混合和均質(zhì)機(jī)械

**節(jié) 概述

? 一 混合：

指兩種或兩種以上不同組份的物料在外力作用下運動速度方向發(fā)生改變，使各組份的粒子均勻分布的過程。經(jīng)過混合操作后得到的物料稱為混合物。
? 常見混合物的類型：固體與固體、固體與液體、液體與液體、液體與氣體相混合構(gòu)成的混合物。
?混合的目的在于獲得均勻混合物，強(qiáng)化熱交換過程，增強(qiáng)物理和化學(xué)反應(yīng)。

?二 混合機(jī)及其類型：

? 混合機(jī)械：將兩種或兩種以上不同組分的物料混合在一起構(gòu)成混合物的機(jī)械設(shè)備有兩類：混合機(jī)、攪拌機(jī) 和捏合機(jī)。
?一類是對粉粒狀物料，低中粘度物料進(jìn)行混合的機(jī)械稱為混合機(jī)（多指 固＋固）或 者攪拌機(jī)（多指 液＋液或液＋固）。
?另一類是對高粘稠漿料和塑性固體物料進(jìn)行混合的機(jī)械設(shè)備叫做捏和機(jī)。

?三 均質(zhì)和均質(zhì)機(jī)械：

?對乳濁液、懸浮液進(jìn)行邊破碎邊混合的過程叫均質(zhì)。所采用的機(jī)械設(shè)備有均質(zhì)機(jī) 和膠體磨。
?均質(zhì)的目的在于既要獲得均勻的混合物，又要使得產(chǎn)品的顆粒細(xì)微一致，不會產(chǎn)生離析。通常所采用的機(jī)械稱為均質(zhì)機(jī)和膠體磨。
?對混合和均質(zhì)機(jī)械的一般要求是：
?①混合物的混合均勻度高；
?②物料在容器內(nèi)的殘留量少；
?③均質(zhì)物的顆粒微小，質(zhì)地細(xì)膩；
?④設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，堅固耐用，操作方便，便于檢視、取樣和清理；
?⑤機(jī)械設(shè)備要防銹，耐腐蝕，容器表面光滑，工作部件能拆卸清洗；
?⑥電機(jī)設(shè)備和電控裝置應(yīng)能防爆、防濕、防塵，符合環(huán)境保護(hù)和安全運行的要求。

?四、混合均勻度的含義及表示方法

?混合物的混合均勻程度是衡量混合機(jī)性能好壞的主要技術(shù)指標(biāo)之一。通常用混合物中某組分含量的變異系數(shù)Cv值來衡量混合機(jī)混合性能的好壞。

?五、混合機(jī)理

?兩種或兩種以上不同組分構(gòu)成的混合物在混合機(jī)或者料罐內(nèi)，在外力作用下進(jìn)行混合，從開始時的局部混合達(dá)到整體的均勻混合狀態(tài)，在某個時刻達(dá)到動態(tài)平衡，之后，混合均勻度不會再提高，而分離和混合則反復(fù)交替他進(jìn)行著。
?整個混合過程存在著三種混合方式：
?（一）對流混合 （二）擴(kuò)散混合 （三）剪切混合
?（一）對流混合：由于混合機(jī)工作部件表面對物料的相對運動，所有粒子在混合機(jī)內(nèi)從一處向另一處作相對流動，位置發(fā)生轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生整體的流動稱為對流混合。
? （二）擴(kuò)散混合：對于互溶性組分如固體與液體，液體與氣體，液體與液體組分等，在混合過程中，以分子擴(kuò)散形式向四周作無規(guī)律運動，從而增加了兩個組分間的接觸面積和縮短了擴(kuò)散平均自由程達(dá)到均勻分布狀態(tài)。對于互不相溶性組分的粉粒子，在混合過程中以單個粒子為單元向四周移動，類似氣體和液體分子的擴(kuò)散，使各組分的粒子先在局部范圍內(nèi)擴(kuò)散，達(dá)到均勻分布，稱為擴(kuò)散混合。
?（三）剪切混合：由于物料群體中的粒子相互間形成剪切面的滑移和沖撞作用，引起局部混合，稱為剪切混合。對于高粘稠度流變物料如面團(tuán)和糖蜜等，主要是依靠剪切混合，一般稱為捏和。捏和機(jī)工作部件對物料產(chǎn)生的剪切力，使物料拉成愈來愈薄的料層，料層表面出現(xiàn)裂紋，產(chǎn)生層流流動，達(dá)到局部混合，謂之剪切混合。擠壓膨化機(jī)和絞肉機(jī)中的物料在螺桿作用下也產(chǎn)生剪切混合。
? 事實上，物料在混合機(jī)里往往同時存在著上述三種混合方式，單一的混合方式是少見的，但是常以其中的一種混合方式為主。

