绪 论
讲授本章的基本目的：
1、了解我国食品行业尤其是食品机械行业的现状、存在的问题及发展趋势。
2、了解食品机械的特点及要求。
3、掌握学习方法。
计划学时数：
2学时
重点内容：
1、食品机械的特点及要求。
2、学习方法。
3、学完本课程后应达到的要求。
难点部分：
1、食品机械的特点及要求。
2、学完本课程后应达到的要求。
使用教具：
1、黑板。
2、投影仪。
3、多媒体幻灯。
作业：
1、食品机械的特点有哪些？
2、学完本课程后应达到哪些要求？
绪 论
一、什么是食品机械？它包括哪些内容？
凡是为食品工业服务的各种加工、包装、储存、运输等机械设备，均可称为食品机械。但通常所说的食品机械指的是与食品加工生产直接相关的机械设备，如各种食品加工和包装机械。
食品机械的种类很多，若按其功能来说的话，可分为通用设备和专用设备；若按其生产的产品来说的话，可分为乳品设备、罐头设备、肉品设备、焙烤设备、饮料设备、蛋制品设备等23类。根据本专业的培养目标和培养规格，本课程将根据我们开设的各工艺课的内容，讲授与之相关的各种机械设备。由于其包含的内容相当广泛，我们将在有限的时间内，有选择、有重点的给大家讲授部分内容。
二、为什么要学习食品机械？
1、食品机械在食品工厂中已广泛应用，是食品企业不可却少的。做为食品行业生产第一线的技术人员，必须了解、掌握食品机械设备的工作原理、特点、操作及维护，才能较好地完成工作。
2、较好地与食品工艺配合，为学好食品工艺服务。
3、食品机械在生产中起着重要作用。机械设备的好坏，将直接影响到（1）产品质量，（2）能量消耗和成本，（3）环境保护，（4）自动化成度。
4、在同行中的地位。
三、食品机械的特点及要求：
1、食品工厂机械与设备的特点：
（1）不允许破坏原料固有的营养成份，还应增加营养成份。
（2）不允许破坏原料原有的风味。
（3）符合食品卫生。
2、要求：
（1）设备的生产能力应满足生产规模的要求。在选择或设计设备时，它的生产能力要与整个生产流程中的其它设备的生产能力相适应，使设备具有最高的使用效率，不运转的时间减少到最低限度。
（2）该设备所生产的产品质量应符合标准。
（3）性能可能，具有合理的技术经济指标。该设备还要能够尽可能减少原料和能量的消耗，或有回收装置，保证生产具有最低的成本。对环境污染小。
（4）为了保证食品生产的卫生条件，这些机械设备应易于拆洗。
（5）一般来说，单机的外型尺寸较小，重量较轻，传动部分多安装在机架上，便于移动。
（6）由于这些机械设备和水、酸、碱等接触的机会较多，要求材料应能防腐防锈，与产品直接接触的部分，应采用不锈钢材料。电动机宜选择防潮式，自控元件的质量良好且具有较好的防潮性能。
（7）由于食品工厂生产的品种和罐型较多，要求其机械设备易于调节、易调换模具、易检修，并尽可能做到一机多用。
（8）要求这些机械设备安全可靠，管理方便，操作简单，制造容易和投资较少。
四、我国食品机械行业的现状：
食品机械行业是直接为食品工业服务的行业。食品工业的发展带动了食品机械的发展；而食品机械行业的科技进步与发展，又为食品工业发展创造了有利的物质条件，大大推动食品工业向前发展。
1、中国食品工业发展概况：
饮食水平是一个国家文明程度和人民生活质量高低的重要标志。食品的质量和供应状况，直接关系着全民族的体质，影响到国家的政治安定和社会进步。世界上经济发达的国家都十分重视发展食品工业。
中国食品工业负有满足人民日益增长的物质文化生活需要和为国家经济建设提供积累的双重任务，是国民经济的重要组成部分。发展食品工业可以加速农业结构及其产品品质的优化调整，提高农产品经济价值，促进农业生产的良性循环。同时，对于带动和促进饲料工业、包装工业、机械工业、电子工业和精细化学工业等相关行业协调发展，适应餐饮业，旅游业等第三产业崛起的需要，繁荣城乡市场，扩大外贸出口以及扩大劳动就业等都具有十分重要的作用。
80年代以来，中央和地方都十分重视食品工业的发展，制定了一系列支持食品工业发展的政策。同时，国务院制定了“90年代中国食物结构发展与改革纲要”中国食品工业协会制定了“九五中国食品工业科技发展纲要” 。河南省食品工业经过20多年的快速发展，各项指标已走在全国的前列，尤其是作为一个农业大省，在调整经济结构、推进农业产业化进程中，大力发展食品工业更是具有重要的意义。因此，在刚刚结束的省人代会上把以畜产品加工、粮油加工、果蔬加工为主体的食品工业做为第一大支柱产业来培育。目前，我国食品工业已初步形成门类比较齐全、技术不断进步、产品日益丰富、运销网络通畅的生产经营体系，成为国民经济中处于重要战略地位的一大产业。年产值5400多亿元。在全国各工业门类中，产值第一。
2、中国食品机械行业基本情况
随着食品工业的发展，食品机械在食品工业中的地位越来越重要。现代化的食品机械不仅可以生产出高附加值的产品，而且可以提高资源的利用率。
由于食品工业原料和产品的品种繁多，加工工艺各异，因此食品机械也相应是门类各异，品种多样。目前，中国的食品机械分类是按机械工业部制定的分类标准（JB3750--80）进行的，分为食品加工专用机械和食品加工通用设备。专用机械按加工对象或生产品种不同分为23类，通用设备按功能不同分为10类， 据有关部门1995年统计，全国专业食品加工机械企业，约有1920多家，工业总产值110亿元，产品品种1700多种，近十几年来，全国食品机械行业保持年增长率20%以上的水平。
近年来，在食品机械行业中已经形成一批不仅能够满足国内市场的需要，而且能打入国际市场的优良产品，出口创汇约5000万美元。
全国食品机械行业发展比较快的有北京、上海、天津、江苏、浙江、山
东、辽宁、广东、福建、四川等省市。
中国许多部委都有一批力量在从事食品机械研究和开发工作。其中原机械工业部，原国内贸易部和原轻工总会下属从事食品机械的企业数量最多，规模最大，力量最强，代表了中国食品机械发展总体水平，形成了科研、生产、销售的完整体系。
3、我国食品机械发展特点
八五期间，我国食品机械的发展体现出了产、学、研相结合及自主开发研制和技术引进、技术改造相结合的特点。
在产品发展上，原机械工业部系统侧重于方便食品机械、果蔬加工保鲜机械、啤酒饮料机械、屠宰肉食机械、饼干糕点机械和烟草加工机械等。原国内贸易部系统侧重于粮油加工机械。原轻工总会系统侧重于技术引进和技术改造。
在技术进步与产品开发方面，“八五”期间，机械工业部系统共完成包装机械、食品机械科研项目456项，新产品开发项目430项，获国家级奖12项，部级奖226项，省市级奖682项。
原国内贸易部系统仅93～95年就获国内贸易部科技进步奖一等奖3项，二等奖10项，三等项26项，四等奖28项。
同时，我国的食品和包装机械工业协会分别与英国、美国、德国、意大利、日本、荷兰、西班牙、韩国等国家的行业协会建立了合作关系，并加入了世界包装机械协会联盟，组织国内有关企业到中外考查、参展，有力地推动了食品机械行业的发展。
五、我国食品机械发展面临的主要问题：
我国食品机械工业经过十几年的努力，已经发展成一个初具规模的独立的工业体系。但就总体状况而论，食品机械工业仍然满足不了我国食品工业发展的需求。主要是产品品种少，技术水平低，产品质量差，成套性不强。与工业发达国家相比，则差距更大，产品品种缺30%～40%，技术水平落后20～30年，产品质量不稳定，寿命短，外观质量差，许多工程项目不能成套生产和供应装备。
从自身来看，产品结构不合理，一般的中、低水平的产品重复生产，供大于求。缺门的高新产品上升太慢，供不应求，还有少量40～50年代水平的落后产品。行业管理、行业标准不健全，科研院所、企业之间缺乏协调，科研成果商品化、产品化不够，企业的集团化、集约化步子慢，企业独立作战实力薄弱，专业化程度不高，小而全，什么都干，什么都低水平，一些企业是由其他行业转产，缺乏技术改造等，都将制约行业的发展。
六、发达国家食品机械现状与发展趋势
1、国际食品工业发展趋势
（1）当前国际上食品在创新上呈现三种趋势：一是食品从包装到口感给人以美好的享受，二是烹饪简便和食用快捷，三是天然、滋补、低热量。
第一类的特点是回归自然和传统，包装国际化，味道多样化，以新颖的造型吸引顾客。
第二类的特点是家庭烹饪，食用简单方便，以适应人们生活节奏的加快及外出度假旅游等的需要。
第三类产品的特点是具有注重保健、清淡、天然等特点。
（2）在一些发达国家，有不少高新技术已应用于食品加工领域。如：
①用电子束辐射减少病源微生物体（如牛肉中的大肠杆菌）。
②以超液压取代巴氏杀菌的热加工对软包装容器内的颗粒酸性食品（例如水果片）进行杀菌。
③利用连续感应加热减少液态食品的巴氏灭菌时间。
④通过膜技术进行加工用水回收，达到减少废水处理费用和降低能源成本的目的。
⑤奶品的冷冻浓缩。
⑥用脉冲电场取代液体产品的巴氏杀菌热加工。
⑦核磁共振映射调控冻结时间和冷冻效率。
2、国际上发达国家食品机械的现状及发展。
发达国家的食品原料加工率一般都在70%以上，有的高达92%，以吃“成品”为主。而我国和其他发展中国家仅为20%～30%，基本是以吃“原料”为主。发达国家把这么多原料加工成即食方便，品种齐全，质量优良和数量充足的食品，是靠科技优势，是靠先进的加工工艺和优良的机械设备武装的强大的食品工业。
发达国家的食品机械行业已经发展成为一个完整的工业体系，品种齐全，多达3000多种，机械化、自动化程度高，新原理、新技术、新工艺、新材料不断被运用；产品质量可靠、稳定，标准化，通用化，系列化程度高；动力燃料及水消耗少；能够做到无废渣、废水、废汽排出，无环境污染。
七、如何学习本课程：
1、上课认真听讲，认真做好笔记。
2、下课后及时总结、复习。
八、学完本课程后应达到的要求
1、举一反三，触类旁通，理论联系实际。
2、正确选择使用设备，具有一定的分析问题、解决问题的能力。
3、掌握设备的工作原理、组成及结构特点。
4、掌握设备的安装、调试及维护的基本知识。
5、掌握设备的一些初步设计知识。
小结：
本章共学习了（1）什么是食品机械？它包括哪些内容？（2）什么要学习食品机械？（3）食品机械的特点及要求；（4）我国食品机械行业的现状；（5）我国食品机械发展面临的主要问题；（6）发达国家食品机械现状与发展趋势；（7）如何学习本课程；（8）学完本课程后应达到的要求等8个问题。通过学习，大家应对食品机械有一个概念，要掌握食品机械的特点及要求，力争达到学完本课程后应达到的要求。
第一章 输送机械设备
讲授本章的基本目的：
通过本章的讲授，使学生了解带式输送机、螺旋式输送机的用途、特点、结构，掌握各种输送带的特点及螺旋式输送机中不同螺旋的使用范围；掌握液体物料的输送方法、特点及工作原理。
计划学时数：
8学时
重点内容：
1、带式输送机的结构、特点。
2、螺旋式输送机的结构、特点、工作原理。
3、真空吸料的特点及最大输入高度；
4、离心泵、齿轮泵、肉糜输送泵的工作原理及特点。
难点部分：
1、带式输送机的特点。
2、螺旋式输送机的结构、工作原理。
3、离心泵、齿轮泵、肉糜输送泵的工作原理及特点。
使用教具：
1、黑板。
2、投影仪。
3、多媒体幻灯。
作业：
1、带式输送机及各种输送带的特点有那些？张紧装置有那两种？
2、螺旋式输送机的特点和工作原理是什么？
3、真空吸料的特点；
4、离心泵的工作原理及特点；
5、肉糜输送泵的用途；
第一章 输送机械设备
第一节 带式输送机
一、用途：
它是食品厂中广泛采用的一种连续输送机械,常用于块状、粒状及整件物品的水平或倾斜方向的运送，也可作检查台，清洗台，操作台等。
二、特点：
工作速度范围广（0.02～4.00m/s）,输送距离长，生产效率高，所需动力不大，结构简单，使用维护
方便，噪音小，能在全机身任何
地方装卸料，但工作不密封，不
宜输送轻质粉状物料，倾斜度不
大。
三、结构：
主要由输送带，驱动装置，托辊，张紧装置等组成。
1、输送带：常用的有橡胶带，钢带，网状钢丝带及塑料带。对输送带的要求是强度高，挠性好，本身重量小，延伸率小，吸水性小，不易分层，耐磨。
(1)橡胶带：由2～10层棉织品或麻织品、人造纤维等织成的衬布用橡胶加以胶合而成，衬布给皮带以机械强度和传递动力，橡胶起保护、连接作用，（GB523-65）。
连接方式：金属扣塔接（简单，强度降低较大，只有原来35～40%），皮线缝合，胶液粘合（强度大，可达原强度的90%，接合处无缝，表面平整）。
特点：弹性好，能吸收振动，缓和冲击，但强度低，不耐高温。
（2）钢带：0.6～1.4mm厚，650mm宽的不锈钢板。
特点：强度大，延伸率小，不易损伤，耐高温，挠性差，要求滚筒直径较大，对冲击负荷敏感。要求支承导向装置安装较准确，但造价高。粘着性较大。常用于灼热物料的输送。
（3）网状钢丝带：用不锈钢丝编制而成。
特点：强度高，耐高温，不易损伤，有一定弹性。网孔大小可选择，常用于边输送边清洗的场合。
（4）塑料带：一般有多层芯和整芯两种，多层芯与普通型橡胶带相似，整芯制造工艺简单，生产率高，成本低，质量好，但挠性差。
特点：耐磨、耐油、耐酸碱、耐腐蚀。
2、驱动装置：
主要由电动机，传动系统，驱动滚筒组成。
（1）电动机：一般用JO2、JO3电动机，
（2）传动系统：包括皮带传动，链传动，齿轮传动，蜗轮蜗杆传动，轴传动等。
（3）驱动滚筒：用钢板焊接而成，中间直径比两端稍大（防止跑偏）。为增加摩擦力，可在其表面包上木材、皮革、或橡胶带，筒宽比带宽大100～200mm。
3、托辊：用于支承输送带及上面物料。一般辊长比带宽100～200mm，直径常采用ф89、ф108、ф159mm等几种。工作段间距通常为0.4～0.5 m，物料较轻的可取1～2m，若为成件物品，重量大于20Kg时，间距应小于输送方向长度的1/2，空载段间距为3～5m。为防止跑偏，每隔若干托辊，须装一个调整托辊，这种托辊在横向摆动，两边有横辊。
4、张紧装置：补偿带的伸长量，
防止打滑，有螺旋式和重锤式。
（1）螺旋式：利用拉力螺杆、
压力螺杆或齿轮齿条张紧。
特点：外形尺寸小，紧凑，但必
须经常调整。
（2）重锤式：利用悬锤的重量产生拉力。
特点：可保持张力不变，但外形尺寸较大。
四、生产能力计算：
G=3600·B·h·ρ1·v·ф （T/h）
式中：B—带宽 m
ρ1--物料密度 T/m3
h--一层物料高度 m
ф--装填系数，一般取0.75，
v--带速，m/s。用做检查时为0.05～0.1 m/s，用作运输时为0.8～2.5 m/s。
第二节 螺旋式输送机
一、用途：这种输送机适用于需要密闭运输之物料，如粉状和颗粒状物料。
螺距相等的输送机主要用于运送物料等。螺距不等时，则用于运输的同时又可产生挤压力，如在绞肉机，压汁机等中作螺旋供料用。
二、结构：
螺旋式输送机的结构如图所示，主要由料槽9，轴承2、4，螺旋5，进料口3和出料口7所组成。出料口可沿机器的长度方向安装多个，并用平板闸门启闭，只有其中一个卸料，传动装置可以装于槽头或槽尾。
1、螺旋：
它可以是右旋或左旋的，单线、双线或三线
的，一般都是做成单线的。螺旋叶片形状可分为
实体、带式、叶片式和成型等四种如图1—15。
当运送干燥的小颗粒或粉状物料时，宜采用
实体螺旋，这是最常用的型式。
运送块状的或粘滞性的物料时，宜采用带式
螺旋。
当运送韧性和可压缩性的物料时，宜采用叶片式或成型的螺旋，这两种螺旋往往在运送物料的同时，还可以对物料进行搅拌，揉捏及混合等工艺操作。
螺旋叶片大多是由厚4～8毫米的薄钢板冲压而成的，然后互相焊接或铆接到轴上。带式螺旋是利用径向杆柱把螺旋带固定在轴上。有些螺旋是用宽的钢带经过链形轧辊轧成的一个没有接头的整螺旋体。在一根螺旋转轴上，有时可以一半是右旋的，一半是左旋的。这样可将物料同时从中间输送到两端或从两端输送到中间，根据需要进行设计。
螺旋的螺距有两种，对于GX型螺旋输送机，实体式螺旋其螺距等于直径的0.8倍；带式螺旋其螺距等于直径。
2、轴：
可以是实心的或是空心的，它一般由长2～4米的节段装配而成，通常采用钢管制成的空心轴，因在强度相同情况下，它的重量要小得多，而且互相连接也方便。
轴的各个节段的连接，可以利用轴节段3插入空心轴的衬套5内，以螺钉2固定连接起来，如图1—16所示。
这些圆轴还可用作中间轴承和头部轴承的颈部。这种方式可使结构紧凑，但装卸较麻烦，大型的螺旋输送机，则是采用法兰连接。采用一段两端带法兰的短轴2与螺旋轴1的端法兰连接起来，这种连接方法，装卸容易，但径向尺寸相对大一些。见图l—17。
3、轴承：
可分为头部轴承和中间轴承。头部应装有止推轴承，以承受由于运送物料之阻力所产生的轴向力，一般放在送物料的前方。
当轴较长时，应在每一中间节段内装一吊轴承，用于支撑螺旋轴，吊轴承一般采用对开式滑动轴承3。
4、料槽：
它是由3～8毫米厚的不锈钢或薄钢板制成园筒或带有垂直侧边的U形槽，为了便于连接和增加刚性，在料槽的纵向边缘及各节段的横向接口处都焊有角钢，料槽有时也用木板制成，其半圆形槽底包有铁片，每隔2～3(米)设支架一个，槽用可拆卸的盖子盖在上面。
料槽的内直径要稍大于螺旋直径，使两者之间有一间隙。螺旋和料槽制造、装配愈精确，间隙可愈小。这对减少磨损和动力消耗非常重要，一般间隙为6.0～9.5毫米。
三、工作原理：它是一种不带挠性牵引构件的连续输送机械，利用旋转的螺旋将被输送的物料在固定的机壳内推移而进行输送。物料由于重力和对于槽壁的摩擦力作用，在运动中不随螺旋一起旋转，而是以滑动形式沿着物料槽移动，其情况好象不能旋转的螺母沿着旋转的螺杆作平移运动一样。
四、特点：
1、优点：
(1)构造简单，横截面的尺寸小，因此制造成本低。
(2)便于在若干位置进行中间加载和卸裁。
(3)操作安全方便。
(4)密封好。
2、缺点：
(1)在运输物料时，物料与机壳和螺旋间都存在摩擦力，因此单位动力消耗较大。
(2)由于螺旋叶片的作用，可使物料造成严重的粉碎及损伤，同时螺旋叶片及料槽也有较严重的磨损。
(3)运输距离不宜太长，一般在30米以下，过载能力较低。
因此，它适用于短距离的输送粉状、粒状和小块状的物料。而且多用于水平的运输，用于倾斜输送时，其倾角一般应小于200，目前我国已定型生产的有GX型螺旋输送机，螺旋直径以150～600毫米，共有七种规格，长度以3～70米不等。
第三节 真空吸料
一、用途：真空吸料装置也是一种简易的流体输送装置，主要用于流体的短距离输送及一定高度的提升。对于果酱、番茄酱等带有固体块粒的料液尤为适宜。
二、工作原理：依靠大气压与真空负压产生的压差来输送物料。
如图所示为真空吸料装置示意图。
真空泵将密闭输入罐3中的空气抽去，造成一定的真空度。这时由于罐3与相连的槽1之间产生了一定的压力差，物料即由槽1经管道2送到罐3里。
放空阀、分离器的作用？
三、操作步骤：
1、关闭各阀；
2、打开真空泵；
3、真空度达85%以上时，打开阀2；
4、打开阀1；
5、打开进料阀；
6、输入罐料满后关闭各阀，打开放空阀破坏真空；
7、出料：（1）连续出料：
（2）间隙出料：
四、吸入高度计算：
设：Pa--大气压力（大气压） Pb--贮罐中的压力（大气压）
H--液位差（米） g--重力加速度
根据流体流动的能量守恒定律--柏怒利方程，在图中取两个截面：A--A为槽的截面，B--B为出口管的截面，以每一公斤液体计，
则 h1+Pa/ρ+VA2/2g=h2+Pb/ρ+VB2/2g+∑h(A～B)
式中：VA--截面A--A处的流速（米/秒），因与管道截面流速比此值甚小，计算时可取VA=0；
VB--断面B--B处的流速 （米/秒）；
ρ--物料密度 （Kg/m3）
∑h(A～B)--断面（A--A）～（B--B）之间管道、管件的阻力。
则
在某一真空度（Pa）下，能达到的最大高度Hmax，需要使流速及阻力近似为零。
即 （米·水柱）
五、注意事项：
1、开始抽真空前，贮料槽应先放满料液，起水封作用。
2、工作中保持恒定真空度。
3、停机时，排掉分离器内积液，清洗贮罐、管道。
六、特点：
1、与外界接触少，比较卫生。
2、可排除物料组织内的部分空气、减少成品含气量。
3、管道清洗较困难。
4、功率消耗较大。
5、输送距离、提升高度不大。
第四节 离心泵
泵是食品工厂中常用的一种设备，主要是用于液体物料的输送或产生一定的压力。由于被输送物料的性质不同，所使用的泵也各不相同，常用的泵有离心泵、旋转泵、往复泵、螺杆泵、齿轮泵、流体运动作用泵等。
一、用途：用于非粘稠性物料的输送。
二、组成：电动机、轴、翼轮、翼片、泵体。
三、原理：
①水杯实验（解释）
②电动机通过轴、翼轮、翼片带动泵体内物料高速转动，在离心力作用下，物料由中心甩向四周，中心压力降低物料被吸入，四周压力增大物料从出口排出，达到输送物料的目的。
电能→机械能→ 动能→ 静压能
四、分类：（1）开启式：物料易倒流、效率低。
（2）封闭式：密封紧密，不易泄漏。
五、密封结构：影响产品质量及卫生情况。
（1）种类：填料式密封，机械式密封。
（2）要求：①防止泄漏（物料漏出、空气进入）。
②润滑性、耐摩性好。
③符合食品卫生要求。
六、性能曲线：
七、安装注意事项
（1）管道不宜过长，尽量减少弯头，连接处要十分紧密，避免空气进入而产生空气囊。
（2）管道应单独设立支架，不要把全部重量压在泵上。
八、特点：
（1）结构简单，紧凑，重量轻，可与电机直联高速运行。
（2）泵内无活门，可用于输送悬浮液。
（3）液体输出量可任意调节，适合于流量要求大，压力要求不大的场合。
（4）排液均匀，无脉冲现象。
（5）运行前泵体内及吸入管必须充满液体，压力小，效率低。
（6）操作不妥及设计不善时，易引起泡沫；安装不妥会出现“气缚”。
第五节 齿轮泵
一、用途：它是属于容积式回转泵的一种，在食品工厂中主要用来输送粘稠液体，如油类、糖浆等。
二、分类：齿轮泵的种类型式较多，
按齿轮啮合方式可分为：①外啮合，②内啮合两种；
按齿轮形状可分为：①正齿轮泵，②斜齿轮泵，③人字齿轮泵等。
一般在食品工厂中采用最多的是外啮合齿轮泵。
三、结构：
（1）组成：如图所示，它主要由主动
齿轮2，从动齿轮4，泵体5和泵盖组成。
（2）结构：齿轮靠两端面来密封，主动
与从动齿轮均由两端轴承支承。泵体、端盖
和齿轮的各个齿间槽形成密封的工作空间。
齿轮泵常采用耐腐蚀材料如尼龙，不锈钢等
制成。为了避免液体流损，所以齿轮与泵体及齿轮侧面与泵体壁的间隙很小，通常径向间隙为0.1～0.15毫米，端面间隙在0.04～0.10毫米。
四、工作原理：
在互相啮合的一对齿轮中，主动齿轮由电动机带动旋转，从动齿轮与主动齿轮相啮合而转动。当两齿逐渐分开，工作空间的容积逐渐增大，形成部分真空。这时液体在大气压作用下经吸入管内吸入，吸入的液体沿泵体壁被齿轮挤压推入排出管。当主动、从动齿轮不断旋转时，泵便能不断吸入和排出液体。
五、性能：一般齿轮泵的性能范围，流量通常为0.75～500升／分，压力为7～200大气压，转速为1200～4000转／分。
六、特点：
（1）结构简单，重量轻，工作可靠，应用范围较广。
（2）所输送的液体必须具有润滑性，否则齿极易磨损，甚至发生咬合现象。
（3）效率低，振动和噪音大。
第六节 肉糜送料泵
一、用途：用于半流体状的物料输送。
二、结构组成：
（1）泵体座：为不锈钢制造，有三
条管道，一条是连接真空系统的真空管道；
一条是连接装料机的出料管道；一条是连
接进料的进料管道。
（2）转子：开有径向槽的圆柱体，槽
内安放八块滑板，偏心地安装在泵体内，
偏心距为20毫米。
（3）滑板：矩形不锈钢块，可在槽内自由滑动。
（4）端盖：
三、工作原理：当转子由电动机带动旋转时，滑板在离心力作用下甩向四周，紧压在泵体内壁上。前半周，相邻的两块滑板所包围的空间逐渐增大，形成真空，吸入物料。后半周，此空间逐渐减小，对吸入物料产生压力，物料排出。
四、特点：由于泵体与真空管道相连，肉糜进入泵体后，使其中空气尽可能排除，这样可减少肉糜的气泡和脂肪的氧化，从而保证肉糜的外观及色、香、味质量。在真空管道中，装置一圆筒形网眼套，防止肉糜进入真空管道。使用结束时，打开泵体的盖板后，可将网眼套和滑片取出，进行清洗。
小 结：本章共讲授了（1）流送槽；（2）真空吸料；(3) 泵等三部分内容。其中在泵这一节中，共讲了离心泵，齿轮泵，肉糜送料泵，高压均质泵及其它均质机几方面内容。
第二章 分离机械
讲授本章的基本目的：
通过本章的讲授使学生了解牛奶分离机的工作原理，用途，结构；掌握影响其分离速度，生产能力的因素和稀奶油含脂率的控制；熟悉操作及维护知识。掌握膜分离的特点和基本原理。
计划学时数：
4学时
重点内容：
1、分离机的工作原理，结构，影响分离速度的因素。
2、影响生产能力的因素，稀奶油含脂率的控制。
3、膜分离的特点、基本原理。
难点部分：
1、分离机的工作原理。
2、稀奶油含脂率的控制。
3、分离机的操作及维护知识。
4、膜分离的基本原理和膜组件。
使用教具：
1、黑板。
2、投影仪。
3、多媒体幻灯。
作业：作业：
1、影响分离速度的因素；
2、影响生产能力的因素；
3、稀奶油含脂率的控制。
4、膜分离的特点有那些？超滤和反渗透的基本原理是什么？常用的膜组件有几种？
第二章 分离机械
第一节 牛奶分离机
一、用途：从牛奶中把奶油分离出来。
二、工作原理：在牛奶中，乳脂肪的密度为0.93,脱脂乳的密度为1.035。
若将牛奶静止放在普通沉降槽内：
在静止时，脂肪球的上浮基本上符合斯托克定律。即在静止时，脂肪球上浮速度与g、ρ1、ρ2、r、η有关。
V=2gr2(ρ1-ρ2)/9η m/s
式中：V——沉降（上浮）速度 m/s
g——重力加速度 m/s
η——介质粘度 0.1帕秒
ρ1 ——分散介质密度kg/m3
ρ2————颗粒密度kg/m3
r——脂肪球的半径 m
由上式可知,沉降速度与g、ρ1 、ρ2、 r、η有关。当V一定时，槽越深，分层时间越长。槽越浅，分层时间越短（且不连续）。
根据这一原理，设计了碟片式离心分离器。用离心加速度代替重力加速度，用若干碟片把分离器变为若干薄层分离器，缩短沉降距离，减少分层分离时间。
三、分离速度及影响分离速度的因素：
1、分离速度：
离心加速度a=ω2R=（2πn）2R
将a代入斯托克公式中的g
V=2（2πn）2Rr2 (ρ1-ρ2)/9η≈8.76Rn2r2 (ρ1-ρ2)/η
当牛奶的温度在10～70℃时，(ρ1-ρ2)/η=2.9t
其中t--牛奶的温度℃
所以，V=25.4 Rn2r2?t
2、影响分离速度的因素：
（1）R：R↑→V↑
（2）n：n↑→V↑
（3）d：d↑→V↑
（4）t：t↑→V↑
温度过高，牛奶中的蛋白质易变性。通常t=35～40℃，
四、分离因素：
用来表示分离机的分离效果的，分离因素越大分离效果越好。
f=a/g=ω2R/g=（2πn）2R/g≈4.028n2R
f<3000为中速分离机
3000<f<5000高速分离机。
f> 5000超高速分离机。
五、分离机结构：
1、组成：主要由中心管，转鼓外套，叠片支柱，上盖，一组叠片，紧固螺母，密封橡胶圈，调节螺母等组成。
2、碟片结构：采用不锈钢板冲制而成，
成型后，厚约0.5mm左右，碟片开有三个小
孔，顶角为60～80°。为保证碟片间的距离，
在每个碟片上均固定有一定厚度的凸缘。
六、分类：
1、开放式：重力进料，常压排料。
2、半封闭式：重力进料，排料口有压力盘，将物料动能转化为压力能，在一定压力下排出。
3、全封闭式：压力进料，压力排料。
七、生产能力及影响生产能力的因素：
1、生产能力计算：
G理 = 4.8n2Ztgα（r23-r13）d2T （升/时）
式中G理：理论上生产能力
n：转速
z：碟片数
α：碟片仰角α=50～60°
r2：碟片最大半径 cm
r1：碟片最大径半径 cm
d：脂肪球直径 cm
t：牛奶分离时的温度 ℃
G实= G理·η （升/时）
式中：η--分离效率，一般取η=0.5～0.7
2、影响生产能力的因素：
（1）n：n↑→G↑ 目前已达6000 转/分
（2）d：d↑→G↑ 应考虑较小直径脂肪球。分离后，脱脂乳中含脂率在0.01～0.02%。（正常为3.5～3.8%）。
（3）r：（r2-r1）↑→G↑ 应考虑整体结构、仰角。通常=0.45～0.7
（4）α：α↑→G↑ 应考虑r，一般α=50°～60°
（5）t：t↑→G↑ 因t升高密度差增大，η下降。一般t=35～40℃
八、稀奶油含脂率控制：
式中 ρc：稀奶油密度 kg/m3
ρs：脱脂乳密度 kg/m3
rt：液体最大回转半径m
rc：稀奶油回转半径 m
rs：脱脂乳回转半径 m
rt不变，ρs：变化小，rs也不变，ρc随rc变化
rc↓→pC↓ rc↑→pC↑
九、操作注意事项：
1、在选择分离机时，要根据实际情况考虑，生产能力要适当，以提高设备利用率、减少动能的消耗。
2、因分离机高速运转，要有坚实的地基，转动主轴垂直于水平面，各部件应精确地安装，有必要时，在地脚处配置橡皮圈，能起缓冲作用。同时，对转动部分，必须定期换新油，清除污油，防止杂质的混入。
3、开车前，必须检查传动机构及紧固件，观察松动方向是否符合要求，不允许倒转，以防止机件损坏。观察电动机和水平轴的离心离合器是否同心灵活，必要时进行空车试转听其是否有不正常的杂音。
4、封闭压送式分离机起动和停车时，都要由水代替牛乳，在启动后2--3分钟内取样鉴定分离性能。
5、连续作业时间，视物料的物理性质、杂质度含量而定，一般为2--4小时，即需停车清洗，保证质量要求。最好是配备2台，制定出周密作业计划及运转时间表，避免断续进行。如发现分离后的物料不符合规定指标，经调节机件后仍不见效，则应立即停车检查。
6、对封闭压送式分离机而言，因具备一定压力，故均用一种定容积型旋转泵或特殊的离心泵，尽力防止泵的脉动。
7、充分注意并时常检查泵对吸料管的垫圈以及泵的轴封等处是否严密，防止空气混入。
8、操作结束后，立即进行拆洗干净，以备下次再用。
第二节 膜分离技术
一、膜分离：膜分离是用天然或人工合成的高分子薄膜，以外界能量或化学位差为推动力，对两个或两个以上组分的溶质和溶剂进行分离、提纯和富集的方法，既可用于液相又可用于气相。
二、特点：
1、膜分离过程为冷过程，在常温下进行，营养成分损失极少。
2、膜分离过程不发生相变化，所以挥发性成分如芳香物质损失较少，可保持原有的芳香。
3、膜分离过程在密闭系统中进行，原料无色素分解和褐变反应。
4、膜分离过程不用化学试剂和添加剂，产品不受污染。
5、选择性好，可在分子级内进行物质分离。
6、适应性强，使用范围广，可用于分离、浓缩、纯化、澄清等工艺。
7、处理规模可大可小，可连续可间歇，工艺简单，操作简便，易于实现自动化。
三、膜分离技术的种类和基本原理：
1、种类：已工业化的主要膜分离过程有6～7种。广泛用于食品工业的有微滤，超滤，反渗透。
2、基本原理：
（1）微滤：过滤材料一般可分为浓度滤板和筛滤板两种。
浓度滤板是滤纸，由纤维素互相叠合而成。大粒子被拦截在滤纸表面，微粒子被滤进滤纸内的网络。
筛滤板中的孔道从表面到内部的孔径均匀，故大于孔径的粒子被滞留于膜面，小于孔径的粒子则通过。
过滤的粒子在0.02～2um。
（2）超滤和反渗透：
反渗透：在恒温容器中，用半透膜将容器隔成两部分，将纯溶剂和溶液各置于膜的一侧，半透膜的性能只允许溶剂分子通过而不允许溶质分子通过。在无外界的压力作用下，溶剂分子向溶液一侧转移，即发生渗透现象，直到渗透平衡，溶剂分子向溶液一侧的转移停止。相反，在溶液一侧，加上大于渗透压的压力时，溶剂将从溶质浓度高的一侧透过膜流向浓度低的一侧。这就是反渗透原理，是正常渗透的逆流，所以被称为反渗透。
反渗透分离溶液中分子量为150甚至低于150的化合物分子。
（3）超滤是根据分子的大小和形态而被分离的筛分作用。在介质压力作用下，小于孔径的小分子溶质，随溶剂一起透过膜上的微孔，大于孔径的大分子溶质则被截留。
分离范围在0.002～0.2um。
四、膜的分类及膜组件
1、膜的分类：
（1）按材质分类：固态膜，液态膜。
（2）按来源分类：天然膜，合成膜。
其中合成膜又分无机材料（金属、玻璃、陶瓷）膜和有机高分子膜。
（3）按膜断面物理形态分类：对称膜，不对称膜，复合膜。
（4）按功能分类：超滤膜，反渗透膜，渗透膜，气体渗透膜，离子交换膜。
2、膜组件：
膜分离技术在工业中应用的主要装置是膜组件。它是将不同形式的膜以一定面积组装在受力容器中构成的膜分离单元。膜组件主要有管式，卷式，板框式和中空纤维式四种。
（1）板框式：它是目前最广泛使用的组件，由平面膜和支撑体组成。其原理和形式与常规的过滤设备类似。
特点：膜的装填密度高，一般为400～600m2/m3，结构紧凑牢固，能承受高压，性能稳定，工艺成熟，换膜方便，操作费用低，但在处理悬浮颗粒含量高的料液时，通常会被堵塞。
（2）管式膜组件：
由管状膜和膜支撑体组成，分为内压式和外压式。内压式膜组件的内径一般为12～25mm，外压管式膜组件直径更小，可达6～8mm，支撑体为多孔不锈钢管，纤维增强料管，玻璃纤维或陶瓷管。
特点：原料液的流道比较大，不易造成堵塞，组件可靠性大，清洗、安装、拆换方便，工艺成熟，适用于处理含悬固体，高粘度体系，但装填密度低，一般在25～50m2/m3，体积大，投资和操作费均较高。
（3）卷式膜组件：
原理和板框式相同，可认为是卷起来的板框式。卷式膜组件的外径为100～200mm，卷内一个单元组合的厚度约为2mm（即膜—多孔薄板—膜—隔网，共四层）。
特点：结构紧凑，膜的装填密度高，为800～1000m2/m3，投资和操作费用低，但浓差极化难以控制，不易清洗，换膜困难。
（4）中空纤维膜组件：
它是外壁有皮层的不对称结构，纤维的直径为50～100μm。把几千乃至几十万根纤维集中起来，设计成半封闭循环，自由端由环氧树脂灌封，封闭的另一端悬在附压容器中，料液在中空纤维外侧加入，通过纤维壁的透过液由中心孔流至开口端，浓缩液由压力容器的另一端排出。
特点：装填密度高达
8000～15000m2/m3，但料液
流动不易控制，易污染堵塞。
小 结：本章着重讲了牛奶分离机的工作原理，用途，结构，影响分离速度的因素，影响生产能力的因素，稀奶油含脂率的控制和操作及维护知识。学完后应重点掌握影响分离速度的因素，影响生产能力的因素，稀奶油含脂率的控制和操作及维护知识。
第三章 均质机
讲授本章的基本目的：
通过本章的讲授，使学生了解液体物料的均质方法、特点及工作原理，能够正确的选型、操作、维护设备。
计划学时数：
4学时
重点内容：
1、高压泵的工作原理。
2、脉冲的改善措施。
3、高压均质的三种学说。
4、操作维护。
难点部分：
1、脉冲的改善措施。
2、高压均质的三种学说。
3、操作维护。
使用教具：
1、黑板。
2、投影仪。
3、多媒体幻灯。
作业：
1、高压均质机的工作原理。
2、脉冲的影响及改善措施。
3、高压均质的三种学说。
4、高压均质机的操作维护。
第三章 均质机
乳脂肪含量为3.5～3.8%，乳脂肪直径为1～10μm，平均直径为3～5μm，均质后直径为1～2μm。
第一节 高压均质泵
一、作用：均质机是一种特殊的高压泵，它利用高压的作用，将液体物料中的大颗粒破碎为小颗粒，并均匀分散在液体物料中。如生产淡炼乳时减少脂肪上浮现象，并能促进人体对脂肪的消化；在果汁生产中通过均质后能使料液中残存的果渣小微粒破碎，制成液相均匀的混合物，减少成品沉淀的产生；在冰洪淋生产中，则能使料液中的牛乳降低表面张力，增加粘度；得到均匀一致的粘混合物，提高产品质量。
二、结构：
①组成：均质阀、泵体、活塞、活门、曲轴连杆机构、电动机等。
②结构特点：
Ⅰ、泵体为一长方形，用不锈钢块锻造，其中开有三个活塞孔，配有活塞及阀。
Ⅱ、活塞为圆柱状，也是不锈钢制造，为防止液体泄漏及空气渗入，采用垫料函密封，其材料可用皮革、石棉绳，近来也可采用聚四氟乙烯。
Ⅲ、每个泵腔配有两只活阀，在液体压力作用下自动开启或关闭。减压时在弹簧或阀体重力作用下自动关闭或开启，如图3--16所示，共有六个活阀，其中吸入活阀三个，压出活阀三个。
Ⅳ、均质阀及安全阀都借调整螺旋弹簧对阀心的压力，得到调整流体压力的作用，均质泵上配置均质阀，一般采用双级如图3--17所示。在第一级中，流体压力为200～250大气压，主要使脂肪球破碎，第二级流体压力减到35大气压左右，主要使脂肪球均匀分散，阀及阀座采用钨、铬、钴等耐磨合金钢制造，如图3--18。
Ⅴ、三柱塞泵之特点，已知每个泵缸配有两只活阀，为了充分利用柱塞两边的空间，使往复泵做成双动的。但是双动泵流量曲线还是起伏不均匀，如图3--19所示，活塞运动的速度是按正弦曲线变化，活塞在极左端时(ф=00)和极右端时(ф=1800)其速度为零，当曲柄耗角ф=900及ф=2700时，活塞的速度为最大，可见单作用泵工作时，流量有起伏，不均匀。采用三柱塞泵时，排液量就克服了上述缺点，排液量也比较均匀，可以通过图3--30所表示。
三、高压泵工作原理：同一般往复泵一样，活塞由曲柄连杆机构带动，在泵体内往复运动，使泵体内容积由小到大，再由大到小，吸入、排出物料，达到输送物料或产生一定压力的作用。
四、脉冲的影响：
①增加泵的吸入阻力，使泵吸入性能下降。
②增加泵的排出阻力，使泵排出性能下降。
