第十四章-分選、分級(jí)機(jī)械與設(shè)備

NanjingUniversityofTechnology《食品機(jī)械基礎(chǔ)》第四章分選、分級(jí)機(jī)械與設(shè)備授課教師：仲兆祥第十四章分選、分級(jí)機(jī)械與設(shè)備概述12篩分機(jī)械與設(shè)備4光電分選分級(jí)機(jī)械與設(shè)備3形狀分級(jí)機(jī)械與設(shè)備第一節(jié)概述一、食品分選、分級(jí)的作用

為了使作為食品加工主要來(lái)源的農(nóng)產(chǎn)品的規(guī)格和品質(zhì)指標(biāo)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，需要對(duì)物料進(jìn)行分選或分級(jí)，分選是指清除物料中的異物及雜質(zhì)；分級(jí)是指對(duì)分選后的物料按其尺寸、形狀、密度、顏色或品質(zhì)等特性分成等級(jí)。食品分選、分級(jí)機(jī)械的主要作用為：（1）保證產(chǎn)品的規(guī)格和質(zhì)量指標(biāo)；（2）降低加工過(guò)程中原料的損耗率，提高原料利用率；（3）提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善工作環(huán)境；（4）有利于生產(chǎn)的連續(xù)化和自動(dòng)化；（5）有利于降低產(chǎn)品的成本。二、食品分選、分級(jí)常用的方法

1.按物料的寬度分選、分級(jí)

2.按物料的長(zhǎng)度分選、分級(jí)

3.按物料的密度分選、分級(jí)

4.按物料的流體動(dòng)力特性分選、分級(jí)

5.按物料的電磁特性分選

6.按物料的光電特性分選、分級(jí)

7.按物料的內(nèi)部品質(zhì)分級(jí)

8.按物料的其他性質(zhì)分級(jí)第一節(jié)概述1.按物料的寬度分選：分級(jí)按物料的寬度分級(jí)一般可采用篩分，通常圓形孔可以對(duì)顆粒物料的寬度差別進(jìn)行分選和分級(jí)，長(zhǎng)形篩孔可以針對(duì)顆粒物料的厚度差別進(jìn)行分選和分級(jí)，如圖4-1。第一節(jié)概述2.按物料的長(zhǎng)度分選：分級(jí)按物料的長(zhǎng)度分級(jí)利用旋轉(zhuǎn)工作面上的袋孔（一般稱(chēng)為窩眼）對(duì)物料進(jìn)行分選和分級(jí)，長(zhǎng)顆粒的重心不能進(jìn)入袋孔而跌出，短顆粒則被袋孔帶上去另行倒出，如圖4-24第一節(jié)概述3.按物料的密度分選：分級(jí)按物料的密度分選和分級(jí)主要用于顆粒的粒度或形狀相仿但密度不同的物料，利用顆粒群的相對(duì)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的離析現(xiàn)象（或稱(chēng)為自動(dòng)分級(jí)）進(jìn)行分選和分級(jí)。顆粒群的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可以由工作面的搖動(dòng)或氣流造成，如圖4-2。第一節(jié)概述5.按物料的電磁特性分選：按物料的電磁特性分選主要用于食品原料中去除鐵雜質(zhì)。6.按物料的光電特性分選：分級(jí)按物料的光電特性分選和分級(jí)是利用物料的表面的顏色差異，分出物料中的異色物料，如花生仁光電色選機(jī)、大米色選機(jī)和果蔬分選機(jī)等。如圖4-4所示。第一節(jié)概述7.按物料的內(nèi)部品質(zhì)分級(jí)：按物料的內(nèi)部品質(zhì)分選和分級(jí)是根據(jù)物料的質(zhì)量指標(biāo)（如水分、糖度、酸度等化學(xué)含量）進(jìn)行分選和分級(jí)，采用的方法往往是物料的某些成分對(duì)光反射、透射和吸收、對(duì)電特性的影響、對(duì)磁特性的影響、對(duì)力學(xué)特性的影響、對(duì)溫度特性的影響等無(wú)損檢測(cè)的方法。第一節(jié)概述8.按物料的其他性質(zhì)分級(jí)：按物料的其他性質(zhì)分級(jí)是指采用某些與物料的品質(zhì)指標(biāo)有關(guān)聯(lián)的物理方法檢測(cè)物料的內(nèi)部品質(zhì)并進(jìn)行物料的分選、分級(jí)。如采用嗅覺(jué)傳感器檢測(cè)物料的味道；采用計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)檢測(cè)物料的紋理、灰度等。第一節(jié)概述一、篩分機(jī)械的基本知識(shí)篩分是將粉粒料通過(guò)一層或數(shù)層帶孔的篩面，使物料按寬度或厚度分成若干個(gè)粒度級(jí)別的過(guò)程。每一層篩面都可以將物料分成篩過(guò)物（也叫篩下物）和篩余物（也叫篩上物）兩部分（一）篩分效率

