第五章 食品切分和粉碎机械与设备

1第五章食品切分与粉碎机械与设备2第一节概述第二节干法粉碎机械与设备第三节湿法粉碎机械及设备第四节果蔬破碎机械与设备3切分切分——是利用切割器具（如切刀等）与物料的相对运动时产生的剪切力达到切断、切碎效果的单元操作。食品切分目的主要有：（1）获得一定形状的产品单体，如切丝、切丁、切片。（2）获得质地组成均一化的产品，如通过斩拌和擂溃等操作，得到组成均一、质地细腻的产品。4粉碎

粉碎——是用机械力将固体物料破碎为大小符合要求的小块、颗粒或粉末的单元操作。（破碎、研磨）在食品工业中占有非常重要的地位，主要表现在：（1）适应某些食品消费和生产的需要，例如小麦以面粉形式食用，巧克力配料粉需碾碎至足够细小颗粒才能保证最终产品的品质。（2）增加表面积以利于后道工序处理的顺利进行，例如果蔬干燥前需将大块物料粉碎成小块物料。（3）工程化和功能性食品的生产需要各种配料粉碎后才能混合均匀，粉碎对终产品品质影响很大。

5二、粉碎的分类按粉碎物料和成品颗粒大小：1、粗粉碎：原料：40~1500mm，成品5~50mm。2、中粉碎：原料：10~100mm，成品5~10mm。3、微粉碎：原料：5~10mm，成品0.1mm左右。4、超微粉碎：原料粒度0.5~5mm，成品10~25μm下。粉碎操作：1、干法：物料含水量必须低于一定的限度。2、湿法：含水量或含溶剂量高于某一水平，有时甚至高于物料量的一倍。进行粉碎作业时物料的含水量不高过4%将物料悬浮于载体液流（常用水）中进行粉碎，物料含水量超过50%6粉碎比（粉碎度）：粉碎前后的粒度比，它主要指粉碎前后的粒度变化。一步粉碎设备的粉碎比为3-30，但超微粉碎设备可以远远超过这个范围，达到300-1000以上。对于一定性质的物料来说，粉碎比是确定粉碎作业程度、选择设备类型的主要根据之一。7三、粉碎方式1.根据施力种类：挤压力、冲击力、剪切力2.粉碎方法:8（1）挤压物料在两个工作构件之间受到缓慢增长的压力作用而被粉碎。应用：脆性物料；若物料具韧、塑性，经挤压可得到片状产品，麦片等。（2）撞击物料在瞬间受到的外来的冲击力而被粉碎。应用：多数物料都可用。（3）折断物料在两个工作构件间承受弯曲应力而被折断。应用：硬、脆度大的块状或条状物料，如豆饼。（4）研磨物料在两个相对滑动的粗糙工作表面之间受到摩擦、剪切等作用而被磨削成细粒。应用：小块物料或韧性物料。（5）剪切物料受到相对运动的两个构件端面的作用而被切断。应用：韧性物料，一般果蔬、肉类的分切。9

四、选择粉碎机械的要求1．经粉碎后的物料，颗粒大小要均匀；2．已被粉碎的物料，要能立即从轧压部位排出；3．尽可能实现操作自动化，例如能不断地自动卸料等；4．可以调节和控制粉碎度；5．维修方便，易损件更换简单；6．设有安全装置，发生故障时能自动停车；7．节能，即每单位产量所消耗的能源要尽最小。10

11一、粗碎机械

粗碎机一般作为预碎设备，为下一阶段的粉碎做准备工作。食品工业中因所采用原料不同，加工目的各异，因此，粉碎机的类型繁多。

这种粉碎机主要有两种类型，即锤片式粉碎机和齿爪式粉碎机。它们是以锤片或齿爪在高速回转运动时产生的冲击力来粉碎物料的。（一）冲击式粉碎机12冲击式粉碎机一、锤式粉碎机(视频锤式粉碎机)

原理：物料从料斗进入粉碎室后，便受到高速回转锤片的打击，然后撞向固定于机体上的筛板或筛网而发生碰撞。落入筛面与锤片之间的物料则受到强烈的冲击、挤压和摩擦作用，逐渐被粉碎。既适用脆性物料，也适用于韧性物料，故也叫万能粉碎机。

特点：结构简单，操作方便，生产效率高等。

缺点：作用机理复杂，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、糖等。13锤片式粉碎机的结构型式

该系统主要由进料装置，转子，销连在转子上的锤片，筛板，排料装置等组成。

14（1）锤片式的种类和形状锤片是主要的易损件，一般寿命为200~500h，为了延长使用寿命，通常需进行热处理。锤片的形状很多，其基本类型如图所示。主要结构15(2）筛板

