食品工廠機(jī)械與設(shè)備

1、食品工廠機(jī)械與設(shè)備第一章總論第一章總論【理解】什么是食品機(jī)械與設(shè)備？食品機(jī)械與設(shè)備是把食品原料加工成食品或半成品的一類專業(yè)機(jī)械與設(shè)備。食品機(jī)械與設(shè)備的重要性？食品加工機(jī)械設(shè)備是食品工業(yè)化生產(chǎn)過程中的重要保障?，F(xiàn)有食品加工業(yè)的規(guī)?；c自動(dòng)化發(fā)展、傳統(tǒng)食品的工業(yè)化、食品新資源的利用、新工藝、新產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化等，都離不開食品加工機(jī)械與設(shè)備的支持。食品加工機(jī)械設(shè)備對食品加工過程中產(chǎn)品的質(zhì)量保證、生產(chǎn)效率的提高、能量消耗的降低等起著舉足輕重的作用。-因此，對于以工藝為主的食品科學(xué)與工程專業(yè)的本科生來說，了解食品加工機(jī)械與設(shè)備十分必要。食品加工的科學(xué)技術(shù)（工藝）知識與機(jī)械設(shè)備知識的有機(jī)結(jié)合是食品加工從業(yè)人員

2、不可或缺的基本能力要求。第一節(jié)食品加工機(jī)械設(shè)備的分類與特點(diǎn)食品工業(yè)涉及的原料、產(chǎn)品種類繁多、加工工藝各異,從而其涉及的加工機(jī)械的種類繁多。雖然種類繁多，但食品機(jī)械具有自身的特點(diǎn)。了解食品機(jī)械與設(shè)備的分類及其特點(diǎn)，將有助于正確選擇食品機(jī)械與設(shè)備。一、食品加工機(jī)械設(shè)備的分類食品加工機(jī)械設(shè)備分類的重要性目前主要按兩種方式進(jìn)行分類：1 .根據(jù)原料產(chǎn)品類型分類2 .根據(jù)設(shè)備的操作功能分類從研究、設(shè)計(jì)和制造的角度以上兩種分類方法均有一定的指導(dǎo)意義。?根據(jù)原料或產(chǎn)品分類?可將食品機(jī)械分成眾多的生產(chǎn)線設(shè)備。例如，制糖機(jī)械?豆制品加工機(jī)焙烤食品機(jī)械乳品機(jī)械果蔬加工和保鮮機(jī)械罐頭食品機(jī)械?糖果食品機(jī)械釀造機(jī)械飲料

3、機(jī)械方便食品機(jī)械調(diào)味品和添加劑制品機(jī)械炊事機(jī)械等?【掌握】根據(jù)機(jī)械設(shè)備的功能分類?實(shí)際上是根據(jù)設(shè)備的單元操作功能分類。篩分與清洗機(jī)械粉碎和切割機(jī)械混合機(jī)械分級分選機(jī)械成型機(jī)械多相分離機(jī)械攪拌及均質(zhì)機(jī)械蒸煮煎熬機(jī)械蒸發(fā)濃縮機(jī)械干燥機(jī)械烘烤機(jī)械冷凍和凍結(jié)機(jī)械擠壓膨化機(jī)械計(jì)量機(jī)械包裝機(jī)械輸送機(jī)械、泵、換熱設(shè)備次奧堡合命守【重點(diǎn)掌握】二、食品加工機(jī)械設(shè)備的特點(diǎn)品種多樣性機(jī)型可移動(dòng)性防水防腐性多功能性衛(wèi)生要求高自動(dòng)化程度高低不一自動(dòng)化程度高低不一目前，食品加工機(jī)械設(shè)備單機(jī)自動(dòng)化程度總體上并不很高。但也有一些自動(dòng)化程度較高的設(shè)備，例如，無菌包裝機(jī)、自動(dòng)洗瓶機(jī)及大型殺菌設(shè)備等。品種多樣性一般食品機(jī)械設(shè)備門類

