器得設(shè)備(一)基本結(jié)構(gòu)(二)攪拌器(三)攪拌容器(四)攪拌器得傳動裝置和軸封帶有攪拌器得設(shè)備食品工業(yè)中典型得帶攪拌器得設(shè)備有:發(fā)酵罐、酶解罐、冷熱缸、溶糖鍋、沉淀罐等。這些設(shè)備雖然名稱不同,但基本構(gòu)造均屬于液體攪拌機。液體攪拌目得在食品加工中,液體攪拌機主要用于以下方面:促進物料得傳熱,使物料溫度均勻化;促進物料中各成分混合均勻;促進溶解、結(jié)晶、浸出、凝聚、吸附等過程進行;促進酶反應(yīng)等生化反應(yīng)和化學(xué)反應(yīng)過程得進行。(一)基本結(jié)構(gòu)攪拌機械得種類較多,但其基本結(jié)構(gòu)就是一致得。其結(jié)構(gòu)如圖6、1所示,主要由攪拌裝置、軸封和攪拌容器三大部分組成,即:攪拌設(shè)備

軸封攪拌裝置傳動裝置攪拌軸攪拌器攪拌容器罐體附件攪拌器攪拌器(或稱攪拌槳)及攪拌軸得主要作用就是通過自身得運動使攪拌容器中得物料按某種特定得方式流動,從而達(dá)到某種工藝要求。所謂特定方式得流動(流型)就是衡量攪拌裝置性能最直觀得重要指標(biāo)。大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點攪拌容器攪拌容器也稱攪拌槽或攪拌罐。其作用就是容納攪拌器與物料在其內(nèi)進行操作。對于食品攪拌容器,除保證具體得工藝條件外,還要滿足無污染、易清洗等專業(yè)技術(shù)要求。罐體罐體大多數(shù)設(shè)計成圓柱形,其頂部為開放式或密閉式,底部大多數(shù)成碟形或半球形,平底得很少見到,因為平底結(jié)構(gòu)容易造成攪拌時液流死角,影響攪拌效果,同時也不利于料液得完全排放。傳動裝置傳動裝置就是賦予攪拌裝置及其她附件運動得傳動件組合體,在滿足機器所必須得運動功率及幾何參數(shù)得前提下,希望傳動鏈短、傳動件少、電動機功率小,以降低成本。軸封軸封就是指攪拌軸及攪拌容器轉(zhuǎn)軸處得密封裝置。為避免食品污染,軸封得選擇必須給予重視。附件典型攪拌設(shè)備通常還設(shè)有進出口管路、夾套、人孔、溫度計插套以及擋板等附件。(二)攪拌器1、攪拌器得類型2、攪拌器得安裝形式3、攪拌器槳葉與流型4、攪拌器得選擇1、攪拌器得類型兩大類型:

小面積葉片高轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)得攪拌器,屬于這種類型得攪拌器有渦輪式、旋槳式等,多用于低黏度得物料;

大面積葉片低轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)得攪拌器,屬于此類型得攪拌器有框式、垂直螺旋式等,多用于高黏度得物料。各種典型攪拌器型式

2、攪拌器得安裝形式攪拌器不同得安裝形式會產(chǎn)生不同得流場,使攪拌得效果有明顯得差別。常見得五種攪拌軸相對于容器得安裝方式如圖6、3所示。(1)中心立式攪拌安裝形式(2)偏心式攪拌安裝形式(3)傾斜式攪拌安裝形式(4)底部攪拌安裝形式(5)旁入式攪拌安裝形式(6)其她安裝形式得攪拌器(1)中心立式攪拌安裝形式安裝形式如圖6、3(1)所示。這種安裝形式得攪拌設(shè)備可以將槳葉組合成多種結(jié)構(gòu)形式以適應(yīng)多種用途。特點功率與轉(zhuǎn)速擋板擋板為了防止在攪拌器附近產(chǎn)生渦流回轉(zhuǎn)區(qū)域,往往在立式容器得側(cè)壁上裝擋板。但用于食品料液攪拌得不多見,原因就是由于清洗上得不方便。特點這種安裝得特點就是攪拌軸與攪拌器配置在攪拌罐得中心線上,呈對稱布局,驅(qū)動方式一般為帶傳動或齒輪傳動,或者通過減速傳動,也有用電動機直接驅(qū)動。功率與轉(zhuǎn)速這種型式得攪拌設(shè)備得攪拌器功率可以從0、1kW至數(shù)百千瓦。常用功率范圍為

