生物质原料处理过程与设备.ppt

1、生物加工过程与设备,主讲：王秀娟,第一章 生物质原料处理过程与设备,第一节 生物质原料筛选与分级,生物加工原料在很多情况下往往会混入沙土、石子甚至金属等杂物。进行生产前，必须先将原料中混杂的杂物除去。所以在生产前，原料的除杂、筛选与分级处理是十分必要的。,一、筛选与分级设备,二、筛选设备,一、筛选与分级设备,（一）磁力除铁器,目的是将夹杂在原料中的小铁块、螺丝等金属杂物除去，磁选设备分永磁溜管和永磁滚筒。,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。,（二）精选机,颗粒状的生物质原料（如大麦、小麦）等必须进行精选和分级，其主要原理是按颗粒长度进行分级，以除去不必要的杂粒，有

2、滚筒精选机和碟片精选机两种 。,碟片精选机的特点是工作面积大，转速高，产量比滚筒精选机大；而且为除去不同品种杂质所需要的不同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，还可分别检查每次碟片的除杂效果，因此碟片精选机是比较优越的精选机，缺点是碟片上的袋孔容易磨损，功率消耗较大。,滚筒精选机,二、筛选设备,为保证生产质量，生产过程又往往将粒度不同的物料加以分级，这也要用筛子来完成，发酵工厂中常用的是振动筛和转筒筛。,筛体内有三层筛面。第一层是接料筛面，筛孔最大，筛上物为大型杂 质，筛下物为粮粒及大型杂物，筛面反向倾斜，以使筛下物集中落到第 二层的过程中，筛条的棱

3、对料产生切割作用，厚度约有筛孔的1/4，一层 料及其中的细粒被棱切割而被筛下。 振动筛是一种平面筛，常用筛子有两种：一种是由金属丝（或其 他丝线）编织而成的；另一种是冲孔的金属板。筛孔的形状有圆形、正 方形、长方形等。大麦粗选机用的是长方形的冲孔筛板。筛板开孔率一 般为5060%，开孔率越大，筛选效率越高，但开孔率过大会影响筛子的 强度。目前使用的筛选机，筛宽在5001600mm之间，振幅通常取46mm， 频率可在200650次/分范围内选取,生物加工厂如啤酒厂，常用的另一种筛是圆筒分级筛，用于大麦精选后的分级。可以将大麦分成三极，即大麦腹径（颗粒厚度）为2.5mm以上，2.2mm2.5 mm

4、和2.2mm以下3种。前两种为制麦芽用，后者作饲料。 圆筒分级的优点是：设备简单，电动机传动方便。缺点是：筛面利用率小，仅为整个筛面的五分之一。,第二节 生物质原料的粉碎,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如蒸煮、浸出、水解（酸解和酶解）和发酵等的效果和效率。,机械粉碎的工作原理主要有以下几种方式： （1）挤压粉碎 固体原料放在两挤压面之间，当挤压面施加的挤压力达到一定值后，物料即被粉碎。大块物料往往先以这种方式破碎。 （2）冲击粉碎 物料受瞬时冲击力而被粉碎。这种方式特别适用于脆性物料的破碎。 （3

5、）磨碎 物料在两相对运动的硬质材料平面或各种形状的研磨体之间，受到摩擦作用而被研磨成细粒。这种方式多用于小块物料的细磨。 （4）劈碎 物体放在一带有齿的面和一平面间受挤压即劈裂而粉碎。 （5）剪碎 物料在两个破碎工作面间，如同承受载荷的两支点（或多支点）梁，除了在外力作用点受劈力外，还发生弯曲折断。多用于较大块的长或薄的硬、脆性物料粉碎。,固体物料的粉碎，可按粉碎物料和成品的粒度大小，可作 如下分类： （1）粗碎 原料粒度范围为40-1500mm，成品粒度约为5-50mm； （2）中、细碎 原料粒度范围为5-50mm，成品粒度约为0.1-5mm; （3）微粉碎 原料粒度范围为5-10mm，成品

6、粒度100m； （4）超微粉碎 原料粒度范围为0.5-5mm ，成品粒度10-25m。,（一）锤式粉碎机,（二）辊式粉碎机,（三）湿式粉碎机,（四）球磨机,（五）切片机,（六）超细粉碎机,（七）纳米粉碎机,下面介绍几种粉碎设备,（一）锤式粉碎机,锤式粉碎机最大特点是具有很高的破碎比（达1050）这是其他粉碎机不能比拟的。此外单位产量能耗低、构造简单、结构紧凑、生产能力高等都是锤式粉碎机的优点。（利用快速的锤刀对物料进行冲击粉碎。多用于脆性物料。）,锤式粉碎机的主要构件是：锤刀和筛面。,提高粉碎机效率的方法，一般有下列常用的几种：,（1）采用密闭循环法 （2）增加吸风装置 （3）采用鳞状筛代替平

