吉林大学食品工程原理第四章

1、 第四章第四章 粉碎与筛分粉碎与筛分第一节第一节 粉碎粉碎粉碎：粉碎：利用机械力的方法克服固体物料内部凝聚力达利用机械力的方法克服固体物料内部凝聚力达到破碎的单元操作。到破碎的单元操作。破碎：破碎：大料快分裂成小料块的操作。大料快分裂成小料块的操作。磨碎：磨碎：将小块物料分裂成细粉的操作。将小块物料分裂成细粉的操作。粉碎可被分为粉碎可被分为粗粉碎粗粉碎、中粉碎中粉碎、微粉碎微粉碎和和超微粉碎超微粉碎。粉碎操作在食品工业中的作用粉碎操作在食品工业中的作用1.适应某些食品消费和生产的需要。适应某些食品消费和生产的需要。2.增加固体表面积以利于后道工序处理的顺增加固体表面积以利于后道工序处理的顺利进

2、行。利进行。3.工程化食品和功能性食品的生产需要。工程化食品和功能性食品的生产需要。一、一、 粉碎理论粉碎理论（一）粉碎物料的粒度与粒度分布（一）粉碎物料的粒度与粒度分布1.粒度粒度：物料颗粒的大小，表征粉碎程度。：物料颗粒的大小，表征粉碎程度。2.球形度球形度：表示颗粒形状偏离球形的程度，定义为：表示颗粒形状偏离球形的程度，定义为颗粒实际表面积与同体积球体表面积的比值。颗粒实际表面积与同体积球体表面积的比值。3.粒度分布粒度分布：粒度分布函数式。：粒度分布函数式。4.平均粒度平均粒度：算术平均、几何平均、调和平均。：算术平均、几何平均、调和平均。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）粉碎方法与粉碎力（二）粉碎方法与粉碎力1.粉碎力的种类与形式粉碎力的种类与形式n压碎压碎n劈碎劈碎n折断折断n磨碎磨碎n冲击冲击2.物料的力学性质物料的力学性质n硬度：弹性模量硬度：弹性模量n强度：弹性极限应力强度：弹性极限应力n脆性：塑变区域长短脆性：塑变区域长短n韧性：抵抗裂缝扩展韧性：抵抗裂缝扩展3.物料在粉碎过程中的变化物料在粉碎过程中的变化 通常认为物料受到各种不同粉碎力作用后，通常认为物料受到各种不同粉碎力作用后，首先要产生相应的应变以变形内能形式积蓄首先要产生相应的应变以变形内能形式积蓄物料内部。当局部积蓄的变形能超过某临界物料内部。当局部积蓄的变形能超过某临界值

4、时，裂解就发生在脆弱的断裂线上。值时，裂解就发生在脆弱的断裂线上。4.粉碎能耗粉碎能耗积极因素：积极因素：粉碎颗粒、产生新表面。粉碎颗粒、产生新表面。消极因素：消极因素：1.为破碎颗粒的弹性变形；为破碎颗粒的弹性变形；2.物料在粉碎室内的来回运转；物料在粉碎室内的来回运转；3.颗粒间的摩擦；颗粒间的摩擦；4.颗粒和磨碎机之间的摩擦；颗粒和磨碎机之间的摩擦；5.发热；发热；6.振动的噪音；振动的噪音；7.传动机件和电动机的无效能耗。传动机件和电动机的无效能耗。（三）物料能耗假说（三）物料能耗假说n粉碎能耗：粉碎机械传动中的能耗。粉碎能耗：粉碎机械传动中的能耗。n外力做的功消耗外力做的功消耗n已有

5、假说：已有假说：v表面积假说表面积假说v体积假说体积假说v裂缝假说裂缝假说粉碎能耗假说粉碎能耗假说n表面积假说表面积假说（适合微粉碎和超微粉碎）（适合微粉碎和超微粉碎）v粉碎能耗与粉碎后物料的新生表面积成正比粉碎能耗与粉碎后物料的新生表面积成正比n体积假说体积假说（适合于粗中粉碎）（适合于粗中粉碎）v物料粉碎所消耗的能量与颗粒的体积成正比物料粉碎所消耗的能量与颗粒的体积成正比n裂缝假说裂缝假说（适合于两者之间（适合于两者之间1-100 mm）v物料粉碎所消耗的能量与颗粒的体积成正比物料粉碎所消耗的能量与颗粒的体积成正比)11()11(6)(1201211211ddKddKSSKSKE211lg

