第2章粉碎與篩分

1、第2章 粉碎與篩分第一節(jié) 粉碎第二節(jié) 篩分第一節(jié) 粉碎什么是粉碎粉碎的類型粉碎在食品工業(yè)中的地位一、 粉碎理論(粒度、粉碎力、能耗、方法)二、 磨介式粉碎三、 沖擊式粉碎四、 轉(zhuǎn)輥式粉碎五、 切割碎解六、 食品粉碎機的選用什么是粉碎粉碎是用機械力的方法來克服固體內(nèi)部凝聚力達到破碎的單元操作有時將大塊物料分裂成小塊物料的操作稱為破碎有時將小塊物料分裂成細粉的操作稱為研碎粉碎的類型類型原料粒度成品粒度粗粉碎40-15005-50mm中粉碎10-1005-10mm微粉碎（細粉碎）5-10100m以下超微粉碎（超細粉碎）05-5mm10-25 m以下粉碎在食品工業(yè)中的地位1) 食品消費和生產(chǎn)需要，如面

2、粉（產(chǎn)品）、巧克力生產(chǎn)中的配料2) 增加固體表面積，如蔬菜干燥前先粉碎成小物料有利于3) 工程化食品和功能性食品生產(chǎn)需要：有利于混合均勻，對產(chǎn)品質(zhì)量有影響三、沖擊式粉碎兩大類：機械沖擊式粉碎機，依靠高速旋轉(zhuǎn)的棒或錘等部件沖擊或打擊顆粒，使其粉碎。氣流磨，利用高速氣流或過熱蒸汽使顆粒加速產(chǎn)生相互沖擊力、碰撞力或與器壁發(fā)生沖擊碰撞作用而被粉碎。氣流磨原理：某種氣體通過一定壓力的噴嘴噴射，成為高度的湍流和能量轉(zhuǎn)換流，物料顆粒在這高能氣流作用下懸浮輸送著，相互之間發(fā)生劇烈的沖擊、碰撞和摩擦等作用，加上高速噴射氣流對顆粒的剪切沖擊作用，使得物料顆粒間得到充足的研磨而粉碎成超微粒子，同時進行均勻混合。由于

3、欲粉碎的食品物料熔點大多較低或者不耐熱，故通常使用空氣為介質(zhì)。被壓縮的空氣在粉碎室內(nèi)膨脹，產(chǎn)生的冷效應(yīng)與粉碎時產(chǎn)生的熱效應(yīng)相互抵消。粉碎動力指數(shù) 球磨機 1.11.17 錘式，1.41.5, 氣流式：2.02.3 機械沖擊式粉碎機類型：有錘擊式粉碎機 和盤擊式粉碎機兩類優(yōu)點：單位功率粉碎能力大、粉碎粒度易于調(diào)節(jié)、應(yīng)用范圍廣、占地面積小、易實現(xiàn)連續(xù)化的閉路粉碎等。缺點：會產(chǎn)生磨損問題，因而不適宜用來處理硬度太大的物料。四、轉(zhuǎn)輥式粉碎原理：轉(zhuǎn)輥式粉碎技術(shù)是利用轉(zhuǎn)動的輥子產(chǎn)生摩擦、擠壓或剪切等作用力，達到粉碎物料的目的。分類：（根據(jù)物料與轉(zhuǎn)輥的相對位置分），有盤磨機輥磨機輥式精磨機滾筒軋碎機等專用設(shè)

4、備滾筒軋碎機原理：利用一只或一只以上滾筒的旋轉(zhuǎn)進行軋碎操作應(yīng)用場合：中碎或細碎輥式精磨機五輥輥磨機（又稱五輥精磨機），專用在巧克力漿料精蘑上的，是一種超微粉碎設(shè)備：經(jīng)精磨后的漿料平均粒度不超過 25 m ，其中大部分顆粒的粒度在 15 20 m 之間。三輥精磨機，由三個輥筒組成，其結(jié)構(gòu)以及工作原理與五輥精磨機相似。三輥精磨機的輥筒可用合金鋼或花崗石制成，表面同樣要求光滑、堅硬。它的三個輥筒有的成一水平狀，有的傾斜為斜線，后者占地較小。輥筒也具有不同轉(zhuǎn)速，并可隨時調(diào)節(jié)輥筒的工作溫度。輥磨機輥式磨粉機是食品工業(yè)廣泛使用的粉碎機械，特別在面粉工業(yè)中早已是不可缺少的關(guān)鍵設(shè)備，其他如啤酒麥芽的粉碎、油料

