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基本混合技术

对于快速发展的食品加工公司而言,有效的粉末混合和高剪切混合是关键

图1.除了双色带搅拌器之外,该色带搅拌器的后侧壁还安装了高速切碎机,用于根据需要分散持久性团块。也可以添加端壁刮刀,以进一步消除未混合物料的停滞袋。所有图片均由Charles Ross&儿子公司。
图1.除了双色带搅拌器之外,该色带搅拌器的后侧壁还安装了高速切碎机,用于根据需要分散持久性团块。 也可以添加端壁刮刀,以进一步消除未混合物料的停滞袋。 所有图片均由Charles Ross&Son Company提供。

对于大多数初创企业和小型食品企业而言,第一批处理设备总是与普通厨房中的设备相同。 成分可以在台面面团搅拌机中,在高速搅拌机中混合在一起,也可以直接手工混合。 随着需求的增长,对大型混合机和搅拌机的需求要求对业务目标和资本风险进行仔细评估。 在这个阶段,成长中的公司将面临机会,不仅可以扩大规模,而且还可以通过更好的混合和混合技术来提高产品质量,产量和批次间的一致性。 A56695 1

市场上有许多混合器设计可供选择,从现成的和工业模型到针对特定食品子市场销售的高度定制的设备。 设备选择可能是一项艰巨的任务,尤其是在现金流量至关重要且由于市场波动,激烈的竞争或缺乏经验而存在不确定性的情况下。

作为专业混合设备的快速指导,本文重点介绍了许多成熟的食品生产商使用的两种主要技术,中小型公司可能会考虑采用这些技术来扩大经营范围。 这些调音台是加速发展到下一个层次的自然起点。

碳带搅拌机

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图2.大型带式搅拌机,带钢筋,为水平槽提供结构支撑。 | 点击查看大图

经典的螺带式搅拌器在整个食品工业中用于粉末,颗粒和其他固体形式的快速直接混合。 这种类型的搅拌器由一个U形水平槽和一个搅拌器组成,该搅拌器由内螺旋带和外螺旋带组成,这些螺旋带的间距使物料沿相反方向轴向和径向移动。 色带以最高300英尺/分钟(fpm)的尖端速度旋转。

可以说,没有其他设备比螺带式搅拌机更有效,更经济地混合各种应用。 典型的应用包括蛋糕混合物,面粉混合物,面包改良剂,混合饲料,格兰诺拉麦片,小吃店,香料,草药,调味料,甜味剂,冷冻蔬菜和食品补充剂。 丝带搅拌器也用于搅拌茶叶。 完整或磨碎的咖啡豆; 和饮料配方-例如蛋白质奶昔,冰茶混合物,巧克力饮料,果汁粉和能量饮料。

在配料这类产品时,有时会将相对少量的液体添加到固体中,以覆盖或吸收调味剂,色素,油或其他少量添加剂。 搅拌机运行时,可以通过盖子上的进料口倒入液体成分。 但是,对于关键应用,最好通过将喷头安装在位于色带上方的喷杆中来实现液体添加,以确保以受控的速度均匀喷涂。

尽管干混是其最常用的功能,但螺带式搅拌机也用于制备浆状或糊状食品-例如面糊和面食,谷物,薯条和其他零食等挤出食品。 在食品挤出操作中,螺带混合器可将谷物,面粉,油,糖,乳化剂,挤出助剂和其他成分均匀混合。 将它们混合后,可将水添加到批料中,以将水分含量提高至适合挤出的水平。

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通常在螺带式搅拌机中大批量配料的另一类产品是悬浮在液体中或被湿介质包围的离散固体颗粒。 例子包括鳄梨调味酱,鸡蛋沙拉,鸡肉沙拉和其他三明治馅料,带酱汁的肉或面食,蔬菜汤以及湿宠物食品等。

碳带搅拌机选择的一些技巧如下:

