混合機(jī)主要是針對(duì)散粒狀固體特別是干燥顆粒之間的混合要求而設(shè)計(jì)的一種攪拌機(jī)械設(shè)備。在食品加工中，混合機(jī)普遍應(yīng)用于谷物、面粉與添加劑、湯粉及調(diào)味料的混合操作。
一、混合機(jī)理
影響混合效果的因素首先是物料的物理性質(zhì)。其中主要包括物料顆粒的大小、形狀及密度。其它一些因素也起一定的作用，如物料顆粒的表面粗糙程度、流動(dòng)特性、附著力、含水量及結(jié)塊或成團(tuán)的傾向等。實(shí)驗(yàn)分析表明，顆粒小的、形狀近似圓球形的或密度大的物料容易沉降于容器底部；而附著力大、含水量高的物料顆粒則容易結(jié)塊或成團(tuán)，不易均勻分散。由此可知，被混物料間的主要物理性質(zhì)越接近，其分離傾向越小，混合操作越容易，混合效果越佳。
混合機(jī)對(duì)物料的本質(zhì)作用就是混合，而這種混合主要是通過(guò)顆粒狀散體物料的流動(dòng)才得以實(shí)現(xiàn)的。因此混合機(jī)的操作機(jī)理類(lèi)似液體攪拌機(jī)的操作，即為對(duì)流、擴(kuò)散及剪切三種基本方式的混合。在這里對(duì)流是指顆粒物料的團(tuán)或塊從一個(gè)位置轉(zhuǎn)移到另一位置的過(guò)程；擴(kuò)散是指由于顆粒在物料整體新生表面上的分布作用而引起個(gè)別顆粒的位置分散遷移過(guò)程；剪切則指在顆粒物料團(tuán)內(nèi)開(kāi)辟新的滑移面而產(chǎn)生的混合作用。盡管有些混合機(jī)，由于其結(jié)構(gòu)型式的不同，可能是某一種方式起主導(dǎo)作用，但大部分混合機(jī)在操作時(shí)，三種方式的混合并存。
影響混合機(jī)的另一主要因素是混合機(jī)的攪拌方式。通常按混合容器的運(yùn)動(dòng)方式不同，?？蓪⒒旌蠙C(jī)分為旋轉(zhuǎn)容器式與固定容器式。若按混合操作型式則可分為間歇與連續(xù)操作式。旋轉(zhuǎn)容器混合機(jī)的操作通常為間歇式即裝卸物料時(shí)需要停機(jī)。而固定容器混合機(jī)則有間歇與連續(xù)兩種操作型式。它主要由生產(chǎn)工藝條件決定。
二、旋轉(zhuǎn)容器式混合機(jī)
旋轉(zhuǎn)容器式混合機(jī)(或稱(chēng)輥筒式混合機(jī)及轉(zhuǎn)鼓式混合機(jī))是以擴(kuò)散混合為主的混合機(jī)械設(shè)備。它的工作過(guò)程是，通過(guò)混合容器的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使被混物料在其內(nèi)部上下團(tuán)滾，不斷進(jìn)行擴(kuò)散，從而達(dá)到混合的目的。
混合機(jī)(包括固定容器式混合機(jī)）在混合固體散料時(shí)，其動(dòng)力消耗普遍不大，它屬于輕型機(jī)械。對(duì)于旋轉(zhuǎn)容器式混合機(jī)來(lái)說(shuō)，其攪拌功率一般為配用額定電機(jī)功率的50-60％左右。
旋轉(zhuǎn)容器式混合機(jī)通常由旋轉(zhuǎn)容器及驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸、機(jī)架、減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和電機(jī)等組成。圖所示的是一些典型結(jié)構(gòu)示意圖。這種混合機(jī)最主要的構(gòu)件是容器，它的形狀決定了混合操作的效果對(duì)容器內(nèi)表面一般要求光滑乎整，這樣可避免或減少容器壁對(duì)物料的吸附、摩擦及流動(dòng)的影響，容器應(yīng)根據(jù)食品機(jī)械的特點(diǎn)采用無(wú)毒、耐腐蝕材料制造，較為普便使用的是鎳鉻18—8型不銹鋼薄板?；旌蠙C(jī)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸水平布置。它的軸徑與材質(zhì)的選取以滿(mǎn)足裝料后的強(qiáng)度及剛度為準(zhǔn)。小型混合機(jī)的機(jī)架大多由A普通鋼板或型材焊接或鉚接而成，這是因?yàn)榛旌项w粒狀固體散料的工作阻力不太大，且轉(zhuǎn)速不高。對(duì)于大型混合機(jī)或生產(chǎn)批量大的混合機(jī)多采用HT15-33鑄鐵薄壁機(jī)架?；旌蠙C(jī)的減速傳動(dòng)機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速比較單一，減速比較大，通常采用蝸桿及行星減速器或由齒輪機(jī)構(gòu)、皮帶機(jī)構(gòu)等組合成傳動(dòng)裝置。