4、眾多、品種較雜。并且生產(chǎn)批量較小。許多設(shè)備屬于單機(jī)設(shè)備。衛(wèi)生要求高為了保證食品衛(wèi)生安全，食品加工設(shè)備中直接與物料接觸的部分，均采用無毒、耐腐蝕材料制造，并且為了方便清洗和消毒，與食品接觸的表面均需要進(jìn)行拋光處理。此外，傳動(dòng)系統(tǒng)與工作區(qū)域有嚴(yán)格密封措施，以防潤滑油泄漏進(jìn)入所加工的食品物料中。機(jī)型可移動(dòng)性總的來看，食品機(jī)械設(shè)備的外形尺寸均較小，重量較輕，可方便的進(jìn)行移動(dòng)改換。例如，一般食品機(jī)械設(shè)備均不需要固定基礎(chǔ)。防水防腐性多數(shù)設(shè)備或設(shè)備主要工作面的材料具有抗水、酸、堿等腐蝕的性能，一般采用不銹鋼制作。多功能性食品機(jī)械設(shè)備具有一定程度的通用性，即可用來加工不同的物料。此外，還具有調(diào)節(jié)容易、調(diào)整模具

5、方便和一機(jī)多用的特點(diǎn)。理解第二節(jié)食品加工機(jī)械的材料食品機(jī)械廣泛使用各種材料，除各種金屬和合金材料外，尚有石材、金剛砂、陶瓷、搪瓷、玻璃、紡織品以及塑料等有機(jī)合成材料。食品生產(chǎn)的工藝條件十分復(fù)雜，對材料有不同的要求，必須掌握各種材料的基本性能，才能作出正確的選擇，以取得良好的使用效果和經(jīng)濟(jì)效益。一、食品加工機(jī)械設(shè)備用材要求與性能有表面與食品接觸的機(jī)械設(shè)備基本要求機(jī)械設(shè)備性能：（一）機(jī)械性能（二）物理性能（三）耐腐蝕性能基本要求（1）對食品必須無害，不污染食品；（2）不受或少受物料介質(zhì)和清洗劑的影響，藉以延長設(shè)備的使用壽命。）機(jī)械性能強(qiáng)度剛度硬度耐磨性高溫工作性能低溫工作性能（二）物理性能常見的物

6、料性能，例如：材料的相對密度、比熱容、熱導(dǎo)率、軟化溫度、線膨脹系數(shù)、熱輻射波譜、磁性、表面摩擦特性、抗黏附性等。不同的使用場合，要求材料有不同的物理性能，如：傳熱裝置要求有高的熱導(dǎo)率。食品的成型裝置則要求有好的抗黏附性，以便脫模。（三）耐腐蝕性能對于食品機(jī)械，主要考慮其耐（食品本身或微生物引起的）酸性能和耐鹽性能。機(jī)械設(shè)備的耐腐蝕程度決定于：材料的化學(xué)性質(zhì)和表面狀態(tài)以及受力狀態(tài)；物料介質(zhì)的種類，濃度和溫度等參數(shù)。理解二、食品機(jī)械中常用的材料（一）鋼鐵材料（二）不銹鋼（三）有色金屬材料（四）非金屬材料（一）鋼鐵材料普通碳鋼和鑄鐵耐腐蝕性都不好，易生銹，更不宜直接接觸有腐蝕性的食品介質(zhì)，一般用于設(shè)

7、備中承受載荷的結(jié)構(gòu)。食品工業(yè)可以用涂搪瓷的鋼鐵容器。優(yōu)點(diǎn)：耐酸堿腐蝕，并且搪瓷表面光滑，易于清洗和保持衛(wèi)生。致命缺點(diǎn)：外力或溫度作用下釉可能碎裂，污染食品。食品工廠中的使用越來越少。搪瓷材料的替代材料：有各種無毒樹脂涂料，其涂層耐腐蝕而不易產(chǎn)生碎片。（二）不銹鋼不銹鋼定義及其組成不銹鋼的標(biāo)識不銹鋼特點(diǎn)與使用【重點(diǎn)掌握】不銹鋼特點(diǎn)與使用一般優(yōu)點(diǎn)：耐蝕、不銹、不變色、不變質(zhì)和附著食品易于去除，以及良好的高、低溫機(jī)械性能好等。因而在食品機(jī)械中廣泛應(yīng)用。但不銹鋼的抗腐蝕能力的大小是隨其本身化學(xué)組成、加工狀態(tài)、使用條件及環(huán)境介質(zhì)類型而改變的。如表1-1中所列的304鋼可以滿足一般的防腐要求，但耐鹽（主要

