生物质原料预处理备课件

1、,第二章 生物质原料预处理设备,主要内容,知识技能要求,重点 1.生物质原料筛选与分级设备的结构与工作原理； 2.生物质原料粉碎的目的、常用粉碎设备的结构 与工作原理； 3.生物质原料固体间的混合机理、设备的结构与工作原理。,难点 设备的功率计算、选型。,生物加工原料,生物加工原料在很多情况下来源于植物，属生物质原料。 如植物的块根、块茎、秸秆、种子、果实等。 动物的组织、毛皮、脂肪、骨骼、内脏、肌肉等。 微生物及其代谢产物。,生物质原料的特点,不同原料其物理化学性质差异较大； 不同原料组成成分差异较大； 原料的不同产地其成分、加工性质差异较大； 原料的性质、组成随季节变化差异较大； 生物质原

2、料的品种之间性质差异较大； 原料中通常会含有相当数量的杂质。 储藏方法的不同会导致原料加工特性的差异。,选择生物质原料加工设备需要考虑的因素,不同生物反应进程对于物料的加工要求差异较大，应该参照生物反应原理选择加工工艺，并由此选择相应加工设备； 不同的生物质原料具有不同的加工特性，需要使用相应的加工方法，并据此选择相应加工设备； 基本依据：根据加工工艺进行选择！,由此可见,对于不同的原料应该采取不同的处理方式； 对于不同的生产工艺应该采取不同的处理方式； 对于不同的储藏方式应该采取不同的处理方式； 对于不同的后续生产设备应该采取不同的处理方式； 处理之前需要进行的必要操作 筛选和除杂。,2.2

3、 生物质原料筛选与分级,生物加工原料在生产前，进行原料的除杂、清洗、筛选与分级处理是十分必要的。,原料筛选与分级的原因,机械磨损。 在原料的粉碎过程中，容易使粉碎机的筛板磨损，使机器发生故障，机械设备的运转部位由于磨损而损坏； 杂质影响反应过程。 杂质影响生产过程。 影响产物分离 损坏生产设备 阻塞管路,原料筛选与分级的主要操作方式,包括： 除杂 分级 清洗 粉碎,清理与分级的含义,分级所考虑的因素可以分类如下: (一) 物理特性： 1.含水量;2.单元尺寸;3.单元重量;4.结构; 5.颜色; 6.杂质; 7.形状。 (二) 化学特性 1.成分分析; 2.酸败情况,自由脂肪酸指数(用于含油脂

4、的物料) ; 3.气味和味道。 (三) 生物学特性: 1.发芽情况; 2.虫害的种类和数量; 3.霉菌损害的种类和数量; 4.细菌数量。,清理和分级的原理和方法,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。,2.2.2 生物质原料筛选与分级,2.2.2.1 除杂设备 磁力除铁器,除铁的目的是将夹杂在原料中的小铁块、螺丝等金属杂物除去，因为这些金属混杂物若不加以清除，随原料进入机内，将会损坏机器，甚至引起粉尘爆炸事故，

5、须在清理过程中用磁选设备除去。 磁选设备的主要部件是磁体。磁体分永久磁体和电磁体。谷物清理多采用永久磁体。磁场要有足够的磁场强度。 磁选设备分永磁溜管和永磁滚筒。, 永磁溜管,永磁溜管的永久磁铁装在溜管上边的盖板上。一般在溜管上设置 个盖板，每个盖板上装有两组前后错开的磁铁。 工作时，原料从溜管上端流下，磁性物体被磁铁吸住。 工作一段时间后进行清理， 可依次交替地取下盖板， 除去磁性杂质。 溜管可连续地进行磁选。 永磁溜管结构简单，不占地方。 为了提高分离效率，应使流过 溜管的物料层薄而均匀。, 永磁滚筒,永磁滚筒主要由进料装置、滚筒、磁芯、机壳和传动装置等部分组成。 磁芯由锶钙铁氧体永久磁铁

6、和铁隔板按一定顺序排列成170的圆弧形，安装在固定的轴上。 外表面敷有无毒而耐磨的聚氨酯涂料作保护层。 滚筒通过蜗轮蜗杆机构由电动机带动旋转。 磁芯固定不动。 永磁滚筒能自动地排除磁性杂质，除杂效率高 （以上），特别适合于除去粒状物料中的磁性杂质。 永磁溜管的物料速率一般为0.150.25，永磁滚筒的圆周速率一般为0.6左右。,永磁滚筒, 其他除铁设备 平板式、旋转式磁分离器,2.2.2.2 原料的筛选,筛选是谷物等生物质原料清理除杂最常用的方法。 原理：筛面上配备适当的筛孔，使物料在筛面上作相对运动，不同粒度的物料落入不同筛孔。 筛选操作：将物料从筛的一端加入，并使其向筛的另一端移动，从而使

