食品机械与设备PPT教学课件教案-第5章--粉碎和切割机械与设备.ppt

,第五章粉碎和切割机械与设备粉碎是用机械力克服固体物料内部凝聚力达到使之破碎的单位操作。破碎：将大块物料分裂成小块物料的操作；粉碎：将小块物料分裂成细粉的操作称为磨碎或研磨，两者合称为粉碎。第一节食品粉碎的理论一、食品粉碎的目的制取一定粒度的制品，如盐、咖啡、可可等将固体物料粉碎为细小颗粒，以备加工，如小麦磨粉把两种或以上的固体物料粉碎，使其均匀混合，如调味粉把固体物料粉碎后，便于干燥和溶解，如干燥饲料,粉碎比：指粉碎前后物料的粒度比，反映粉碎设备的作业情况，粗粉碎在330，超微粉碎在3001000以上。总粉碎比：大块物料粉碎成细粉时，需经过几道粉碎步骤才能完成，各道粉碎比之和。,二、粉碎的分类粒度：物料颗粒的大小，是粉碎程度的代表性尺寸。对于球形颗粒，为其直径；对于非球形颗粒，以面积、体积或质量为基准的名义粒度。,三、物料粉碎的方法1、压碎：物料置于两个粉碎面之间，施加压力达到物料抗压强度之后而被粉碎；2、劈碎：用带尖棱的工作面挤压物料，物料所受压力达到拉伸强度后沿压力作用线方向被折断；3、剪碎：物料所受压力相当于两支点或多支点梁，物料所受弯曲应力大于弯曲强度后被折断；4、击碎：物料在瞬间受到外力冲击而粉碎，主要适用于脆性物料。5、磨碎：物料受压力和剪切力作用，剪切力达到物料剪切强度时，物料被粉碎。,四、物料粉碎理论1、表面积假说组成任何纯粹性晶体物质质点之间具有恒定的分子吸引力，粉碎所消耗的能量与用来拆开分子间吸引力产生新表面所需的能量有一定关系。粉碎后产品的比表面积大大增加，输入的粉碎能量越多，产品的粒度越细。ESE=K1(1/d21/d1)式中：E粉碎物料所消耗的能量；K1：比例常数；d1、d2：物料颗粒粉碎前后的粒度。实际中，新生面积的表面能只占全部粉碎能耗的一小部分。物料粉碎时消耗的表面能、变形功、摩擦损失功、热能等的总和，与物料粉碎后表面积的增加成正比例。,2、体积假说物料粉碎所消耗的能量与颗粒的体积成正比，粉碎后物料颗粒粒度也成正比例减小。E=K2ln(d1/d2)式中：E粉碎物料所消耗的能量；K2比例常数；d1、d2物料颗粒粉碎前后的粒度。3、裂缝假说物料粉碎所消耗的能量与裂缝的长度成正比，与颗粒的体积和表面积无关。,五、粉碎机械与粉碎操作,干法粉碎时，物料的水分含量应有一定的限制，水分过高的物料，须经干燥处理。湿法粉碎时，物料悬浮于载体液流中进行研磨。实践证明：湿法比干法易获得更细的制品，在食品的超微粉碎中应用广泛。低温粉碎操作是指物料在常温下有热塑性或非常强韧，使粉碎困难，而冷却到低温，使材料成为脆性后再粉碎。,粉碎机械的选择,普通粉碎机主要有：销棒式粉碎机、锤式粉碎机和辊式粉碎机三大种类。,第二节普通粉碎机,工作原理：,工作时，动齿盘高速旋转，产生强大的离心力场，在粉碎腔中心形成很强的负压区，物料从定齿盘中心吸入，在离心力的作用下，物料由中心向外扩散，受到内圈转齿和定齿撞击、剪切、摩擦等作用力而被初步粉碎，在向外圈的运动过程中，线速度逐步增高，受到越累越强的作用力，进而被粉碎的越来越细，最后在外圈齿与撞击环的作用下，进一步粉碎达到超细化。