食品工程原理粉碎与混合

1、2022-2-1612022-2-1622022-2-163 （一）粉（一）粉碎的概念碎的概念 利用机械利用机械力将固体物料破碎力将固体物料破碎成符合要求成符合要求的的小块、颗粒或粉末的小块、颗粒或粉末的单元操作。单元操作。 （二）食二）食品工业中的应用品工业中的应用 1 1、满足进一步加工或食用的需要，如香、满足进一步加工或食用的需要，如香辛料、面粉。辛料、面粉。 2 2、增加物料比表面积，以利于干燥和浸、增加物料比表面积，以利于干燥和浸取，如油料破碎。取，如油料破碎。 3 3、原料经粉碎后可以均匀混合，如固体、原料经粉碎后可以均匀混合，如固体饮料生产。饮料生产。2022-2-164 （一）

2、颗粒大小及形状（一）颗粒大小及形状 1 1、粒度、粒度 表示颗粒的大小的物理量。表示颗粒的大小的物理量。 2 2、粒度的测量方法、粒度的测量方法 （1 1）粗颗粒粗颗粒：直接测量：直接测量 （2 2）细颗粒细颗粒：采用：采用标准筛标准筛测量测量 （3 3）极细颗粒极细颗粒：显微镜下用：显微镜下用光学微米光学微米尺尺测量，取平均测量，取平均值。值。2022-2-165 3 3、粒度的表示方法、粒度的表示方法 球形颗粒一般用球形颗粒一般用直径直径表示。表示。 非球形颗非球形颗粒以粒以“名义粒度名义粒度”（以体（以体积、面积为基准）。积、面积为基准）。 常见常见的的名义粒度名义粒度表示法有表示法有

3、以以表面积表面积为基准为基准： 以以体积体积为基准为基准：psSd 36pvVd 2022-2-166 4 4、球形度和形状因数、球形度和形状因数 （1 1）球形度：）球形度：表示颗粒接近球体的程表示颗粒接近球体的程度。度。 值在值在0 01 1值之间，越大越接近球形值之间，越大越接近球形。 （2 2）形状因数：）形状因数：偏离规则形状的因数，偏离规则形状的因数，是球形度的倒数。是球形度的倒数。 值在值在11，越小越接近球形或立方体，越小越接近球形或立方体。颗粒实际表面积同体积球体表面积sppVSL62022-2-167 5 5、平均粒度、平均粒度 粉碎后颗粒大小不一，度量颗粒群粉碎后颗粒大小

4、不一，度量颗粒群大小的单位。大小的单位。 算术平均粒度算术平均粒度 几何平均粒度几何平均粒度 体面平均粒度体面平均粒度2022-2-168 （一）粉碎比（一）粉碎比 指物料粉碎指物料粉碎前后的粒度前后的粒度之比，也称之比，也称“粉碎度粉碎度”。 以以表示表示，d d1 1/ /d d2 2 可以反映单次粉碎的效果或多次粉碎可以反映单次粉碎的效果或多次粉碎的效的效果。果。 （二）粉碎的类型（二）粉碎的类型 按产品粒度大小分为按产品粒度大小分为破碎（粗碎和中破碎（粗碎和中碎）碎）和和磨碎（细碎、超细碎）磨碎（细碎、超细碎）。2022-2-169 1 1、物料的力学性质、物料的力学性质 硬度：硬度：

5、物料抵抗外力压入表面发生物料抵抗外力压入表面发生变形和破裂的能力；变形和破裂的能力； 强度：强度：物料在外力作用下抵抗塑性物料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。变形和断裂的能力。 脆性：脆性：物料受拉力或冲击时容易破物料受拉力或冲击时容易破碎的性质。碎的性质。 韧性：韧性：物料在外力突然袭击时能及物料在外力突然袭击时能及时迅速产生塑性变形的性质。时迅速产生塑性变形的性质。2022-2-1610 （1 1）挤压：）挤压：物料在两个工物料在两个工作构件之间受到缓慢增长的压作构件之间受到缓慢增长的压力作用而被粉碎。力作用而被粉碎。 应用：应用：脆性物料；若物料脆性物料；若物料具韧、塑性，经挤压可

