第三章 固体物料分选机械2h.ppt

2020 2 23 1 食品加工机械与设备 任课教师 张鸿雁电话 电子邮箱 elisazhhy 2020 2 23 2 第三章固体物料分选机械 2020 2 23 3 固体物料分选机械 1 了解固体物料的分选原理 2 掌握筛选 气流分选机械的工作原理 3 了解主要分选机械的基本结构 4 掌握分选机械的基本性能特点 5 掌握分选机械的选用和使用要点 2020 2 23 4 固体物料分选机械 第一节概述 第二节散粒体物料分选机械 第三节块状物料分选机械 2020 2 23 5 物料分选 将一种混合物料按照一定的原则分成两种或两种以上具有不同特点的物料的操作过程 目标 产品品质控制生产过程控制设备安全 操作 原料预处理成品分离残次品剔除 2020 2 23 6 第一节概述 2020 2 23 7 一 固体物料分选的意义 1保证产品统一规格 2提高原料利用率 3便于加工 提高质量 4降低成本 5便于机械自动化 第一节概述 2020 2 23 8 在食品物料质量评定和管理中 要对物料进行多种方法的检测 并根据检测结果对产品分级分类 食品物料分级分类的主要目的是商品达到标准 原料在种植 采收 贮藏 加工过程中 受到外界因素影响 地域的差别 同一品种产品的品质有较大不同 只有通过分级分类 才能按级定价 有利于收贮 销售 包装和消费 食品物料分级分类不仅可以贯彻优质优价的原则 推动食品物料生产管理新技术的应用和发展 进一步提高产品质量 对于果蔬产品 通过分级分类 剔出病虫害果和技术装备损伤果 可以减少贮运输中的损失 减轻病虫害的传播 对不同成熟度和新鲜度的果蔬分别贮藏 以降低成本和减少浪费 2020 2 23 9 食品物料的一般质量特性包括 大小 形状 密度 表面和内部颜色 水分含量 油含量 弹性 坚实性 气味等 分选技术装备是根据被分选物料中不同等级品之间的一种或几种性质的差异来进行分离的技术装备 物料分选的基本思路 利用物料间在物理 化学 生物性状等方面存在的差异 加以适用可行的方法进行分选 2020 2 23 10 二 固体物料分选要素 1物理性状 水分含量 粒度 重量 表面形状 质地 颜色 磁性 2化学性状 成分 游离脂肪酸指数 含脂肪食物的酸败度 风味 气味 3生物性状 发芽情况 虫害 病害 成熟度 含菌数 2020 2 23 11 三 分选机械性能评价评价分选机械的性能一般主要从分选效率和生产能力两个方面进行 不同的分选机械具体评价指标不同 以含有大小两种粒子的物料分选机械为例说明 假设将由粗粒A和细粒B组成的二元物料体系 按照粒子的实际大小分成A 和B 两组 其性能指标包括 2020 2 23 12 1粗粒回收率 c 也称为筛上成分回收率 筛上效率 此值越接近1 表示A的回收效果越好 c A 中的A质量 A的总质量2细粒回收率 f 也称为筛下成分回收率 筛下效率 f B 中的B质量 B的总质量3细粒残留率 r A 中的B质量 B的总质量 2020 2 23 13 4Newton分级效率 n n c f 1 c 粗粒回收率 r 细粒残留率 与机械效率不同 不仅与机械本身有关 还受到被分选物料的影响 即使是同一分选机 其 n也不同 5产品中的成分含有率q q A 中的A质量 A 的质量q值越接近1 表明产品的质量越高 2020 2 23 14 6部分回收率 p 其基准为粒径 分选具有曲线a粒度分布的混合物 粗粒侧为具有曲线b粒度分布的A 组 任意粒径径处被A 中所回收的百分比即称为部分回收率 