  • 合适的尺寸非常重要。 批处理量(不是质量)定义了螺带混合器的大小,但堆密度决定了正确的功率。 对于大多数密度不超过每立方英尺35磅的建议,建议使用大多数标准负荷的搅拌轴和辐条。 Denser产品将需要重型搅拌机。 即使产品水平(体积)低于最大值,在轻型色带搅拌机上运行超重批次,也可能会使电动机过载或导致更严重的机械故障。 因此,必须确定将在色带混合机中分批配料的所有配方的准确堆积密度。
  • 不要向搅拌器中填充不足。 螺带式搅拌机中的最佳混合需要足够的批料-至少为额定容积的30%至40%。 当以较小的体积工作时,搅拌器可能无法在搅拌器和批料之间产生足够的接触。
  • 在大多数情况下,建议使用变频驱动器(VFD)而不是简单的电动机启动器。 VFD将在满负荷情况下实现安全,缓慢的启动,并保护系统免受启动转矩峰值的影响。 电子软起动器将以类似的方式工作,但仅允许单速运行。 在混合和排出循环期间,变速是有益的。
  • 螺带混合机最可靠的驱动设计是一件式电动机减速器或齿轮电动机。 与链传动和皮带传动相比,这种直接传动装置更清洁,更紧凑。 它还可以减少工厂中的噪音并消除维护麻烦。 齿轮电动机设计为可与VFD配合使用。
  • 为减少灰尘,请确保搅拌器具有防尘塞排放阀和用于固定垫圈盖的夹具。 如果搅拌器需要不透液,则升级为平底球阀。
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图3.批量式高剪切混合器的示例:基本模型,适合安装在储罐上(左); 配有空气/油压液压升降器的转子/定子混合器(中心); 全不锈钢搅拌机,悬挂式支架,移动式升降机和水箱(右)。 | 点击查看大图

高剪切搅拌机

食品制造商依靠各种高速混合机来完成加工目标,例如乳化,粉末分散,溶解和均质化。 用于这些目的的最通用的机器之一是高剪切混合器,也称为转子/定子混合器。 基本的单级设计具有一个四叶片转子,该转子在固定公差的固定定子内以大约3,000至4,000 fpm的尖端速度旋转。 通过不断将产品组件吸入转子并将它们径向穿过定子上的开口,从而产生机械和液压剪切。 这会引起强烈的湍流,并在乳液中产生小液滴,分解软固体或迅速使混合物均质。

食品公司最常使用高剪切混合器来生产酱料,莎莎酱,三明治酱,调味料,调味品,风味乳液,糖浆,油,果汁,馅料,肉汁,凝胶,腌料,釉料和其他产品。 转子/定子混合器有批量(顶部输入)和串联(连续/再循环)配置。

在传统的搅拌站中,在搅拌液体的同时,将散装粉末(例如牛奶,可可,乳清或糖)缓慢倒入开放的容器中。 这种方法可能很耗时,尽管需要格外小心,甚至会释放出大量需要长时间清理的空气中颗粒。 另一方面,诸如口香糖和增稠剂之类的成分虽然添加量要少得多,但需要长时间不断搅拌才能完全溶解。 简而言之,操作员会采取严格的平衡措施,以在合理的周期内有效地分批生产出无结块的成品。

能够在地下注入粉末的新一代转子/定子混合器,例如图3中的全不锈钢混合器,解决了这个问题。 他们提供了一种添加固体的技术,该技术可最大程度地减少团块的形成并缩短混合时间,而无需依赖喷射器或外部泵。 粉末诱导的最佳应用包括各种食品和中间体。 臭名昭著的困难成分(例如黄原胶,角叉菜胶,瓜尔豆胶,藻酸盐,纤维素胶,果胶,阿拉伯胶和淀粉)会立即被润湿并分散到液体中,而没有任何典型的问题:没有浮粉,“鱼眼”或顽固的团块,过多的灰尘和泡沫,或混合时间过长。

