第1章原料预处理

第一章生物质原料预处理设备第一节生物质原料筛选与分级第二节生物质原料的粉碎第三节生物质原料固体间的混合生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备第一节生物质原料筛选与分级设备生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备、磁力除铁器、生物质原料精选机、筛选设备、滚筒分级机生物质原料筛选、分级的意义

原料在收获、贮藏、运输等过程中，往往会混入沙土、石子甚至金属等杂物。杂质影响生产设备正常工作，甚至造成安全事故，如：粉碎机、均质机、泵等；不合格原料，影响产品质量。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备一、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，须在清理过程中用磁选设备除去。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备1.永磁滚筒由滚筒、磁芯、进料斗、传动系统、机架等组成，滚筒外表面敷有无毒而耐磨的聚氨酯涂料作保护层，以延长使用寿命。滚筒由电机通过变速机构传递动力。工作原理图生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备2.其它类型的磁分离设备永磁溜板固定，物料依靠重力下滑，金属杂质吸附在磁溜板上，定期清除金属杂质。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备二、生物质原料精选机精选目的：其主要目的是按颗粒长度进行分级，除杂粒，如大麦中的豆类、小麦和大米等。除去伤残粒，因为大麦发芽时伤粒易生霉。精选适用于颗粒状物料，按颗粒长度分级。主要设备有：滚筒精选机和碟片精选机。

生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备

1.滚筒式精选机

生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备主要构件是一个表面开有袋孔的旋转圆筒。利用带有袋孔（窝眼）的工作面来分离杂粒物料，袋孔中嵌入长度不同的颗粒，带升高度不同而分离。5工作原理

窝眼筒式精选机工作示意图生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备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。2.碟片精选机主要结构:螺旋输送机、旋转碟片、传动系统等组成。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备工作原理碟片在粮堆中运动时，短小的颗粒嵌入碟片的袋孔被带到较高的位置才会落下来，只要把收集短粒的斜槽放在适当位置，就能将短粒分出来。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备结构：金属碟片的平面上有许多袋形的凹孔，孔的大小和形式视分级条件而定。

生产中往往需要将生物质原料按不同粒度分级，来进行不同的处理，这就需要筛选分级。筛选设备一般分为振动筛、摆动筛和滚筒筛三种。1.摆动筛2.振动筛3.滚筒筛三、筛选设备生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备1.

摆动（摇动）筛结构:主要由筛体，机架，进料斗，传动系统等组成。工作原理：是在重力、惯性力和物料与筛面之间的摩擦力的作用下，物料与筛面之间产生不对称的相对运动而进行连续筛分。

生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备按筛面的运动规律不同，摇动筛可分为直线摇动筛、平面摇晃筛和差动筛。1）直线摇动筛

图直线摇动筛

1—拉杆；

2—筛框；

3—筛面；

4—偏心轮机构生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备筛面基本上作直线运动。结构：它有一个长方形的筛框，筛面固定在筛框上，筛框用拉杆悬挂或用滚轮支承。筛框和筛面由偏心轮机构带动作往复运动。工作过程：物料由筛面的一端加入，筛面下面有容器承接筛下的物料，不能过筛的物料即由筛面的另一端卸出。筛面一般倾斜安装。2）平面摇晃筛生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备构造与直线摇动筛类似。它与直线摇动筛的主要差别是平面摇晃筛将筛框的一端直接连在偏心轮上。筛面作复杂的平面运动，在与偏心轮连接的一端，运动时有较大的垂直位移。1—筛框2—弹性支杆3—底座3）差动筛生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备（工作过程见演示）根据筛面上物料进退运动的不同特征（速度不一致）而得名。工作过程：筛框的运动方向与筛面成一定角度，筛面上物料的前进和后退有不同的加速度，从而使筛面上的物料与筛面之间有不对称的相对运动，使筛上料能够移到筛面的另一侧卸出。摇动筛的特点优点（1）由于筛面是平面的，因而全部筛面都在工作，工作效率较高。（2）结构简单，制造和安装比较容易，更换筛面方便。（3）适于多种物料的分级。缺点（1）动力平衡较差，运行时连杆机构易损（2）噪声较大。