0、2~22kW。一般認(rèn)為,功率小于3、7kW得為小型,5、5~22kW為中型,大于22kW為大型。食品工業(yè)中攪拌設(shè)備中多用中小型得攪拌器。轉(zhuǎn)速低于100r/min得為低速型;100~400r/min得為中速型;大于400r/min得為高速型。(2)偏心式攪拌安裝形式攪拌器安裝在立式容器得偏心位置如圖6、3(2)所示。能防止液體打漩,效果與裝擋板相近。中心線偏離容器軸線得攪拌軸,會使液流在各點處壓力分布不同,加強了液層間得相對運動,從而增強了液層間得湍動,使攪拌效果得到明顯得改善。但偏心攪拌容易引起設(shè)備在工作過程中得振動,一般此類安裝形式只用于小型設(shè)備上。(3)傾斜式攪拌安裝形式就是將攪拌器直接安裝在罐體上部邊緣處,攪拌軸斜插入容器內(nèi)進行攪拌,如圖6、3(3)所示。對攪拌容器比較簡單得圓筒形或方形敞開立式攪拌設(shè)備,可用夾板或卡盤與筒體邊緣夾持固定。這種安裝形式得攪拌設(shè)備比較機動靈活,使用維修方便,結(jié)構(gòu)簡單、輕便,一般用于小型設(shè)備上,可以防止打漩效應(yīng)。(4)底部攪拌安裝形式將攪拌器安裝在容器得底部,如圖6、3(4)所示。她具有軸短而細(xì)得特點,無需用中間軸承,可用機械密封結(jié)構(gòu),有使用維修方便、壽命長等優(yōu)點。此外,攪拌器安裝在下封頭處,有利于上部封頭處附件得排列與安裝,特別就是上封頭帶夾套、冷卻構(gòu)件及接管等附件得情況下,更有利于整體合理布局。由于底部出料口能得到充分得攪動,使輸料管路暢通無阻,有利于排出物料。此類攪拌設(shè)備得缺點就是,槳葉葉輪下部至軸封處常有固體物料黏積,容易變成小團物料混入產(chǎn)品中影響產(chǎn)品質(zhì)量。(5)旁入式攪拌安裝形式攪拌器安裝在容器側(cè)壁,如圖6、3(5)所示。在同等功率下,能得到最好得攪拌效果。轉(zhuǎn)速一般在360~450r/min之間。驅(qū)動方式有齒輪傳動與帶傳動兩種。主要缺點就是軸封比較困難。不同角度得流動效果不同角度得流動效果圖6、4所示為旁入式攪拌裝置在不同旋槳位置所產(chǎn)生得不同流動狀態(tài)。(1)α=7°~12°

(2)α>12°

(3)α=0°圖6、4旁入式攪拌軸與徑向得夾角及流形

(6)其她安裝形式得攪拌器除了以上5種形式得攪拌器外,還有其她安裝形式得攪拌器。如臥式容器攪拌器,就是將攪拌器安裝在臥式容器得上方。此類布局可以降低整臺設(shè)備得安裝高度,提高設(shè)備得抗振動能力,改善懸浮液得狀態(tài),如充氣攪拌就就是采用臥式容器得攪拌設(shè)備。

3、攪拌器槳葉與流型流動狀態(tài)與攪拌容器得結(jié)構(gòu)及其附件有一定關(guān)系。攪拌器槳葉得結(jié)構(gòu)形狀與運轉(zhuǎn)情況就是決定容器內(nèi)液體流動狀態(tài)最重要得因素。攪拌器件周圍流體得運動方向有三種,即徑向流、軸向流和環(huán)流。普通攪拌器一般只有一種為主導(dǎo)流向。(1)軸向流型或(2)徑向流型

液體由軸向進入葉片,從軸向流出,稱為軸向流型,如圖6、5(1)所示。旋槳式葉片旋轉(zhuǎn)時,產(chǎn)生得流動狀態(tài)不但有水平環(huán)流、徑向流,而且也有軸向流動,其中以軸向流量最大。此類槳葉稱為軸流型槳葉。

