【5-1】答：把调匀度的概念看作是判别混和程度的唯一标准，显然是很不全面的，因为它随着取样范围大小可能显示出很大的差别。举例说明。设A 、B 两种液体进行搅拌，其体积V A =V B 。如搅拌后调匀度S ＝l ，则在搅拌釜内任一点取样都应 C V A ＝C V A0=0.5。如图5—l 为从搅拌釜内某处取得的混合液样品(简化样品图)。可以看出该样品有四个等体积部分，两部分全为A(图中以黑点表示)，两部分全为B(图中以白表示)，按图C V A ＝C V A0=0.5，即调匀度为S ＝1。但是如果我们把取样样品量缩小，那么结果就完全不同了。上部那个圆圈范围取样分析，样品所含全是B ，下部圆圈范围取样，样品全是A ，两者均表示调匀度S ＝0，即完全未调匀。从这个例子可以看出，仅仅用调匀度来表示混和程度是不够的，从这例子也可看出，调匀度仅能“宏观”地表示混和程度。
图5-1 混合液样品
【5-2】答：参照混合的机理，多种物质的混合过程可以
认为有三种原理，即对流混合机理、扩散混合机理和剪
力混合机理。
对互不相溶组分的混合，由于混合器运动部件表面
对物料的相对运动，混合的分隔尺度逐渐降低，但因物
料内部不存在分子扩散现象，故分隔强度不可能降低，
这种混合称对流混合。因此应该以分隔尺度作为判断标
准。
对互溶组分的混合，除对流混合机理外，一般尚存在扩散混合机理。随着混合过程的进行，当混合物分隔尺度小至某值之后，由于两组分之间的接触面积的增加以及扩散平均自由程的缩短，大大增加了溶解扩散的速率，从而混合物的分隔强度不断下降，混合过程变为以扩散为主的过程，称为扩散混合。然而，在实际中，完全不互溶是不存在的，因此在混合过程中总是有一个由对流混合到扩散混合的逐渐过渡，这主要是取决于以对流产生的混合为主还是以扩散产生的混合为主。前者多于后者为对流混合；反之，为扩散混合。一般以分隔强度作为判断标准。
对高粘度液体的混合，由于粘度大造成流动性差，同时又无明显的分子扩散现象，故难以形成良好的湍流以分割组分元素。在这种情况下，混合的主要机理是剪切。剪力的作用使组分被拉成愈来愈薄的料层，其结果使一种组分所独占的区域尺寸减小。因此应该以分隔尺度作为判断标准。
【5-3】答：食品生产所用设备有些是大型的。对于小型搅拌设备，可以通过试验，确定比较适宜的结构和操作条件，以及所需功率。对于大型设备，试验就受到很多限制。因此，存在一个如何在搅拌器型式选定以后，进一步选定设备的其他结构、转速、直径，确定所需功率。概括说来，存在一个设计大型设备的问题。根据已经知道的一些规律，或是通过一些小型试验摸索条件，设计大型设备，称为搅拌器的放大。
【5-4】答：（1）工业上应尽量设法防止“打漩”流动，常用的方法大致有两种：
1)装置挡板。在搅拌釜内壁安装挡板，可以大大增加液体作旋转流动的阻力，消除圆周向的旋转运动，是最常用的方法。装置挡板后，可使输入机械能明显增加。
液体粘度越大，挡板的作用就越小。因为高粘度液体与釜壁所产生的阻力，就相当于挡板所起的作用。因此当液体粘度高于50 Pa ·S 时就没有必要再用挡板。另外，挡板只适用于搅拌器直径比釜径小很多的场合，即旋桨式、桨式和涡轮式。锚式、框式、螺带式等搅拌器的外缘直径接近釜内径，不能安装挡板，这几种搅拌器常用于高粘度液体的搅拌。
2)改变搅拌器插入的位置。搅拌器轴与搅拌釜轴线相重合的插入位置，是工业中常见的，但是会存在液体圆周向流动的问题。为此，除采用挡板外，还可改变搅拌器的安装位置。例如倾斜插入，由于搅拌器的轴线与釜轴偏离一定的位置，可以避免圆周向流动，也不存在液