8、是其中的氯離子）性差，后者因成分中饃元素含量較前者高而具有良好的耐蝕性。因而，食品機(jī)械中，耐腐蝕要求較高的接觸表面材料，多采用316型或316L型不銹鋼?！局攸c(diǎn)掌握】不銹鋼的標(biāo)識我國對不銹鋼的標(biāo)識規(guī)則國外不銹鋼標(biāo)識國內(nèi)外不銹鋼標(biāo)識對應(yīng)關(guān)系國內(nèi)外不銹鋼標(biāo)識對應(yīng)關(guān)系表1-1一些不銹鋼的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識對照GBJISAISPUNSICrBSUS4104100CilSNi9SUS30430400Crl8Ni9SUS304L3041t0Crl7Nil2Mo2SUS31631600Crl7Nil4Mo2SUS316L316L國外不銹鋼標(biāo)識國際上，一些國家常采用三位序列數(shù)字對不銹鋼進(jìn)行標(biāo)識。例如美國鋼鐵學(xué)會(huì)分

9、別用200、300的400系來標(biāo)示各種標(biāo)準(zhǔn)級的可鍛不銹鋼。我國對不銹鋼的標(biāo)識規(guī)則我國現(xiàn)有國家標(biāo)準(zhǔn)對不銹鋼標(biāo)識的基本方法是：化學(xué)元素符號與含量數(shù)字組合。這種標(biāo)識符號中，鐵元素及含量不標(biāo)出，而主要標(biāo)示出反映不銹鋼防腐性和質(zhì)構(gòu)性元素及其含量。不銹鋼標(biāo)識舉例不銹鋼標(biāo)識舉例Cr18、Ni9分別表示不銹鋼中銘和饃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)是18%口9%但是，碳元素及含量的標(biāo)示較特殊，其元素符號“C”不標(biāo)示，而只標(biāo)示代表其含量的特定數(shù)字，并且放在其它元素標(biāo)識符序列的前面。例如，1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9和00Cr17Ni14Mn2是三種銘?zhàn)x不銹鋼標(biāo)識代號中，第一個(gè)數(shù)字1、0和00分別表示一般含碳量（W0.15%

10、）、低碳（W0.08%）和超低碳（W0.03%）。其后的元素符號及數(shù)字分別表示含銘18%F口17%含饃9嗨口14%含鎰2%不銹鋼定義及其組成不銹鋼是指在空氣中或化學(xué)腐蝕介質(zhì)中能夠抵抗腐蝕的合金鋼。基本成分：鐵一銘合金和鐵一銘一饃合金。其它元素，如錯(cuò)、鈦、鋁、鎰、鋁、柏、鴇、銅、氮等。鐵和銘是各種不銹鋼的基本成分；實(shí)踐證明，當(dāng)鋼中含銘量在12%以上時(shí)，就可以抵抗各種介質(zhì)的腐蝕，一般不銹鋼中的含銘量不超過28%。（三）有色金屬材料食品機(jī)械中的有色金屬材料主要是鋁合金、純銅和銅合金等。趨勢：曾經(jīng)用以上材料制造直接與食品接觸的零部件或結(jié)構(gòu)材料，正日益為抗蝕和衛(wèi)生性能良好的不銹鋼或非金屬材料所取代。純銅

