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实验室搅拌器的定义、应用及分类

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搅拌的定义

搅拌是通过搅拌器发生某种循环,使得溶液中的气体、液体甚至悬浮的颗粒得以混合均匀。而为了达到这一目的,需要通过强制对流、均匀混合的器件来实现,即搅拌器的内部构件。搅拌是有机制备实验中常用的一项操作,目的是能使反应物间充分混合避免由于反应物浓度不均匀局部过大,受热不均匀,导致副反应的发生或有机物分解。通过搅拌,使反应物充分混合、受热均匀,缩短反应时间,提高反应产率。实验室搅拌器是其中的一种。

MSD MSA MSH.jpg


食品的搅拌

主要针对流体,按物相分为气体、液体、半固体及散粒状固体搅拌 。液体搅拌是将简单液体、固一液体混合物或气一液体混合物,在容器内利用各种形式搅拌桨叶的运动或其他方法,强制地促进器内各部分物料或成分互相混杂、交换,以达到成分浓度均匀、物料温度均一或某种物理过程(如结晶等)加快等的目的。广义的液体搅拌还包括由管道混合器、空气升液器和喷射等引起的搅拌方法。不过在绝大多数的情况下,液体搅拌几乎都是依靠搅拌桨叶的方法。

食品的搅拌.png

在食品工业上,液体搅拌是极为频繁的一种操作,如果汁、糖浆和盐水的配制、干制食品的复水、可溶色素的溶解、鲜乳加工前的冷却贮存、干酪素生产中的点胶(即在不断搅拌下加酸调节pH使酪蛋白凝聚析出)、乳糖的结晶等等。由此可见,食品加工上搅拌的目的不外乎:

促进加热冷却器件对物料的传热,并使物料的温度均匀化;

促进物料中各成分的均匀混合;

促进溶解、结晶、凝聚、清洗、浸出、吸附、离子交换等过程的进行;

促进酶反应等生物化学反应和化学反应过程的进行。

食品工业液体搅拌.png


搅拌的应用

气泡在液体中的分散,如空气分散于发酵液中,以提供发酵过程所需的氧;

液滴在与其不互溶的液体中的分散,如油分散于水中制成乳浊液;

固体颗粒在液体中的悬浮,如向树脂溶液中加入颜料,以调制涂料;

互溶液体的混合,如使溶液稀释,或为加速互溶组分间的化学反应等。此外,搅拌还可以强化液体与固体壁面之间的传热,并使物料受热均匀。

MSD-0420 3.jpg


搅拌的方式

机械搅拌、气流搅拌、射流搅拌


使用条件

1)反应在非均相体系中进行。

2)反应过程中需逐渐加入原料物。

3)反应产物中有固体影响反应顺利进行。


搅拌的目的

-液混合、气-液混合和固-液混合


影响因素

1)搅拌器的类型、尺寸及转速对搅拌功率在总体流动和湍流脉动之间的分配都有影响。

2)不同介质黏度的搅拌粘度是指流体对流动的阻抗能力,称为动力粘度。流体在流动时,分为层流、过渡流、湍流三种状态,而决定这三种状态的主要因素即流体的粘度。

3)搅拌的内部构件特别是叶轮、导流筒、挡板等也是影响搅拌的重要因素。


其他

搅拌槽内液体的运动,从尺度上分为总体流动和湍流脉动。总体流动的流量称为循环量,加大循环量有利于提高宏观混合的调匀度(见混合程度)。湍流脉动的强度与流体离开搅拌器时的速度有关,加强湍流脉动有利于减小分隔尺度与分隔强度。不同的过程对这两种流动有不同的要求。液滴、气泡的分散,需要强烈的湍流脉动;固体颗粒的均匀悬浮,有赖于总体流动。搅拌时能量在这两种流动上的分配,是搅拌器设计中的重要问题。

湍流脉动.png

在搅拌混合物时,两相的密度差、粘度及界面张力对搅拌操作有很大影响。密度差和界面张力越小,物系越易于达到稳定的分散;粘度越大越不利于形成良好的循环流动和足够的湍流脉动,并消耗较大的搅拌功率。

搅拌槽内流体的运动是复杂的单相流或多相流。非牛顿流体的搅拌,在流动状态和功率消耗方面都有一些特殊的规律。搅拌槽内流体流动参数的测量,搅拌功率的预计,以及搅拌装置的放大方法等,都是搅拌理论究和工程应用中的重要课题。

搅拌槽内液体的运动.png


搅拌器分类

搅拌器的类型有机械搅拌器、气流搅拌器和超声波搅拌器等,其中食品工业应用以机械搅拌机械为主,包括平浆式搅拌器、旋浆式搅拌器、涡轮式搅拌器、特种搅拌器(锚式搅拌器、鼠笼式搅拌器、行星式搅拌器)、打蛋机或调和机。

(1)平直叶桨式搅拌器:低速时,水平环流型,层流区操作。高速时,径流型。有挡板时,功率准数明显上升,为上下循环流,湍流加强,适用于低黏度液的混合、分散、固体悬浮、传热、液相反应等过程。

桨式搅拌桨.png

(2)涡轮式搅拌器:搅拌器流型为径向流,在有挡板时以桨叶为界形成上下两个循环流。具有高剪切力和较大的循环能力,其中直叶开启涡轮式剪切力最大,弯叶开启涡轮式剪切力最小,斜叶开启涡轮剪切力居中。直叶开启涡轮更适合于分散操作过程。弯叶排出性能好,桨叶不易磨损,更适合于固体悬浮、固体溶解。所以涡轮式搅拌器是操作过程适用范围最广的搅拌器。

涡轮式搅拌桨.png

(3)打蛋机或调和机:通过自身搅拌浆的高速旋转(70270 r/rain)、强制搅打,使得被搅拌物料充分接触与剧烈摩擦,以实现对物料的混合、乳化、充气及排除部分水分的作用,从而满足某些食品特殊加工工艺的要求,如生产充气奶糖、冰淇淋的充气、砂型奶糖的搅拌打砂等。打蛋机或调和机有立式、卧式之分。

立式打蛋机的结构:它由搅拌器、容器、传动装置及容器升降机构等组成。其工作过程为:电机把动力传到传动装置,再传到搅拌器,搅拌器与容器之间产生一定规律的相对运动,使物料得到搅拌。

立式打蛋机的搅拌器由搅拌头和搅拌桨两部分组成。

打蛋机.png

搅拌头:搅拌头的作用是使搅拌浆在容器内形成一定规律的运动轨迹。包括两种方式:一种是容器不动,搅拌头带动搅拌桨作行星式运动;另一种是容器安装在转动头上,搅拌头偏心安装于靠近容器壁处作固定转动。

搅拌浆:有三种形式,分别为钩形、拍形和筐形。


实验室搅拌处理方案:

顶置式搅拌器


加热磁力搅拌器


磁力搅拌器