食品机械与设备第四章 混合和搅拌及均质机械与设备第二节 液体搅拌机械

第二节 液体搅拌机械     一、 搅拌装置     搅拌过程是一个复杂的过程，它涉及流体力学、传热、传质及化学反应等多种原理。从本质上讲，搅拌过程是在流场中进行单一的动量传递，或者是包括动量、热量、质量的传递及化学反应的综合过程。     搅拌设备就是通过使搅拌介质获得适宜的流场而向其他输入机械能量的装置。在食品工业中用到的搅拌设备种类很多，但其基本结构是一致的。 主要由搅拌装置、搅拌罐和轴与轴封三大部分组成 。罐体大多数 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 成圆柱形，其顶部结构可设计成开放式或密闭式，底部大多数呈蝶形或半球形。由于平底结构容易造成搅拌时液流死角，影响搅拌效果，一般不采用平底结构。容器中盛装的液体深度通常等于容器的直径。在容器中装有搅拌轴，轴一般由容器上方支承，并由电动机及传动装置带动旋转，轴的下端装有各种形状桨叶的搅拌器。通常，典型搅拌设备还设有进出口管路、夹套、温度计插套以及挡项等附件。搅拌设备结构组成如图所示。     1．搅拌器（或称搅拌桨）与搅拌轴其作用 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。     2．搅拌容器（或称搅拌罐或搅拌槽）其作用 是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。     3．传动装置 赋予搅拌装置及其他附件运动的传动件组合体 。在满足机器所必需的运动功率及几何参数的前提下，要求传动链短、传动件少、电机功率小，以降低成本。     4．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。      二、 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 ：     搅拌器是搅拌设备的主要工作部件。 通常搅拌器可以分成两大类型： ①小面积叶片高速运转的搅拌器， 属于这种类型的搅拌器有涡轮式、旋桨式等，多用于低粘度的物料 ； ②大面积叶片低速运转的搅拌器 ， 属于这种类型的搅拌器有框式、垂直螺旋式等，多用于高利度的物料。     2、安装形式     搅拌器不同安装形式会产生不同的流场，使搅拌效果有明显的差别 。 通常搅拌器安装形式分为如下几种：     1 ） 立式中心搅拌安装形式 其特点是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，     常用的功率范围 为 0.2～22kw。一般划分为，功率小于3.7kw为小型，5.5～22kw为中型，大于22kw为大型。 食品工业中多用小型搅拌器。     转速低于 100r／min的为低速型，100～400r／mm为中速型，大于400 r／mn为高速型 。     根据不同的用途，桨叶的结构有各种各样的组合方式，加以三叶旋桨式。涡轮式为主体，可组合成多种结构形式，以适应多种用途。此类搅拌设备在国外多数已 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 化，其转速范围在 300～360r／min，电机功率为0.4～15kw，用带传动或齿轮传动的一级减速驱动。     2 ） 偏心式搅拌安装形式 特点是 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在搅拌器附近产生涡流回转区域，其效果与安装挡板相近似 。 这种搅拌轴中心线偏离容器轴线，会使液流在各点处压力分布不同，加强液层间的相对运动，从而增加液层间的湍动，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。     3 ） 倾斜式搅拌安装形式 特点： 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，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， 采用的功率为 0.1～2.2kw，使用一层或两层桨叶的搅拌器，转速在36～300r／min范围 。     4 ） 底部搅拌安装形式 特点： 其搅拌器安装在容器底部。它具有轴短而细的特点，无需用中间轴承，可用机械密封结构，具有使用维修方便、寿命长等优点。此外，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 特点： 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。     除了以上五种不同形式的搅拌器外，还有其他安装形式的搅拌器。如卧式容器搅拌器，是将搅拌器安装在卧式容器的上方，此类布局可以降低整台设备的安装高度，提高设备的抗震能力，如充气搅拌就是采用卧式容器搅拌设备的。     （二） 搅拌器的构造     搅拌器设计要求是必须有合理的结构（包括制造工艺合理，桨叶与搅拌轴的连接牢固可靠，检修安装方便等）和足够的强度。     目前，使用的材料大多数是碳钢、不锈钢、铸铁等；也有选用铜、铝等材料的，有时还用木材、搪玻璃、衬胶等。