③引起管路振动，及压力表跳动。
④不能适用于要求流量稳定的场合。
五、改进措施：
在进出料管各加一个空气室，利用气体的压缩与膨胀来贮存或放出部分液体，以达到减小管路中流量不均匀的目的。
①进料室：
②出料室：
六、高压均质的三种学说：
①剪切学说：物料在一定压力下，以
一定速度通过均质阀缝隙时，脂肪球首先
被延展，由于液流通过均质阀时的涡动作
用，使延展部分剪切为更细小的脂肪球微
粒。物料中的表面活性物质围绕在脂肪球微粒外，形成一种使其互不粘连的膜，最终达到均质目的。
②撞击学说：物料在高压泵的作用下，以一定的压力、速度进入均质阀时，物料中的脂肪球和均质阀产生高速冲击，因而使脂肪球被撞，碎裂成微小的脂肪球。
③空穴学说：物料在高速通过均质阀缝隙处时，产生一种相当于高频振动的效应，物料在一瞬间产生空穴并随即消失，在料液中局部产生一个相当大的压力差，而使脂肪球碎裂。
七、安装注意事项：
①设备本身较重，而且有运动部件，因此要具有坚固而平坦的底座，避免部件有过度的应力出现。
②均质时本身需要冷却水，泵又必须经常清洗消毒，故安装时必须注意将基础做得高于水平面，同时又要考虑到料液缸高度，便于环境清理。
③均质机有运动部件时，要安保护罩并有良好的通风，保证安全操作。
④安装时要用水平仪校正，其纵向和横向的水平度允差为0.5／l000毫米。
⑤安装高压泵时，必须装旁通管，用以排除气体、残存液、洗液、消毒水等。但出料管处不得安装节流阀，进料管道里安装管间过滤器，防止杂质进入，避免均质头严重磨损。
⑥安装或检修完毕，必须将设备清洗。
八、操作使用注意事项：
①设备不得空转，启动前应检查各紧固件及管路等接合是否紧固可靠，特别是泵体部分的柱塞与机体部件连接轴的联接。
②启动前应先接通冷却水，使柱塞在往复时保证有充分的冷却水冷却。
③启动后应调整到要求之压力，为保证产品质量，启动阶段出来的料液应让其流回泵体的下部料腔，待压力稳定后才让其流出。
④设备停止使用应立即拆洗，不准停留有污垢及杂质。清洗后应将各零件重新装配好，并用900C以上的热水在泵体及管路中连续进行十分钟以上的清洗，以达到消毒杀菌的要求。每次使用前亦同样的消毒处理，消毒必须选择适当化学药剂，保护不锈钢材料，不能采用器械去刮结垢，保证设备原来精密度。
⑤柱塞外围的垫料调整得不应过紧，以不流出料液即可。
⑥经常注意压力表的反应，一般隔一星期左右停车检查一次油泵内的情况，即时加足油，保证压力表跳动正常。
⑦泵在工作时应经常在机体连接轴处加些润滑油，以免该处(机体前端)的填料缺油。
⑧机器内部的曲轴连杆连接轴都需很好润滑，故其内部必须贮有适量的润滑油，在使用过程中，油面不得低于最低油位线。润滑油可采用闪点为1800～1900恩氏粘度为5.50E～70E的矿物油，要注意不同牌号的油不可相混。
⑨泵体的活门及专用阀门的阀心如与活门座的接触不良，不能得到预期的压力值，或使压力表指针发生剧烈的跳动，故应经常检查它们的接触面是否良好，如发现有毛口、磨纹，应采用最细号之金刚砂进行研磨。
⑩电动机应经常保持干燥清洁，并应经常检查其轴承的温升和润滑情况。
(11)泵体部分的垫片如需调换时，其厚度不能变化太大。
(12)不能用高浓度高粘度的料液来均质。
（13）运行中，不得用截流阀控制排出量。
第二节 超声波均质机
一、用途：用于高粘度物料的乳化。
二、工作原理：将20～25千赫/秒的超声波发生器放入料液中，或使料液高速通过超声波发生器。由于超声波为纵波，遇到物料时，将在物料中产生迅速交替的压缩和膨胀作用，物料中的任何气泡都将随着压缩和膨胀，当压力振幅大于气泡的振幅时，被压缩的气泡急速崩溃，料液中出现真空的“空穴”，随着振幅的变化和瞬间外压不平衡的消失，空穴在瞬间消失，在液体中引起非常大的压力和温度增高，并产生复杂而强有力的机械搅拌作用。达到均质的目的。
三、分类：1、机械式
2、磁控振荡器
3、压电晶体振荡器
四、机械式超声波均质机：它是一种食品工业中常用的超声波发生器。如图所示，它有一边缘成楔形的簧片在喷嘴的前方，当料液经泵送至喷嘴处时形成射流，强烈冲击簧片的前缘，使簧片发生振动，产生超声波传给料液。簧片用一个或数个节点夹住，
让簧片以其自然频率引起共振。料
液可用齿轮泵在3.5～14大气压的
压力下送至喷嘴，液滴大小能均质
至l～2微米。
第三节 胶体磨
一、用途：用于高粘度物料的均质。
二、分类：立式、卧式。
三、结构：主要由两个园盘式磨片和一个电动机组成。磨片用高级不锈工具钢经热处理而制成，其中一个固定不动为定片，一个高速转动为动片，转速为3000～5000转/ 分，磨片的表面有不同直经的同心园凹槽，相当细密。工作面间隙很小，为50～150μm。
四、工作原理：符合三个学说。
五、特点：
①能处理高粘度物料，均质效果好，颗粒直径可达1μm以下。
②处理后的物料组织细腻，色泽光洁，外观质量好。
③应采取保温措施、防止粘度上升。
④易产生泡沫。
第四章 热交换设备
讲授本章的基本目的：
通过本章学习，了解热交换设备的种类、特点、使用场合；掌握热交换设备的操作、维护；板式换热器的工艺计算、组合方式等。了解预煮机械的分类，掌握其结构、特点。
计划学时数：
9学时
重点内容：
1、列管式换热器的结构和流程的选择；
2、板式换热器的工作原理、结构、特点、操作维护和工艺计算；
3、蒸汽直接喷射式灭菌器的工作原理和特点。
3、各种预煮机的特点。
难点部分：
1、列管式换热器的管程；加热管的设计。
2、传热板的结构；板式换热器的特点、流程、操作及维护保养。
3、板式换热器工艺计算。
4、蒸汽直接喷射式杀菌器工作原理。
5、夹层锅的工艺计算和连续式预煮机的结构。
使用教具：
1、黑板。
2、投影仪。
3、多媒体幻灯。
作业：
1、列管式换热器的结构、流程选择、加热管设计、特点等。
2、板式换热器的结构、特点、操作、维护、工艺计算。
3、蒸汽直接喷射式杀菌器的原理、流程及特点。
4、夹层锅的热量消耗包括那几部分？链带式、螺旋式预煮机的特点有那些？
第四章 热交换设备
食品工厂中的许多生产都与热交换有密切关系，如：原料脱水、预热、杀菌、蒸发、干燥等。热交换的过程附合传热定律，其理论基础是食工原理中讲的传热过程。但食品工厂的热交换不是单纯的传热过程，而是一种不稳定的复杂过程。热的变化直接会影响到产品物理、化学及生物性质。
第一节 贮奶缸
一、用途：用于原料或各工序间物料的暂时贮存，以备下道工序生产的需要。
二、容量：
1、贮存量：根据工厂的需要和市场规格而定，一般为2T、5T、10T、15T和20T的，国外（法国）还有60T的。
2、时间：（1）保证总容量不少于一天的处理量。
（2）为防意外故障延误生产而应加大的容量。
3、数量与规格：（1）不少于3只，用于生产、标准化、收奶的周转。
（2）应有大有小。
三、结构：
1、材料：不锈钢（也可用铝或其它材料）。
2、保温材料：为防止升温应有保温材料，保证24小时内温度上升不超过2℃。常用泡沫塑料、石棉、玻璃纤维等。
3、外壁：设有视孔、灯孔、进出口、接头、旋塞和扶梯等。
4、内部：设有搅拌器。
四、分类：
1、按形式分：（1）立式；（2）卧式。
2、按结构分：（1）有冷却夹套；（2）无冷却夹套。
五、使用注意事项：
1、装满；
2、用完；
3、分批使用，不得混合；
4、用后清洗。
第二节 贮槽式热交换器（冷热缸）
一、用途：用于物料的低温长时间杀菌（巴氏杀菌）或用做保温、冷却等。
二、组成：内胆（不锈钢）、夹层、绝热层、搅拌器、外壳等。
三、分类：按载热体及吸热体的流动方式可分三类。
压力式 沉浸式 喷淋式
第三节 列管式换热器
一、用途：用于各种液体物料的加热及巴氏杀菌。
二、分类：
1、按形式：立式、卧式；
2、按结构：抽真空，不抽真空；
3、按管程：单程、多程。
三、结构：
1、组成：外壳、管束、管板（花板）、端盖等。
2、单程：物料只通过一次加热面。参与操作的流体之一，由一端的连接管进入端盖和管板之间。经过各管流入另一端会合后，从另一连接管流出。参与操作的另一种流体，则从靠近一端管板的侧面连接管引入，在外壳与管隙间流动，通过空隙，由靠近另一端管板的连接管流出。
如果加热用的载热体为蒸汽，则被加热的流体由下端引入，从上端流出。蒸汽从上段引入，冷凝水从下端排出。
3、多程：物体多次通过加热面。当需要的传热面积较大时，加热管的数量就需增加。但此时流体在管内的流速就会减小，传热系数就会降低。为改善上述情况，可在列管式换热器两端的分配室内设置若干隔板，将全部管子分成若干组，使流体依次通过每组管子，这样，总传热面没有减少，但流速增加，传热系数可增加。
4、管子的排列方式：正方形、圆心园、正三角形（图）
5、管子的固定方式：胀管法、焊接法，并用法。（图）
6、热膨胀补偿：（图）
①浮头法；
②补偿圈补偿法；
③U形管法。
四、流程选择：
1、容易结垢的流体走管内；
2、给热系数小的流体走管内；
3、压强大的流体走管内；
4、腐蚀性的流体走管内；
5、热流体走管内；
6、体积流量小的流体走管内。
目的：操作稳定、可靠、方便，提高传热系数和经济性。
另外：参与操作的两种流体的流动方向以逆流为好，但其中一种温度不随传热面变化时，方向无意义。
相互矛盾时，抓主要矛盾。
五、加热管的设计：
确定传热面积F、管径、管长、管数等。
1、F的计算：
Q=KFΔtm （传热公式）
Q=WC（t2-t1） （热量平衡公式）
其中W、C、t2、t1为已知，而K由经验值选取。
若加热蒸汽温度为T，则Δt1=T-t1 Δt2=T-t2
当（Δt1/Δt2）≤2时，Δtm=（Δt1+Δt2）/2
当（Δt1/Δt2）>2时，Δtm=（Δt1-Δt2）/ln（Δt1/Δt2）
∴ F=Q/（K·Δtm）
2、传热面积的布置：
（1）d、L、n的选择：
d：d小些可增加单位体积的传热面，或使设备更紧凑。但d越小，阻力越大，且易堵塞。
一般d可选：φ19×2、φ25×2、φ25×2.5、φ32×1.5、φ38×2.5、
φ57×2.5、φ57×3.5。
L：一般L=1m，1.5m，2m，2.5m，3 m，4 m，6 m等。但不超过6～7 m，L过大不易清洗，常用1.5～2 m。
n：F=nπdcpL 所以n=F/(πdcpL)
式中dcp--平均直径。
（2）流速V的选择：
V↑→K↑→F↓→但阻力↑
一般液体流体在管内时V0=0.5～2m/s，在管外时V0=0.2～1.5m/s。对于气体在管内时V0=5～30m/s，在管外时V0=2～15m/s。粘度大时取小值，粘度小时取大值。
已知管数n，可根据流体体积流量V体来校正流速V1
即V1=V体/[（π/4）d2n]
若V1与初设V0相近，可适当调整管长以满足要求，若V1＜＜V0，则可采取多程，即增加程数来增加V1，以满足要求。
（3）程数（往复次数）m确定：m=V0/V1
m可通过在换热器两端分配室内设置隔板来实现，但m越多，隔板设置越复杂。
六、特点：
1、结构简单，设计制造方便。
2、加热温度低，且均匀，不易焦管。
3、生产能力大，能连续操作。
4、不适合处理热敏性物料。
第四节 板式换热器
一、用途：用于物料的高温短时杀菌或超高温瞬时杀菌，也可用于物料的冷却。
二、工作原理：
由于板式换热器的主体部分，是由许多具有花纹的换热板依次重叠在框架上压紧而成，板与板之间具有一定间隙，构成流体的通道，当参与热交换的两种物料在两板间流动时，就通过换热板进行换热。由于板的面积大，流动的液层又薄，所以热交换效果很好。
三、结构：
1、板式换热系统的组成：板式换热器、温度调节系统、回流阀、奶泵、热水泵、回流槽、温度保持器、记录仪。
2、板式换热器的结构：传热板悬挂
于导杆上，前端有固定板，后边有压紧
板和压紧螺杆，旋转压紧螺杆，可使压
紧板与各传热板叠合在一起，板与板之
间用板框橡胶垫圈保证密封，并使两板
间有一定间隙，调节垫圈厚度可改变两
板的间隙，改变流体通道大小。在每块
板的四个角上各开有一孔，借角孔垫圈和周边圈，可使四个孔中的两个与板面一侧相通，另两个与另一侧相通，使冷热流体通过板的两侧，通过板面进行热交换。
3、传热板的结构：
（1）分类：传热板是板式换热器的主要部件，其种类、形状、尺寸较多。（常用的为平直波纹板）
①基本分类
A、沟道板：有螺旋形或曲折的道沟，是最老的方法，目前已被新结构所淘汰。
B、单流板：流体进入传热片后按单一方向流动，不像沟道片那样在同一板内要反复1800。这种传热板由于冲压的花纹不同，使流体造成不同形状的湍流，大致可以分为两种：一为波纹板(条流)，二为网流板(网流)。
C、有衬垫的平板(筛片及平片组合)。
②、其它方法分类
在同一台设备内，按各种传热片用途分：
A、串联片； B、分界片； C、端面片等。
按密封垫圈所在位置分成：
A、双面的； B、单面的； C、平片等。
按密封垫圈相对位置分成：
A、左面的； B、右面的。
按进口和出口的相对位置及液流在金属片内流动的总方向分成：
A、直流的； B、对角线流动的。
（2）形状及尽寸：它是由1～1.2mm厚
的不锈钢板冲压而成，其横向为条状，纵向
为波纹状（梯形波纹），使液体的流向、速度
多次变化。为防止板在使用时变形，在板的
表面冲有间隔的凸缘，形成多支点支承。板
的长宽比直接关系到流体在进口处的扩张，
在出口处的收缩情况及通过传热面时的均匀
性，一般为（3～４）：１，常用的长为1000～1200mm，宽为300～400mm。
（3）板的密封：根据其用途不同，可将密封垫圈分为周边垫圈与角孔垫圈。
①周边垫圈：根据流体流过金属板表面的方式不同，可分为：
单侧直流，对角斜流（区别？）
②角孔垫圈 （如右图）
分体式、整体式
（4）板的安装要求：
由于板间距很小（一般为4～10毫米），
若安装时不注意，在垂直方向产生了相对位
移，就可能造成两片接触，或使缝隙变得很
窄，使流体无法通过，或通过时阻力很大。
如图所示当α=600，片间距为3毫米，而倾
斜部分距离为1.5毫米。若垂直方向移动l毫米时，将使一端缝隙减小为0.65毫米，而另一端则增大到2.37毫米，因而引起流速变化，增加流动阻力。因此要求在安装时，平片在导杆上垂直位置(各片上下位置)，其误差＜± 0.2～0.25毫米。对薄片加工时也有一定要求，如金属片基面的不平直度沿任意方向测量不得大于0.5％，对0.21米2薄片在35个波纹节距中任何两个横向凹凸间的距离极限偏差不得大于±0.03毫米，横向波纹与纵向凹槽的垂直度偏差在28毫米以上，误差不大于±0.1毫米。
四、特点：
1、有较高的传热效率。
2、结构紧凑，占地面积小，单位体积可容纳较多的传热面。
3、有较大的适应性，可根据工艺条件，生产能力调整。
4、适宜于处理热敏性物料（薄层、快速）。
5、便于清洗（易折卸）。
6、热利用率高、热回收率高达75～85%。
7、能自动调节，操作安全。
8、垫圈易老化。
五、高温短时巴氏杀菌流程及操作：（以牛乳为例）
1、原料奶(设温度为50C)，由贮奶缸流入平衡槽3，通过浮球阀控制，保持槽内液位一定。
2、由奶泵6将牛奶送到热回收段17，使50C的牛奶与杀菌后的奶进行热交换而被预热到600C左右，杀菌后的奶被冷却。经过热交换而得到预热的牛奶，通过过滤器18，进入加热杀菌段19，由蒸汽或热水加热到杀菌温度(如850C)。
3、杀菌后的牛奶通过温度保持槽28。保持约15～16秒，然后流到分流阀23，其作用为控制杀菌牛奶是否到达杀菌温度850C。如到850C，则分流阀会自动将杀菌后牛奶送至热回收段，如末到850C，则分流阀也会自动将奶送回平衡槽。
4、杀菌后奶经热回收段后，温度降低到20～250C左右，再进入冷水冷却段15和盐水(冰水)冷却段11，温度降低到100C左右，作为消毒牛奶流出，和送往装罐段8。如果是生产乳粉或炼乳，杀菌后，不经过冷却直接送浓缩处理。
在冷却段分别设有冷水、冰水的循环系统，并能进行冷却后牛奶温度、冷水及冰水温度的测量和控制等。
该种装置的流程，还可以取消冷水冷却段，改用冷牛乳(50C)，能提高热回收率，减少生产上冷水耗用量。
在这种装置热回收段后，可设置另一个奶泵，当牛奶由平衡槽出来通过奶泵6，将牛奶送到热回收段至新设置的奶泵止，这时开动此泵，停止奶泵6输送。其目的是可以造成流入热回收段的冷牛奶为负压，而杀菌后的奶处于加压状态，万一发生泄漏时，只能是杀菌后的牛奶混入到原料乳中，而不致于未经杀菌的冷牛奶混入到杀菌后的牛奶中去。
六、工艺计算：
一般来说，工艺计算其内容大致包括热工计算，流体力学计算等。通过计算便于我们进行设备设计、选择、验算等，确定生产能力，寻找最合理的操作条件。
例：设有一板式热交换器，由四个分段组成。一个用热牛奶预热冷牛奶的预热段，一个热水杀菌段，一个冷水冷却段，一个冷盐水冷却段。已知：（1）牛奶起始温度t1，（2）杀菌温度t3，（3）牛奶经冷水冷却后温度t5，（4）牛奶最终冷却温度t6，（5）热水起始温度tc，（6）冷却水温度tB,(7)冷却盐水温度tp，（8）牛奶比热C，（9）热水及冷水比热CB，（10）盐水比热Cp，（11）热水量M为牛奶量W的4倍，即M=4W，（12）冷水量M,为牛奶量W的3倍，即M,=3W，（13）盐水量M,,为牛奶量W的2倍，即M,,=2W，（14）生产能力G，（15）单板工作面积f，（16）板的有效宽度b，（17）两板间隙h，（18）热回收率ε=(t2-t1)/(t3-t1)=0.8。
问：如何组装该设备。
解：1、作出四段式简明流程图：
2、计算出各未知温度：
(1) t2: ε=80% ε=(t2-t1)/(t3-t1)=0.8
(2) t4: WC(t2-t1)=WC(t3-t4)
(3) tc’: WC(t3-t2)=MCB(tc-tc’) M=4W
(4) tb’: WC(t4-t5)=M’CB(tB’-tB) M’=3W
(5) tp’: WC(t5-t6)=M’’CP(tp’-tp) M’’=2W
3、确定平均温差：
（1）预热段：Δt1=t4-t1 Δt2=t3-t2
（2）杀菌段： Δt1=tc’-t2 Δt2=tc-t3
冷水冷却段： Δt1=t4-tB’ Δt2=t5-tB
冷盐水冷却段： Δt1=t5-tp’ Δt2=t6-tp
比较以上各段Δt1、Δt2，并计算出各段平均温差Δtm
当Δt1/Δt2<2 时 Δtm=(Δt1+Δt2)/2
当Δt1/Δt2≥2时 Δtm=(Δt1-Δt2)/ln(Δt1/Δt2)
4、选取各段传热系数K值：查经验数值
（1）K预=1315 千卡/米2·时·℃
（2）K杀=1570 千卡/米2·时·℃
（3）K冷水=1140 千卡/米2·时·℃
（4）K盐水=960 千卡/米2·时·℃
5、计算各段传热面积F：
Q=WC（t2-t1）
Q=KFΔtm
6、各段所需换热板数量Z：
Z=F/f
7、各段通道数m:
m=Q/v·b·h
式中：Q—流量 m3/h Q=G/ρ
v—流速，一般v=0.3～0.8 m/s
b—流体通道有效宽度 m
h--两板间隙 m
由于热水流速为牛奶流速的1.5～2倍，所以热水通道数为牛奶通道数的1.5～2倍。冷水和热水通道数为牛奶的1～2倍。
8、叠板组合数i:
i=Z/2m
七、设备的维护与保养：
1、各仪表调节应有专人负责，并严格执行操作规程进行操作与维护。
2、板式热交换器压紧螺帽与上下导杆，应经常加润滑油脂进行润滑。
3、定期检查各传热片清洗是否完善，是否有沉积物、结焦、水锈层等结垢附着，并即时进行清洗。在这同时还必须检查各传热片与橡胶垫圈的粘合是否紧密，橡胶垫圈本身是否完好，以免橡胶垫圈脱胶与损坏而引起的漏泄。
4、当需更换的橡胶垫圈或修补脱胶部分时，需将该传热片取下，放在桌上，将旧垫圈拆下，或在脱胶处将传热片凹槽的胶水遗迹用细砂纸擦尽，再用四氯化碳或三氯乙烯等溶剂把凹槽内的油迹擦尽，再把新橡胶的垫圈的背部用细砂纸擦毛，同样用四氯化碳或三氯乙烯溶剂把油迹擦尽。然后在凹槽和橡胶垫圈背面均薄薄敷上一层胶水，待稍干一下，以不粘手指，但仍发粘为度，即将橡胶垫圈嵌入槽内，四周压平，敷一层滑石粉，随即将传热片装上设备机架轻轻夹紧。根据胶水说明书要求隔一段时间即可投产使用。
5、更换传热片橡胶垫圈时，须将该段全部更新，以免各片间隙不均，影响传热效果。
6、每次将传热片重新压紧时，须注意上一次压紧时的刻度位置，切勿使橡胶垫圈压过度，以致降低垫圈使用寿命。
一般在操作开始使用清水进行循环时，可能有轻微的漏泄，到温度升到杀菌温度时，漏泄将自行消失。如果漏泄仍不停止，须将传热片再压紧一些。如果仍不见效，尚须打开检查橡胶垫圈的情况，亦有可能是传热片末按片上号码顺序排列，则应予纠正。
第五节 蒸汽直接喷射式杀菌器
一、用途：蒸汽直接喷射式杀菌又简称VTIS法，用于物料的超高温瞬间灭菌，同时，还能脱腥，脱膻，脱气（也会损失部分香味，可回收）。
二、原理：经过预热（77～80℃）的物料，与净化蒸汽在杀菌室中直接接触，使物料瞬间加热至杀菌温度（150℃左右），并保持2～4秒钟，达到灭菌后，随后喷射到真空膨胀缸中，体积急速膨胀，使水份突然蒸发，并带走不良气味，同时使物料温度降至77～80℃，经均质、冷却后排出。
三、分类及流程：
1、分类：蒸汽喷入物料中、物料喷入蒸汽中。
2、流程：（丹麦）全套设备每小时可杀菌2000升、4000升、6000升。
（1）来自贮奶缸的鲜奶，进入平衡槽1，由给料奶泵2送往片式热交换器3，进行预热至75℃，预热时所用之热媒，一部分来自真空室8及10中因急骤蒸发所产生的余热，一部分为由锅炉来的新鲜蒸汽。因此热交换器3既是鲜奶的预热器，又是蒸汽及二次蒸汽的冷凝器。
（2）预热后的牛奶，通过高压泵4，送入蒸汽喷射器5，蒸汽的表压为5大气压，在1秒钟内将牛奶加热到140℃，再由保持器6将140℃牛奶保持3～4秒钟，再送往分流阀7。由于蒸汽与牛奶是在喷射器的喷嘴中直接混合，故噪声减少。
（3）能达到140℃杀菌温度的牛奶通过分流阀7，自动送往真空室10。由于鲜奶通过分流阀7时，因节流盘的作用，鲜奶的压力提高到4.5大气压，这样可防止牛奶在该处沸腾，设计时必须注意。在真空室10内，鲜奶急骤蒸发，鲜奶温度立即降至76～77℃(保持稍高于75℃)，真空室也就经常保持这样的温度。直接与蒸汽混合加热，必然会使水分增加，带来异味，但是在真空室10中，急骤蒸发的作用，使其增加的水分挥发掉，因而杀菌后牛奶不会增加水分，同时真空有脱臭作用，异味也得到排除。因急骤蒸发排除出来的蒸汽(二次蒸汽)经管路输送至热交换器3，用以预热鲜牛奶。
（4）经真空室出来的杀菌乳，通过无菌奶泵11，送往保持无菌的均质机进行均质，再由片式冷却器使其冷却到20℃以下，连续进行无菌包装。
（5）如果因某些原因，乳在蒸汽喷射后，温度未到140℃则分流阀会自动分路，将未达杀菌要求的乳送入另一个真空室8，也同样经过急骤蒸发，降低温度，用回流奶泵9送往片式冷却器14中，冷却至20℃以下，再回流到平衡槽l，重复进行杀菌。以上操作均有仪表自动控制。
四、蒸汽直接喷式杀菌的特点：
1、优点：
（1）高温加热在瞬时间进行，对热敏感性料液仍保持最高限度的稳定。杀菌效果较好。
（2）加热后利用了真空设备，除能排除增加之水分外，又能除去异臭。
（3）不必考虑影响传热效果的结垢问题。
2、缺点：
（1）结构较为复杂，造价高，小厂难用。
（2）增加加热蒸汽清净装置，防止混入杂质和喷嘴堵塞及磨损，有异味混入成品的危险。
（3）操作控制较复杂，热回收困难，增加蒸汽消耗量，运转费用高。
第六节 套管式超高温瞬灭菌器
一、用途：主要用于鲜乳、果汁、饮料、冰激凌浆料、豆浆等液体食品的瞬时杀菌。
由于温度高时间短，不仅可以使细菌几乎全部杀灭，而且对物料的营养成分破坏也小。
二、组成：主要由灭菌室、高压泵、进料泵、预热装置、温度和压力自动控制系统等组成。
三、流程：（以牛奶为例）贮奶缸中的牛奶经进料泵加压后先进入第一道套管，预热到65℃左右后进入均质机均质，出来后再经过第二道套管，预热到90℃后进入灭菌室（高压桶）。灭菌室中通入有高温高压蒸汽，牛奶很快被加热到135℃，经过5秒中的保温，牛奶中所含的细菌立即被杀灭。随后，牛奶进入第二、第一道套管与冷物料进行热交换，冷物料被预热，热物料冷却，从出口排出。此时，若牛奶温度太低，则可以通入蒸汽加热到所需温度；若温度太高，则可通入冷却水进行冷却，后经过三通阀流至下一工段。如温度没有达到杀菌温度要求，则可进行回流，重新杀菌。
四、结构：
1、由数节同心圆套管用由任连接：一台套管式灭菌器是由数节同心圆套管组成，各节是彼此串联，用精磨的不锈钢活络接头（由任）连接，因此形成一条密闭的不锈钢通道。
2、管径：外管Φ32×3
内管Φ20×2
五、特点：
1、结构紧凑，占地面积小。
2、清洗简便，采用CIP化学洗涤剂清洗，不需拆卸机件。
3、使用安全，操作方便。
4、能连续生产。
5、灭菌时间极短，灭菌效果好，可获得优质产品。
6、应用范围广泛，适合于高粘度物料的灭菌。
7、由于有热回收段，蒸汽消耗量小。
六、设备的安装：
1、本设备安置在车间内平整的地坪上，无需设备基础。
2、设备安装时可调节4只支地脚螺栓，支脚必须与地坪接触。进料泵4只脚同样要求与地坪接触，泵轴必须校正水平，以防设备使用时发生振动。
3、所有与本设备连接的管道都应注意不使设备受任何外力的作用，特别是应消除热膨胀的影响。
4、进料泵必须保证电机转动方向的正确性，操作者面对叶轮，泵轴应作逆时针转动，安装好后可用手转动轴承是否灵活。
5、在蒸汽入口处，必须装有0.78Mpa（8kgf／cm2）的安全阀。
6、当使用高压均质机时，用户自接管道应作14.7Mpa（150Kgf／cm2）压力试验，不得渗漏。
7、循环贮槽放水竖管应与地沟接通，防止洗涤液腐蚀损坏车间地面。8、采用两台泵时的中间泵的接装位置按要求安装。
9、凡要发全突然停电的工厂，可在高温桶下的冷凝水出口管接上四通，
一端接疏水阀，一端接进水截止阀后连接自来水管；一端接放水截止阀。
七、设备的使用：
（一）使用前的检查：
1、检查安全阀、压力表是否损坏、失灵。
2、捡查设备中的管道是否畅通无阻。
3、检查旋转管是否已对准循环贮槽中的溢流管（槽中间的竖管）。
4、检查循环贮槽中是否装满了水。
（二）正常操作：
1、开启循环水槽上的清水阀门。
2、启动进料泵。
3、开启蒸汽阀门，观察压力表及温度计的数值，并进行调节。
4、关闭蒸汽阀门，当循环水槽中的水将放尽时，打开进料三通旋塞开 始进料。
5、当旋转管排出物料时，即转动旋转管，使物料流入循环水槽中，与
此同时，打开出料三通旋塞，开始排料。
6、观察灭菌温度，调节蒸汽阀，对于热敏性物料应逐步增加蒸汽压力，以防温度过高引起积垢和堵塞。
7、控制节流阀，正确地掌握所需的“背压”，保证物料在管内不断地流动，避免积垢和堵塞。“背压”的高低，取决于中热温度。
8、当工艺上需要提高出料温度时，可适当地开启蒸汽阀门。
（三）不正常操作：
1、如遇物料供应不上时，必须在必须在循环贮槽中注满清水，先将旋转管对准中间竖管，然后注意待最后的物料通过进料三通旋塞时，立即将此旋塞转换，使贮槽中的水代替物料流入，此时贮槽上的供水阀打开几分钟以保证恢复供料前清水在管内循环。待供上物料时，重新转入正常操作。
2、如果物料遇到较长时间的停顿，可按上述方法用水循环数分钟后，再将设备全部停止运行。
3、在正常生产时，应关闭进水、放水截止阀，冷凝水从疏水阀中排出。如发生突然停电，需迅速关闭蒸汽入口截止阀，开启放水截止阀，放净高温桶内的加热蒸汽，然后关闭。这时应立即开启进水截止阀，让自来水进入高温桶内。这样就有效地防止物料在盘管中由于受阻而继续加温的焦化积垢现象。
当来电时，关闭进水截止阀，开启放水截止阀，放净高温桶内的自来水，然后关闭，开启蒸汽入口截止阀恢复正常生产。
八、设备的清洗
该类型设备的机件不需拆卸，采用就地清洗（即CIP清洗），清洗的目的是清除热交换盘管壁面上的积垢物，改善热交换效果，提高设备能力。在一般情况下，连续使用6～8小时必须进行一次清洗，在特殊情况下，当发现生产能力显著降低时，应立即进行清洗。
1、影响管壁积垢的因素：
（1）物料的性质（成份、热敏性、酸度、空气含量等）。
（2）操作温度。
（3）使用时间。
2、CIP洗涤程序：
（1）水洗：当物料生产行将结束时，即用水清洗，以排除残余物料，同时也有利于下一步洗涤液的清洗。当设备中流出的水变清时，水洗即可停止。
（2）碱洗：在循环贮槽中将NaOH配制成2%浓度的碱性洗涤剂，加热至80℃，循环约30分钟。
碱液能溶解蛋白质、乳脂肪，并使积垢发泡松散。
（3）水洗：排除碱液后用水冲洗约15分钟。
（4）酸洗：将HNO3配制成2%浓度的酸性洗涤剂，加热至80℃，循环约30分钟。
（5）水洗：排除酸液后用水洗约15分钟，以防再生产时物料受残余酸液的污染。
冲洗完毕后，应将清水充满于设备中，直至下次操作。
3、洗涤注意事项：
（1）在洗涤过程中，切勿用氯化钠配制洗涤剂，任何氯化钠都会对不锈钢产生腐蚀作用，影响设备的使用寿命。
（2）清水含氯量要小于50mg/L。水质较差地区，洗涤时必须将水作净化处理。
九、维护及保养
1、定期检查疏水器及过滤器，防止冷凝水排除受阻。
2、经常检查安全阀、压力表及温度计是否失灵。
3、如发现进料泵轴封处渗漏严重应及时检修，或更换密封圈。
4、如与均质机同时使用，可选用高压泵配套，并按要求维护保养。
5、冬季停用期间，有受冻可能的地区，应把管道中的水放尽，或用1%的碱液充满管子。
6、应经常检查物料接头及旋塞密封性能是否良好，防止泄露产生，空气混入。如果物料中带有空气，将会加速物料在管壁上的积垢。
7、设备不用时，蒸汽排出阀应是开启的，以利于今后使用。
8、进料离心泵的电机轴承应一年清洗一次，并更换润滑油。用量不能过多，只要充满轴承壳一半即可。
9、进料泵不允许在无液体时空转。
第七节 预煮机械设备
一、用途：用于排除原料中的部分水分和部分空气，杀灭部分微生物，破坏部分氧化酶、原生质等，以保持原料的颜色，提高新鲜度，减少原料体积，提高真空度。
二、分类：
1、间歇式 预煮槽（已基本淘汰）
夹层锅：按深浅分：浅型、半深型、深型
按结构分：可倾式、固定式、带搅拌器式
2、连续式 螺旋式：水平
倾斜
链带式：刮板式
斗槽式
浅 型：下面为部分球面，上接园筒体
半深型：下面为半球面，上接园筒型
深 型：下面为椭球面，上接园筒体
固定式：物料从下面排出，多为深型，主要用于液体物料。
可倾式：通过锅体的倾倒出料，多用于固体物料。
带搅拌器式：多用于粘稠物料。
三、夹层锅：也称二重锅、双重斧，常用预热烫、预煮、调味料配制等。
1、结构：
（1）固定式：由锅体，进汽管，冷凝水排出管，排料管，锅盖等组成。蒸汽直接从半球锅体上进入夹层锅中，冷凝液排出口也不在最底部，（因最底部开有出料口），出料从下部阀门排出。
（2）可倾式：由锅体，填料盒，进汽管，冷凝水排出管，压力表，倾复装置，排出阀等组成。蒸汽从支架处填料盒进入夹层锅，冷凝液排出管从另一端填料盒进入夹层锅最底部，出料靠锅体倾斜。
倾复装置包括一对具有手轮的蜗轮蜗杆组成。
2、材料：不锈钢，外层可设保温层。
3、计算：包括生产能力计算、热量消耗计算、传热面积计算等。
（1）生产能力计算：可由下式算出
G=q/τ Kg/h
式中q—每次加料量 Kg
τ—操作一次的周期时间 h
（2）热量消耗计算：夹层锅的热量消耗
Q总=Q物料+Q水+Q机械+Q周围介质+Q蒸发+Q漏损
（3）传热面积计算：
加热面积 （米2）
若按半球计算 F=2πR2球 （米2） 则
（米）
加热面为局部球体时，F=2πR球h （米2）则
（米）
式中F—夹层锅加热面积 m2
Q--总传热量 J
K--传热系数 W/m2·0K
ΔT--蒸汽与物料平均温差 0K
τ--加热时间 s
R球--球体半径
四、链带式预煮机：
1、结构：
链带式预煮机主要由钢槽、链条、
链板、刮板或斗槽、压轮、蒸汽加热管、电动机、传动装置、进口管、出
口管、舱口、溢流管等组成。
（1）钢槽：是整个设备的主要外壳，用4毫米不锈钢板焊接而成。由于不锈钢焊接时容易变形，焊接时必须采取适当措施才能做到壳体平整。
（2）链条：起传动作用，常用套筒辊子链。
（3）链板：不锈钢制成，与链条组成链带，作为原料的输送装置。
（4）刮板或斗槽：在链带上装上斗槽即为斗槽式，装上刮板即为刮板式。刮板焊接在两根链条之间的链板上。为了增加刮板的强度，在其背面用不锈钢条作支撑。为了减少刮板运行中的阻力，在刮板上适当钻些小孔，小孔的直径以不能通过原料为合适。
（5）压轮：使链带从水平过渡到倾斜段出料，并能起到张紧链带的作用。由于压轮6受的弯曲(向上)应力特别大，因此压轮轴应有一定的强度，同时装置压轮的钢槽壁应用钢板加厚，压轮的法兰用埋头螺钉固紧在加厚的钢板上。
（刮板、链条、压轮全部在槽内，放都必须用不锈钢制造。）
（6）加热蒸汽管：对水进行加热。蒸汽管上开有吹汽小孔，小孔的总截面积应等于加热管的截面积。小孔的分配原则是靠近进料口多些而靠近出口处少些，这样可使刚进预煮机的温度低的物料迅速升高到预煮温度。为了不使蒸汽直接冲击物料，小孔应以两侧多些，朝上少些为宜。这样做还可加快槽内水的循环，使槽内水温比较一致。故吹汽小孔的分布是不均匀的。加热蒸汽压力要求大于4个大气压。
（7）电动机：动力来源。
（8）传动装置：传递动力，调节链带速度。
（9）进、出料口：进料和出料。
（10）舱口：是为了排水排污用的。槽底应有一定的倾斜，由高到低向舱口方向。舱口应设计在进料端为好，倘若物料在舱口附近受到污染后，还可以进一步在预煮过程中清洗和杀菌。舱口的盖必须密封，同时应方便打开和安全可靠。
（11）溢流管：溢流管是保持预煮机的水位稳定而设计的。
2、工作原理：物料从升送机送到料斗1中，落到具有刮板的链带上(或斗槽中)。钢槽中盛满水，水由蒸汽加热管4直接加热。由于链带的移动把物料从进料口送至卸料斗5卸料，在这过程中物料被加热预煮。预煮时间可通过调节链带速度来达到。
钢槽上面有盖子2，盖在钢槽边缘的水封槽内，以防蒸汽漏泄。
3、特点：
（1）能适应多种物料的预煮，原料在水中沉的、浮的或半浮半沉的，形状规则或不规则的都可使用。
（2）物料经预煮后的机械伤也很少。
（3）其缺点是清洗十分困难，占地面积也较大。同时，一旦链条在槽内卡死，检修很不方便。
（有些工厂把槽内下面那段链条改在槽外，可使槽体高度降低，节约不锈钢材。但因链带在槽外回转，容易把污染物带到槽内去。因此采取这种结构时，要特别搞好预煮机周围的卫生。）
五、螺旋式连续预煮机：
1、结构：
（1）壳体：用不锈钢焊接而成。
（2）筛网圆筒：在壳体内有筛筒，
筛筒浸没在水中，使物料也全部浸没在
热水中。
（3）螺旋：用不锈钢制成，推送物料前进。
（4）蒸汽加热管：蒸汽从蒸汽管通过电磁阀分几路从壳体底部进入预煮机中直接加热水。
（5）卸料机构：必须保证水位不
变的情况下把物料连续从预煮机中排
出，这种卸料机构称出料转斗，如图
所示。转斗上装有斗板，斗板数有6
个或12个，以12个为佳。因为斗板
多些时卸料就可均匀些。转斗与中心
轴相连，故其转数与螺旋转数相同。当物料到达转斗部位时，旋转的转斗把物料捞到斗板中，斗板转到最高位置时把物料全部倾出至下料斜槽11中去。而斗板再回转至水中捞起物料，如此周而复始，不断卸料。转斗的生产能力要稍大于螺旋的输送能力，才能保证物料不会积压在预煮机中。
2、工作原理：
从流送槽输送来的原料，进到贮存桶中，经斗式提升机输送到螺旋预煮机进料口中。落入料斗2中的物料进到筛筒里，由于螺旋旋转而把物料从进料口输送至出料转斗10中卸出到斜槽ll，然后流送到冷却槽去。物料在筛网圆筒5内受热而预煮。中心轴由电动机和变速装置1传动。
3、特点：目前，螺旋式连续预煮机在我国各罐头广用得较多。据资料介绍，蘑菇罐头产量较多的日本、荷兰、法国等国家，也多采用这种形式的预煮机。
（1）结构比较紧凑，和其它形式比较，在同等生产能力时，其外形尺寸比较小，因而占地面积小，提高了车间的利用率。
（2）整个机器只有螺旋是动的部分，而这部分的设计和制造都比较方便和成熟。由于动的部分很少和转速很低，故运行非常平稳。
（3）因部件损坏而停产修理的情况不多。同时实现全机自动控制比较容易。较先进的螺旋预煮机已实现了温度、酸度、加料、预煮时间和回水等的自控。
（4）（缺点）适应多品种生产的能力比链带式预煮机差。在进料部分由于原料上浮而使螺旋中的充填系数较低，一般只有50％左右。（而链带式的可达80～90％。）
（5）螺旋中心轴需用无缝不锈钢管制造，实践证明，若螺旋直径在600～800毫米，轴长4500～5000毫米之间时，需用管壁厚度6毫米、直径159毫米以上的不锈钢管，若厚10毫米时，则需直径120毫米以上，不然由于刚度不够，在运行过程中产生的挠度会使螺旋外圆碰到筛筒，影响正常运转，甚至使筛筒破坏。但直径大于120毫米以上的无缝不锈钢管较少，价格也较高。
第五章 真空蒸发设备
讲授本章的基本目的：
通过本章学习掌握蒸发的基本概念，包括蒸发的目的、蒸发与浓缩的区别、蒸发的方式、蒸发的必备条件、真空蒸发的特点等；掌握蒸发装置的选择、流程、几种蒸发器的特点、使用及常见故障的排除；掌握几种蒸发器辅助设备的工作原理及特点。
计划学时数：
7学时
重点内容：