11、純銅亦稱紫銅，其特點(diǎn)是熱導(dǎo)率特別高，所以常常被用作導(dǎo)熱材料，可以制造各種換熱器。雖然銅具有一定的耐蝕性，但銅對一些食品成分，如維生素C有破壞作用，另外，有些產(chǎn)品（如乳制品）也因使用銅制容器而產(chǎn)生異味。所以，一般不用于直接接觸食品，而是用于諸如制冷系統(tǒng)中的換熱器或者空氣加熱器等的設(shè)備中。鋁合金鋁合金具有耐蝕和導(dǎo)熱性能、低溫性能、加工性能好以及重量輕等優(yōu)點(diǎn)。鋁合金適用的食品種類主要是碳水化合物類、脂肪類、乳類制品等。但有機(jī)酸等腐蝕性物質(zhì)在一定的條件下可以造成對鋁及鋁合金的腐蝕。食品機(jī)械中鋁及鋁合金的腐蝕，一方面影響機(jī)械的使用壽命，另一方面因腐蝕物進(jìn)入食品而危害人們的身體健康。（四）非金屬材料目前食

12、品機(jī)械中的非金屬材料主要是塑料。常用的塑料塑料的特點(diǎn)應(yīng)用舉例安全衛(wèi)生性考慮安全衛(wèi)生性考慮應(yīng)根據(jù)食品介質(zhì)在衛(wèi)生檢疫方面的要求和國家衛(wèi)生檢疫機(jī)關(guān)的有關(guān)規(guī)定選用。凡直接與食品接觸的聚合材料應(yīng)該確保對人體絕對無毒無害，不應(yīng)給食品帶來不良的氣味和影響食品的味感，不應(yīng)在食品介質(zhì)中溶化或膨脹，更不能和食品產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。不宜使用含水或含硬質(zhì)單體的低分子類聚合物，因?yàn)檫@類聚合物往往都有毒性。某些塑料在老化或高溫下工作時(shí)，例如高溫消毒，能夠分解出可溶性單體并擴(kuò)散到食品內(nèi)，使食品被污染。應(yīng)用舉例例如：在輸送機(jī)械上，使用在螺旋式和刮板式斜槽、吸力式和磁力式塔、風(fēng)機(jī)罩、風(fēng)篩式框架、料斗等；在食品加工機(jī)械、包裝機(jī)械中的套

13、筒、圓盤、葉輪、漏斗、分瓶螺旋、星輪等零部件上也廣泛地使用塑料。對于不能使用潤滑劑的餅干模子、軋面機(jī)軸襯、空心面壓制機(jī)的型模以及用于高溫或要求耐磨的零件，則聚四氟乙烯塑料為理想的非金屬材料?！菊莆杖⑹称窓C(jī)械設(shè)備材料的表面處理食品的腐蝕性。對于腐蝕的防護(hù)，通?？梢詫Σ牧线M(jìn)行耐蝕抗磨的表面處理，即對金屬或非金屬的食品加工機(jī)械的零部件進(jìn)行噴涂和涂裝以及電鍍、刷鍍等表面處理。食品機(jī)械對鍍層的要求理解第三節(jié)食品機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)要求一、設(shè)備結(jié)構(gòu)的衛(wèi)生與安全食品機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)的衛(wèi)生與安全可以包含兩層意思，一是從食品安全衛(wèi)生角度提出的要求,二是從操作人員安全性提出的要求。（一）食品安全衛(wèi)生方面的結(jié)構(gòu)要求（二）操

14、作安全對設(shè)備結(jié)構(gòu)要求（一）食品安全衛(wèi)生方面的結(jié)構(gòu)要求結(jié)構(gòu)管道等不應(yīng)有滯留產(chǎn)品的凹陷及死角。應(yīng)采用符合標(biāo)準(zhǔn)要求的不銹鋼衛(wèi)生鋼管及其衛(wèi)生型管件閥門。密封可靠，以免產(chǎn)品受到外界的污染。與產(chǎn)品接觸的軸承都應(yīng)為非潤滑型。潤滑型軸承須有可靠的密封裝置以防止產(chǎn)品被污染。產(chǎn)品區(qū)域應(yīng)與外界隔離，至少應(yīng)加防護(hù)罩以防止異物落入或害蟲侵入。工作空氣過濾裝置應(yīng)保證不得使5科硯上的塵埃通過。安全衛(wèi)生的裝、卸料裝置。緊固件應(yīng)可靠固定，防止松動(dòng)，不應(yīng)因振動(dòng)而脫落。在產(chǎn)品接觸表面上黏接的橡膠件、塑料件（如需固定的密封墊圈、視鏡膠框）等應(yīng)連續(xù)黏接，保證在正常工作條件（清洗、加熱、加壓）下不脫落。（二）操作安全對設(shè)備結(jié)構(gòu)要求運(yùn)動(dòng)部