若在粒径dp处的混合物质量为ma 其中的粗粒质量为mb 则部分回收率 p为 p mb ma 100 通常将部分回收率为50 时的粒径称为50 粒径 以dp50表示 并将它作为分选机的实际分级点 对于全粒径求得的部分回收率曲线称为部分回收率曲线 该曲线越陡 表明分选越精确 理想分选机的部分回收率曲线为通过基准点的垂线 2020 2 23 15 7生产率 生产率为1小时处理的原料量 对于多数分选机 在提高上述诸效率的同时每小时的处理量有所下降 有时因原料的种类 组成不同 其效率 生产率也要发生明显的变化 因此 在表示分选机的性能 生产力时 应注明被分选物料的种类 组成 当时的各效率值 当时的生产率等三个部分 2020 2 23 16 四 分选机械分类水果 蔬菜是按颜色 损伤情况 大小和重量进行分级 2020 2 23 17 谷物和坚果的清理和分级一般利用下列原理和方法 1 空气动力学特性的不同 气流清选法 2 颗粒大小的不同 筛选法 3 颗粒形状的不同 精选 4 比重的不同 干法比重分选和湿法比重分选 5 磁性的不同 磁选法 6 弹性的不同 撞击法 7 颜色的不同 光电分选法 2020 2 23 18 第二节散粒体物料分选机械 2020 2 23 19 一 气流分选机械 气流清选 利用物料的空气动力学特性特性进行分选的方法叫气流清选 气流分选一般是直接利用气流中颗粒的沉降速度或飞行轨迹等力学行为的差异进行分选的 在不同环境中 作用于气流中粒子上的力可能有重力 浮力 惯性力 静电力 磁力 摩擦力 附着力等 气流分选就是这些力的单独或组合利用 2020 2 23 20 空气动力特性 是指不同尺寸 表面状态 密度的物料与空气产生相对运动时受到空气的作用力也不同 以致它们在外力 包括空气作用力 重力及浮力 作用下表现出不同的运动状态 物料的空气动力特性常常用悬浮速度表示 物料悬浮速度愈小其获得气流方向加速度的能力愈强 因此 可以利用物料与杂质悬浮速度的不同进行分选 2020 2 23 21 气流清选设备 2020 2 23 22 气流分选机是一种利用空气悬浮原理将混合粉状物料分离为轻 重两部分的分选设备 主要有重力型分级机 冲击力型分级机和离心力型分级机 2020 2 23 23 2020 2 23 24 1 垂直气流清选机 在垂直气流清选机中 气流沿铅垂方向由下向上流动 在异物清除操作中 气流常用于谷物中轻杂物的清选分离 2020 2 23 25 垂直气流中当P G时 物料向上运动 当P G时 物料向下运动 当P G时 物料在气流中既不上升也不下降 而呈悬浮状态 那么这时的气流速度V为该物料的悬浮速度 2020 2 23 26 物料的悬浮速度是气流清选的主要理论依椐 由于谷粒与杂质的密度 大小和阻力系数不同 其选悬浮速度也不同 因此 只要控制气流速度大于轻杂质的悬浮速度 而小于谷粒的悬浮速度 则可将二者分离 2020 2 23 27 2 水平气流分选机 在水平气流分选机中 气流沿水平方向流动 颗粒在气流和自身重力的共同作用下因着陆位置不同而完成分选 当物料在水平气流作用下降落时 大的颗粒获得气流方向加速度的能力小 落在近处 小的颗粒被吹到远处 而更细小的颗粒则随气流进入后续分离器 如布袋除尘器 旋风分离器 被分离收集 水平气流重力型分级机适合较粗颗粒 200 m 的分级 不适于具有凝聚性的微粉的分级 2020 2 23 28 水平气流中 物料在稳定水平气流中 同样受到重力G和气流作用力P的作用 物料必然沿合力方向运动 轨迹为抛物线 