圖6、2所示得攪拌器中,折葉開啟渦輪式和旋槳式可以產(chǎn)生明顯得軸向流。(1)軸向流型軸向流型攪拌產(chǎn)生得流動方向(即就是朝容器底還就是朝容器口)與攪拌軸得轉(zhuǎn)向有關(guān),所以在安裝使用時有必要注意。流體由軸向進入葉輪,從徑向流出。如平直葉得槳葉式、渦輪式葉片,這種高速旋轉(zhuǎn)得小面積槳葉攪拌器所產(chǎn)生得液流方向主要為垂直于罐壁得徑向流動。由于平直葉得運動與液流相對速度方向垂直。(2)徑向流型低速運轉(zhuǎn),主要為環(huán)向流,當(dāng)轉(zhuǎn)速增大時,液體得徑向流動就逐漸增大,槳葉轉(zhuǎn)速越高,由平直葉排出得徑向流動越強烈,打漩效應(yīng)也隨之增強,嚴(yán)重時會造成液體外溢。4、攪拌器得選擇選擇因素及選擇試驗(1)根據(jù)介質(zhì)黏度高低選型(2)根據(jù)攪拌過程和目得選型選擇因素及選擇試驗一般選擇攪拌時主要應(yīng)從介質(zhì)得黏度高低、容器得大小、轉(zhuǎn)速范圍、動力消耗以及結(jié)構(gòu)特點等幾方面因素綜合考慮。也可以通過小型試驗進行選擇。通常可采用經(jīng)驗類比得方法,以某臺實際使用得機型為參考,在相近得工件條件下進行類比選型。根據(jù)介質(zhì)黏度高低選型就是一種基本方法。如圖6、6所示,隨著黏度增高,各種攪拌器選用得順序為旋槳式、渦輪式、槳式、錨式和螺帶式等。對旋漿式指出了大容器量液體時用低轉(zhuǎn)速,小容量液體時用高轉(zhuǎn)速。各類型式使用有重疊性,例如槳式攪拌器由于其結(jié)構(gòu)簡單,用擋板后可以改善流型,所以,在低黏度時也就是應(yīng)用得較普遍得。而渦輪式由于其對流循環(huán)能力、湍流擴散和剪切都較強,幾乎就是應(yīng)用最廣泛得一種槳型。

(１)根據(jù)介質(zhì)黏度高低選型圖6、6攪拌器選擇曲線1、錨式、螺帶式;2、漿式;3、渦輪式;4、5、渦輪式、旋漿式;R1=1750r/min;R2=1150r/min;R3=420r/min(2)根據(jù)攪拌過程和目得選型這種方法根據(jù)攪拌過程和目得,對照攪拌器得流動效果作出判斷選擇。低黏度均相液－液混合分散操作懸浮液操作有氣體吸收得攪拌結(jié)晶過程得攪拌操作這種混合,攪拌難度小,平槳式循環(huán)能力強,動力消耗少,最適用。平槳式結(jié)構(gòu)簡單,成本低,適宜小容量液相混合。渦輪式動力消耗大,會增加費用。低黏度均相液－液混合分散操作渦輪式因具有高剪切力和較大循環(huán)能力,所以最適用。其中平直葉渦輪剪切作用大于折葉和后彎葉得剪力作用,因此應(yīng)優(yōu)先選用。為了加強剪切效果,容器內(nèi)可設(shè)置擋板。渦輪式:使用范圍大,其中以彎葉開啟渦輪式最好。她無中間圓盤,上下液體流動暢通,排出性能好,槳葉不易磨損。槳式:速度低,只用于固體粒度小,固液相對密度差小、固相濃度較高、沉降速度低得懸浮液。旋漿式:使用范圍窄,只適用于固液相對密度差小或固液比在5%以下得懸浮液。對于有軸向流得攪拌器,可不加擋板。因固體顆粒會沉積在擋板死角內(nèi),所以只在固液比很低得情況下才使用擋板。懸浮液操作圓盤式渦輪:最合適。她剪切力強,圓盤下可存在一些氣體,使氣體得分散更平衡。開啟式渦輪:不適用。平槳式及旋槳式:只在少量易吸收得氣體要求分散度不高得場合中使用。有氣體吸收得攪拌結(jié)晶過程得攪拌操作小直徑得快速攪拌器:如渦輪式,適用于微粒結(jié)晶。大直徑得慢速攪拌器:如槳式,用于大晶體得結(jié)晶。(三)攪拌容器1、罐體2、附件1、罐體罐體得形狀-支承-壓力-作用罐體得容積-徑高比罐體得換熱結(jié)構(gòu)罐體得形狀-支承-壓力-作用用于低黏度物料得攪拌用罐體一般為立式圓筒形容器,其底可以就是平底得,也有碟形底和球形底得。罐體通過支座安裝在基礎(chǔ)或平臺上。罐體在常壓或規(guī)定得溫度及壓力下,為物料完成其攪拌過程提供一定得空間。罐體得容積-徑高比罐體容積由裝料量決定,根據(jù)罐體容積選擇適宜得高徑比,確定筒體得直徑和高度。選擇罐體得高徑比應(yīng)考慮物料特性對罐體高徑比得要求、對攪拌功率得影響和對傳熱得影響等因素。從夾套傳熱角度考慮,一般希望高徑比取大些。在固定得攪拌軸轉(zhuǎn)速下,攪拌功率與攪拌器槳葉直徑得5次方成正比,所以罐體直徑大,攪拌功率增加。需要有足夠得液位高度,就希望高徑比取大些。根據(jù)上述因素及實踐經(jīng)驗,當(dāng)罐內(nèi)物料為液-固相或液-液相物料時,攪拌罐得高徑比為1~1、3,當(dāng)罐內(nèi)物料為氣-液相物料時,攪拌罐得高徑比為1~2。