5、的軋胚、巧克力的精磨、糖粉的加工、麥片和米片的加工等也都能采用類似的機械。盤磨機兩種形式：碾輪轉(zhuǎn)動而磨盤不動，磨盤轉(zhuǎn)動而碾輪對立軸不動五、切割碎解肉類、鮮果和蔬菜及具有纖維的結(jié)構(gòu)且含相當數(shù)量的液體、系非結(jié)晶體，常利用刀刃切割所產(chǎn)生的局部沖擊力和剪切力。切割刀釘狀或齒狀突起物，撕裂的作用?？色@均勻顆粒的得特殊碎解設(shè)備（切片，條、丁機等）。刀片可按需要布置，如菠蘿的切片刀裝在管內(nèi)。六、食品粉碎機的選用一、 粉碎理論（一） 粉碎物料的粒度與粒度分布粒度粒度分布平均粒度粉碎比（二） 粉碎力粉碎力的種類物料的力學(xué)性質(zhì)物料在粉碎過程中的變化（三） 粉碎的能耗假說表面積假說體積假說裂縫假說粉碎能耗的統(tǒng)一公式

6、（四） 粉碎方法開路粉碎自由粉碎滯塞進料粉碎閉路粉碎粉碎比指示粉碎前后的粒度變化. 近似反映粉碎設(shè)備作業(yè)情況, 是確定粉碎作業(yè)程度選擇設(shè)備類型的尺寸的主要依據(jù)之一一般設(shè)備 330 超微設(shè)備 可到 3001000 以上大的物料粉碎成小的, 總粉碎比很大, 可以分成幾次(或在幾臺設(shè)備上)完成即把總粉碎比分開來完成.粒度與球形度和形狀系數(shù)，它是粉碎程度的代表性尺寸。球形顆粒的粒度-即是它的直徑 非球形顆粒的粒度-各種名義粒度表面積粒度ds，設(shè)顆粒面積為Sp，則 體積粒度dv 設(shè)顆粒體積為Vp, 則 球形度和形狀系數(shù)的概念形狀系數(shù)P形狀系數(shù)是由顆粒的代表性尺寸及比表面積決定的 一個表示顆粒偏離規(guī)則形狀

7、體(球形,立方體)程度的系數(shù)任意一粒子的VP和SP,都可以用一個代表性尺寸L,及a和b兩個系數(shù)表示則,形狀系數(shù)可見形狀系數(shù)不僅與比表面積有關(guān),也與代表性尺寸L選擇有關(guān)形狀取表性尺寸Lab形狀系數(shù)P立方體邊長111球體直徑111任意體dV=1/>1球形度定義為同體積球體表面積與顆粒實際表面積的比值。表示顆粒形狀偏離球形的程度，用符號表示上式說明， 值越小，則比表面積（）越大。一些物料的球形度值范圍和物料形狀值或范圍球形1立方體0806許多粉碎物料060.7球形顆粒的粒度分布與分布函數(shù)均勻顆粒料的粒度有一個分布, 粒度分布可以用重量、粒數(shù)、表面積或體積表示 表示方法有： 積累分布頻率分布積累

8、分布與頻率分布的關(guān)系粒度分布的測定:粒度分布可以通過篩分等手段將不同粒度組分分開,然后測各粒度組重量(或體積表面積等)的方式得到.粒度分布函數(shù): 對測定到的粒度分布,用數(shù)理統(tǒng)計的方法表達成以粒度為函數(shù)的式子就是粒度分布函數(shù) 常見的粒度分布函數(shù)對數(shù)正態(tài)分布函數(shù)平方根正態(tài)分布函數(shù)羅森-拉姆勒分布函數(shù)對數(shù)正態(tài)分布函數(shù)曲線圖示意這個式子中, (幾何標準差)和(幾何平均粒)是兩個參數(shù),d 是自變量因此,只要知道,以上兩個參數(shù),就可根據(jù)上式,求出任意一個粒度d對應(yīng)的的顆粒點總量的分數(shù)(或百分數(shù)).如果, 以上兩個參數(shù)不知, 則要跟據(jù)測定的數(shù)據(jù), 通過上式求出來.這個函數(shù)近年來逐漸被采用.平方根正態(tài)分布函數(shù)