常用水平气流作用力与重力的比值表示物料在其中的空气动力学特性 并称其为物料的飞行系数 即 合力与重力的夹角越大 物料被气流带走的距离就越远 由于物料与杂质的飞行系数不同 其飞行的轨迹和距离就不同 从而达到分离的目的 2020 2 23 29 3 旋风分选机 旋风分选机是利用作用于气流中粒子的离心力进行分级的设备 通过作用于粒子的离心力与气流产生的阻力间的平衡进行粗粉 微粉的分级 旋风分离机通常用于微粉的分选 即从粉碎物中提取粒度合格的成品 2020 2 23 30 如果将处于这种平衡时的粒子视为球形粒子 则Dp2 18 prw2Dp 粒子的直径 cm 空气的黏性系数 g cms 空气的流速 cm s p 粒子的密度 g cm3 r 分级场的半径 cm w 转子的旋转速度 1 s 2020 2 23 31 以Dp为分级径 大于Dp的大粒子的离心力大 进入粗粉侧 小于Dp的小粒子由于空气产生的阻力大 进入细粉侧 要改变分级径 只要改变转子的旋转速度或空气的流速即可 Dp2 18 prw2 2020 2 23 32 作为施加离心力的手段 可以让气流沿分级室切线方向进入 产生旋转气流 也可以在分级室内设置旋转机构 根据回转运动即涡流产生的条件 涡流可分为自由涡流和强制涡流两种 其中旋转速度与旋转半径成反比的涡流为自由涡流 旋转速度与旋转半径成正比的涡流为强制涡流 2020 2 23 33 筛选 根据物料几何形状及其粒度的不同 利用一层或数层静止的或运动的带有孔眼的筛面对物料进行分选的方法 由于筛选和重力分选的主要对象是谷物 就其性质而言 介于固体和液体之间而被称为散粒体 散粒体具有流动性和自动分级性能 二 筛选机械 2020 2 23 34 筛选的任务 清理和分级筛选的原理 根据物料粒度 厚度 宽度 或形状的不同进行分选 根据物料粒度大小进行筛选 须配备适当的筛孔 使物料与筛面充分接触 并且具有适当的相对运动速度 一 筛分原理 2020 2 23 35 组成散粒体的颗粒都是固体 散粒体能在一定的限度内保持其原有的形状 这是它与固体相同之处 散粒体具有流动性 其保持形状的能力较小 这是它与液体相似之处 散粒体具有自动分级的性质 由粒度和比重不同的颗粒组成的散粒体 其各种颗粒相互均布 在受到振动或以某种状态运动时 散粒体的各种颗粒会按它们的粒度 比重 形状和表面状态的不同而分成不同的层次 2020 2 23 36 比重小 颗粒大而扁 表面粗糙的颗粒浮于上层 比重大 颗粒小而圆 表面光滑的颗粒趋于下层 中间层为混合物料 物料颗粒之间的摩擦力越小 空隙度越大 越易形成自动分级 物料的比重 粒度 形状和表面差别越大 分级而形成的层次越清楚 反之 各层界限就不十分明显 特别是中间层 2020 2 23 37 自动分级的特性为筛选和重力分选创造了有利的条件 产生自动分级的原因 一般的看法是 1 流动的谷粒具有液体的性质 颗粒受浮力作用比重小而颗粒大的上浮 2 谷物在流动时松散 孔隙度变大 颗粒之间的摩擦力变小使性质不同的颗粒产生分级 2020 2 23 38 二 筛面结构 筛体多为平面结构 也有少数是柱面 圆柱面和棱柱面 结构 筛有冲孔筛 编织筛 栅筛等 常见的筛孔形状有圆形 正方形和长方形 筛面材料有金属 蚕丝 锦纶丝等 2020 2 23 39 冲孔筛面是在金属板材上按一定排列形式冲制出所需要的筛孔 其规格直接用孔径标出 这种筛面的孔径精确 均匀 可冲制的孔型较多 适宜于筛分精度要求高的场合 专用筛分机械多采用这种筛面 2020 2 23 40 