蒸发的必备条件，真空蒸发的特点，蒸发装置的选择、流程，蒸发器的特点、使用及常见故障的排除，几种蒸发器辅助设备的工作原理及特点。
难点部分：
蒸发装置的选择、流程，蒸发器的特点、使用及常见故障的排除，水力喷射器的工作原理。
使用教具：
1、黑板。
2、投影仪。
3、多媒体幻灯。
作业：
什么是蒸发，制粉的过程是否一定要经过蒸发，蒸发必备的条件，真空蒸发的特点，蒸发设备的选择原则，几种蒸发器的特点，产生液沫的原因，捕集器的结构形式水力喷射器的工作原理。
第五章 真空蒸发设备
食品工厂生产的原料如果蔬汁液及牛奶等，一般含有大量的水分(约75～90%左右，乳中含水为87.5%)，而有营养价值的如果糖、蛋白质、有机酸、维生素、盐类、果胶等只占5～10％，而且都属于热敏感性很强的物质。蒸发过程中既要保存食品溶液原有的色、香、味，又要提高其浓度，便于贮存、运输，提高质量，降低干燥时的能耗，所以对蒸发设备的选择十分重要。
第一节 基本概念
一、蒸发过程的意义
1、蒸发的目的：溶液是由溶剂和溶质所组成，蒸发就是用加热的方法，使溶液中的部分溶剂汽化除去，以提高溶质的浓度，同时也为溶质的析出创造条件。蒸发的过程是使挥发性的溶剂与不挥发性的溶质分离的物理操作过程。
2、浓缩与蒸发的区别：
浓缩：不论采用何种方式，达到把溶剂和溶质分离，都可称为浓缩。（如过滤、冷冻浓缩、反渗透等）。
蒸发：用加热的方法，使溶剂汽化除去，叫蒸发。
3、制粉的过程是否一定要经过蒸发：
（1）理论上讲可以不经过蒸发。
（2）实际上则一定要经过蒸发。
①从质量上考虑，未经蒸发而直接喷雾干燥所得到的奶粉细而疏松，里面包含大量气泡，易受潮，脂肪易氧化。
②从经济上考虑：未经蒸发而直接喷雾干燥所得的奶粉，容重小，所需包装、运输费用大，尤其是干燥时消耗的蒸汽（能量）很大。
未经蒸发的奶粉容重为0.42～0.46g/ml
经过蒸发的奶粉容重为0.56～0.60g/ml
蒸发时的最大蒸汽消耗量为1.1～1.2kg/kg
喷雾干燥时的最小蒸汽消耗量为2～3kg/kg
二、蒸发方式：
1、自然蒸发：溶剂在低于沸点情况下的汽化。自然蒸发所产生的蒸汽压低，蒸发速率慢，汽化只在溶液表面进行。
2、沸腾蒸发：溶剂在沸点时的汽化。汽化过程中溶液呈沸腾状态，汽化不仅在表面进行，而是几乎在溶液中的各个部分同时进行，蒸发速率比自然蒸发快。
三、蒸发时必备的条件
1、热能不断供给。
2、二次蒸汽必须不断排除。
四、二次蒸汽的利用：
1、单效蒸发：加热蒸汽只利用一次，蒸发产生的二次蒸汽直接冷凝，不再利用。
2、多效蒸发：蒸发产生的二次蒸汽多次使用，即将蒸发产生的二次蒸汽通入另一沸点更低的蒸发设备作热源使用。
五、真空蒸发的特点：
1、降低沸点。如牛奶在常压下沸点为101.5℃，在真空度为625mmHg时，沸点仅为56.7℃，对热敏性物料来说可提高产品质量。
2、由于沸点降低，增加了温差，可增大蒸发能力，或减少蒸发时间，或减少传热面。（Δtm=T-t Q=KF·Δtm）
3、二次蒸汽可利用。
4、减少传热面结垢，减少辅助时间。
5、须增设抽真空系统。
第二节 分类、选择及要求
一、分类：
（一）、按蒸汽利用次数来分：
1、单效蒸发设备。
2、多效蒸发设备。
3、带热泵的蒸发设备。利用热能压缩机将二次蒸汽补充能量，提高温度后重新循环使用。
蒸汽消耗量分别为：
单效：1.1～1.2kg汽/kg水。
双效：0.475～0.57kg/kg
叁效：0.4kg/kg
肆效：0.3 kg/kg
伍效：0.2 kg/kg
带热泵：0.6～0.7 kg/kg
效数越多，节能越多，但设备越复杂，且每效间必须要有10℃左右的温差。
（二）、根据料液的流程分类：
1、循环式：物料多次经过加热面，包括自然循环和强制循环。
2、单程式：物料只经过一次加热面，对热敏性物料较好。
（三）、根据加热器的结构来分类：
1、盘管式。
2、中央循环管式。
3、循环升膜式。
4、降膜式。
5、片式。
6、刮板式。
7、胀流式。
8、其它形式。
二、选择与要求：
（一）、选择：食品溶液的性质是多种多样的，所以选择浓缩设备时，必须考虑溶液是否具有下列几种性质：
1、结垢性：有些溶液在加热浓缩时，会在加热面上生成垢层，从而增加热阻，降低传热系数，严重时使设备生产能力下降，甚至因此停产。垢层常用化学药品清洗，也有用机械方法剥除的，对垢层要定期清洗。所以，对容易生成垢层的料液，最好选取流速较大的强制循环型或升膜式浓缩设备。
2、结晶性：有些溶液在浓度增加时，会有晶粒析出，而且沉积于传热面上，从而影响传热效果，有的严重会堵塞加热管。对于这类料液，宜采用夹套带搅拌的浓缩器或强制循环浓缩器。
3、粘滞性：有些料液随浓度增加，粘度也随着增加，使流速降低，传热系数随之减少，生产能力下降。故对粘度较高的料液，不宜选用自然循环型，可选强制循环型、刮板式或降膜式薄膜浓缩器等。
4、热敏性：食品工业生产中，经常要考虑到产品的热敏性，如番茄酱在温度过高时，会使其色泽加深，从而降低产品质量。所以这类溶液应采用停留时间短、蒸发温度低的设备，一般运用各种薄膜式或真空度较高的浓缩器为好。
5、发泡性：有些溶液在浓缩过程中，会产生大量汽泡，这样泡沫易被二次蒸汽带定，一方面污染其它加热设备，另一方面增加产品的损耗，严重时会造成不能操作。这样在浓缩器的结构上，要考虑消除发泡可能性，同时要设法分离回收泡沫，一般采用强制循环型和长管薄膜浓缩器，以提高料液在管内流速增加。
6、腐蚀性：在食品料液中，有些是酸度较高的，同时考虑食品卫生法规要求，所以浓缩设备的材料，必须是能抵抗腐蚀的，通常使用不锈钢材料或者采用各种防腐涂层材料的钢材，加工制造。
（二）、要求：
1、传热效果好，热能利用率高，即传热系数高和有效温度差大。
2、结构紧凑、操作方便。
3、汽液分离效果好。
4、设备性能适应食品料液的性质，符合生产工艺要求和食品卫生。
5、易于制造、检修、清洗。
6、具有足够的机械强度，金属消耗量少，耐腐蚀。
第三节 流程
一、单效真空蒸发装置流程：
当物料进入蒸发器后，引入加热蒸汽，对物料进行加热，产生的二次蒸汽进入冷凝器冷凝,不凝性气体由真空装置抽走。
二、多效真空蒸发装置的流程：
1、并流法：溶液与蒸汽的流动方向相同。
料液 →Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ
蒸汽 →Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ
特点：（1）进料不用泵。（物料在各效间流动不用泵）
（2）从前效到后效，超沸点进料，物料自蒸发，可产生较多蒸汽。
（3）随着浓度增加，温度降低，粘度增加，影响传热效果。
2、逆流法：溶液与蒸汽的流向相反。
Ⅰ←Ⅱ←Ⅲ← 物料
蒸汽 →Ⅰ→Ⅱ→Ⅲ
特点：（1）随着物料浓度增加，温度增高，各效间粘度相差不大，有利于提高传热系数。
（2）物料在各效间流动须用泵输送。
（3）低于沸点进料，产生的二次蒸汽较少。
3、错流法：
既有并流法，又有逆流法，有优点、又有缺点。但操作较为复杂，实际上用的较少。
4、平流法：物料同时进入各效，完成蒸发后，从各效直接排出。
特点：由于这种方法各效间无物料流动，较适合有晶体析出的场合。
三、热泵蒸发流程：
热泵有热能压缩机和蒸汽喷射泵两种，其经济成度要看热能补充的多少。压力提高的多少而定。
第四节 几种蒸发器
一、盘管式蒸发器：（它是一种常用的单效蒸发装置）
1、组成：加热室、蒸发室、分离器、抽真空系统。
2、结构：
（1）加热室：指蒸发器的下半部分，高度占总高度的40%，内有加热盘管4～5盘，每盘1～3圈，每盘都有单独的进汽阀及汽水分离器，为减少物料循环时的阻力，加热管均加工为扁管。
（2）蒸发室：蒸发器的上半部分空间即
为蒸发室，它的容积应保证物料的沸腾、汽化，高度占总高度的60%，蒸发室外壁有视孔、照明、仪表、取样、人孔等装置。
（3）捕集器：位于蒸发器的上部，用于二次蒸汽与可能夹带的物料分离，保证二次蒸汽洁净，减少污染、损失。
（4）真空系统：保证蒸发器的真空度。（常用的有机械式和水力喷射器两种）
（5）整体上呈园柱形。
3、特点：
（1）结构简单，操作方便，传热系数高（可达1279.3瓦/米2开），传热面利用率高。
（2）可适用于粘度较高的物料。
（3）传热面较小，料液循环差，表面易结垢，生产能力有限，不能连续操作。
4、常见故障及产生原因：
（1）真空度低，蒸发温度高。
①水力喷射器喷嘴堵塞，严重影响抽真空。
②水泵扬程低，造成水压低。
③水力喷射器内各喷嘴喷出的水柱没有汇集于一点。
④连接部位不严密，漏气。
⑤喷嘴严重磨损。
⑥排水温度过高，影响抽真空效率。
⑦仪表失灵或表管集水、堵塞、漏气。
（2）蒸发量低，达不到能力。
①疏水器有问题，造成盘管内积水过多。
②真空度低，蒸发温度高。
③加热盘管严重结焦，传热效率下降。
④进料过多，温度低于蒸发温度。
⑤加热蒸汽压力过低。
⑥加热盘管泄露，冷凝水进入物料。
（3）蒸发突然停止。
①平衡槽内物料被抽空，空气进入蒸发器。
②水力喷射器水泵突然停止工作，抽真空中断。
③加热蒸汽中断，停止供热。
④进料量过多。
二、循环式升膜蒸发器：
1、组成：主要由加热器、分离器（蒸发
器）、循环管、逆流阀、水力喷射器、水箱等
组成。
2、加热器结构：有多根垂直加热管组成，
管长3～4m、直径30～50mm。
3、工作原理：物料（牛奶）自加热器的
底部进入管内，加热蒸汽在管间传热及冷凝，
将热量传给管内料液。料液被加热沸腾，便
迅速汽化，所产生的二次蒸汽及料液，在管内高速上升。（在常压下，管的出口处二次蒸汽速度一般为20～50米／秒，在减压真空状态下、可达100～160米／秒，）浓缩液被高速上升的二次蒸汽所带动，沿管内壁成膜状上升不断被加热蒸发。这样料液从加热器底部至管子顶部出口处，逐渐被浓缩，浓缩液并以较高速度进入蒸发分离室，在离心力作用下与二次蒸汽分离，二次蒸汽从分离室顶部排出，浓缩液一部分通过循环管，再进入加热器底部，继续浓缩，另一部分达到浓度的浓缩液，可从分离室底部排出。
4、操作注意事项：
（1）操作时，要很好控制进料量，如果进料量过多，加热蒸汽不足，则管的下部积液过多，会形成液柱上升而不能形成液膜。失去液膜蒸发的特点，使传热效果大大降低。如果进料过少，会发生管壁结焦现象。一般液面应在管长的1/5～1/4处。
（2）料液最好预热到接近沸点状态进入加热器，这样增加液膜在管内的比例，从而提高沸腾和传热系数。
5、特点：物料沿管壁成膜状流动，在流动过程中连续传热蒸发，物料受热时间短。当管长为8～9m时，可不需循环，当管长为3～4m时，需循环。
三、降膜式蒸发器：
1、组成：降膜分布器、加热器、分离器等组成。
2、结构：它的构造与升膜式的相似，主要区别
是料液由加热器体顶部加入，液体在重力作用下，
沿管内壁成液膜状向下流动，由于向下加速，克服
加速压头比升膜式小，沸点升高也小，加热蒸汽与
料液温差大，所以传热效果较好。汽液进入蒸发分
离室，进行分离，二次蒸汽由分离室顶部排出，浓
缩液则由底部排出。
3、分布器：其作用是使物料均匀分布于各加热
管，并沿管壁成膜状流动，常用的有以下几种：
（1）螺旋导流管：
（2）螺旋导流棒：
（3）齿缝分布器：
（4）分配板分布器：在加热
器上方设置两层多孔板，将孔眼
与管口错开，使物料溢流入管内
沿管壁流下。
4、特点：
（1）物料只通过一次加热面，无循环，受热时间短。
（2）二次蒸汽可以利用。
（3）可生产粘稠物料。
（4）清洗较困难，液膜难控制。
（5）安装时，重直度要求高。
第五节 蒸发器的辅助设备
辅助设备较多，主要包括捕集器，冷凝器，水力喷射器，蒸汽喷射器，热能压缩机，真空泵等。
一、捕集器（捕沫器、捕汁器）：
1、用途：一般安装在蒸发设备蒸发室的顶部或侧面，用于防止蒸发过程中形成的极细微液滴被上升的二次蒸汽带走，使汽液分离，减少损失和污染。
2、产生液沫的主要原因：
（1）由于蒸发过程是在低压下进行，溶液表面张力发生变化，易生成大量的泡沫。
（2）二次蒸汽的高速运动，使细微液滴随行上升，带到室外。
（3）物料超沸点进料，自身绝热膨胀蒸发，形成大量飞沫。
真空度越高，越易产生泡沫。
3、结构形式：类型较多，常用的有以下几种。
（1）惯性式：在二次蒸汽流经的通道上，设置若干挡板，使带有液滴的二次蒸汽在高速运动时，突然改变其运动方向。由于液滴质量大，惯性大，不易改变运动方向，而与挡板碰撞，动能减少，使速度下降，与二次蒸汽分离。
特点：阻力损失较大。
（2）离心式：二次蒸汽沿切线方向进入分离器时，将产生回旋运动，由于液滴质量（密度）大，在离心力的作用下，被甩至四壁，与器壁产生碰撞、摩擦，动能减少，速度下降，沿器壁流下回收。
特点：只有在蒸汽速度很大时操作性能才好，一般为12～30m/s，真空时可达60～70m/s，但阻力损失也较大（40～100mmHg）。
（3）表面式：二次蒸汽通过由多层金属网或者磁圈等所构成的捕集器，液滴被粘附在其表面，二次蒸汽自由通过。
特点：气流速度不要求很大，阻力损失小，一般只有几个毫米汞柱高，单不易清洗，食品工业应用较少。
比较：（1）、（2）两种压力损失较大，并要求二次蒸汽必须具备一定速度（12～30m/s），（3）压力损失较小，但不易清洗。
二、冷凝器：
1、用途：将二次蒸汽冷凝，并与不凝性气体分离，同时减轻抽真空系统的容积负荷。
在压强为140.4mmHg，温度为60℃时，饱和水蒸汽的比容为7673L/kg，而冷凝水的比容为1.017L/Kg。
2、分类：
（1）间接冷凝法：（水与蒸汽不直接接触）
（2）直接冷凝法：（水与蒸汽直接接触）
①干式高位逆流冷凝器。
②低位湿式冷凝器。
③喷射式冷凝器。
3、干式高位逆流冷凝器：
为钢板制成的园筒形容器，直径为400～2000mm，高度为1200～5000mm,内部有3～8块淋水板，板上可有孔，也可无孔。孔径为2～5mm,每块板的面积为冷凝器断面面积的60～75%。冷凝器一般架设于10～11mm的高度，二次蒸汽由下侧进入，向上通过隔板间隙时，与从冷凝器上部进入的冷却水逆流接触，直接冷凝。
三、水力喷射器：
1、结构：它由喷咀，吸气室，混合室，扩散室，
导向板等组成。喷咀直径大小与冷凝能力及水质有关，
一般为16～20mm, 有1～3圈，成同心园排列。喉部直
径大小与要求的真空度有关，在600～700mmHg时，喉
管截面积与喷咀出口总截面积之比为（3～4）:1。导
向板对水流起缓冲、导向、分配作用。
2、工作原理：离心泵将水压入喷咀后，由于喷咀
断面积小，水流将以15～30m/s的速度射入混合室及
扩散室，再进入排水管中。这样在喷咀出口处形式低
压区，不断的吸入二次蒸汽，因为二次蒸汽与冷却水间有温差，混合后产生热交换，二次蒸汽温度降低，被冷却为冷凝水，与不凝性气体随冷却水一同排出，完成二次蒸汽的冷凝及抽真空作用。
注意：操作结束时，应先破坏浓缩锅内的真空，然后再关闭水泵，避免冷水倒流。
3、工作机理：
（1）在任何自由高速射流中，从微观上看，都有旋动的小质团作不规则运动。
（2）这些小质团在运动中作横向位移，穿越射流边界层，而与周围静止环境中的质点（二次蒸汽）相接触。这时运动着的质点，把自己的“动量”传递给周围质点，使它也随着运动，我们称这些运动为谐振运动。从而使它归并入本射流中来，它的位置空出来，附近的二次蒸汽质点会渗透进来，补充该位置。因此，不断带走，不断补充，二次蒸汽不断被吸入。
（3）当水离开喷咀后，经一定距离，射流横截面沿中心线越往下，截面越大，二次蒸汽与水的接触面越来越大，摩擦力也越大。
（4）当水离开喷嘴后，已开始热交换。二次蒸汽被冷凝，冷却水温度升高。不凝性气体与射流归并，一直到喉管。
（5）射流速度沿中心线向下，越来越小，质量越来越大，即由动能转换为势能，开始压缩过程。
因此，冷却水温度对真空度影响很大。
4、特点：
（1）同时具有蒸汽冷凝及抽真空的作用。
（2）水力喷射器无机械运动部件，结构简单，造价低，运转可靠，正常运转费用低。
（3）不必安装很高的位置，可与二次蒸汽出口直接联接。
（4）不能获得较高真空度。
小结：本章共讲授了蒸发的基本概念（包括蒸发的目的、蒸发与浓缩的区别、蒸发的方式、蒸发的必备条件、真空蒸发的特点等）；蒸发装置的选择、流程、要求；几种蒸发器（盘管式、循环升膜式、降膜式）的特点、使用及常见故障的排除；及几种蒸发器辅助设备（捕汁器、冷凝器、水力喷射器）的工作原理及特点。
第六章 干燥设备
讲授本章的基本目的：
通过本章的教学，使学生掌握喷雾干燥的工作原理、特点；了解雾化器和喷雾干燥室的结构；掌握除尘器的工作原理、结构、特点、常见故障及原因；了解其它辅助设备的结构和特点。掌握微波干燥、冷冻（升华）干燥、沸腾干燥的原理、结构、特点、操作、维护及微波泄露的防护。
计划学时数：
12学时
重点内容：
1、喷雾干燥原理、特点；压力雾化和离心雾化的原理；干燥室结构。
2、袋滤器和旋风分离器的结构、工作原理、操作注意事项及影响旋风分离器分离效率的有关因素。
3、微波干燥原理、特点、防止炉门泄露的措施和操作注意事项。
4、冷冻干燥、沸腾干燥的原理、特点、操作条件。
难点部分：
1、干燥室结构。
2、袋滤器和旋风分离器的工作原理、操作注意事项及影响旋风分离器分离效率的有关因素。
3、微波干燥原理、影响微波干燥的有关因素、特点；冷冻干燥的原理、结构、操作；沸腾干燥的基本概念、结构。
使用教具：
1、黑板。2、投影仪。3、多媒体幻灯。
作业：
1、喷雾干燥原理、特点；热风分配室的结构。
2、进排风机风量、风压的确定。
3、袋滤器和旋风分离器的工作原理。影响旋风分离器分离效率的有关因素。
4、微波干燥、冷冻干燥的原理、特点、操作；微波泄露的防护措施。
5、什么是“流化”和沸腾干燥？沸腾干燥的特点是什么？
第六章 干燥设备
食品的干燥是为了减少体积和重量，便于成品的贮存和长途运输，同时，防止微生物在成品中的繁殖。但在干燥中，必须保存食品的维生素，蛋白质和其它营养成分。
目前，常用的干燥方法有：喷雾干燥，沸腾干燥，红外干燥，高频干燥，微波干燥和冷冻升华干燥等。前面数种是用高温短时的方法干燥，最后一种是采用在低温条件下进行干燥，因此，能长久地保存原料原有的风味和特色。
第一节 喷雾干燥设备
一、喷雾干燥原理：
通过机械的作用，将需干燥的物料，分散成很细的（10～200μm）像雾一样的微粒（以增大水分蒸发面积，加速干燥过程），与热空气（400～500℃，一般为100～150℃）接触后，在一瞬间（0.01～0.04s，一般为1～3s）将大部分水分除去，而使物料中的固体物质干燥成粉末。
如：奶粉，蛋粉，果汁粉，咖啡等。
二．喷雾干燥的特点：
1、优点：
（1）干燥速度快：雾化后，表面积增大，并与热空气直接接触。
（2）产品质量好：冲调时，速溶性、复原性好，并能保持食品原有的色、香、味，营养损失少。
（3）干燥后所得产品不需进一步磨碎，只需用振动筛将合并的粉块分离，简化工序。
（4）工艺条件调节方便，可根据需要进行调节。
（5）产品纯度高：干燥过程是在密闭状态下进行。
（6）生产效率高，可连续生产，自动化成度高。
2、缺点：
（1）设备比较复杂，体积庞大，一次性投资大（包括干燥设备、和粉尘回收设备）。
（2）热效率不高，能耗大：热效率不超过50％，耗汽量2～3kg汽/kg水，附属设备耗能也较高。
三、分类：
1、按雾化形式：压力喷雾，离心喷雾，气流喷雾。
2、按热风与被干燥颗粒之间运动方向：并流型，逆流型，混流型。
3、按干燥室结构形式：立式，卧式。
四、压力喷雾装置：
1、压力喷雾干燥原理：
主要是采用高压泵，以70～200大气压的压力，将浓缩后的浓溶液通过雾化器（喷枪），使之克服浓溶液的表面张力，而聚化成直径10～20μm的雾状微粒喷入干燥室，由于同热空气直接接触，进行热交换和水分传递，其表面水分迅速蒸发，在很短的时间内即被干燥成球状颗粒，沉降于室底。
2、压力喷雾器的结构：
喷雾器是喷雾的重要部件，也是保证成品质量，提高干燥效率的关键性部件，喷嘴的孔径通常为0.5～1.2mm，有的为1.2～1.5mm。理想的喷雾器应该能将物料稳定地喷成大小均匀的雾滴，并均匀一致的分散于干燥室有效部位，尽量不碰到干燥室内壁，还必须具备清洗容易、耐磨、耐腐蚀及符合卫生条件。
目前常用的有“M”型（Monarh）和“s”型（Spraging Sygtems）两种。
M型喷雾器主要由管接头，
螺母，分配板，喷嘴，喷头等
组成。喷嘴材料为不锈钢，碳
化钨，钨钢，或镶入人造红宝石喷头。喷嘴内有四条导沟组成的切向通道，其宽度和深度随流量的不同而异，四条导沟轴线垂直于喷头轴线，但不相交于喷头的轴线。分配板采用45号钢经淬火制成。这种形式适用于生产能力较大的干燥设备。
S型喷雾器主要由螺母，管接头，喷嘴，喷芯等组成。在喷芯上有两条导沟，导沟的轴线与水平面成一定角度，均用不锈钢材料制成。
五、离心雾化装置：
1、离心喷雾干燥原理：是利用在水平方向作高速旋转的园盘给予料液以离心力（5000～15000r/min，v=100～160m/s），使其以高速甩出，形成薄膜、细丝或液滴，同时又受到周围空气的摩擦、阻碍与撕裂等作用而形成雾滴。
物料在园盘上要受到园盘旋转而产生的切向速度与离心力作用而产生的径向速度的作用，结果以一合速度在园盘上运动，其运动轨迹呈螺旋形。颗粒大小不同，飞行距离也不同。由于液滴又受到重力作用，形成一个以转轴为中心对称的圆柱体。要获得大小均匀的液滴，以达到均匀干燥的目的，必须减少圆盘旋转时的震动。进入圆盘的液量稳定，圆盘表面平整光滑，圆周速度不小于60m/s。
2、离心喷雾器结构：
常用的离心喷雾器有碟式、碗式、僧帽式、沟槽式、叶板式、喷枪式等几种。
碟式、碗式、僧帽式：有较大的润湿
周边，使溶液形成扁平之薄膜，有利于雾
化，结构也简单。但表面平滑，溶液在转
盘内产生较大的滑动，喷雾速度不很高。
碟式加料时易发生液滴飞溅，碗式上的螺
钉易脱落，造成危险。
沟槽式：溶液能达到离心盘的转速，
但喷射出的溶液呈单独的细流，液膜较厚，
雾化不均匀，液滴分散度较小，成品颗粒
粗，若改小喷出孔则易堵塞。
喷枪式：较沟槽式有改进，但若要提
高处理量，则要增加喷枪数量，调节不方
便。
叶板式：有较好的润湿周边，滑动也
不大，溶液薄膜沿叶板的垂直面移动，在
不改变离心盘的直径情况下，增加叶板高度可提高生产率，但功率消耗较大（如水平放置的风机叶轮）。
六、喷雾干燥室：
1、热风分配室：热风进入干燥室之前，必须通过特殊结构的热风分配室。其目的是为了热空气能较均匀地分布，使其与喷嘴喷出的颗粒充分进行热交换，而且不产生涡流，避免或尽量减少产生焦粉的现象，使热空气进口与喷雾位置尽可能靠近。
（1）压力喷雾干燥热风分配室：
①均风板：热风通过均风板后使干燥室内气流形式真线流或螺旋状（增加热风与雾滴的接触时间）的气流。
②锥形气流调节装置：使气流垂直进入干燥塔不带旋转运动，使雾滴卷扬粘附在热风进口管的可能性减少。
（2）离心喷雾干燥热风分配器：常用的为切线型，由热风盘，锥形支座，导板，空气分散器，冷却风圈，细粉回收器，离心机，均风板等组成。
2、干燥室尺寸及喷咀位置：
（1）干燥室截面积确定：
可通过干燥室的废气量及干燥室内截面允许的风速来计算：
m2
式中：F--干燥室的截面积 m2
v1、v2--分别为加热室空气和废气的比容 m3/Kg
L--干燥空气每小时消耗量 Kg/h
UCP--干燥室内截面允许的风速，一般控制在0.2～0.5m/s以内。
（2）喷嘴位置：由于在喷雾干燥时，各喷嘴之间要互不干扰，而且在颗粒干燥前不与室壁接触，因此，喷嘴之间及喷嘴与干燥室壁间要有一定的距离。一般喷嘴之间轴线距离要求在1米左右，与干燥室底部距离（卧式）应不少于1.2～1.5米，与干燥室顶部及两边室壁相距以1米为宜。同时，还可以由此计算出干燥室的截面积F，若将其代入上式，还可校验风速UCP，若UCP在0.2～0.5m/s之内为合适，若相距太大则必须重新排列喷嘴位置，直至风速UCP符合要求为止。
（3）喷嘴数量：
①首先根据生产经验选择直径：
若为多喷头，喷嘴直径为0.7～1 mm，
若为单喷头，喷嘴直径为1.5～3 mm。
②求出单个喷嘴截面积：
F=（π/4）D2 m2
③求出单个喷嘴体积流量：
m3/s
式中：K--流量系数，对于多喷头K=0.6～0.8
对于单喷头K=0.24～0.3
P--压力，
ρ--密度。
④根据物料平衡计算：已知干燥室每小时应喷雾的总数量G，则喷咀数
n=G/G1
（4）干燥室有效容积及其他尺寸确定：
①干燥室有效容积：
干燥室有效容积决定于水分蒸发能力与容积干燥强度，而容积干燥强度又与热空气进入时的温度有关。
V=W/q m3
式中：V--干燥室有效容积 m3
W--喷雾干燥时水分蒸发量 Kg/h
q--干燥室容积干燥强度 Kg/m3h
容积干燥强度是经验数值，它决定于：
A、喷雾的分散度；
B、喷雾干燥的温度条件；
C、干燥室内部气流流动情况；
D、被干燥物料的分子结构。
进风温度越高，干燥强度越大。在奶粉生产中，进风温度为160℃时，qmax=9 Kg/m3h。
②干燥室高度或长度：
A、对压力式：
Ⅰ、卧式：l=V/F m
式中：l--干燥室长度 m，
V--干燥室容积 m3，
F--干燥室截面积 m2。
Ⅱ、塔式：H1=截面风速×停留时间=0.5×15=7.5 m
通常停留时间为10～20秒，一般取15秒，而H1取8米。
H2≈D
圆锥的夹角α<60°，使产品不易堵塞。
B、离心式：H1=（1/2）D～D
H2=D
而D=2.25s，
式中：s--离心喷雾液滴射程或喷距。
3、卧式干燥室：只适用于压力喷雾干燥，有平底、尖底两种结构形式。一般采用钢结构，内衬不锈钢，外层可用不锈钢，也可用其它材料，中间为保温材料，室顶有照明灯，两侧有窥视镜和门，底部有出粉装置。为了便于制造、运输和安装，一般均做成可拼式，安装时角铁边框用螺栓连接，内壁接缝焊接并抛光。由于平底出粉不便，还需做结构较复杂的保温防潮层，渐已淘汰。
4、塔式干燥室：既可用于压力喷雾干燥也可用于离心喷雾干燥。一般全用金属结构，塔壁为不锈钢板，内设保温层，塔身有照明灯、视孔、门、空气振荡器等。塔底又有锥底、平底、斜底三种形式。塔体常分三段制造，现场组合焊接。
第二节 喷雾干燥的辅助设备
进行喷雾干燥时，除喷雾器和干燥室外，还需空气干燥器，空气过滤器，空气加热器，进、排风机，电锤（空气振荡器），出料阀、粉尘分离装置等辅助设备。
一、空气过滤器、加热器、进排风机：
1、空气过滤器：
（1）结构：空气过滤器主要由柜架和滤层组成，滤层包括油浸式滤层和过滤纸等几种。
①油浸式滤层：由不锈钢丝、铜丝、尼龙纤维或中孔泡沫等压成边长50×50cm，厚5～12cm的方块，浸没于轻质定子油中。要求油无味，无臭，无毒，挥发性低，化学稳定性高等。滤层须定期清洗。
②滤纸：由两层金属网，中间夹一层过滤纸，插入框架。
（2）滤层面积确定：
A= L/ m m2
式中A--过滤面积m2
L--通过滤层的空气量m2/h
m--过滤强度，即滤层的单位面积负荷，单位为m3/ m2 ·h，一般m=4000～8000m3/m2 ·h （一般要求风速小于2米/秒，空气过滤器阻力不超过15～20毫米水柱）。
2、空气加热器
（1）用途：将从加热室外引进的空气加热至130～160℃，作为干燥介质，以便对其它物料加热干燥。
（2）热源：蒸汽、油、电、煤气、煤碳等。
（3）结构：
①由许多散热排管组成，管外套以增加散热效果的散热片。
②材料：铜管，钢管。
③空气方向：垂直于加热管，从散热片深处穿过。
④进汽端高于排汽端。
3、进、排风机的选型：
从风量，风压，进风方向，风管直径几方面考虑。
（1）风量：
①进风量应比计算值大10～20％
②排风量应比计算值大15～30％
③排风量应大于进风量。
（2）风压：风压可由流体的阻力进行计算，通常：
①进风机风压=空气过滤器阻力+空气加热器阻力+风管内阻力=120～160mmHg
②排风机风压=干燥室阻力+除尘器阻力+风管阻力+维持室内负压=180～240mmHg
（3）进风方向：左进风，右进风。
（4）风管直径：
m
式中：D--进、排风管直径 m
V--热空气或废气量 m3/s
v--进、排风管内风速 m/s
一般v进=6～10 m/s v排=5～8 m/s
二、除尘器：
喷雾干燥时，当塔内的平均风速大于0.5m/s时，将有40%的细粉被废气带走，从经济、卫生、污染、安全等各方面考虑，必须要有除尘器。常用的有袋滤器，旋风分离器及湿式除尘器。选择时应根据不同操作条件，卸料方法、物料颗粒大小、湿度、分散性、成品价值和理化特性等合理选用。通常采用旋风分离器再经过袋滤器二级净化回收，或先进入旋风分离器再经过湿法洗净器二级净化。
1、袋滤器：
（1）结构：袋滤器由多只园筒形布袋组成，布袋均为白色棉织品或涤纶品制成，直径140mm左右，长为150～200cm。
（2）工作原理：当废气中的细粉遇到滤布时，相互碰撞使粉尘沉降，同时，沉降在滤布纤维孔隙间和表面的粉尘，对后通过的气流所夹带的粉尘起过滤作用。当颗粒极细时（<0.1μm），主要受气体分子热运动所支配，颗粒会向纤维表面扩散，互相碰撞后沉降，产生浓度梯度。
（3）特点：结构简单，操作方便，除粉率高，可达99％以上，在较低速度下可达100%。
（4）注意事项：
①当滤布表面的粉尘层太厚时，会造成气流阻力过大，所以每隔一段时间要用机械振动或压缩空气反吹法进行清扫。为保证连续工作，可把布袋分成两组隔开，分别交换使用，每周更换清洗一次。
②袋滤器一般适用于气流温度在60～100℃的场合，通过的气流温度必须高于露点。
（5）过滤面积：
A=V/q （m2）
式中：A--袋滤器面积（m2），
V--通过气体流量 （m3/h），
q--滤布上单位负荷（m3/m2·h），即过滤强度。
2、旋风分离器：
（1）工作原理：当干燥塔排出的废气夹带着粉尘进入旋风分离器后，形成一种回旋运动。粉末因受离心力的作用撒向分离器内壁，并与器壁撞击而失去速度，然后在重力的作用下沿分离器内壁落下，从出料口排出。净化后的气流，则从旋风分离器上部的中央排气管排出。
（2）结构：大多数旋风分离器是由一个外园柱筒，一个内园柱筒，以及底部有出口的园锥筒所组成。
气流进口有切线型、渐开线型和蜗壳型等。切线型结构简单，制造容易，但压力损失大；渐开线型、蜗壳型，制造麻烦一些，但分离效率比切线型好，压力损失小些。
3、扩散式旋风分离器：
（1）结构：由进口管，园筒体，倒锥体，反射罩，排气管，受尘斗等组成。
（2）工作原理：废气夹带着粉尘进入园筒体后，形成一种回旋运动。粉尘在离心力作用下，撒向分离器内壁，并与器壁撞击、摩擦，速度降低；气流继续向下旋转进入倒锥体后，直径逐渐增大，速度逐渐降低。最后，沿倒锥体底部与反射罩的缝隙进入受尘斗，废气则在靠近中心部位旋转，遇到反射罩后反射回来，从排气管排出；物料进入受尘斗后速度更低，粉尘与夹带的气流分离沉降下来；气流到达底部后反射回来，自下而上旋转上升，未分离尽的少量粉尘遇到反射罩后发生碰撞，失去速度而逐渐沉降；气流经反射罩中心孔从排气管排出。
扩散式旋风分离器分离效率较高。
4、影响旋风分离器分离效率的有关因素：
（1）粉的颗粒直径：d↑→效率↑，d<5μm时，严重影响效率。
（2）气流速度：v↑→效率↑→阻力↑。压力损失与气流速度平方成正比，一般气流速度应10m/s<v<25m/s，否则速度过小既降低分离效率，又会使粉末在进入管口堆积，速度过大则压力损失大大提高。通常切线型为15～20m/s，蜗壳型为10～20m/s。
（3）气密性：系统在低压下操作，漏气时严重影响效率。
（4）尺寸：不同形式的旋风分离器，各部分尺寸比例不同，常见的高度比直径大。当H/D≤2时为低型旋风分离器，当H/D>2时为高型旋风分离器。其中h1/h2>1时称圆柱型分离器，h1/h2≤1时为圆柱型分离器。一般高型旋风分离器的分离率高与低型的，因高型器身高，停留时间长；圆锥型优与圆柱型。中央排气管口低于进口，但也不宜过低；锥底夹角α=18°～20°。
（5）优良的旋风分离器应具备的特点：
①分离效率高，（提高产品得率，减少损耗）
②分离器内壁应光滑，减少流体阻力，粉末不易粘壁。
③若车间温度太底，分离器应有保温措施。
④尽可能减少数量。
⑤易拆装，清洗方便，密闭性好。
⑥卸粉装置简单。
（6）有关注意事项：
①当生产粘性物料时，为防止出口积粉，影响效率，应设置刮板出粉装置。
②进出口应设置清理手孔，定期排除积物。
③在并联使用时，处理风量应为多只总和，压力损耗以一只分离器压力损耗计算。当串联使用时，处理风量以一只计算，而压力损耗以多只之和。
④旋风分离器底部的集料斗，必须有足够的容积，以免料斗集满粉时，由于底部废气反转，使降落的细粉再卷扬带走，影响效果。
（7）常见故障及产生原因：
①原料处理量未达原设计要求，且产品水分含量又高。
A、检查进、排风机的风量和风压，如果数值小就有问题。如正常，再查风机安装时传动皮带是否松动而影响转速，达不到原送风量。
B、检查空气加热器加热面是否过小，加热蒸汽压力是否低。如正常，可能是空气加热器冷凝水的疏水器太小或被堵塞，造成冷凝水不能及时排走，影响传热。或加热器本身漏蒸汽。
C、雾化器雾化均匀性差，可能喷嘴磨损。
D、热风分配装置送风不均匀。
E、排风温度过低，产品水分高。
F、因季节变化，空气中湿含量增加。
G、空气过滤器、布袋过滤器长时间未清洗更换，阻力增加影响进、排风量。
H、设计时容积干燥强度选择过低，不合理。
②产生焦粉的现象。
A、热风分配器送风不均匀，干燥室内产生涡流，分被吸入送风口，遇上高温空气出现焦粉。
B、干燥室及滤粉器未清扫干净，长期受热。
C、未按规程操作，排风温度过高。
③产品溶解指数低。
A、焦粉混入产品。
B、未清扫干净的粉尘长时间受热，蛋白质变性，混入成品中。
C、浓奶浓度过高，操作时排风温度也过高。
D、奶的酸度、杂质度过高，产品质量低。
④出粉时发生困难。
A、粉的含水量高，结块。（含糖奶粉更严重）
B、空气震荡器或电锤安装位置不合理，出粉集中，在出口处造成“搭桥”现象。
C、出粉装置设计或制造有问题。
⑤干燥室真空度低。
A、布袋过滤器积粉多，阻力大，排风量下降，影响真空度。
B、风机选择不合理。
C、风机在使用过程中保养不够，传动皮带松动，影响转速，使排风量下降。
D、干燥室内或送风管道严重漏气。
三、其它辅助设备：
1、空气干燥器（减湿器）：进入冷却沸腾床的冷却空气除了必须降温外，还应除湿，防止干粉“回潮”。减湿器壳腔内装有管道，壳腔直接与空气过滤器连接，进来的新鲜空气在壳腔内与通入冷水或盐水的换热管道进行热交换，使空气冷到露点以下，使所含湿气凝结。减湿器所需进入的新鲜空气量要根据沸腾式冷却床中单位时间内所需冷却的乳粉中的热含量进行计算，然后再根据进入减湿器的新鲜空气量计算空气过滤器的过滤面积和减湿器内的热交换面积。
2、出粉装置：包括鼓
形阀，涡旋气封阀，螺旋
出料器，手动等。
Ⅰ、鼓形阀：
它又称旋转阀、星形阀、锁气排料阀，它用来从有压差的设备中将粉状物料连续排出，又达到锁气的作用。在喷雾系统中常见于锥形塔底成品物料的排料和旋风分离器物料出口的排料，风送系统的供料，以及贮料仓，集粉桶的排料。
A、鼓形阀的特点：
(1)能达到连续排料和供料，基本上能定量供料，调节转速能改变供料量。对于粒状物料在排料或供料中不易破碎。
(2)适用于高温物料的排料或供料，因具有一定气密性，更适于有压差设备排料。
(3)设备结构简单，运转维修方便。
B、鼓形阀的型式与结构
有各种型式，但原理相同，只是按特殊需要在某些结构上采取措施。如图所示为喷雾干燥设备中常见的几种型式。
(1)普通式
如图中(1)外壳和叶轮全用钢板焊接，经机械加工后制成，两端用滑动或滚动轴承支撑(因转速不高)，而轴承座与侧盖做成一体。为了保证气密性，减小转子与外壳间隙，其动配合间隙小于0．05毫米。
(2)防卡舌板式
如图中(2)。基本与(1)相似，为了防止物料结块在入口处卡住，故在入口处装一防卡舌板，用螺旋固定，能拆卸，便于修正舌板形状。
(3)防漏括板式
如图中(3)。在叶轮每片叶片端部装有聚四氟乙烯板或橡胶板，由于聚四氟乙烯摩擦系数小，橡胶则具有弹性，故在正常工作时，叶轮与外壳保持擦动状态，气密性好，适宜用于两端压差大的场合。
(4)连续供料式
如图中(4)。适宜用于严格要求供料场合。
(5)密封外壳式
如图中(5)。叶轮支承在上下可活动的轴承上，叶轮对密封外壳上部是擦动旋转的，因此，即是叶片磨损也不会增加漏气量，因结构复杂，只用于气密性要求高的场合。
(6)空气放散式
如图中(6)。在外壳上装有空气旁通管，将通过鼓形阀上冒的空气放散，因此即使有一部分气上冒，也不会妨碍物料下落，故容易下料。
Ⅱ、涡旋气封阀
其作用与旋转阀一样，为了保证旋风分离器和
塔锥底的产品连续排出，它的形状与旋风分离器圆
柱部分十分相似，不同之处是将圆筒底部密封，增
加一个切线方向空气排出口。
工作原理：如图所示。当空气以切线方向进入
和离开圆筒阀体时，筒之中心即形成旋转涡流，产
生真空，当阀体内的真空度与旋风分离器或干燥塔
内的真空度一致时，产品即落入阀内，并和空气一
起离开，这种阀由于结构简单，制造方便，非常适