(3)筛孔易堵塞。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备2.振动筛原理：振动筛是由筛体产生高频振动配合风选而实现筛分操作的。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备主要结构：筛体、振动器、风机、通风道、传动系统等组成原麦通过控料阀控制进料，进入粗筛，同时轻杂经过前吸风道进入沉降室分离出轻杂后由风机排出。粗筛分离出大杂后，通过上、下两道振动筛体的作用细杂、粗杂和大麦。振动筛的工作过程生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备振动筛的特点由于振动筛筛面具有强烈的高频振动，筛孔几乎完全不会被物料堵塞，故筛分效率高，生产能力大，筛面利用率高。振动筛结构也简单，占地面积小，重量轻，动力消耗省，价格低，应用范围较广，特别适用于细粒物料的筛分操作。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备3.滚筒分级筛生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备滚筒（回转筛）是一种筛面作回转运动的筛分机械，主要结构为具有筛孔的回转圆筒。

物料在倾斜的滚筒内在重力、摩擦力、以及离心力作用下，做直线和回转的复合运动，通过筛面得到筛选。（见演示）生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备工作过程其他形式的滚筒筛

生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备串连式同轴式齿圈式：在滚筒的出料端装有一个大齿圈，电机带动小齿轮转动，小齿轮啮合大齿圈带动滚筒转动，这种传动，大齿圈制造麻烦，同时润滑油易玷污物料；中心轴式：将滚筒固定在中心轴上，当传动系统带动轴转动时，滚筒也就同步旋转，此种方式，由于轴太长，故转动起来不平稳；摩擦轮式：在滚筒的外壁上装有摩擦圈，通过摩擦轮使筒旋转，此种传动方式简单、平稳，所以被广泛应用。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备驱动滚筒转动有三种方式滚筒分级机工作原理当滚筒等速转动时，物料在筒内，由于摩擦力的作用，而被外举一定高度，然后由于重力的作用，则沿筒壁向下滚动，这样物料一边进行筛分，一边沿着倾斜的筛面逐渐从加料端移向卸料端，细粒则通过筛孔进入筛下，粗粒在筛筒的末端被收集。特点：设备简单；缺点：筛面利用率低，仅为整个筛面的1/5。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备滚筒转数的确定

滚筒的转速直接影响生产能力和分级效率，它与直径有关：n=~（转/分）

生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备第二节生物质粉碎机械一、粉碎理论二、冲击式粉碎机三、研磨式粉碎机四、球磨机五、气流粉碎机生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备一、粉碎理论粉碎概念：利用机械的方法克服固体物料内部的凝聚力而将其破碎的一种操作，是生物工厂中的基本操作之一。粉碎在生物工厂中的作用：增加固体表面积以利于干燥、溶解、浸出等后续工序的顺利进行；生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备粉碎方法冲击挤压磨碎剪切劈裂

实际粉碎过程中几种作用可能同时存在。粉碎规则对被粉碎物料只需粉碎到需要的或适于下一工序加工的粒度（粉碎比：物料粉碎前后平均粒径之比），到达此程度后，应立即使物料离开粉碎机。在粉碎操作的前后，都要过筛，凡能够通过所需大小筛孔的物料，都不能使它再经过粉碎机粉碎，以免引起过度粉碎，降低粉碎机生产能力。当所需粉碎比较大时，应分成几个步骤进行粉碎，实验证明当粉碎比在4左右时，操作效率最高。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备粉碎操作采用何种粉碎方法或设备，取决于被粉碎物料大小和要求的粉碎比以及物料的特性，而其中物料的硬度和破裂性最重要。坚硬物料——挤压和冲击韧性物料——剪切力或磨碎。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备粉碎机械分类按粉碎作用形式：冲击式粉碎机和研磨式粉碎机按成品粒度：普通粉碎机、微粉碎机和超微粉碎机按粉碎过程中物料的状态：干法粉碎机和湿法粉碎机械生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备二、冲击式粉碎机利用高速旋转的锤头