第二節(jié) 粉料混合機(jī)

?一、固定容器式混合機(jī)

?（一）螺旋環(huán)帶式混合機(jī)
?（二）立式混合機(jī)
?（三）立式行星式混合機(jī)(又名那塔式混合機(jī) )
?搖臂帶動混合螺旋以2～6r/min繞中心軸旋轉(zhuǎn)，同時，螺旋又以60～100r/min的速度自轉(zhuǎn)。
?在機(jī)殼外壁可以加水套以加熱或冷卻腔內(nèi)物料?；旌闲栌脮r間為：小容量混合機(jī)2～4min，大容量混合機(jī)8～10min。

?二、回轉(zhuǎn)容器式混合機(jī)

?這類混合機(jī)的共同特點是容器內(nèi)沒有攪拌工作部件、容器內(nèi)的物料隨著容器旋轉(zhuǎn)方向自下而上依靠物料本身的重力翻轉(zhuǎn)運動以達(dá)到均勻混合的目的。所以容器的回轉(zhuǎn)速度不能太高，否則會因離心力過大，物料緊貼容器內(nèi)壁固定不動，將嚴(yán)重影響混合質(zhì)量。正常工作時，物料在容器內(nèi)應(yīng)發(fā)生渦流運動。
?（－）水平回轉(zhuǎn)筒式和斜z回轉(zhuǎn)筒式混合機(jī)（二）V型混合機(jī) （三）對錐式混合機(jī)

第三節(jié) 液體攪拌機(jī)

?液體--液體與液體--固體組分間的混合，稱為液體攪拌，采用的機(jī)械設(shè)備稱為液體攪拌機(jī)。這類攪拌機(jī)與粉料混合機(jī)的不同點在于，前者制備的是互溶或互不溶的液態(tài)混合物，而后者加工的是互不溶的固體粉料，得到的是互不溶的粉體混合物。
?液體攪拌機(jī)，又稱為液體-液體與液體-固體集態(tài)混合機(jī)，廣泛應(yīng)用于：①將不同顏色和比重差不多的液體構(gòu)成均一的混合物；②使固體粒子在液體中呈懸浮或混濁狀態(tài)；③從飽和溶液中析出結(jié)晶粒子；④使痕量組分在液體中均勻混合；⑤促進(jìn)液體與儲槽容器之間的熱交換過程，并防止局部過熱。
?液體攪拌的基本原理和粉體混合基本相同，即兩種或兩種以上組分在攪拌過程中都通過對流、擴(kuò)散和剪切作用達(dá)到均勻混合的。但由于液體和粉體兩種物料在物理性質(zhì)上的根本差異，因此，所采用的攪拌設(shè)備也完全不同。
? 液體攪拌機(jī)的主要工作部件是攪拌葉片，包括槳葉、旋槳和渦輪葉片等型式。由液體-液體或液體-固體物料配制成的混濁液、乳濁液和懸浮液中，液體比例一般約占95％以上；高濃度的粘稠液中液體的比例要小一些。
?液體具有流動性和不可壓縮性。在葉輪（由葉片和回轉(zhuǎn)軸等組成）的旋轉(zhuǎn)作用下，把機(jī)械能傳給液體，在葉輪附近區(qū)域的液流中造成渦動，同時產(chǎn)生一股高速射流推動液體沿著一定途徑在容器內(nèi)作循環(huán)流動。這種流動稱為液體的“流型”,它可分為軸向流型、徑向流型和因在容器側(cè)壁加設(shè)擋板等阻擋物引起液流方向變化而形成的各種混合流型。因此，液流的流型取決于葉片的幾何形狀和結(jié)構(gòu)以及在容器內(nèi)有無阻擋物等，而葉片的幾何形狀對流型的影響較大。
?1．軸向流型 液體從軸向進(jìn)入葉片，從軸向流出，謂之軸向流型 .
? 2．徑向流型 流體從軸向進(jìn)人葉輪，從徑向流出，謂之徑向流型.
?3. 混合流型
?實際上，葉片造成的液流有三個分速度：軸向速度、徑向速度和切向速度。其中軸向速度和徑向速度對液體的攪拌混合起著主要作用。
?液體攪拌機(jī)有機(jī)械式攪拌機(jī)、噴流式攪拌機(jī)、噴氣式攪拌機(jī)和真空式攪拌機(jī)等以機(jī)械式攪拌機(jī)的應(yīng)用較為廣泛。