15、件液壓氣動(dòng)電氣系統(tǒng)壓力與高溫設(shè)備罐器孔蓋外表面運(yùn)行噪聲開關(guān)與操縱件第四節(jié)食品加工機(jī)械設(shè)備的選型合理的設(shè)備選型是保證產(chǎn)品高質(zhì)量的關(guān)鍵和衡量生產(chǎn)水平的標(biāo)準(zhǔn)，可以為動(dòng)力、配電、水、汽用量計(jì)算提供依據(jù)。因此，如何選用生產(chǎn)能力適宜、配套性強(qiáng)、通用性廣的生產(chǎn)設(shè)備已成為食品加工廠建廠設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，也是諸多食品廠建廠投產(chǎn)前要解決的首要問題。一、食品機(jī)械設(shè)備選型的原則二、設(shè)備選型計(jì)算（二）生產(chǎn)能力匹配產(chǎn)品產(chǎn)量是選定加工設(shè)備的基本依據(jù)。設(shè)備的加工能力、規(guī)格、型號和動(dòng)力消耗必須與相應(yīng)的產(chǎn)量相匹配，并且考慮到停電、機(jī)器保養(yǎng)、維修等因素，設(shè)備選型應(yīng)具有一定的貯備系數(shù)。理解一、食品機(jī)械設(shè)備選型的原則（一）滿足工藝條件要

16、求（二）生產(chǎn)能力匹配（三）相互配套原則（四）性能價(jià)格比合理性原則（五）可靠性原則（六）兼容性原則二、設(shè)備選型計(jì)算（一）輸送性通過設(shè)備的計(jì)算（二）罐器類設(shè)備的計(jì)算（三）連續(xù)處理設(shè)備的計(jì)算【重點(diǎn)掌握】（二）罐器類設(shè)備的計(jì)算N0s242t計(jì)算式其中N-罐器設(shè)備的臺數(shù)（臺）Vs一單臺罐器設(shè)備的有效容量（t/臺）QT平均生產(chǎn)能力（t/h）At設(shè)計(jì)安排的某工段物料處理速率系數(shù)（At1）t一物料在此工序的滯留時(shí)間（包括生產(chǎn)工藝確定的處理時(shí)間及物料進(jìn)出設(shè)備所需的時(shí)間）特點(diǎn)這類設(shè)備屬于間歇性處理（包括貯存）物料的設(shè)備。例如，貯料罐、殺菌鍋、酶反應(yīng)罐、發(fā)酵罐、混合攪拌罐等。討論式（1-2）中，Q與t是由生產(chǎn)規(guī)模和

17、生產(chǎn)工藝所規(guī)定的，一般不能變更，而其余三項(xiàng)在一定范圍內(nèi)可以進(jìn)行選擇。例1-1例1-1某罐頭生產(chǎn)線的生產(chǎn)能力4t/h,針對某主要罐型的殺菌工藝公式為升溫10min,保溫60min,冷卻20min。選用T7c理殺菌鍋進(jìn)行殺菌，T7c阻的罐頭裝鍋量約為2t/臺。預(yù)計(jì)每鍋罐頭進(jìn)出鍋的時(shí)間為20min。殺菌工段每班的處理時(shí)間按5h計(jì)。估算殺菌工段所需的T7c曜殺菌鍋的臺數(shù)。例1-1解：已知：平均生產(chǎn)能力Q=4t/h罐頭在此工段的滯留時(shí)間t=（10+60+20+20）/60=1.83h每臺T7c理殺菌鍋的裝鍋量VS=2t/臺設(shè)生產(chǎn)線每班的平均生產(chǎn)時(shí)間為6h,而殺菌段每班的工作時(shí)間為5h,因而殺菌工段的物料