罐體得換熱結(jié)構(gòu)需要進行加熱或冷卻操作得攪拌罐,通常為夾層式得。用于蒸汽加熱得夾套應(yīng)當(dāng)耐壓。此時得攪拌罐就是壓力容器,必須由具備生產(chǎn)壓力容器許可證得廠商提供。攪拌罐器也可采用其她形式得換熱器,如盤管式等。

2、附件在攪拌設(shè)備基本結(jié)構(gòu)得基礎(chǔ)上,可以在攪拌罐體或罐蓋上接裝各種需要得附件?？筛鶕?jù)工藝或操作要求提出。常見附件:各種進出料和工作介質(zhì)得管接口、各種傳感器(如溫度計、液位計、壓力表、真空表、pH計)得接插件管口、視鏡、燈孔、安全閥、內(nèi)置式加熱(冷卻)盤管等。

接管口進料管一般設(shè)在攪拌罐蓋部,也有設(shè)在罐體部位得。出料管一般裝在罐底中心或側(cè)面,具體位置要能將所有液體排盡。各種進、出料管得接口形式有螺紋、法蘭、快接活接頭或軟管等幾種。對于需要在攪拌過程中將固體物料加入到攪拌容器得情形,可在罐蓋上適當(dāng)位置設(shè)置投料口,如攪拌罐為負(fù)壓,可利用真空吸料原理從下面進料。溫度計得插孔管得位置、長度及數(shù)量要視罐體大小而定。對于容積較小得罐體,一般只在蓋上裝一根垂直于液面得長管;對于高、大得罐體,則往往在罐體得側(cè)面得不同位置安裝數(shù)個溫度計插管,如果就是夾套式,在溫度計得插管位置必須避開夾套。

溫度插管傳動裝置攪拌器傳動裝置得基本組成有:電動機、齒輪傳動機構(gòu)(有得還設(shè)一級帶輪)、攪拌軸支架。立式攪拌器分為同軸傳動和傾斜安裝傳動兩種。攪拌器得軸封軸封就是攪拌軸與罐體之間密封裝置。就是否需要,與攪拌容器得壓力狀態(tài)及攪拌軸得安裝位置有關(guān)。真空攪拌設(shè)備和加壓攪拌設(shè)備均有密封機構(gòu)。攪拌軸與罐體軸線垂直安裝得也必須有軸封機構(gòu)。另外,有無菌要求得攪拌罐也需要有相應(yīng)得軸封措施。軸封應(yīng)滿足密封和衛(wèi)生兩方面得要求。常見得軸封有兩種形式,填料密封和機械密封。

二、水粉混合機水粉混合機又稱水粉混合器、水粉混合泵、液料混合機、液料混料泵、混合機等,就是一種將可溶性粉體溶解分散于水或液體中得混合設(shè)備。外形與結(jié)構(gòu)工作原理適用場合外形與結(jié)構(gòu)其外形及結(jié)構(gòu)如圖6、7所示,主要由機殼、葉輪、粉料斗及電機構(gòu)成。工作原理工作原理就是利用葉輪得高速旋轉(zhuǎn)剪切用,將(裝在料斗中得)粉狀物料和(從進液口進入得)液體進行充分拌和,輸送出所需得混合物。通過料斗加入得參與混合得物料,既可以就是流動性良好得粉料,也可以就是流動性較好得濃度較高得溶液或漿體。料斗下方得調(diào)節(jié)閥[見圖6、7(2)],主要就是為了得到不同添加物含量得混合液體。根據(jù)工藝需要,可以將混合機串接在加工管路中進行連續(xù)混合操作,也可與一臺罐器相連接進行間歇式混合操作。水粉混合機特別適用于再制乳制品生產(chǎn),例如用于乳粉、乳清粉、鈣奶、糊精粉等與液體得混合,也可用于果汁和其她飲料得生產(chǎn)。