筛板是锤式粉碎机的排料装置。筛孔的形状和尺寸是决定粉料粒度的主要因素，对机器的排料能力也有很大的影响。筛孔的形状一般是圆孔或长孔。直径分四个等级：小孔1-2mm，中孔3-4mm，粗孔5-6mm，大孔8mm以上。

注意：孔径大小并不代表颗粒粒度级别，一般在高速转动下出去的颗粒直径比孔径小的多。16不同大小孔径的筛板17筒式筛板183、锤式粉碎机的型式按进料口位置及进料方向分：切向喂料式，轴向喂料式和径向喂料式三种。19切向喂料式锤式粉碎机20径向喂料式锤式粉碎机21轴向喂料式锤式粉碎机22工作原理轴向进入的物料在两个运动的圆盘间，受到盘间旋转指爪的冲击力、分割或拉碎的作用而得到粉碎。其工作原理与锤击式粉碎机有相似之处。2、爪式粉碎机23爪式粉碎机的特点优点：粉碎作用强度高，产品粒度小且均匀，适用于谷物的粉碎。缺点：作业噪声较大，物料温升较高，产品中含铁量较大。因磨齿与磨盘间为刚性连接，过载能力差，使用时必须对进料进行除铁处理，避免金属异物进入粉碎室，造成设备的损坏。24基本结构如图所示。工作元件由两个互相靠近的圆盘组成，每个圆盘上有很多依同心圆排列的指爪。而且一个圆盘上的每层指爪伸入到另一圆盘的两层指爪之间。25爪式粉碎机定子转子26（二）压碎机械1、鄂式压碎机图5—17鄂式压碎机1．机座2．固定牙板3．活动牙板4．飞轮5．偏心轴6．摇臂7．推动板8．调整块9．拉杆10．弹簧11．入口12．排出口颚式压碎机主要利用挤压作用力来进行粉碎。使用颚式压碎机时需注意的是，不能加入细粒度的物料，否则会阻塞两压板轧压空间，在粉碎操作前，必须先用振动筛或平面筛除去物料中的细微颗粒。272．悬轴式锥形轧碎机

图5—18锥形轧碎机内的粉碎示意图图5—19悬铀式锥形轧碎机

悬轴式锥形轧碎机，以直立的倒锥形轧头，在另一个静止的倒圆锥形轧压面中作偏心转动，所产生的挤压力将小块物料粉碎，同时又产生挤压弯曲力，将大块物料破裂粉碎。使用这种机械需注意的是，原料所含水分不能过多，否则粉碎能力会受影响而下降。28二、中（细）粉碎机械（一）圆锥粉碎机被粉碎物料从入口10加入，在粉碎板1和粉碎头2之间被粉碎。一般情况下，粉碎度都比较大。29（二）锤碎机：锤碎机的工作原理主要是凭借离心锤击与劈裂的作用而将物料粉碎（三）双滚筒轧碎机：该机由两个直径相等的圆滚筒所构成，左侧滚筒由电机驱动，两个滚筒运动方向相反，物料在两滚筒空隙处受到挤压而被粉碎。30三、微粉碎机械（球磨机、棒磨机）（一）球磨机：主要利用钢球下落的撞击和钢球与球磨机内壁的研磨作用，将物料粉碎。图5—25锥形球磨机1．原料入口2．大球3．小球4．大齿轮5．小齿轮6．驱动轴7．排出口31（二）棒磨机图5—25棒磨机1．棒投人口2、5．原料投入口3．齿轮4．圆形转筒6．工作口7．排出口8．主轴轴承图5—26棒磨研磨作用的观察

棒磨机不适宜粉碎韧性强的物料。此外，在使用时还必须注意，不能投入过硬的原料，否则会使棍棒发生弯曲变形。32棒磨机的特点在于长棒与物料的接触是在同一条线上，如果在中间的是大块物料，则小块碎料不会受到挤压，因此产品比较均匀。棒磨机特别适用于黏胶质的固体物料，如果采用球磨机？33（三）轮碾机三、轮碾机又称盘磨，结构简单，操作方便，主要用于食盐、调料及油性物料粉碎。结构：盘磨、碾轮等组成。工作过程：在驱动装置的作用下，带动两个碾轮旋转，物料在磨盘和碾轮之间受挤压而被磨碎。34

