第2章 粉碎与筛分.docx
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第2章粉碎与筛分
第2章粉碎与筛分
第一节粉碎
第二节筛分
第一节
粉碎
什么是粉碎粉碎的类型粉碎在食品工业中的地位
一、粉碎理论(粒度、粉碎力、能耗、方法)
二、磨介式粉碎
三、冲击式粉碎
四、转辊式粉碎
五、切割碎解
六、食品粉碎机的选用
什么是粉碎
粉碎是用机械力的方法来克服固体内部凝聚力达到破碎的单元操作
有时将大块物料分裂成小块物料的操作称为破碎
有时将小块物料分裂成细粉的操作称为研碎
粉碎的类型
类型
原料粒度
成品粒度
粗粉碎
40-1500
5-50mm
中粉碎
10-100
5-10mm
微粉碎(细粉碎)
5-10
100μm以下
超微粉碎(超细粉碎)
0.5-5mm
10-25μm以下
粉碎在食品工业中的地位
1)食品消费和生产需要,如面粉(产品)、巧克力生产中的配料
2)增加固体表面积,如蔬菜干燥前先粉碎成小物料有利于
3)工程化食品和功能性食品生产需要:
有利于混合均匀,对产品质量有影响
三、冲击式粉碎
两大类:
①机械冲击式粉碎机,依靠高速旋转的棒或锤等部件冲击或打击颗粒,使其粉碎。
②气流磨,利用高速气流或过热蒸汽使颗粒加速产生相互冲击力、碰撞力或与器壁发生冲击碰撞作用而被粉碎。
气流磨
原理:
某种气体通过一定压力的喷嘴喷射,成为高度的湍流和能量转换流,物料颗粒在这高能气流作用下悬浮输送着,相互之间发生剧烈的冲击、碰撞和摩擦等作用,加上高速喷射气流对颗粒的剪切冲击作用,使得物料颗粒间得到充足的研磨而粉碎成超微粒子,同时进行均匀混合。
由于欲粉碎的食品物料熔点大多较低或者不耐热,故通常使用空气为介质。
被压缩的空气在粉碎室内膨胀,产生的冷效应与粉碎时产生的热效应相互抵消。
粉碎动力指数球磨机1.1~1.17锤式,1.4~1.5,气流式:
2.0~2.3
1
机械冲击式粉碎机
类型:
有锤击式粉碎机和盘击式粉碎机两类
优点:
单位功率粉碎能力大、粉碎粒度易于调节、
应用范围广、占地面积小、易实现连续化的闭路粉碎等。
缺点:
会产生磨损问题,因而不适宜用来处理硬度太大的物料。
四、转辊式粉碎
原理:
转辊式粉碎技术是利用转动的辊子产生摩擦、挤压或剪切等作用力,达到粉碎物料的目的。
分类:
(根据物料与转辊的相对位置分),有
盘磨机辊磨机辊式精磨机滚筒轧碎机等专用设备
滚筒轧碎机
原理:
利用一只或一只以上滚筒的旋转进行轧碎操作
应用场合:
中碎或细碎
辊式精磨机
五辊辊磨机(又称五辊精磨机)
,专用在巧克力浆料精蘑上的,是一种超微粉碎设备:
经精磨后的浆料平均粒度不超过25μm,其中大部分颗粒的粒度在15~20μm之间。
三辊精磨机,由三个辊筒组成,其结构以及工作原理与五辊精磨机相似。
三辊精磨机的辊筒可用合金钢或花岗石制成,表面同样要求光滑、坚硬。
它的三个辊筒有的成一水平状,有的倾斜为斜线,后者占地较小。
辊筒也具有不同转速,并可随时调节辊筒的工作温度。
辊磨机
辊式磨粉机是食品工业广泛使用的粉碎机械,特别在面粉工业中早已是不可缺少的关键设备,其他如啤酒麦芽的粉碎、油料的轧胚、巧克力的精磨、糖粉的加工、麦片和米片的加工等也都能采用类似的机械。
盘磨机
两种形式:
碾轮转动而磨盘不动,
磨盘转动而碾轮对立轴不动
五、切割碎解
肉类、鲜果和蔬菜及具有纤维的结构且含相当数量的液体、系非结晶体,
常利用刀刃切割所产生的局部冲击力和剪切力。
切割刀钉状或齿状突起物,撕裂的作用。
可获均匀颗粒的得特殊碎解设备(切片,条、丁机等)。
刀片可按需要布置,如菠萝的切片刀装在管内。
六、食品粉碎机的选用
一、粉碎理论
(一)粉碎物料的粒度与粒度分布
粒度粒度分布平均粒度粉碎比
(二)粉碎力
粉碎力的种类物料的力学性质物料在粉碎过程中的变化
(三)粉碎的能耗假说
表面积假说体积假说裂缝假说粉碎能耗的统一公式
(四)粉碎方法
开路粉碎自由粉碎滞塞进料粉碎闭路粉碎
粉碎比
指示粉碎前后的粒度变化.近似反映粉碎设备作业情况,
是确定粉碎作业程度\选择设备类型的尺寸的主要依据之一
一般设备3~30超微设备可到300~1000以上
大的物料粉碎成小的,总粉碎比很大,可以分成几次(或在几台设备上)完成
即把总粉碎比分开来完成.
