固体物料处理设备

第一节生物反应原料的处理和培养基的制备设备

生物加工原料在很多情况下往往会混入沙土、石子甚至金属等杂物。进行生产前，必须先将原料中混杂的杂物除去。所以在生产前，原料的除杂、筛选与分级处理是十分必要的。一、原料预处理设备另外，有些原料还需要粉碎，粉碎的目的在于初步破坏原料结构，以便提高原料的利用率，同时也可加快物料蒸煮、液化、糖化、发酵的反应速度。用于除杂的设备为筛选机，常用的是振动筛和转筒筛，其中振动筛结构较为简单，使用方便。用于原料粉碎的设备除盘磨机外，还有锤式粉碎机和辊式粉碎机。盘磨机广泛用于磨碎大米、玉米、豆类等物料，而锤式粉碎机应用于薯干等脆性原料的中碎和细碎作用，辊式粉碎机主要用于粒状物料的中碎和细碎（一）筛选除杂设备（二）粉碎设备（一）筛选除杂设备

工厂里以初级粮食为原料的生产中，都需要对原料进行筛选和除杂处理。原因：这些原料在收获、贮藏和运输中会混入各种夹杂物。

这些杂物大体上可分为三大类：纤维性较长的物质；颗粒状的物质；铁磁性物质。影响：这些杂物会减低原料出品率，降低成品质量，而且将会对机器造成损害。1、筛选2、谷物原料粗选设备3、大麦的精选及分级设备1、筛选筛选是谷物等生物质原料清理除杂最常用的方法。筛选：根据物料粒度（厚度、宽度）或形状的不同，利用一层或数层静止的或运动的筛面对物料进行分选的方法。筛选的任务：去杂和分级根据物料粒度大小进行筛选，须配备适当的筛孔，使物料与筛面充分接触，并且具有适当的相对运动速度。（1）筛面（2）筛面的运动形式（3）筛选设备工艺效果的评定（1）

筛面①筛面的种类和筛孔的形状筛面是筛选设备的主要工作部件。常用筛面有冲孔筛板和编织筛网两种。冲孔筛板是在薄钢板上冲压出排列有规律的（正方形排列、正三角形排列、长方形排列等，以三角形排列最好）、有相同形状和大小的筛孔而成。冲孔筛板

常用筛孔形状有圆形、矩形两种。

筛孔大小，均以筛孔的实际尺寸表示。例如φ6mm、1.5×20mm

冲孔筛板的厚度与筛孔大小有关。常用厚度为0.5～2mm。

编织筛网由镀锌钢丝或低碳钢丝编织而成，形状有方形、长方形和菱形三种。筛面用钢丝直径约0.3～0.7mm。优点：有效筛理面积百分率较大；筛析时物料易于穿过，可减少堵塞现象。缺点：金属丝易于移动，筛孔容易变形，而且筛面的牢固性较差。（2）筛面的运动形式静止倾斜筛面往复振动筛面高速振动筛回转平面筛旋转筛面（曲筛）静止倾斜筛面筛面静止倾斜，物料靠自重做直线运动。筛程较短，筛分效率较低，生产率也不高，但结构简单，无需动力。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，其筛分效率及生产率均较高。

振动筛主要是利用作往复运动的筛面，使物料在筛面上产生相对运动，物料层形成自动分级。要使振动筛达到良好的筛理效果，则筛面的运动速度必须选择适当，使筛理物料只能沿筛面的上下滑动，而不得跳离筛面，以保证物料与筛面的接触机会。高速振动筛（垂直圆振动筛面）

筛面在垂直平面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，颗粒不易堵塞筛孔，也不会产生自动分级，因此适合处理“难筛粒”较多的物料。回转筛面筛面在水平面内作回转运动，物料作螺旋线运动，筛程最长，自动分级效果明显，筛分效率高，需要采用较大的筛面，通常为多层结构，适合流动性差、自动分层困难的物料的筛分，如细粉。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接触，因而筛分效率较低，适用于物料的初清理。（3）筛选设备工艺效果的评定筛选设备工艺效果的评定指标，主要是物料清理前后的含杂情况、除杂效率和下脚含粮百分率等。振动筛清除大小杂质的效率均应不低于65％，清除轻杂质的效率不低于70％，清理出的杂质中，正常完整麦粒的含量不应超过1％。（二）谷物原料粗选设备啤酒厂的主要原料大麦是生产中筛选较严格的一种。大麦的预处理过程主要是清选和分级，一般分两个阶段进行。第一阶段为原大麦入厂后先进行粗选，然后入库贮藏。第二阶段是在浸渍生芽前进行精选和分级。1．大麦粗选机