18、處理速率系數(shù)A=6/5=1.2例1-1從而，根據(jù)式（1-2）,殺菌工段所需配備的T7c牌殺菌鍋的臺數(shù)可按以下估算：274xgrXf=12x4x1-83=4.39（臺）匕2殺菌鍋只能為整數(shù)，所以T7c阻殺菌鍋取5臺可以滿足要求。（三）連續(xù)處理設(shè)備的計(jì)算設(shè)備例子核算內(nèi)容帶式連續(xù)處理設(shè)備的計(jì)算式討論例1-2討論處理量與輸送帶的線速度成正比，也與輸送帶的長度和寬度成正比；但與物料在設(shè)備內(nèi)的滯留時(shí)間成反比。對于定型設(shè)備，式（1-3）中的因素是相互關(guān)聯(lián)的，因此，在一定范圍內(nèi)，可以在不改變處理量的前提下對其它參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。式（1-3）中輸送裝置的長度L不一定等于設(shè)備的長度，因?yàn)?，如果將輸送裝置的長度L分為三

19、段平行（上下安排，或左右安排）排列，則相應(yīng)設(shè)備的長度就可以縮短到原來直線排列的1/3。而且還可以將輸送帶做成螺旋式（參見第二章內(nèi)容）。所有這些，允許用戶在與設(shè)備生產(chǎn)廠家洽談時(shí)，提出某些設(shè)備尺寸的調(diào)整要求。此外，當(dāng)輸送裝置用在揀選工序，尤其是人工揀選時(shí)，其輸送速度受限于揀選速度，輸送帶寬度還應(yīng)符合人體工學(xué)的要求。核算內(nèi)容定型設(shè)備的實(shí)際處理能力。非標(biāo)設(shè)備的尺寸等。帶式連續(xù)處理設(shè)備的計(jì)算式CQt=1，DsWL/lwds式中Q生產(chǎn)能力（t/h）v輸送裝置的輸送速度（m/h）Ds物料在輸送裝置上的裝載密度（t/m2）w輸送裝置的有效載物寬度（m）l輸送裝置的長度（m）式烤爐t物料在設(shè)備內(nèi)的滯留時(shí)間（h）

20、設(shè)備例子連續(xù)殺菌機(jī)連續(xù)速凍機(jī)連續(xù)干燥機(jī)連續(xù)例1-2瓶裝飲料用單層噴淋式常壓連續(xù)殺菌設(shè)備以網(wǎng)帶式輸送機(jī)輸送進(jìn)行殺菌。已知：輸送帶的有效載物寬度為1.0m,長度為7m,速度在110550mm/min范圍內(nèi)可變，對于瓶裝飲料的裝載密度為70kg/m2。生產(chǎn)工藝規(guī)定的瓶裝飲料在殺菌設(shè)備內(nèi)（包括升溫殺菌和冷卻操作在內(nèi)）的總處理時(shí)間為20min。請確定：（1）該殺菌設(shè)備的最大與最小處理能力；（2）該設(shè)備在規(guī)定殺菌時(shí)間下的實(shí)際處理量是多少？該殺菌設(shè)備是否滿足所需的處理量要求？（3）如果該殺菌設(shè)備滿足實(shí)際處理量要求，此時(shí)的輸送帶速度應(yīng)為多少？解：已知：輸送帶的長度輸送帶的寬度輸送帶速度輸送帶的裝載密度殺菌處理

21、時(shí)間例1-2L=7.0mV=1.0mv=110550mm/min=6.633m/hDS=70kg/m2=0.07t/m2t=20min=0.333h例1-2(1)殺菌設(shè)備的最大與最小處理能力。由于處理能力與輸送帶的速度成正比。因此,最大處理能力Qmak33X0.07X1=2.3(t/h)最小處理能力Qmin=6.6X0.07X1=0.46(t/h)例1-2(2)設(shè)備在規(guī)定殺菌時(shí)間下的處理量為：OT7x1x0.07x6020=L47(t/h)實(shí)際處理為1.47t/h,在該殺菌設(shè)備的處理范圍0.462.3t/h以內(nèi)，因此滿足處理量要求。例1-2(3)規(guī)定殺菌時(shí)間下的輸送帶速度，根據(jù)式(1-3)為：v=一=147=21(mh)=350(minmin)WD.1x0,