超微粉碎机械，能加工20-200目的原料，所得制品粒径达300目，约几微米。这一类机械主要由胶体磨、锤磨机、摩擦圆盘机、碾磨机、超音速喷气粉碎机等。目数：物料的粒度或粗细度，一般定义为在1英寸×1英寸的面积内的网孔数（1英寸=2.54厘米）。四、超微粉碎机械35（一）胶体磨图5—29干式胶体磨1．原料入口2．上部固定盒3．下部旋转盒4．排出口胶体磨可以根据加工原料的干湿度而分为干式和湿式两种类型。干式胶体磨：上圆盘固定，下圆盘高速旋转，两圆盘之间的空隙十分狭窄（1/40mm）,原料在此间隙处受到摩擦和碾压而被粉碎，并在离心力的作用下从圆盘四周抛出。36（二）螺旋输送锤磨机图5—30螺旋输送锤磨机1．粉碎室2．螺旋输送器3．T形锤4．进料口5．出料口6．滤筛从上部加入原料由螺旋输送至粉碎室。粉碎室内壁凹凸不平，并成齿状。室内有一个带有齿形锤头的轴高速旋转，物料在此间充分粉碎。37（三）摩擦型碾磨机图5—31摩擦型碾磨机1．原料入口2．碎料通道3．摩擦圆板4．摩擦圆板支持轮5．碎料出口

摩擦型碾磨机机内用两个圆盘夹住原料，然后依靠圆盘旋转所产生的摩擦力将原料碾磨粉碎。38（四）气流粉碎机

气流粉碎机又称流能磨，是一种超微粉碎机。其工作原理是利用物料的自磨作用，用压缩空气产生的高速气流或热蒸汽对物料进行冲击，使物料相互间产生强烈的碰撞和摩擦作用，以达到粉碎的目的。所以，这类粉碎机也叫做自我粉碎机。工作原理391．立式环形喷射气流粉碎机结构组成如右图所示。主要由立式环形粉碎室、分级器和文丘里加料器等组成。工作过程40工作过程从喷嘴喷出的高速压缩空气气流，将喂入的物料加速并形成紊流状，致使物料在粉碎室中相互高速冲撞、摩擦而达到粉碎。粉碎后的粉粒体随气流经环形轨道上升，由于环形轨道的离心力作用，使粗粉粒靠向轨道外侧运动，细粉粒则被挤往内侧。当物料回转至分级器入口处时，细粉粒被吸入分级器中分离而排出机外，粗粉粒则被送回粉碎室中，再度与新输入物料一起进行粉碎。412．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42工作过程两喷嘴同时向冲击室喷射高压气流。物料在此得到加速。加速后的物料一进入冲击室，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。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与对面新输入的物粒相互碰撞、摩擦而再次粉碎，如此循环达到粉碎目的。433．超音速气流喷射式粉碎机结构原理如右图。粉碎室周壁上安装有喷嘴。工作过程44工作过程物料经料斗入机后，先与压缩空气混合形成气固混合流，之后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对冲冲击、碰撞、摩擦等作用而被粉碎。其粒度可达1μm的超微细粒度内设有粒度分级机构，微粒排出后，粗粒返回粉碎室内继续粉碎。45气流粉碎机46气流粉碎机47气流粉碎机的特点（1）能获得5μm以下粒度的粉体；（视频气流粉碎机）（2）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；（3）由于喷嘴处气体膨胀而造成较低温度，加之大量气流导入产生的快速散热作用，因而用于低熔点和热敏性材料的粉碎；48气流粉碎机的特点（4）由于主要采用物料自磨原理，故产品不易受金属或其它粉碎介质的污染；（5）可以实现不同形式的联合作业，例如，用热压缩空气实现粉碎和干燥联合作业，在粉碎的同时可与别的外加粉体或溶液进行混合等；（6）可在无菌情况下操作；（7）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。49上节所述机械中胶体磨亦适用于湿法粉碎，本节介绍如下湿法粉碎设备：50搅拌磨从球磨机发展而来(球磨机原理视频)搅拌磨是在球磨基础上发展起来的设备。在球磨机基础上，增添搅拌机构，使磨介与物料产生翻动，这便是搅拌磨主要特征。搅拌磨适用于干法粉碎和湿法粉碎，尤其适用于湿法碾磨浆料。由球磨机发展而来，也称搅拌球磨机。为什么要研制搅拌磨？球磨机内，一定范围内磨介尺寸越小则成品颗粒也越细，但当磨介小到一定程度后，它与液体料浆的黏着力增大，会使磨介和浆料翻动停止。添加搅拌机构可以产生翻动力，解决以上问题。51滚筒式球磨机振动式球磨机搅拌式球磨机球磨机5253分散器分散器常见形状有圆盘形、异形、环形和螺旋沟槽形，用不锈钢、树脂橡胶、硬质合金制成。磨介磨介通常呈球形，有玻璃珠、钢珠、氧化铝珠和氧化锆珠磨介大小与填充率和成品粒度成正比，一般要求10倍于原料直径且均匀一致高黏度和浓度的浆料应选用密度大的磨介，一般磨介密度越大碾磨时间越短，生产效率越高，但对碾磨容器的磨损越大。54搅拌轴设计成空心的粗轴.分离器分离磨介和浆料。分为筛网型和无网型两类。工作原理工作时，在分散器高速旋转产生的离心力的作用下，碾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、冲击和挤压等作用使浆料颗粒得以粉碎。55行星磨结构:碾磨罐、容器、磨介、传动齿轮等组成工作原理：