粒度与球形度和形状系数
物料的大小称为粒度,它是粉碎程度的代表性尺寸。
球形颗粒的粒度-----即是它的直径非球形颗粒的粒度------各种名义粒度
表面积粒度ds,设颗粒面积为Sp,则
体积粒度dv设颗粒体积为Vp,则
球形度和形状系数的概念
形状系数φP
形状系数是由颗粒的代表性尺寸及比表面积决定的
一个表示颗粒偏离规则形状体(球形,立方体)程度的系数
任意一粒子的VP和SP,都可以用一个代表性尺寸L,及a和b两个系数表示
则,形状系数ψ
可见形状系数不仅与比表面积有关,也与代表性尺寸L选择有关
形状
取表性尺寸L
a
b
形状系数φP
立方体
边长
1
1
1
球体
直径
1
1
1
任意体
dV
=1/
>1
球形度
定义为同体积球体表面积与颗粒实际表面积的比值。
表示颗粒形状偏离球形的程度,用符号
表示
上式说明,
值越小,则比表面积(
)越大。
一些物料的球形度值范围和
物料形状
值或范围
球形
1
立方体
0.806
许多粉碎物料
0.6~0.7
球形颗粒的
粒度分布与分布函数
均匀颗粒料的粒度有一个分布,粒度分布可以用重量、粒数、表面积或体积表示
表示方法有:
积累分布频率分布积累分布与频率分布的关系
粒度分布的测定:
粒度分布可以通过筛分等手段将不同粒度组分分开,然后测各粒度组重量(或体积\表面积等)的方式得到.
粒度分布函数:
对测定到的粒度分布,用数理统计的方法表达成以粒度为函数的式子就是粒度分布函数
常见的粒度分布函数
对数正态分布函数平方根正态分布函数罗森-拉姆勒分布函数
对数正态分布函数曲线图示意
这个式子中,
(几何标准差)和
(几何平均粒)是两个参数,d是自变量
因此,只要知道,以上两个参数,就可根据上式,求出任意一个粒度d对应的
的颗粒点总量的分数(或百分数).
如果,以上两个参数不知,则要跟据测定的数据,通过上式求出来.
这个函数近年来逐渐被采用.
平方根正态分布函数
形式上与(4-8)相似,只是以
取代了
罗森-拉姆勒(Rosin-Rammle)分布函数
是使用最广泛的经验分布函数(这是一个从大到小的积累分布函数)分布曲线示意图
式中,Rd----粒度大于d的物料体积(质量)百分数
dR,m-----颗粒的罗拉平均粒度.定义是:
大于此粒度的物料体积或质量占总体积
或总质量的百分数为36.8%
n--------常数
积累分布与频率分布的关系
积累分布(曲线\函数)可用频率分布(曲线\函数)积分得到
频率分布(曲线\函数)可由积累分布(曲线\函数)微分得到
频率分布
积累分布
平均粒度
有各种表示方法,多数以粒数频率分布进行加权平均.