专为粉末感应设计的在线高剪切混合器可通过从罐中泵送液体,同时从料斗(或直接从其原始容器中抽出粉末)中提供纯净的解决方案。 当液体流进入转子/定子组件时,它在高剪切条件下立即遇到粉末注入(参见图4)。

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将所得混合物通过混合器泵送回罐中,并进行再循环直至分散完成。 可选的,操作员友好的工作台可以改善物料处理(请参见图5)。 该工作台使操作员在混合周期中更容易处理原料袋。 与较早的粉末感应系统不同,改进的转子/定子混合器提供了紧凑的设计,不需要使用离心泵,喷射器或真空泵来产生吸力。 这使得它对流量和粘度的变化不那么敏感,更易于清洁和维护。 吞吐量也大大提高。

选择高剪切混合机的一些技巧是:

  • 可互换的定子头可提供灵活性,以适应各种混合需求和配方。 开槽头设计是最受欢迎的,因为它可以很好地平衡剪切力和周转率。 圆孔和方孔定子可提供最高的周转率,最适合需要将固体分解或制成泥状的应用。 细筛头是乳液的理想选择。 在这些不同的定子头之间,峰值剪切是相似的,但是混合室内的停留时间会发生变化,从而导致周转率的差异。
  • 将批量转子/定子偏心放置,并在容器底部至少定位一到两个转子直径。 确保产品液位足够高,以完全覆盖并正确润滑转子轴衬套。
  • 对于食品加工,高剪切混合器通常配有由实心铁氟龙制成的转子轴衬套。 如果担心衬套磨损,请考虑使用直联式转子/定子混合器。 在串联转子/定子混合器中,旋转轴上的机械密封用于将混合室与环境隔离。 单机械密封是产品润滑的。 如果过程流体的润滑性能较差,或者过程需要长时间加热到300°F以上,则建议使用双机械密封,因为它们是由外部流体润滑的,并且比单密封提供更好的温度控制。 确认密封件上的润滑剂和弹性体为食品级并与应用兼容。

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    图5. 25马力的高剪切混合器,设计用于带有内置控制面板的粉末感应,并安装在便携式推车上,可为工厂车间内几乎任何大小的多个容器提供服务。 | 点击查看大图

  • 当将大型再循环罐(大于500加仑)与在线混合器一起使用时,请考虑安装安装在罐中的搅拌器,以补充容器内的大流量。 柔和的混合设备(例如慢速螺旋桨,锚式搅拌器和涡轮机)通常就足够了。
  • 对于常规转子/定子混合器无法达到的减小颗粒或液滴尺寸的要求,请尝试测试超高剪切转子/定子设计。 设计用于以高达11,000 fpm的尖端速度运行的模型在产生非常精细和稳定的食品乳液方面非常有效,例如调味品,调味品和其他应用,直到最近才可以在昂贵的高压均质机中生产。

结论

试用/租赁计划为制造商提供了一种方法,可以在大量资本支出之前确定某种搅拌机是否是正确的选择。 参观测试设备以运行演示混合器并使用实际原材料完成一两个批次甚至更好。 一些测试实验室允许进行不直观的模拟,但是制造商在特定产品的特性和属性方面的专业知识将增加该试验成功的机会。 另外,这可以观察搅拌机的工作方式,并有机会在设备交付之前很好地学习有用的技术并确定任何潜在的问题。 询问可帮助提高生产率,降低运营成本并简化清洁的可选功能。

Christine Banaszek是查尔斯·罗斯父子公司Charles Ross&Son Company )的应用工程师,专业混合设备的制造商,也是加工编辑顾问委员会的成员。 她拥有菲律宾大学帝力曼分校化学工程学士学位,并曾在此担任化学和环境工程学的讲师。 她发表了许多关于混合和混合技术,应用程序和最佳实践的文章和白皮书。

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