,特点：,优点：具有结构简单、生产能力大、能耗低、成本低等优点。,缺点：作业噪声大，物料升温快，产品中含铁量较大。,注意点：磨齿与磨盘刚性连接，过载能力低，使用时应避免金属异物进入粉碎机，以免造成设备的损坏。,适用性：适合于谷物的粉碎。,2、锤式粉碎机,锤式粉碎机在食品加工中应用十分广泛，该机具有结构简单、适用范围广、生产率高和产品粒度便于控制等优点，主要适用于谷物籽粒、咖啡、糖和果蔬等的粉碎。,工作原理：,锤式粉碎机主要是靠冲击作用来破碎物料的。物料进入锤式粉碎机中，遭受到高速回转的锤头的冲击而粉碎，粉碎了的物料，从锤破机锤头处获得动能，从高速冲向架体内挡板，筛条，与此同时物料相互撞击，遭到多次破碎，小于筛条之间隙的物料，从间隙中排出，个别较大的物料，在筛条上再次经锤头的冲击，研磨，挤压而破碎，物料被锤破机锤头从间隙中挤出。从而获得所需粒度的产品。,锤式粉碎机的分类,立式锤片粉碎机,筛片冲孔筛、圆锥孔筛和鱼鳞筛等。其中冲孔筛可分为：小孔：12mm；中空：34mm；粗孔：56mm；大孔：8mm。按配置形式：底筛、环筛和侧筛。,按进料方向可分为：切向喂料机、轴向喂料机和径向喂料机三种；,按部件特性可分为：水滴形粉碎室和无筛粉碎机两种形式。,（1）锤式粉碎机的主要构件：进料机构、转子、衬板、筛板、出料机构和传动机构等部分组成。,锤片锤片排列应沿粉碎宽度运动轨迹均匀，物料不被推向一侧。锤片绕主轴旋转，当遇有坚硬而不能破碎的物料时，锤片能够绕悬挂轴销回转让开，避免损伤机器。,锤片的形状视需粉碎的物料而定，棱角多，粉碎力强，耐磨性差，尖角适于纤维性物料，环形锤片不易磨损。齿板阻碍物料环流层运动，降低物料在粉碎室内的运动速度，增强对物料的碰撞、搓撕和摩擦作用。,常见锤片的种类和形状,（2）特点及应用,优点：构造简单、操作方便，通用性强、用途广泛，生产率高、无空转损伤等。,缺点：作用机理复杂，成品粒度不能严格控制，粉碎比变化大。应用：食品原料和中间产品的粉碎，如玉米、小麦、谷类、食盐、糖。,（3）结构和工作过程,结构：主要由进料斗、转子、锤片、筛片等组成。工作过程：工作时，原料从喂料口进入粉碎室，受高速回转的锤片及其它构件的冲击，以及筛片内壁的搓擦等作用而细化；粉碎后，小于筛孔的颗粒被排出粉碎室，大颗粒继续粉碎直至通过筛孔。对于谷物子粒等淀粉质脆性物料，粉碎作用主要依赖高速的打击；而对于纤维质等韧性物料主要依赖搓擦作用。,（4）结构类型,按主轴布置形式分为卧式和立式两种，其中，卧式为传统形式，应用广泛。,(a)切向喂入式；(b)轴向喂入式；(c)径向喂入式1进料斗；2转子辐板；3锤片；4筛片；5出料口,（4）结构类型,按进料方向又划分为切向喂入式、轴向喂入式和径向喂入式三种。,切向喂入式,物料由切线方向进入粉碎室，喂入口开度较大。筛片安装于粉碎室的下半部分，筛片包角仅为180o，筛理面积较小。优点：通用性好，粒料、块状料、茎秆料均适用。缺点：结构不对称，其转子只能一个方向转动，锤片磨损后调换方向较为麻烦应用：多为中、小型粉碎机。,(a)切向喂入式1进料斗；2转子辐板；3锤片；4筛片；5出料口,轴向喂入式,喂入口设置于转子主轴的一侧，沿其轴向进入粉碎室；筛片包角为360o，构成圆形或水滴形环筛。