6、得到片具韧、塑性，经挤压可得到片状产品，麦片等。状产品，麦片等。 （2 2）冲击：冲击：物料在瞬间受到物料在瞬间受到的外来的冲击力而被粉碎。的外来的冲击力而被粉碎。 应用：应用：多数物料都可用。多数物料都可用。2022-2-1611（3 3）剪切：）剪切：物料受到相对运动的两物料受到相对运动的两个构件端面的作用而被切断。个构件端面的作用而被切断。 应用：应用：韧性物料，一般果蔬、韧性物料，一般果蔬、肉类的分切。肉类的分切。（4 4）折断：）折断：物料在两个工作构件间物料在两个工作构件间承受弯曲应力而被折断。承受弯曲应力而被折断。 应用：应用：硬、脆度大的块状或硬、脆度大的块状或条状物料，如豆饼

7、。条状物料，如豆饼。（5 5）研磨：）研磨：物料在两个相对滑动的物料在两个相对滑动的粗糙工作表面之间受到摩擦、剪粗糙工作表面之间受到摩擦、剪切等作用而被磨削成细粒。切等作用而被磨削成细粒。 应用：应用：小块物料或韧性物料。小块物料或韧性物料。2022-2-1612 3 3、粉碎方、粉碎方法的选法的选择原则择原则 视粉碎物料的物化性质与所要求的粉碎比视粉碎物料的物化性质与所要求的粉碎比而定。而定。 对特别坚硬的物料对特别坚硬的物料用用冲击冲击或或挤压挤压法法； 对韧性特别强的物料选对韧性特别强的物料选用用剪切剪切或或研磨研磨法法； 对脆性物料选对脆性物料选用用挤压挤压或或冲击冲击的方法；的方法；

8、 对强对强度大、度大、硬度小、脆性小、韧性大的硬度小、脆性小、韧性大的“难难”破碎物料选用破碎物料选用“组合组合”方法。方法。2022-2-1613 （四）（四）粉碎机理与能耗粉碎机理与能耗 1 1、粉碎机理、粉碎机理 常见的有常见的有 “ “裂缝假说裂缝假说” ” 及及“表面积表面积假说假说”、“体积假说体积假说” ” 。 2 2、粉碎能耗、粉碎能耗 粉碎效率偏低，能耗较大，主要粉碎效率偏低，能耗较大，主要消耗消耗有有变形能、表面能、局部错位能耗变形能、表面能、局部错位能耗、各种、各种摩擦摩擦、噪声、噪声损耗。损耗。2022-2-1614 （五）（五）粉碎操作方法粉碎操作方法 1 1、按物料

9、、按物料在粉碎过在粉碎过程中所处状态不同程中所处状态不同 （1 1）干法粉碎）干法粉碎 物料始终干燥松散。物料始终干燥松散。 工艺简单，但易过热并产生粉尘。工艺简单，但易过热并产生粉尘。 （2 2）湿法粉碎）湿法粉碎 物料悬浮于液体中进行粉碎，后期物料悬浮于液体中进行粉碎，后期需分离需分离制品。制品。 更细，无粉尘，无过热；但耗能大，更细，无粉尘，无过热；但耗能大，设备磨损严重。设备磨损严重。2022-2-1615湿法粉碎湿法粉碎2022-2-1616 2 2、按工艺流程不同、按工艺流程不同 一级粉碎和多级粉碎一级粉碎和多级粉碎。 3 3、按粉碎过程不同、按粉碎过程不同 （1 1）开路粉碎：）

10、开路粉碎：简单，不用分级设备；产简单，不用分级设备；产品粒度分布宽，能量利用不充分。品粒度分布宽，能量利用不充分。 （2 2）闭路粉碎：闭路粉碎：利用分级设备，粗粒重新利用分级设备，粗粒重新粉碎，适合粉碎，适合粉碎比粉碎比较大的粉碎过程。效率高，较大的粉碎过程。效率高，动力消耗低，但设备复杂（需动力消耗低，但设备复杂（需分级和输送设分级和输送设备备）。）。 将将开路、闭路开路、闭路粉碎作为基础，可衍生出粉碎作为基础，可衍生出多种组合粉碎过程。多种组合粉碎过程。2022-2-1617“一风吹一风吹”粉碎机粉碎机2022-2-16182022-2-1619 粉碎设备包括粉碎设备包括破碎机破碎机和和