混合機(jī)旋轉(zhuǎn)容器的臨界轉(zhuǎn)速是指機(jī)器操作時(shí)，物料混合與分離作用達(dá)到平衡時(shí)的容器轉(zhuǎn)速。為保證混合操作的順利進(jìn)行，容器的工作轉(zhuǎn)速一定要低于臨界轉(zhuǎn)速。以物料顆粒在容器內(nèi)壁處所受離心力與重力平衡時(shí)為條件，可以推導(dǎo)出機(jī)器的臨界轉(zhuǎn)速
旋轉(zhuǎn)容器式混合機(jī)的混合量，即一次混合所投入容器的物料量，通常取容器體積的30-50％左右。如果混合量過(guò)大，則混合空間減少，物料的分離傾向?qū)?huì)增大，混合效果并不理想?；旌蠙C(jī)的混合時(shí)間與被混物料的性質(zhì)及混合機(jī)型式有關(guān)，多數(shù)操作時(shí)間約為10分鐘左右。
。即：
由上式可以看到，旋轉(zhuǎn)容器的臨界轉(zhuǎn)數(shù)主要與容器結(jié)構(gòu)有關(guān)。容器的實(shí)際轉(zhuǎn)速一般選用臨界轉(zhuǎn)數(shù)的80％左右。旋轉(zhuǎn)容器式混合機(jī)最適合于混合具有相近物理性質(zhì)的粉粒體物料。下面介紹幾種典型結(jié)構(gòu)的混合機(jī)。
1、雙錐型混合機(jī)
雙錐型混合機(jī)的容器由兩個(gè)錐筒和—段短圓柱筒焊接而成，其錐角是根據(jù)被混散料的逆止角來(lái)確定，通常有90度和60度錐角兩種結(jié)構(gòu)。這類(lèi)混合機(jī)轉(zhuǎn)速較低，一般約為5～20轉(zhuǎn)／分，它混合時(shí)間大約在5～20分鐘左右，混合量約占容器體積的50～60％。雙錐型混合機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，被混物料翻滾強(qiáng)烈，由于其流動(dòng)斷面的不斷變化，能夠產(chǎn)生良好的橫流效應(yīng)，它對(duì)流動(dòng)性好的物料混合較快，且功率消耗較低。
2、圓筒型混合機(jī)
如圖所示，圓筒型混合機(jī)按其回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)位置可分為水平型(a)及傾斜型(b)兩種。
水平型圓筒混合機(jī)操作時(shí)，物料的流動(dòng)流型簡(jiǎn)單。它缺乏沿水平軸線(xiàn)的橫向運(yùn)動(dòng)，容器內(nèi)兩端位置都有混合死角，且卸料不便，故混合效果不夠理想，一般不常采用。傾斜型圓筒混合機(jī)，由于容器與水平軸線(xiàn)間存有一定的角度，這便減小了物料在水平型容器內(nèi)運(yùn)動(dòng)的缺點(diǎn)，而使流型復(fù)雜化混合能力增加。
圓筒型混合機(jī)的工作轉(zhuǎn)數(shù)約在40-100轉(zhuǎn)／分以?xún)?nèi)。它常用于混合啤酒麥芽及調(diào)味料等物料的操作。
3、正方體型混合機(jī)
正方體型混合機(jī)的容器形狀為正立方體，而正立方體對(duì)角線(xiàn)的位置，即為旋轉(zhuǎn)容器的軸線(xiàn)。當(dāng)混合機(jī)工作時(shí)，容器內(nèi)物料受到三維方向上的重疊混合作用，因而混合速度加快，混合時(shí)間較短。同時(shí)沒(méi)有死角產(chǎn)生，卸料也很容易。這種正方體型混合機(jī)對(duì)咖啡等物料的混合效果很好。
4、V型混合機(jī)
V型混合機(jī)的旋轉(zhuǎn)容器是由兩個(gè)傾斜圓筒組成，兩筒軸線(xiàn)夾角在600～900之間，容器與回轉(zhuǎn)軸非對(duì)稱(chēng)布置。這種混合機(jī)的工作轉(zhuǎn)速一般在6～25轉(zhuǎn)／分之間?；旌蠒r(shí)間約為4分鐘左右?；旌狭孔钸m合的范圍約為容器體積的10～30％。
有些v型混合機(jī)容器內(nèi)部設(shè)有攪拌槳(在雙錐型混合機(jī)中也有此種結(jié)構(gòu))，而且攪拌槳還可以與容器做反向旋轉(zhuǎn)。這樣對(duì)混合流動(dòng)性不好的散體物料，則可通過(guò)攪拌槳使其強(qiáng)制擴(kuò)散，既使是對(duì)顆粒很小，吸水量較高、易結(jié)塊或成團(tuán)的粉料，也可由攪拌槳的剪切作用破壞其凝聚的結(jié)構(gòu)，從而較快地得到物料的充分混合。v型混合機(jī)適用于各種干粉類(lèi)食品物科的混合。
三、固定容器式混合機(jī)
固定容器式混合機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在于，容器固定，而旋轉(zhuǎn)攪拌器裝于容器內(nèi)部。這種混合機(jī)以對(duì)流混合為主。它主要適用于被混各物料的物理性質(zhì)差別及配比差別較大的散體物科的混合操作。
固定容器式混合機(jī)的結(jié)構(gòu)型式有許多種。下面介紹兩種帶有螺旋攪拌器的典型混合機(jī)。
1、螺旋帶式混合機(jī)