用于产品风力输送场合。只要进风的速度调节恰当，使用是可靠的。如图所示为喷雾干燥塔与主旋风分离器出口处各装一个涡旋气封阀的设备系统示意图，由于空气要与产品物料接触混合，必须先进行过滤，鼓风机可装在阀前面也可装在旋风分离器后。
3、震荡器：包括电锤和空气震荡器，用来敲击器壁，防止粘粉、挂壁、堵口等。
空气震荡器：它是利用压缩空气来推动
柱塞产生敲击和震荡，作用力的大小根据柱
塞直径大小和压缩空气的压力大小决定。空
气震荡器安装在喷雾室外壁加强板上，也可
安装在集粉箱或旋风分离器上使用，一般用
来敲落壁上的粘粉，防止排料口的堵塞，结构如图6—28所示。
它是由压盖l垫板2柱塞3壳体4组成，柱塞用45号钢制成，表面经热处理后硬度为HRC50—55。柱塞上和壳体上在一定位置有排气孔，当通入压缩空气时，柱塞即发生上、下运动，敲击垫板和壳体底板。为了防止垫板变形磨损，发现效果不良时可更换。
空气震荡器所使用的压力以不大于6大气压，也不小于3大气压为宜，柱塞φ40毫米以下的，其耗气量每只不大于0．3米3／分，如选用0．6／7的空压机，可同时开动两只震荡器。可自动和手控，新的结构全用自动，由主令开关控制电磁阀来操纵。震荡器连续工作时间为4秒钟，两只间隔时间为6秒。
第三节 微波干燥装置
一、微波干燥原理及特点：
1、微波在电场中的位置：
从图中的电磁波谱中可见，
微波是指频率在300兆赫～300
千兆赫，介于无线电波和光波
之间的超高频电磁波，因此具
有两者的性质和特点。一般微
波所包括的范围无明确界线，它有米波，分米波，厘米波和毫米波四个波段，即波长为l米＞λ＞1毫米的电磁波。因其频率很高，所以在某些场合称微波为超高频。从下面公式可知波长(λ)、周期(T)和频率(ν)关系：
λ＝VT (6—23)
式中 V--电磁波在空中传播速度为一常数＝3×108米／秒
故 λ∝T 而 T＝1/ν
式中 υ--电磁波频率（兆赫）
所以 λ∝1/ν
说明频率越高，波长越短的道理所在。各种电磁波辐射的区别，只是波长不同而已。
2、微波干燥原理：
微波加热干燥，同属于介质加热干燥，干燥介质是由分子组成，一个分子是中性的，但在分子中有正离子和负离子。例如水分子是由两个带正电荷的氢离子和一个带负电荷的氧离子所组成，因离子不是对称的分布，故水分子具有极性，当遇到有外电场时，分子即有沿着外电场方向取向排列的趋势，外电场变换方向，水分子亦会旋转1800而重新和电场取向排列，因电场不断变换，分子迅速转动。如把直流电换成50赫的工业用电，则带电分子同样以每秒50次进行方向的改变，作快速摆动。由于分子原有的热运动和相邻分子间的相互作用，使分子随外电场变化而摆动的规则运动受到干扰和阻碍，产生了类似摩擦的效应，结果是一部分能量转化为分子杂乱热运动的能量，以热的形式表现出来，这样水的温度也随着升高，推而广之其它介质也相同。
3、微波所用的波段及单位：
微波所用频率单位为兆赫(每秒100万赫为l兆赫)，目前用于工业，科研和医疗上(简称ISM)有四个波段。
其中只有915兆赫(波长0.328米)和2450兆赫(波长0.1225米)两种频率得到广泛使用，在较高的两个波段(C、K)还未见有大功率的设备，这是由于微波管的功率、效率、成本尚未达到工业使用要求。
4、微波与各种材料的关系：
在微波常用材料可分为导体、绝缘体、介质、磁性化合物几类。微波在传输过程中遇到不同的材料，会产生反射、吸收和穿透现象，这情况完全取决于材料本身的几个特性，如介电常数、介电损耗系数、比热、形状和含水量的多少等。
(1)导体
像铜、银、铝之类的金属它们能够反射微波，因此利用该特性来传播和反射微波能量，在微波系统中常用的传输装置--波导管，就是矩形或圆形的金属管，一般由铝或黄铜制成。
(2)绝缘体
它可以穿透并部分反射微波，吸收微波功能较小，利用其特性，在微波系统中，根据不同的情况使用玻璃、陶瓷云母、聚四氟乙烯、聚丙烯之类的绝缘体。如连续干燥操作中，常用的输送带就是涂聚四氟乙烯。
(3)介质
它的性能介于金属和绝缘体之间，对微波而言，它具有吸收、穿透和反射的性能，在微波加热和干燥作业中，被处理的物料通常是不同程度地吸收微波能量的介质。这类物质称为有耗介质，特别是含水和含有脂肪的物料，它们不同程度地吸收微波能量，并把它转变为热量。
(4)磁性化合物
其性能非常像介质材料，也反射、吸收和穿透微波。由于微波能量具有能对介质材料、磁性材料产生影响的电场和磁场，因此也是容易用微波处理的材料。
5、影响微波干燥的有关因素：
对于一定的干燥介质，其吸收的功率由下式计算
N'=νE2εtanδ×10-10 (瓦／厘米3) （6-24）
式中 N’--单位体积物料吸收的功率(瓦／厘米3)
ν--微波的频率(赫)
ε--物料的介质常数
tanδ--介质损耗系数
E--电场强度(伏／厘米)
可见对一定的干燥介质(ε和tanδ一定)，吸收功率和频率及电场强度平方成正比，为了提高吸收功率的能力，可以提高电场强度或增加工作频率，但是电场强度的提高有局限性，因为电场强度过高，电极间将会出现击穿现象，而提高频率υ到微波波段在300兆赫～300千兆赫之间的超高频电磁波时，则可很好的解决这一放电击穿问题。当频率固定时，电场强度E也一定，此时吸收功率的大小完全决定于ε和tanδ，K＝ε×tanδ，称介质损耗因素，在微波干燥中，就是因为水的K值比其它介质的K值大，吸收功率大，水分容易被干燥蒸发掉。某些介质随温度的升高，其介质损耗因素反而下降，出现自动平衡，使加热干燥均匀，水分先蒸发掉，同时也避免了过热现象。
6、微波干燥特点：
普通干燥法，如火焰、热风、蒸汽、电加热等，被加热干燥物料表面吸收热量后，通过传导，再渗透到内部，属外部加热干燥法，而微波加热干燥法如前所述，是因电磁波深入到物体内部，把物料本身作为发热体，若频率与电压选择适当，则能使物体内、外部都能大体上均匀加热干燥，故称为内部加热干燥法。微波加热的特点大致和广义的高频介质加热的特点相同外，再加上频率更高，从而有它的各种特点：
(1)加热、干燥时间比较短：
外部加热法要使物料中心温度升高，必须有较长时间，还须有一个温度梯度，其值越大，传热越快，可是因表面受热大，易形成硬壳，反而使传热效果差，使中心温度升高需要更长时间。微波加热干燥属内部加热干燥法，不靠热的传导，中心温度升温快，甚至只需常规法的1／10～1／100时间，并能达到均匀加热和干燥，便于连续加工，设备占地面积少。但对某些物料因升温快，易引起开裂，因此，对不同产品必须通过试验，控制其干燥时间。由于快速的把电能转变为热能，故单位时间内耗电量大，同时由于微波加热速度快、时间短，所以总体上还是可以节约电能55～77%。因此必须根据实际需要和可能来探讨所需经费及最终产品质量标准再作出结论。
(2)对比较复杂形状的物体加热均匀性好：
相对外部加热法而言，因微波加热干燥是内部加热法，不管形状复杂，含水量不等，加热均匀性会好一些，但也有局限性，可同时采用热风来降低放热作用，至于对加工大块物体时，或是使用较小电力，延长加热时间，或是间断供应电力，充分利用物质本身的热传导作用，都有一定效果。
(3)有调平作用：
物体干燥时对微波的吸收功率，当ν和E一定后，主要决定于介质损耗因素εtanδ，不同的干燥介质εtanδ值也就不同，如水比干物质的εtanδ值大，吸收能量多，水分蒸发得快，因此微波能力不会集中于干燥的物体，从而避免了干燥中的过热现象称之为调平作用，这种有选择性加热，亦有利于微波加热。
（4）便于控制：
利用微波加热，无升温过程，开机数分钟就可正常运转，如停机，只需切断电源，物料加热情况立即无惰性地停止，不存在“余热”现象，便于实现自动控制，可以与计算机、电话、电视机等组成自动化流水线，自动控制开机、调温、停机。
(5)穿透能力强：
微波可对绝大多数的非金属材料穿透到相当的深度，因此对加热干燥的物料表里一致。电磁波穿透到介质中去，部分能量被消耗，并转换为热能，其场强将按一定规律衰减，当微波能量减少到原来最大值的1/e2≈13.6％时，离表面的距离为穿透深度D。
（米）
式中 D--穿透深度 (米)
λ--自由空间波长 (米)
ε--物质的介电常数
可见穿透深度D与波长λ在同一数量级，故除较大物体外，一般用微波都能达到均匀加热的目的，对一般物体而言：≈l，所以D≈λ。说明波长λ值大的，穿透深度D值大，如2450兆赫，其能量比915兆赫大，但因前者波长短，后者波长长，故915兆赫的穿透深度比2450兆赫大。对选用什么频率作为微波加热干燥的工作频率，必须考虑此道理。更高频率的波段，虽然可加大介质的吸收功率，但由于波长很短，穿透深度很小，所以单纯追求提高频率没有什么实际意义。
(6)热效率高
由于微波干燥时，物体本身作为发热体，因此设备本身可以不辐射热量，避免了环境的高温，改善了工人劳动条件。如用60周的交流电转换成热能的效率，一般超过50％，再用高效微波发生管，其效能还可提高，加热效率一般在80％左右，热效率高、物料受热时间短，产品质量好，能保持产品原来色、香、味，维生素破坏少，适用于食品加热干燥和包装食品的加热杀菌。
（7）它的主要缺点是设备费贵，耗电量高，如装置不妥，尚有漏波危险。
二、微波加热器：
1、组成：微波干燥设备主要由微波电
源、微波发生器、连接波导、加热器及冷
却系统等几个部分组成，在微波干燥系统
中，微波加热器是主要设备之一，其它还有如磁控管、功率监视器、匹配器等。
2、分类：微波加热器的型式，根据物料的种类、形状、大小、含水量、加热干燥要求及微波场作用形式等，可分为下列数种设备：
（1）电极板间加热干燥设备：结构简单，容易操作，但蒸发水易从上面往下滴，引起打火放电，造成食品焦化，设备易损坏。
（2）箱式微波炉加热干燥设备：适用于家用或小规模间歇生产，操作一次，停止后，取出产品。但也能改装，在底的两侧下方打开，形成小通道，数台设备串联而成，用输送带输送，可连续大量生产。但要注意进出口微波漏泄的危险。
（3）波导管加热干燥设备：用900弯曲波导管连接，适用于薄状物料加热干燥。它可与其它加热干燥法同时并用：如用热风或蒸汽加热干燥法，先除去大量水分，在干燥后期再用微波加热干燥法。
3、微波炉：
(1)结构：
它的外形似箱，故也称箱
式加热器或称微波炉(亦称微
波箱)，它是利用驻波场的微波
加热干燥设备，它的结构由矩
形谐振腔，输入波导、反射板、
搅拌器等组成，如图6-42所示。谐振腔是由金属构成矩形的中空六面体，其中一面装有反射板和搅拌器，还有一面装有支承加热物料的低损耗介质组成的底板，在其它面上(箱壁上)开有炉门和排湿孔，如果用于连续生产的加热干燥设备，则在对应的两侧底边还开有长方形孔(通道)，以便传送带和加工物品连续运行由此通过。
(2)炉门：
微波炉的炉门结构有特殊要求，其主要作用为观察、取、放干燥物料，或内部检修。
①设计要求：
A、当炉门关闭后，在正常生产情况下，微波能的泄漏要求在安全范围内。
B、必须便于观察，容易取放物料和维修。
目前该类设备最易漏波，应特别引起注意。
②防止炉门泄漏的措施：
A、炉门和炉框具有良好的接触。在金属机构上具有因炉前板和门的金属接触而使电波向炉内反射的效果，具体的办法有在炉前板和门之间通过
板弹簧和在门后板让它持有弹性等方法，当然弹簧片的安装可以有多种形式，只要能在长期工作中，仍能保持良好的金属接触，若考虑到耐久性，还是后者较好。还有一种设计称为三层密封垫的结构，如图6--43和图6--44所示。图6--45为门后板和炉前板之间隙g1与电波泄漏大小情况，间隙g1越小，漏泄电波也越小，因此门后板和炉前板的平坦性是很重要的。图6--46为门后板和炉前板所接触的长度L对漏泄电波的大小情况。当L在0--30毫米范围内，L越大，漏波越少。L长度是要从门及炉整体大小及腔体的正面的宽度而决定，如从使用方便考虑，炉门有需要放宽不宜使L太大。故L应从既要防止漏波又要从使用方便来选择最佳的尺寸。
B、扼流结构：由于门和炉门框之间，长期开闭磨损产生金属接触不良，形成门和门框之间间隙g1加大。造成漏波，故在门和框之间再设置扼流结构，进一步抑制微波能的泄漏。如图6--47所示。在图(1)中，在一个法兰上把1／4λ长的沟拆弯成2个，当与另一平面接合时，沟内就像图(2)所示的那样起驻波，离开短路点A1／4λ的法兰连接点B的电流为零；就是有些间隙，驻波不会有变化，微波能量不会从短路点C向沟内流进，因此可以防止从点B的间隙漏波。再把加热器当波导管，图6--44上的点T2，T3，T4与图6--47中A、B、C相对应着，即T4处微波能量不会从T3处漏泄出来，
这样就能防止漏波，保证电气设备上的密封。扼流结构中，W与d的尺寸决定较麻烦，目前也只能从实验中求得，有人认为d＝30毫米左右为最适宜尺寸，同时要考虑到扼流结构基本特性，以及门的厚度等原因，W就要比d小一些，另外象门的厚度等问题也受到设计方面的限制。
C、电波吸收材料：它是用耐高温的硅橡胶，氯丁橡胶等作为胶粘剂，再混入能大量吸收微波的纯粒铁等磁粉或石墨而成，嵌在门框里，位于漏波路线的平行位置。故此，使g2减小，本身的效果决定材料的性质，混入量及嵌入厚度而不同，若其它条件一定，则其吸收度与厚度成正比，纯粒铁材料的吸收性能比石墨为好，采用电波吸收材料的目的，是进一步减少微波漏泄出来，保证安全操作。
(3)排湿孔：
在微波炉里，物料蒸发出来的水分必须立即排除，故在加热器一侧开有一定数量直径为3毫米的小孔，外接排气管道，用排风机引走，否则会影响干燥效率，甚至会引起主加热器发烫发生打火现象，最后甚至会损坏磁控管。
三、微波加热器频率选择的有关因素：
1、干燥物料的体积及厚度：
当了解到物料在915兆赫及2450兆赫时的εtanδ相差不大时，选用915兆赫可有较大穿透深度，可以干燥较厚、体积较大的物料。
2、物料的含水量及介质损耗：
一般说来，物料含水量大，tanδ也大，当ν大，tanδ也大，故含大量水分的物料可选用915兆赫，含水分量少要用高频率2450兆赫。牛肉是例外情况，其当ν高，温度高，εtanδ值反而减低，所以选择前对物料测量，视εtanδ值变化情况再决定。
3、总产量及成本比较：
915兆赫的磁控管，可以获得30千瓦或60千瓦的功率。而2450兆赫磁控管只有5千瓦左右的功率，而915兆赫磁控管工作效率比2450兆赫高10～20％，故2450兆赫只能用几只磁控管并联，或用价格昂贵的速调管，故在含大量水分时用915兆赫，当含水量到5％左右再用2450兆赫。
4、2450兆赫磁控管及波导比915兆赫体积小。
四、加热器型式选择有关因素：
1、物料体积大或形状复杂，可用微波炉，若连续生产，可外加输送带。
2、小批生产、实验室、食堂、家用可选微波炉。
3、薄片如饼干、快速面等，可选开槽波导加热器。
4、和其它方法并用。因微波加热耗电高；先用热空气除去大部分水分后，再用微波干燥。
五、操作注意事项：
1、开始工作时，参照连续波磁控管出厂说明书使用，并注意设备内高压可达10千伏，必须严格遵守安全操作制度。使用时，不得开门，检修时必须切断电源，除专职修理人员外，一律不准乱动，以免危险。
2、磁控管的冷却水管，要安装牢固，不得漏水，保持设备干燥，防高温击穿损坏元件。
3、用适当器材隔开微波操作区，以防漏波，也防尘埃造成阴极和阳极短路击坏元件。
4、需装电压稳定器，当进线电压不稳定时，会使输出电流突然升高，无法控制，增加硅堆负荷，会打坏硅堆，烧坏三相保险丝，一台电源箱跳闸，会引起数台电源箱跳闸。
5、操作前，必须对加热器进行测量，电压驻波比必须小于3，否则，反射回去易烧坏磁控管。
6、加热器不允许空载运行，有负载后，方可开启磁控管。
7、虽然已采取防漏波措施，但仍可能漏波，必须有漏波监视及功率测量仪。
六、微波加热干燥计算：
1、加热物料所耗用的功率：
N1=⊿T·C·W/τ （千瓦）
式中 N1--耗用的微波功率 (千瓦)
⊿T--物料的温升 (开)
C--物料的比热 (千焦／公斤开) C水＝4.187千焦／公斤开
W--物料的质量 (公斤)
τ--微波的作用时间 （秒）
2、物料干燥所耗用的微波功率：
N2=（⊿T·C·W+rw，）/τ (千瓦)
式中 N2--物料干燥耗用的功率 (千瓦)
r--汽化潜热 r水＝2261 (千焦／公斤)
w，--每小时蒸发掉的液体质量 (公斤)
3、电源总功率估算：
由于一部分能量为加热器本身消耗和反射，设吸收效率η1＝50～80％左右，磁控管转换效率η2＝52％，故
（千瓦）
4、微波加热所需功率计算：
（千瓦）
式中 M--物料质量 (公斤)
C--物料比热 (千焦／公斤开)
T--物料温度 (开)
t--物料加热时间 (秒)
5、电场强度：
只能估算，当阻抗377欧则功率为N(瓦)，波导窄面尺寸为b（厘米）。
(伏／厘米)
6、物料温升计算：
（开/分）
式中 ρ--物料的密度 (克／厘米3)
七、微波对人体伤害及防护措施：
1、微波对人体的伤害：
微波作用于生物体，大部分转化为分子动能，形成温度升高，伤害生物体，统称热效应。有一定深度，在表皮处，因散热快，但在皮下深度肌肉，散热慢，升温高。当表皮尚不知疼痛，深处却已严重伤害，尤其是人的眼球部位和睾丸部位，易被伤害。
2、防护措施：
(1)设备本身设计和安装问题：如扼流结构的门、抑制器、吸收器、1/4波长的短路等。采取封闭性屏蔽，或遥控操作。
(2)采用防护用具：
A、防护眼镜，形式多种，有铜丝网、铅玻璃、涂有二氧化锡的玻璃等。其中以铜丝网式防护镜效果较好，铜丝网的丝径为0.07～0.14毫米，网眼数量560～186孔／厘米2。
B、防护工作服，将电介绝缘材料作最外层，防止出现电弧现象和防腐，中间层为0.457毫米，线间隙为1毫米的涂银尼龙线编织成的“尼龙布”，有良好反射作用，穿此服可进入200毫瓦／厘米2高场区。
(3)制定切实可行的安全操作规章制度：
制定按期维修制度，工作区设置警戒标记，禁止一般人员进入。采用微波指示器和警报器，漏波至危险时可及时发出警报，对初次使用微波设备的人，应经过必要的训练和熟悉的过程，并要掌握一定的微波知识与安全操作规程。
第四节 冷冻（升华）干燥装置
一、冷冻干燥的概念：
将含水物料先行冻结，然后使物料中的水分在高真空下不经液相直接从固相化为水汽排出，称冷冻升华干燥法，也称升华干燥法。
二、冷冻（升华）干燥原理：
从理论上已知水有三个相--液相、气相
和固相，图6--57为水的三相图，O点为三相
点，OA是冰的融解线。根据压力减小，沸点下
降的原理，由图中可见，当压力降低到4.85毫
米汞柱时，温度在0℃以下，物料中的水分即可
从冰不经过液相而直接升华成水汽。但这是对纯水而言，如为一般食品，其中含有的水，基本上是一种溶液，冰点较纯水要低，因此选择升华的温度在-5℃～-20℃左右，相应的压力在1毫米汞往左右。
三、升华干燥的特点及其在食品工业中应用：
1．升华干燥的特点：
（1）由于在低温下操作，能最大限度地保存食品的色、香、味，如蔬菜的天然色素可保持不变，各种芳香物质的损失可减少到最低限度。升华干燥对保存含蛋白质食品要比冷冻的好，因为冷冻要降低食品的持水性。
（2）因低温操作，对热敏感性物质特别适合，能保存食品中的各种营养成分，尤其对维生素C，能保存90％以上。在真空和低温下操作，微生物的生长和酶的作用受到抑制。
（3）升华干制品重量轻、体积小、贮藏时占地面积少、运输方便，各种升华干燥的蔬菜经压块，重量减少十几倍，体积缩小几十倍。若以冷藏食品重量为100％，则罐头为110％，升华干制品为5％。包装费用方面，比罐头低得多，在贮藏费用方面比冷藏低得多。同时，在贮藏和运输过程中，损失率也较少。
（4）复水快，食用方便。因为被干燥物料含有的水分是在结冰状态下直接蒸发的，故在干燥过程中，水汽不带动可溶性物质移向物料表面，不会在物料表面沉积盐类，即在物料表面不会形成硬质薄皮，亦不存在因中心水分移向物料表面时对细胞或纤维产生可察的张力，不会使物料干燥后因收缩引起变形，故极易吸水恢复原状。
（5）因在真空下操作，氧气极少，因此一些易氧化的物质(如油脂类)得到了保护。
（6）冷冻升华干燥法，能排除95～99％以上的水分，产品能长期保存而不变质。
2、升华干燥法在食品工业中的应用：
产品适合特殊场合使用，如地质勘探，边疆海岛等地区。品种有肉类、蔬菜、汤粉、饮料等。但价格比热烘、喷雾产品贵一倍到几倍。
四、升华干燥设备结构：
1、箱式升华干燥设备的组成：
（1）按冷冻干燥系统可分为制冷系统、自控系统、加热系统和控制系统等。
（2）按结构分别由冷冻干燥箱、冷凝器、冷冻机、真空泵、各种阀门和控制元件及仪表等组成。现分别叙述如下，如图6--58所示。
2、冷冻干燥箱：
可制冷到-40℃或更低温度，又能加热到+50℃左右，能被抽成真空。一般在箱内做成数层搁板，箱内通过一个装有真空阀门的管道与冷凝器相连，排出的水汽由该管道往冷凝器。箱上开有几个观察孔，还装有测量真空和冷冻干燥结束时温度、搁板温度、产品温度等电线引入头等。
3、冷凝器：
是一个真空密封的容器，内有很大的金属管路表面，被制冷到-40～-80℃的低温，冷凝从箱内排出的大量水蒸汽，降低箱内水蒸汽压力，有除霜装置和排出阀，热空气吹入装置等，用来排出内部冰霜并吹干内部。
4、真空泵及真空测量仪表：
由冷冻干燥箱、冷凝器、真空阀门和管道，真空泵和真空仪表构成冷冻干燥设备的真空系统，要求密封性能好。真空泵采用旋片式或滑阀式油封机械泵，亦可与机械增压泵或油增压泵联用。真空测量仪表可采用旋转式水银压缩真空计或电阻和热偶真空计。
5、制冷系统：
由冷冻机组与冷冻干燥箱、冷凝器内部的管道等组成制冷系统，冷冻机可以是互相独立的二套，即一套制冷冷冻干燥箱，一套制冷冷凝器，也可合用一套冷冻机。制冷法有直接法和间接法两种，直接法把制冷剂直接通入冷冻干燥箱或冷凝器。冷冻机可根据所需要的不同低温，采用单级压缩、双级压缩或者复叠式制冷机。制冷压缩机可采用氨压缩机或氟里昂压缩机。
6、加热系统：
加热系统的作用是加热冷冻干燥箱内的搁板，促使产品升华。可分直接和间接加热法，直接法利用电直接在箱内加热；间接法利用电或其它热源加热传热介质，再将其通入搁板。
7、控制系统：
各种开关、安全装置，以及一些自动化元件和仪表组成，一般自动化程度较高的冷冻干燥设备，其控制系统较为复杂。
五、操作过程：
1、首先要预冻，再抽真空。物料内部因含有大量水分，若先抽真空，使溶解在水中的气体，因外界压力降低很快溢出形成气泡跑掉，呈“沸腾”状。水分蒸发成蒸汽而吸收自身热量结成冰，冰再汽化，则产品发泡气鼓，内部有较多气孔。一般预冻到-30℃左右，不同的物料其共熔点也不同，它是冻结成固体的温度，要求预冻温度低于共熔点5℃左右。若温度达不到要求则冻结不彻底，其缺点如上所述。预冻时间约2小时左右，因每块搁板温度有不同，需给予充分时间，从低于共熔点温度算起。预冻速度控制在每分钟1～4℃，过高过低对产品不利，不同的产品预冻速度由试验决定。这个过程为降温、降速过程。
2、升华过程。预冻后接着抽真空，进入第二阶段，温度几乎不变，排除冻结水分，是恒速过程。由冰直接汽化也需要吸收热量，此时开始给予加热，保持温度在接近而又低于共熔点温度。若不给予热量，物料本身温度下降，则干燥速度下降，延长时间，产品水分不合格。若加热太多或过量，则物料本身温度上升，超过共熔点，局部熔化，体积缩小，起泡。1克冰在1×10-1毫米汞柱时产生9500升水汽，体积大，用普通机械泵来排除是不可能的，而用蒸汽喷射泵需高压蒸汽和多级串联，对中小企业不合算，故采用冷凝器，用其冷却的表面来凝结水蒸汽使成冰霜，保持在-40℃或更低，冷凝器中蒸汽压降低在某一水平上，干燥箱内蒸汽压高，形成压差，故大量水汽不断进入冷凝器。
3、第三阶段为加热，剩余水分蒸发阶段。冻结水分已全蒸发，产品已定型，加热速度可加快，开始蒸发没有冻结的水分，干燥速度下降，水分不断排除，温度逐渐升高，一般不超过40℃，要求温度到30～35℃后停留2～3小时，才能结束，破坏真空，取出成品，在大气压下对冷凝器进行加热，熔化冰霜成水排除。
六、圆柱型升华干燥设备：
适合大型企业生产，原理与上述相同，过程也一致，仅设备类型不同。
1、预冻：最好与抽真空分开处理，冻后再放入真空室进行升华。预冻型式如下：
（1）颗粒状物料，最好用流动床冷冻设备。
（2）块状物料，如鱼、肉、蔬菜等在冻前切块成均匀薄片，采用一般通风冷冻机。
（3）液体物料，使冰晶生长方向垂直于干燥面，使传热与水汽的流动均沿结晶方向进行，因此采用平板冻结机为好。
2、真空室：即升华干燥设备的升华室。老式的用长方形，需用较厚钢板制成，才能承受一大气压的外压，目前多采用圆柱形的，缺点是空间利用率不高，故有的将冷凝器放在里面。从形式上分，有圆柱形桶体固定和可移动的二种，比较多的是一端可移动，亦有二端可移动的，这样就便于物料的装入和卸出，也便于管理和清洁工作。
从使用情况可分为间歇式和连续式。连续式需要在物料进出口处有平衡室，如生产过程中发现问题时不易处理。间歇式也有缺点，因干燥前期抽去80％水分，后半期抽20％，在后半周期内升华量显著减少，而真空度提高。综上所述，从结构、强度和操作各方面考虑，还是采用圆柱形间歇式为好。
3、加热部分：有几种不同方法，如用物料和加热面直接接触，或辐射的方法等，辐射热较接触法设备简单，其加热板是固定的，无需复杂的液压机械设备，只需在固定的加热面上涂上粗糙黑色涂料。热源有热水强制循环的，亦有用油加热的，也有的采用混合式喷射加热器代替列管式热交换器，并用水泵作动力。
4、抽真空：真空泵必须使室内降至0.5毫米汞柱以下，同时不断抽去漏入空气及升华时产生的大量水汽，目前真空设备及其组合有三种：
第一种：是用罗茨泵，经二级增压后再通入冷凝器再用机械泵排不凝气体。该形式设备投资大，耗电多，难以配套，在后级泵内易进水，影响真空，很少采用。
第二种：为低温冷凝器(-5℃)将水蒸汽冷凝成冰霜，再用机械泵抽不凝气体。总的耗电大，投资费用大，若电源充足的条件下，尚能选用。
第三种：为多级蒸汽喷射泵串联，抽除大部分升华排出的可凝性气体，由前级增压后用冷凝器冷凝，后面几级以排除空气为主。通常需要4～5级的蒸汽喷射泵。为了起步快，在一级冷凝器处专门有一级或二级帮助启动， 每级真空度分配如下表。
蒸汽喷射泵有很多优点：结构简单、无机械动力、检修方便、不易发生故障、材料要求不高。缺点是蒸汽和水耗量大，并要求蒸汽压力稳定。蒸汽耗量与抽气量表如下：
七、发展方向：
升华干燥虽有不少优点，但因操作费用昂贵，一次投资大。为了提高经济效果，降低工业成本，可从下述诸方面考虑。
1、降低能量消耗，寻找新能源如太阳能，具有关键性的意义。
2、降低制造成本，节约材料，减少占地面积，节约投资费用。
3、其次制造更大型自动化水平更高连续生产设备，提高产量减低操作费用，降低生产成本。
4、改变加热方式，提高单位面积蒸发量，以及能源的综合利用。
5、加工品种的选择，要求是稀少而名贵的原料，产品质量具有独特的优点，和其它干燥方法相比，在同产品中，具有竞争性，如：
（1）高贵的蔬菜，如蘑菇等。
（2）速溶饮料，如咖啡、茶、蜂乳晶等。
（3）各种营养汤粉。
（4）各种方便食品。
第五节 沸腾干燥装置
一、沸腾干燥的基本概念：
1、流化：“流化”是指固体颗粒被流体吹起呈悬浮状态，粒子可以相互分离，作上下、左右、前后运动，这种状态我们称作“流化”，或流态化，流动化或沸腾状态（即沸腾）。
2、沸腾干燥：是指干燥介质使固体颗粒在沸腾状态下进行干燥的过程。
3、沸腾干燥过程：如图6--59
所示，在一个容器内放入一定量
固体颗粒，在容器的底部是用金
属制的多孔板或称分布板，从容
器下面经过分布板通入干燥介质
(热空气或减湿后冷空气)，再通
过颗粒层后，向外排出废气，在
容器的侧壁安一个U形管测压计，
这样是最简单流化床。干燥介质
(气流)流过流化床时的流速（“空
床流速”）ω=流体容积流量VS/床
横截面积A (米／秒)，阻力为流
体通过床层的压力降⊿P。流体自上而下通过床层流速的不同，出现三种情况，
（1）固定床阶段：
流体通入容器内速度比较低时，固体颗粒不发生运动。床层高度h0不变，称为静止高度，在一定范围内压力降⊿P随流速的增加而增大。如将相应的数据标绘在对数坐标图上，则得一直线，如图6--60上AB段，当气流速度增到某一值时，此时压降大致等于单位面积(床层横断面)上床层的实际重量(其值等于颗粒重量减去流体对颗粒的浮力)，颗粒开始松动，h0略有增高，床层空隙率(ε=颗粒间空隙体积/床层总体积)也略有增加，但整体并无显著的运动。这时的床层称固定床。ε随颗粒形状大小排列而变化。
（2）流化床阶段：
把通入的气流速度增加，颗粒被吹起悬浮在气流中作自由运动，床高也上升。再提高流速，床层压力降仍不变。因为空隙率也增加，故床层中的实际流速不变。流体压力降只是消耗在对抗固体颗粒的重量，托起颗粒不让床高下落，说明床层的压力降与流速增大无关，大致呈一定值，等于单位面积床层的实际重量。这时的床层称流化床或沸腾床，床高称沸腾高度，它和开始流化时高度之比称膨胀比。因为此时颗粒呈沸腾状故具有某些流体的特性。
（3）输送阶段：
再提高气流速度到某一定值时，床层高度大于容器高度，固体颗粒开始吹出容器，颗粒散满整个容器，颗粒界面消失，颗粒减少，空隙率增加，床层压力降减少。再提高气流速度到极限速度时，颗粒全部分散，流化层消失。工业上利用此方式作气流输送。
二、沸腾干燥的适用范围：
沸腾干燥一般适用于30微米～6毫米颗粒状物料，或结团现象不严重的场合，故常用于气流或喷雾干燥后的物料作进一步干燥之用，如生产奶粉用的喷雾干燥设备和流化床冷却设备等。对溶液或悬浮液的液体物料的干燥和造粒也很合适。沸腾干燥设备的热容量系数很大，可达2300～7000瓦／米2，生产能力可在小至几公斤／时，大到数百吨／时范围内变动，物料停留时间可任意调整，尤其对含水要求很低的产品特别合适。
三、沸腾干燥的特点：
1、优点：
（1）物料与干燥介质接触面积大，搅拌激烈，表面更新机会多，热容量大，传热效果好，设备生产能力高，可实现小设备大生产。
（2）干燥速度大，停留时间短，故最适宜于某些热敏性物料干燥。
（3）床内纵向返混激烈，温度分布均匀，对物料表面水分可使用比较高的热风温度。
（4）同一设备，既可用于间歇生产，又能用于连续生产。
（5）干燥停留时间，可以按需要进行调整，对产品含水量有变化或原料含水量有波动的情况更适宜。
（6）设备简单，投资费用低廉，操作维修简单。
2、缺点：
（1）对被干燥物料的颗粒度有一定的限制，一般要求不小于30微米，不大于4～6毫米为合适。当几种不同物料混在一起干燥时，各种物料的密度应当接近。
（2）在物料的湿含量高而且易结团的场合不适。
（3）物料易结块易粘壁或使设备堵塞。
（4）因纵向沸腾，对单级连续式沸腾干燥器，物料停留时间可能不均匀，发生未经干燥的物料随着产品一起排出床层。
四、设备适用范围和有关参数的选择：
1、固体颗粒大小：
要求＞30微米，如太小，会产生沟流现象即局部并不流化，在颗粒间形成通道（称沟流），干燥效率下降。湿度越大，沟流现象越严重。如颗粒＞6毫米时，则要求气流速度高，经济效果不合算。
2、物料含水率：
要求粉状原料含水量在2～5％，颗粒物料含水量在10～15％时，使用沸腾干燥是合适的。因流化性能不一致也没有严格规定。若停留时间选择适当，产品含水可达0.03％。
3、气体的温度：
高温干燥介质可提高热的利用率，但保证温度控制在使产品安全以内。
4、流化速度与截面积：
应当在开始流化时的速度即临界速度Umf和最大流化速度即气流输送前的速度称极限速度Ut之间进行选择，此时沸腾床的空隙率ε必须是0.4＜ε＜1。
当确定了流化速度后，可由气体流量来确定床层面积A，如对单层干燥器，则
（米）
式中 v0，，--气体在温度t2及湿度x2时比容 (米3/公斤干空气)
L--干气体流量 [公斤(干空气)／时]
U—操作流化速度 （米/秒）
如沸腾床为圆柱形，则由A来确定直径。若为长方形，通常设备宽度不超过2米，长度因为受到热风均匀分布条件限止一般取2.5～2.7米以下。若各层按横向布置，则各层面积应根据各层中的气耗量分别计算。
5、沸腾床层高度：
一般只能由经验确定，分离层高度h1也无可靠计算方法，有人提出h1≈h，若为了进一步降低气流速度，可在上面再设一扩大段，取h2＝D2，D2=2D1
6、多孔板的开孔率及其它数据：
如孔径太大，引起气流分布不均匀，开孔率太小，阻力损失太大，故一般开孔比可取20％，孔径可取5～20毫米，多孔板的压力损失为10～l00毫米水柱。对多段流动层，其段间隔取300毫米为宜。卧式连续多室流动层，隔板为4块，分成5个小室，隔板与孔板间隔为30～60毫米。
五、沸腾干燥器的结构与型式：
1、沸腾干燥设备的分类：
（1）按被干燥物料来分：粒状物料，膏状物科，悬浮液和溶液等具有流动性的物料，设备本身差别不大，主要区别在加料器的不同。
（2）按操作条件分：
①连续操作--进出料均连续，干燥条件固定不变，干燥过程在稳定状态下进行。
优点是热效率高，生产能力大，适合于大生产，缺点是产品湿度不易均匀。
②间歇操作--小批量生产，产品湿度要求均匀，使干燥过程按最佳的条件进行。缺点是热效率低，劳动强度大，操作时间长。
（3）按设备结构和形式来分：单层或多层沸腾干燥器，卧式多室沸腾干燥器，喷动床干燥器，振动沸腾干燥器和脉冲沸腾干燥器等。
2、粒状物料的沸腾干燥器：
（1）单层沸腾干燥器：结构简单，操作方便，生产能力大，应用最广泛，其流程和主要设备如
图6--62所示。一般床层
高度为300～400毫米，根
据干燥介质不同，生产强
度可达每平方米分布板从
物料中脱水500～1000公
斤／时，比空气消耗量为3～12公斤／公斤水，适用于较易干燥或干燥强度要求不严格的粒状物料，对于一些粒度分布较广并有一定粘性难以流化的物料，可装搅拌器。
（2）多层沸腾干燥器：物料有规则的自上而下移动，故停留时间分布均匀，物料的干燥程度均匀，易于控制产品质量。热利用率高，适宜物料降速干燥或产品要求含水量很低的物料。
根据结构不同又可分为溢流管式和穿流板式。前者用的场合多，结构如图6--63所示。溢流管的设计和操作是关键，否则易造成堵塞或气体穿
孔，从而造成下料不稳定，破坏沸腾床。
一般溢流管下面均装有调节装置，其结构主要有两种：
A、一种为菱形堵头如图6--64(1)所示。上下位置可调节，用来改变下料孔的自由截面积，达到控制下料量，但需人工调节。
B、另一种结构为铰链活门式如图6--64(2)所示。可自动开大或关小活门，但需注意活门轧死或失灵。该型式结构太复杂，设计和操作不易掌握。
C、穿流板式沸腾干燥器结构简单，无溢流管，物料直接通过筛板孔由上到下流动，如图6--65所示。气体同时通过筛
板孔由下向上运动，在每块板上形成沸腾床。
此种方式操作控制要求严格，筛板孔径应比
物料粒径大5～30倍，一般孔径为10～20毫米，
开孔率为30～45％，气体通过筛板孔Umf和物料颗
粒带出速度Ut之比值，其下限为1.1～1.2，上限
为2，粒径在0.5～5毫米。生产能力高，一般每平
方米床层截面可达1000～10000公斤／时。
（3）卧式多室沸腾干燥器：结构简单，操作
方便，适合难干燥和热敏感性物料的干燥，现已推广到粉状、片状等物料，如图6--66所示。为一矩形箱式沸腾床，底部为多孔筛板，开孔率一般为
4～13％，孔径为1.5～2.0毫米。上方有竖向挡板，将床分成8个小室，每块板可上下移动调节板间距，每小室下部有一进气支管，支管上有调节气体流量的阀门，主要干燥由造粒机制成4～14目散粒状物料，初湿量在10～30％，产品终湿量在0.02～0.3％。缺点是热效率不及多层式高，在l、2两室易结块。
（4）喷动床干燥器：适用于粗颗粒和易粘结的物料，及流化性能差，不易在一般沸腾床中进行干燥的物料，结构如图6--67所示。底部为圆锥形，上部为圆筒形，气体以高速由锥底进入，夹带一部分颗粒向上运动，形成中央通道，在床顶部颗粒象喷泉一样从中央喷出，向四周散落，然后沿周围向下移动，至锥底又被气流夹带而上，如此循环，产品干燥达要求后经放料阀4放出，然后再进行下一批生产。缺点是间歇生产。
（5）振动沸腾干燥器：适用不易流化的物料(如颗粒太粗或太细易粘成成块)，以及对产品质量有特殊要求的物料(如保持完整晶体，晶体闪光
度好等)，其结构如图6--68所示。它由分配段，沸腾段和筛选段三部分组成，在它的下面都有热空气。物料从加料装置进到分配段，由于平板振动，
使物料均匀地加到沸腾段去，干燥后离开沸腾段进入筛选段，筛选段分别安装了不同网目的筛子，将细粉和大块去掉，中间即为合格成品。
（6）脉冲沸腾干燥器：同样适用不易流化和有特殊要求的物料，其结构如图6--69所示。围绕干燥室底部装有几根热风进口管，在每根管上又装有快动阀门，它们按一定频率和次序开和关，当气体突然引进时，在进口处产生一脉冲，此脉冲很快在粒子间传递。随着气体的进入，在短时间内形成一剧烈的沸腾状态，使物料和气体间进行强烈的传热传质。此沸腾状态在床内扩散和向上运动。当气体很快关闭后，沸腾状态在同一方向逐步消失，物料回复到固定状态，随后再重复此循环。快动阀门开启时间与床层厚度和物料性能有关，一般为0.08～0.2秒。阀门关闭的时间，应使放入的那部分气体完全通过整个床层，物料处于静止状态，颗粒间密切接触，以使下一次脉冲能有效地在床层中传递。进风管最好能安装五根，沿圆周均匀排列，按1、3、5、2、4、1方式轮流开启，这样每一次的进风点与上一次的进风点可离得较远。属于间歇操作，每次最多可装料1000公斤，物料粒径在10微米～4毫米。