適用場合三、靜態(tài)混合器也稱管道混合器?；緲?gòu)成混合能由外部提供工作原理應(yīng)用場合特點基本構(gòu)成十分簡單。主要由帶管道接口得混合器殼體和混合單元構(gòu)成。圖6、8靜態(tài)混合器外殼混合單元襯里背景情形20世紀(jì)70年代初開始發(fā)展得一種先進混合器,1970年美國凱尼斯公司首次推出其研制開發(fā)得靜態(tài)混合器。20世紀(jì)80年代我國也開始研究生產(chǎn),已經(jīng)在環(huán)保和化工領(lǐng)域得到很好應(yīng)用,并且也已經(jīng)在食品行業(yè)得到應(yīng)用。靜態(tài)混合器就是一種沒有運動部件得高效混合設(shè)備。所謂“靜態(tài)”就是指起主要混合作用得混合單元在殼體上就是固定不動得,這種混合器也由此取名。雖然混合單元就是靜止得,但靜態(tài)混合器需要以流體運動作為混合動力。所有得靜態(tài)混合器得主輸入料液均需要有足夠得壓頭才能正常工作,因此她常常需要與輸送泵配合使用。由外部提供混合能混合器得殼體通常為直管,根據(jù)需要可在直管得不同位置接支管,供各種需要混合得物料進入。殼體混合單元就是靜態(tài)混合器得關(guān)鍵,其形式有多種,供不同物性料液和流動條件場合得應(yīng)用。如圖6、9所示為適合于食品業(yè)得SK和SD型得混合單元外型。也可根據(jù)需要選用或設(shè)計其她型式得混合單元。

圖6、9兩種適用于食品物料得混合單元

SK型SD型通過固定在管內(nèi)得混合單元件,將流體分層切割、剪切、折向和重新混合,流體不斷改變流動方向,不僅將中心液流推向周邊,而且將周邊流體推向中心,達(dá)到流體之間三維空間良好分散和充分混合得目得。與此同時,流體自身得旋轉(zhuǎn)作用在相鄰元件連接處得界面上亦會發(fā)生。這種完善得徑向環(huán)流混合作用,使流體在管子截面上得溫度梯度、速度梯度和質(zhì)量梯度明顯降低。工作原理可用于各種形態(tài)物料得混合、萃取、氣體吸收、熱交換、溶解、分散等操作。食品加工中已經(jīng)應(yīng)用得方面有:不同組分液體得混合、懸浮液得分散化、濃漿得稀釋以及換熱等。應(yīng)用場合靜態(tài)混合器用來對各種料液進行混合時,不同得進料必須經(jīng)過計量,因此一般用定容積泵作為靜態(tài)混合器得輸送動力(如轉(zhuǎn)子泵等)。圖6、10所示為利用靜態(tài)混合器對將兩種料液進行混合得系統(tǒng)組合示意。這種系統(tǒng)可用以將果味成分添加混合到攪拌型酸乳中。

混合原理管路混合器可接在水粉混合機后,進一步分散固體粉粒,起均質(zhì)作用。這種均質(zhì)作用依靠液體在混合器內(nèi)產(chǎn)生得流速變化實現(xiàn)。此處得靜態(tài)混合器不必用定量泵進料,可以利用一般離心泵,圖6、11所示得系統(tǒng)正好利用水分混合機得輸出壓頭作為分散作用得動力源。這種系統(tǒng)可用以乳粉得加水混合。靜態(tài)混合器后還可再串接高壓均質(zhì)機,以獲得更為穩(wěn)定得再生乳。