特点：粉碎室宽度较小，结构简单，筛理面积大，粉碎效率高，可远距离或通过软管多点取料，转子可正反两个方向作业。应用：多见于小型粉碎机。,(b)轴向喂入式1进料斗；2转子辐板；3锤片；4筛片；5出料口,径向喂入式,物料由粉碎室正上方进入，粉碎室内较宽；筛片包角约300o，筛理面积大，结构对称，生产能力强。特点：可自重进料，可两个方向转动，减少锤片安装方向更换次数，卸料端需配置排气装置卸除转子产生的风压。应用：一般只用于散粒料，常见于大、中型粉碎机。,(c)径向喂入式1进料斗；2转子辐板；3锤片；4筛片；5出料口,3.辊式磨粉机由一对轴线平行，以不同转速相向高速旋转的圆柱形磨辊对物料进行研磨的机械。一、辊式磨粉机的分类,辊式磨粉机工作原理,对辊相对运动，物料从狭小轧距离通过而被碾碎的工作状态。磨辊是磨粉机的主要工作零件。一对磨辊由于速比和辊面状态不同，粉碎物料的形式也不同。,辊式磨粉机工作原理,等速反向旋转的光磨辊以挤压的方式粉碎物料或使物料变形(成片)，如轧麦片机；差速反向旋转的光磨辊以挤压和研磨2种方式粉碎物料，如磨面机；差速反向旋转的齿辊磨以剪切、挤压和研磨3种方式粉碎物料，如齿辊磨粉机。,同向？,1喂料绞龙；2料门限位螺钉；3栅条护栏；4阻料板；5下磨门；6弹簧毛刷；7吸风道；8机架墙板；9料筒；10枝形浮子；11喂料门；12料门调节螺杆；13下喂料辊；14挡板；15轧距总调手轮；16偏心轴；17上横挡；18活动挡板；19光辊清理刮刀；20下磨辊；21下横挡；22排料斗,辊式磨粉机工作结构,（1）基本结构机身、磨辊及其附属的喂料机构、轧距调节机构、液压自动控制机构、传动机构及清理装置7个主要部分组成。MY型磨粉机为磨辊倾斜排列的油压式自动磨粉机。,（2）工作过程磨辊,MY型磨粉机有两对磨辊，每对磨辊轴心的连线与水平线夹角呈45，中间有隔板。一对磨辊中，上面是快辊，位置固定；下面是慢辊，慢辊轴承壳可移动，其外侧伸出如臂，并和轧距调节机构相联，通过轧距调节机构将慢辊放低或抬高，即可调整一对磨辊的间距。两对磨辊分别传动。,（2）工作过程磨辊,（a）按表面形状分,齿辊：有剪切、挤压和研磨作用。,光辊：起挤压和研磨作用。,磨辊,（b）按表面线速度分,对辊,表面线速度相等（做轧片和轧坯）,表面线速度不相等（做研磨）,快辊,慢辊,（c）要求,足够的强度、刚度和硬度、表面耐磨性、均匀性、导热性。,磨辊配置及辊轴类型,（2）工作过程轧距调节,轧距：两磨辊辊面间的最小距离。调节轧距控制被粉碎物料的粒度调节方式：,可调节两磨辊整个长度间的轧距，也可调节两磨辊任何一端的轧距。,（a）松闸：当粉磨机空载时，为避免高速相向旋转的两磨轮相互摩擦、碰撞，轧距应放大，称为松闸。,（b）合闸：当粉碎机负载时，为了达到研磨效果，两辊间隙应回到调定的轧距，称为合闸。,两磨辊轴心线的平行度？,（2）工作过程传动,空载：电动机通过传送带动快辊转动，快辊通过链轮带动慢辊转动。负载：快辊通过物料与慢辊接触，在摩擦力的作用下，同时运动，链轮限制慢轮的转动起定速的作用。传动方法先用带传动快辊，然后通过链轮传动慢辊，以保持快辊与慢辊的速比。