3、膏状物料的床本身沸腾干燥器：
它和粒状物料所用的沸腾，基本上相同，主要区别是加料器不同，必须使膏状物料进入沸腾干燥器内很快分散、均匀、定量、连续进行操作，目前有两种型式的加料器：
（1）螺旋挤压型：如图6--70所示。由上下两部分组成，上部为防止物料架桥的搅拌叶片，下部为挤压物料的螺旋。物料经挤压通过板上小孔成条状进入沸腾床。螺旋中第一个叶片结构、尺寸、安装位置的高低对加料的影响很大，当转速一定时，其尺寸愈大及位置愈高，加料也就愈大。反之，加料量愈小。又因粘性膏状物料性质不同而异。加料器的转速可随含水量的不同而调节，误差小于5％。
（2）振动加料器：对于具有触变性(可塑性)的膏状物料，因螺旋加料器打滑不易下料，但在振动下，物料可以由无流动性的塑性状态转变成具有流动性，这样可通过小孔成短节流出来，如图6--7l所示。加料器的加料量与底板上的孔数和孔径有关，孔径一般为6～8毫米，当底板上孔数和孔径一定时，改变振动的频率和振幅，也可以改变加料量。同时对物料的不同湿度和粘度的适应性比较大，结构简单可靠。
4、溶液，悬浮液等物料的沸腾干燥器：
对于具有流动性的物料，近年来采用
沸腾造粒干燥，直接得到干的固体产品，
可使溶液的蒸发、结晶、干燥一步完成，
缩短工艺流程，降低生产成本，提高生产
率，如葡萄糖沸腾造粒干燥和奶粉生产的
喷雾沸腾干燥设备如图6--72所示。
（1）葡萄糖沸腾造粒干燥设备：喷
成雾状的葡萄糖溶液进入沸腾干燥器后有两种情况，一种是在碰到沸腾床中流化粒子前，便已蒸发结晶干燥成微粒，这部分微粒成为晶种；另一种情况是雾化的溶液，在它未蒸发、结晶、干燥前，便与沸腾床中流化粒子碰撞，而涂布于其表面，在其表面不断蒸发，结晶干燥，使流化粒子不断增大，尤其以后者为主要，故粒子越来越大，以致最后沸腾不起来。破坏了沸腾正常操作，故控制粒子大小成关键问题，目前采用以下三种方法来处理。
①采用锥形沸腾床：因流速随沸腾床高度而改变，使颗粒在沸腾床中分级，大颗粒在下面，小颗粒在上面，这样就有可能使大颗粒从下面的出料口排出，以免继续增大，而小颗粒留在床层内，保持一定的粒度分布。
②在沸腾床内安装粉碎装置：可将大颗粒粉碎，以控制床内粒度分布。
③加返料：将小颗粒不断加入沸腾床内作晶种，用调节返料量来控制床层的粒度分布。目前用得最多的为加返料量，因容易控制。
造粒所用的喷雾器，为气流式，可采用具有空气导向装置的双流式喷嘴和之流式喷嘴喷雾最好，安装在侧壁，以水平方向安装，并可根据产量沿圆周安装几个喷嘴。如用离心式喷雾，则干燥室稍大些，以免发生粘壁现象。如用压力式喷嘴、注意防止堵塞和结块。
（2）奶粉生产用的喷雾沸腾干燥设备：具有体积小，拆装运输方便，连续操作，生产效率高的特点。与规模相同的其它方法生产奶粉相比，车间面积节省70～80％，主要设备钢材耗用量节约5／6，投资费用节省50％，日处理量3.5～4吨(二班生产)。故适合小型牛场和牧区奶粉生产。其设备如图6--73所示。浓奶经高压泵(压力120～150大气压)送去喷雾，空气由燃油热风炉加热到200～2100C，从顶部进入干燥器沸腾所需空气还应由辅助风机吸入冷风补充进干燥器内，热风温度80～850C，已干燥的粉被吹入旋风分离器落入贮粉桶，废气排入大气。
小结：
第七章 空罐机械与设备
讲授本章的基本目的：
通过本章教学，使学生了解空罐的生产过程；了解切扳机的种类，掌握园刀式切扳机园盘刀最小直径的确定和特点；了解半自动制罐身设备的用途、结构，掌握电阻焊制罐身设备的工作原理、过程和特点；了解制罐盖的过程。
计划学时数：
3学时
重点内容：
1、容器的分类及工艺流程。
2、园刀式切扳机的工作原理和园盘刀最小直径的确定。
3、高频电阻焊的特点、原理及生产过程。
4、冲盖机的分类及园边机的工作原理。
难点部分：
1、园刀式切扳机的工作原理和园盘刀最小直径的确定。
2、高频电阻焊的原理及生产过程。
3、园边机的工作原理。
使用教具：
1、黑板。
2、投影仪。
3、多媒体幻灯。
作业：
1、容器的分类有那些？
2、园刀式切扳机的工作原理是什么？园刀的最小直径如何确定？
3、成园机成园的曲率如何确定？
4、什么是高频电阻焊？它的特点和工作原理是什么？
第七章 空罐机械与设备
第一节 容器的分类及空罐生产工艺流程
罐藏容器种类较多，包括金属容器（镀锡薄钢板，铝等），玻璃陶瓷容器，复合薄膜袋等。罐藏容器的质量直接影响罐头食品的质量，要制出优良的空罐，除要选择优良的材料外，还应采用加工过程合理、性能良好、精度和效率高的空罐制造机械设备和模具。空罐外形分为圆形、方形、椭圆形、梯形、马蹄形等，单圆形应用最广。本章主要讲园形金属罐的制造设备。
一、容器分类：
（一）金属容器：
1、按材质分：①镀锡薄钢板罐，②镀铬薄钢板罐，③铝质罐。
2、按形状分：①园罐，②异形罐：方形，椭圆形、梯形、马蹄形。
3、按罐身制造方法分：①锡焊罐，②熔焊罐（电阻焊），③粘接罐，④冲拔罐（罐身罐底为一片冲制而成，又称二片罐）。
（二）玻璃、陶瓷容器：
1、按瓶口大小分：①广口瓶，②窄口瓶。
2、按封盖形式分：①压盖法，②旋盖法：瓶盖底部内侧有盖爪，③卷封法。
（三）塑料袋：（一般为单层）
（四）复合薄膜袋：
（五）纸质袋：（国外用的较多）
二、空罐生产工艺流程：
按照制罐的机械化程度的不同，空罐制造可分为半机械化制罐流程和机械化自动制罐流程。其制造过程运用的主要机械设备按罐型可分。
圆罐半机械化制罐机械：
切板机 切角切缺机 端折机 成圆机 踏平机（涂焊药） 焊锡机 翻边机
涂油机 冲盖机 注胶机 烘干机
封罐机 捡漏机
圆罐机械化自动制罐机械：
第二节 切板机
一、用途：将整张的金属板剪切为所需形状和尺寸。
二、分类：
1、闸刀式切板机。
2、园刀式切板机。
3、波形压力切板机。
三、闸刀式切板机：
它是利用刀刃为直线的直刀片进行剪切。
1、组成：电动机、传动系统（皮带轮、
齿轮、轴等）、离合器、上刀、下刀、偏心轮、
拉杆、滑块、踏板等。其中一个刀片固定不动，另一个刀片相对于固定刀片上下往复运动。
2、工作原理：当剪刃开始与镀锡板接触时，材料处于弹性变形阶段，剪刃继续下降，压入板内，使板料发生局部塑性弯曲变形，再继续压入，则在刀口处形成很大的应力与变形集中现象，当此变形达到极限变形程度时，在最大切应力方向上产生剪裂现象，当上下刃口处产生的剪裂缝相互重合时，便使板料最后分离。
3、分类：根据两刀刃的相对位
置可分为：
（1）、平口切板机：两刀刃相互
平行，适用于窄而厚的板料剪切。
（2）、斜口切板机：上刀和下刀
刃斜交成一定角度（2～60），适用于剪切宽而薄的板料。切板时下刀刃应有剪刃角(或称切削角)β，对于镀锡板取β＝75～850，为了减小刀刃上部与材料间的摩擦，磨有后角r＝1～1.50。
四、园刀式切板机
又称园盘剪床，它用两个旋转方向相反的园盘的边缘作为剪刃，当板料由其间通过时即被剪切。
1、结构：由园盘刀辊，压辊，工作台，机架，送料装置，动力及传动系统，磨刀装置等组成。
2、工作原理：需要裁剪的板料，放在工作台上，由人工或自动送入上、下刀棍之间，被园刀和板间的磨擦力带入，在通过上下刀时，被裁剪，随后经出料压辊送出。
按装时，上下刀应有重叠，重叠量一般为板材厚度的二倍。
3、磨刀：园刀刀刃极锐利，磨损后须进行研磨，研磨时不能磨园刀的园柱面，以免圆刀的直径变小。只能磨侧面。
4、圆盘刀最小直径的确定：园刀的直径主要取决于被剪材料的厚度，同时保证板料进入圆刀时能顺利切入，板材能连续延伸进去。
t/2=R（1-cosα1）-e/2
则圆刀直径为：
D=（t+e）/（1-cosα1）
式中 R、D--圆刀半径、直径，(毫米)
t--被剪切板料厚度，(毫米)
e--上下两圆刀重叠量，(毫米)
α1--刀刃与板料的接触角 (即进料角)
为使被剪切的镀锡板顺利地进料，而且由于镀锡板很薄，可以将α角认为在极限情况下：
tgα=f 而且α≈α1
式中 f--摩擦系数
因此 cosα≈cosα1
根据
那末圆刀的最小直径
当板料厚度取t＝0.4毫米，e＝2t和f ＝0.15代入式(11—5)可算得：Dmin=110毫米。
在实际生产中，考虑到圆刀调整的差异，材料强度的波动及发生双张的情况，改选取圆刀直径要大些，一般取D=156毫米。
5、园刀的排列方式：
一对园刀安装在轴上应使切板后所形成的切边在一个方向上。
6、特点：工作平衡，效率高，剪切长度不受限制。
五、波形压力切板机：
它是用于冲切边缘为波形的镀锡板条料的切板机，这种条料专用于冲制罐底盖用。其结构和工作原理与平口闸刀式切板机相似，其切刀的刃口为波形。可节约板材3～5％。
第三节 制罐身机械设备
一、金属罐的分类：
1、按制造加工过程分类： 冲拔罐
焊接罐
2、按焊接方式分类： 高频焊（高频电阻焊、高频感应焊）
电阻焊
锡 焊
罐身制造设备包括半自动罐身制造设备和全自动罐身制造设备。
二、切角切缺机：
1、作用：将罐身板料的一端切去两角，而在另一端则切制成两个锐角或剖开两个缺口，以便后道工序将罐身两端钩合后，罐身上下两端不致过分增厚而影响翻边、封口的质量。
2、切角切缺常用形式：
①宝塔形切角，V形切缺。
②钝角形切角，剖开切缺。
③三角形切角，剖开切缺
3、结构
主要由电动机、机架、带轮、
齿轮及轴组成的传动系统和偏心
轮、横梁、刀架、滑块、拉杆、工作台、上刀模、下刀模、离合器组成。利用上刀模上下往复运动时与下刀模产生的剪切作用，使其间板料被切角，切缺。
三、端折机
1、作用：利用上下模的冲折作用，
将已切角切缺的罐身板料的两端，一
端折向上，另一端折向下形成钩形，
使罐身板料两端能钩接，为踏平作好
准备，同时也增加身缝的强度。
2、结构：
如图所示，主要由电动机、机架、传动系统、离合器、曲柄、滑块、上模（上端折刀）、下模（模板、模槽、支柱—即辊轴）组成。其中端折钩处发生塑性变形，滚轴的作用是使该处板材发生弹性变形，并减少磨擦。
四、成园机（三辊式）
1、作用：通过辊轴的作用将已
端折好的罐身板卷弯成园筒形，以
便于罐身板两端钩接后进行踏平操
作。
2、组成：机架、电动机、传动
系统、输送带、辊轴。
3、工作原理：当罐身板沿水平方向进入1、2辊之间后，在摩擦力、辊压力的作用下，被带进辊轴之间。当罐身板顶端碰到3时，便沿其轴面向上弯曲。由于三辊轴连续不断旋转，罐身板在所滚到的范围内形成园滑弯曲的园筒形。
为防止镀锡层划伤，增加摩擦力，上辊外层用橡胶制成。
4、曲率：罐身成园后的曲率取决于辊轴的相对位置及镀锡板的厚度和机械性能。
当板材厚度、机械性能一定时，辊轴间距越小，曲率越大，辊轴间距越大，曲率越小。
当辊轴间距一定时，板材越厚越软，曲率越大，反之越小。
在实际生产中，大都采用调试的方法确定辊轴相对位置，即凭经验大体调好上辊轴的位置后，再调后辊轴位置，往复调试，逐渐修正，直到达到合乎要求的曲率为止。
五、踏平机
1、作用：利用上、下模的冲压作用，将成园后的罐身筒两端端折钩钩合后压紧成罐身纵缝。
2、组成：主要由电动机、机架、皮带轮、偏心轮、连杆、滑块、离合器、上模、下模、脚踏板、拉杆、定位销、弹簧等组成。
3、结构：如图所示。其中上模为一光洁度较高的钢块，其长度、宽度比罐身纵缝略大。下模为一有张紧块的圆柱体，上部有一纵缝槽，深为三层铁皮厚度，纵缝由四层铁皮厚度组成，缝的凸起部分应在罐内壁，纵缝应光滑平齐。槽内一侧两端有带弹簧的定位销轴。
六、焊锡机：
1、作用：由带有熔锡的焊锡轴对已踏平并涂有焊药的罐身纵缝进行焊接，以密封纵缝并增加其强度。
2、结构：如图所示，主要
由焊锡轴、焊锡锅、电热丝、
电动机、皮带轮、毛毡等组成。
其中：
①熔锡液面高度应位于焊锡
轴一半高度。
②毛毡的作用是使焊缝光滑。
③焊药的作用是除去锡层表面的油污、氧化物和杂质，促进锡的流动性和结合性。在熔锡中也应常加入焊药以清除锡锅中的熔渣及杂质，保持焊锡轴光滑洁净。
④焊锡轴直径与罐径有关，一般为25～30mm
⑤焊锡温度为280～340℃
[焊接时将罐身缝对准焊锡轴顶部并施加适当的压力，使熔锡均匀渗透至缝内，焊锡后立即将焊缝擦过装在焊锡锅端部上面的毛毡(或耐热橡皮等)，使焊缝光滑后才算完成。]
七、翻边机：
1、作用：通过翻边模的冲压作用，将焊接后的罐身筒两端的边缘适当翻出，便于罐身与罐底盖进行卷边密封。
2、结构：如图所示，主要由机座、工作座、翻边模、滑筒、进罐斜槽、星形托罐轮离合器、传动系统等组成。分为辊压式和撞击式，其中撞击式与辊压式相比，结构简单，工作平稳，效率高。
3、工作原理：当罐身筒沿导轨进入四叉星形托罐轮后，随着托罐轮的转动，罐身筒被逐个连续送到翻边模的位置。当翻边模相向往复运动时，翻边模同时伸进罐身筒两端，并施加一定的挤压力，迫使罐身端面边缘向外弯曲而翻边，然后，再同时离开罐身筒。翻边完成后，翻边模缩回复位。罐身仍由四叉星形托罐轮的转动带出，并落入倾斜的出罐槽中滚出，完成罐身的翻边工作。
罐身翻边的形状随翻边模工作部分的形状而定。翻边后要求两端翻边口均匀平齐，无单面阔狭、荡边、锡层擦伤等缺陷。
八、电阻焊制罐身设备：
1、电阻焊的概念：它是使用低电压，大电流的交流电，并利用被焊接材料自身的阻抗产生热量，而使材料熔接的方法。
高频电阻焊是20世纪70年代后迅速发展起来的一种先进制罐技术。高频电阻焊虽然在机械工业中应用的较早，但应用于食品制罐却是70年代后的事。主要是两个关键技术需解决：①电阻焊接镀锡薄钢板时，由于熔化的锡会很快污染金属电极，并迅速降低它的导电率，严重影响焊接质量。②焊缝外的镀锡层被破坏，必须对罐身焊缝的内外两面迅速进行高质量、均匀的涂料补涂，使罐身材料恢复其原有的抗腐蚀性能。
1975年瑞士制成了缝宽0.8mm的电阻焊机，78年制成了缝宽为0.4mm的电阻焊机。青岛锻压机厂制成了焊接速度为15m/min ，生产率为128罐/分的电阻焊机（罐高为117.5mm）。
2、高频电阻制罐特点
①无铅焊接，保证卫生。
②生产工艺简化（切板—成园—焊接）。
③提高罐盖的卷封质量。（焊缝为板材厚度的1.2～1.3倍）
④坚固美观，生产效率高，节约材料和能源，适应范围广（多种材料板材）。
3、高频电阻焊制原理：
成园后的罐身两边平行置于
两电极之间，两电极为上下两个
滚轮。焊接电流I由变压器提供，
流经上导板，上焊轮，经罐坯到
下焊轮，下导板，回到变压器。
罐身搭接处镀锡板之间的接触表面，在上下焊轮间形成一个介面电阻，这个电阻是电路中电阻最大部分。焊接电流流经这个电阻，将电能转化为热能，Q=0.24I2Rt(I：电流，R：电阻，t：时间)。由于焊接电流为3000～5000A，在大电流作用下（交流低电压）所产生的高热，可使接缝处板面的局部温度在瞬间升高到1000～1500℃，此温度可使金属板微熔，并在两极压力下熔结为一体，冷却后形成均匀而单一的焊缝结构。
由于交流电波形是正弦波，在上
下峰值时电流最大，此时罐坯重叠部
分被熔焊在一起，形成焊点。当电流
为零时则形不成焊点，使焊缝不是连
续的，而是由一定间距的焊点组成，
这个间距为焊点间距。由于电阻焊接
制罐工艺所使用的电流频率较高，故
产生的焊点多，焊点间距小，焊缝结构牢固。焊缝厚度为板材厚度的1.2～1.3倍。
4、高频电阻焊制罐生产过程：
工艺流程：
切板→垛片→取片→弯曲→成园→搭接→电阻焊接→焊缝补涂→翻边→（压筋）→（缩口）
①切板：与普通切板机相同，但由于搭接部位只有0.3mm，因此精度要求要高些。
②垛片：将切好的薄板放在机头部的片垛里。
③取片、成园：由两个带真空的橡胶吸盘，将一张切片吸住平移送入成园辊内，成园后再由传送装置将筒身送入Z形导轨的进口端。
④搭接定位：罐身进入Z形导轨，
到出口端搭接部位的宽度达到规定值
（0.3～0.8mm），整个罐身被推入上下
两电极滚轮之间。
⑤焊接：罐身搭接部分经过绕有
铜丝（中间电极）的两个电极滚轮之间时，罐身搭接部位瞬间升温到1200～1500℃，同时利用电极滚轮间的压力作为焊接压力完成金属焊接。
⑥接缝补涂：为提高焊缝部位的耐蚀性，焊接后须立即对焊缝进行喷氮（高纯氮气）处理，并进行补涂。
⑦翻边：采用旋压式翻边（撞击式易使焊缝产生裂口）。
⑧压筋：增加罐身强度。
第四节 制罐盖设备
一、冲盖机：
一般情况下同一罐型，三片罐的罐底与罐盖的外形、尺寸完全相同，统称为罐盖。罐盖的制造是将切制好的镀锡板条料放在制盖冲床(即冲盖机)上冲压成一定形状的具有加强圈(又称膨胀圈)和斜坡面的盖坯，随后在圆边机中将其边缘滚压成具有钩边的盖。在注胶机中再绕盖钩一周注入一定量的液体橡胶，最后经烘干机使液体橡胶烘干成具有弹性的固体胶片，而制成罐盖。通常冲盖前要对罐盖板料涂油，防止在冲压、拉伸时镀锡层和涂料擦伤，减小功率，
易于脱模。
1、分类
（1）按自动化程度分类：
①半自动：盖料进出由人工控制。
②自 动：盖料进出自动进行。
（2）按曲柄位置分类：
①单柱式：曲柄支座位于连杆一侧。
②双柱式：曲柄支座位于连杆两侧，用于压力大，速度快的情况。
（3）按机身型式分类：
①闭式：只可前后方向工作。
②开式：可以前后或两侧进行工作。开式又分可倾式和不可倾式，可倾式向后倾角为25～45°，便于从冲模上排出工件，适合于自动作业，但机身工作时会发生一定的弹性变形。
2、结构：
（1）组成：包括电动机，皮带轮，离合器，曲轴，连杆，滑块，上模，下模，（储料架，送料装置，刮料机构，排料装置，真空泵，润滑装置，电气控制系统）机架等。
（2）工作过程：电动机通过带轮带动曲轴转动，曲轴通过连杆带动滑块及上模沿导轨上下往复运动，当其由上往下运动时，与下模配合实现冲压作用。
二、罐盖园边机：
1、作用：将冲盖机冲出的罐盖的垂直边再向盖面中心弯曲50°左右，形成罐盖钩，以便与罐身配合进行卷边密封。
2、结构：由进盖导槽，出盖导槽，转盘，外模，内模，电动机等组成。
3、工作原理：当罐盖沿进盖导槽进入园边机后，被旋转园盘带入内、外模间，并随转盘在内、外模间回转，从而使盖边发生变形，向内弯曲形成盖钩。
三、注胶机：
1、作用：在罐盖与罐身的钩接部分衬以密封填料，以保证罐盖与罐身卷边密封后不漏气，隔绝外界微生物对罐内的侵入。
2、分类：
（1）按罐盖形分类
①园罐罐盖注胶机。
②异形罐罐盖注胶机。
（2）按机头数量分类
①单头注胶机。
②四头注胶机。
四、烘干机：
1、作用：将液态胶液烘干。
2、组成：烘干风机，烘干室，冷风机，冷却室，传动装置及送盖设备等。
烘干机内设加热装置，一般用电热或煤气加热。
烘干机外层敷有绝热层，减少热损失。
第八章 封罐机
讲授本章的基本目的：
通过本章的教学，使学生掌握封罐机卷边的形成原理和影响卷边质量的因素；了解封罐机的分类和机构，掌握卷封机构的工作原理。
计划学时数：
5学时
重点内容：
1、卷边的形成原理。
2、影响卷边质量的因素。
3、卷封机构的工作原理。
难点部分：
1、卷边的形成原理。
2、卷边滚轮。
3、卷封机构的工作原理。
使用教具：
1、黑板。
2、投影仪。
3、多媒体幻灯。
作业：
1、卷边的形成原理是什么？
2、第一道卷边滚轮和第二道卷边滚轮的区别是什么？
3、卷封机构的工作原理是什么？
第八章 封罐机
封罐机是罐头食品生产过程中的重要设备之一，罐头的密封就是通过封罐机来完成的，对于不同的容器封罐机也各不相同。本章着重讲园形金属罐的封罐机。
第一节 卷边的形成原理及受力分析
一、二重卷边的两次作业过程：如图所示：
金属罐的封口是以卷边的形成完成的，这也是由金属材料本身的性质决定的。当金属材料在外力的作用下发生塑性变形后，外力失去，仍能保持变形后的状态。
金属罐的卷封属于二重卷边，即由两个卷边滚轮进行两次作业。开始，由第一道卷边滚轮作业，它在绕罐体旋转的同时，还要做径向运动。由于卷边滚轮的滚压作用，使罐盖和罐身的接合边缘发生弯曲变形。第二道卷边滚轮的作业是在第一道卷边作业的基础上进行的，它将已弯曲变形的罐盖罐身的接合边缘压紧压实，最后成型，
并达到密封。
第一道：
第二道：
由图可见，在卷边的过程中，罐盖的直径由大变小，同时将产生金属的收缩，多余的金属应均匀分布在四周，否则，易导致密封不严。因此，必须分两步，逐渐完成工作。
第一次工作的模具为头道卷边滚轮。
第二次工作的模具为二道卷边滚轮。
二、卷边的形式原理：根据以上卷边过程可以得出卷边的形成原理：
即：由两个具有不同形状工作沟槽的卷边滚轮，先后顺序地对配合好的罐盖和罐身的接合边缘进行滚压，使之逐渐弯曲变形，并相互紧密地钩合成由三层罐盖铁皮和二层罐身铁皮组成的二重卷边缝。罐盖内壁的弹性填料受挤压而充填于罐身与罐盖的周围缝隙中，使罐内外空间完全隔绝，以保证密封，从而完成金属罐的封口。
在进行二重卷边时，也有两种情况：一种是罐体旋转，卷边滚轮对罐体中心作径向移动。第二种是罐体不动，卷边滚轮一方面绕罐体旋转，另一方面向罐体中心作径向移动，即园周运动+径向运动。
三、受力分析：
卷边滚轮在工作中受力较复杂，随着卷边过程的发展，所受力的大小和方向不断发生变化，是一个空间力系。但我们可以将这个力沿切向、径向及轴向分成三个力，分别为PX、PY、PZ。因此，其合力 。
第二节 影响卷边质量的因素
影响卷边质量的因素较多，包括金属材料的性质，封罐机的性能及调试、操作等。但单就封罐机而言，主要是受卷边滚轮，上压头，托罐盘的影响。因此，卷边滚轮，上压头，托罐盘被称为卷边三要素。
一、卷边滚轮：
1、作用：
（1）第一道卷边滚轮（头道滚轮）的作用：将罐盖盖钩卷入罐身翻边下，并相互卷合在一起，形成一定的形状，即相互钩接，弯曲，变形，作为第二道成型的基础。其卷边质量好坏将直接影响第二道卷边的质量。
（2）第二道卷边滚轮的作用：将头道卷边压紧压实，使它相互紧密结合在一起，让橡胶填满罐身及盖钩间的空隙，达到最后的形状，并保证卷边圆滑美观。
2、形状：
根据二重卷边作业的需要，
卷边滚轮的形状是不同的，（主
要是指其沟槽的形状）。滚轮的
沟槽曲线具体的形状及尺寸，
与封罐机型式、滚轮材料、罐
盖的铁皮厚度、硬度、罐径大
小等有关。
目前罐头卷边形状，大致有两种型式：一种是弧形，卷边顶部较大，
下部较小，它的外形美观，但顶部不易达到标准。另一种是矩形，上下部基本一样，外形较差，但好测量，易达到标准。目前各工厂采用的卷边滚轮的沟槽曲线形状有多种多样，一般曲线都由3～4个圆弧连接而成。
（1）头道卷边滚轮沟槽曲线形状：头道滚轮的沟槽是由3～4个圆弧连接而成，顶部及中部圆弧分别为下压段和弯曲段，主要保证罐盖边缘向下弯曲比较光滑，下部圆弧和凸缘为成形段，主要是使盖边缘端部在弯曲的同时，靠近罐体和向上卷曲成一定形状。其曲线形状与第二道卷边滚轮相比“窄而深”。但下凸缘不能过高，才不致阻碍滚轮卷边后退回原位。一般头道滚轮的沟槽曲线比较关键，由于目前没有统一标准，各厂有传统的使用曲线，但在形状上基本一致，只是在宽度、深度和圆弧半径大小不同而已。
（2）第二道卷边滚轮的沟槽曲线形状：第二道卷边滚轮的沟槽曲线也是由3～4个圆弧连接而成，分别为下压段、侧压段、限制段，整个曲面园滑，其曲线形状与第一道卷边滚轮相比“宽而浅”。其中限制段是限制卷边缝宽度的，若卷边过宽将导致重合率下降。同时限制段还不得有凸起等不和理的形状，以免在压紧时产生压痕，影响卷封质量。
卷边滚轮的曲线一般是采用样板车刀车制的。也可以先采用样板车刀车制，然后再用仿形磨床精磨。样板车刀是根据好的滚轮曲线图形，经过投影的图样磨制出来的。为了节约使用钢材及加工处理，在一个卷边滚轮上，采用上下各车制一条曲线沟槽，可以轮换使用，从而延长使用期。所以卷边滚轮上有一条曲线和两条曲线两种型式。
3、材料：由于卷边滚轮在作业时，受力比较复杂，既要对盖及罐体边缘进行卷曲又要进行挤压。特别是沟槽曲线部分，要经受多次与罐体卷边作用和压磨，所以要求具有硬度大、强度高、耐磨、不变形、坚韧等特性，一般曲线部分的硬度在HRc 60～620。我国在六十年代初期，主要采用优质碳素钢或45号钢，经过加工、淬火、回火等处理。由于碳素钢在淬火后易变形，造成滚轮成品率低，一般仅能卷封10～20万罐左右。在六十年代后期，各工厂逐步选用工具钢T12、T18和合金工具钢Crl2、Cr15、高速工具钢、轴承钢等金属材料。由于硬度较高，沟槽曲线部分，必须经退火，才能加工。根据有关工厂使用情况，效果较好。
4、要求：为了保证卷封质量，对卷边滚轮提出以下要求：
（1）工作沟槽形状正确，光滑。
（2）卷边滚轮安装位置、配合准确。
（3）卷边滚轮运转灵活。
二、上压头：
1、作用：完成卷边过程的模具之一，起支撑卷边的作用。同时用于固定和稳住罐体，不让其在封罐时发生滑动，以保证卷边质量。
因为卷边滚轮在工作中是绕罐体相对转动的，其切向力将产生旋转力矩，要使罐体不动，就要使上压头与罐盖产生大于旋转力矩的摩擦力矩。
2、形状尺寸：上压头还应有正确的形状，精确的尺寸。包括直径，厚度和锥度。
直径：压头直径=罐体直径-（十铁皮厚度+0.04mm）
厚度：上压头边缘的上部与卷边滚轮沟槽上沿的间隙为0.05mm 左
右，太厚时将与卷边滚轮碰撞，太薄则易产生“快口”。
锥度：为了保证顺利退模，通常为2～40。
3、要求：
（1）形状正确；尺寸精确；能与罐盖良好配合。
（2）表面无磨损。
（3）上压头的平面与托罐盘顶面平行。
（4）上压头中心线与托罐盘、封罐机中心线一致。
（5）与卷边滚轮的间隙值要适当。
三、托罐盘：
1、作用：将覆有罐盖的罐体向上提升，与上压头配合，将罐体稳住，免于滑动，以利于卷边封口。
2、要求：
（1）必须保证托罐盘与上压头之间的距离，要有一定压力。距离过大夹不紧，过小则夹坏罐体。一般根据罐体高度由塞规测量调整。
（2）托罐盘顶面与上压头的平面平行，中心线一致。
（3）顶面应有一定光滑的花纹（增加摩擦力）。
（4）运转平稳。
第三节 封罐机的分类及主要机构
一、封罐机的分类
由于罐头的品种繁杂，形状多样，及生产能力的大小等因素，封罐机的形式也是多种多样。
1、手板式封罐机：卷封过程全部由人工操作，生产能力视操作熟练程度而定，一般为25罐/分。
2、半自动封罐机：卷封过程自动进行，其它由人工操作，生产能力一般为35罐/分。
3、全自动封罐机：从进罐到出罐全部自动完成，不需人工操作，视其结构又可分为：
（1）单机头：包括带抽真空和不带抽真空两种。
（2）多机头：包括单塔式，双塔式（带预封装置）。生产能力一般为，单机头40罐/分，多机头为机头数乘以单机头封罐能力。
二、封罐机的选择原则
在选择封罐机时，必须将各品种的特殊性和普遍性结合起来，全面进行分析。
(1)必须满足罐头生产工艺要求。在生产流水线上，各机的生产能力应互相配合，协调均衡。如生产果蔬及汤汁类的罐头，一般选择在卷边时，罐体固定不动型式的封罐机，以保证封罐时，不会甩掉汤汁；如生产家禽类的罐头，应选择具有较高真空度的封罐机。
(2)选用技术上先进，经济上合理的，体积小，维修方便，劳动强度低，能一机多用的设备。
(3)符合食品卫生条件，易清洗及装拆；不至于造成对食品的污染。
(4)尽量采用具有较先进控制机构的封罐机，如控制真空、过载、有罐有盖、无罐无盖等自动控制机构，有利于提高产品质量，减少浪费。
(5)根据封罐机的主要技术特性来选择。
三、封罐机的主要机构：
不同的封罐机所包含的机构的种类、数量各不相同，大致有以下几种机构：卷封机构，进罐机构，出罐机械，配盖机构，传动机构，抽真空系统，打印代号机构，预封机构等。
四、卷封机构：
1、作用：将配好的罐盖、罐身完成二重卷边的过程。
2、卷封机构的种类：
根据卷边滚轮径向推进方法的不同，可分为以下三类：
（1）由偏心套筒进行径向进给的卷封机构：
（2）由偏心行星齿轮产生径向进给的卷封机构：
（3）由凸轮机构产生径向进给的卷封机构：
五、进罐送盖机构：
以GT4B2型真空自动封罐机为例。
1、送罐部分：
罐体的自动输送，主要通过一系列链轮及齿轮传动而带动一平顶边的特殊链条15。在其上半段，是平拉于进罐台面上。罐体进入工作台面之后，先经一螺旋分罐器23均匀分开，后经一间距相等的推爪片的链条19准确地、等速度定时推送给进罐六叉转盘25。
2、送盖机构：
成迭的罐盖放置于盖架的盖膛内，盖膛底部有旋转的分盖器l，分盖器为一具有缺口的特殊形状的传动件，成迭的罐盖钩边一端承放在分盖器的周边上，另一端由导槽支承。
当有一个罐体运送过来时，通过碰板及连杆机构4、5、6把承托罐盖的控制板向一侧拉开，让成迭的罐盖的一端下落在分盖器l上。当旋转着的分盖器其缺口部分转至罐盖钩边处时，则最底层的一个罐盖便被分隔开来，其余的成迭罐盖仍然由罐盖控制板复位承托。已被分隔开来的罐盖便滑落在导槽内，再由定时直线往复运动的推盖板2，将罐盖沿导槽推送至六叉转盘25的盖槽内，与罐身相配合。由六叉转盘间歇送至卷边机头进行卷边作业。
六、传动系统：
从图中可知，电动机通过一对三角皮带轮d1、d2驱动轴I旋转，轴I一方面通过螺旋齿轮Z20、Z25转动，使轴Ⅱ旋转，由轴Ⅱ上Z36、Z35分别传动卷边机头，轴Ⅲ、IV转动，使之工作。另一方面，通过螺杆轮付Z2与Z30使之立轴Ⅷ转动，再由轴Ⅱ上的螺旋齿轮Z15使水平轴Ⅶ旋转，从而驱动送盖送罐以及托罐打罐等辅助部分工作。
轴Ⅶ通过闭合齿轮Z36与
Z24及Z35与Z24直齿轮啮合。其
中Z36与Z24的传动使轴Ⅲ带动
卷边机头旋转，而Z35与Z24的
传动，使轴IV上的中心齿轮
Z48转动，轴Ⅲ、轴IV由于轴Ⅱ
上的两个齿轮Z36、Z35的齿数差，
从而使轴Ⅲ、IV产生差动式转
动。在卷边机头内的中心齿轮
Z28使四个啮合的行星直齿齿轮
Z24回转而产生自转，同时，由
轴Ⅲ又使齿轮Z24公转。自转与
公转的方向相反。由于卷边机
头带动卷边滚轮绕罐体中心旋
转，而卷边滚轮轴系套装在行
星小齿轮Z24的偏心孔内，所以，
滚轮按偏心孔旋转轨迹自转一周，和在差动式机构的作用下，使之产生向罐头进行径向推进及退出，从而完成卷封一个罐体。
偏心凸轮4、6、7每转一转，使摆杆P1、P2上下摆动一次，还有进罐垦形拨盘转1/6周，配合卷边机头进行托罐和打罐。
送罐配盖是由轴Ⅶ上的链轮Z18及链条5带动轴XV上的链轮Z18而得到的。它们与卷边头互相配合，完成一系列的动作。
七、封罐机的型号编制：
原轻工部在（73）轻机字第182号文件中对罐头专业设备型号编制提出了统一规定。设备型号由罐头专业代号、设备品种代号、设备品种代号和设备顺序号组成。
1、罐头专业代号：用大写汉语拼音母“GT”表示。
2、设备类别代号：表示设备在工艺操作中的作用和性能分类，用阿拉伯数字表示。但不超过两位。
如：
1——表示空罐设备。
2——表示底盖设备。
3——表示罐身设备。
4——表示封罐设备。
5——表示原料处理设备。
6——表示物料加工设备。
7——表示装罐杀菌设备。
8——表示包装设备。
9——表示其它设备。
10——表示组合设备。
3、设备品种代号：表示设备类别中的哪一种，用大写（汉语拼音）字母表示（其I、O、X不用），如“A”表示手板式或半自动封罐机，“B”表示全自动封罐机，“C”表示大罐封罐机，“D”表示玻璃瓶封盖拧盖机等。
4、设备顺序号：表示该设备在同品种内颁发型号的顺序，用阿拉伯数字表示。
如：真空封罐机
GT4B2
第九章 排气杀菌机械设备
讲授本章的基本目的：
通过本章的教学，使学生了解排气设备的作用和链带式排气箱的结构；了解杀菌设备的分类及立式、卧式杀菌锅的结构和系统，掌握回转式杀菌锅的结构、操作和特点，了解杀菌时罐头内压力的计算方式。
计划学时数：
4学时
重点内容：
1、杀菌设备的分类。
2、立式、卧式杀菌锅的结构和系统。
3、回转式杀菌锅的结构、操作和特点。
难点部分：
1、杀菌设备的分类。
2、回转式杀菌锅的结构、操作和特点。
使用教具：
1、黑板。
2、投影仪。
3、多媒体幻灯。
作业：
1、杀菌设备的分类有那些？
2、立式杀菌锅和卧式杀菌锅的结构有何区别？有那些系统和仪表？
3、回转式杀菌锅的结构由那几部分组成？操作过程如何？有何特点？
第九章 排气杀菌机械设备
第一节 排气设备
一、作用：将罐头内的空气最大限度地排除出去，经封口后，使罐头成品具有足够的真空度。
二、分类：
1、热力排气：用蒸汽加热，使罐头中的空气受热膨胀和因内容物中的水分蒸发而将空气赶出到罐头外面。当立即密封并冷却时，罐头内的蒸汽冷凝后，而形成一定的真空度。
热力排气常用的有齿盘式排气箱和链带式排气箱。
2、真空封口：用真空泵使真空封罐机卷封真空室内形成真空，罐头处在真空条件下密封，从而获得真空度。
三、链带式排气箱：
它是用链和链板作牵引构件的输送机在排气设备中的利用。在链带式输送机上加一个箱体，配置加热系统，调速器改为无级调速，就成链带式排气箱。
链板要有足够刚度，其厚度应大于2mm。以承受罐头重量和受热防止变形。
其结构简单，制造容易，热排气效果好。
第二节 杀菌设备
杀菌设备是罐头工厂的重要设备之一，杀菌效果的好坏将直接影响到产品质量。美国、加拿大食品、医药检疫（局）组织（简称F、D、A）规定，凡是进口到美国、加拿大的食品，必须附和FDA标准。同时，凡从事进口到美国、加拿大的食品厂的技术人员，必须经过FDA认可的院校，使用FDA教材培训合格，才能生产。我国从83年开始由原无锡轻工学院负责培训。
一、杀菌设备的分类：
1、按杀菌温度分类：
①常压杀菌设备：最高温度100℃，包括巴氏杀菌。常用于PH值小于4.5时的酸性产品杀菌。
②高压杀菌设备：温度为100～120℃，主要用于低酸性物质，如肉类、鱼类、（蔬菜）等杀菌。
③超高温杀菌设备：温度为120～135℃，温度越高，风味越差。
2、按操作分类：
间歇式。
②连续式。
3、按设备安装形式分类：
①立式：主体中心线垂直于地面。
②卧式：主体中心线平行于地面。
4、按设备密封形式分类：
①螺旋密封式：
②水静压式：（连续高压杀菌设备，
温度大于100度，利用水柱高度产生压
力，水柱越高，压力越大。罐头进出不
需密封装置。）
③水封式：（其特点是设计了一种叫鼓形阀（水封阀）的装置，即可使罐头不断进出杀菌室，又能保证杀菌室密封，保证水位，还不需高塔。杀菌时罐头是滚动的，热效率高。）
④机械式：
5、按杀菌热源分类：
①直接蒸汽加热：
②热水加热：
③火焰（煤气、烷气）：（用特种燃烧器或直接火焰对罐头进行加热杀菌）。
④微波：
5、按罐体运动形式分类：
①静置式：
②滚动式（搅动式）：杀菌时罐头处在回转状态，可改变顶隙位置，缩短杀菌时间。
二、立式杀菌锅：
1、结构：
（1）锅体：6～7mm的钢板焊接
而成的园筒状，底部呈球面形。锅
体的上周边铰接有6～8个蝶形螺
栓，并均匀地分布于四周。锅体口
的边缘凹槽内嵌有密封填料。
（2）锅盖：钢板冲压成球面形，
铰接于锅体上。盖的周边均匀地分
布着6～8个槽孔，并与锅体上的蝶
形螺栓对应，用于锅盖与锅体的密封。此外，还广泛采用一种自锁楔形块的锁紧装置进行密封。
（3）系统：
①进蒸汽系统
②冷却系统。
③压缩空气系统。
④排水系统
⑤排气系统。
（4）仪表：
①温度计：必须有水银温度计。
②压力表。
③温度记录仪。
④计时：公用钟表。
2、使用范围：可用于常压杀菌，也可用于高压杀菌。
3、特点：每次杀菌量小，但可适用于多品种。从自动化，机械化来看，不是发展方向。
三、卧式杀菌锅：
1、结构：与立式杀菌锅相似，
不同之处为①水平放置②锅体内的
底部装有两条平行的轨道，用于杀
菌车进出。
2、使用范围：主要用于高压杀
菌。常压杀菌时，耗水量大，热能消耗大，生产周期长。
四、回转式杀菌设备：
1、缩短杀菌时间的措施：
①提高杀菌温度：据有关资料介绍，温度增加10℃，则取得同样杀菌效果的时间仅需原来杀菌时间的十分之一以下。
②提高加热介质对被杀菌罐头的传热速率。这对节省热源还具有重要意义。
2、结构：
（1）上锅：贮水锅，为园筒形的密闭容器，用作制备下锅用的过热水，
其上部适当的位置装有液位控制器。
（2）下锅：杀菌锅，锅内
有一转体，当杀菌蓝进入锅体
后，设有压紧装置使杀菌篮和
转体之间不能相对运动。杀菌
锅也装有液位控制器。
（3）传动系统：由电动机、
传动装置、变速器等组成。传动
系统驱动转体及杀菌篮回转，转
速可在5～45转/分内无级变速，
既可朝一个方向回转，也可正反
交替回转。交替回转时，转动、
停止、反转动作由时间继电器设定，一般在回转6分钟，停止1分钟的范围内设定。
（4）定位器：设置在传动装置的旋转部件上，借以保证回转体停止转动时停留在某一特定位置，便于从杀菌锅中取出杀菌篮。
（5）循环泵：使杀菌锅中的热水强烈循环，以提高杀菌效率并使杀菌锅里的水温度均匀一致。
（6）冷水泵：向贮水锅注入冷水和向杀菌锅注入冷却水。
（7）自控系统：塑料冲孔卡，控制盘。
（8）仪表、阀门等。
3、工作过程：
回转式杀菌锅一次杀菌周期可分为八个操作程序：
（1）制备过热水：当贮水锅的水达到一定水位时，液位控制器动作，冷水泵自动停止运转。同时打开贮水锅加热阀，以6大气压的蒸汽对锅中的水进行快速加热，升温速度为4～6℃/分。当加热到设定的温度时，贮水锅温度调节器发出讯号关闭加热阀，停止加热，待机向杀菌锅供水。
贮水锅水温的设定，根据罐型不同，一般比杀菌温度高5～20℃。
在贮水锅升温的同时，可向杀菌锅装填杀菌篮。
（2）向杀菌锅送水：