11、磨碎机磨碎机两大两大类。类。 （一）破碎机（一）破碎机 按所施粉碎力的不同，分为：按所施粉碎力的不同，分为： A A：挤压式破碎机挤压式破碎机：通过固定面和活：通过固定面和活动面对物料的挤压达到破碎。动面对物料的挤压达到破碎。 B B：冲击式破碎机冲击式破碎机：利用高速：利用高速旋转的旋转的转子或锤片来转子或锤片来击碎物料。击碎物料。2022-2-1620 1 1、辊式破碎机、辊式破碎机 （1 1）特点）特点 又称又称“滚筒轧碎机滚筒轧碎机”，利用一只或一只，利用一只或一只以上辊子的旋转进行破碎。常见的是以上辊子的旋转进行破碎。常见的是双辊双辊破破碎机碎机。 （2 2）影响粉碎比的因素：）影响

12、粉碎比的因素：开度、辊圆周速开度、辊圆周速度、辊表面形状、物料力学性质。度、辊表面形状、物料力学性质。 （3 3）用途）用途: :对对谷类谷类、油料、饲、油料、饲料料等等粗粉粗粉。最大容许最大容许钳角为钳角为34342022-2-1621双辊破碎机双辊破碎机2022-2-1622 用途：用途：油料油料的轧胚、面带的加的轧胚、面带的加工。工。 特点：特点：双辊，双辊，辊子表面光滑，等辊子表面光滑，等速反向旋转速反向旋转2022-2-16232022-2-1624 用途：用途：对巧对巧克力、面粉进行精克力、面粉进行精磨，磨，所施加力为挤所施加力为挤压和研磨力压和研磨力。 特点：特点：双辊，双辊，辊

13、子表面光滑，差辊子表面光滑，差速反向旋转速反向旋转。2022-2-16252022-2-1626 用途：用途：对含纤维多的物料进行粉对含纤维多的物料进行粉碎，碎，所施加力为剪切、挤压和研磨所施加力为剪切、挤压和研磨。 特点：特点：双辊，辊子表面有双辊，辊子表面有具一定具一定几何形状和参数的细槽（俗称几何形状和参数的细槽（俗称“拉拉丝丝”），差速反向旋转。，差速反向旋转。2022-2-16272022-2-1628 2 2、锤式粉碎机、锤式粉碎机 常称为常称为万能粉碎机万能粉碎机，又分为又分为固定锤式固定锤式和和活动活动锤式锤式，是，是利用高速旋转利用高速旋转的锤片对物料施以强烈的锤片对物料施以

14、强烈作用而将物料粉碎的机作用而将物料粉碎的机器器。兼有。兼有冲击冲击和和剪切剪切作作用。用。 结构简单、操作方结构简单、操作方便、生产效率高、用途便、生产效率高、用途广泛，但粉碎粒度不易广泛，但粉碎粒度不易控制，锤头易磨损。控制，锤头易磨损。 活动锤式粉碎机活动锤式粉碎机2022-2-16292022-2-1630 3 3、盘击粉碎机盘击粉碎机 又称又称“爪式粉碎爪式粉碎机机”，适合纤维物料的，适合纤维物料的粉碎。粉碎。2022-2-1631 4 4、气流式粉碎机气流式粉碎机 为较成熟的超微粉碎设备，利用空气、为较成熟的超微粉碎设备，利用空气、过热蒸汽等在高压下喷出产生的强烈湍过热蒸汽等在高压