,（2）工作过程喂料机构,包括一对喂料辊、可调节闸门等。研磨散落性差的物料时，从料筒下落的物料经喂料绞龙向辊整个长度送下，由喂料辊经闸门定量后喂入磨辊；研磨散落性好的物料时，物料落向喂料辊，沿辊长分布，经喂料门定量，由下喂料辊连续而均匀地喂入磨辊。,（2）工作过程辊面清理,磨辊为齿辊，可用刷子清理磨辊表面；而光辊则可用刮刀清理。（2）工作过程吸风装置磨粉机的吸风系统使机内始终处于负压。空气由磨门的缝隙进入，穿越磨辊后由吸风道吸出机外。,（3）磨齿的排列方式,锋对锋锋对钝钝对锋钝对钝,辊式磨粉机工作特点,（1）适合热敏性物料的粉碎避免粉碎过程中物料温度升高，蛋白质变性。（2）可控制物料粉碎的粒度通过调节轧距来控制物料的颗粒大小。（3）能进行选择性粉碎可通过控制快慢轮的转速、磨轮表面形状和运动参数进行粉碎。（4）粉碎过程稳定，便于控制设定适合的参数，使工作条件一致，工作稳定，实现自动化控制。,五辊麦芽粉碎机流程图,其他辊式磨粉机,农用小型磨粉机,超微粉碎是指利用机械或流体动力的方法克服固体内部凝聚力使之破碎，从而将3毫米以上的物料颗粒粉碎至1025m的操作技术。,第三节超微粉碎机,超微细粉末是超微粉碎的最终产品，具有一般颗粒所没有的特殊理化性质，如良好的溶解性、分散性、吸附性、化学反应活性等。,超微粉碎通过对物料的冲击、碰撞、剪切、研磨等手段，施于冲击力、剪切力或几种力的复合作用，达到超细粉碎的目的。目前常用的超微粉碎机主要有：机械冲击式粉碎机、气流粉碎机和磨介式粉碎机三大种类。,1.机械冲击式粉碎机机械冲击式粉碎机主要通过机械构件对物料的冲击、碰撞、剪切等手段，施以冲击力、剪切力的复合作用，达到超细粉碎的目的。,工作原理？,主要构件？,2.气流粉碎机在高速气流(300500m/s)作用下，物料通过本身颗粒间的撞击、气流对物料的冲击剪切以及物料与其他构件的撞击、摩擦、剪切等作用使其粉碎。,（1）基本原理利用空气、蒸汽或其它气体，通过一定压力的喷嘴喷射产生高速的湍流和能量转换流，使物料颗粒在这种高能气流作用下悬浮输送，相互发生剧烈的冲击碰撞和摩擦，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分的研磨而粉碎成细小粒子。,气流粉碎机工作原理图,（2）气流粉碎机的特点,圆盘式,（a）粉碎比大，能使粉粒体的平均粒度达到5m以下。（b）粗细粉粒可自动分级，且产品粒度分布较窄，并可减少因粉碎中操作事故对粒度分布的影响。（c）可粉碎低熔点和热敏性材料。喷嘴处气体膨胀造成较低温度，大量气流导入起到一定快速散热作用，所得产品温度远比其他机械粉碎所得产品温度低，甚至可对物料起到相当的冷却作用。,（2）气流粉碎机的特点,（d）采用物料自磨的原理，故产品不易受金属或其他粉碎介质的污染。（e）可实现联合作业。如用热压缩空气可以实现粉碎和干燥联合作业；可同时实现粉碎和混合联合作业；还可在粉碎的同时喷入所需浓度的溶液，均匀覆盖于被粉碎固体微粒上。（f）可在无菌情况下操作，特别适用于食品物料及药物的超微粉碎。（g）结构紧凑，构造简单没有传动件，故磨损低，可节约大量金属材料，维修也较方便。