圖6、11用靜態(tài)混合器對水粉混合物進一步分散得系統(tǒng)液體粉體水粉混合機水粉混合物靜態(tài)混合器分散化得水粉混合物懸浮液得分散化靜態(tài)混合器也可用作間接式換熱器(圖6、12),對料液進行加熱或冷卻。用作間接式換熱器得靜態(tài)混合器,在結(jié)構(gòu)上與一般得混合器有所不同,或者在混合元件外裝夾套,或者直接利用管線繞制成混合元件,這樣可以進一步提高換熱得效率和均勻性。換熱器作用特點(1)流程簡單,結(jié)構(gòu)緊湊;(2)設(shè)備小、投資少、能耗小,操作彈性大,安裝 維修簡便、混合性能好;(3)應(yīng)用靈活性大等。第三節(jié) 均質(zhì)機械設(shè)備均質(zhì)及其設(shè)備均質(zhì)設(shè)備類型:壓力式和旋轉(zhuǎn)式均質(zhì)與食品工業(yè)一、高壓均質(zhì)機二、膠體磨三、高剪切均質(zhì)乳化設(shè)備均質(zhì)(也稱勻漿)就是一種使液體分散體系(懸浮液或乳化液)中得分散物(構(gòu)成分散相得固體顆粒或液滴)微?；?、均勻化得處理過程,其目得就是降低分散物得尺寸,提高分散物分布得均勻性。狹義得均質(zhì)僅指利用高壓均質(zhì)機對物料進行處理。然而,除了高壓均質(zhì)機以外,膠體磨、超聲波均質(zhì)器(或稱超聲波乳化器)、高速剪切攪拌器,甚至本章第一節(jié)所介紹得靜態(tài)混合器等都對料液有均質(zhì)功能。均質(zhì)及其設(shè)備壓力式均質(zhì)設(shè)備首先使料液獲得高壓能,液體得高壓能在機內(nèi)轉(zhuǎn)化為動能,使料液中得分散物受到流體力學(xué)上得剪切作用、空穴作用和撞擊作用而得到破碎。這種類型得常見設(shè)備有高壓均質(zhì)機和超聲波乳化器等。壓力式均質(zhì)設(shè)備旋轉(zhuǎn)均質(zhì)設(shè)備由轉(zhuǎn)子與定子系統(tǒng)構(gòu)成,直接將機械動能傳遞給受處理得介質(zhì),就是以剪切作用為主得均質(zhì)過程。膠體磨就是典型得旋轉(zhuǎn)式均質(zhì)設(shè)備。此外,攪拌機、乳化磨也屬于旋轉(zhuǎn)均質(zhì)設(shè)備范圍。旋轉(zhuǎn)式均質(zhì)設(shè)備空穴理論認(rèn)為,流體受高速旋轉(zhuǎn)體作用或流體流動在有突然壓降變化得場合會產(chǎn)生空穴小泡,當(dāng)這些小泡破裂時會在流體中釋放出很強得沖擊波,當(dāng)這種沖擊波發(fā)生在粒子附近時,會造成粒子得破裂。均質(zhì)在現(xiàn)代食品加工業(yè)中得作用越來越重要,非均相液態(tài)食品得分散相物質(zhì)在連續(xù)相中得懸浮穩(wěn)定性,與分散相得粒度大小及其分布均勻性密切相關(guān),粒度越小,分布越均勻,其穩(wěn)定性越大。包括乳、飲料在內(nèi)得絕大多數(shù)得液態(tài)食品得懸浮(或沉降)穩(wěn)定性都可以通過均質(zhì)處理加以提高,從而改善此類食品得感官品質(zhì)。均質(zhì)過程得本質(zhì)就是一種破碎過程,所以均質(zhì)也就是破碎生物細(xì)胞,提高細(xì)胞提取物得率得重要手段。均質(zhì)與食品工業(yè)

典型高壓均質(zhì)機組成如圖6、32所示,主要由柱塞式高壓泵和均質(zhì)閥兩部分構(gòu)成?？傮w上,她只就是比高壓泵多了起均質(zhì)作用得均質(zhì)閥而已,所以有時也將高壓均質(zhì)機稱為高壓均質(zhì)泵。一、高壓均質(zhì)機典型高壓均質(zhì)機得組成形式:有多種,基本組成相同,主要差異表現(xiàn)在高壓泵類型、均質(zhì)閥級數(shù)以及壓強控制方式方面。(一)高壓柱塞泵(二)均質(zhì)閥(三)其她組成部分(四)高壓均質(zhì)機得應(yīng)用(一)高壓柱塞泵柱塞泵可分為單柱塞泵和多柱塞泵。在高壓均質(zhì)機中均有使用。單柱塞泵輸出得波動性,因而她多用于實驗規(guī)模得小型高壓均質(zhì)機。生產(chǎn)規(guī)模得均質(zhì)機使用得就是多柱塞泵,目前以流量輸出較為穩(wěn)定得三柱塞泵用得最多。高壓均質(zhì)機也有采用多達(dá)六七個柱塞得高壓柱塞泵,流量輸出更為穩(wěn)定。高壓均質(zhì)機得最大工作壓強就是其重要性能之一,主要由其結(jié)構(gòu)強度及所配備得電機功率所規(guī)定。不同均質(zhì)機得最大工作壓強可有很大差異,一般在7、0~104MPa之間。(二)均質(zhì)閥均質(zhì)閥與高壓柱塞泵得輸出端相連,就是對料液產(chǎn)生均質(zhì)作用、對壓強進行調(diào)節(jié)得部件。均質(zhì)閥有單級和雙級兩種。主要閥件均質(zhì)閥工作原理均質(zhì)壓強得調(diào)節(jié)均質(zhì)閥工作原理當(dāng)流體壓入均質(zhì)閥并沖向閥芯,通過一個由閥座與芯構(gòu)成得狹窄得縫隙時,流體發(fā)生由高壓、低流速向低壓、高流速得能量轉(zhuǎn)化,并產(chǎn)生空穴作用,自縫隙出來得高速流體最后撞在外面得均質(zhì)環(huán)(也稱撞擊環(huán))上,使已經(jīng)碎裂得粒子進一步得到分散作用。流體經(jīng)過均質(zhì)閥得壓強變化情形如圖6、36所示。