η=G’/G·x

η——篩分效率，%；G——篩分物料總量，kg；

G’——篩過(guò)物料總量，kg；

x——可篩過(guò)物的質(zhì)量百分比，%。第二節(jié)篩分機(jī)械與設(shè)備（二）篩面組合：將各種粒度的混合物通過(guò)篩分分成若干個(gè)粒級(jí)，或提高總的篩分效率第二節(jié)篩分機(jī)械與設(shè)備1.篩余物法：篩余物法如圖4-5（a）所示。將前道篩面的篩余物送至后道篩面再篩，圖中所示篩分產(chǎn)品從I到IV以次漸粗，這種篩面組合的特點(diǎn)是先提細(xì)粒后提粗粒。它的優(yōu)點(diǎn)是粗粒料的篩分路線長(zhǎng)，篩面的檢查、清理、維護(hù)方便。缺點(diǎn)是所有大粒物料要從每層篩面流過(guò)，不但篩面易磨損，而且多數(shù)粗物料阻礙細(xì)粒料接觸篩孔，降低篩分效率。2.篩過(guò)物法：篩過(guò)物法如圖4-5（b）所示。將前道篩面的篩過(guò)物送至下道篩面再篩。篩分產(chǎn)品從I到IV以次漸細(xì)，先提粗粒后提細(xì)粒。它的優(yōu)點(diǎn)是使篩面的負(fù)荷減輕，有助于提高篩分效率，同時(shí)篩面配置空間較緊湊。3.混合法：混合法如圖4-5（c）所示。這種方法綜合了前二種方法的優(yōu)點(diǎn)，因此流程可以靈活多變。不同的篩分物料，都要根據(jù)其物料的具體特點(diǎn)，粗細(xì)粒的含量以及篩分的要求，來(lái)確定篩面的組合方式（三）開(kāi)孔率（篩面利用系數(shù)、篩孔系數(shù)）開(kāi)孔率:（篩面利用系數(shù)）是指整個(gè)篩面上篩孔所占的面積與總面積之比。對(duì)于編織篩面有：式中K——開(kāi)孔率，%；b——孔邊長(zhǎng),mm；d——編織絲直徑，mm第二節(jié)篩分機(jī)械與設(shè)備a）正三角形；b）正方形二、篩面的種類(lèi)和結(jié)構(gòu)（一）柵篩面（二）板篩面（三）金屬絲編織篩面（四）絹篩面第二節(jié)篩分機(jī)械與設(shè)備（一）柵篩面柵篩面采用具有一定截面形狀的棒料，按一定的間距排列而成，通常用于物料的去雜粗篩。。柵篩面的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單：第二節(jié)篩分機(jī)械與設(shè)備（二）板篩面

1.板篩面由金屬薄板沖壓而成，又稱(chēng)沖孔篩面，最常用的金屬薄板厚度為0.5～1.5mm。

2.板篩面最常用的篩孔形狀是圓孔和長(zhǎng)孔，圓孔是按顆粒的寬度進(jìn)行分級(jí)，長(zhǎng)孔是按顆粒的厚度分級(jí)，也有時(shí)采用三角形孔或異形孔。

3.篩面的篩分效率與孔眼的形狀、間距和排列有密切關(guān)系，即影響篩分效率的不僅是篩面的開(kāi)孔率，篩孔的排列也影響到顆粒接觸和穿過(guò)篩孔的機(jī)會(huì)。第二節(jié)篩分機(jī)械與設(shè)備（三）金屬絲編織篩面金屬絲編織篩面由金屬絲編織而成，亦稱(chēng)篩網(wǎng)。編織篩網(wǎng)通常為方孔，或矩形孔，孔尺寸大的可在25mm以上，孔徑小的可到300目以上。第二節(jié)篩分機(jī)械與設(shè)備目數(shù)，就是孔數(shù)，就是每平方英寸上的孔數(shù)目。目數(shù)越大，孔徑越小。一般來(lái)說(shuō)，目數(shù)×孔徑（微米數(shù)）＝15000。比如，400目的篩網(wǎng)的孔徑為38微米左右；500目的篩網(wǎng)的孔徑是30微米左右。由于存在開(kāi)孔率的問(wèn)題，也就是因?yàn)榫幙椌W(wǎng)時(shí)用的絲的粗細(xì)的不同，不同的國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)也不一樣，目前存在美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)、英國(guó)標(biāo)準(zhǔn)和日本標(biāo)準(zhǔn)三種，其中英國(guó)和美國(guó)的相近，日本的差別較大。