随着塑料工业的发展，高强度、优性能的 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 塑料也将是选用的优质材料。     1．平桨式搅拌器 桨叶一般采用不锈钢或扁钢制成。     其联接形式有： a 、 对于小型桨叶常加工成整体焊接形式，为不可拆卸结构，这种结构制造方便，但强度不大，不能拆换桨叶，常用于小直径容器中。 b 、 为螺栓连接方式，依靠桨叶与轴的摩擦力带动桨叶旋转。这种结构拆卸方便，但功率大时容易产生打滑现象而不能正常运转，多用于小功率设备中。 c 、 结构是 b型结构的改进型，把圆轴改成方轴，这样可克服打滑现象，但轴的加工困难。d 、 为键连接方式，它兼有以上几种结构的优点，被广泛采用。     为了改善搅拌效果，同时减少搅拌阻力，常常把平直桨叶安装成一定的角度，倾斜角度α一般应小于 90 o ，45 o 左右的较常用。另一种与倾斜安装类似的结构是折叶桨，这种结构使桨叶部分扭转而中间连接部分仍保持平直形式，它既起到了倾斜桨叶改善搅拌效果作用，又简化了连接 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ，也被广泛采用。     2．框式与锚式搅拌器 框式与锚式搅拌器结构相似，它的特点是起搅拌作用的框架能增大搅拌范围，并带走容器壁面上的残留物料液层。这种类型的搅拌器，其外形轮廓与容器壁形状相似，底部形状为适应罐底轮廓，多为椭圆或锥形等。为了增大对高利度物料的适应范围及提高奖叶的刚度，常常在框式与锚式的主体架上增加一些加强筋。框式与锚式搅拌轴的连接方式类似于桨式。     3．涡轮式搅拌器 涡轮式搅拌器的叶片较多，转速高，结构比桨式复杂，种类较多。一般连接方式是通过轮载用键及止动螺钉连接于搅拌轴上，同时在搅拌轴的底端用螺钉或轴端螺母压紧，防止轮数轴向移动。这类结构可分为开启涡轮式与圆盘涡轮式两种。 开启涡轮式桨叶直接焊于轮毂上 ， 折叶开启涡轮式结构通常在轮载上开倾槽，将桨叶嵌入后焊牢。 开启涡轮式可制作成整体铸造形式，也可以制作成叶片可拆的形式。有些结构桨叶设计成沿径向宽度变化的形状，桨叶申根部至叶尖逐渐变窄，以减小惯性力并节省材料。开启涡轮的通用尺寸是将桨宽与 浆径的比值（ b/d j ）为0.15-0.3,浆叶厚度由强度计算确定。     开启涡轮搅拌器的圆盘起支承桨叶的作用，大多数设计成整体式并与轮毂焊接。桨叶与圆盘连接方式，对小型桨叶（dj＜400mm）常采用焊接，桨径大于500mm时多采用可拆连接方式，便于装拆及保证装配精度。     在设计时，圆盘直径一般取桨径的2／3或3／4，圆盘板厚要保证刚性，桨叶厚度用强度计算确定。桨叶可设计成弯曲形，这种形状可以改善搅拌性能并减少动力消耗，叶片弯曲角度一般为45 o 或60 o ，圆盘涡轮的尺寸一般取d j ：e：b = 20：5：4（d j 为桨径，e为桨叶长，b为桨叶宽度）。     另外，还有一种圆筒式涡轮搅拌器，在运转工作时，叶片沿轴线由中心孔进人轮内，转动的叶片加速液体，然后高速向周围抛出，一般转速为400～2000r／min。这种类型的搅拌器优点是搅拌效果好，常用于稀薄的乳浊液、悬浮液等。它的缺点是能耗较大，制造加工也比较困难。     4．旋桨式搅拌器 桨叶形状与通常使用的推进式螺旋桨相似，所以又称为推进式搅拌器。实质上，桨叶是螺旋面的一部分，沿着桨叶长度方向不同截面处的升角是逐渐变化的。此型桨叶制造加工有一定的难度。一般设计成桨叶与轮毂整体铸造结构，也有用模锻成型后的桨叶与轮毂焊接而成。轮毂与轴的连接一般用键和止动螺钉的形式。轴端都用螺母压紧，也有用端部盖帽形式保护轴端螺纹的，在腐蚀介质或存在固体沉积物的场合下，这种盖帽有较好的保护作用。此型搅拌器我国已颁布有标准，其桨径在 150～700 mm范围内。     5．螺带式与螺杆式搅拌器 螺带式搅拌器由一定宽度的带材或圆柱棒材制作成螺带形状。它可以有单条或双条螺带结构。一般螺带的外廓尺寸接近容器内壁，使搅拌操作遍及整个罐体。由于螺带尺寸较大，与轴有较大的距离，因此要用支撑杆件使螺带固定在搅拌轴上。每个螺距设置杆件 2～3根。支撑杆一端与螺带焊接，另一端夹紧在搅拌轴上，也可以采用支撑杆与轴的键连接的形式。部分支撑杆可采用止动螺钉与轴相对固定。这种结构既保证传递扭矩可靠，又保证了装拆方便。如螺带较长，可设计成分段螺带的形式，再用螺栓连接成一体。     螺杆式搅拌器结构与螺带式相似，但螺杆式的螺旋面部分直接与搅拌器的轴相接触，与通常使用的螺带式输送器类似。螺带多与轴直接焊接，也可以设计成可拆式结构。     6.行星式搅拌器 工作时，桨叶一方面绕容器旋转，另一方面，桨叶本身绕轴自转，于是形成了图 b所示的运动轨迹。转动方向为，轴 Ⅰ 顺时针旋转时，则通过横杆带动轴 Ⅱ 也作顺时针旋转，行星齿轮 2则反向旋转，这也是桨叶轴自转的方向。由于自转与公转的联合作用，产生了一种复杂的搅拌，能激起强烈的涡流，产生良好的搅拌效果。在果酱制造及砂糖溶解时，常安装在夹层锅上面，主轴转速为20～80r／min。     7．特种搅拌器 除了以上几种搅拌器外，还有一些特殊结构形式的搅拌器，如鼠龙式搅拌器，它的本体为一圆筒形结构，在窄长的容器内安装此种搅拌器能获得最大的搅拌效率，其转速为 200～700r／min。