9、形式上與(4-8)相似, 只是以取代了羅森-拉姆勒(Rosin-Rammle)分布函數(shù)是使用最廣泛的經(jīng)驗分布函數(shù)(這是一個從大到小的積累分布函數(shù)) 分布曲線示意圖式中, Rd-粒度大于d的物料體積(質(zhì)量)百分數(shù)dR,m-顆粒的羅拉平均粒度.定義是: 大于此粒度的物料體積或質(zhì)量占總體積或總質(zhì)量的百分數(shù)為36.8%n-常數(shù)積累分布與頻率分布的關(guān)系積累分布(曲線函數(shù))可用頻率分布(曲線函數(shù))積分得到頻率分布(曲線函數(shù))可由積累分布(曲線函數(shù))微分得到頻率分布對應(yīng)粒度所占比例粒度d只表示顆粒的粒度為d表示粒度為d的顆粒所占全部顆粒的的百分數(shù)(可通過粒數(shù)、表面積、體積或重量相比求出)。但要注意，用不同的

10、量來比，得到的百分比是不一樣的，所以表示百分數(shù)時，要說明是什么百分比。（如重量百分比，體積百分比等頻率分布曲線f(d)積累分布表示積累多少的物理量積累粒度d表示粒度小于d的所有顆粒表示粒度小于d的所有顆粒所對應(yīng)的物理量（如重量、體積、表面積）或它占全部顆粒物理量的百分數(shù)分積累分布曲線A（d）平均粒度有各種表示方法, 多數(shù)以粒數(shù)頻率分布進行加權(quán)平均. 因所用的基準和方法不同,而有不同的平均粒度粉碎力的種類擠壓力 沖擊力 一般是三種力的混合 剪切力特定的設(shè)備，以一種力為主物料的力學(xué)性質(zhì)硬度：物料的彈性模數(shù)有大小, 劃分硬和軟強度：根據(jù)物料的彈性極限應(yīng)力分，強和弱脆度：根據(jù)物料塑性變形區(qū)的長短分，脆

11、性和可塑性韌性硬度大物料，需要較多的能量，作用時間也長，粉碎機的材料也要堅硬（如錳鋼）粉碎機具速度較低，大的晶體可以用擠壓力方式粉碎，但小晶體不適用。 纖維韌性材料，宜用撕裂或切割方式碎解。水分含量：2-3% 會粘磨具，產(chǎn)生空滑作用，低于2%時，會產(chǎn)生粉塵，應(yīng)適當加水（如先用水浸，再在粉碎時加水稱為濕磨法，用于淀粉，豆制品的溶出作業(yè)）熱敏性：不耐熱的食品，粉碎時要注意冷卻處理，或用濕法研磨。物料在粉碎過程中的變化表面積假說體積假說裂縫假說粉碎能耗的統(tǒng)一公式開路粉碎物料粉碎機作用區(qū)粗細粒在此停留時間長短不一粒度分布很寬產(chǎn)品特點:能量利用低,產(chǎn)品粒度分布廣自由粉碎粒度分布很寬產(chǎn)品粉碎機作用區(qū)重力作

12、用,物料在此停留時間短物料物料粉碎機作用區(qū)物料在此停留長短由篩網(wǎng)和進料控制粒度均勻產(chǎn)品加一篩網(wǎng)滯塞進料粉碎特點:停留時間可能過長,功率消耗大,一臺設(shè)備獲大粉碎比適用:微或超微粉碎場合特 點停留時間短能耗低物料粉碎機作用區(qū) 合格產(chǎn)品篩分區(qū) 粗大粒再去粉碎閉路粉碎二、 磨介式粉碎是借助于運動的研磨介質(zhì)（磨介）所產(chǎn)生的沖擊、摩擦、剪切、研磨等作用力，達到對物料顆粒粉碎的目的。物料受到的粉碎作用力來源于磨介的運動，粉碎效果受磨介的大小、形狀、配比與運動方式、物料的充填率、被粉碎物料的粒度（干法）或濃度（濕法）等因素影響。磨介式粉碎的典型設(shè)備有球（棒）磨機、振動磨和攪拌磨三類。攪拌磨以球磨機為基礎(chǔ)，但筒