因所用的基准和方法不同,而有不同的平均粒度
粉碎力的种类
挤压力
冲击力一般是三种力的混合
剪切力
特定的设备,以一种力为主
物料的力学性质
硬度:
物料的弹性模数有大小,划分硬和软
强度:
根据物料的弹性极限应力分,强和弱
脆度:
根据物料塑性变形区的长短分,脆性和可塑性
韧性
硬度大物料,需要较多的能量,作用时间也长,粉碎机的材料也要坚硬(如锰钢)粉碎机具速度较低,大的晶体可以用挤压力方式粉碎,但小晶体不适用。
纤维韧性材料,宜用撕裂或切割方式碎解。
水分含量:
2-3%会粘磨具,产生空滑作用,低于2%时,会产生粉尘,应适当加水(如先用水浸,再在粉碎时加水称为湿磨法,用于淀粉,豆制品的溶出作业)
热敏性:
不耐热的食品,粉碎时要注意冷却处理,或用湿法研磨。
物料在粉碎过程中的变化
表面积假说
体积假说
裂缝假说
粉碎能耗的统一公式
开路粉碎
特点:
能量利用低,产品粒度分布广
自由粉碎
粒度分布很宽产品
物料
滞塞进料粉碎
特点:
停留时间可能过长,功率消耗大,一台设备获大粉碎比
适用:
微或超微粉碎场合
闭路粉碎
二、磨介式粉碎
是借助于运动的研磨介质(磨介)所产生的冲击、摩擦、剪切、研磨等作用力,达到对物料颗粒粉碎的目的。
物料受到的粉碎作用力来源于磨介的运动,粉碎效果受磨介的大小、形状、配比与运动方式、物料的充填率、被粉碎物料的粒度(干法)或浓度(湿法)等因素影响。
磨介式粉碎的典型设备有球(棒)磨机、振动磨和搅拌磨三类。
搅拌磨
以球磨机为基础,但筒体(容器)不转动,增添搅拌机构以使磨介上下翻动。
大多用在湿法超微粉碎中(也适用于干法处理)。
振动磨
原理——利用球形或棒形研磨介质作高频振动时产生的冲击、摩擦和剪切等作用力,来实现对物料颗粒的超微粉碎(粒度可达2~3μm以下),同时还能起到混合分散的作用。
振动磨在干法或湿法状态下均可工作。
研磨介质有钢球、钢棒、氧化铝球和不锈钢珠等,可根据物料性质和成品粒度要求选择磨介材料与形状。
为提高粉碎效率,应尽量先用大直径的磨介。
如较粗粉碎时可采用棒状。
而超微粉碎时使用球状。
一般说来,磨介尺寸越小,则粉碎成品的粒度也越小。
球(棒)磨机
1.结构带大齿圈的圆柱形筒体,内部装(球或棒状的)研磨介质,两端有端盖,支承于轴承上的中空轴颈。
2.原理:
当筒体转动时,磨介随筒体上升至一定高度后,呈抛物线抛落或呈泻落下滑。
物料从左方(端盖的)中空轴颈进人筒体逐渐向右方扩散移动。
在自左而右的运动过程中,物料受到钢球的冲击、研磨而逐渐粉碎,最终从右方的中空轴颈排出机外。
第二节筛分
一、概述
二、筛分理论
三、往复振动式筛分
四、高速振动式筛分
五、平面回转式筛分
六、转筒式筛分
七、筛分分析与筛制
筛分分析与筛制
筛分分析法是用机械力摇动或振动样品使之通过一系列一级比一级小的筛孔,并称量每个筛面上保留的样品重量。
多种因素会影响结果,运动形式、筛分时间与载荷量都应该标准化。
筛分操作完成后,样品的重量总和与取样量的差<=1%~2%,否则需重新取样分析。
筛分分析用的标准筛,是由网眼大小一定的筛网构成。
网眼一般为正方形,其大小划分按各种筛制而不同。
各种不同的筛制
泰勒标准筛、
德国标准筛、
美国标准筛、
日本标准筛、
我国标准筛
几种标准筛目
几种标准筛目
几种标准筛目
泰勒标准筛
德国标准筛
英国标准筛
美国标准筛
日本标准筛
我国标准筛
我国标准(GB6003-85)以筛孔的大小表示粒度,有关泰勒筛的目号与我国国家标准对应的筛孔尺寸见表4一3。
概述
什么是筛分?
筛分在食品工业中的应用
什么是筛分?
筛分是将颗粒料或粉粒料通过一层或数层带孔的筛面,使物料按宽度或厚度分成若干粒度级别的单元操作。
经筛分后所得的每一部分分级物,其颗粒大小都较原来的均匀。
筛子的筛面可以是平面的,也可以是圆筒面。
筛分在食品工业中的地位
1原料清理的需要,如稻谷、小麦在收获、贮藏和运输过程中会带来各种各样的杂质,在稻谷制米、小麦制粉之前,需经各种清理手段以去除,其中筛分就是一种重要的清理手段。
2物料分离的需要,如在稻谷制米过程中,经碧谷机后大部分稻谷脱壳变成糙米,但仍混杂有小部分没有脱壳的稻谷,进人碾米机之前必须借助选糙溜筛、选糙平转筛等筛分手段将混杂的稻谷从糙米中分离。
3粉碎物按粒度大小分级的需要,固体物料经粉碎处理后粉碎物的粒度不可能均匀,需经筛分处理予以分级。
