吉林大學(xué)食品工程原理第四章

1、 第四章第四章 粉碎與篩分粉碎與篩分第一節(jié)第一節(jié) 粉碎粉碎粉碎：粉碎：利用機(jī)械力的方法克服固體物料內(nèi)部凝聚力達(dá)利用機(jī)械力的方法克服固體物料內(nèi)部凝聚力達(dá)到破碎的單元操作。到破碎的單元操作。破碎：破碎：大料快分裂成小料塊的操作。大料快分裂成小料塊的操作。磨碎：磨碎：將小塊物料分裂成細(xì)粉的操作。將小塊物料分裂成細(xì)粉的操作。粉碎可被分為粉碎可被分為粗粉碎粗粉碎、中粉碎中粉碎、微粉碎微粉碎和和超微粉碎超微粉碎。粉碎操作在食品工業(yè)中的作用粉碎操作在食品工業(yè)中的作用1.適應(yīng)某些食品消費和生產(chǎn)的需要。適應(yīng)某些食品消費和生產(chǎn)的需要。2.增加固體表面積以利于后道工序處理的順增加固體表面積以利于后道工序處理的順利進(jìn)

2、行。利進(jìn)行。3.工程化食品和功能性食品的生產(chǎn)需要。工程化食品和功能性食品的生產(chǎn)需要。一、一、 粉碎理論粉碎理論（一）粉碎物料的粒度與粒度分布（一）粉碎物料的粒度與粒度分布1.粒度粒度：物料顆粒的大小，表征粉碎程度。：物料顆粒的大小，表征粉碎程度。2.球形度球形度：表示顆粒形狀偏離球形的程度，定義為：表示顆粒形狀偏離球形的程度，定義為顆粒實際表面積與同體積球體表面積的比值。顆粒實際表面積與同體積球體表面積的比值。3.粒度分布粒度分布：粒度分布函數(shù)式。：粒度分布函數(shù)式。4.平均粒度平均粒度：算術(shù)平均、幾何平均、調(diào)和平均。：算術(shù)平均、幾何平均、調(diào)和平均。5.粉碎度粉碎度：粉碎前后的粒度比。：粉碎前后

3、的粒度比。（二）粉碎方法與粉碎力（二）粉碎方法與粉碎力1.粉碎力的種類與形式粉碎力的種類與形式n壓碎壓碎n劈碎劈碎n折斷折斷n磨碎磨碎n沖擊沖擊2.物料的力學(xué)性質(zhì)物料的力學(xué)性質(zhì)n硬度：彈性模量硬度：彈性模量n強(qiáng)度：彈性極限應(yīng)力強(qiáng)度：彈性極限應(yīng)力n脆性：塑變區(qū)域長短脆性：塑變區(qū)域長短n韌性：抵抗裂縫擴(kuò)展韌性：抵抗裂縫擴(kuò)展3.物料在粉碎過程中的變化物料在粉碎過程中的變化 通常認(rèn)為物料受到各種不同粉碎力作用后，通常認(rèn)為物料受到各種不同粉碎力作用后，首先要產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變以變形內(nèi)能形式積蓄首先要產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變以變形內(nèi)能形式積蓄物料內(nèi)部。當(dāng)局部積蓄的變形能超過某臨界物料內(nèi)部。當(dāng)局部積蓄的變形能超過某臨界值

4、時，裂解就發(fā)生在脆弱的斷裂線上。值時，裂解就發(fā)生在脆弱的斷裂線上。4.粉碎能耗粉碎能耗積極因素：積極因素：粉碎顆粒、產(chǎn)生新表面。粉碎顆粒、產(chǎn)生新表面。消極因素：消極因素：1.為破碎顆粒的彈性變形；為破碎顆粒的彈性變形；2.物料在粉碎室內(nèi)的來回運(yùn)轉(zhuǎn)；物料在粉碎室內(nèi)的來回運(yùn)轉(zhuǎn)；3.顆粒間的摩擦；顆粒間的摩擦；4.顆粒和磨碎機(jī)之間的摩擦；顆粒和磨碎機(jī)之間的摩擦；5.發(fā)熱；發(fā)熱；6.振動的噪音；振動的噪音；7.傳動機(jī)件和電動機(jī)的無效能耗。傳動機(jī)件和電動機(jī)的無效能耗。（三）物料能耗假說（三）物料能耗假說n粉碎能耗：粉碎機(jī)械傳動中的能耗。粉碎能耗：粉碎機(jī)械傳動中的能耗。n外力做的功消耗外力做的功消耗n已有

5、假說：已有假說：v表面積假說表面積假說v體積假說體積假說v裂縫假說裂縫假說粉碎能耗假說粉碎能耗假說n表面積假說表面積假說（適合微粉碎和超微粉碎）（適合微粉碎和超微粉碎）v粉碎能耗與粉碎后物料的新生表面積成正比粉碎能耗與粉碎后物料的新生表面積成正比n體積假說體積假說（適合于粗中粉碎）（適合于粗中粉碎）v物料粉碎所消耗的能量與顆粒的體積成正比物料粉碎所消耗的能量與顆粒的體積成正比n裂縫假說裂縫假說（適合于兩者之間（適合于兩者之間1-100 mm）v物料粉碎所消耗的能量與顆粒的體積成正比物料粉碎所消耗的能量與顆粒的體積成正比)11()11(6)(1201211211ddKddKSSKSKE211lg