?二、機(jī)械式液體攪拌機(jī)

?其中適用于處理低粘度或中等粘度液體的機(jī)械式攪拌機(jī)，一般多按葉片型式和它在容器內(nèi)的安裝方式來分類：
?（一）按攪拌葉片型式分類 1．槳葉式攪拌機(jī) 2．渦輪式攪拌機(jī) 3．旋槳式攪拌機(jī)
?(二）按液體攪拌機(jī)的安裝型式分類 1．可搬式攪拌機(jī) 2．立式攪拌機(jī)

?1．槳葉式攪拌機(jī)

?槳葉式攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速一般為 20-150r/min，葉片的圓周速度約為3m／s。 葉片直徑為容器直徑的1/2-3/4,寬度一般為其長度的l/l0-1/6。槳葉式攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速較慢，液流的徑向速度較大，軸向速度較低。
?為了加強(qiáng)軸向混合，并減少因切線速度產(chǎn)生的表面旋渦，通常在容器側(cè)壁加設(shè)擋板。
?為了提高攪拌效果，還可以增加槳葉對數(shù)，從一對增加到三對。為了加熱物料，常把容器底部做成夾套即雙底鍋。
?槳葉邊緣到容器底部的間距以30～50mm為宜，對于高濃度物料為5mm。轉(zhuǎn)速一般為50—70r/min。
? 槳葉式攪拌機(jī)的主要特點是：①結(jié)構(gòu)簡單，容易制造；②混合效果較差；③局部剪切作用弱，不易發(fā)生乳化作用；④適用性廣。

?2．渦輪式攪拌機(jī)

?渦輪式攪拌機(jī)類似槳葉式攪拌機(jī)，唯葉片多而短，屬高速回轉(zhuǎn)徑向流動式攪拌機(jī)。液體經(jīng)渦輪葉片沿驅(qū)動軸吸人，它主要產(chǎn)生徑向液流，液體以高速向渦輪四周拋出，再沿槽壁上升流動。
?渦輪葉片為4～6枚，直徑比槳葉小，為容器直徑的0. 3～0. 5倍，轉(zhuǎn)速為400～2000r/min，圓周速度在8m/s以內(nèi)。
?渦輪式攪拌機(jī)的主要特點是：①適于攪拌多種物料，尤其對中等粘度液體特別有效；②混合生產(chǎn)能力較高，能量消耗少，攪拌效率較高；③有較高的局部剪切效應(yīng)；④容易清洗和造價較高。渦輪式攪拌機(jī)常用于制備低粘度的乳濁液、懸浮液和固體溶液。