6、ddKE （四）粉碎方法（四）粉碎方法开路粉碎开路粉碎自由粉碎自由粉碎滞塞粉碎滞塞粉碎闭路粉碎闭路粉碎二、二、 粒度的分布与测定粒度的分布与测定n评价粉碎工艺和设备评价粉碎工艺和设备性能的重要参数性能的重要参数n选择分级工艺和设备选择分级工艺和设备的依据的依据n应用考虑的性能指标应用考虑的性能指标1 颗粒群的粒度分布颗粒群的粒度分布n列表法列表法v将测定和分析的结果精确地罗列出来将测定和分析的结果精确地罗列出来n图解法图解法v结果绘成颗粒群的粒度组成特性的曲线结果绘成颗粒群的粒度组成特性的曲线v频率分布曲线和累计分布曲线频率分布曲线和累计分布曲线n函数法函数法v数学法规纳出分布规律的数学表达式

7、数学法规纳出分布规律的数学表达式粒度分布粒度分布2 粒度测定方法粒度测定方法测定方法n离心沉降n电沉积筛n丝网筛n重力沉降测定方法-续n离心沉降n库尔特计数器n显微镜n透过法三、磨介式粉碎三、磨介式粉碎 利用运动的研磨介质对颗粒状物料施加利用运动的研磨介质对颗粒状物料施加冲击、研磨、摩擦、剪切等作用使物料粉碎。冲击、研磨、摩擦、剪切等作用使物料粉碎。v环磨机环磨机v震动磨震动磨v搅拌磨搅拌磨球磨机球磨机n结构：结构：筒体筒体、给料、卸料、传动装置、给料、卸料、传动装置n粉碎原理：粉碎原理：离心力和重力（冲击、研磨、摩擦、离心力和重力（冲击、研磨、摩擦、剪切等作用）剪切等作用）棒磨机棒磨机n与球

8、磨机类似与球磨机类似n钢棒代替球形研磨介质钢棒代替球形研磨介质搅拌磨搅拌磨n结构及粉碎原理结构及粉碎原理v间歇式、循环式和连续式间歇式、循环式和连续式四、四、 高速机械冲击微粉碎高速机械冲击微粉碎n依靠高速旋转的工件撞击和打击颗粒，并使其在依靠高速旋转的工件撞击和打击颗粒，并使其在转子与定子间、物料颗粒与颗粒间产生高频度的转子与定子间、物料颗粒与颗粒间产生高频度的相互强力冲击、剪切而粉碎。相互强力冲击、剪切而粉碎。v捶击式微粉碎捶击式微粉碎v盘击式粉碎法盘击式粉碎法v叶轮式超细冲击磨叶轮式超细冲击磨n锤击式锤击式n盘击式盘击式n叶轮叶轮n叶轮式叶轮式五、转辊式粉碎五、转辊式粉碎n转动的辊子与另

9、一相对表面之间摩擦、转动的辊子与另一相对表面之间摩擦、挤压或剪切等实现。挤压或剪切等实现。n雷蒙机主机n总装图 盘式粉碎盘式粉碎n构造构造n原理：原理：挤压和剪切挤压和剪切n工作区域：工作区域：喂入区喂入区接收区接收区引入区引入区研磨区研磨区辊式磨粉机辊式磨粉机光辊、齿辊光辊、齿辊齿辊：齿辊：齿数、齿型、斜度和排列齿数、齿型、斜度和排列第二节第二节 筛分筛分 筛分是将颗粒或粉粒通过一层或数层带孔筛分是将颗粒或粉粒通过一层或数层带孔的筛面，使物料按宽度或厚度分成若干粒度级的筛面，使物料按宽度或厚度分成若干粒度级别的单元操作。别的单元操作。 筛分在食品工业中的作用筛分在食品工业中的作用1.原料清理