15、下喷出产生的强烈湍流和冲击力，带动物料高速运动，利用流和冲击力，带动物料高速运动，利用剧烈撞击、碰撞、摩擦等粉碎物料。剧烈撞击、碰撞、摩擦等粉碎物料。多级气流粉碎分级机多级气流粉碎分级机超音速喷射式粉碎机超音速喷射式粉碎机2022-2-1632 分分为为慢速磨机慢速磨机和和快速磨快速磨机机。 快快速速磨机：磨机：主主要要有盘磨机、锥磨机和有盘磨机、锥磨机和胶体胶体磨；磨； 慢慢速速磨机：磨机：主主要有球磨机、管磨机和要有球磨机、管磨机和棒磨机。棒磨机。 1 1、盘式磨碎机和碾磨、盘式磨碎机和碾磨：外形图见下页：外形图见下页 2 2、球磨机和棒磨、球磨机和棒磨机：机： 2022-2-163320

16、22-2-16342022-2-16352022-2-1636 筛分筛分与与粉碎粉碎操作密切关联操作密切关联。 筛分的在食品加工领域的应用筛分的在食品加工领域的应用 1 1、粉碎后按要求分级、粉碎后按要求分级 2 2、工程化食品和功能性食品生产的需求、工程化食品和功能性食品生产的需求 3 3、食品粒度分析（、食品粒度分析（筛析）筛析） 4 4、分离杂质、分离杂质2022-2-1637 （一）筛分的概念（一）筛分的概念 通过通过筛分器将大小不同的固体颗粒筛分器将大小不同的固体颗粒分成两种或多种粒级的过程。分成两种或多种粒级的过程。 （二）筛分的原理（二）筛分的原理 根据物料粒度（厚度、宽度）或形

17、根据物料粒度（厚度、宽度）或形状的不同进行分选。状的不同进行分选。 基本条件：基本条件：直接接触且时间足够；直接接触且时间足够；适宜筛孔形状与大小；有相对运动。适宜筛孔形状与大小；有相对运动。2022-2-1638 1 1、筛析、筛析 又称又称过筛分析法过筛分析法，利用，利用标准筛标准筛分析粉分析粉碎后颗粒的粒度分布。碎后颗粒的粒度分布。 2 2、筛制：、筛制：中国筛制、泰勒筛制、国际筛中国筛制、泰勒筛制、国际筛制等。制等。 （1 1）中国筛制：）中国筛制：以每英寸（以每英寸（25.4mm25.4mm）丝上筛孔数表示筛的筛号，称为丝上筛孔数表示筛的筛号，称为目数目数。 （2 2）筛析操作：）筛

18、析操作：一组标准筛从上到下一组标准筛从上到下按筛孔从大到小层叠放置，样品称量后放按筛孔从大到小层叠放置，样品称量后放在最上一层，摇动过筛。记录每一号筛上在最上一层，摇动过筛。记录每一号筛上的颗粒质量，计算并判断。的颗粒质量，计算并判断。2022-2-1639 （四）筛面（四）筛面 1 1、形状：、形状：平面、圆筒面平面、圆筒面 2 2、材质：、材质：开孔金属板、金属丝、绢筛开孔金属板、金属丝、绢筛 3 3、筛孔形状：、筛孔形状：圆形、方形、长方形圆形、方形、长方形 （五）筛分效率（五）筛分效率 为评价筛分效果的指标。物料经筛选一为评价筛分效果的指标。物料经筛选一定时间后，定时间后，筛下产品筛下

19、产品与给料中与给料中筛过物筛过物的质量的质量百分比百分比。 （六）筛分速率（六）筛分速率 反映筛分设备生产能力大小的物理量。反映筛分设备生产能力大小的物理量。2022-2-1640 （一（一）转筒）转筒筛筛 转筒转筒筛是筛面作回转筛是筛面作回转运动的筛分机械。电机带运动的筛分机械。电机带动转筒（转筒上布有筛网，动转筒（转筒上布有筛网，常为六角形）旋转，物料常为六角形）旋转，物料从一端加入，筛下料被汇从一端加入，筛下料被汇集，筛上料从另一端卸出。集，筛上料从另一端卸出。2022-2-1641转筒筛转筒筛2022-2-1642 （二（二）平面回转筛）平面回转筛 为平板筛的一种为平板筛的一种，筛面在