7、尺寸小于筛孔的物料穿过筛孔落下，成为筛下物，而尺寸大于筛孔的物料经过筛面从筛的另一端引出。,筛选可以用人工的方法进行，但这时生产效率将会受到极大的限制。生物加工过程中的筛选操作都由筛选机械来完成。 筛选机械有很多种不同的构造，发酵工厂中常用的是振动筛和转筒筛。, 筛选设备 振动筛,振动筛是原料加工中 应用最广的一种筛选 与风选结合的清理设 备，多用于清除小及 轻的杂质。 振动筛主要由进料装 置、筛体、吸风除尘 装置和支架等部分组成，如图所示。, 原料筛选设备 转筒筛,物料从小孔端进入， 由大孔端排出，从而 分出三个级粒。 倾斜角35 圆周速度0.71.0m/s,原料的分级,颗粒状的生物质原料

8、（如豆类、大麦、小麦）等必须进行精选和分级。 原理：按颗粒长度进行分级，以除去不必要的杂粒。 常用的精选机有滚筒精选机 和碟片精选机两种。 都是利用带有袋孔 （窝眼） 的工作面来分离杂粒，袋孔 中嵌入长度不同的颗粒， 带升 高度不同而分离。, 原料分级设备 碟片式精选机,在金属碟片的平面上制成许多袋形的凹孔，孔的大小和形式视除杂条件而定。 碟片在粮堆中运动时，短小 的颗粒嵌入袋孔被带到较高 的位置才会落下； 因此只要把收集短粒斜槽 放在适当位置上，就能将 短粒分出来。,碟片式精选机工作动画,碟片精选机的特点： 工作面积大，转速高，产量比滚筒精选机大； 适应性好。 为除去不同品种杂质所需要的不同

9、袋孔可用于同一机器中，即在同一台机器上安装不同袋孔的碟片； 碟片损坏可以部分更换； 可分别检查每次碟片的除杂效果。 缺点： 碟片上的袋孔容易磨损 功率消耗较大。, 原料分级设备 滚筒精选机,主要构件是一个表面开有袋孔 的旋转圆筒。 长粒物料不能进入袋孔，在进 料压力和滚筒倾斜的影响下向 滚筒另一端移动流出，短粒物 料则嵌入袋孔被带到较高位置 ，落入中央收集槽中，由螺旋 输送机送出从而得到分离,滚筒精选机,原料分级设备 滚筒精选机,根据滚筒转速差别又分为快速滚筒精选机和慢速滚筒精选机。 低速滚筒精选机的安装应与水平线成510角，颗粒原料向出口运动速度约为0.030.05 m/s，平均生产率为10

10、0140 kg/hm2 。 高速滚筒精选机可接近水平安装，其生产率可达500 kg/hm2。,原料清洗,清洗所用的机械分三类： 原料清洗用； 包装容器清洗用； 器皿清洗用。,常用的清洗液, 冷水：不损伤原料的品质。 热水：温度以不损伤原料的品质为宜，有杀菌作用。 蒸汽：如制糖时用离心分离机分离结晶糖，须用蒸汽清洗去掉表面的不纯物及糖蜜，而糖的水分并不增加。 药剂溶液： 酸性洗液 通常使用稀盐酸、稀磷酸、稀硝酸； 碱性洗液 通常使用稀NaOH； 消毒洗液 600LL的漂白粉液、ClO2溶液。,常见的清洗方法,浸泡：在静止水或流动水或其他溶液中浸泡。 喷水：适合大多数产品的清洗，但要注意选择好喷水

11、压力和水雾分布型式。 冲洗：在高速水流中靠物料间摩擦、碰撞等清洗物料。 刷洗 清洗作业可采用上述几种方法的一种，也可以把其中几种方法组合起来使用。,原料清洗机械,滚筒式清洗机,原料清洗机械,螺旋式清洗机,带式清洗机,组合式清洗机,振动式清洗机,鼓泡式清洗机,2.4 原料的粉碎设备,2.4.1 物料的粉碎,在生物生产中，为了加速后续的生物反应和化学反应等过程的反应速度，对于使用的固体生物质原料，常需将其粉碎。 粉碎：使大块固体物料破碎成小块物料的操作，通常称为粉碎，而使小块物料进一步粉碎为粉末状物料，有时则称为磨碎或研磨，很多情况下，统称为粉碎。 在以固体生物质为原料的生物反应生产过程中，对原料