编织筛面采用金属丝或非金属丝编织而成 通常为正方形筛孔 其规格一般用网目 即单位长度筛面上的筛孔数量 来表示 网目数字越大 筛孔越小 这种筛面简单易造 开孔率高 凹凸不平的表面对物料的摩擦作用较强 便于物料自动分层 有利于进行筛理 但因网丝易滑动 引起筛孔变形 影响筛分的准确性 2020 2 23 41 物料一般由长 宽 厚三维尺寸组成 一般是长 宽 厚 筛选一般是根据颗粒的宽度和厚度的不同来进行的 以清选粮粒为例 长方形筛孔是根据厚度的不同进行分离的 2020 2 23 42 根据物料宽度 厚度或形状不同进行分离 1 按颗粒厚度不同分离 长方形筛孔是根据物料厚度不同进行分离的 2 按颗粒宽度不同分离 圆形筛孔主要是根据物料宽度不同进行分离的 3 按颗粒的形状不同分离 三角形筛孔主要根据物料的形状分离 2020 2 23 43 1 长方形筛孔按粒度厚度不同分离 筛孔只限制谷粒的厚度 而谷粒的长度和宽度不受限制 谷粒不需要竖立起来即可通过筛孔 这样 筛面只需作水平振动即可 应用长方形筛孔时 筛孔长边应与物料运动方向也即筛面振动方向相同 在实际应用中 多用长方形筛孔分离厚与谷粒厚度相差较大的杂质 或按厚度不同对谷粒进行分级 试验证明 增加这种筛孔的长度可提高其筛分效率 但增加到一定程度后 筛分效率提高很少 筛孔长度一般为谷粒长度的2 3倍 另外 筛孔过长 筛面强度和刚度将被削弱 2020 2 23 44 2 圆形筛孔按谷粒宽度分离圆形筛孔只限制谷粒的宽度 而对长度和厚度没有限制 筛分时 谷粒必须竖立起来才能穿过筛面 但是 当谷粒的长度大于筛孔直径的两倍以上时 尽管谷粒的宽度小于筛孔的直径 谷粒也不能穿过筛面 而只能在筛面上水平运动 这是因为谷粒的重心没有在筛孔圆内 谷粒不能竖立起来 在生产中 多用圆形筛孔分离比谷粒宽度大和比谷粒长得多的大杂质 以及比谷粒宽度小的小杂质 或按谷粒的宽度进行分级 2020 2 23 45 为保障筛分过程的正常进行 除需要物料与筛面保持足够的接触时间以便于筛孔度量颗粒外 还需要物料与筛面之间形成相对运动 包括平行和垂直于筛面两个方向的运动 以促使小于筛孔的物料通过筛孔 2020 2 23 46 筛分效率 物料经筛选一定时间后 筛过物的重量占原料中可过筛物料重量的百分比叫筛分效率 一般而言 物料在筛面上最大可能移动距离 称为筛程 越长 筛分效率越高 但单位筛面的生产能力越低 物料沿筛面平行运动速度越高 越不易穿过筛孔 筛分效率越低 物料沿垂直于筛面的运动速度越高 细小颗粒越易穿过筛孔 但动力消耗较大 2020 2 23 47 三 筛面运动形式 往复振动筛面 筛面作往复直线运动 物料沿筛面作往复滑动 筛程较长 可用来清除物料中细小杂物 其筛分效率及生产率均较高 静止倾斜筛面 物料靠自重在筛面作直线滑动 小于筛孔的颗粒通过筛孔进行分离 这种筛子因物料相对筛面的运动路程 筛程 较短 筛分效率较低 但结构简单 无需动力 2020 2 23 48 高速振动筛 筛面在垂直平面作圆形或椭圆形平动 也可以作直线运动 物料在筛面上作小的跳动 颗粒不易堵塞筛孔 适用于流动性较差的细颗粒或非球形多面体物料 回转筛面 筛面在水平面内作圆运动 物料在筛面上作螺旋线运动 筛程最长 自动分层效果明显 筛分效率及生产率均较高 通常为多层结构 适用于流动性差 自动分层困难的物料的筛分 2020 2 23 49 滚动旋转筛面 筛面呈圆筒形或多角筒形 绕一倾斜轴旋转 物料在筛筒内作翻转运动而被筛选 因物料只与部分筛面接触 因而筛分效率较低 