如小麦经皮磨、渣磨研磨后,需配备完善的筛理设备将碾下物按粒度分级,再分别处理。
4工程化食品和功能性食品生产的需要,各种粉状物料在配料之前需经过筛分处理以确保粉料膨松均匀,以利于配料工序的顺利操作。
5粒度分析的需要,除用于工业分离外,还可利用标准筛测定粉碎后物料或成品的粒度大小,称为筛分分析法,简称筛析。
三、
振动式筛分
高速振动式筛分,其筛面在垂直面内作圆周运动,物料在筛面上作抛掷运动,物料的抛掷,增加了其与筛面的接触机会。
四、平面回转式筛分
平面回转式筛分,其筛面在水平面内作圆周运动,物料沿筛面呈圆运动或螺旋状运动。
这种形式的筛分,因筛理路程较长,物料自动分级最好,筛孔不易堵塞,筛分效率和单位流量都较高。
(一)物料在水平筛面上的运动条件:
物料在筛面上产生相对运动时的筛面最小临界转速:
五、转筒式筛分
转筒式筛分主要是用于粗筛,筛分易流动的物料或下脚料,一般用的是略带倾斜的圆筒或六角形筒。
物料的停留时间与斜度及转速有关。
转速不能过高,应小于最大转速值,此为转筒筛筛分的条件。
二、筛分理论
(一)筛分的基本原理与基本概念
1.筛分原理
2..筛分效率与物料过筛孔概率
3.筛分速率
(二)筛面、筛孔的类型
1.筛面的类型:
栅筛、板筛和编织
2.筛孔的类型:
圆形筛孔、长形筛孔、三角形筛孔、鱼鳞形筛孔
3.筛孔排列方式
4.筛孔面积百分率
筛孔排列方式
筛孔在筛面上的分布规律称为筛孔排列,常见的有正位排列和错位排列两种,如图4—12所示。
正位排列是纵、横两个方向都相互对齐的筛孔排列形式,而错位排列是只有一个方向相互对齐的筛孔排列。
筛孔面积百分率(效筛面面积)
筛孔面积百分率是指筛面上筛孔总面积占整个筛面面积的百分率,它的数值越大表明待筛分物料通过筛孔的机会越多,但筛面强度有所减弱。
因此,需在保证筛面强度的前提下尽量提高筛孔面积百分率。
如图4—12所示,正位排列的圆形筛孔面积百分率可用下式计算:
圆形筛孔
圆形筛孔主要是按颗粒宽度的不同进行筛分的。
在筛分过程中,凡是宽度小于筛孔直径的颗粒,依靠自身的重力竖立起来通过筛孔;而宽度大于孔径的颗粒,即使竖立起来也不能通过筛孔。
圆孔筛适用于分选短形颗粒物料。
长形筛孔
长形筛孔按颗粒厚度的不同进行筛分。
在筛分过程中,凡是颗粒厚度小于筛孔宽度的颗粒,依靠自身重力的作用横卧即可通过筛孔;而颗粒厚度大于筛孔宽度的则不能通过筛孔。
长形筛孔的长度应超过筛选颗粒的长度,适当增加筛孔长度能提高筛分效果,但筛孔过长又会影响筛面强度。
三角形筛孔
适用于筛选三角形物料,它的有效筛分面积比圆形筛孔提高3倍。
鱼鳞形筛孔
鱼鳞形筛孔一般作为进风和粗糙面使用,不能用于筛分物料。
1.筛分原理
实现筛分的三个基本条件:
①被筛物料必须与筛面接触;
②合适的筛孔形状与大小;
③被筛物料与筛面之间有适宜的相对运动。
自动分级:
散粒物料在运动过程中,性状相同的颗粒聚集在一起形成分级,这种现象称为自动分级。
散粒物料的自动分级现象对筛分过程具有重要作用。
散粒物料自动分级的一般规律是:
大而轻的物料浮于料层上面,小而重的物料沉于料层底部,轻而小和重而大的物料则分别位于料层中间。
筛分效率
筛分效率定义为:
也可以表示为
在任何时刻筛上物中可筛下的物料的质量分数
物料过筛孔概率
并不是筛面上所有的筛下级别的物料都能通过筛孔,只有那些接触到筛面而且在运动过程中颗粒的投影完全吻合筛孔的,或者是颗粒的重心已进人筛孔的才有可能通过筛孔。
对于前者,以编织筛面为例,当颗粒直径d越接近筛孔大小b时(图4一11),筛过的可能性越是大幅度降低。
一般将超过筛孔0.8~1.0的粒度级称为难筛颗粒。
若颗粒虽为筛下级别,但它与筛面的相对运动速度达到一定值以上时,则完全没有通过筛孔的机会。
筛分速率
m/A—筛分负荷,表示筛面对于物料通过筛孔的阻滞
三、往复振动式筛分
原理:
物料颗粒在往复振动筛面的工作原理比较复杂。
影响因素:
颗粒之间相互影响,
筛面上物料数量也在发生变化。
求得筛面振幅、
振动频率(即主轴转速)、
筛面斜度和振动方向角等有关工作参数,
筛面的振动频率与振幅即是曲柄的转速与半径,
筛面在不同工作状态下所要求的最小转速是不同的。
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- 第2章 粉碎与筛分 粉碎 筛分