12、粉碎的效果好坏，不仅直接反映出粉碎操作的合理性和经济性，而且会间接影响到下一工序和发酵等的效果和效率。, 物料粉碎的原因及其机理,物料粉碎的必要性：溶解、混合和反应。 机械粉碎的原理（5种粉碎力）： 挤压 冲击 研磨 劈力 剪切, 粉碎的粒度 粒径范围,粗碎：原料粒度401500mm，成品粒度550mm 中细碎：原料粒度550mm，成品粒度0.15mm 微粉碎：原料粒度510mm，成品粒度100m 超微粉碎：原料粒度0.55mm，成品粒度1025m,选择粉碎设备的时候，要兼顾生产原料的性质，以及加工工艺的要求。, 粉碎方式选择时应注意的事项,对于物料的粉碎，必须根据物料的特性，以及粉碎要求选择

13、合适的粉碎方法； 对于坚硬的和脆性的物料，挤压和冲击很有效。 对韧性物料剪切力作用较好。 任何一种粉碎机，都是几种方法的结合，这样最有效。, 基本要求, 粉碎后的物料颗粒大小要均匀； 已被粉碎的物块，须立即从轧压部位排除； 操作能自动化，如能不断地自动卸料等； 容易更换磨损的部分，在操作发生障碍时，有保险装置使能自动停止； 产生极少的粉尘，以减少环境污染及保障工人健康； 单位产品消耗的能量要小。,2.4.2 锤式粉碎机,原料粉碎设备 锤式粉碎机,适用范围: 中等硬度物料的中、细碎，脆性物料。 锤刀：可拆换，可摆动避开硬物。 高碳钢和锰钢，可两头调换使用。 工作原理：物料从上方料斗加 入，在悬空

14、状态下就被锤的冲击 力所破碎。然后物料被抛至冲击 板上，再次被击碎。此外物料在 机内还受到挤压和研磨的作用。,锤式粉碎机的结构,锤式粉碎机内有一根水平轴，轴上装有一些圆盘，圆盘的周边安装着板状锤片 （杆锤），周围有圆筒形外壳。外壳分为两部分，上部为有沟形的表面，下部则为有孔的筛板，以被粉碎的物料通过筛孔落下。这种设备的一般形式可以自制，轴的圆周线速达。,锤式粉碎机的结构,锤式粉碎机工作动画,锤式粉碎机的优缺点及使用范围,优点：单位产量能耗低、构造简单、结构紧凑、生产能大。 缺点：工作部件易于磨损；物料含水量过高时，易于堵塞；维修工作量大。 适用范围：这种粉碎机适用于甘薯干等块状原料和野生植物原

15、料的粉碎，操作要求低，较易把小块原料锤碎成细粉末，对原料品种变化的适应性也较强。,锤式粉碎机,2.4.3 辊式粉碎机,原料粉碎设备 辊式粉碎机,辊式粉碎机广泛用于破碎黏性和湿物料块。 啤酒厂粉碎麦芽和大米都是用辊式粉碎机。 常用的有两辊式、四辊式、五辊式和六辊式等。, 辊式粉碎机的结构,一个辊筒的轴承座可沿导轨滑移，另一辊筒轴承座固定； 两个辊筒轴承座均可沿导轨滑移 。, 辊式粉碎机的类型,按照辊筒表面形状可分为： 辊筒表面光滑的； 辊筒表面有齿的； 辊筒表面有凸棱或凹槽的。 按照粉碎工作原理可分为： 由挤压作用进行粉碎作业的； 由挤压、剪切与研磨作用联合作用进行粉碎作业的。,两辊式粉碎机,a

16、.两辊式粉碎机 主要工作机构为两个相对旋转的 平行装置的圆柱形辊筒，装在两辊 之间的物料通过辊筒对其的摩擦作 用而被拖入两辊的间隙中被粉碎。 作用力：挤压、剪切和研磨。 要得到粒度较细的成品：提高转速、具有一定转速差（1520）,对辊式粉碎机,四辊式粉碎机,原料经第一对辊筒粉 碎后，由筛选装置分 离出皮壳排出，粉粒 再进入第二对辊筒粉碎。,五辊式粉碎机,前三个辊为光辊，后两个 为丝辊。 即先挤压破碎，可以使生 物质原料的皮壳不致粉碎 的太细而影响后序工作最 后挤压研磨粉碎成细粒细 粉。,六辊式粉碎机,同五辊式粉碎机， 三对辊筒，前两对 为光辊，后一对为 丝辊。,辊式粉碎机,2.4.4 其他粉碎