（四）絹篩面絹篩面由絹絲織成，或稱(chēng)篩絹，主要用于粉料的篩分，在面粉工業(yè)中粉篩用量最大。由于絹絲光滑柔軟，所以在篩面中極易移動(dòng)而改變篩孔尺寸，使用時(shí)必須用大框架繃緊，較大孔的絹篩面都用絞織。篩絹的材料為蠶絲或錦綸絲，也可用兩種材料混織。第二節(jié)篩分機(jī)械與設(shè)備三、篩面的運(yùn)動(dòng)方式篩分機(jī)械工作過(guò)程的基礎(chǔ)是物料與篩面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。對(duì)于固定篩面而言，則需要物料具有初始速度或是借重力產(chǎn)生的速度。對(duì)于大多數(shù)篩分機(jī)械而言，則需要借篩面運(yùn)動(dòng)的速度和加速度來(lái)產(chǎn)生物料與篩面的相對(duì)速度（如圖4-11所示的各種篩面的運(yùn)動(dòng)方式）。（一）靜止篩面（二）往復(fù)運(yùn)動(dòng)篩面（三）垂直圓運(yùn)動(dòng)篩面（四）平面回轉(zhuǎn)篩面（五）旋轉(zhuǎn)篩面第二節(jié)篩分機(jī)械與設(shè)備五、滾筒分級(jí)篩第二節(jié)篩分機(jī)械與設(shè)備1．滾筒2．支承裝置3．收集料斗4．傳動(dòng)裝置5．清篩裝置第二節(jié)篩分機(jī)械與設(shè)備滾筒式分級(jí)機(jī)的特點(diǎn)的是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，分級(jí)效率高，工作平穩(wěn)，不存在動(dòng)力不平衡現(xiàn)象，但機(jī)器的占地面積大，篩面利用率低，由于篩筒調(diào)整困難，對(duì)原料的適應(yīng)性差第三節(jié)形狀分級(jí)機(jī)械與設(shè)備一、三輥筒式分級(jí)機(jī)

二、顆粒形狀分級(jí)設(shè)備

三、帶式分級(jí)機(jī)一、三輥筒式分級(jí)機(jī)應(yīng)用范圍：全機(jī)結(jié)構(gòu)：分級(jí)原理：這種分級(jí)機(jī)的特點(diǎn)：工作過(guò)程：第三節(jié)形狀分級(jí)機(jī)械與設(shè)備式

12345二、顆粒形狀分級(jí)設(shè)備谷物顆粒料（如小麥、大麥）等必須進(jìn)行精選和分級(jí)，其主要原理是按顆粒長(zhǎng)度進(jìn)行分級(jí)，以除去不必要的雜粒。常用的精選機(jī)有滾筒精選機(jī)和碟片精選機(jī)兩種，其都是利用袋孔中嵌入長(zhǎng)度不同的顆粒而帶升高度不同的原理制成的，如圖4-24和圖4-25所示。

1.碟片式精選機(jī)