10、的需要原料清理的需要2.物料分离的需要物料分离的需要3.粉碎物按粒度大小分级的需要粉碎物按粒度大小分级的需要4.工程化食品和功能性食品生产的需要工程化食品和功能性食品生产的需要5.粒度分析的需要粒度分析的需要一、筛分理论一、筛分理论（一）筛分的基本原理与基本概念（一）筛分的基本原理与基本概念1.筛分原理筛分原理基本条件基本条件：（1）被筛物料必须与筛面接触；）被筛物料必须与筛面接触；（2）合适的筛孔形状与大小；）合适的筛孔形状与大小；（3）被筛物料与筛面间有合适的相对运动。）被筛物料与筛面间有合适的相对运动。筛选：筛选：主要依据物料宽度或厚度的不同进行主要依据物料宽度或厚度的不同进行自动分级原

11、理：自动分级原理：大而轻大而轻的物料浮于料层上面，的物料浮于料层上面，小而重小而重的物料沉于料层底部，的物料沉于料层底部，轻而小轻而小和和重而大重而大的物料位于的物料位于料层中间。料层中间。2.筛分效率筛分效率筛分效率是从数量上评定筛分过程的指标。筛分效率是从数量上评定筛分过程的指标。= m /(mw)m筛分物总质量筛分物总质量m 筛下物总质量筛下物总质量w 筛分物料中可筛下的物料的质量分数筛分物料中可筛下的物料的质量分数（二）筛孔的种类与排列（二）筛孔的种类与排列1.筛孔的种类筛孔的种类（1）圆形筛孔：）圆形筛孔： 物料宽度物料宽度；（2）长形筛孔：）长形筛孔： 物料厚度物料厚度；（3）三角

12、形筛孔：）三角形筛孔：三角形物料三角形物料；（4）鱼鳞型筛孔：）鱼鳞型筛孔：进风和粗糙面使用进风和粗糙面使用。2.筛孔排列方式及有效筛面面积筛孔排列方式及有效筛面面积排列方式：排列方式：正位排列、错位排列。正位排列、错位排列。筛孔面积百分率：筛孔面积百分率：筛面上筛孔总面积占整个筛面面筛面上筛孔总面积占整个筛面面积的百分率。积的百分率。正位排列：正位排列：B1=(r2/h2) 100%错位排列：错位排列：B2=1.16(r2/h2) 100%（三）筛面运动方式（三）筛面运动方式 1n静止倾斜筛静止倾斜筛 ：物料靠自重在筛面作直线滑动，小于筛孔：物料靠自重在筛面作直线滑动，小于筛孔的颗粒通过筛孔

13、进行分离。这种筛子因物料相对筛面的运的颗粒通过筛孔进行分离。这种筛子因物料相对筛面的运动路程动路程(筛程筛程)较短，筛分效率较低。较短，筛分效率较低。n往复振动筛面：筛面作往复直线运动，物料沿筛面作往复往复振动筛面：筛面作往复直线运动，物料沿筛面作往复滑动。筛程较长。可用来清除物料中细小杂物滑动。筛程较长。可用来清除物料中细小杂物,其筛分效其筛分效率及生产率均较高。率及生产率均较高。n高速振动筛面：筛面在垂直平面内作圆形或椭圆形平动，高速振动筛面：筛面在垂直平面内作圆形或椭圆形平动，也可以作直线运动，物料在筛面上作小的跳动也可以作直线运动，物料在筛面上作小的跳动,颗粒不易颗粒不易堵塞筛孔。堵塞筛孔。（三）筛面运动方式（三）筛面运动方式 2n回转筛面：筛面在水平面内作圆运动，物料在筛面上作螺回转筛面：筛面在水平面内作圆运动，物料在筛面上作螺旋线运动，筛程最长。筛分效率及生产率均较高。旋线运动，筛程最长。筛分效率及生产率均较高。n旋转筛面：筛面呈圆筒形或多角筒形、绕一倾斜轴旋转，旋转筛面：筛面呈圆筒形或多角筒形、绕一倾斜轴旋转，物料在筛筒内作翻转运动而被筛选。因物料只与部分筛面物料在筛筒内作翻转运动而被筛选。因