6、ddKE （四）粉碎方法（四）粉碎方法開路粉碎開路粉碎自由粉碎自由粉碎滯塞粉碎滯塞粉碎閉路粉碎閉路粉碎二、二、 粒度的分布與測定粒度的分布與測定n評價粉碎工藝和設(shè)備評價粉碎工藝和設(shè)備性能的重要參數(shù)性能的重要參數(shù)n選擇分級工藝和設(shè)備選擇分級工藝和設(shè)備的依據(jù)的依據(jù)n應(yīng)用考慮的性能指標(biāo)應(yīng)用考慮的性能指標(biāo)1 顆粒群的粒度分布顆粒群的粒度分布n列表法列表法v將測定和分析的結(jié)果精確地羅列出來將測定和分析的結(jié)果精確地羅列出來n圖解法圖解法v結(jié)果繪成顆粒群的粒度組成特性的曲線結(jié)果繪成顆粒群的粒度組成特性的曲線v頻率分布曲線和累計分布曲線頻率分布曲線和累計分布曲線n函數(shù)法函數(shù)法v數(shù)學(xué)法規(guī)納出分布規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式

7、數(shù)學(xué)法規(guī)納出分布規(guī)律的數(shù)學(xué)表達(dá)式粒度分布粒度分布2 粒度測定方法粒度測定方法測定方法n離心沉降n電沉積篩n絲網(wǎng)篩n重力沉降測定方法-續(xù)n離心沉降n庫爾特計數(shù)器n顯微鏡n透過法三、磨介式粉碎三、磨介式粉碎 利用運(yùn)動的研磨介質(zhì)對顆粒狀物料施加利用運(yùn)動的研磨介質(zhì)對顆粒狀物料施加沖擊、研磨、摩擦、剪切等作用使物料粉碎。沖擊、研磨、摩擦、剪切等作用使物料粉碎。v環(huán)磨機(jī)環(huán)磨機(jī)v震動磨震動磨v攪拌磨攪拌磨球磨機(jī)球磨機(jī)n結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：筒體筒體、給料、卸料、傳動裝置、給料、卸料、傳動裝置n粉碎原理：粉碎原理：離心力和重力（沖擊、研磨、摩擦、離心力和重力（沖擊、研磨、摩擦、剪切等作用）剪切等作用）棒磨機(jī)棒磨機(jī)n與球

8、磨機(jī)類似與球磨機(jī)類似n鋼棒代替球形研磨介質(zhì)鋼棒代替球形研磨介質(zhì)攪拌磨攪拌磨n結(jié)構(gòu)及粉碎原理結(jié)構(gòu)及粉碎原理v間歇式、循環(huán)式和連續(xù)式間歇式、循環(huán)式和連續(xù)式四、四、 高速機(jī)械沖擊微粉碎高速機(jī)械沖擊微粉碎n依靠高速旋轉(zhuǎn)的工件撞擊和打擊顆粒，并使其在依靠高速旋轉(zhuǎn)的工件撞擊和打擊顆粒，并使其在轉(zhuǎn)子與定子間、物料顆粒與顆粒間產(chǎn)生高頻度的轉(zhuǎn)子與定子間、物料顆粒與顆粒間產(chǎn)生高頻度的相互強(qiáng)力沖擊、剪切而粉碎。相互強(qiáng)力沖擊、剪切而粉碎。v捶擊式微粉碎捶擊式微粉碎v盤擊式粉碎法盤擊式粉碎法v葉輪式超細(xì)沖擊磨葉輪式超細(xì)沖擊磨n錘擊式錘擊式n盤擊式盤擊式n葉輪葉輪n葉輪式葉輪式五、轉(zhuǎn)輥式粉碎五、轉(zhuǎn)輥式粉碎n轉(zhuǎn)動的輥子與另

9、一相對表面之間摩擦、轉(zhuǎn)動的輥子與另一相對表面之間摩擦、擠壓或剪切等實現(xiàn)。擠壓或剪切等實現(xiàn)。n雷蒙機(jī)主機(jī)n總裝圖 盤式粉碎盤式粉碎n構(gòu)造構(gòu)造n原理：原理：擠壓和剪切擠壓和剪切n工作區(qū)域：工作區(qū)域：喂入?yún)^(qū)喂入?yún)^(qū)接收區(qū)接收區(qū)引入?yún)^(qū)引入?yún)^(qū)研磨區(qū)研磨區(qū)輥式磨粉機(jī)輥式磨粉機(jī)光輥、齒輥光輥、齒輥齒輥：齒輥：齒數(shù)、齒型、斜度和排列齒數(shù)、齒型、斜度和排列第二節(jié)第二節(jié) 篩分篩分 篩分是將顆?；蚍哿Ｍㄟ^一層或數(shù)層帶孔篩分是將顆粒或粉粒通過一層或數(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。別的單元操作。 篩分在食品工業(yè)中的作用篩分在食品工業(yè)中的作用1.原料清理