20、水平面作圆，筛面在水平面作圆周运动或螺旋状运动。常多层叠置。周运动或螺旋状运动。常多层叠置。 应用：应用：粮油加工厂原料清理、半成品、粮油加工厂原料清理、半成品、成品分级或分离。成品分级或分离。2022-2-16432022-2-1644 混合混合：用用机械或流体动力方法使机械或流体动力方法使两种或两两种或两种以上不同物质种以上不同物质相互分散、混杂，使其达相互分散、混杂，使其达到一定程度的单元操作。到一定程度的单元操作。液固混合液固混合液液混合液液混合固固混合固固混合2022-2-1645v（一（一）混合均匀度）混合均匀度 不同物料经过混合所达到的分散掺合程度不同物料经过混合所达到的分散掺合

21、程度的度量。的度量。 v（二二）分离尺度）分离尺度 混合物各个局部小混合物各个局部小区域体积平均值。表示混区域体积平均值。表示混合的均匀性，合的均匀性，分离尺度分离尺度越越大，物料大，物料的均匀性越差。的均匀性越差。v （三）分离强度：（三）分离强度：各个局部区域内浓度与平均各个局部区域内浓度与平均浓度之间的偏差。该值越大，物料的均匀性越差浓度之间的偏差。该值越大，物料的均匀性越差2022-2-1646 1、对流混合：、对流混合：由于混合机工作部件表由于混合机工作部件表面对物料的相对运动，所有粒子在混合机内面对物料的相对运动，所有粒子在混合机内从一处向另一处作相对流动，位置发生转移，从一处向另

22、一处作相对流动，位置发生转移，产生整体的流动。产生整体的流动。 2 2、扩散混合：、扩散混合：粒子以分子扩散形式向粒子以分子扩散形式向四周作无规律运动，进行混合。四周作无规律运动，进行混合。 3 3、剪力混合：、剪力混合：物料群体中的粒子相互物料群体中的粒子相互间形成剪切面的滑移和冲撞作用，引起局部间形成剪切面的滑移和冲撞作用，引起局部混合。混合。 在实际混合中，通常三种都存在。在实际混合中，通常三种都存在。 2022-2-1647 （一）液体搅拌设备的结构和特点（一）液体搅拌设备的结构和特点 多为圆筒形，顶部可为开放式或密多为圆筒形，顶部可为开放式或密封式，底部大多数呈碟形或半球形。封式，底

23、部大多数呈碟形或半球形。 容器中央垂直或倾斜安容器中央垂直或倾斜安装搅拌轴，轴中下部安装装搅拌轴，轴中下部安装桨叶。此外还配有其他附桨叶。此外还配有其他附属装置。属装置。 搅拌产生搅拌产生切向流、轴向切向流、轴向流、径向流流、径向流。2022-2-1648v平桨平桨式式v 锚式锚式v 1 1、桨式搅拌器、桨式搅拌器v 搅搅拌轴上装有直径很大的桨叶，转拌轴上装有直径很大的桨叶，转速低，速低，主要为径向流。主要为径向流。v 适合适合于高、中黏度于高、中黏度流体搅拌混合。流体搅拌混合。2022-2-1649圆盘平直叶片圆盘平直叶片v 叶片较多而短，通常为叶片较多而短，通常为6 6片片，转速转速适中适

24、中。平桨作用液体产生径向和切向平桨作用液体产生径向和切向运动，旋桨及加装挡板可产生轴向流。运动，旋桨及加装挡板可产生轴向流。v 适合于中等黏适合于中等黏度的流体搅拌混合度的流体搅拌混合。2022-2-1650旋桨旋桨式式v 搅拌轴上装有搅拌轴上装有2 24 4片片小直径旋桨叶，旋桨作用小直径旋桨叶，旋桨作用液体产生轴向和切向运动，液体产生轴向和切向运动，转速高。转速高。转轴转轴可垂直、斜可垂直、斜向或偏心安装。向或偏心安装。v 适合低黏度流体或要适合低黏度流体或要求上下均匀混合的场合。求上下均匀混合的场合。2022-2-1651 搅拌器的选型依据搅拌器的选型依据 1 1、液体的黏度、液体的黏度