,（3）典型气流式粉碎机,立式环形喷射气流粉碎机对冲式气流粉碎机超音速气流粉碎机叶轮式气流粉碎机,立式环形喷射气流粉碎机,物料从喂料口进入环形粉碎室底部喷嘴处，压缩空气从管道下方的一系列喷嘴中喷出，高速喷射气流（射流）带着物料颗粒运动。,立式环形喷射气流粉碎机,在管道内的射流大致可分为外层、中层和内层三层，各层射流的运动速度不相等，物料颗粒相互冲击、碰撞、摩擦以及受射流的剪切作用而被粉碎。外层的颗粒群受到的碰撞和研磨作用最强。中层产生一定的分级作用，较粗颗粒进入外层射流重新粉碎，细颗粒向内层射流聚集，并随气流经排料口排出。,对冲式气流粉碎机,两喷嘴同时向冲击室喷射高压气流，其中喷嘴2（左）喷出的高压气流将料斗中的物料逐渐吸入进入喷管1，物料在喷管1中得到加速；加速后的物料在粉碎室中受到喷嘴10（右）喷射来的高速气流阻止，物料被冲击破碎。粉碎后随气流经上导管分级室回转运动并分级细粉粒从排出口被排出粗粒经下导管送至喷管11再次粉碎,1、11喷管；2、10喷嘴；3料斗；4上导管；5分级室；6排出口；7微粉体；8粗颗粒；9下导管；12冲击室,1压缩空气入口；2入料口；3分级板；4粗粒返回管；5粉碎室；6排气口；7出料口,超音速气流喷射式粉碎机,原理粉碎室周壁上安装有喷嘴；物料经料斗进入，与压缩空气混合形成气固混合流，并以超音速由喷嘴喷入粉碎室，使物料在粉碎室内发生强烈的冲击、碰撞、摩擦等作用而被粉碎。其粒度可达1m以下。粉碎机内设有粒度分级机构，微粒排出后，粗粒返回粉碎室继续粉碎，直至粒度合格。,叶轮式气流粉碎机,结构：主要由两级粉碎、内分级叶轮、鼓风和排渣等组成。粒度小于10mm的物料，经加料机构输入第一粉碎室。在第一段叶轮处，物料随气流旋转，颗粒间发生相互冲击、碰撞、摩擦和剪切；并受叶轮旋转产生的离心力作用，冲向内壁，发生撞击、摩擦、剪切等作用，从而被粉碎。,1机座；2排渣机构；3轴承座；4加料装置；5加料器；6加料斗；7衬套；8叶轮；9撞击销；10内分级叶轮；11隔环；12蝶阀；13机架；14风机叶轮；15主轴；16带轮,叶轮式气流粉碎机,第二段分级叶轮的5个叶片不具有扭转角，具有分级作用。细粉在其端部斜面和衬套锥面之间的间隙中也会受到有效的粉碎。若颗粒受的离心力作用大于气流吸力，则被滞留继续粉碎；反之则进入第二粉碎室。,叶轮式气流粉碎机,进入第二粉碎室的细颗粒进行同样的粉碎和分级。第二粉碎室的粉碎叶轮和分级叶轮直径大，旋转速度更高第三段叶轮的叶片有400扭转角，风压更大，粉碎效果增强，风速因粉碎室直径增大而减缓，分级精度提高，细颗粒被粉碎成超细粒子，并被气流吸出机外。,叶轮式气流粉碎机,叶轮式气流粉碎机产生的料渣可由内排渣机构排出。比被粉碎物料硬度和相对密度大的杂质；以及在离心力作用下被甩向衬套内壁的物料粗颗粒，落到粉碎室底部排渣孔，由绞龙不断排出机外。,内排渣机构的结构图1粗渣粒；2螺旋排料口；3粗粒子；4细粉；5分级叶轮；6衬套；7壳体,磨介式粉碎机,研磨介质（磨介）主要有钢球、钢棒、氧化钙球、瓷球等，一般直径大于0.5mm，具有强度大、耐磨的特性。,基本原理借助磨介旋转运动，对物料实现冲击、研磨等而细化物料。,（1）振动磨,工作原理工作时，研磨系统作高频振动，利用筒体内部充填的研磨体（球状或圆柱状）对物料进行高频撞击、研磨等，进而将物料粉碎至超细。