当杀菌篮装入杀菌锅，并把锅盖完全密闭好后，才能按动电钮，全机进入自动程序操作。
进入这个程序时，上下锅的连接阀自动打开，贮水锅的过热水由于压差和落差而注入杀菌锅。为了使罐头受热均匀，连接阀应具有较大的流通能力，在50～90秒内完成送水过程。当杀菌锅的水位到达一定程度时，液位控制器发出讯号，连接阀自动关闭。
连接阀关闭后，根据不同要求经1～5分钟延时，又重新打开。此时上下锅的压力接近，延时时间的多少视罐头的包装形式和包装材料而定。对玻璃、铝制软罐头时间稍长，镀锡薄钢板容器时间稍短。
（3）加热升温：
杀菌锅里过热水与罐头接触后，由于热交换水温下降而罐头升温。为了达到设定的杀菌温度，杀菌锅加热阀打开，蒸汽经汽液混合器送入锅内使水迅速升温。这一过程的时间取决于贮水锅与杀菌锅的水温差、罐型和品种等，一般应在5～20分钟内结束。
进行加热的同时，开动回转体和循环泵，使水强制循环，以提高传热效率。
（4）杀菌：
杀菌过程是维持设定的杀菌温度以一定时间的过程，杀菌过程中，杀菌锅加热阀必须打开，经常通入蒸汽，循环泵继续运行。当杀菌时间完结，杀菌定时钟发出讯号而转入冷却过程。
在升温、杀菌过程中，杀菌锅的压力由贮水锅的压力保持，贮水锅的压力由压力变送器调整。
（5）热水回收
杀菌过程完毕，冷水泵即启动，在向杀菌锅灌注冷却水的同时，杀菌锅内的高温水被压注到贮水锅。当贮水锅水满时，连接阀立即关闭，而打开贮水锅的加热阀，对贮水锅进行加热，重新制备过热水。完成这一过程的时间约3～5分钟。
（6）冷却：
冷却过程可根据产品要求采用加压冷却--降压冷却或只降压冷却。
加压冷却是在保持杀菌时的压力下对罐头冷却，即反压冷却。
（7）排水：
冷却结束后，循环泵、冷水泵停止动转，进水阀关闭，打开溢流阀排汽，打开排泄阀迅速排冷却水。
（8）启锅：
杀菌锅冷却水排完后，发出讯号，启锅取出杀菌篮。
4．特点：
（1）罐头在杀菌过程中是回转的。
（2）杀菌过程的压力、温度可自动调节。
5．优点：
（1）由于杀菌篮回转具有搅拌的作用，再加上热水是用泵强制循环的，锅内的水温分布是均匀的。
（2）由于杀菌篮回转，提高了传热效率，使杀菌时间缩短。
（3）提高产品质量。如可防止油脂、胶冻的折出，对高粘度、半流体、热敏性物料不会产生过热和粘结。
（4）由于热水重复利用，节省了蒸汽。
（5）减少损失。
5．缺点：
（1）减少有效容积。
（2）应增设水处理装置。
五、杀菌设备的计算：
1、杀菌时罐头内压力的计算：
罐头在杀菌时，由于温度的变化而使容器和产品的体积有所改变，因而罐头内的压力亦有所改变。如果处理不当，若罐头内的压力增加到一定程度时，会使罐头容器变形或产生跳盖、破裂等现象。一般采取外加压力的办法(加压缩空气)，使罐头的内外压力得到平衡，这种外加压力的办法叫反压杀菌(冷却时叫反压冷却)，反压的大小是由罐头的内压决定的。计算出罐头内压的变化值就可决定反压的大小。
罐头在杀菌温度时，内容物的膨胀度y为
式中 V“np--在杀菌温度时内容物的体积
V‘np--在密封温度时内容物的体积
m--内容物质量
ρ‘ρ“--内容物在密封温度和杀菌温度时的密度
罐头内容物体积的变化与杀菌温度和罐头初温有关，如内容物从初温500C升高到杀菌温度1200C，体积增大约5.8％，从900C升高到1100C时，体积增大1.5％。表9-4为内容物膨胀度与杀菌温度t2和密封时温度t1的关系。
在杀菌温度下，容器亦受热膨胀，其膨胀度与容器材料有关。玻璃瓶的膨胀值很小，可以忽略不计。镀锡薄板罐的膨胀值与罐盖直径、罐盖铁皮厚度、膨胀圈形状和杀菌锅内的压力与罐头内临界压力差等有关。在罐盖厚度为0.26毫米时，不同临界压力差下不同直径的体积增加值⊿VB如下表。
由表9—5可知，⊿P越大，对于同一罐型，⊿VB越大；罐的直径越大， 在同样压力差时，⊿VB越大。
镀锡薄钢板罐的体积改变程度X可用下式计算
式中 V‘B--在密闭时镀锡簿钢板罐的体积
V“B--在杀菌时镀锡薄钢板罐的体积
不同直径的罐的体积改变程度如图9—24所示。
直线号数 1 2 3 4 5
罐头内径(毫米) 83．5 153 74 99 74
罐头体积(厘米3) 362.86 3070.36 30l 846.75 412.70镀锡薄钢板罐的体积改变程度大于1。
玻璃瓶的体积改变程度相近于1。
设在杀菌前罐头内顶隙的体积为V1，杀菌时的顶隙变为V2，则其体积间的关系为
V1=V‘B-f1V‘B=V’B(1-f1)
V2=V‘B-f2V‘B=V’B(1-f2) （9--8）
式中 f1--封罐时罐头内容物装满程度(0.90～0.95)
f2--杀菌时罐头内容物装满程度
因为
所以 （9--11）
将式9—11代入式9—8中得
则 （9--13）
罐头密封后，罐内的压力p1等于顶隙内饱和蒸汽及干空气的分压p‘n与p’B之和。即
p1=p‘n+p’B (大气压)
若在大气压下进行密封，则
p1=B/735.6 (大气压)
若在真空下密封，则
p1=（B-Wφ）/735.6 (大气压)
式中 B--大气压力 (毫米汞柱)
W--真空室内的真空度 (毫米汞柱)
φ--真空度消耗系数。这是密封后由于内容物组织内部向顶隙排出空气而使罐头内真空度降低的系数。φ=0.58～0.80。与产品种类有关。
对鱼罐头φ=0.75～0.80
对番茄酱罐头φ=0.80
罐头内的饱和水蒸汽压力p‘B由装罐时内容物的温度确定，从饱和水蒸汽表中查得。
在杀菌温度下罐头内的压力为p2。
P2= p“n+p“B (大气压) （9--17）
式中 p“n--在杀菌温度下罐头内饱和水蒸汽压力 (大气压)
p“B--在杀菌温度下罐头内空气压力 (大气压)
根据气体方程式可求得p“B 。
p“B= p’BV1T2/V2T1 （大气压） （9--18）
式中 T2--杀菌时的绝对温度 (开)
T1--密封时的绝对温度 (开)
将公式9—18代入公式9—17中得
因为 p‘B=p1 –p’ｎ
所以 （9--20）
将公式9—13代入公式9—20中得
（大气压） （9--21）
分析公式9--21，可得出如下结论：
1、由于存在罐头内与杀菌锅中的压力差，有可能使镀锡簿钢板罐变形或把玻璃瓶盖掀开。造成这种现象的原因主要是罐头内的空气压力。因为罐头内的温度和杀菌锅内的温度几乎一样，故其蒸汽压力相同，加上空气分压后才使罐头内的压力大于杀菌锅中的压力。
2、在其它条件相同时，如果具有下列情况的话，则在杀菌时罐头内的空气压力会减少，这就能减少镀锡薄钢板罐变形或玻璃瓶盖掀开的事故。
（1）在真空条件下封罐，从而减少p1，p1小则p1-p‘n小，而p2亦小。
（2）在封罐时提高内容物的温度，从而增加p‘n。这就要求罐头密封后不能放置过长时间，而是密封后尽快进入杀菌锅中进行杀菌，才能保证p‘n高些。p‘n高，p1-p‘n就小，同样可使p2小些。这是工艺中规定密封后至杀菌不能超过一定的时间(一般不超过30分钟)的依据原理之一。
（3）减小T2/T1的值。T2是杀菌温度，产品一定时，是不能改变的。只有增大T1才能减小T2/T1的值。要增大T1，就要使排气温度和加汤汁的温度高些，T2/T1小了，p2也就小些。工艺中规定排气温度和汤汁的温度就是这个道理。
若p2大于p1到一定限度时，就会产生镀锡薄钢板罐变形和玻璃瓶跳盖等事故。这个限度就是所谓临界压力差。根据资料介绍，对镀锡薄钢板罐所允许的压力差如下表。
若比表中的厚度小时，临界压力差还应小些。
罐头工厂常用的500毫升玻璃瓶瓶盖掀开的压力差与瓶外温度(杀菌时的锅内温度)的关系如下：
罐外温度(0C) 临界压力差(大气压)
20 1.7
80 1.0
100 0.9
115 0.7
考虑到安全因素，实际上允许罐头的内外压力差比临界压力差还要小。如直径72.8、83.4、99.0、153.0毫米的镀锡薄钢板罐，其允许压力差为l.40、l.10、0.90、0.40大气压。而高压杀菌时玻璃瓶的允许压力差为零。
例题：已知杀菌温度为1200C，罐头装满程度f1=0.9，杀菌前内容物的温度为500C，在真空600毫米汞柱下进行密封，X＝1.048，罐头直径153毫米。求：在杀菌时罐头内的压力及杀菌锅中所需的压力。
解：温度500C时，p‘n=0.122 (大气压)
温度1200C时，p“ n=2.02 (大气压)
密封时罐头内压力p1= (大气压)
由表9-4查得在t1=500C，t2=1200C时Y=1.058，依公式9-21
= （大气压）
按题意，允许压力差为0.4大气压。
所以，要求罐外压力即锅内压力为2.57-0.4=2.17大气压。
杀菌温度在1200C时，在锅内的饱和水蒸汽压力为2.02(大气压)，在这种罐头内压大于外压情况下杀菌，如不采取措施，就有使罐头变形(突角、假胖听等)的可能。一般采取的措施是用压缩空气造成锅内所需的压力。其外加的压力应为2.17-2.02=0.15(大气压)。这就是反压杀菌时需增加的空气压力。当压缩空气补充进杀菌锅内后，杀菌锅上的压力表指示压力应控制在2.17(大气压)而不是2.02(大气压)。因此，反压杀菌时，杀菌锅上的压力表和温度计的指示是不一致的。压力表指示的是锅内总压力，其中包括压缩空气的压力，温度计则仅仅指示锅内饱和水蒸汽的温度。
2、杀菌锅操作的周期时间τ：
τ=τ1+τ2+τ3+τ4+τ5 （分）
式中 τ1—装锅时间 （分）
τ2—升温时间 （分）
τ3—恒温杀菌时间 （分）
τ4—降温降压时间 （分）
τ5—出锅时间 （分） （可取5分钟）
第十章 肉制品加工机械与设备
讲授本章的基本目的：
通过本章的教学，使学生了解肉制品加工设备的分类；了解肉软化机的作用、种类和软化针的种类；掌握盐水注射机的结构、工作原理、注射针的安装方式及对出品率的影响；掌握滚揉机的结构；掌握绞肉机、斩拌机、充填机、烟熏烘烤炉的结构、操作。
计划学时数：
8学时
重点内容：
1、盐水注射机的结构、工作原理、注射针的安装方式及对出品率的影响。
2、滚揉机的结构。
3、绞肉机的结构、操作。
4、斩拌机的结构、操作。
5、充填机的结构、操作。
6、烟熏烘烤炉的结构、操作。
难点部分：
1、绞肉机的结构。
2、斩拌机的结构。
3、充填机的结构。
4、烟熏烘烤炉的结构。
使用教具：
1、黑板。
2、投影仪。
3、多媒体幻灯。
作业：
1、盐水注射机中注射针的安装方式有哪几种？适合哪种场合？
2、滚揉加工对肉的质量有何影响？简述其结构和工作原理。
3、如何调整绞肉机？操作时应注意哪些问题？
4、斩拌机的结构特点有哪些？操作要领有哪些？
第十章 肉制品加工机械与设备
肉食品的品种花色很多，它包括牲畜的肌肉、内脏及其制品。肉除了直接被烹调成各种各样的菜肴外，还可加工成各种各样的肉食半成品和成品，如灌肠、火腿、腊肉、酱肉、肉松等。肉食制品中许多品种的加工制作，目前国内外，主要还是依靠传统的手工操作生产方式，不过在生产过程中的某些工序，如切块、切片，细剁、混合、灌装、烟熏等，已逐步实现了机械化的生产方式。
肉食加工品的制造工序大致可分如下四个方面：原料处理、加工、热处理和包装。
第一节 原料处理机械设备
一、分类：
包括：解冻器，剥皮机，锯割机，冻肉切割机，切肉机，肥肉丁切割机，腌渍用混合机，肉食脱水机，滚揉机，肉软化机，盐水注射机等。
二、肉软化机：
1、作用：
在以往的西式火腿生产过程中，除了去皮和脂肪外，还要把胫部和肩部质地坚韧的筋和结蹄组织去掉。因为这些筋腱会使生产出来的火腿软硬不均，质量下降。传统的解决方法是将屠体成熟一至四个星期，这样很不经济，近年来也有采用电刺激来使肉嫩化，取得了较好结果。机械的方法近年来也得到普遍采用，尤其在西式火腿生产过程中。
机械软化就是用机械的方法对肉块进行穿剌或切断来破坏筋腱和结蹄组织，制成质地均匀的火腿，并可明显地增加出品率。
2、分类：按刀具的形状分为滚刀型和多针型。
3、滚刀型肉软化机：
它由两根对滚的刀轴和喂入肉块的
输送带所组成。
刀轴上装有许多边缘为锯齿形的不
锈钢圆盘刀，刀片直径为120mm，厚约为
2mm。刀片轴向互相错开，径向互相重叠，
刀轴转速一般为72转/分。
肉块通过时，在其正反两面切割成若干交错平行的刀口，但不切断，刀口深为0～28mm。
4、多针型肉软化机：
它是利用固定在上下运动的针板上的数百支针来穿刺肉块，有的多达2000支针。这种方式在大型饭店、肉店、超市用的较多，针板的上下运动可采用手工通过杠杆来达到，也可通过电动机驱动。工业化生产时，常用电机驱动针板，用输送带喂肉，有的还与盐水注射机组合在一起，如日本2500型盐水注射机上装有一组软化针板，有φ3mm的软化针937支，800-3型有φ3mm的针2000支。
针的开状有三种：
①圆杆、头部为稍大的箭头形。
②圆杆、头部为月牙形。月牙半径
为3mm，圆杆直径为2～3mm，长140mm。
③角钢形。边宽度为10mm。
安装时，各针的刀口交错排列，这种
针的作用是使肉获得许多切口，增加它的表面积，以便进一步按摩（滚揉）时提取更多的蛋白质，因而又称蛋白质提取机。
由于切断了筋腱和结蹄组织，增强了盐水的渗透能力，而减少了盐水注射不均匀造成的差异，提高出品率，改善火腿颜色、味道。
三、盐水注射机：
火腿制品需要腌制，以提高产品的保存性、风味和颜色。传统的腌制方法有干盐搓擦和腌制液浸渍，不仅需要很长时间，盐的扩散也不无均匀，盐量无法精确控制，质量不稳定。产品保水性差，出品率低。
利用盐水注射法可加快腌制速度和使盐水均匀扩散、渗透，可缩短2/3
的时间，提高产品质量，改善保水性，提高出品率。
一般在小型肉制品厂和超市用的较多的是手压式盐水注射机，它由一个盐水罐、一个注射器、一根胶皮管、一支或几支针组成。它移动方便，价格便宜，但效率低。目前国内外各种盐水注射机型号很多，小到一、二十支针，多到440支针，每小时可注射3～4吨肉。
1、结构及工作过程：
（1）组成：如图所示，主要由
曲柄连杆机构、针板、针、输送带、
棘轮棘爪机构、盐水泵、盐水槽、过
滤网、管道、驱动电机、电器控制装
置等组成。
（2）工作过程：
①启动盐水泵，调整压力调节阀，
保证所需压力。
②开动驱动电机，调整棘轮棘爪机构，保证输送带的间歇送进量。
③将肉块从输入端放在输送带上。
④当针板处于上升位置时，输送带前进一送进量后停止，针板下降，盐水针插入肉块并进行注射。
⑤针板上升，停止注射，输送带再间歇前移，将肉块再向前送进一定量。
如此反复工作。
2、盐水注射针：
直径3～4mm，长180～200mm的不锈钢无缝管，针端堵死并磨出锋利
的针尖，在离针尖5～10mm的管壁上，钻有1～1.5mm的小孔3～4个。丹麦一个公司的一种盐水注射机，注射针上的小孔多达20个。
盐水注射针的安装方式有两种：
①固定安装：通过螺纹拧在针板的螺孔内，注射针随针板同步上下运动，适用于去骨肉。
②弹性安装：通过弹簧座安装在针板上，除随针板上下运动外，每根针都可相对针板独立运动，适用于带骨肉。此外，其特殊设计的针座阀门，可使针尖只有插入肉块后才开始注射，减少盐水回收量和过滤循环量。
3、盐水过滤：
注射时，未进入肉块的盐水应回收，为了防止可能混入的碎肉和油脂堵塞针眼，必须经过过滤。过滤板的孔眼为3、1、0.85mm，当回收的量大，碎肉又较多时，可用振动筛或旋转筒形滤网。盐水通过网眼流出，滤渣则被置于滤筒内侧壁上的刮削导板在滤筒转动时将其清除排出。
4、出品率：
盐水火腿的出品率涉及许多因素，如肉的质量，混合粉的配方，盐水注射量，滚揉和蒸煮条件等。但在盐水注射阶段和三个因素有关：注射密度，注射针直径，注射压力。
针距应小些好，且最好是正三角形排列，考虑到安装空隙，一般最小针距为12.5mm。也可通过调节输送带前进量，进行重复注射来增加注射量。
注射针的直径原则上细一些好，对肉的损伤小，一般为3～4mm，过小则会影响输液速度和针的刚度。
注射盐水压力原则上是小一些好，以防止肌肉组织被破坏，通常在3.5巴以内。但也有采用12巴高压注射的，如西班牙生产的一种盐水注射机，直径4mm的针上有15～20个0.6 mm的孔，盐水以高压喷射3秒钟。几乎成雾状的盐水可以射进肉中15mm左右，盐水差不多全部被吸收，没有回流，并可得到较高的出品率。
一般出品率为135%，最大可达到200%。
四、滚揉机：
滚揉工艺是盐水火腿生产中最年青的一个工艺，现在还在继续发展。通过滚揉，使肌肉组织松软，大量盐溶性蛋白渗出，在热加工时增加肉块之间的粘合力。由于筋腱肌肉纤维膨胀，提高制品的嫩度，增加肉块的保水性，提高出品率。制品颜色好，切片纹理美观，有很好的切片性。滚揉过程就是腌制过程，通过滚揉，盐水和添加成分可迅速均匀地分布。
传统的腌制时间需用1～2周，注射盐水后滚揉只需16～24小时。但不是整个过程一直在滚揉，而是间断地进行，滚揉时间随不同品种、不同厂家均有差异。有研究表明，滚揉次数达2000次以后（每分钟20次，共100分钟），对粘合强度和内聚力有明显效果。
滚揉次数一般为6000次左右，温度为4～6℃。若在5～10℃时，粘合强度可提高20%，但当温度过高时①会促进微生物的生长繁殖，②会使肉的嫩度降低。为防止肉在空气中氧化及消除成品中的气泡，可真空或充氮滚揉。真空滚揉可有效（明显）改善火腿的粘合度和内聚力（约20%）。
1、立式滚揉机：
（1）结构：由一个方形不锈钢桶作盛肉容器，桶口固定一个横梁，横梁上安装有带搅拌叶片的电机，
搅拌抽转速为2～20转/分，可
无级调速，也可固定档变速。这
种滚揉机可以移动，在盐水注射
机旁装料，在腌制间中滚揉，在
充填机处出料。它的电器控制装
置一般不安装在机器上，而固定在腌制间的墙上，这样对电器比较安全。
（2）容量：容量有200、250、320、340、600、700、750、850立升，滚揉时装肉量可达80%。
（3）生产率：肉在滚揉机中停留24小时，所以其生产率以日计算，每次处理量就是该机的每日生产率。
这类滚揉机大部分没有真空装置。
2、卧式滚操机：
（1）结构：主要结构为一个直径为1200～1500mm的不锈钢滚筒，筒内壁焊有几条（一般为3条）螺旋形叶片，滚筒转速为2、4、8转/分，最高为15转/分。
（2）工作过程：经盐水注射
后需要腌制的肉块和盐水用提升机
或倾翻机装入滚筒，当滚筒缓慢旋
转时，肉块随叶片上升，转至一定
高度后落下，拍打在筒底部的腌制
液里。肉块在上升和下落的过程中
也互相碰撞摩擦，达到揉搓效果。（在法国有一种卧式滚揉机，可抽真空、充氮加压交替进行，真空度为730mmHg，充氮压力为2.9巴，经11～16小时滚揉结束）
每次装肉量占滚筒容积的60～70%。
（3）出料方式：
①径向出料：出料口在滚筒圆周壁上，这种结构会破坏圆筒的受力状态，也不利于盐水密封。
②轴向出料：出口在筒端，为圆形，便于密封，多设计为真空型。
3、肉车分离型滚揉机：
（1）结构：肉车分离型滚揉机是指装肉容器和滚揉机本体可以分开的一种特殊设计，它由装肉容器即肉车和滚揉机两大部分组成。
肉车的容量有200、300、400、600、650、800、1000公斤等几种，肉车可来回于盐水注射机和火腿充填机之间，而不用其它搬运容器和设备。
（2）工作过程：操作时将装满注射完盐水的肉的专用肉车，推到滚揉机旁，将肉装入滚揉机，盖上顶盖，用螺旋压紧，接通真空管道，开动真空泵，达到一定真空度后（650～750mmHg），顶盖被大气压紧紧地压在肉车口上，这时就可以开动倾翻装置将肉车倾倒85°，使肉车圆筒呈卧状（略有5°倾斜），并被两对滚轮所支承，开动滚轮驱动装置，肉车就在滚轮摩擦带动下慢速滚动（约为每分钟10转），对肉进行滚揉，滚揉工序和间隔时间由一些时间控制装置预先调定控制。
4、双倍针真空滚揉机：
在真空滚揉系统的一个筒底，装有300支注射针，在另一个筒底装有300支实心针。滚揉机旋转时，肉块掉落在300支盐水注射针上，这时刺入肉中的注射针，通过盐水泵和管道将盐水定量的注射到肉中。滚揉机在继续旋转时，肉块掉落在300支实心针上，用以进行软化。这样每旋转一次，使肉块重复的得到注射、软化和滚揉，整个过程达到上述三个目的，因而可以省去注射机软化机，以及工序间的运输装置，也节省了时间。
第二节 加工机械设备
加工机械设备主要是把已腌渍好的肉块或肉片，按原样或再经切碎搅拌混合在一起，直到将这些肉料充填到各种肠衣、模具或食品罐中去。其主要有：绞肉机，搅拌混合机，胶体磨，斩拌机，充填机，火腿充填机，自动充填结扎机等。
一、绞肉机：
1、作用：用于将肉（鱼）切（绞）碎成酱，以便于同其它肉类腌制材料及香辛料充分混合到一起，改善制品的食用风味。
2、结构：
如图所示为其结构组成，主要由料斗、螺旋供料器、十字切刀、格板、紧固螺母、圆筒体、电动机及传动系统组成。
其中：
①料斗为不锈钢板焊接而成，表面经抛光处理，容量较大。为避免人工操作时，手被螺旋供料器卷进去，料斗上部口子较大，高度与操作人员肩膀比齐。有的设备加了盖，打开盖子机器停转，关好盖子才能启动。
②螺旋送料器为不锈钢锻造、焊接，经抛光、表面硬化处理而成，轴后端有连接传动系统的方轴，前端有带动十字刀的扁方轴。为增加推进力，一般其直径为前大后小，螺距为前小后大。安装时螺旋不能与机壳内壁相碰。
③园筒形主体有的内壁还有数条凹沟，为铸造而成。
④十字切刀为有四个刀刃的切刀，实际上还有6个刀刃、8个刀刃的。刀刃多是沿某一个直径的园切线布置，其转速一般为150～300转/分。
刀体材料为不锈工具钢，刀口锋利，以便对肉料切割。在使用一段时间磨钝后，应调换新刀或重新修磨，修磨应采用专门修磨机。刀与板要滑配良好，刀、板之间不能有空隙，否则切割当中要被筋膜挤塞住，使肉无法切细，由于肉被磨碎，而使肉的组织破坏，产生磨擦热，不仅对肉质有影响，还会加剧刀、板磨损。刀口不锋利也会明显降低切割效率，使肉不是切碎后排出，而是由于挤压、磨碎成糊浆状排出。
⑤格板：用不锈钢板制成的带孔园板，厚为10～20mm。粗孔的孔径为10～20mm，中孔为3～5mm，细孔为2mm。
孔分直孔和锥孔。锥孔小头为刃口端，与十字切刀配合，比较锋利。还有一种板上带3～10个非圆形孔的格板，常称预切器。格板中心有一个孔，其大小刚好使切刀中部轮毂进入，格板圆周上有一缺口，被键卡住，使其不能转动。
⑥紧固螺母：为带有空格的异型螺母，中间轴孔可嵌轴套，其作用为支承螺旋送料器前端和轴向压紧一组刀具和格板。
此外，在工厂中还常用三级式绞肉机。它是在机内同时装了粗孔、中孔和细孔三个格板，格板以一定间隔，按从粗到细的顺序排列安装，每块格板都装有相应的切片。在绞肉操作时，肉便依次从格板的孔眼通过，由粗变细，最后成为所需要的制品排出。
3、操作：
（1）准备：
①绞肉机的检查：
在进行绞肉操作之前，检查金属格板和刀刃部是否吻合。检查方法是将刀刃部放在金属格板上，横向观察有无缝隙。如果吻合情况不好，刀刃部和金属格板之间有缝隙，在绞肉过程中，肌肉膜和结缔组织就会绕在刀刃上，妨碍肉的切断，破坏肉的组织细胞，削弱了添加脂肪的包含力，导致结着不良，因此需加以注意。由于刀刃部和金属格板的吻合问题十分重要，因此要把刀和金属格板编成组，避免混用。另外，如果每天都要使用绞肉机，则会由于磨损，使刀刃部和金属格板的吻合度变差，因而最好在使用约50小时后，进行一次研磨。研磨时，不仅要磨刀刃，同时还要磨金属格板的表面。为了保证研磨质量，需要配备专门研磨技术人员。
检查结束后，接着进入绞肉机的清洗。从螺杆筒内取出螺杆洗净金属格板和刀具。在使用前要注意冷却，另外还要将螺杆筒清洗干净。
②原料的置备：
在用绞肉机绞碎之前，要先将原料肉和脂肪切碎，再分别将肉和脂肪冷却到3～5℃。
（2）绞肉操作：
①绞肉机的调整：
首先进行绞肉机的组装调整。安装、固定螺杆筒，插入螺杆，装上刀具和金属筛板。在装刀具和筛板时，需按原料肉的种类、性质及制品的制造种类选择不同筛眼的筛板。筛板按筛眼大小分为大、中、小三种形式。例如很硬的肉，要选择大筛眼的筛板先绞一次，然后再用小筛眼的筛板绞两遍。在绞用于做干香肠的肉时，要使用大筛眼的筛板。也就是说，原料肉不同，筛板的选择也不一样。筛板确定之后，即用固定件固定。此时需要注意的是，固定的松紧程度直接影响刀刃部和金属筛板的吻合程度。固定过紧，会妨碍刀具的旋转，同时还会使刀刃部和筛板产生磨擦。固定得过松，在刀刃部和筛板之间就会产生缝隙，肌膜和结缔组织就会缠在刀上，从而影响肉的绞碎。
所谓三段式绞肉机，系指在
三片金属筛板之间有两副刀，构
成一个绞刀组(图2—3--l A)。但
如果刀的方向装反，就不能起到
绞肉的作用。若从绞肉机的前方
看，滚子的旋转方向一般都是逆
时针方向(图2—3--l B)。因此刀的安装也要按滚子的旋转方向正确地安装。紧固件最后半圈的松紧程度，以用手指轻轻地紧固为好(图2—3--l C)。
②绞肉的方法：
组装调整结束后，就可以开始绞肉了。这时应注意的问题是如何投肉。即使从投入口将肉用力下按，从筛板流出的肉量也不会增多，而且会使肉在螺杆筒内受到搅动，造成肉温上升，所以并无优点可言。在绞肉期间，一旦肉温上升，就会对肉的结着性产生不良影响。因此应特别注意在绞肉之前将肉适当地切碎，同时控制好肉的温度。肉温应不高于10℃。肉适当切碎，可以促使肉较快地从筛板孔中流出。有时在筛板面上有肉堵塞，就是因为没有很好地切碎造成的。如果出现这种情况，就需要中止绞肉，卸下筛板，清除堵塞的肉，调整刀刃部和筛板的吻合度。
③绞脂肪的方法：
对绞肉机来说，绞脂肪比绞肉的负荷更大。因此，如果脂肪投入量与肉投入量相等，会出现旋转困难的情况。所以，在绞脂肪时，每次的投入量要少一些。特别应该注意的是，绞肉机一旦绞不动，脂肪就会融化，变成油脂，从而导致脂肪分离。
④清洗：
作业结束后，要清洗绞肉机。如果绞肉机清洗得不干净，肉片和脂肪就会附着在螺杆上，这样细菌很有可能混入肉中。绞肉机洗净后，擦去表面水分，正确地将刀具编组保管。
（3）操作上应特别注意的问题：
①在肉类加工厂发生事故最多的就是被绞肉机掩掉手指。目前生产的机械虽然考虑了这一点，但事故隐患仍未杜绝。在向料斗投肉的过程中，注意一定要使用填料棒，绝对不要使用手。
②绞肉机进料斗内应经常保持原料满载，不能使绞肉机空转，否则会加剧格板和切刀的磨损。
③绞肉机进料前，一般应注意剔净小骨头和软骨，以防板刀孔眼堵塞。
④绞过的肉不要堵塞在板刀的出口处应为这样会进料漏斗自行宣泄的压力。
⑤绞肉机使用时不宜过载。
二、斩拌机：
1、作用：将碎肉进一步斩拌成微粒状，并加入香辣调味料及其它添加剂后进行搅拌。
2、组成：主要由一组切刀，一个盛肉转盘，机盖，刀具护罩，上料装置，出料装置，电动机及传动系统，机架，控制装置，真空系统等组成。
3、主要部件：
（1）切刀：由一组锋利的刀片组成。刀片都用不锈钢制成，刀片数量有2、3、4、6、8及10个，刀片成对地利用法兰盘定位在轴上，沿周向均匀布置。刀尖和转盘之间保持小于1mm的缝隙。刀头应经过平衡（动、静），保证高速转动而不产生振动。刀具采用键传动，并用反旋螺母固定，以防松动。切刀垂直置于转盘槽的横截面中心，在刀轴带动下高速旋转，刀轴转速为1000～4000转/分，一般为2000转/分。为保证安全有防护罩。
刀具直径（刀尖运动轨迹）应与转盘
槽的园弧适应。根据转盘容量大小，刀具
直径也相应的变化。并且，对于多把刀片
的刀组，各刀片长短不一样，内外刀片不
能装错。
（2）转盘：用不锈钢制成，形如一个中间凸起的碗，内盛肉料。转盘的制造精度和安装精度要求较高并平稳转动，其转速有单速、双速、三速几种，一般为4～6转/分，其容积一般有10、20、60、200、300及500升。
（3）排料装置：
它主要由出料盘、电机、减速器、刮板、出料槽、摇臂等组成。 出料盘是一个用不锈钢板或无毒塑料制成的园盘，它的大小与盛料转盘圆槽直径相近似。紧贴盘后面设有一个刮板，当出料转盘由一个小型电机、经过减速器和转轴带动由里向下、向外旋转时，将盛料盘中的肉料带起，然后再被刮板刮离盘面，由出料槽导出机外。出料盘的转速一般低于100转/分。
（4）上料装置：
当一次加工量大于120公升时，一
般均采用自动投料装置投料。如图所示，
利用油缸作用，经一个转臂将料车举起并
翻转卸料。
此外，还有真空斩拌机和蒸煮斩拌机，
即在真空状态下进行斩拌和在斩拌的过程
中进行蒸煮。
（5）上盖：不锈钢制成，分上下两层，有绝缘体充填其间，能够隔音。这样既可防止高速切割时细小肉料四处飞溅，噪音外传，有利于安全，也可改善卫生条件和降低肉糜温度。对于真空斩拌机，盖子的密封性能要良好。
（6）控制装置：利用按钮盒或悬挂式操纵盒控制，有的装有温度表和电子转盘转数器。
（7）传动系统：如图。
4、操作要领：
（1）准备：
①斩拌机的检查、清洗：
A、在操作之前，要对斩拌机的刀具
进行检查。如果刀刃部出现磨损，虽然斩拌了，肉也不会产生粘着效果，也不会提高保水性。使用磨损了的刀进行斩拌，还会破坏脂肪细胞，使乳化性能下降，导致脂肪分离。因此刀部的检查是很重要的。如果每天使用斩拌机，则最少每隔10天要磨一次刀。
B、在装刀的时候，刀刃和器皿要留有两张牛皮纸厚的间隙，并注意刀一定要牢固固定在旋转轴上。如果固定得不牢固，在旋转中，刀就有可能飞出，发生事故。
C、刀部检查结束后，还要将斩拌机清洗干净。先用肥皂水清洗，再用清水清洗干净。使用氯 烷铵，杀菌力强，效果好。如果是在气温较高的季节，在清洗后，要在器皿中添加一些冰块，对斩拌机进行冷却处理。
②原料肉及脂肪：
在绞肉作业中，一般瘦肉和脂肪都是分开处理的。绞好的肉馅，也要尽可能做到低温保存。如果离斩拌操作还需要一段时间，则要将肉放入冷库保管。
③调味料、香辛料：
按一定配方称量调味料和香辛料，混合均匀后备用。
④添加水：
依据香肠的种类、原料肉的种类、肉的状态，水量的添加也不相同。同时还需要事先测定一下原料肉的保水性。水量根据配方而定，但不要使用冰水，而要通过削冰机将冰处理成冰屑后再使用。经常见到有些人将冰块放入旋转的斩拌机内，一边通过刀将冰块捣碎，一边斩肉的情况，这并不是好方法。它会增加斩拌机刀刃部的磨损，恶化肉的混合，必须加以避免。
（2）斩拌操作：
准备就绪后，即可进入斩拌作业。
①将盛满肉料的小车推入上料装置料车架，开动上料装置，使料车提升并翻转，将料倒入转盘，按动回程开关，使料车返回地面并移出料车。上料时首先将瘦肉放入斩拌机内，注意肉不要集中于一处，要全面铺开，然后起动斩拌机。由于畜种或者年龄不同，瘦肉硬度也不一样。因此要从最硬的肉开始，依次放入。这样可以提高肉的结着性。
②继而加入冰或冷水，以利于斩拌。加水后，最初肉会失去粘性，变成分散的细粒子状。但不久粘着性就会不断增强，最终形成一个整体。冰屑还有一个作用，就是保持操作中的低温状态。
③然后添加调味料和香辛料以及其它增量材料、结着材料。肉与这些添加材料均匀混合后，进一步加强了肉的粘着力。
④最后添加脂肪。在添加脂肪时，要一点一点地添加，使脂肪均匀分布。若大块添加，则很难混合均匀，时间花费也较多。在这期间，产品质量，必须加以注意。肉和脂肪混合均匀后，应迅速取出。
⑤开动机器对原料进行斩拌（先关上盖子），此时，转盘以较低的转速转动，而切刀以高速转动。原料一方面在转盘槽中做螺旋式运动，同时被切刀搅拌和切细，并排掉肉糜中存在的空气。添加在其中的调味料、辅料也得以充分搅拌混合。
⑥卸料：停机，打开上盖，开动排料装置。将出料圆盘放入盛肉转盘槽中，由于料盘的旋转摩擦作用将肉糜带起，再被刮板刮入料车中。此时，盛肉转盘在慢速转动过程中，不断将肉糜送至出料盘，很快将肉糜排空。此后，再移出料盘。
⑦停机。
（3）斩拌注意事项：
A、首先是斩拌机容量和实际投入肉量的问题。例如所使用的斩拌机容积为50kg，原料肉却投入了70kg，以至斩拌时，肉顶到斩拌机的盖，会造成切碎不够充分以及肉温上升等问题。因此要绝对禁止，必须按容量要求投肉。
反之，容量为20kg的斩拌机，投入量低于10kg，同样也会出现问题。斩拌前的肉温如果为3℃，加入10kg肉斩拌后，肉温会上升到11℃。但如果按机器容量投入20kg肉，斩拌后肉温最高不超过9℃。
另外，肉的分离液量也是不同的。投肉量为10kg时，分离液量为3.25％；投肉量为20kg时，分离液量仅为2.0％。也就是说，低于容量要求投肉，对保水力和温度都没有好的影响。必须按机械设计能力，恰当投料，才能保证斩拌效果。
B、斩拌结束后，将盖打开，清除盖内侧和刀刃部附着的肉。附着在这两处的肉，不可就此放入斩拌过的肉馅内，应该与下批肉一起再次斩拌，或者在斩拌中途停一次机，将清除下的肉加到正在斩拌的肉馅内继续斩拌。
C、最后，要用肥皂水认真清洗斩拌机，然后用干布等将机器盖好。如果清洗得不干净，很容易受到细菌的污染。
三、充填机：
1、充填机：所谓充填机就是把调料和经搅拌混合处理的肉糜，或者腌渍搓揉好的火腿肉块等，向肠衣内(也可以向模或罐内)充填的机械。在国内也叫灌肠机。
2、分类：充填机类型多种多样。
（1）若按作用力形式分：手动、气压、液压和机械式。
（2）按送料机构可分为：活塞式和机城泵式。
（3）按机器外形可分为：立式和卧式。
（4）按操作方式可分为：间隙式和连续式。
食品工厂现在常用气压或油压活塞式及机械泵连续式充填机。近来还出现了一些新型的充填机，其中有能在肠衣内进行定量充填的定量充填机，能连续操作的自动真空充填机和利用塑料膜的自动充填结轧机等。
另外，还有专做压缩火腿的充填机。
3、活塞式充填机：
（1）组成：气压式活塞充填机，其构造简单，主要由空气压缩机、贮肉用园桶形容器、及在其中上下动作的
带有合成橡胶密封环的活塞、充填喷嘴、
将肉隔断的阀门、容器上盖、阀门开关
等部分组成。
（2）工作过程：由空气压缩机送出
的压缩空气进入活塞下部，形成将活塞
上推的压力，使之经常处于加压状态，
一打开充填阀门，活塞上部筒内的肉料
就被有力地挤压充填到肠衣中去。
（3）油压式活塞充填机：工作原理与气压式活塞充填机相似，只不过把空气换成油压装置罢了。
西德handtmann公司的FA30--TOP型，是一种液压的自动活塞式充填机。它除了可安装直接充填和定量分装用的充填管外，还可以换装自动夹持装置，装罐嘴，肠衣顶部结扎机附件等。料筒里的肉料含量可以自动显示。其技术数据为：缸筒容量30公升，罐装能力53公斤／分，电子式定量分装装置分配重量范围5～10，000克，定量分装速度(无级变速)超过250份／分，具有电子脉冲控制的第一份产量补偿装置，供肠衣顶部结扎机使用扭结数1.5至3.5，活塞最大压力20巴，马达容量3千瓦，无油时净重382公斤，外形只寸775×905×1280毫米，出口高度1090毫米。
4、操作注意事项：
（1）在上料的过程中，要时时拍击捣动，尽量不让空气进入或留存于肉糜之中，否则在灌肠时易形成气泡而影响肉肠质量。
（2）活塞上下活动的滑动面上装的橡胶密封圈，要注意经常保持完好以免空气或油进入物料。
（3）充填时应注意肉块大小，罐肠用绞肉的粘度，肠衣的粗细等，必要时可适当调节送肉压力。
（4）使用完后要及时清洗肉缸和出肉管道，确保安全卫生。
5、机械泵充填机：
比较结果 泵型
比较项目
齿轮泵
螺杆泵
叶片泵
效率
低
较低
较高
压力
高
较高
低
对肉挤压
强
中
柔和
转速
高750—1500转/分
高1200—1400转/分
低4—30转/分
温升
高
较高
低
容积可调性
不可调
不可调
可调
磨损
高
高
较低
振动、噪音
高
低
低
结构
简单
简单
较复杂
实用性
肉糜
肉糜、小肉块
肉糜、肉块
这类充填机所用的机械泵有齿轮泵，螺杆泵和叶片泵。这些泵的结构和工作原理均与普通的同类型泵相同。对肉料的输送而言，叶片泵的性能最好，目前比较先进的充填机，均多采用叶片泵，先将三种泵的性能比较如下：
第三节 热处理设备
在肉食制造工程中的热处理工序主要包括：烘干、烟熏、蒸煮、冷却。为了完成上述热处理工序，过去均分别利用单独的烘干、烟熏、蒸煮和冷却设备。随着现代技术的发展，近年来美、英、法、日、德等一些国家研制出一些热处理设备。具有完成烘干、烟熏、蒸煮、冷却和清洗等效能，谓之自动熏室。
一、烘干设备：
（一）烘干的目的：
1、使肉食品(如肠)表面干燥，增加肠衣的坚固性。
2、使肉色通过烘烤加速变红。
（二）烘烤的质量要求：
1、烤出的产品表面干燥，用手摸表皮没有粘湿的感觉。
2、肠类的肠衣暗度减弱，开始呈半透明状。
3、肉的红润色形已经显露出来，表面及边沿或肠头附近无油脂流出。
（三）烘 炉：
1、结构：过去国内常采用砖砌成的烘烤房，在烤房的地坪上有方便烘烤小车进出的轨道，也有的在炉顶设悬挂轨道。现在多采用不锈钢加工制造的烘烤室。
2、热源：热源有用木材的、煤气的、液化气的、电的、蒸汽的。有直接加热和间接加热两种加热形式。
3、温度、时间、湿度：烘烤的温度和烘烤时间与肉食的厚度，肠子的粗细有关；炉温一般掌握在70℃。烘烤过程中空气的干燥程度极为重要，虽然炉温够了，但湿度高时同样达不到烘干的目的。
目前，国内外采用的多是自动烟熏设备，把烘烤和以后的烟熏及蒸煮结合起来，因此在工业生产过程中也没有单独的烘干工序，也无单独的烘干设备。
二、煮制设备：
（一）煮制的目的：(一般煮制分为水煮和蒸煮)。
1、使肉料的肌肉蛋白质收缩、凝固和使一部分胶质变成胶蛋白。
2、消灭病源微生物的存在。
（二）煮制质量要求：
1、对煮好的制品，用手捏时肉体(肠体)应稍硬，弹力较强。