13、體（容器）不轉(zhuǎn)動，增添攪拌機構(gòu)以使磨介上下翻動。大多用在濕法超微粉碎中（也適用于干法處理）。振動磨原理利用球形或棒形研磨介質(zhì)作高頻振動時產(chǎn)生的沖擊、摩擦和剪切等作用力，來實現(xiàn)對物料顆粒的超微粉碎（粒度可達 2 3 m 以下），同時還能起到混合分散的作用。振動磨在干法或濕法狀態(tài)下均可工作。研磨介質(zhì)有鋼球、鋼棒、氧化鋁球和不銹鋼珠等，可根據(jù)物料性質(zhì)和成品粒度要求選擇磨介材料與形狀。為提高粉碎效率，應(yīng)盡量先用大直徑的磨介。如較粗粉碎時可采用棒狀。而超微粉碎時使用球狀。一般說來，磨介尺寸越小，則粉碎成品的粒度也越小。球(棒)磨機1 結(jié)構(gòu) 帶大齒圈的圓柱形筒體,內(nèi)部裝(球或棒狀的)研磨介質(zhì),兩端有端蓋，

14、支承于軸承上的中空軸頸。2. 原理:當筒體轉(zhuǎn)動時，磨介隨筒體上升至一定高度后，呈拋物線拋落或呈瀉落下滑。物料從左方(端蓋的)中空軸頸進人筒體逐漸向右方擴散移動。在自左而右的運動過程中，物料受到鋼球的沖擊、研磨而逐漸粉碎，最終從右方的中空軸頸排出機外。第二節(jié) 篩分一、 概述二、 篩分理論三、 往復(fù)振動式篩分四、 高速振動式篩分五、 平面回轉(zhuǎn)式篩分六、 轉(zhuǎn)筒式篩分七、 篩分分析與篩制篩分分析與篩制篩分分析法是用機械力搖動或振動樣品使之通過一系列一級比一級小的篩孔，并稱量每個篩面上保留的樣品重量。多種因素會影響結(jié)果，運動形式、篩分時間與載荷量都應(yīng)該標準化。篩分操作完成后，樣品的重量總和與取樣量的差&

15、lt;=1 % 2 % ，否則需重新取樣分析。篩分分析用的標準篩，是由網(wǎng)眼大小一定的篩網(wǎng)構(gòu)成。網(wǎng)眼一般為正方形，其大小劃分按各種篩制而不同。各種不同的篩制泰勒標準篩、德國標準篩、美國標準篩、日本標準篩、我國標準篩幾種標準篩目幾種標準篩目幾種標準篩目泰勒標準篩德國標準篩英國標準篩美國標準篩日本標準篩我國標準篩我國標準（ GB6003 - 85 ）以篩孔的大小表示粒度，有關(guān)泰勒篩的目號與我國國家標準對應(yīng)的篩孔尺寸見表 4 一 3 。概述什么是篩分？篩分在食品工業(yè)中的應(yīng)用什么是篩分？篩分是將顆粒料或粉粒料通過一層或數(shù)層帶孔的篩面，使物料按寬度或厚度分成若干粒度級別的單元操作。經(jīng)篩分后所得的每一部分分

16、級物，其顆粒大小都較原來的均勻。篩子的篩面可以是平面的，也可以是圓筒面。篩分在食品工業(yè)中的地位 原料清理的需要，如稻谷、小麥在收獲、貯藏和運輸過程中會帶來各種各樣的雜質(zhì)，在稻谷制米、小麥制粉之前，需經(jīng)各種清理手段以去除，其中篩分就是一種重要的清理手段。 物料分離的需要，如在稻谷制米過程中，經(jīng)碧谷機后大部分稻谷脫殼變成糙米，但仍混雜有小部分沒有脫殼的稻谷，進人碾米機之前必須借助選糙溜篩、選糙平轉(zhuǎn)篩等篩分手段將混雜的稻谷從糙米中分離。 粉碎物按粒度大小分級的需要，固體物料經(jīng)粉碎處理后粉碎物的粒度不可能均勻，需經(jīng)篩分處理予以分級。如小麥經(jīng)皮磨、渣磨研磨后，需配備完善的篩理設(shè)備將碾下物按粒度分級，再分