17、设备,湿式粉碎机 搅拌型粉碎机 行星式粉碎机 球磨机 切片机 超微粉碎机 纳米粉碎机 盘磨机 , 湿式粉碎机,生物加工工厂中，粉碎原料时，往往会逸出较多的粉尘，影响环境。这是干法粉碎的一个不足之处。 为了避免这一缺点，在某些产品的生产过程中，采用湿式粉碎操作，其所用到的粉碎机称为湿式粉碎机。,原料粉碎设备 湿式粉碎机,湿式粉碎设备主要包括：输料装置、加料器、粉碎机和加热器等几部分。 粉碎可采用一级或二级粉碎。从粉碎机出来的粉浆进入加热器，利用蒸煮工段放出的二次蒸汽预热至一定温度后备用。 湿式研磨过程主要是分散微粒化的过程，可分为把颗粒团破碎、解集、润湿、分散和稳定等步骤。, 搅拌型粉碎机, 行

18、星式粉碎机, 球磨机,球磨机是目前工业上广泛应用的粉磨机械。合理的选择粉磨设备和工艺流程非常重要，因为粉磨设备的动力消耗和投资占有很大的经济比重。,球磨机的工作原理,工作原理： 球磨机筒体内装有研磨体 （一般为钢球，也有用钢柱、钢棒或卵石的）。筒体回转时，其中的物料与研磨体在摩擦力和离心力作用下，贴在筒体内壁上与筒体一起回转。当提升到一定高度后，由于重力作用，研磨体发生自由泻落或抛落现象，从而对筒内物料进行冲击、研磨和挤压，物料逐渐被粉碎。当达到粉磨要求后，将物料由磨机内排出。 研磨体装填量、尺寸大小的配合直接影响球磨机的操作质量。,，,球磨机分类,（）按筒体长径比大小分： 短筒球磨机，或称球

19、磨机，其长径比在以下； 中长磨，其长径比在2.53.5之间； 长磨，其长径比大于3.5。 （）按卸料方式分 按卸料方式分为中心卸料球磨机，周边卸料球磨机和中间球磨机。 中心卸料球磨机是通过卸料端的空心轴颈卸料。 周边卸料和中间卸料球磨机都是通过装在筒体上的卸料孔、筛网等专用卸料装置卸料。 （）按传动方式分按传动方式分为周边传动和中心传动两种。, 切片机,对生物质原料的粉碎处理，根据加工工艺的不同，对粉碎后的原料形状有不同的要求，有的要求是粉状的，有的要求是块状或片状的。要求块状或片状的粉碎，需要用到切片机。, 超细粉碎机,超细粉碎技术是世纪年代随着现代化工、电子、材料及矿产等行业的不断发展而兴

20、起的一门跨学科、跨行业的高新技术。, 纳米粉碎机,纳米粒子一般是指颗粒尺寸在 之间具有量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观量子隧道效应的超细粒子，该粒子比表面积、表面原子数、表面能和表面张力很大，且随粒径的下降急剧增加，因而展现出许多特有的性质。, 盘磨机,两个带沟纹的圆盘，一个和轴一起转动，另一个固 定在外壳上，物料由料斗进入圆盘中心，由于离心力的 作用，物料在两个圆盘缝隙中向外甩出， 并受到圆盘的研磨和剪切作用而被粉碎， 间隙可调。 若两圆盘同时反向旋转，则研磨剪切 作用更强。,用于粉碎小麦、玉米、大豆、大米等。 单转盘磨盘机：由两个带沟纹的圆盘组成，一个和轴一起转动，另一个固定在外壳

21、上。两圆盘的缝隙可调。物料受到圆盘沟槽的研磨和剪切作用而被粉碎。 双转盘磨盘机：有两只可同时旋转的转盘，两盘转动方向相反，它比单转盘产生的剪切作用更大，效率更高。,啤酒厂粉碎工段,鄂式破碎机,鄂式破碎机,立轴冲击式破碎机,MTW系列欧版磨粉机(专利产品),生物质原料固体间的混合,在生物加工的过程中，固体间的混合也是操作单元之一。 固体间的混合需要外加机械作用才能进行。 固体粒子形状、粒径、密度等各不相同，各成分在混合的同时伴随着分离现象，所以固体间的混合不能达到完全的均匀，只能达到总体的均匀而不能达到局部的均匀性。,固体混合的机理,对流混合：固体粒子的循环流。 剪切混合：粒子间相互滑动和撞击产生。 扩散混合：存在状态不同而产生的局部混合作用。,回转型混合机 水平圆筒型混合机与倾斜圆筒型混合机 水平圆筒型混合机仅靠扩散作用混合，效率低。倾斜 圆筒型混合机混合效果较好，有两种倾斜方式，两轴心 重合并与水平面成一定角度，物料作螺旋混合。另一种 是圆筒轴和旋转轴成一角度，物料呈复杂的环状移动。,物料混合设备的类型,混合设备有两种， 一种是不能转动的固定型混合机； 一种是可以转动的回转型混合机。 常见的回转