适用于物料的初清理或增加强制性构件提高物料通过筛孔能力后用于粉料的筛分 2020 2 23 50 四 典型筛选机械 1 回转平面筛回转平面筛通过偏心机构使筛面上每一点作半径为R 角速度为 的平面圆周运动 2020 2 23 51 回转平面筛 2020 2 23 52 2020 2 23 53 物料相对筛面的回转运动半径与筛面回转半径 回转角速度 物料与筛面间摩擦系数有关 筛面回转半径越大 角速度越高及摩擦系数越小 则物料相对筛面的回转半径越大 筛程也越长 回转平面筛的筛面略带倾斜 使物料相对筛面回转的同时向下滑动 形成如图b所示的运动轨迹 这样可增长筛程 提高筛分效率 回转平面筛广泛用于制粉工业的粉料筛选上 2020 2 23 54 特点 结构紧凑 占地面积小 流程简短 物料提升次数少 筛面利用率高和操作管理较方便 是碾米加工厂必不可少的定型设备 2020 2 23 55 2 振动筛又称摆动筛 平筛指筛面能作往复运动的筛选设备 由于振动筛清选效率高 工作可靠 应用最广泛一种筛选机械 用于各种物料的清选振动筛 用于粮食加工 选矿 振动频率为800 1500次 分 物料在筛面上剧烈跳动 使用一次即可筛分产品 要求产品不易破碎摆动筛 用于分离几种级别的产品 振动频率在600次 分以下 2020 2 23 56 2020 2 23 57 2020 2 23 58 2020 2 23 59 2020 2 23 60 物料在筛面上往复直线滑动的筛分设备 工作原理 振动筛是利用速度和加速度作周期变化的筛面 使物料在筛面上产生相对运动 筛面配备以适当的筛孔 同时在风道里运用适当的气流速度 按谷物和杂质粒度大小和悬浮速度的不同进行分离的 特点 物料在筛面上作往复直线运动 不跳动 筛程长 自动分级好 适于除去大小杂质或按粒度进行分级 适用于流动性较好的散粒体物料的分销 筛分效率和生产率较高 2020 2 23 61 筛面的运动 根据筛面与水平面的夹角及其振动方向 筛面的运动形式有平面平振 平面斜振 斜面平振和斜面斜振四种 其中 以斜面平振用的最多 如图2 14 2020 2 23 62 高速振动筛凡是物料在筛面上产生跳动而进行筛选的称为高速振动筛 工作原理 根据物料与杂质粒度的不同 利用一定规格筛孔的筛面作高速振动进行筛理 特点 物料在筛面上产生剧烈跳动 容易松散 有利于筛去小杂质 而且筛孔不易堵塞 适用于流动性较差的粉体的筛分 筛分效率和生产率较高 2020 2 23 63 振动筛动画演示振动筛工作演示振动筛原理演示 新乡市天宏机械有限公司欢迎您 mht 2020 2 23 64 2020 2 23 65 3 圆筒筛分机由附有筛孔且可回转的圆柱面筛筒所构成 筒壁分别开有各种孔径的筛孔 依照不同孔径圆筒的排列 圆筛筒有并列式 串列式及同轴式三种结构 2020 2 23 66 并列式组合是将筒径与筒长相同而筛孔规格不同的几个筛筒按筛孔大小依次顺序排列 每段筛筒的长度较大 筛理路程较长 物料颗粒有更多且同样多的机会被筛孔度量 为节省占地面积 筛筒间可作垂直方向的空间排列 各段筛理能力均衡 适宜于粒径分布较为均匀的物料的筛分 2020 2 23 67 串列式组合是将筛筒分成多段 筛孔由小到大 各段长度较短 筛理路程短 物料有时不能得到充分筛理 影响作业效率 适宜于小颗粒含量较多的物料的筛分 同轴式组合是将具有不同筛孔和筒径的筛筒由内而外排列 结构紧凑 但流量最大的内筛筒直径最小 筛理能力低 而且同一粒度的颗粒因穿过上一级筛孔的位置不同而不具有相同的筛理路程 故适宜于大颗粒不多物料的分选 