10、的需要原料清理的需要2.物料分離的需要物料分離的需要3.粉碎物按粒度大小分級的需要粉碎物按粒度大小分級的需要4.工程化食品和功能性食品生產(chǎn)的需要工程化食品和功能性食品生產(chǎn)的需要5.粒度分析的需要粒度分析的需要一、篩分理論一、篩分理論（一）篩分的基本原理與基本概念（一）篩分的基本原理與基本概念1.篩分原理篩分原理基本條件基本條件：（1）被篩物料必須與篩面接觸；）被篩物料必須與篩面接觸；（2）合適的篩孔形狀與大??；）合適的篩孔形狀與大?。唬?）被篩物料與篩面間有合適的相對運(yùn)動。）被篩物料與篩面間有合適的相對運(yùn)動。篩選：篩選：主要依據(jù)物料寬度或厚度的不同進(jìn)行主要依據(jù)物料寬度或厚度的不同進(jìn)行自動分級原

11、理：自動分級原理：大而輕大而輕的物料浮于料層上面，的物料浮于料層上面，小而重小而重的物料沉于料層底部，的物料沉于料層底部，輕而小輕而小和和重而大重而大的物料位于的物料位于料層中間。料層中間。2.篩分效率篩分效率篩分效率是從數(shù)量上評定篩分過程的指標(biāo)。篩分效率是從數(shù)量上評定篩分過程的指標(biāo)。= m /(mw)m篩分物總質(zhì)量篩分物總質(zhì)量m 篩下物總質(zhì)量篩下物總質(zhì)量w 篩分物料中可篩下的物料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)篩分物料中可篩下的物料的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（二）篩孔的種類與排列（二）篩孔的種類與排列1.篩孔的種類篩孔的種類（1）圓形篩孔：）圓形篩孔： 物料寬度物料寬度；（2）長形篩孔：）長形篩孔： 物料厚度物料厚度；（3）三角

12、形篩孔：）三角形篩孔：三角形物料三角形物料；（4）魚鱗型篩孔：）魚鱗型篩孔：進(jìn)風(fēng)和粗糙面使用進(jìn)風(fēng)和粗糙面使用。2.篩孔排列方式及有效篩面面積篩孔排列方式及有效篩面面積排列方式：排列方式：正位排列、錯位排列。正位排列、錯位排列。篩孔面積百分率：篩孔面積百分率：篩面上篩孔總面積占整個篩面面篩面上篩孔總面積占整個篩面面積的百分率。積的百分率。正位排列：正位排列：B1=(r2/h2) 100%錯位排列：錯位排列：B2=1.16(r2/h2) 100%（三）篩面運(yùn)動方式（三）篩面運(yùn)動方式 1n靜止傾斜篩靜止傾斜篩 ：物料靠自重在篩面作直線滑動，小于篩孔：物料靠自重在篩面作直線滑動，小于篩孔的顆粒通過篩孔

13、進(jìn)行分離。這種篩子因物料相對篩面的運(yùn)的顆粒通過篩孔進(jìn)行分離。這種篩子因物料相對篩面的運(yùn)動路程動路程(篩程篩程)較短，篩分效率較低。較短，篩分效率較低。n往復(fù)振動篩面：篩面作往復(fù)直線運(yùn)動，物料沿篩面作往復(fù)往復(fù)振動篩面：篩面作往復(fù)直線運(yùn)動，物料沿篩面作往復(fù)滑動。篩程較長。可用來清除物料中細(xì)小雜物滑動。篩程較長。可用來清除物料中細(xì)小雜物,其篩分效其篩分效率及生產(chǎn)率均較高。率及生產(chǎn)率均較高。n高速振動篩面：篩面在垂直平面內(nèi)作圓形或橢圓形平動，高速振動篩面：篩面在垂直平面內(nèi)作圓形或橢圓形平動，也可以作直線運(yùn)動，物料在篩面上作小的跳動也可以作直線運(yùn)動，物料在篩面上作小的跳動,顆粒不易顆粒不易堵塞篩孔。堵塞篩孔。（三）篩面運(yùn)動方式（三）篩面運(yùn)動方式 2n回轉(zhuǎn)篩面：篩面在水平面內(nèi)作圓運(yùn)動，物料在篩面上作螺回轉(zhuǎn)篩面：篩面在水平面內(nèi)作圓運(yùn)動，物料在篩面上作螺旋線運(yùn)動，篩程最長。篩分效率及生產(chǎn)率均較高。旋線運(yùn)動，篩程最長。篩分效率及生產(chǎn)率均較高。n旋轉(zhuǎn)篩面：篩面呈圓筒形或多角筒形、繞一傾斜軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)篩面：篩面呈圓筒形或多角筒形、繞一傾斜軸旋轉(zhuǎn)，物料在篩筒內(nèi)作翻轉(zhuǎn)運(yùn)動而被篩選。因物料只與部分篩面物料在篩筒內(nèi)作翻轉(zhuǎn)運(yùn)動而被篩選。因