或锤片产生的作用力使物料粉碎，既适用于脆性物料，也可用于部分韧性物料甚至

纤维性物料的粉碎，所以常被称为万能粉碎机。锤式粉碎机生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备分类按粉碎机的进料方向：切向喂料式轴向喂料式径向喂料式生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备进料机构锤片粉碎室出料机构传动系统生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备主要结构进料机构粉碎机对喂入量的要求是均匀连续地供料，以保证粉碎机在额定负荷下稳定工作常用的进料机构有：螺旋供料器电磁振动供料器圆盘供料器生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备锤片锤片是粉碎机最主要的易损工作部件，其形状、尺寸和工作密度、排列方式对粉碎效率、产品质量有一定影响。锤片种类与形状：锤片材料：耐磨钢或特种铸铁表面硬化处理生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备齿板齿板：作用是阻止环流层的运动，降低物料在粉碎室的运动速度，增强对物料的碰撞和摩擦作用。齿板的齿形：人字形、直齿形、高齿槽形生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备筛片粉碎机主要的易损部件之一种类：冲孔筛、圆锥孔筛、鱼鳞筛等；按筛片的配置形式，筛片可分为：底筛、环筛和侧筛。锤筛间距：指转子运动时锤片顶端到筛片内表面的距离。影响粉碎效率的重要因素之一各种物料的最佳锤筛间歇应通过试验求得：谷物8mm，纤维物料14mm。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备工作原理物料从上方料斗加入，在悬空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。（见演示）生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备锤片式粉碎机的使用与维护锤片式粉碎机工作时，应先启动机器，再投入物料。切忌在满负荷时启动。进入锤式粉碎机的物料，应通过电磁除铁器去除金属杂质，以免损坏机件。要根据产品的粒度选择筛板，筛板与锤片之间的间歇要根据物料性质加以调整。筛板和锤片工作时会因强大冲击力及磨损而损坏，要经常检查，随时更换。筛板的寿命不应以筛面破损为准，应视筛孔边沿的磨损程度而定。锤式粉碎机对湿度大的物料粉碎效果较差，故进入机器的物料湿度不要大于15%。停机前，应先停止进料，待机内物料基本排空后再停机。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备三、辊式粉碎机属于研磨式粉碎机

分类工作原理磨粉机生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备辊式粉碎机分类

按成对辊磨数量：单式、复式、八辊按磨辊松合闸的自动化程度：手动、半自动、全自动根据两辊轴线的相对位置：水平配置、倾斜配置生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备工作原理磨辊是磨粉机的主要工作部件，一对磨辊速度和辊面状态不同，粉碎物料的型式也不同。等速反向光磨辊：以挤压的方式粉碎物料或使物料变形；差速反向光磨辊：以挤压和研磨的方式粉碎物料；等速反向齿磨辊：以剪切、挤压和研磨的方式粉碎物料。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备

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。辊筒：有的表面光滑，有的表面有齿、有的表面有凸棱或凹槽。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（15％～20％）两辊式粉碎机生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备四辊式粉碎机由两对相向旋转的挤压滚筒和两个筛子组成，筛子有一定的倾角，便于物料下落。

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。可对粉碎物料按粒度分级。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备六辊式粉碎机三对辊筒，前两对为光辊，后一对为丝辊。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备磨辊为了达到一定的研磨效果，磨辊需要承受较大的径向工作压力；同时磨辊的表面还与物料产生强烈的摩擦作用。因此不仅要求磨辊应具有一定的强度、韧性、耐磨性和良好的导热性能；而且还要求磨辊表面没有砂眼、气孔、裂纹和硬度不一等制造缺陷为了达到运转平稳和保持两磨辊间的轧距，磨辊应表面平直并具有精确的圆柱度。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备