螺旋帶式混合機(jī)的結(jié)構(gòu)主要由攪拌器、混合容器、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)架及電機(jī)等組成。其中攪拌器即為裝設(shè)在容器中心的螺旋帶。對(duì)于簡(jiǎn)單的混合操作，只要一條或兩條螺旋帶就夠了，而且容器上只有一對(duì)進(jìn)排料口。仍當(dāng)混合物料的性質(zhì)差別較大或混合生產(chǎn)量較高及混合要求較嚴(yán)格時(shí)，則需采用圖示的攪拌器結(jié)構(gòu)。此種攪拌器的螺旋帶大多為三條以上，而且按不同旋向分別布置。這樣在混合機(jī)工作時(shí)，反向螺旋帶能夠使被混物料不斷地重復(fù)分散和集聚，從而達(dá)到較好的混合效果。
螺旋帶式混合機(jī)的長(zhǎng)度，一般為其寬度的3～10倍，攪拌器工作轉(zhuǎn)數(shù)約在20～60轉(zhuǎn)／分之間，混合機(jī)的混合容量最大不超過(guò)容器體積的60％，最適合值為30～40％。
如果在使用具有單—旋向攪拌器的混合機(jī)操作時(shí)，對(duì)物料整體的流動(dòng)存在著非循環(huán)性的純位移，那么可將機(jī)器制成連續(xù)式混合機(jī)，即可在一處連續(xù)投料，而在另一處連續(xù)卸料。所以也被稱(chēng)為連續(xù)操作式混合機(jī)。
螺旋帶式混合機(jī)，不僅適用于處理易分離的物料，而且對(duì)稀漿體和流動(dòng)性較差的物料混合也具有良好的效果，但不適用于易破損物料的混合操作。因?yàn)檫@種混合機(jī)的螺旋帶與容器壁間的間腺較小，對(duì)被混物料有一定的打斷、磨碎作用。另外，物體在容器兩地面位置流動(dòng)困難，有死角。
2、立式螺旋混合機(jī)
立式螺旋混合機(jī)有兩種類(lèi)型。一種是螺旋攪拌器對(duì)中垂直安裝在容器里，攪拌器的運(yùn)動(dòng)僅是自身轉(zhuǎn)動(dòng)。另一種結(jié)構(gòu)如圖a所示，攪拌器做行星運(yùn)動(dòng)。混合機(jī)的容器以圓錐型為基礎(chǔ)，這樣有利于立式容器排卸物料。在容器內(nèi)部，螺旋攪拌器沿容器壁母線(xiàn)布置，其上端通過(guò)轉(zhuǎn)臀與旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)軸連接。當(dāng)驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)暗時(shí)，攪拌器借助力轉(zhuǎn)臂傳動(dòng)裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)行星運(yùn)動(dòng)。這種立式螺旋混合機(jī)攪拌器的自轉(zhuǎn)速度一般在60-90轉(zhuǎn)／分范圍內(nèi)，公轉(zhuǎn)速度約為2—3轉(zhuǎn)／分。
立式螺旋混合機(jī)工作時(shí)，被混物料既能產(chǎn)生垂直方向的流動(dòng)又能產(chǎn)生水平方向的位移，而且攪拌器還能清除靠近容器內(nèi)壁附近的泄流層。因此，它的混合速度快、混合效果好。這種立式螺旋混合機(jī)，既適用于高流動(dòng)性物料的混合，又適用于粘滯性物料的混合，然而對(duì)易破損物料的混合操作受到限制。這種混合機(jī)在國(guó)產(chǎn)食品工業(yè)中廣泛應(yīng)用于專(zhuān)用面粉如營(yíng)養(yǎng)自發(fā)而多維粉等物料的混合操作中。
對(duì)固體散料的混合操作方法很多，使用上述設(shè)備外，也可以使用第五節(jié)所介紹的調(diào)和機(jī)。另外，還可借助于氣流或離心力進(jìn)行混合操作。
立式螺旋混合機(jī)轉(zhuǎn)臂傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)如圖b所示，其動(dòng)力由水平傳動(dòng)軸l的左側(cè)輸入，使軸1轉(zhuǎn)動(dòng)，由此分兩條路線(xiàn)傳動(dòng)。一條是經(jīng)一級(jí)齒輪2、3，一級(jí)蝸輪4、5減速，帶動(dòng)與蝸輪聯(lián)成一體的轉(zhuǎn)臂7回轉(zhuǎn)。安裝在轉(zhuǎn)臀上的螺旋攪拌器15即隨之作沿容器內(nèi)壁的公轉(zhuǎn)。另一條是經(jīng)三級(jí)錐齒輪8，9，11，12，13，14轉(zhuǎn)向、減速，使螺旋攪拌器15作繞自身軸線(xiàn)的自轉(zhuǎn)。從而實(shí)現(xiàn)了攪拌器的行星運(yùn)動(dòng)。該機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)路線(xiàn)表達(dá)式見(jiàn)圖。