17、別處理。 工程化食品和功能性食品生產(chǎn)的需要，各種粉狀物料在配料之前需經(jīng)過篩分處理以確保粉料膨松均勻，以利于配料工序的順利操作。 粒度分析的需要，除用于工業(yè)分離外，還可利用標準篩測定粉碎后物料或成品的粒度大小，稱為篩分分析法，簡稱篩析。三、 振動式篩分高速振動式篩分，其篩面在垂直面內(nèi)作圓周運動，物料在篩面上作拋擲運動, 物料的拋擲，增加了其與篩面的接觸機會。四、 平面回轉(zhuǎn)式篩分平面回轉(zhuǎn)式篩分，其篩面在水平面內(nèi)作圓周運動，物料沿篩面呈圓運動或螺旋狀運動。這種形式的篩分，因篩理路程較長，物料自動分級最好，篩孔不易堵塞，篩分效率和單位流量都較高。（一）物料在水平篩面上的運動條件: 物料在篩面上產(chǎn)生相對

18、運動時的篩面最小臨界轉(zhuǎn)速：五、轉(zhuǎn)筒式篩分轉(zhuǎn)筒式篩分主要是用于粗篩，篩分易流動的物料或下腳料，一般用的是略帶傾斜的圓筒或六角形筒。物料的停留時間與斜度及轉(zhuǎn)速有關(guān)。轉(zhuǎn)速不能過高，應(yīng)小于最大轉(zhuǎn)速值，此為轉(zhuǎn)筒篩篩分的條件。二、篩分理論（一）篩分的基本原理與基本概念 1篩分原理2篩分效率與物料過篩孔概率3 篩分速率（二）篩面、篩孔的類型1.篩面的類型：柵篩、板篩和編織2.篩孔的類型：圓形篩孔、長形篩孔、三角形篩孔、魚鱗形篩孔3.篩孔排列方式4.篩孔面積百分率篩孔排列方式篩孔在篩面上的分布規(guī)律稱為篩孔排列，常見的有正位排列和錯位排列兩種，如圖 4 12 所示。正位排列是縱、橫兩個方向都相互對齊的篩孔排列形

19、式，而錯位排列是只有一個方向相互對齊的篩孔排列。篩孔面積百分率（效篩面面積）篩孔面積百分率是指篩面上篩孔總面積占整個篩面面積的百分率，它的數(shù)值越大表明待篩分物料通過篩孔的機會越多，但篩面強度有所減弱。因此，需在保證篩面強度的前提下盡量提高篩孔面積百分率。如圖 412 所示，正位排列的圓形篩孔面積百分率可用下式計算：圓形篩孔圓形篩孔主要是按顆粒寬度的不同進行篩分的。在篩分過程中，凡是寬度小于篩孔直徑的顆粒，依靠自身的重力豎立起來通過篩孔；而寬度大于孔徑的顆粒，即使豎立起來也不能通過篩孔。圓孔篩適用于分選短形顆粒物料。長形篩孔長形篩孔按顆粒厚度的不同進行篩分。在篩分過程中，凡是顆粒厚度小于篩孔寬度的顆粒，依靠自身重力的作用橫臥即可通過篩孔；而顆粒厚度大于篩孔寬度的則不能通過篩孔。長形篩孔的長度應(yīng)超過篩選顆粒的長度，適當增加篩孔長度能提高篩分效果，但篩孔過長又會影響篩面強度。三角形篩孔適用于篩選三角形物料，它的有效篩分面積比圓形篩孔提高 3 倍。魚鱗形篩孔魚鱗形篩孔一般作為進風(fēng)和粗糙面使用，不能用于篩分物料。1篩分原理實現(xiàn)篩分的三個基本條件： 被篩物料必須與篩面接觸；