普遍采用硬模离心浇铸成型、冷凝合金辊体的实心半轴压合空心磨辊。为了注入冷水降低磨辊表面的温度，将磨辊两端压合的半轴中央钻成通孔，成为空心半轴，使冷水能从半轴空心孔道通入空心磨辊中。磨辊的结构生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备四、圆盘钢磨圆盘钢磨也叫盘磨机．用以粉碎小麦、玉米、大豆、大米等;主要构件是2个带沟槽的圆盘.两只同时旋转的转盘，转动方向相反，能产生更大的剪切力，效率更高。五、球磨机球磨机是历史比较悠久的古老粉碎设备，至今仍广泛应用着。结构工作原理研磨介质影响操作的因素特点生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备结构球磨机的工作部件是装有研磨介质的圆柱形筒体。圆柱形筒体的两端有端盖，筒体上固定有大齿圈，电动机带动大齿圈使筒体缓缓转动。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备工作原理当筒体转动时，研磨介质及物料在离心力和摩擦力作用下，随筒体上升至一定高度后，又在重力作用下呈抛物线抛落或呈泻落下滑，如图所示。由于端盖有中空轴颈，物料从左方的中空轴颈进入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。物料受到冲击、摩擦、剪切和研磨四种力的协同作用。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备研磨介质球磨机常用的研磨介质有钢球、氧化锆球、氧化铝球等，有时也用无规则形状的鹅卵石或燧石等。磨介材料的相对密度大，则球磨机的产量大，粉碎效率高；相对密度较小，会使产量与效率降低。研磨介质的大小会直接影响球磨机的粉碎效果和成品颗粒的粒度大小。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备影响球磨机操作的因素（1）滚筒转速:磨介的运动形式;（2）磨介充填系数:一般为28%~40%;

（3）磨介尺寸:进料和出料粒度有关;（4）物料的含水率:干法粉碎含水量小于2%.生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备特点优点：结构简单，易于制造、检修，工作可靠；粉碎比大（可达300以上），通用性好；干法与湿法均可适用。缺点：粉碎周期长，能耗大，生产能力低；磨介易破碎，筒体易磨损。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备六气流粉碎机（超微粉碎机）

超微粉碎机生产的颗粒粒度极细，并有严格的粒度分布、规整的颗粒外形，要求颗粒极细，平均粒径应通过200-325目筛以上。气流粉碎机是较成熟的超微粉碎设备。常用的气流粉碎机有：对冲式气流粉碎机超音速喷射式粉碎机立式环形喷射式粉碎机生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备对冲式气流粉碎机构成如右图所示。主要工作部件有冲击室、分级室、喷管、喷嘴等。工作过程生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备工作过程左右两喷嘴和同时向冲击室喷射高压气流。其中左喷嘴喷出的高压气流将料斗中的物料逐渐吸入，送入喷管，物料在此得到加速。加速后的物料一进入冲击室，便受到右喷嘴喷射来的高速气流阻止，物料尤如冲击在粉碎板上而破碎。粉碎后转而随气流经上导管进入分级室后作回转运动。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备在分级室中，因离心力的作用而分级，细粉粒所受离心力较小，处于中央而从排出口被排出机外；粗粉粒较大，沿分级室周壁运行至下导管入口处，并经下导管送至喷嘴前，被喷嘴的高速气流送至喷管中加速后进入冲击室，与对面新输入的物粒相互碰撞、摩擦而再次粉碎。气流粉碎机的特点气流粉碎机具以下特点：(1)能获得

50um以下粒度的粉体；(2)粗细粒可自动分级，且产品粒度分布窄；(3)适用于低熔点和热敏性材料的粉碎；(4)故产品不易受金属或其它粉碎介质的污染；(5)可以实现联合作业；(6)可在无菌情况下操作；(7)结构紧凑，构造简单，没有传动件

湿法粉碎设备与干法粉碎的比较：消除了粉尘危害，改善了劳动环境，降低了原料消耗；对淀粉质原料湿法粉碎，粉碎过程总吸水膨胀，提高了后续蒸煮效果；粉碎在有水的条件下运行，使工作部件磨损减少，节省了设备维修费用。