2020 2 23 68 柑桔桔片分选机柑桔桔片分选机如图所示 2020 2 23 69 选择筛分机械时 首先要掌握原料颗粒的形状 粒度分布 水分含量 温度 流动性等物理性质 据此选择适宜的机型 并根据原料处理量选择机械的容量 2020 2 23 70 重力分选分干法重力分选及湿法重力分选 干法重力分选是应用振动和气流作用原理 按物料组成的密度不同进行分选的方法 干法重力分选的典型设备是比重去石机和重力分选机 重力分选往往在筛选之后进行 可分离按尺寸分选法所不能分离的一些杂质 三 重力分选机械 2020 2 23 71 一 重力分选原理 重力分选分干法重力分选和湿法重力分选两种 干法重力分选以散粒体的自动分层为基础 利用物料因密度及表面状态而产生的流动性差异进行分选 为提高分选效率 一般安排在筛选之后使用 可以用来清除并肩石或在粒径均匀一致的基础上获得密度和表面状态也均匀一致的散粒体物料 湿法重力分选的原理是 不同密度的颗粒在水中受到水的浮为及下降阻力的作用 密度小于水的颗粒及杂物上浮而被分离 密度大于水的颗粒下沉 按沉降速度的不同可将不同密度的颗粒分开 2020 2 23 72 由于水的密度和粘度比空气大得多 体积相同密度不同的颗粒 其比密度值在水中比在空气中差别更大 例如 小麦的比密度为1 3 并肩石的比密度为2 6 它们在水中及在空气中的比密度之比分别为5 33和2 显然 分离小麦中的并肩石 用水选比用风选更为有效 如小麦与并肩石在水中同时沉降 其自由沉降速度分别约为10 m s和240mm s 二者速度之差比在空气中的大 面粉加工中的去石洗麦甩干机就是根据上述原理而设计的 2020 2 23 73 二 典型重力分选机械 1 比重去石机比重去石机是专门清除密度比粮粒大的并肩石 石子大小类似粮粒 等重杂质的一种先进设备 一般在气流分选及筛选完成之后使用 比重去石机分吸式比重去石机和吹式比重去石机 2020 2 23 74 2020 2 23 75 吹式比重去石机 构造 2020 2 23 76 吸气式比重去石机 2020 2 23 77 去石筛面根据作用不同 去石筛面分为以下几个区段分离区 为图中左面等宽部分 物料与砂石在此区作初步分离 聚石区 为图中三角形部分 筛面沿石子运动的方向逐渐收缩 其目的是使分离出来的石子和部分谷粒混合物布满整个聚集段 避免局部筛面被气流吹穿 使通过筛孔的气流均匀分布 精选区 为图中右面的等宽段 在此利用反向气流将谷粒吹送回去 避免随同石子一起排出 2020 2 23 78 比重去石机工作原理工作时 物料不断地进入去石筛面的中部 由于物料颗粒的密度及空气动力特性不同 在适当的振动和气流作用下 密度较小的谷粒浮在上层 密度较大的石子沉入底层与筛面接触 形成自动分层 由于自下而上穿过物料的气流作用 使物料之间的空隙度增大 降低了料层间的正压力和摩擦力 物料处于流化状态 促进了物料自动分层 因去石筛面前方略微向下倾斜 上层物料在重力 惯性力和连续进料的推力作用下 以下层物料为滑动面 相对于去石筛面下滑至净粮粒出口 2020 2 23 79 吹式比重去石机 构造 2020 2 23 80 与此同时 石子等杂物逐渐从粮粒中分出进入下层 下层石子及未悬浮的重粮粒在振动及气流作用下沿筛面向高端上滑 上层物料越来薄 压力减小 下层粮粒又不断进入上层 在达到筛面高端时 下层物料中粮粒已经很少 在反吹气流的作用下 少量粮粒又被吹回 石子等重物则从排石口排出 密度去石机工作时 要求下层物料能沿倾斜筛面向高端