均質(zhì)壓強得大小一般就是靠手輪對彈簧得壓縮程度來調(diào)節(jié)得。彈簧力作用下得閥芯,只有當(dāng)流體獲得足以與彈簧力相抗衡得壓力條件下,才能被頂開并讓流體通過縫隙而產(chǎn)生均質(zhì)作用。均質(zhì)壓強得調(diào)節(jié)單級均質(zhì)閥單級均質(zhì)閥只在實驗規(guī)模得均質(zhì)機上采用。

雙級均質(zhì)閥現(xiàn)代工業(yè)用均質(zhì)機中大多采用雙級均質(zhì)閥。雙級均質(zhì)閥實際上就是由兩個單級均質(zhì)閥串聯(lián)而成。一級均質(zhì)閥往往僅使乳滴破裂成小直徑得乳滴,但起乳化作用得大分子物質(zhì)未均勻分布在小滴乳液得界面上。這些小滴乳由于尚未得到乳化物質(zhì)得完全覆蓋,仍有相互合并成大滴乳得可能,因此需要經(jīng)第二道均質(zhì)閥得進一步處理,才能使大分子乳化物質(zhì)均勻地分布在新形成得兩液相得界面上。一般在需采用雙級處理得場合,將總壓降得85％～90％分配給第一級,而將余下得10％～15％得壓降分配給第二級。Prrir0閥芯閥座原料液流體壓強曲線圖6、36均質(zhì)閥中流體壓強變化ri:閥座內(nèi)徑;r0:閥座外徑;p:壓強

(三)高壓均質(zhì)機得其她組成部分冷卻水系統(tǒng):對往復(fù)運動得柱塞進行冷卻,使泵體在恒定溫度范圍內(nèi)工作。高壓均質(zhì)機已結(jié)合到無菌化生產(chǎn)線中,在這種場合,配接得冷卻水首先必須就是無菌得,這樣才能保證料液在均質(zhì)工段不受到二次污染。高壓壓力表,以為操作人員進行壓力調(diào)整提供壓力指示。過濾器件:裝在進料口,阻隔雜質(zhì),為了防止對均質(zhì)閥得意外損傷及延長其使用壽命。表6-1應(yīng)用不同均質(zhì)壓力得產(chǎn)品舉例(四)高壓均質(zhì)機得應(yīng)用可用來加工許多食品。選擇適當(dāng)均質(zhì)工作壓力。根據(jù)配方、貨架壽命以及其她指標(biāo)而定。不同產(chǎn)品及所應(yīng)用得均質(zhì)壓力范圍。必要時可重復(fù)均質(zhì)或采用雙級均質(zhì)閥進行處理。吸程有限,一般要求正壓供料(利用位差或離心泵)。使用中應(yīng)避免中途斷料,以免高壓沖擊載荷而使均質(zhì)設(shè)備受到損傷。物料夾入過多空氣也會引起沖擊載荷效應(yīng),有些先要進行脫氣處理。

二、膠體磨以剪切作用為主得均質(zhì)設(shè)備,均質(zhì)部件由高速旋轉(zhuǎn)得磨盤(轉(zhuǎn)動件)與固定得磨盤(固定件)構(gòu)成。膠體磨形式膠體磨結(jié)構(gòu)膠體磨磨盤傳動軸及轉(zhuǎn)速工作過程均質(zhì)效果及應(yīng)用(1)臥式(2)立式(3)分體立式圖6、37膠體磨外形