（1）卧式（2）立式（3）分体立式图6.37胶体磨外形

典型湿法粉碎设备——胶体（砂轮）磨

（1）卧式（2）立式（3）分体立式主要由机壳、磨盘、进料斗、调节盘、叶轮等构成。立式胶体磨结构立式胶体磨卧式胶体磨固定件与转动件之间的间隙：

通常为

50~150微米，

依靠转动件的水平位置调整环来调节这种胶体磨适用于粘性相对较低的物料。第三节生物质原料固体间的混合作用对象是两种或两种以上具有一定流动性的粉料颗粒，通过混合机的混合作用使其成为各组分浓度均匀的混合物。在混合机内，大部分混合操作都并存对流、扩散和剪切三种混合方式，但由于机型结构和被处理物料的物性不同，其中某一种混合方式起主导作用。固定容器式混合机容器回转式混合机

生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备一、固定容器式混合机特征：容器固定。内部设有回转的搅拌桨叶或绞龙螺旋，强制性地分散、切断物料。物料在容器内有确定的流动方向，属于对流混合。适用于物料的性质差别较大及混合比较大、混合精度要求高的场合。由于容器固定，物料进出方便，有些类型的固定容器式混合机可以实现连续操作。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备螺带混合机立式混合机悬臂双螺旋锥形混合机

锥形混合机固定容器式混合机生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备螺带混合机

搅拌容器内装有薄而细长的螺旋带状桨叶，靠桨叶的回转来完成对物料的混合操作。根据螺带的数目可分：单螺带混合机和多螺带混合机；根据螺带的安装位置分：卧式螺带混合机、立式螺带混合机和倾斜式螺带混合机等。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备主要是靠物料的径向运动实现混合，而物料在轴向的运动变得很弱，混合精度不高。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备单螺带混合机由混合室、单螺带搅拌器、驱动装置、机架等组成。在驱动轴上装有两条螺旋方向相反的螺带，两条螺带外缘回转半径不同，回转半径大的称为外螺带，回转半径小的称为内螺带。当驱动轴旋转时，两条螺带同时翻动物料，并且内、外螺带对物料的翻动速度不同，有利于物料的径向混合，同时内外螺带反向旋转，推动物料在混合容器内反复运动，产生较强烈的轴向混合，大大增强了混合效果。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备双螺带混合机斜式单螺带混合机可以实现边混合边输送，但混合强度不高。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备立式混合机

结构：容器为立式，容器中央设有螺旋状的驱动轴（垂直螺杆）。轴的四周是一个套筒，容器上部设有一块由驱动轴带动的甩料板。工作过程：工作时，螺旋状驱动轴将物料从套筒底部提升至上部，在甩料板的旋转作用下被抛落到容器周围慢慢落下，至底部后又被螺旋状驱动轴提升。如此循环往复，直至混合到预定程度，由下部的出料口排出。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备锥形混合机混合容器呈倒圆锥形，螺旋搅拌器沿圆锥的母线置于容器的内部。容器的上部设有驱动装置（为行星轮机构）带动螺旋搅拌器一方面绕混合器公转，另一方面螺旋搅拌器绕本身轴线自转。（行星轮机构）生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备悬臂双螺旋锥形混合机1．螺旋沿壁公转，使物料沿锥壁作圆周运动；

2．螺旋自转使物料自锥底沿螺旋上升；

3．螺旋的公、自转复合运动使一部分物料被吸收到螺旋圆柱面内，同时受螺旋自转的离心力作用使螺旋圆柱面内的一部分物料向锥体径向排放；

4．上升的物料受自身重力作用下降。

四种运动在混合机内产生对流、剪切、扩散，从而达到快速均匀混合的目的。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备二、容器回转式混合机间歇操作的混合机械。混合机用驱动轴水平地支撑着容器，容器内放入两种以上的粉粒物料，驱动轴带动容器自身回转而完成物料的混合。机构简单，混合效果良好，应用广泛。生物工程设备——第二篇第1章生物质原料预处理设备1、基本结构由旋转容器及驱动转轴、机架、减速传动机构和电动机组成。旋转容器是此类混合机的重要构件，它的