2、一般肉制品中心温度掌握在70℃，对添加有淀粉的肠类(由于淀粉种类不同，其糊化温度亦不同)，应使中心温度为75℃左右。
（三）煮制方法及设备：
1、水煮：水煮方法常采用一般的煮锅，有园形、长方形的(多为钢板焊接制成)。
（1）热源：热源常用电、煤、煤气和蒸汽，利用它们对锅内的水加热，以此对肉食制品进行煮制。
（2）煮槽结构：如图所示为一煮槽，它是一个长方形不锈钢水槽，四壁和底部都有保温夹层，在水槽底部设有进水、排水和蒸汽管道。为了防止高温蒸汽直接吹向制品(篮)，产生局部过热，有的水槽在蒸汽管出口处安装有一些金属隔扳，以缓冲
和分散蒸汽气流。煮槽的侧壁
安装有温度计，水温控制器，
定时器和水温控制继电器。水
温控制精度可达±1℃，为使槽
内水温均勾一致，可用泵或压
缩空气来循环或搅动水。待煮制的制品通常装在一个不锈钢制的方形篮子中(该篮子的四周和底部有无数通孔)，用吊车放入煮槽。为了保证制品受热均匀一致，应考虑制品放入篮子的方法，使制品之间有均匀的间隙。
2、蒸煮：蒸煮方法通常是用一种可相对密闭的钢板制的箱体，把肠等肉制品挂在炉内，通过温度控制阀通入蒸汽，对肉制品进行蒸煮，或由内装蒸汽发生器产生蒸汽，以保证为所有蒸煮过程提供充分的蒸汽。
3、采用高温短时加热法：这是一种利用高温高压杀菌器进行杀菌的一种方法(见杀菌设备一章)。将经包装的肉制品放入这种杀菌器(锅)中，用130℃左右的高温蒸汽，经几分钟的时间完成杀菌。
这种方法，由于压力比较高，对一般肠衣包装制品不合适，易破裂。特别适合于铁罐装，复合膜软包装和塑料肠衣包装的肉制品。经高温杀菌的制品可在常温下保存。
三、烟熏设备
（一）烟熏目的：
1、形成特种烟熏气味和色泽。
2、防止腐败变质。烟含有苯酚、醛、十六烷、碳酰、酒精和碳酸等。这些化学组分能防止微生物繁殖，因而能保证食品的安全保存期。
（二）熏后质量：
1、制品表面干燥，无斑点和黑痕，有均匀的米黄色或深米黄色。
2、用鼻嗅有烟味。
过去不少这类制品烟熏程度极重，然而现在国外则趋向于轻度烟熏。
（三）烟熏条件：
1、熏烟是由木材(锯末)不完全燃烧所产生。烟是由水蒸汽、气体、液体和微粒固体等组合而成的混合物，现在已有二百多种化合物能从木材发生的烟中分离出来，目前只有三分之一已经确定。一般认为熏烟中最重要的成份为酚、酸、醇、羟基化合物和烃等。因为软木比硬木含有较多的树脂，所产生的烟颜色较黑，故多应用硬木材料。
2、熏烟的成份常因燃烧温度、燃烧室的条件，形成化合物的氧化以及其它许多因素的变化有差异。一般认为燃烧温度在300～400℃，以及氧化温度在200～250℃之间所产生的熏烟质量高。实际燃烧温度以控制在343℃左右为宜。因燃烧温度超过400℃烟的质量下降，即烟向食品输送调味和色素物质及防腐物质的能力迅速降低。这时表面仍有烟，但前述的有益成分却大部分遭破坏。
（四）烟熏室：
1、烟熏室的分类：烟熏室的基本类型有三种：
（1）自然空气循环式：就是把刨花放在炉内摊平，上层撤上一层锯末，用火点着，将炉门关紧，使其闷烧生烟。也有用煤气烧铁板，使其上面的锯末发烟。
（2）强制通风室：就是采用空气调节或强制通风式的烟熏房。这种熏室，空气循环由鼓风机进行控制，其空气可以全部再次循环，或部分再次循环、或全部向外排除掉。这种类型的烟熏室，空气能均匀流动，还能良好地控制湿度，它不仅能更正确地控制烟熏过程，而且还能控制比烟熏更重要的熟煮温度以及成品的干缩度。
（3）自动熏室：它是能陆续完成烘干—烟熏—蒸煮--冷却等工序的设备。分有：（单机）全自动万能型，半连续型和连续熏制蒸煮--冷却生产线几种。
2、(单机)自动万能熏室：
这种熏室是在强制通风室的基础上发展起来的。
（1）工作原理：工作基本原理是在密闭的熏室内，由电子程序控制系统自动控制温度、湿度和时间。控制加热器加热空气，风机通过倒置的管道将热空气交替地喷进加工室；控制烟发生器生烟，利用风机将烟与热空气混合后喷入加工室；控制加湿器喷热蒸汽，利用风机加强热蒸汽在加热室中的循环；控制冷却水喷咀向加工室喷洒冷却水。
（2）全自动万能熏室的结构：
①熏室：熏室为一金属室，室壁和顶均采用厚度约50毫米的最佳隔热材料(如石棉)隔离室内外温度的传递。其室内及外部壁均用1～1.5毫米厚的不锈钢板制成。内部的加强筋板和联接螺栓也采用不锈钢材料。在熏室的左右两侧装有供吊车用的导轨，该导轨由带有刻槽的3毫米厚的薄不锈钢板构成。地板用3毫米厚倒棱钢板制成，并高出周围物体50毫米。地板可选用瓷砖或类似的东西，地板朝向门处呈倾斜状，入口桥是可倾斜的，并装配有金属配件的防滑装置。该桥由带有加强筋的3毫米厚的不钢板制成。在门的左边和右边安装坚固的门柱，门框是镀铬黄铜制成。门上装有两个压力杆锁(可以从任一侧打开锁)。拉动一个门把手，门即可被打开，门大约有30毫米厚，并与门框全面加以特别密封。
空气导管由l毫米厚的薄不锈钢板制成，装设在室内顶部的左右两侧。在其下部牢固地焊接上由薄钢板或薄铜板制成的特制喷咀。
②机器室：机器室由2毫米厚的不锈钢板制成，装采用法兰连接在金属室的顶部或后部。机器室内安装有加热器，通风机，排气通风扇，风门和净化装置等。
A、加热器：用蒸汽加热的热交换器是用平滑的不锈钢管制成，有的外部带有翅片。加热器管内通入6～8个大气压的蒸汽。从熏室的内部通过观察孔，可以很容易地看到空气加热器。
B、通风机：有用2毫米厚的薄不锈钢板特制的风扇，该风扇叶轮应经过静态和动态平衡，其叶片形状经特殊设计，使叶轮上不会存在有任何焦油存积物。从而保证风扇能顺利地进行运转。风扇通常由电动机通过三角皮带传动或直接传动而旋转。以推动气体产生循环流动。
C、风门：在风扇或风道内装有用不锈钢板制成的交替式风门片。它们由电动机、齿轮通过链系及安全离合器而传动，左右交替开闭。这样循环的空气流便可以交替地通过左侧或右侧的空气导管，再经空气喷嘴而流入熏室中。另外，还有一个熏烟风门和一个新鲜空气风门，它们由气动操纵，可以采用手动和全自动的控制系统。它们分别用以控制熏烟和新鲜空气是否能进入机器内。输送新鲜空气的管子安在设备的顶部或后面下部，如果空气不是非常热或很潮湿，室内空气可循环使用，并不需要补充新鲜空气。
排气通风扇也是用不锈钢材料制成，它带有三相电动机及用塑料制成的特殊叶轮。该风机也可以单独设置在熏室顶部。当加工完毕，在打开熏室房门时，必须接通排电风扇，以避免蒸汽或熏烟对操作人员的干扰，在非循环使用烟、汽时，在湿度太高，烟太多时也要适当排放。排气风扇安装在置于设备顶部的排放管尽头，排放管为直径200毫米的不锈钢管。排放管内也有风门式的调节器，同熏烟风门和新鲜空气风门一样可由压缩空气控制。压缩空气和控制盘的顶部相连。
净化装置为标准化设备，该装置主要是由蒸汽喷射器组成，它用于把净化剂或水射到机器室中。因为循环空气的作用使两室内所有部件均能应与净化剂相接触，有效地完成清洁工作。该装置由铸铁管件组成。
③熏烟发生器：图3--3所示为一熏烟发生器
很早以前，人们以成捆的木柴作为生烟的燃料，后来人们发现使用木柴生烟效果并不理想，它不能很好控制温度，也不能很好控制烟的浓度。因此这种方法，逐渐为人们所淘汰，并发明了使用特别的木屑或锯未来生烟的烟发生器。
尽管各个厂家生产的烟发生器外形有所不同，然而其基本结构和使用的生烟方法是相似的。根据前述熏姻条件，它们一般均采用逐步升高温度的方法来生烟。其结构均有一个料斗和一个与机座在—起的燃烧室。如图所示为烟发生器工作原理示意图。
如西德爱特姆斯RES23型标准熏烟发生器。上部是一个用不锈钢制成的带盖圆锥形料斗。料斗中有一搅拌器，其轴用60号钢制成，由滚珠轴承支撑在料斗上，并由装于料斗外部的电动机，通过链系传动搅拌器。
下部园筒形燃烧室装于机座箱内，机座由灰口铸铁构成，园筒形燃烧室四周有小孔，谓之园筒形炉栅。其上部与锥形料斗的下端相接，其下底部有一个不断进行动荡的篦子(或转动)，在园筒形炉栅下端四周装有环状电点火防震装置。下部机座内带有特制挡板的燃灰箱(用不锈钢板制成)及一个灰口铸铁制成不变形的风门组成，风门处可装小型鼓风机。
工作过程如下：木屑或锯末从料斗中，由上往下流动，被搅拌器传送到燃烧室，在燃烧室下端“篦子”四周的电点火线圈作用下木屑被点燃，并在吹风机鼓风的作用下进行熏烧。其木屑熏烧温度，在燃烧室的最下端为400℃，往上其温度逐渐下降到200℃，到燃烧室上部约为150℃，到进料斗的下部时则降到120℃。这就形成了从木屑进料到燃烧逐步温度升高的方法。在木屑进行真正燃烧之前先在120～200℃区域内逐渐经过一道干馏工序。这时，对温度敏感的组分未曾到达灼热区就分解了。真正的燃烧在大约300℃开始，那些估计在这种温度下解离的组分发生分解。结果能得到十分浓密，平衡的很好的熏烟。这些熏烟通过烟道抽走，经过洗净后通入熏室。由于“篦子”不断动荡，则可不断地向下排出熏烧过的木材，落入燃灰箱中，烟气发生器的工作可以自动控制，间隔工作。
为了避免烟雾中的灰尘和其它有害物质对制品的危害，在烟发生器出烟的通路上常设有过滤网及水过滤器作为烟气净化器。
爱特姆斯烟发生器还有两种附件。
一种是木片配给器。它可以将用机器切削的木片（4～6mm），各种木头（如山毛榉、赤杨、橡树和桦木等）的木片按一定的混合比率供给烟气发生器，并可以调节检查混合比率。
另一种是自动灭火器。因为在一定环境下，例如在好火的时候，进料斗没有添加新木片，燃烧室会出现明火。这种灭火器有一个探头敏感明火，发生一个电脉冲送往—个电磁阀，而将水喷进燃烧室。一但火焰熄灭，阀门就关闭，烟气发生器立刻继续作用，因为烟床不受少量水的影响。探头装有一个探测器，保证系统不由于脏物污染而失去效用。有一个光电池的光源检查防护玻璃板的污染。如果产生过分的污染，要迫使操作者清洗玻璃板，（因若不清洗玻璃板，则不能重新产生烟气。）
最近，由费斯曼公司研制成功的一种高性能的生烟设备称为“比率发烟器”，它具有以下优点：
a、熏烟时间缩短50％，这是由于烟的浓度较高而组分较好的缘故。
b、能产生第一流和经久不变的烟色及突出的滋味。
c、在熏烟期间可节省高达90％的能量。
d、同标准的烟熏发生器比较，木片消耗量可降到十分之一。
e、进行冷法熏制时不用额外的冷却装置能取得低的烟温。
F、熏制期间食品收缩量少，从而能提高利润。
g、防污染系统效能极高。
西德爱特姆斯烟发生器使用4～6毫米的木屑，其料斗大约能盛80公斤木片，这个数量足够保证5～8小时工作之用。熏烧速不变时，视风门调节情况而定。据资料讲，用电子计时器控制发烟器，每个阶段都能恒量地，精确地投入适量的山毛榉碎屑，以最高生产量计算，每分钟大约才烧掉70克山毛榉粹屑。
现在有一种叫葛尔摩斯型的熏制装置同一般自动熏室采用燃烧木片生烟的方式不同，而是使高温、干燥蒸汽通过锯末和木片的方法，将含有烟雾成份的蒸汽导入加工室进行熏制。由于使用本装置是在300℃以内进行处理的，所以无焦油成分混入，热处理时间短，封闭良好，制制品品质优良，所以很引人注目。（灌肠35～50分钟，火腿120～150分钟即可完成。）
另外有一种新的生烟方法值得注意，近几年来一些国家愈来愈多的使用一种烟熏液。这种方法比之以上燃木熏烟优越的多。这是因为：
1）首先，它不要烟发生器的设备，可以节省企业投资。
2）其次，烟熏液的成份稳定，而且可以循环使用加工。
3）烟熏液在制造中不具有一般燃木生烟不可避免的微粒物质，因而可以在很大程度上缓和致癌物质的产生。
4）这种方法还可以利用软质木锯末，只要注意预先除掉软质木锯末中含有的焦油状物质即可。除掉这种焦油物和多环烃，可以用过滤方式解决。由于使用烟熏液可避免焦油物质积聚，可以保持设备干净。
烟熏液的制成品，主要为液态，它合有酚类、有芘酸、羰基化合物等。据分析，烟熏液不含有多环烃，特别是苯并范另据化学分析在生产烟熏液的过程中，完全不具有致癌物质。
烟熏液的使用：使用烟熏液的方法虽然各有不同，但是一般都用在蒸煮之前，将烟熏液喷射到肉制品上。在商业上，经营这种烟熏液的部门都将烟熏液用水稀释，也有用醋、柠檬酸稀释的。肉制品加工厂使用的标准烟熏液含有20～30%烟熏液，5％醋或柠檬酸，65～75％水份。柠檬酸或醋是用来形成法兰克福式或其它无肠的小香肠外衣的。当然，不用柠檬酸或醋，仅用烟熏液也可以生成小香肠的肠衣，但需要相当浓的烟熏液，加酸类物质为的是可以降低成本费用。
经过烟熏液处理的肉制品，只解决一个熏制过程，大多数的肉制品还要进行蒸煮。蒸煮就要另行配制蒸煮设备，先熏后煮的制品外观色泽好，所以，蒸煮前先喷射烟熏液。
④蒸汽喷射装置：实为一个不锈钢喷咀。它用喷射一个大气压的蒸汽的方法来进行蒸煮和提供湿汽。其管路上设有喷射蒸汽的电磁阀和过滤器。蒸汽通过一个减压阀，蒸汽分离器和排水管，连接到设备的后部。
⑤冷却水喷管：
带有许多小孔的冷水喷管水平置于熏室内项部，在风机作用下冷水呈雾状对制品喷淋冷却。
⑥熏制小车和蒸煮浅盘：
熏制小台车，结构较多。它一般由普通钢或不锈钢制成龙门H结构，既坚固耐用，又可以轻易堆积起来。下有六个塑料小轮能轻易地移动或原地转动。中间一对轮子直径稍大，可以将外侧小
轮稍微支离板面，使台车能走过不平坦的地方并
越过门槛。挂制品的熏棒可以横架在台车横架上，
费斯曼台车宽一般为112厘米，高170或200厘
米。
蒸煮浅盘：
为重铝制造的多孔蒸煮浅盘，贮油槽和用作
火腿成型模，肉饼等的格栅。可以放在标准台车
的横架上。还有用于烤肉，汉堡包等的不锈钢网
眼的板。
⑦控制器：通常有程序控制系统和微处理机控制两种。微处理机将最佳控制、机动灵活和操作安全结为一体。其最大特点在于能够储存完整的程序，并且只需按一下电钮即可使之开始工作。厂家在供应设备时，一般都提供一些基本软件。另外，任何程序的任何数量的单指令都可以输入，并且结合起来以构成特定的生产程序。程序之间的关连被自动地存储，并且随时可以读出。除了相当大的程序可变性之外，微处理机凭借故障转换保证具有极高的保护功能以避免生产失误光学检验使得在起动前将程序流程预先显示出来。通过增加或暂停某些步骤，随时可以永久地或者为了现行程序修正既存数据。
图3--6为atmos自动熏室用的MIC100型控制盘与所控制元件的关系图，各个执行元件的工作均是通过控制盘来控制的。
（3）全自动万能熏室的特点：
①操作容易、自动化程度高，只要操作控制盘的开关，将工序调整好后，可自动作业，顺利地加工出制品。
②能快速、均匀地达到工艺所要求的温度、湿度和烟雾浓度。（因为有强力的循环式风扇。）确保加工制品的速度和质量稳定。
③优良的熏烟效果。由于热风的温度能够控制在最适状态，而且熏烟的质量也非常优越(无焦油污染)，所以熏制出来的产品芳香可口，风味极佳。
④运转成本较低。由于以蒸汽作为热源，另外使用烟发生器，木材消耗大大减少。所以能够收到节省经费的效果。
⑤干耗少，成品率高。由于进行高精度的湿度控制，所以产品的成品率较高。
⑥安全、耐久。因内部构件全部使用不锈钢制造，所以能保证高的安全性和耐久性，但成本较高。
第十一章 搅拌与烘烤设备
讲授本章的基本目的：
通过本章的教学，使学生了解搅拌机械的分类，掌握搅拌的混合机理、搅拌器的结构及应用；了解调和机的分类、混合机理，掌握打蛋机、调粉机的结构，搅拌器的形式及特点；了解热交换的形式，掌握远红外加热的原理，辐射元件的种类及特点，烤炉的种类和结构。
计划学时数：
8学时
重点内容：
1、搅拌的混合机理、搅拌器的结构及应用。
2、调和机的混合机理，打蛋机、调粉机搅拌器的形式及特点。
3、热交换的形式和远红外加热的原理。
4、烤炉的种类和结构。
5、辐射元件的种类及特点。
难点部分：
1、搅拌的混合机理。
2、调和机的混合机理，打蛋机、调粉机搅拌器的形式及特点
3、辐射元件的种类及特点。
使用教具：
1、黑板。
2、投影仪。
3、多媒体幻灯。
作业：
1、
2、
3、
4、
5、
第十一章 搅拌与烘烤设备
在众多的食品加工机械中，面食制品机械是很重要的一类，它是指加工面包、饼干、糕点及大型方便面食制品的机械设备。随着生产的品种不同，所需的机械也不完全相同，但其中搅拌机械和烘烤设备是使用较多也较常用的。这里着重介绍搅拌和烘烤设备。
第一节 搅拌机械
一、概述：
1、搅拌操作：搅拌操作在食品工业中占有十分重要的位置，大多数面糖食品的生产都离不开搅拌。
（1）搅拌：指借助于流动使两种或两种以上的物料在彼此中相互散布的一种操作。
（2）搅拌的作用：
①实现物料的均匀混合，取得均匀的混合物。
②促进溶解、气体吸收、强化热交换等物理及化学的变化。
（3）机械搅拌和搅拌机械：物料的流动通常是依靠机械方法产生，这种方法称为机械搅拌，简称搅拌，这种机械称为搅拌机械。
（混合：指两种或两种以上的物料在空间相互散布的一种操作，其目的是借助于流动，使各种物料均匀分布。
物料的流动通常是依靠机械方法产生，这种方法称为机械搅拌，简称搅拌，这种机械称为搅拌机械。
搅拌：指使容器内的物料形成某种特定运动的方式的操作，它着眼于物料的运动。在搅拌过程中伴有对不同物料的混合操作。
搅拌的目的在于①取得均匀的混合物，②促进物理的变化，如溶解、气体吸收、强化热交换等。）
2、搅拌物料的种类：
（1）按物相分类：气体、液体、半固体、散粒状固体。
（2）按流体力学概念分类：牛顿型流体、非牛顿型流体。
3、搅拌机械分类：
进入搅拌机械的食品物料性质差别很大。从物料的物相分析，有液体与液体，液体与固体，固体与固体的搅拌及拌有充气的搅拌。从物料的粘性而论，有低粘度液体和高粘度液体的搅拌。从流体的属性区分，有牛顿流体和非牛顿流体的搅拌。
（1）若按被搅拌物料的性质分类：
①搅拌机：它以搅拌粘度较低的液体为主，适用于液--液，固--液悬浮液，气--液混合等。
②调和机：它以调制高粘度糊状物料及粘滞半固体物料为主。适用于液--液，固--液混合或伴有充气过程的混合，
③混合机：它是以混合固体干燥散料为主。适合于固--固相混全。
（2）按轴线安装位置分类：
①立式搅拌机械。
②卧式搅拌机械。
（3）按搅拌机械的工作情况分类：
①间歇式搅拌机械。
②连续式搅拌机械。
（4）按搅拌机的转速分类：
①低速搅拌机。
②高速搅拌机。
其中调和机是食品工业中常见的操作设备，尤其对面类食品、糖果类食品的生产，它是直接影响制品质量和产量的关键性设备之一。
二、搅拌机：
1、作用：搅拌机常用来处理较低粘度液体的混和，包括液体与液体(互溶或不互镕)的混和，固体悬浮液的制取以及伴有加速溶解、强化热交换等的搅拌操作。在食品加工中，各种面浆、混和乳液、原料糖浆的制备以及糖果生产中的溶糖操作都是采用搅拌机实现的。
2、搅拌机的混合机理：
搅拌操作最基本的要求是实现物料间的均匀混合。搅拌机工作时，混合机理主要由三方面作用构成，即对流混合、分子扩散混合和剪切混和。
（1）对流混合：在搅拌容器中，通过搅拌器的旋转把机械能传送给液体物料，造成液体的强制对流。强制对流有两种方式，即主体对流和涡流对流。混合过程正是在此作用下实现的。
①主体对流扩散：搅拌器把动量传给它周围的液体，产生一股高速液流，这股液流又推动周围的液体，逐步使全部液体在容器内流动起来。这种大范围内的循环流动称为“宏观流动”，由此产生的全容器范围的扩散混合叫主体对流扩散。
②涡流扩散：当搅拌器产生的高速液流在静止或运动速度较低的液体中通过时，处于高速流体与低速流体分界面上的流体受到强烈的剪切作用，因而在此处产生了大量漩涡。这些漩涡迅速向周围扩散，一方面把更多的液体夹带着加入宏观流动中，另一方面形成局部范围内物料快速而紊乱的对流运动。这种漩涡对流运动被称为涡流流动。由此造成的局部范围内的对流扩散混合称为涡流扩散。搅拌器桨叶对流体的直接剪切作用当然也会造成强烈的涡流流动。
以上两种混合可以认为是“对流混合”。
（2）分子扩散混合：在实际混合过程中，主体对流扩散只能把不同物料搅成较大“团块”地混合起来，而通过这些“团块”界面之间的涡流扩散，把不均匀程度迅速降低到漩祸本身的大小。可是最小的漩涡也比分子大得多，因此对流扩散不能达到分子水平上的完全均匀的混合。这种均匀混合状态只有通过分子扩散来达到。分子扩散是指分子间相对运动的结果。对流扩散虽只是“宏观混合”，但它大大增加了分子扩散的表面积，并减小了扩散距离。因此它提高了分子扩散，即“微观混合”的速度。
（3）剪切混合：剪切作用就是把待混合的物料撕成愈来愈薄的薄层，使得被一种组分独占区域的尺寸减小。图2--l所示为平行板间两种粘性物料的混合过程。初始时。少量组分以离散的黑色小方块形式，随机分布在混合物中。在其边界表面运动所产生的剪切作用下，这些小方块被拉长，从而使这一系统变为颜色深浅相间的隔层结构。若所施加的剪切作用足够大，每一对薄层的厚度就会变到用肉眼难以分辩的程度，看上去只是一片均匀的灰色。
在高粘度流体中，流体的剪切只能由运动的固体表面造成。剪切速度取决于固体表面的相对运动速度及表面之间的距离，因此用于高粘性物料的搅拌机，搅拌器直径同容器内径的比值接近于“1”。
（4）分析：食品加工中的大多数搅拌操作，并不是要求达到微观混合的程度。对互不相溶的物料间的混合，不存在分子扩散现象；对互溶物料的混合，分子扩散受对流混合的影响。它的作用范围较小。
低粘度液体的混合机理主要是对流混合和分子扩散混合。而对于高粘性物料、其密度和粘度都很大，在混合过程中揣动和涡流几乎不存在，因此，扩散对混合的作用很小。
高粘度物料的混合机理主要是“剪切”。
3、搅拌机结构：
（1）组成：搅拌机通常由一个或几个作旋转
运动的叶轮搅拌器、固定的装料容器、传动装置
及轴封等组成。在搅拌机工作时，叶轮旋转带动
容器内液体按一定流型(循环流动的途径)运动，
从而实现搅拌操作。图2--2是一种典型的立式搅
拌机结构示意图。
（2）叶轮搅拌器：
叶轮是搅拌机中最主要的部件，它与搅拌轴共
同构成搅拌装置。它的型式决定了搅拌器的特性。
①液体的流动形式：通常，搅拌机容器内流动的液体有三个方面的速度分量，即垂直于搅拌轴的径向分量及与轴平行的轴向分量和与叶轮相切的切向分量。由混合机理可知，液流的径向分量和轴向分量都能促进混合，而切向分量则不同。在搅拌轴对中安装于容器内的情况下，切向分量主要促使流体绕轴循环转动，形成速度不等的液层。当层间相对速度不高时，对流作用很小，所以几乎没有混合，同时还会使液流产生向下凹的漩涡，这些流动都对混合不利。
②叶轮分类：根据上述原因，如图2—3所示，所设计的叶轮型式可分成：
A、径向流：与之对应的叶轮
称为平叶；
B、轴向流：与之对应的叶轮
称为螺旋面叶；
C、能够同时产生两种流向的
叶轮：称为折叶。
若按叶轮的结构特征可分为：
A、浆式；
B、涡轮式；
C、旋桨式；
D、特殊型式的搅拌器。
本章将按结构特征进行讨论。
③桨式叶轮：
A、结构：桨式搅拌叶轮是一种
由平板构成的最简单的叶轮结构，图2--4所示。叶轮一般有2～6个叶片，搅拌轴大多是对称安装在容器中。若叶片平行于轴向安装（图2--4a）即称为平叶式叶轮，它主要使液流产生径向速度和切向速度；若侧斜于轴向安装（图2--4b），则为折叶式叶轮，它主要为促进被流的轴向流动。典型的平桨总长度为容器内径的0.3～0.7倍，平桨宽度为长度的0.1～0.3倍。由于桨叶较长，这种搅拌机转速较低，一般在20～150转/分左右。平桨末梢速度小于5米／秒，通常为1.5～2米／秒。浆叶多由扁钢制造，考虑到与食品接触，常用材质为Cr13型不绣钢。
图2--5为桨式搅拌器工作时液体的
流型示意图。
B、桨式叶轮的特点及使用范围：桨
式搅拌叶轮结构简单，剪切效应有限，主
要适于搅拌低粘度液料。如对固体的溶解、
避免结晶或沉淀的简单操作，及在液层较
浅或需在排放液体的过程中不停止搅拌的
场合，桨式搅拌器都比较适合。在低粘度
面浆、淀粉糖浆及巧克力溶液的制备过程
中都使用了这种搅拌器。
④涡轮式叶轮：
A、结构：涡轮搅拌器是由一个水平圆盘和4个以上叶片组成，常用的为6个叶片。如图2--6所示。此种叶轮直径一般小于桨式结构，其数值常为容器直径的0.2～0.5倍(以0.35居多)。转
速在30～30 0转／分范围内，叶片线速度约为
4～8米／秒，搅拌轴通常在容器内对中安装。
它属于平叶式叶轮。由于涡轮叶片较宽，转速
较高，使得液体产生较大范围内的强烈的径向
流动和切向流动，当液体撞击容器四壁而产生
折射时，各种方向的流动充满整个容器内部。
在叶片周围能够产生高度湍流的剪切效应。不
过，流体是被涡轮水平圆盘分割成上下两个区
域。若将叶片斜置安装，这种结构则属于折叶
式搅拌器，它也可使液体产生轴向流动的效果。
B、特点：涡轮式叶轮，混合效率高，有较强的局部剪切效应，但造价较桨式结构高。它搅拌物料粘度范围较宽，对粘度在50000厘泊(50帕斯卡·秒)以下的液体均可产生良好的搅拌作用，它特别适合于不互溶液体的分散，气体的溶解、固体的溶解、固体在液体中的悬浮及溶液的热交换等。如在原料糖浆、油水混合溶液的制备中常用这种搅拌器。
⑤旋桨式叶轮：
A、结构：旋桨式叶轮由2～3个
螺旋叶片组成(见图2--7a)，其特点是
叶轮直径小，通常与容器内径的比值
为0.2～0.5(以0.33居多)，转速高，
一般转速约为100～500转／分，叶轮
线速度在3～15米／秒之间。旋桨式
叶轮为典型的轴向流叶轮，由于它是
在高速下强烈地剪切液体并使之快速
流动，这样便造成了液流的强烈湍动。考虑液体流动的轴向特性，若将旋桨叶轮在容器中垂直对中安装，则搅拌效果不佳。因此一般都偏心安装或使旋桨轴与轴线成一定角度(见图2--7b、c)。在大型容器中，叶轮轴可通过容器侧壁水平安装，但也偏转直径方向一个角度，如图2--7d所示。
B、使用范围：旋桨叶轮混合效率较高，但是对于不互溶液体的搅拌，其混合效率却受到一定限制。它适合于对低粘性液料的操作，多用于液体粘度低于2000厘泊（2帕斯卡·秒）以下的固液混合。对纯液相物料，其粘度限制在3000厘泊(3帕斯卡·秒)以下。它还适用于固体的悬浮、乳化以及物料的传热、防止结晶或沉淀等。如低粘度糖液的制备，混合水溶液的强制冷却多采用这种搅拌器。
⑥锚栅式搅拌器：
A、结构：为了增加搅拌器的剪切作用，
或消除容器壁上的结晶物或沉淀物，以便更
有放地搅拌粘度较大的液体，可在平浆式叶
轮的基础上增加桨叶与物料的接触面积，制
成栅形结构，或将桨叶外缘作成与容器内壁
形状相一致的锚形结构(见图2—8)。
B、特点：这种搅拌器的外缘与容器内
壁的间隙很小，当搅拌器扫过容器壁时，由
于强烈的剪切作用而产生漩涡，引起了液体
物料间不断的交换。特别是对于容器装有夹
套传热的搅拌机来说，搅拌操作有利于传热。
C、锚栅式搅拌器的推荐尺寸：搅拌器与
容器壁的间隙同容器直径的比值应为0.05～0.08，叶片宽度W与容器内径T的比值为W/T=1/12，液深与容器内径之比为H/T=1.0。此外，锚栅搅拌器的外缘线速度一般不大于3米／秒。它的粘度适应范围在10～100000厘泊(0.0l～100帕斯卡·秒)之间。
锚栅式搅拌器通常没有挡板，容器内的流体主要是切向流动，没有轴向流动，在靠近叶片的装置有局部径向流动。在半径方向上流体的混合作用很小。
（3）搅拌容器：
搅拌容器根据搅拌操作的工艺条件而定，一般采用直立圆柱筒形。从有利于流线型流动和减小功率消耗考虑，容器底的形状最好选择圆形底。除有特殊原因外，应避免采用锥形底。因为锥底会促使液流形成停滞区，使悬浮着的固体积聚起来。对方形或带棱角的容器，因在拐角处容易形成死角，也应避免采用。
容器内液体深度与其内径之比通常为1﹕1左右。
（4）挡板：
①漩涡对搅拌的影响：当搅拌粘度不十分高的液体时，无论是桨叶式、涡轮式还是旋桨式叶轮，只要是安装在容器中心位置上，而叶轮的旋转速度又足够高，那么，都会产生切向环流。容器内液体在离心力的作用下涌向容器壁，形成周边高，中心低的漩涡。如图2--5a所示。这种现象叫做打漩，它对搅拌多相系物料的结果不是混合而是分层离散。当漩涡深度随转速增加到一定值后；还会在液体表面产生吸气，引起其密度变化和搅拌机振动等现象。
②挡板的作用：消除打漩现象，最常
用的方法就是在容器壁内加设挡板。
挡板有两个作用，一是改变切向流动
如图2--9所示；二是增大被搅拌液体的湍
动程度，从而改善湍动效果。
③挡板的尺寸和安装：对于低粘度液
体的搅拌，挡板可垂直纵向安装在容器内
壁上。如果一个容器，其挡扳数目在一个
定值以后，无论怎样增加也不能进一步改
善其搅拌效果时，那么，该容器就称为充
分挡板化的搅拌容器。充分挡板化的条件与挡板的数量nb、宽度Wb及叶轮直径D有关。它可由下式表示：
（Wb/D）1.2·nb=0.35 （2—1）
据Mack等学者证明，宽度和容器内径之比为1/10的四块挡板一般已足够用了。挡板安装位置随粘度而变化。搅拌低粘度液体时，挡板紧贴壁内侧。搅拌中等粘度的物料时，可把挡板离开壁面安置，以阻止在挡板背后形成停滞区，还可防止固体在挡板后聚积。挡板与容器壁的间距约为挡板宽度的0.1～0.5倍。随着粘度的增加。挡板宽度还可以适当地减小，当搅拌物料粘度大于12000厘泊(12帕斯卡·秒)时，流体的粘度足以抑制打漩，故无需加设挡板。
挡板长度，通常是下端伸到容器底部、上端露出液面。尤其对平叶式叶轮，不论是平形底还是球形底，挡板都必须伸到叶轮所在平面以下。
此外，为消除打漩现象，还可通过在容器中加设导流筒的方法来改善物料的流形。
（5）传动装置：
搅拌机的驱动装置通常由电机、齿轮传动、(有时也设有一级皮带减速传动)、搅拌轴、轴封及机架等组成。图2--10与图2--11分别为典型的立式搅拌机与卧式搅拌机的装置结构简图。对于大容器和搅拌器倾斜安装的结构，电机往往与搅拌器同轴联接，并用夹具将搅拌器总成安装在容器侧壁上，见图2--12。小规模蛋糕生产中的面浆制备常采用这种型式。
（6）轴封：
①作用：搅拌机的轴封是安装在搅拌轴与机架间的密封装置。它的作用是防止容器内物料与轴承润滑剂或外界相互泄漏，造成污染。常用轴封有填料密封与机械密封两种。
②填料密封：
A、组成：如图2--13所示，填料密封装置主要由填料箱体4、填料底衬套5、压盖2、压紧螺栓3及填料6等组成。密封的形成是通过压紧压盖2使填料6变形，从而消除转轴l与机架的间隙来实现的。考虑食品卫生的要求，作为填料材料通常选用聚四氟乙烯纤维。
B、特点：填料密封装置结构简单，成本低，对轴的磨损及摩擦功耗大，经常需要维修。因此，理想的轴封应选用机械密封。
③机械密封：
A、组成：如图2--14所示，机械密封(又
称端面密封)主要由套筒3、动环5，8、静环4，
9、弹簧7、套筒紧定螺钉l及静密封圈2，6，
12等组成。
B、作用原理：当轴旋转时，设置在套筒3
上并与轴同时转动的动环5，8与安装在机架上
的静环4，9在弹簧7力的作用下，始终保持紧
密接触，并做相对运动，使得泄漏不致发生。从而实现了轴与机架之间的密封。
C、特点：机械密封可靠性高，对轴无摩损，摩擦功耗小，使用寿命长，无需维修。结构复杂、成本高。它是搅拌机常用的轴封装置。
三、调和机：
（一）调和机的混合机理：
调和机中搅拌的物料，通常是粘性极高的液变体，如浓糖浆或面团。这时混合操作的机理与液体搅拌并不相同，（液体混合的机理由对流、扩散混合、分子扩散混合和剪切混合几方面构成）。在某些特定条件下物料的粘度会变得很大（可达2000P以上），其流动极为困难，由局部区域激发而起的物料运动终不能遍及整个容器。类似液体的那种由大范围湍流所造成的对流扩散混合作用很小，混合效果主要依赖于搅拌器与物料的真实接触。这种搅拌要求物料必须被引向搅拌器或是搅拌器必须经过容器内的各个部位。
在调和过程中，局部区域的一部分物料受搅器推挤而被压向邻近的物料或容器内壁，造成折叠，从而使新的或未经调制的物料被已经调制的物料所包裹。再之，由于搅拌器对物料的剪切作用，上述物料又被拉延和撕裂，让物料的新鲜部分再次剥露；同时，这一部分物料又被带往产生主体移动动作的区域；如此反复进行，即达到均匀混合的目的。一般说来，物料的粘度愈大，则搅拌器的作用面积就要求愈大，而搅拌轴的转速却应该愈低。
综上所述，调和机的混合机理为折叠作用、剪切作用及对流扩散作用并存的一种混合。
（二）调和机分类：
1、按调和机轴线位置分类：立式、卧式。
2、按调和机轴数分类：单轴、多轴。
3、按调和机的主要用途分类：打蛋机，调粉机。
其中，打蛋机和调粉机有时还具一定的通用性。
（三）打蛋机：
1、作用：主要用来制备各种蛋白乳液、液体面浆等粘稠性浆体，并在制备过程中对物料起充气起泡作用，广泛应用于糖果、糕点的制造生产中，运行速度为70～270转/分。
2、结构：
打蛋机有立式、卧式两种结
构，常用的多为立式打蛋机。它
通常由搅拌器，容器、传动装置，
容器升降机构等组成。
工作时，电动机经传动装置
带动搅拌器与容器间形成一定规
律的相对运动，使物料得以搅拌。
搅拌效果的优劣受搅拌器运动规
律的限制。
（1）搅拌器：
立式打蛋机的搅器包括搅拌头和搅拌桨两部分。搅拌头的作用在于使搅拌桨在容器中形成一定规律的运动轨迹，而搅拌桨则直接与物料接触，通过身身的运动完成调和物料的任务。
①搅拌头：对固定容器的搅拌头，常
见的是由行星运动机构组成。内齿轮固定
在机架上，当转臂转动时，行星齿轮受内
齿轮和转臂作用实现行星运动。行星运动
使搅拌桨在容器内产生的运动轨迹恰好满
足了调和高粘性物料的运动要求。
搅拌桨自转与公转的速度差，由内齿轮与行星轮的齿数差决定，因内齿轮齿数大于行星轮齿数，其自转转速大于公转转速。
对回转容器的搅拌头，则是简单的定轴传动机构。通过客器的回转产生相对搅拌桨的运动，也能实现行星运动产生的轨变。
由于搅拌头位于容器之上，操作时润滑油脂易于落入容器内而污染食品，因此，对搅拌头的密封性要求很高，通常采用下述方法来提高搅拌头的密封性：
A：采用耐高温的食品机械用润滑油脂。
B：采用可靠性大的橡胶密封圈。
C：在搅拌头输出轴下端设接油盘，定期清除泄漏的污物。
②搅拌桨：
搅拌桨结构根据被调和物料的性
质及工艺要求而定，目前已有多种形
式，通用性较广的典型结构有下列三
种。
a筐形搅拌桨：由不锈钢丝组成筐
形结构。此类桨的强度较低，但易于造
成液体湍动，主要适用于工作阻力小的低粘度物料的调和。
b拍形搅拌桨：由整体铸锻成球拍形。此类桨有一定的结构强度，而且作用面积较大，主要适用于中等粘度物料的调和（如糖桨、蛋白浆等）。
c钩形搅拌桨：为整体锻造成与容器侧壁轴向曲线相同的钩形。此类桨的结构强度较高，借助于搅拌头或回转容器的运动，钩形桨的各点也能够在容器内形成复杂的运动轨迹，主要适用于高粘度物料的调和。
（2）调和容器：
立式打蛋机的调和容器通常也称锅，它的结构特征与搅拌机容器相似，即园柱桶下接球形底，两体焊接成形，或整体模压成形。简易的台式打蛋机也可用普通园桶代之，结合食品工艺的发展，也有闭式结构。
立式打蛋机容器的突出特点就是适应于调和工艺的需要，可随时装卸。通常在容器外壁焊有L型带销孔支板，用以同机架连接固定。容器的定位机构一般采用间隙配合的两短园柱销来实现。
（3）传动装置：
立式打蛋机的传动过程一般是，
电动机把动力经一级皮带减速传至
调速机构，再由齿轮机构变速及改
变转动方向，使搅拌头获得转矩。
其调速机构通常有无级变速、有级
变速两种类型。无级变速机构，变
速范围宽，对操作工艺适应性强，
通用性广，但机构复杂，制造维护
较困难，成本高。有级变速机构的
特点恰好相反。国产机大部分采用
有级变速。
（4）容器升降机构：
立式打蛋机通常设有容器升降机
构，其作用在于使固定在机架上的容
器做少量的升降移动和定位自锁，以
适应快速装卸的操作要求。
（5）机座：
承受调和操作的所有负载，为保
证机器有足够的刚度和稳定性，故采
用薄壁大断面轮廓的铸件箱体结构。
（四）调粉机：
1、作用：调粉机又称和面机，它是以调和粘滞性半固体物料为主的搅拌机械，普遍用来调制各种性质不同的面团，广泛应用于面包、饼干、糕点及一些饮食行业的食品生产。
由于被调和物料的粘度很大，流动性极为困难，故调粉机部件的结构强度较大，工作速度较低，，一般在25～80转/分。
2、面团的种类：
（1）液体面浆：其中含有较多的水份和多量的配料。调和过程常伴有充气及乳化操作，用于制作威化饼干、蛋糕等糕点，常用打蛋机调和。
（2）酥性面团：其中含中有较多的油质。它的塑性较大，粘弹性较小，面筋较少，常用于制作酥性饼干、糕点等。
（3）韧性面团：延伸性较强，弹性、塑性适度，适用于制作韧性饼干、糕点等。
（4）水面团：面筋含量较大，面团具有一定的弹性和塑性，适用于制作面包、馒头、饺子、馄饨等发酵或不发酵食品。
3、调粉机调制面团的基本过程：
其基本过程在于搅拌桨的运动。首先搅拌使干面粉颗粒较均匀地与水结合，形成胶体状态的非规则小团粒；然后促进这些小团粒相互粘结，逐步形成若干分裂的大团块；进而团块扩展混捏成整体面团。接着对面团进行折叠、压延、拉伸及揉和等操作；于是调制成表面光滑的具有一定延伸性、弹性及柔韧性的面团。若继续操作，搅拌桨则不断地切断面筋，使面团弹性下降，最终得到极粘的、拉力很强的面团。所以调粉机的调和作用除加速混合外，还起着控制面团面筋含量，促进形成符合规定的面团的功效。
4、卧式调粉机：
（1）组成：搅拌器、调和容器、传动装置、容器翻转机构、机架等组成。
（2）搅拌器：
①单轴式：单轴式调粉机的结构简
单、紧凑，但搅拌操作时间较长，其搅
拌生产率比双轴式调粉机低。
②双轴式：双轴式调粉机有两组相
对反向旋转的搅拌桨，按其相对位置关
系可分为切线式与重叠式两种结构。