行星磨由2-4个研磨罐除自转外还围绕主轴做公转，故称行星磨。主轴旋转时，碾磨罐内离心力大部分产生在水平方向，由于罐的自转其内椭圆面不断改变，离心力使罐内磨介和物料上下翻动，在强烈的剪切力、摩擦力和冲击力的作用下使物料粉碎。56行星磨行星磨研磨罐的磨介填充率为30%左右，它的粉碎效率较球磨机高不但粒度小（可达1μm以下），而且微粒大小均匀。具有结构简单、运转平稳、操作方便等优点。不仅常用在湿法处理上，也适用于干法处理。57双锥磨结构部件：转子(内锥体)、定子(外锥体)、磨介、磨筒、进出料口和传动系统。工作原理：工作时转子高速旋转，研磨介质填充在转子和定子之间。通过研磨介质在磨仓内的狭窄间隙之间对物料产生强烈的碰撞、剪切、挤压等综合作用力来达到对物料的粉碎。58双锥磨特点：具有很高的能量密度和较小的研磨容器体积，因此能获得很细且均匀的成品微粒和很高的生产能力；结构紧凑且在密闭状态下作业；适合研磨热敏性物料和在低沸点下溶解的物料。59低温粉碎系统低温粉碎的原理低温粉碎是指用冷媒（液氮或液态天然气等）对物料实施冷冻，使物料低温脆化后进行深冷粉碎。其主要依据是物料具有低温脆化的特性，基本原理是预先将待粉碎的物料用液氮冷却冻结到脆化点以下，使物料粉碎。主要适用与热敏性物料和常温下韧性较大的物料。（按冷却方式）60按操作过程的处理方式分：(1)物料经冷媒处理，使其温度降低到脆化温度以下，随即送入常温状态粉碎机中粉碎。虽然粉碎过程中也存在升温问题，但因物料温度很低，粉碎后温度也不致达到降低食品品质的程度。(2)

将常温物料投入到内部保持低温的粉碎机中粉碎。此时，虽物料温度尚远高于脆化温度，但因物料处在低温环境中，因而在粉碎过程中产生的热量被环境迅速吸收，不致因热量积累而导致热敏性反应。(3)物料经冷媒深冷后，送入机内保持适当低温的粉碎机中进行粉碎。此方式为以上两种方式的适当综合。61低温粉碎系统低温粉碎系统由低温粉碎工艺而定。右图所示是按上述(3)所述工艺组成的低温粉碎系统。主要由液氮箱、原料冷却箱、低温粉碎机、分离器等组成62切分机械与设备：利用切刀锋利的刀刃对物料作相对运动而将食品原料进行切片、切块或切成碎段的机械。切分机械的特点：1，成品粒度（细碎度或碎段）均匀一致，表面光滑；2，消耗功率小；3，只需更换不同形状刀片便可获得不同形状和粒度的产品；4，多属中低转速，噪音较小。63刀片切刀的材料一般是采用经过热处理的工具钢或锰钢。切刀的刀刃有直线型与曲线形几种形状；运动方式有回转式和往复式两种；刀片在设计或者选用时应该满足下列三方面的要求：1，钳住物料。保证切割；2，切割功耗要小；3，切割阻力均匀。64茎秆类物料的种类很多，切割这类物料的切碎机主要有两种类型：盘刀式切碎机和滚刀式切碎机。A盘刀式切碎机结构：切刀、喂料卸料装置、传动装置及机架。特点是动刀片刃口线的运动轨迹是一个垂直于回转轴的圆形平面。物料由输送带传送，在上下喂料辊的夹持下，送入喂料口，即被动刀切断。一、茎杆类物料切碎机65切刀刀片结构与安装动刀厚2～3mm，刃口厚10～100μm;定刀厚3～6mm。安装时动刀工作面与定刀前侧壁夹角为1.5°～3°。以防止物料以刀的送料速度进行切割时，不致顶住动刀的工作表面，造出堵塞，增加功耗。66B滚刀式切碎机其特点是动刀刃口线的运动轨迹呈圆柱形，与盘刀式切碎机不同的是其切碎器是滚筒式。67为了避免从喂料口送来的茎秆端部和刀片背部发生剧烈摩擦而增加功耗，动刀刃工作表面与刃口垂直线之间有3°-5°倾斜角。动、定刀片刃口的间隙为0.5-1.0mm。滚筒式切碎机上的刀片可以是长方形，也