,2ZM高效率低能耗振动磨机,特点与分类,优点：粉碎比和粉碎效率高，适应性强，可用于任何物料的超细磨，干磨、湿磨均可。缺点：进料粒度不能过大。,惯性振动磨,原理：电机通过联轴器驱动振动器，振动器在不平衡旋转体的惯性力作用下振动，使筒体作摇动运动；由此带动研磨体快速脉冲，使研磨体沿筒体壁滑动上抛，分布在研磨体之间的物料受其打击、研磨等作用而被粉碎。振动器由两个彼此压紧并安装在不平衡轴承上的管子组成，两管之间通冷却水。支承装置可以装设弹簧或以橡胶垫的弹性支座代替。,1筒体；2振动器；3弹簧支座；4支承架；5电机；6弹性连轴器,振动磨受力分析1底座；2竖弹簧；3横弹簧；4不平衡物；5主轴；6套筒；7筒体,研磨体的运动,工作时，筒体内装填物不仅不断地沿与主抽转向相反的方向循环运动，而且还有自转运动。在筒体径向或轴向截面上，它们的排列都很整齐；振动频率低时，球与球之间紧密接触，层层按同方向运动，各个研磨体仅在其中心位置附近作有限移动；频率增加达到临界范围时，研磨体运动剧烈，研磨球几乎呈悬浮状态。靠近筒体壁的物料受到剧烈碰击和研磨作用。,（2）搅拌磨,结构研磨容器、分散器、搅拌轴、分离器和输料泵。研磨容器多采用不锈钢制成，带有冷却夹套，以带走由分散器高速旋转和研磨冲击作用所产生的热量。分散器也多用不锈钢制成或用树脂橡胶和硬质合金材料等制成。,搅拌磨中常见的分散器类型a)平面圆盘型；b）开圆孔圆盘型；c）开弯豆孔圆盘型；d）渐开线槽形异型；e）风车形异型；f）偏形凸异型；g）同心圆环型；h）偏心圆环型；i）螺旋沟槽型,结构,搅拌轴是连接并带动分散器转动的轴，直接与电动机相连。分离器的作用是把研磨容器内的研磨介质与被研磨浆料分离开，研磨介质留在容器内，浆料成品在输料泵推动下通过分离器排出。分离器通常分为筛网型和无网型两类。输料泵的选择需考虑液体物料的性质（如粘度和固形物含量），可选用齿轮泵、内齿轮输送泵、隔膜泵和螺杆泵等。,分类,分敞开型和密闭型两种，每种又有立式与卧式、单轴与双轴、间歇式与连续式之分。,典型设备,密闭型立式单轴搅拌磨能满足成品粒子的超微化、均匀化要求，成品平均粒度最小可达数微米。,密闭型立式单轴搅拌磨的结构示意图1盖；2物料入口管；3搅拌轴；4分散圆盘；5研磨容器；6夹套；7冷却水出口管；8物料出口管；9伸入式圆筒筛；10机械密封；11电机；12密封液进口管；13密封液出口管；14压力罐；15机座；16V带轮；17液力偶合器,典型设备,搅拌磨的超微粉碎原理是，在分散器高速旋转产生的离心力作用下，研磨介质和液体浆料颗粒冲向容器内壁，产生强烈的剪切、摩擦冲击和挤压等作用力（主要是剪切力）将浆料颗粒粉碎。,（3）行星磨,由24个研磨罐组成，作自转和公转运动。研磨罐为倾斜式，以形成离心与摆动相复合的运动罐内磨介的上下翻动，把物料颗粒研磨成微细粒子,磨介充填率约30，粉碎效率较球磨机高粒度可达1m以下，且微粒大小均匀结构简单、运转平稳、操作方便湿法、干法均可采用。,特点,（4）双锥磨,是一种新型高能量密度的超微粉碎设备，它利用两个锥型容器的间隙构成一个研磨区，内锥体为转子，外锥体为定子