切线式调粉机的两组搅拌桨的运动相互独立无干涉，各组桨的速度可以任选，相当于两台单轴式调粉机合并在同一容器中。
重叠式调粉机由于搅拌桨间运动轨迹重叠，各组桨叶形状的设计与相对运动速度关系的选择，都要确保两桨互不相撞。通常两桨的相对速比为1:2或1:1。当选用1:2时，可产生快速桨追慢速桨的运动现象，从而使两桨间的物料受到充分的折叠、拉伸、揉捏作用。
③Z型搅拌桨：
Z型搅拌桨的结构如图所示，它
的桨叶母线与其轴线偏斜一定角度，
此作用在于增加物料的轴向流动和径
向流动，以促进混合。Z型桨结构简
单，Z型与Σ型拌桨，大都由整体铸锻成型。它的适用范围较广，对各种高粘度物料的调和都能得到较佳的效果。
④Σ型桨：它的结构如图，特点与Z型桨类似，仅是结构较为复杂。
⑤桨叶式搅拌器：
桨叶式搅拌器的结构如图所示，
它由若干个直叶片或扭曲直叶片与
搅拌轴组成。在调和面团过程中，
搅拌器的突出作用是叶片在不断地
切割、撕碎物料，而对其拉延作用
很小，故这种搅拌器具有较强的阻
碍面筋生成的能力。又由于搅拌轴
安置于容器中心，在此位置物料的
流动速度甚低，当操作不当时，很
容易生产面团抱轴的现象。桨叶式
搅拌器结构简单，制造成本低，适于酥性面团的调制。
⑥滚笼式搅拌器
结构如图所示，它由轴、连接板及4～6个直辊组成。其中，直辊有加活动套管与不加套管两种。加套管的作用在于压延、拉伸面团时，减少直辊与面团间的摩擦，以降低功耗和避免过度撕裂面团而破坏面筋生成。直辊与搅拌器轴线的安装位置有平行的或存在一定倾角（一般为5度左右）两种。搅拌轴也分有轴和无轴两种结构。
采用滚笼式搅拌器调和时，
对面团的突出作用是兼有打、
压、揉、拉等操作，十分有助于
面团面筋的形成。
滚笼式搅拌器的特点是：结
构简单，制造方便，促进面筋生
成能力强，操作时间略长，适用
于调和水面团、韧性面团等面筋
含量大的面团。
⑦其它形式搅拌器：
常用的搅拌器还有花环式、叶
片式和椭园式几种。它们的共同特
点是都是整体形结构，都没有搅拌
轴，从而也就避免了有轴的和面缺
欠。它们桨叶的外缘母线都与调和
容器内壁形状相似，且距离很近，
有利于清除死角，使全容器范围内
的物料均匀地受到搅拌。它们促进
面筋生成的能力比滚笼式稍低，均适合调制面筋含量不要求十分高的水面团、韧性面团。通用性较强，广泛用于馒头、饺子等食品加工。
（3）调和容器：
如图所示，调和容器一般用不锈钢焊
接或铆接或螺栓连接而成。尺寸取决于调
粉机的容量，即一次调和物料的重量。一
般分为25kg、50kg、75kg、100kg、200kg、
400kg等。
调和面团操作时，环境温度直接影响着面团形成的质量，而性质不同的面团又各有其不同的温度要求。对于高功效的调粉机，常在容器壁处设置夹套冷却装置，也可通过降低物料调和前的温度来达到要求。
（4）翻转机构：
翻转机构通常分为机动和手动两种。
①机动：一般是容器上装设齿轮，并由单独的电机及减速机带动实现翻转。
其特点是：操作方便，劳动强度较低，机器外形对称美观，但结构复杂，成本高，比较适用大容量，高功效调粉机。
②手动：又可分两种形式。
A、在调和容器上装设蜗轮及蜗杆，通过手动使蜗杆与蜗轮啮合并带动容器翻转。
B、直接依靠人力翻转，翻转位置由定位销限制。
其特点是：劳动强度较大，外形不对称，但结构简单，成本较低，适用于小容量或简易调粉机。
（5）传动装置：
主要由电动机、减速器及联轴节等组成，有的还设有皮带传动。
调粉机工作转速低，减速比大，故一般采用蜗轮蜗杆减速器或行星式减速器。蜗轮蜗杆减速器的传动效率较低，磨擦损失大，成本低；行星减速器结构紧凑，传动效率高，能耗小，成本偏高。
（6）机架：
调粉机工作时的工作阻力很大，转速低，产生
的嗓音和振动较小，可不设固定基础，通常采用铸
造框架或型材焊接框架。
5、立式调粉机
其结构形式与立式打蛋机类似，只是没有较复
杂的传动机构，其容器一般需要作回转运动，容器
形状多为缸形。
（1）搅拌器：
立式调粉机搅拌器的主要形式为扭环形。这种
结构具有促进生成面筋的能力，适用于调制韧性面
团、水面团等面食制品。此外，还有钩形和象鼻式。
（2）特点：
容器的轴线沿垂直方向布置，搅拌桨对中垂直安装或倾斜安装，结构简单，成本一般不高。与卧式比卸料不够方便，结构不够紧凑，调和容量较小，通常一次和面在50kg以内。
此外，除了上述的搅拌设备外，还有一种混合设备，即混合机。混合机主要是针对散粒状固体，特别是干燥颗粒之间的混合要求而设计的一种搅拌机械设备。在食品加工中，混合机普遍应用于谷物、面粉与添加剂、汤粉及调味料的混合操作。其操作机理类似于液体搅拌机的操作，即为对流、扩散及剪切三种基本方式的混合。在此，不再详细介绍。
第二节 烘（焙）烤设备
面类食品必须经过熟制方可食用，焙烤是面类食品熟制的重要手段之一，焙烤机械通称烤炉，是焙烤生产中不可缺少的设备。
一、热交换的形式：
热是能量存在的一种形式，温度则是热能的衡量尺度。热力学第二定律指出：仅当物体处于不同温度之下，热量才能从一个物体传往另一个物体，或者从一个物体的一部分传往它的另一部分，而且热量从高温处传往低温处。也就是说任何温度不等的物体间必须存在热交换。
热交换的形式有三种：热传导、热对流和热辐射。
1、热传导：
热传导是指物质较热部分的分子，因受热振动，而与相邻的分子相互碰撞，将其动能的一部分传给邻近的分子，从而使热量从物体的一部分传给另一部分。
在食品的烘烤过程中，热传导是存在的，如面坯底部与载体间的热传递过程。
2、热对流
热对流是依靠液体或气体本身的流动而实现的传热过程。
热对流研究的是流体与跟它相接触的固体表面之间的传热，在食品烘烤过程中，对流是在面坏与炉内气流之间进行的。
对流传热又可分为自然对流传热和强制对流传热。
（1）自然对流传热：当物体与其周围流体间有温度差异而使流体流动时，流体与物体之间的热交换叫自然对流传热。
（2）强制对流传热：当物体由于外来的原因而受迫地沿物体表面流动时，流体与物体间的热交换称之为强制对流传热。
在食品烘烤中，对流传热所占的比重较大。
3、热辐射：
热辐射是指不同物体间通过载能电磁波的传热过程。这种传热方式不需要物体的接触，也不需要任何媒介，即使在高度真空，相距很远的物体之间也能进行。
辐射是一切物体的固有属性。一般为，温度高于绝对零度的物体都能向外辐射电磁波，物体温度愈高，辐射出去的能量也就愈多。吸收辐射也是一切物体所固有的属性。物体之间每一方的辐射能均能被另一方所吸收，辐射能量交换的最终结果，总是温度高的物体把热量传递给温度低的物体。既使两个温度相同的物体，每个物体都在不断的吸收和辐射能量，只不过是收支平衡罢了。
不同波长的电磁波所运载的辐射能的差别很大，绝大部分的辐射能载运在波长入=0.1～1000μm范围之间。该范围的电磁波被物体吸入时，可显著转变为热能。
二、远红外加热原理及特点：
1、红外线：波长范围是0.72～1000μ的不可见光线为红外线。红外线按其波长不同通常又划分为近红外线，中红外线和远红外线。
国际照明委员会规定：
0.78～1.4μ为近红外线。
1.4～3μ为中红外线。
3～1000μ为远红外线。
2、远红外加热原理：
远红外加热是利用电能通过远红外辐射物质发出的远红外线，照射被加工的物料，直接转变成热能。当红外线或远红外线辐射器所产生的电磁波，以光速直线传播到达物体时，红外线或远红外线的发射频率与被烤物料中分子运动的固有频率相同，也即红外线或远红外线的发射波长与被烘烤物料的吸收波长相匹配时，就引起物料中的分子强烈振动，在物料的内部发生激烈摩擦产生热而达到加热目的。
远红外线射到物料时，一部分能量反射，一部分穿入内部，其中部分穿过物料继续前进，余下的被物料吸收，转换成分子热运动，温度升高，水分蒸发，达到加热或干燥的目的。
但不是所有的物质都能吸收红外线，吸收红外辐射还需要有一个必要条件，就是由于振动改变分子的对称性而使偶极矩发生变化。在不对称的分子中，每个基型振动均可引起偶极矩的变化，并产生相应的吸收；在对称的分子中有一个或多个基型振动，不会引起偶极矩的变化，因而不产生吸收。
3、选择性辐射与选择性吸收：
（1）选择性吸收：对红外线能产生吸收的物质，并非对所有波长都可以产生吸收，而是在某几个波长范围内吸收比较强烈，物质的这种特性通常叫作物质的选择性吸收。
（2）选择性辐射：而对辐射体来说，也并不是对所有波长的辐射能都具有很高的辐射强度，它也是按波长不同而变化的，辐射体的这种特性叫做选择性辐射。
（3）辐射匹配：当选择性吸收和选择性辐射一致时，称为匹配辐射加热。在远红外加热技术中，达到完全的匹配辐射是不可能的，只能做到接近于匹配辐射。原则上，辐射波长与物品的吸收波长匹配得越好，辐射能被物品吸收得越快，穿透得就越浅，这对蛋卷类食品的烘烤是比较适合的。而对导热性差，又要求深部均热的厚大物品(如面包)，则宜使一部分辐射能匹配较差，不能被表面吸收，而穿透到物品的内部，以增加内部的吸收。因此，在应用远红外加热技术过程中，还应注意两者的“最佳匹配”。对于只要求表层吸收的食品，如蛋卷，应使辐射峰带与吸收蜂带正相对应，使入射辐射能在刚进入受热体浅表层时，即引起强烈的共振吸收，而转变为热量，这种匹配叫“正匹配”；对于表里同时吸收均匀升温的物质，如面包，应根据受热体的不同厚度，使入射辐射的波长不同程度的偏离吸收峰带所在波长范围。一般说来，偏离越远，则透射越深，从而使表里同时均热。这种匹配方法称为“偏匹配”。
由于加热的目的和要求不同，所应采用的“最佳匹配方式”就不同。这一点，在选择辐射源时，必须预以充分考虑。
4、特点：
（1）热效率高，加工时间短，物料内部产生热效应，加热均匀。
（2）物料加热过程中，不需要媒介物，节约能量。
（3）设备紧凑，占地面积小。
（4）使用方便，造价低，便于连续生产与自动控制。
（5）频率高，波长较短，进入物料的深度小，宜处理薄层物料。
三、远红外辐射元件的种类及特点：
随着远红外加热技术的推广，远红外电热元件应运而起，并得到了迅速发展。远红外辐射元件是产生远红外线的器具，它将电能转变为远红外辐射能，用以加热烘烤或干燥食品。
（一）食品烤炉常用辐射元件：
食品烤炉常用的辐射元件有管状辐射元件和板状辐射元件两种。
1、管状辐射元件：
（1）分类：食品烤炉中，应用较普遍的管状辐射元件主要有远红外金属管、碳化硅管等。
（2）金属氧化镁管：
①结构：金属氧化镁管是以金属管为基体，
表面涂以金属氧化镁的远红外电加热器。它在
远红外区的辐射率要比无涂料的金属电热管高
得多，其辐射特性见图6—8。
A、组成：金属氧化镁管远红外辐射元件主
要由电热丝、绝缘层、钢管和远红外涂层等组成。
B、结构：电热丝置于金属管内部，
空隙由具有良好的导热性和绝缘性的氧
化镁(Mg0)粉末填充，管的两端装有绝
缘瓷件与接线装置，其结构如图6--9所
示。根据工作要求，可将金属管制成各
种形状和规格，基体材料可用不锈钢或
10号钢制造。
②性能特点：
A、氧化镁远红外辐射管机械强度高，使用寿命长，密封性好。只需拆下炉侧壁外壳即可抽出更换。因此在食品行业得到了广泛应用。
B、金属氧化镁管的表面负荷率与表面温度有关，在辐射涂料已选定的情况下，其最大辐射通量的峰值波长随表面的温度升高而向短波方向移动，当元件表面温度高于600℃时，则发出可见光，因此使远红外部分占辐射强度的比例有所下降。
C、由于以金属为基体的远红外涂层易脱落，而且在炉内温度作用下金属管易产生下垂变形，因此影响烘烤质量。
（3）碳化硅管：
①结构：碳化硅管状远红外辐射元
件的基体是碳化硅，热源是电阻丝，碳
化硅管外面涂覆了远红外涂料。因碳化
硅不导电，因此不需充填绝缘介质。碳
化硅管状元件结构如图6--10所示。
②性能特点：
A、经光谱辐射能量测定表明，SiC
是一种良好的远红外辐射材料。图6—ll
是碳化硅辐射光谱特性曲线。从图上曲
线可知：在远红外波段及中红外波段，碳
化硅具有很高的辐射率。实验测得单色辐
射率见表6--4：
表6—4 碳化硅单色辐射率
发热温度（℃）
辐射波长λ（μm）
光谱辐射率ελ
600
9.88
0.97
600
1.92～13.9
0.604～0.971
600
2.93～10
0.923～0.971
B碳化硅的远红外辐射特性和糕点的主要成分（如面粉、糖、食用油、水等）的远红外吸收光谱特性相匹配，可以取得很好的加热效果。
C与金属电热管相比，碳化硅辐射元件具有辐射效率高、使用寿命长、制造工艺简单、成本低、涂层不易脱落等优点。它的缺点是抗机械振动性能差，且热惯性大，升温时间长。
（4）硅碳棒电热元件：
①结构：碳硅棒是以高纯度的碳化硅
(含量达98％以上)作主要原料，用有机物
作结合剂，经高温挤压成型、预烧，最后再经电阻炉高温硅化再结晶而制得的非金属直热式电热元件。其结构见图6--12，它由发热的中间部分和不发热的两端组成。
②性能特点：硅碳棒的最大特点是通电自热，不用电热丝，其单位表面的发热量大，升温快，比金属管及碳化硅管等具有明显的节电效果，烘烤产品质量好，但成本较高，使用安装技术性较强。
（5）SHQ乳白石英管：
①SHQ元件结构：SHQ元件由发热丝、乳白石英玻璃管及引出端组成。发热丝材料为Ni80Cr20镍铬丝或Cr25Al5铁铬铝丝。乳白石英玻璃管直径通常为18～25毫米，常用直径是18±l毫米。其作用是辐射、支承和绝缘。SHQ元件与反射罩配套使用，反射罩内抛光铝板按抛物线形状压制而成。
②SHQ元件技术参数及特点：SHQ元件光谱辐射率高，且稳定。在波长3～8微米和ll～25微米之间，其ελ=0.92；热惯性小，从通电到温度平衡所需时间为2～4分钟；电能—辐射能转换率高（η＞60～65％）；由于不需涂覆远红外涂料，所以没有涂层脱落问题，符合食品加工卫生要求。
③SHQ元件使用效果：如表6--5所示。SHQ元件的节电效果是较明显的。
表6-5 SHQ元件应用效果
元 件
功率（KW）
升温时间（分）
单耗（KWh/kg）
节电率（%）
直热式
7.5
7
0.220
18.3
电阻带
11.3
5.75
0.230
25.8
碳化硅
11.6
19
0.222
18.3
金属管
10
25
0.233
25.3
SHQ
7.6
5.2
0.186
④SHQ元件节电机理：红外加热能否取得节电效果，主要取决于两个重要因素，一是辐射能在整个电热转换中占的比例大小，二是主要辐射波段与被烘烤物的主要吸收波段是否相匹配。
在食品烘烤过程中，加热形式主要以辐射为主，因此辐射能在电热转换中占的比例越大越好。由波尔兹曼定律可知。辐射能与表面温度有关W’=εσT4，而在总功率相同的情况下，金属加热器工作温度约在400～430℃（记作T1），SHQ元件工作温度约在580～600℃（记作T2），这样二者辐射能将有（T2-T1）4的差值。也就是说金属管加热器，有很大一部分热能是通过对流形式进行传递的。而对流只是加热空气，因此一般金属管炉内气氛温度高于SHQ元件炉内的气氛温度。
SHQ元件光谱发射率见图6--13。
由图6--13可见，SHQ元件在
波长3微米附近辐射强度很大。而
由图6--7物质的红外光光谱图得知，
淀粉、糖、鸡蛋、豆油及水等物质
的第一吸收峰都在3微米附近，4～
5.5微米很少被它们吸收。由维恩位
移定律（λm·T=2897）可知，在580～600℃工作的SHQ元件辐射峰值波长恰在3微米左右，与上述物质的主要吸收波长刚好匹配。而金属管加热元件，温度为400～490℃，辐射峰值波长却位于4μ以后，基本不相匹配，因此SHQ元件热效率优于金属管。
内在因素：乳白石英管由于在管壁中含有0.05～0.5毫米的气泡，2000～8000个／厘米2，气泡与被璃折射率不同，形成乳白效应。电热丝发射的可见光和近红外光，不能透过乳白石英而被气泡所反射和折射，转化为组成乳白石英的Si02分子振动，而Si02分子振动可产生远红外辐射。也就是说乳白石英可以将电阻丝远红外发射率由69％提高到96～98％。远红外发射率高了，热效率随之提高，这就是SHQ元件发射远红外线的机理。
⑤SHQ元件现存的问题：
A、SHQ元件主要问题是价格偏高，因此生产厂和研究部门应努力通过改进设计、降低成本，为广大用户所接受。
B、SHQ元件运输中易碎问题，应从加热元件的结构设计和设备包装方面加以解决。
2、板状辐射元件：
板状辐射元件的辐射基体有金属板和陶瓷复合板等。在食品烤炉中常用的是碳化硅板状元件。其基体为碳化硅，表面涂以远红外辐射涂料。这种元件温度分布均匀，适应性较大，制造简单，成本低，安装方便，辐射效率高。但抗机械振动性能差，且热惯性大，升温时间长。
在消耗同样功率的条件下，以碳化硅为基体的辐射元件，加热效率要比金属元件高将多，其测试曲线见图6--14。
由图6--14可见，虽然碳化硅元件的
表面温度低于金属元件，但碳化硅的辐射
强度却高于金属元件。在相同工作条件下，
几种不同电热元件对不同食品的烘烤时间
和质量如表6--6所示。
表6-6 几种辐射元件实验对比表
品种及效果
烘烤时间
金属电热管
碳化硅板
碳化硅管
饼 干
5分50秒
2分50秒
3分20秒
杂 拌
10分22秒
5分18秒
6分
桃 酥
8分
5分
奶香果
7分30秒
4分
质 量
炉火均匀，烘饼干质量较好，烘“杂拌”炉火不足质量较差
炉温集中，烘饼干表面有集糊现象，烘杂拌较好
炉温均匀，糕点色泽好，酥松，质量好
节电效果
50%
40%
由表6--6可以看出，碳化硅元件在食品工业上应用效果较好。
综上所述，国内食品烤炉中常用的辐射元件有碳化硅板、陶瓷板、普通金属管、陶瓷管、乳白石英管等，其性能见表6--7。
表6-7 几种常用辐射元件性能
元件名称
光谱辐射率ελ
峰值波长（m）
表面温度℃
热惯性
碳化硅板
0.84～0.9
3～5
250～300
大
普通金属管
0.85～0.9
3.5～6
200～300
较小
陶瓷板
0.9
4～5.5
235
较大
陶瓷管
0.9
4.5～6
230
较小
乳白石英管
0.92
2～5
150～350
小
（二）远红外辐射涂料：
为了获得辐射能量较强的红外线，可以把一些辐射能高的物质涂覆在加热元件的表面，虽然只有薄薄一层，但它可以使元件在消耗同样功率的条件下辐射出比无涂料时的能量强得多的红外线。
目前用在热辐射源的高辐射系数远红外辐射材料有：金属氧化物、碳化物、氮化物和硼化物等，见表6--8。根据使用的对象不同，可以从中选择一种或几种混合物制成与被加热物体的红外吸收特性相匹配的辐射材料。
表6-8 高辐射系数的远红外线辐射涂料
元素
氧化物
碳化物
氮化物
硼化物
B
B2O3
B4C
BN
CrB、Cr3B4
Cr
Cr2O3
Cr3C2
CrN
Si
SiO2
SiC
SiN
Ti
TiO2
TiC
TiN
TiB2
Zr
ZrO2
ZrC
ZrN
ZrB2
Al
Al2
Mn
MnO2
Fe
Fe2O3
Ni
Ni2O3
Co
Co2O3
从许多材料的辐射光谱特性可以看出，光谱辐射率随波长而变化，即在不同的波长范围内，其光谱辐射率不等，随波长分布的状况不同而不同，这就是各种材料热辐射实质的差异。
1、远红外辐射涂料的选择原则：
（1）在选择远红外涂料时，首先要了解被加热物的光谱特性。为了能获得最大的辐射效率，选择辐射材料的原则就是使辐射元件的主辐射波长匹配在被加热物的主吸收带区。但是由于被加热物往往有多个吸收带，因此对元件及其涂料的选择必须综合考虑。一般说来，食品烤炉电热元件辐射涂料的选择，可根据吸收匹配（表层吸收匹配与内部吸收匹配）的原则，从已知辐射材料的辐射光谱特性来选取。即在表层吸收匹配时，吸收长波的物质选用长波辐射涂料；吸收短波的物质选用短波辐射涂料。在内部吸收时，则根据不同情况（如为近全波吸收或短波吸收物质），可选用长波涂料。另外，在选择涂料时，还应考虑选择的涂料辐射率要高、热膨胀系数需与元件基体材料大致相符，有良好的热传导性和冷热稳定性、抗老化性能好、工艺简单、原料价格便宜等因素。
2、适用于食品烘烤的辐射涂料：
（1）碳化硅涂料和氧化铁涂料：
配方：SiC:硅溶液=20:9 （重量比）
Fe2O3:硅溶液=20:9 （重量比）
氧化铁涂料辐射光谱见图6--15。
（2）辽宁混合一号60SiC系高辐射率涂料：
配方： 碳化硅粉 400目60％
三氧化二铁 320目25％
黑色二氧化镍粉 320目3％
二氧化硅粉 320目10％
二氧化锰粉 320．B 2％
粘结剂 模数3～3.5的水玻璃
这种涂料具有较高的辐射率，其辐射率值可达0.82～0.86，比其它单一的氧化物高，其干燥效果较好。
（3）4＃分子筛红外辐射材料：
4＃分子筛红外辐射材料，是一种用于加热烘烤的新型红外辐射涂料。该材料具有选择性红外辐射，它对食品、粮食和水产等行业的烘烤加热具有明显的效果。由于它采用天然矿石为主要原料，成本低廉，便于推广应用。
①4＃分子筛的特点：该材料所采用的原料和化学试剂均无毒性，生产和使用过程无污染，对人体无害。另外由于采用釉料烧结工艺，烧结在低碳钢电热管上的4号材料不易脱落。因大多数无机物、有机物或高分子化合物在8～12微米处都有很强的吸收带，而分子筛骨架的振动辐射在9微米以上的远红外区，其光谱辐射率很高，达0.9微米以上，因此该材料的红外辐射能与被烘烤物中的水，及有机高分子的红外吸收相匹配，使能量传速效率提高，起到了节省能源的作用。实验结果表明4＃材料对于烘烤含水物料具有良好的效果。
实验表明，烘烤饼干、花生条、月饼、蛋糕及面包等品种，其节电率在15％以上，并具有烘烤质量好，无污染，成本低，涂层不易脱落等特点。
②4＃分子筛的发射光谱：
图6--16是采用WFD-7型红
外分光度计，用双光路方法
测定的4＃材料以铝作基体的
红外发射光谱。双光路测定
法，也就是将一个样品炉和
一个黑体炉分别放置在WFD-7
型红外分度计的样品室光路上，同时测得样品和黑体两条曲线的方法。
从图中可见，4＃材料在3微米、5.8微米、6.5微米有三个不太高的辐射峰。在7.5微米之前其发射率不太高，约为60％左右。从7.5微米开始发射系数急剧上升，至8微米左右猛升到90％以上。这样的辐射材料使红外辐射的能量在3～8微米之间有较强的红外辐射强度，9微米以上有很强的辐射强度。参看图6--7，一些食品物料的吸收光谱与4＃分子筛辐射光谱正相匹配，因此采用这样的红外辐射材料对含水物料、油料、米、面等被烤物，是非常适合的。
四、烤炉结构：
（一）烤炉的分类： 1、以热源分类：
（1）煤炉：以煤为燃料，设备简单，操作安全，燃料便宜，适用广泛；卫生条件差，劳动强度大，温度调节困难，炉体笨重。
（2）煤气炉：以煤气、天然气、液
化石油气为燃料，温度调节容易，尺寸
小，热量损失减少，劳动强度低。
（3）电炉：以电为热源，如远红外，
能量消耗少，生产效率高，加热质量好。
2、以结构形式分类：
（1）箱式炉：炉壁上安装若干层盘
架，烘烤时将生坯放在烤盘上，烤盘支
承在盘架上，整个烘烤过程食品与辐射
元件之间没有相对运动，待烤熟后出炉，属间歇式生产。产量小，适用
于中小型食品厂。
（2）风车炉：风车炉因烘
内有一形似风车的转篮而得名。
烘室中央有一横轴承于两侧炉
壁中，一端伸出壁外装有机械
传动装置。烘室内装有转篮，
承于固定在轴两端转轮上，形
似风车。
多采用无烟煤、焦碳、煤气等为热源，也有采用电及远红外加热的。
其特点是：热效率高，占地面积小，结构简单，产量较大。但手工装卸食品，劳动强度较大。
（3）水平旋转炉：水平旋转炉内设有
一水平布置的回转烤盘支架，摆有生坯的
烤盘放在回转支架上。烘烤时，由于食品
在炉内回转，各面坯间温差很小，所以烘
烤均匀，生产能力较大。但手工装卸，劳
动强度大，炉体较笨重。
（4）隧道炉：指炉体很长，烘室为狭长隧道，在烘烤过程中食品与加热元件之间有相对运动的烤炉。
根据其传送装置不同，又分为：
①链条隧道炉：指食品及其
载体在炉内的运动靠链条传动来
实现的烤炉。其主要传动部分有
电动机、变速器、减速器、传动
轴、链轮等。
链条炉炉体进出两端各有一
水平横轴，轴上分别装有主动和
从动链轮，链条带动食品载体沿
轨道运行。根据焙烤的食品品种
不同，链条炉的载体大致有两种，即烤盘和烤篮。烤盘用于承载饼干、糕点及花色面包，而烤篮用于听型面包的烘烤。
由于烤盘在炉外循环，因此热量损失较大，工作环境不利，但适用面较广。
②钢带隧道炉：钢带隧道炉是指食品以钢带作为载体，并沿隧道运动的烤炉。
炉体两端有两个φ500～1000mm的空心辊筒，钢带套在辊筒上，借主动辊筒转动带动钢带运动。面坯放在钢带上送进烤炉烘烤，烤完后从烤炉的末端转出落在后道工序的冷却输送带上。由于钢带在炉内循环，热量损失较小。
钢带炉适用面较大，可生产面包圈、饼干、小甜饼和点心等，但钢带易跑偏，调整困难。
这种烤炉通常以天燃气、煤气、燃油及电为热源。
③网带隧道炉：结构类似于钢带隧道炉，只是传送面坯的载体采用的是由金属丝编制而成的网带。
网带由于网眼空隙大，在焙烤中制品底部水份容易蒸发，不会产生油摊和凹底。网带运转过程中不易发生打滑，跑偏现象比钢带易于控制。热量损失小，但不易清洗，网带上的污物易粘在食品底部，影响食品外观。
④手推隧道炉：没有机械传动部分，食品在炉内的运动是依靠人力推动的。
这种烤炉炉底上装有一对或数对铁条或角钢制成的轨道，食品烤盘放在轨道上，一侧炉门为进口，另一侧为出口。炉体较短，结构简单，适用面较广，劳动强度较大，
多用于小型食品厂。
（二）组成：炉体、加热装置、传送装置、载体、排潮系统及电控系统等组成。
（三）炉体结构形式：
1、砖砌炉体：采用红砖、耐火砖、硅石砖或藻土保温砖砌成。其结构简单，热惯性大，体积庞大、笨重，不能搬运，适用于热强度大，长期连续运转的场合。
2、金属构架炉：由型钢构成骨架，金属薄板装在两个面上，中间充填保温材料。
其特点是，炉体轻巧灵活，热惯性较小，可做成各种形式，适应于各种产品的烘烤，但成本比砖砌炉体高。
3、予制构件炉体：以膨胀珍珠岩和硅酸盐水泥以10:1的比例混合压制而成的。
特点是：便于拆装，节约钢材，成本较低，保温性能好，热损失较少。
（四）炉体尺寸：
炉体的主要尺寸包括炉长、炉壁宽度和炉膛高度尺寸等。
1、炉体长度：隧道炉的长度主要与生产能力、烘烤时间及运行速度有关。对于同一种食品来说，再一定的加热温度条件下，烘烤时间变化不大，所以生产能力越大，则要求食品在炉内的运动速度越大。炉体越长。
①根据生产能力确定炉长：烤炉的总体长度L总由入炉端L1、加热区L和出炉端L2三部分组成。即
L总=L1+L+L2 m
式中 L1、L2--由炉体结构设计确定，一般取1米。
GW—生产能力，公斤/小时。
t—烘烤时间，单位：分。
M—每公斤原料生产的产品数量。
R—输送带上单位长度上的产品数量。
m—输送带上每排产品的数量。
η—产品的成品率。
②根据成型机输出生坯速度和烘栲时间确定炉长：
隧道炉一般与成型机械配套使用，组成连续的生产线，因此要求烤炉与成型机的生产节拍相匹配，即要求炉的传送装置运动速度必须与成型机输出生坯的速度同步，所以隧道炉的炉长可由下式计算。
L总=L1+L+L2
其中 L=V·t m
式中 L总--炉长
L1、L2 --入炉端和出炉端长度，由炉体结构设计确定，一般取1米。
L--加热区长。
t--烘烤时间，与食品配方，辐射强度，吸收系数、辐射距离、气氛温度等有关。
V--输送装置速度，根据生产能力确定。
为了适应不同品种的需要，烤炉的传动机构常设有无级调速装置。在烤炉长度确定的条件下，通过速度的调整来改变糕点在炉内的运行时间，以取得最好的焙烤效果。对于糕点烤炉，调速范围取4～6左右。
另外炉长的选择还需要注意以下两点：
Ⅰ、应与前级食品成型机械的生产能力相匹配，同时还应根据车间面积的大小和车间布置，确定适量的炉长。
Ⅱ、烤炉越长，产量越高。但炉体越长，载体运行速度越快。对于钢带炉来说，高速运行容易造成钢带跑偏，因此必须综合考虑炉长及速度的因素。
2、炉膛断面形状和尺寸确定：
（1）炉膛断面形状：
①平面顶：可减少膛高度尺寸，
减少热量损失。
②拱形顶：便于蒸汽的排放，避
免形成水蒸汽的死区，但加大了炉膛
高度尺寸。
（2）炉膛高度的确定：
平顶炉炉膛高度由下式确定：
H平=l1+h+l2
式中 l1、l2--分别为上、下热元件至炉顶与炉底的距离。取l1=l2=50～70毫米。
h--上、下元件之间距离（毫米）
拱形顶炉膛断面的中心高度由下式确定：
H拱=d+l1+h+l2
式中 l1--上热元件至拱底的距离（毫米），一般取l1=30～50毫米。
L2--下热元件至炉底的距离（毫米），一般取l2=50～70毫米。
d--拱顶高（毫米），取120～150毫米。
h--上、下热元件间距离（毫米）。
h的大小与制品的厚度有关，制品越厚，h值越大。
（3）炉膛宽度确定：对于管状辐射元件来
说，其发热部分沿管长方向的温度分布并不均
匀。当管长为500毫米、直径为16毫米、功率
为l千瓦时，其开放状态的管面温度分布如图
6--25所示。为了保证炉膛两侧糕点与中间部位
的糕点火色均匀一致，糕点应排放在热元件温度
均匀部位，所以炉膛宽度B要比糕点排布的宽度
大一些，一般超出100～150毫米左右，即
B=S+（100～150）
式中 B--炉膛宽度（毫米）
S--食品排布宽度（毫米）
（五）炉体的保温：
炉体保温形式随炉体的结构不同而不同。砖砌和预制构件炉体都是以其本身作为保温层，而型钢构架炉体的保温则是靠保温材料实现的。炉体保温效果的好坏，对烤炉的加热效率影响很大。有些烤炉的外壁温度高达50～60℃以上，这样经外壁散失的热量将占功率的20％以上。在加热炉正常工作时，炉外壁的温度不应高于50℃。
为了提高加热效率，应尽量减少炉体的热量损失，通常可采取以下措施：
1、提高炉壁热阻，减少传导热损失。
2、加强炉内壁的反射，减少炉壁吸热。
3、加强炉体密封，防止不必要的辐射损失与对流损失。
4、尽量减小炉体尺寸和重量，以减少散热面积和自身蓄热。
炉体保温效果的好坏与保温材料的性能有很大关系。常用的保温材料有：石棉制品、硅藻土制品、硅石制品、膨胀珍珠岩制品和耐火纤维。
（六）辐射元件的排布：
1、辐射距离的确定：
辐射能量随着距离的增加而衰减。辐射距离越近，辐射强度越高，加热效率也越高，同时辐射强分布的不均匀性也越显著（管状元件尤为明显），而影响质量。距离越大，辐射强度越小，温度也低，同时也导致炉膛尺寸增大，但辐射强度分布趋于均匀。原则上，在保证辐射均匀性，不影响产品质量和不妨碍操作的前提下，辐射距离越近越好。一般辐射距离以100～400mm为宜。
对于隧道炉，由于食品在炉内运动，则不必考虑热量分布不均匀性。可以将距离接近到50mm，加快传递速度，效果较好。
对于箱式食品烤炉，由于食品在炉内固定不动，必须考虑辐照能量分布均匀性问题。经验表明，箱式炉辐照距离可按下面的数值范围选取，（见图6—29）。
（辐照距离d=200mm）
下辐照距离： A=30～40毫米 （板状元件）
A=160～70毫米 （管状元件）
上辐照距离： d=B+C
其中：B=2A
C是指被烘烤食品的高度
确定B时，还应考虑被烘烤食品的形状、高度及在烘烤过程中的变化。A、B确定之后，即可确定热源层间距离h及整个炉膛高度尺寸（见图6—30）。
另外，管状辐射元件辐射能量的分布均匀性还与元件相互间的距离有关。一般说来，对于在焙烤过程中体积变化不大的食品如饼干、月饼及蛋糕等，上辐射距离d与每层元件相互的距离l的比值以d/l=0.6为好，这样可以得到较均匀的辐射能量。
2、辐射元件的工艺排布：
在烤炉设计中，辐射元件的布置是一个很重要的问题，它对烤炉的热利用率、食品的烘烤质量有直接影响。
（1）辐射元件间距离的确定：
在食品烤炉内，辐照度的均匀性主要取决于炉内辐射元件的组合方式和工艺布置。对于单个管状辐射元件，其辐射强度的分布在管长和管径两个方向是各不相同的。采用管状辐射元件组合时，一般都是沿管长方向水平顺序排列。当辐射元件之间的相互距离l与辐照距离d均为200毫米时，两个并列组合的管状辐射元件温度分布情况如
图(6--31)所示。
当辐射元件之间的距离变动时，其温度分
布曲线亦有相应变动，当辐照距离d为200毫
米时温度分布曲线如图（6--29）所示。对于食
品的烘烤，管状辐射元件之间的距离一般为150
～250毫米。
板状辐射元件的远红外线是从辐射层向外
漫射的。长宽尺寸相差不大的板状辐射元件，
其两个方向的辐射强度分布差别不大，温度也
较均匀，组合起来也很方便。组合时，其板间
距离以30～50毫米为宜。图6--32是两个板
状辐射元件不同组合距离时的温度分布图。
（2）辐射元件的布局：
①箱式炉辐射元件布局：一般说来，箱式烤炉的热源布局大致有两种形式。其中，分层均设式（见图6--29）是指远红外辐射元件分层均匀设置，而烤盘置于上下两层热元件之间。目前国内大都采用这种形式，其优点是被烘烤物吸收远红外辐射强烈，热效率高。缺点是被烘烤物受热均匀性差，烘烤效果会受辐射元件形状的影响。热源层间距不能调整，被烘烤物高度受到限制。对不同高度的食品烘烤，其适应性较差。往往造成食品上、下表面烘烤程度明显不一，影响产品质量和使用范围。近年来一些厂家采用四杆机构及其他形式，用来支承烤盘，并对其上下位置进行适当调节，以满足不同品种食品烘烤的需要。
箱式炉另一种热源布局的方式是侧壁排布
式，见图6--33。这种布置方式就是将远红外
辐射元件设置在四周或若干局部，用风机使炉
内热空气作强制循环，被烘烤物放置在专用的
活动架上推入炉内，并在炉内作缓慢转动或固
定不动。这种型式较圆满地解决了分层均设式
存在的问题，但远红外线对被烤物的辐射不够
强烈和均匀。尤其是烤炉中心部分更弱，几乎得不到辐射。因此远红外节能的优势得不到充分发挥。另外由于采用风机强制循环热风，炉内和外界热交换较强，因而热损失较大，耗电较多。
②隧道炉辐射元件的布局：在隧道炉内，一般是在被烘烤物的上面和下面设置热元件，以形成烘烤食品的面火及底火。考虑到更换热元件的方便性，隧道炉只采用管状热元件。其布置方式有三种：均匀排布、分组排布和根据食品的烘烤工艺排布。
A、均匀排布：均匀排布是指各个元件间的距离均匀相等，以获得均匀的辐射强度。这种排布方式应用最为普遍。
B、分组徘布：分组排布是将元件分成小组安装，每组之间有一定距离，使加热温度出现脉冲式分布。这种排布方式适用于隧道式烤炉。在隧道炉内，食品在加热过程中伴有大量水蒸汽逸出。由于炉内密封保温，因此温度比较均匀，对流传热缓慢，这样逸出的水蒸汽易在制品表面形成蒸汽膜，使食品内水蒸汽的逸出受到限制。采用元件的分组排列破坏了炉内的温度均匀分布，使制品在隧道内通过时，其总的温度变化曲线上包含着多个“升温—降温”的小脉冲式循环。这种脉冲循环，加速了炉内空气流动，使对流传热变快，因而避免了制品表面蒸汽膜的形成，改善了水分的蒸发状况，从而提高加热效率。
另外一种实现脉冲加热的方法是：元件等距离排列，加大元件间的距离。一般说来，管间距大于300毫米时，炉内温度分布也会出现脉冲式情况。
C、根据食品烘烤工艺排布：由于各种食品的烘烤工艺各不相同，因此各个烘烤阶段需要的温度也不同。所以对于专用食品烤炉，在元件排布时也可根据食品的不同烘烤工艺来排布辐射元件。其原则是：高温区元件排布稍密些；低温区元件徘布要疏一点。
例如面包的烘烤过程，一般可分为三个阶段。
烘烤的第一阶段：就是入炉的初期阶段，面包坯的烘烤应该在炉温较低和相对湿度较高（60～70％）的条件下进行。这个阶段的炉温面火要低（120℃），底火要高，但不要超过250～260℃，这样可以避免面包坯表面很快的固结造成面包体积不足。
烘烤的第二阶段：当面包瓤的温度达到50～60℃时便进入烘烤的第二阶段。这时炉温可以提高到最高，面火可达270℃，而底火不应超过270℃。经过该阶段的烘烤，可使面包坯定型。
烘烤的第三阶段：炉温可以逐步降低至面火为180～200℃，底火为140～160℃，该阶段的烘烤主要使面包坯表面产生褐色的表皮，增加面包成品的香味，此时如炉温过高会使面包表皮烤焦。
面包坯经过三个阶段的烘烤，即可完成熟制操作。
因此对于专用面包食品隧道炉，其元件排布应适合于面包培烤工艺，其温区布置如图6--34所示。
五、烤炉生产能力的计算：
1、箱式炉生产能力计算：
式中 Gx——箱式炉生产能力（公斤/时）
s——烤炉载体的总表面积（米2）
n——排在每平方米载体上的制品数（个/米2）
g——每个制品的重量（公斤/个）
t——制品的烘烤时间（分）
η——基本操作时间系数，取η=0.70～0.85
2、链条炉生产能力计算：
式中 GL——链条炉生产能力（公斤/时）
L——加热区长度（米）
m——同时入炉的传送链对数
n——每个载体上的制品数（块/只）
I——每个载体在传动方向上的长度（米/只）
x——每两只载体间的距离（米/只）
t——制品的烘烤时间（分）
K——每公斤成品的块数（块/公斤）
η——成品率，取η=0.85左右
3、钢带炉和网带炉生产能力计算：
钢带炉和网带炉生产能力计算公式相同。
式中 G——带式炉生产能力（公斤/时）
L——带式炉加热区长度（米）
R——炉带纵向每米长度上的制品排数（排/米）
N——炉带横向宽度上制品的个数（块）
t——烘烤时间（分）
M——每公斤制品块数（块/公斤）
η——成品率，对于饼干炉η=0.9左右