2.滾筒式精選機(jī)第三節(jié)形狀分級(jí)機(jī)械與設(shè)備1.碟片式精選機(jī)：第三節(jié)形狀分級(jí)機(jī)械與設(shè)備2.滾筒式精選機(jī)：三、帶式分級(jí)機(jī)帶式分級(jí)機(jī)工作原理：國(guó)外生產(chǎn)的帶式分級(jí)機(jī)有兩種形式：第三節(jié)形狀分級(jí)機(jī)械與設(shè)備一、原理二、光電分選機(jī)三、色選機(jī)四、計(jì)算機(jī)圖象處理技術(shù)與設(shè)備五、人工嗅覺(jué)檢測(cè)系統(tǒng)第四節(jié)光電分選分級(jí)機(jī)械與設(shè)備一、原理利用紫外、可見(jiàn)、紅外等光線和物體的相互作用而產(chǎn)生的吸收、反射和吸收等現(xiàn)象對(duì)物料進(jìn)行非接觸式檢測(cè)的方法是20世紀(jì)60年代開(kāi)始用于農(nóng)產(chǎn)品和食品質(zhì)量檢驗(yàn)的新方法。根據(jù)物料的吸收和反射光譜可以鑒定物質(zhì)的性質(zhì),例如利用紫外光作激勵(lì)光源照射食品獲得食品上的輻射熒光，根據(jù)熒光的強(qiáng)度可以判別食品上附著的微生物的代謝物，檢出蛋品中霉菌、花生類(lèi)干果上附著的微生物及其代謝物如黃曲霉素。第四節(jié)光電分選分級(jí)機(jī)械與設(shè)備物料的吸收和反射光譜也可用于食品的異物檢出，用可見(jiàn)光作激勵(lì)光源，加上代替人眼的色彩傳感器，測(cè)定對(duì)象物的反射光或透射光，可用于果品成熟度的判定、谷類(lèi)種子、稻米、水果的分選等作業(yè)領(lǐng)域。日本、美國(guó)等正在開(kāi)發(fā)用近紅外光譜分析法無(wú)損檢測(cè)水果的糖度和酸度的裝置，日本近年開(kāi)發(fā)成功的米的食味計(jì)就是近紅外分光分析儀裝置和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)合的研究成果。紅外線法是利用紅外吸收光譜測(cè)定食品的成分量，例如牛乳的成分計(jì)等。（一）光與食品物料的相互作用（二）食品物料的光特性應(yīng)用技術(shù)第四節(jié)光電分選分級(jí)機(jī)械與設(shè)備（一）光與食品物料的相互作用食品物料的光學(xué)特性:是指物料對(duì)投射到其表面上的光產(chǎn)生反射、吸收、透射、漫射或受光照后激發(fā)出其他波長(zhǎng)的光的性質(zhì)。物料是由許多微小的內(nèi)部中間層組成的，不同食品物料的物質(zhì)種類(lèi)、組成不同，因而在光學(xué)特性方面的反映也不盡相同。第四節(jié)光電分選分級(jí)機(jī)械與設(shè)備（二）食品物料的光特性應(yīng)用技術(shù)

1.缺陷檢測(cè)食品和農(nóng)產(chǎn)品的光特性已經(jīng)被用于非破壞檢測(cè)方面的各種問(wèn)題。

2.成分分析快速檢測(cè)食品中的水分、脂肪、蛋白質(zhì)、氨基酸、糖份、酸度等化學(xué)成分的含量，用于品質(zhì)的監(jiān)督和控制。近紅外光譜分析技術(shù)用于品質(zhì)檢測(cè)和控制是近年發(fā)展速度很快的一種全新的檢測(cè)方法。

3.成熟度與新鮮度分析在成熟度和新鮮度檢測(cè)方面應(yīng)用最多也最成功的是果蔬產(chǎn)品，它們的成熟階段總是與某種物質(zhì)的含量有密切關(guān)系，并表現(xiàn)出表面或內(nèi)部顏色的不同。最終目的是為了對(duì)食品物料進(jìn)行自動(dòng)化分級(jí)分類(lèi)。自動(dòng)分類(lèi)的標(biāo)準(zhǔn)可以是上述三方面應(yīng)用之一，包括：從合格物料中剔除缺陷品；按物料中某種成分含量進(jìn)行分類(lèi)；把成熟度不同的產(chǎn)品進(jìn)行分類(lèi)，以便分別貯藏和銷(xiāo)售。經(jīng)過(guò)自動(dòng)分類(lèi)的合格產(chǎn)品，以獲得總體質(zhì)量等級(jí)提高。第四節(jié)光電分選分級(jí)機(jī)械與設(shè)備（三）食品物料光特性應(yīng)用技術(shù)的特點(diǎn)常規(guī)手段無(wú)法對(duì)顏色變化進(jìn)行有效分選。大多依靠眼手配合的人工分選，其主要特點(diǎn)是：生產(chǎn)率低、勞動(dòng)力費(fèi)用高、容易受主觀因素的干擾、精確度低。

光電檢測(cè)和分選技術(shù)克服了手工分選的缺點(diǎn)，具有以下明顯的優(yōu)越性：（1）既能檢測(cè)表面品質(zhì)，又能檢測(cè)內(nèi)部品質(zhì)，而且檢測(cè)為非接觸性的，因而是非破壞性的，經(jīng)過(guò)檢測(cè)和分選的產(chǎn)品可以直接出售或進(jìn)行后續(xù)工序的處理；（2）排除了主觀因素的影響，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全數(shù)（100%）檢測(cè)，保證了分選的精確和可靠性；（3）勞動(dòng)強(qiáng)度低，自動(dòng)化程度高，生產(chǎn)費(fèi)用降低，便于實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)；（4）機(jī)械的適應(yīng)能力強(qiáng)，通過(guò)調(diào)節(jié)背景光或比色板，即可以處理不同的物料，生產(chǎn)能力大，適應(yīng)了日益發(fā)展的商品市場(chǎng)的需要和工廠化加工的要求。