?3．旋槳式攪拌機(jī)

?又叫螺旋式攪拌機(jī)，多用于混合兩種不相溶的液體制備乳濁液，如油和水的混合物等低粘性物料。
?旋槳式攪拌機(jī)適用于低粘度液體的高速攪拌。旋槳葉片直徑為容器直徑的1/3～l/4。其轉(zhuǎn)速小型為 1000r/min以上，大型為 400～800r/min。
?由于槳葉的高速轉(zhuǎn)動造成了軸向和切向速度的液體流動，致使液體作螺旋形旋轉(zhuǎn)運動，并使液體受到強(qiáng)烈的切割和剪切作用，同時，槳葉也使氣泡卷人液體中，這是它的缺點。為此，軸多偏離中心線安置，或斜置成一定角度。由于液體流動非常激烈，故適用于大容器低粘度的液體攪拌，如牛乳、果汁和發(fā)酵產(chǎn)品。
?旋槳安裝位置不同，被攪拌的液體流動狀態(tài)亦不同。
?旋槳式攪拌機(jī)的主要特點：①生產(chǎn)能力較高，但對互不溶液體，生產(chǎn)細(xì)液滴乳化液而液滴直徑范圍不大的情況下，生產(chǎn)能力受限制；②結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便；③常常會卷人空氣形成氣泡和離心渦旋；④適用于低粘度和中等粘度液體的攪拌，對制備懸浮液和乳濁液等較為理想。

? (二）按液體攪拌機(jī)的安裝型式分類

? 1．可搬式攪拌機(jī)
?可采用夾鉗扳手將其安裝在容器上方任何位置的邊緣，安裝和拆卸比較方便?？梢杂呻妱訖C(jī)直接驅(qū)動或由減速器減速傳動。旋槳轉(zhuǎn)速為300～1800r/min，配用動力通常為 2kw左右。葉片可以是旋槳式或渦輪式。為了防止氣泡混人，多稍偏離中心安裝。
?2．立式攪拌機(jī)
?多用于開式容器中，呈垂直狀安裝在其下方，且傾斜50－100， 若用在密閉式容器上，可以固定不動。

? 三、噴流式攪拌機(jī)

?在儲槽下部向內(nèi)插進(jìn)一根噴管，其形狀呈直線或Y形，它向攪拌液中施加噴流，使液流在容器內(nèi)循環(huán)而起到攪拌作用 。

?四、噴氣式攪拌機(jī)

?1．散布式噴氣攪拌機(jī)
?2．氣力揚升式噴氣攪拌機(jī)

? 五.真空攪拌機(jī)

? 為了保持物料原有的芳香味，所采用的一種專用攪拌設(shè)備，常用于中粘度或高粘度醬料，如生產(chǎn)午餐肉罐頭等，該設(shè)備供肉糜在真空狀態(tài)下進(jìn)行混合攪拌用。

?六、其他類型的液體攪拌機(jī)

?除上述外，尚有借儲槽容器本身振動及液體本身振動進(jìn)行攪拌的設(shè)備；利用超聲波發(fā)生器對液體進(jìn)行超聲波攪拌的設(shè)備；利用攪拌葉片的振動，即葉片本身既作上下振動，又作交互回轉(zhuǎn)進(jìn)行攪拌的設(shè)備等。

第四節(jié) 均質(zhì)機(jī)

?對乳濁液、懸浮液進(jìn)行邊破碎邊混合的過程叫均質(zhì)。均質(zhì)的目的在于獲取粒度很小且均勻一致的液相混合物。
?按工作原理和構(gòu)造，均質(zhì)機(jī)可分為機(jī)械式、噴射式、離心式和超聲波式以及攪拌乳化機(jī)，其中以機(jī)械式均質(zhì)機(jī)應(yīng)用常見。
?機(jī)械式均質(zhì)機(jī)主要采用剪切力使料液中的微粒或液滴破碎和混合，它又可分為膠體磨和均質(zhì)機(jī)兩種。