面凹陷问题。水平安装的搅拌器多见于大型搅拌釜的设计。倾斜安装的搅拌器要求插入相当的深度，需要较长的搅拌轴。对大型设备来说，水平轴可以缩减轴的长度，从而使结构简化。 （2）影响搅拌功率的因素可分为几何因素、物性因素和操作因素。 其中几何因素包括： 1）叶轮直径d ； 2）叶片数目、形状及叶片长度和宽度； 3）容器直径D ； 4）容器中液体高度H ； 5）叶轮距容器底部距离y ；6)挡板数目及宽度h 。对于特定的搅拌装置，通常以叶轮直径为特征尺寸。假定其他尺寸与叶轮直径成一定比例，物性因素主要有液体的密度ρ、粘度μ，操作因素主要是叶轮转速n 等。 此外当液体表面有下凹现象时，必有部分液体被举到平均液面以上，这部分液体必须克服重力做功，因此重力加速度也是影响搅拌功率的物理因素之一。 【5-5】答：乳化液在重力场或其它力场中，均多少具有不稳定的特性，即系统迟早会产生两相分层现象，亦即轻相(油滴)上浮，重相(水滴)沉降。对于单纯的乳化液，如果忽略布朗运动，分散液滴的沉降或上浮速度，可参照有关沉降的部分，可用斯托克斯定律表示，即 ()μρ
ρ20p s d g u −=
式中 u 0——沉降速度(负值为上浮速度)； ρs ——内相的密度； ρ一一外相的密度； μ——外相的粘度；d P ——液滴直径。
由此看来，沉降速度是乳化液产生分层现象的直接原因。
对于一定的系统，虽然静置时两相密度差和外相粘度不发生变化，而液滴的大小却因界面张力的作用而发生变化。因此，界面张力成为影响乳化液稳定性的间接因素，所以，乳化液是一种热力学上不稳定的系统。
根据对上式的分析，可得出影响乳化液稳定性的主要因素为；
1)液滴的大小： 液滴的沉降速度与滴径的平方成正比。乳化液如果微粒化达l ～2μm 即可望有较好的稳定性。 乳化液在微粒化后，即使平均滴径很小，也不可避免有极大的液滴，这种大液滴不仅本身易沉降分离，且有强烈吸附和并合小液滴的倾向。因此进行微粒化的同时，有必要进行均质化。牛奶的均质、奶油的再热乳化都是属于滴径均质化之列。
2)两相比重差： 沉降速度与两相比重差成正比。将溴导入植物油中形成溴化油，清凉饮料中使用乳化白浊剂都是调整两相比重使其接近，促进乳化液稳定性的措施。
3)粘度： 粘度高时，可减慢液滴的并合，分散介质的粘度高时起着防止液滴并合保持乳化液稳定的作用。可向乳化液中加入增粘剂(增加粘度的物质)，如甘油、黄原胶、阿拉伯树胶、海藻浸出胶质等。
4)粒子的电荷： 当使用离子性表面活性剂作乳化剂时，因增加了分散液滴的电荷，加强了液滴的相互排
斥，所以也有阻止合并的作用。有时为了增加液滴的带电性，使用如食盐之类的电解质，产生显著的稳定性效果。
【5-6】答：（1）气液混合在食品上常见的是用CO 2气和水制备碳酸饮料、向通风式发酵罐等需要气体供应及气体分散的设备供给足够的相应气体，并保证气体实现工艺所要求的分散程度。本节对食品方面经常使用的方法和设备加以介绍。
郸（2）气—液混合搅拌器是将通入的气体分散成气泡在液相中扩散。桨叶对气体产生剪切力使气体破碎成大量气泡，比自由鼓泡通气的气泡显著减小，加速表面更新及湍动，促进了相间扩散。
根据气液接触过程或供气方式，有通气式、自吸式与表面曝气式等三种型式的气—液搅拌器。
通气式搅拌器是将由压缩机等向容器通入的气体搅拌分散，并实现气液混合的； 直叶圆盘涡轮式使通入罐底的气体受到阻挡在搅拌时可以得到较好的分散，具有很大的循环输送量和
功率输出；弯叶式流型与平直叶类似，但是能造成强烈的径向流动，输出功率要小一些；箭叶式轴向流动较强烈，剪切差，输出功率也较低；自吸式浆叶由主轴带动旋转，直接从吸气管、或空心轴引进器外气体，或以导流筒与器内气体直接相通。这类搅拌器不需要压缩机，在搅拌过程中自吸入气体； 表面曝气式常用于污水的处理。结构有泵型、倒伞型和翼盘型几种。国内主要有泵型叶轮。它基本上为一种低压头大流量的水泵。
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