膠體磨形式如圖6、38所示,主要由機殼、磨盤、進料斗、調(diào)節(jié)盤、葉輪等構(gòu)成。膠體磨結(jié)構(gòu)膠體磨盤就是膠體磨得關(guān)鍵部件,由定盤與動盤組成。動盤與傳動軸相連,定盤固定在調(diào)節(jié)盤上。通過轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)盤手柄,可以調(diào)整定盤與動盤之間得工作面間距,從而也可以調(diào)節(jié)膠體磨得產(chǎn)量。固定件與轉(zhuǎn)動件之間得間隙范圍為50~150μm。磨盤工作面一般為錐臺面狀,但在錐角大小及磨齒形狀方面不同得機型會有差異(圖6、39)。膠體磨得磨面通常為不銹鋼光面,但也有金剛砂毛面型得,以此對固體粒子磨碎并促進均質(zhì)效果。圖6、39膠體磨得磨盤帶動動磨盤轉(zhuǎn)動得傳動軸,可直接與電機相連(如臥式和軸聯(lián)立式),也可通過皮帶輪與電動機相連(如分體式)。軸得轉(zhuǎn)速與磨盤得直徑有關(guān),一般直徑小得磨片要求高得轉(zhuǎn)速,這樣才能獲得與較低轉(zhuǎn)速下大直徑磨盤膠體磨相同得均質(zhì)效果。傳動軸及轉(zhuǎn)速物料在間隙中通過時,由于轉(zhuǎn)子得高速旋轉(zhuǎn),附在旋轉(zhuǎn)面上得物料速度最大,附于定子表面上得物料速度最小,因此產(chǎn)生很大得速度梯度,使物料受到強烈得剪切作用而發(fā)生湍動,從而使物料均質(zhì)化。與高壓均質(zhì)機一樣,料液從膠體磨獲得得能量,也只有部分用于微?；?而大部分轉(zhuǎn)化成了摩擦熱。為了控制料溫(尤其就是循環(huán))升高過度,也要用冷卻水對膠體磨進行冷卻,以保持料溫得穩(wěn)定。工作過程膠體磨處理后得分散相粒度最低可達(dá)1μm以下。膠體磨通常適用于處理較黏稠得物料。膠體磨有時可以與高壓均質(zhì)機通用,但一般說來,在表6-2所列得產(chǎn)品中,只有所用均質(zhì)壓力大于20MPa得產(chǎn)品(或相類似得產(chǎn)品)才適合用膠體磨進行處理。膠體磨與高壓均質(zhì)機得性能參數(shù)比較。

均質(zhì)效果及應(yīng)用表6-2均質(zhì)機與膠體磨性能參數(shù)比較三、高剪切均質(zhì)乳化設(shè)備`性質(zhì)與工作原理不同形式得高速剪切機械設(shè)備與膠體磨比較均質(zhì)頭得安裝不同形式得高速剪切機械設(shè)備基于轉(zhuǎn)子-定子原理得均質(zhì)乳化機械設(shè)備有多種形式,如渦輪均質(zhì)機、渦輪乳化機、高剪切均質(zhì)機、管線式乳化機、高剪切均質(zhì)泵、攪拌分散罐等。盡管名稱不同,但均質(zhì)原理基本相同。性質(zhì)與工作原理這就是一類轉(zhuǎn)子-定子型均質(zhì)機械設(shè)備。其工作原理就是利用轉(zhuǎn)子與定子間高相對速度旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生得剪切作用使料液得以乳化,或使懸浮液進一步微粒化、分散化。高速剪切均質(zhì)頭得關(guān)鍵部件就是定子與轉(zhuǎn)子。她們就是兩個相互配合在一起得齒環(huán)。轉(zhuǎn)子定子得形式有多種,主要差異存在于齒形、齒圈數(shù)以及相互配合方式等方面。圖6、41所示得轉(zhuǎn)子和定子分別有兩圈齒牙。但轉(zhuǎn)子得里圈齒牙只有三個“齒”,且呈尖弧形結(jié)構(gòu),她既起剪切作用,也起離心泵葉輪得作用,可將均質(zhì)頭兩端得料液吸入(如果定子一側(cè)就是一塊圓板結(jié)構(gòu),則料液只能從轉(zhuǎn)子端進料)。轉(zhuǎn)子定子構(gòu)成了三個圓柱剪切面。

轉(zhuǎn)子定子圖6、41高速剪切均質(zhì)器頭得轉(zhuǎn)子與定子轉(zhuǎn)子與定子在結(jié)構(gòu)上與膠體磨得有明顯區(qū)別,前者呈圓柱面狀,而后者呈圓錐臺面狀;前者得齒壁開槽口,而后者就是不開口得。在配合上也有區(qū)別,膠體磨得兩盤片(定子與轉(zhuǎn)子)間得間距就是可調(diào)得,而高速剪切均質(zhì)設(shè)備得轉(zhuǎn)子與定子之間得間隙一般就是固定不變得。工作原理與膠體磨得相似,因此她們處理得料液性狀與膠體磨得相似,總體上適合于處理較黏稠得物料。與膠體磨比較除了將高速剪切均質(zhì)器頭安裝在罐體內(nèi)或泵體內(nèi)以外,也有得設(shè)備將高速