? 一、膠體磨

?主要由料斗、定磨盤和動磨盤、排料口和傳動機(jī)構(gòu)組成。按安裝方式可分為臥式膠體磨和立式膠體磨。
?定、動磨盤的錐度不同，間隙由大到小，可以調(diào)節(jié)。定、動磨盤之間間隙為0. 5—1.5mm，動磨盤轉(zhuǎn)速3000～15000r/min。
?立式膠體磨用粘度為 10Pa.s 左右料液的均質(zhì)作業(yè)，臥式膠體磨多用于粘度較低的物料。
?膠體磨的特點是：①結(jié)構(gòu)比較簡單，操作方便，容易清洗②適用于粘度高的物料；③轉(zhuǎn)速高，要求動磨盤平衡性能好 。

?一、高壓均質(zhì)機(jī)

?傳動采用二級變速，利用曲臂鑲?cè)胍粚θ俗铸X輪，實施對稱傳動，具有結(jié)構(gòu)緊湊，彎矩小，受力均勻，平穩(wěn)、低噪聲等。
?大多數(shù)均質(zhì)機(jī)上配備雙級均質(zhì)閥，在**級中，料液壓力為19.6-25.4MP.a, 主要使脂肪球破碎，第二級料液壓力減為3.43MPa, 主要使脂肪球均勻分散。閥和閥座采用耐磨合金鋼制造.三柱塞泵的特點是排液量比較均勻。
?（二）工作原理 料液以很高速度通過均質(zhì)閥縫隙處受到強(qiáng)裂剪切作用而均質(zhì)和乳化。通過的縫隙為0.1mm時，液流的流速高達(dá)150～200m／s。
?通過縫隙時，由于受到壓力的作用，使脂肪球在縫隙處被拉伸和延展，同時又受到流液通過均質(zhì)閥時的渦動作用，使延展部分被剪切為更細(xì)小的脂肪球微粒。
?從圖 5－32中可以看出，**級均質(zhì)閥壓力從22.5mPa下降到14.4mPa時，這一段區(qū)域內(nèi)的脂肪球平均直徑基本上保持穩(wěn)定不變，即料液的壓力比14.7MPa更高，脂肪球粒徑也不會再減小。

第五節(jié) 捏合機(jī)

?工作部件對物料進(jìn)行剪切、擠壓使其先局部混合再達(dá)到整體混合的過程叫捏合。
?捏合機(jī)用于一般粉體混合機(jī)和液體攪拌機(jī)不能加工的高粘度漿體或塑性固體的捏合，如面團(tuán)和蜂蜜等。這些物料的粘度高達(dá)2000Pa.s以上。流動性極差。此外，通常將工作部件對物料先是局部混合，進(jìn)而達(dá)到整體混合謂之捏合、揉合或調(diào)合。捏合機(jī)具有混合攪拌的功能，又具有對物料造成擠壓力、剪切力、折疊力等綜合作用，因此，捏合機(jī)的葉片格外堅固，能承受巨大的作用力，容器的殼體也要具有足夠的強(qiáng)度和剛度。
?捏合機(jī)理，如前所述，主要有對流混合、擴(kuò)散混合和剪切混合，通常這三種混合過程同時并存，但以剪切混合為主。
?常用的捏合機(jī)有如下幾種：
?一、分批式捏合機(jī)
?（一）雙臂式捏合機(jī) （二）波尼式捏合機(jī) （三）行星式捏合機(jī)
?二、連續(xù)式捏合機(jī)
?一、分批式捏合機(jī) （一）雙臂式捏合機(jī) （二）波尼式捏合機(jī) （三）行星式捏合機(jī)
?二、連續(xù)式捏合機(jī)