25、 2 2、搅拌过程和目的、搅拌过程和目的2022-2-1652 1 1、防止、防止“打旋打旋”现象的措施现象的措施 （1 1）打旋：）打旋：当转速较高时，轴附近液当转速较高时，轴附近液体会形成较深体会形成较深“漩涡漩涡”，造成各层液体无，造成各层液体无法均匀混合甚至分层，还可能引入大量空法均匀混合甚至分层，还可能引入大量空气，造成搅拌器振动。气，造成搅拌器振动。 （2 2）措施）措施 加设挡板；加设挡板； 对直径小的容器，将搅拌器偏心对直径小的容器，将搅拌器偏心或偏心倾向安装。或偏心倾向安装。2022-2-1653 2 2、搅拌功率搅拌功率的影响因素与估算的影响因素与估算 （1 1）影响搅拌功

26、率的因素影响搅拌功率的因素 取决于搅拌器转速、结构类型、物取决于搅拌器转速、结构类型、物料性质料性质（密度、黏度等）密度、黏度等）。 （2 2）搅拌功率的搅拌功率的估算估算 需采用经验关联式进行估算，将功需采用经验关联式进行估算，将功率消耗和其它参数联系起来。率消耗和其它参数联系起来。2022-2-1654乳化：乳化：将两种通常不互溶的液体混合均匀将两种通常不互溶的液体混合均匀的操作过程的操作过程。乳化操作的产物为。乳化操作的产物为“乳状液乳状液” 混混合合 粉碎粉碎应用：应用：人造奶油制造，乳制品、饮料提人造奶油制造，乳制品、饮料提高稳定性等。高稳定性等。2022-2-1655 食食品乳化液

27、品乳化液一般有两一般有两类：类： 水水包包油型油型（O/WO/W） 油包水型油包水型（W/OW/O） 例如：例如： 牛奶牛奶（O/WO/W） 奶油奶油（W/OW/O） 2022-2-1656 1 1、乳化剂：、乳化剂：表面活性剂，可使乳浊液比表面活性剂，可使乳浊液比较稳定。较稳定。 2 2、主要性能指标、主要性能指标 亲水亲油平衡值亲水亲油平衡值（HLBHLB值），值），一般在一般在1-201-20之间之间 HLBHLB1010，亲水性，亲水性 HLBHLB1010，亲油性，亲油性2022-2-1657（1 1）含）含亲水极性基亲水极性基也含也含亲亲油非极性基，可降低乳浊油非极性基，可降低乳浊

28、液内外相表面张力；液内外相表面张力； （2 2）形成表面双电层，当）形成表面双电层，当两个液滴相互接近时，因电两个液滴相互接近时，因电荷的相斥作用，阻止了凝聚；荷的相斥作用，阻止了凝聚； （3 3）表面活性剂所形成的）表面活性剂所形成的界面膜可阻止液滴聚合形成界面膜可阻止液滴聚合形成大液团。大液团。2022-2-1658v 液滴的大小：液滴的大小：小好小好v 两相密度差：两相密度差：小好小好v 黏度：黏度：大好大好2022-2-1659 乳化乳化方法方法机械强制分机械强制分散散法（均质）法（均质）同时乳化法同时乳化法转相法转相法浆体法浆体法自然乳化法自然乳化法2022-2-1660 （1 1）结构及工作过程）结构及工作过程 主要由主要由高压泵、均质高压泵、均质阀阀组成。组成。 高压柱塞泵高压柱塞泵 产生高压力的装置，产生高压力的装置，单个单个柱塞泵柱塞泵输出流量不均输出流量不均匀，匀，常用常用三柱塞泵，三柱塞泵，特点特点是排液量比较均匀。是排液量比较均匀。 三柱塞泵三柱塞泵见下图见下图2022-2-16612022-2-16622022-2-1663均质阀均质阀 均质阀均质阀是对料液产生均质作用，对是对料液产生均质作用，对均质压强进行调节的部件，往往与均质压强进行调节的部件，往往与柱塞柱塞泵输出端相连。泵输出端相连。 大多数均质机上配备大多数均质机上配备双级均质阀双级均