7、筛,（1）出现锤碎机堵塞现象 其产生的原因可能有下面三个： 即进料量太多；筛孔堵塞；有异物落入机内。 通常可采用下列三个措施来处理： 首先是打开锤碎机，进行疏通； 还可以取出筛子，疏通筛眼； 或者可以停止磨粉，取出异物。,锤碎机通常发生的不正常情况及其处理措施如下：,（2）锤碎机运转时有杂声 这是由于硬质杂物落入锤碎机内。 一般采取的措施是： 停止锤碎机运转，取出杂物，并检查筛子是否损坏。 （3）粉粒直径过大，超过规定范围 这是应为筛子磨损或破裂而引起的，处理的办法是调换新筛子。 （4）锤碎机落料过大的原因是筛子未装，或者是筛子脱头裂口大 采取的措施是停车检查，装筛或是换筛。,（二）辊式粉碎机

8、,辊式粉碎机广泛用于破碎粘性和湿物料块。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。工作时，装在两辊之间的物料由于辊筒对物料的摩擦作用而被拖入两辊的间隙中被粉碎。两辊式粉碎机制造简便，结构紧凑，运行平稳。通常适于中碎和细碎。 按照粉碎工作原理可分为：（1）由挤压作用进行粉碎作业的；（2）由挤压、剪切与研磨作用联合作用进行粉碎作业的。,（三）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。 PM-DCP型砂磨机主要由转子、定子、分离装置、传动装置及液压系统、控制系统组成 。 工作原理：悬浮状物料和研磨介质在研磨室内混合，由于转子的高

9、速旋转，转子销棒、定子销棒向研磨介质传递大量的能量。砂磨机的特殊结构，使磨室里具有很高的能量密度，对物料产生强烈的、相对平均的撞击力，使物料在短时间内得到粉碎。,（四）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。 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

10、由磨机内排出。,（五）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，这时要求用到切片机。,（六）超细粉碎机,在超细粉碎过程中由于机械力化学效应作用，物料的物理形态、化学结构发生变化，进而引起理化性质的改变。和传统的粉碎技术相比，超细粉碎技术的主要特点是产品的粒度微小，比表面积剧增，物料分散性、吸附性、溶解性、化学活性、生物活性等有着很大的改善，从而使得物料的应用范围和使用效果有了极大的提高。,生物材料的超细粉碎除了使产品的粒度微细化外，还需保持产品的有效成分及营养物质不受氧化和损坏，不引入污染

11、杂质，尽可能保持和改善产品的生化特性和风味等；另外，生物材料一般多含水分、纤维素、糖分、蛋白质及其它生物活性物质，使得加工过程中粘度大、韧性强、抗热性差，因而使物料的粉碎和分级较为困难。 常用的超细粉碎设备有机械冲击式机粉碎机、振动磨、胶体磨、搅拌磨等。,（七）纳米粉碎机,纳米粒子一般是指颗粒尺寸在1nm到100nm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，该粒子具有的比表面积、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。 1气流超细粉碎机 气流粉碎机的基本原理是利用空气、蒸汽或其他气体通过一定压力的喷嘴喷射产生高度的湍流和

12、能量转换流，物料颗粒在这高能气流作用下悬浮输送，相互发生强烈的冲击、碰撞和磨擦，加上高速喷射气流对颗粒的剪切冲击作用，使得物料颗粒间得到充分的研磨而粉碎成细小粒子。,2爆炸冲击粉碎法 爆炸冲击粉碎法或冲击解离粉末团聚体法是用爆轰冲击波引起粉体的高速运动和相互碰撞，使晶粒或颗粒发生粉碎而细化的方法。,3多层次分级纳米球磨技术,第三节 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。固体间的混合与气体间的混合有很大的差别。气体通过分子扩散，互相掺合，最终自动达到均匀混合。而固体间混合需要外加机械作用才能进行。因固体粒子形状、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。,（一）固体混合的机理,（二）混合设备,（一）固体混合的机理,固体粒子在混合器内混合时，形成三种不同的混合：,对流混合 固体粒子在设备内发生较大的位置移动，形成固体粒子的循环流。,2剪切混合 粒子间的相互滑动和撞击所产生的剪切作用，搅