2.磁力除铁器

粗选1．大麦粗选机

大麦的粗选主要是筛选和风选。筛选是利用大麦和杂质体积大小的不同而达到清理的目的。风选是利用大麦与杂质的相对密度及流体力学特性的不同而进行分离。

大麦粗选机是带有风力除尘的振动筛，筛面倾斜做前后往复运动，称平摇倾斜筛。大麦粗选机

SZ型振动筛系定型设备，采用全金属结构其主要部分有：进料机构、

筛体、

筛面清理机构、吸风除尘机构、振动机构等。

（1）结构进料机构由进料斗和流量控制装置组成。SZ型振动筛的流量控制装置是采用压力门进行匀料和控制流量。这种调节装置的特点是结构较简单，操作方便。筛体

定型的振动筛，是将筛面固定在筛格上，做成抽屉式，这种装置方法能方便地更换筛面。筛体内一般装有三层筛面。分别具有一定的倾斜度，使物料在筛面上加速流动而不致堵塞。

第一层是接料筛，筛孔最大，筛孔为φ12～16mm的圆形孔或（5.5×20）mm的矩形孔，筛面较短，长550mm，采用反向倾斜，斜度6°；第二层是进一步清理中杂质的分级筛，筛孔比麦粒稍大，筛孔为（3.5×20）mm或（7×20）mm的矩形，筛面长1433mm，正向倾斜，斜度10°；第三层是清除小杂质的精选筛，筛孔最小，筛孔为φ2mm的圆孔或（2.0×20）mm的矩形孔，筛面较长，达1515mm，正向倾斜，斜度12°。

筛面清理机构

在底层筛面下须装橡皮球清理机构。

吸风除尘机构

吸风除尘机构由进出口两个吸风道，沉降室和通风机三个部分组成。吸风除尘机构的吸尘效果的好坏，主要取决于吸风道的风速，风速可由调节风门进行调节。沉降室容积增大，气流速度降低至2m/s左右，轻杂质即可慢慢沉降，压开活瓣，落到集杂槽排出。通风机出口应连接除尘器，对气流中尚未沉降的灰尘作进一步净化处理。（1）曲柄连杆（2）自振器（3）振动电机2.磁力除铁器

谷物除铁的目的是将夹杂在谷物中的金属杂物除去。谷物除铁多采用磁选。麦芽厂所用磁钢大多数为永久磁钢。磁选设备按结构形式的不同分为一般的磁钢装置（固定形磁钢装置）及永磁滚筒两种。固定形磁钢装置（平板式磁分离器）将永久磁钢根据需要的数量组合起来，可分散装置在谷粒经过的加料斜槽或在加工设备之前集中装置。为防止同极相斥，在两磁极之间应该用薄木片或纸板衬隔。成排的磁钢两端用夹板和螺丝固定在机体的上部或底部。平板式磁铁分离器由若干块磁铁排成一排，镶在木槽中，磁极露在物料通过的倾斜平面上。

若磁钢装在物料层的上部，则磁极面与斜槽的距离，对大麦物料不宜超过20mm；物料应摊成均匀的薄层流过磁极面，大麦物料通过的厚度不宜超过12mm。若磁钢安装在料层底部时，在磁极面的下方应开设一条积存杂质的凹槽。此种装置比较简单，但除杂质效果较差，必须定时对磁极面进行人工清理。（2）永磁滚筒（旋转式磁分离器）由转动的外筒和其中固定不动的磁铁芯两部分组成。

永磁滚筒由上机体，磁铁滚筒，下机体，蜗轮减速器及电动机等部分组成。磁铁芯子固定在中心轴上，用永久磁钢、铁隔板及铝质鼓轮组成的170°的半圆形芯子。CXY－25型永磁滚筒中选用的锶钙铁氧体的性能优于一般马蹄形镍钴磁钢。

磁钢的排列

CXY－25型永磁滚筒的结构1.上机体2.磁铁滚筒3.下机体4.蜗轮减速器5.电动机6.铁隔板7.拨齿8.观察窗9.大麦出口10.盛铁盒永磁滚筒（三）大麦的精选及分级设备

大麦在除铁和粗选后，还需要进行精选和分级。精选：按籽粒长度和形状不同进行分选的方法叫做精选。精选一般是在筛选之后进行的较为精确的分选。

大麦在发芽之前进行精选，主要目的是要除去一些圆形杂粒（荞麦），特别是断裂的半粒大麦（伤麦）和草籽。1．大麦精选机精选是利用杂粒与大麦长度不同的特点进行分离。常用的精选机有袋孔（或称窝眼）精选机和螺旋精选器。窝眼精选机又分为碟片精选机和滚筒精选机（1）碟片式精选机工作原理碟片式精选机的主要构件是一组同轴安装的圆环形铸铁碟片，碟片的两侧工作面制成许多特殊形状的袋孔。

结构

主要由机壳、装有碟片的轴和螺旋输送机（绞龙）等组成。

碟片上袋孔的大小、形状，可根据籽粒长度的粒度曲线来确定。碟片精选机的优点是工作面积大，转速高，产量比滚筒精选机大；而且各种不同的袋孔可用于同一机器中；碟片损坏可以更换。缺点是碟片上的袋孔容易磨损。碟片精选机（2）滚筒精选机滚筒精选机是另一种利用袋孔（窝眼）来分离杂质的机器。滚筒精选机的主要工作构件是一个内表面开有袋孔的旋转圆筒。

滚筒的工作情况1.滚筒2.袋孔3.绞龙

4.收集槽

根据滚筒转速差别分为快速滚筒精选机和慢速滚筒精选机。按其作用有荞子滚筒、大麦滚筒和分级滚筒之分。滚筒精选机的特点是它分离出来的杂粒中含大麦较少；其主要缺点是袋孔的利用系数低，产量也较低，且工作面磨损后不能修复。滚筒精选机（3）螺旋球度精选器（抛车）多用于从长颗粒中分离出球形颗粒2．大麦的分级设备大麦的分级是要把腹径大小不同的麦粒分开。大麦的分级设备有两种类型：圆筒分级筛平板分级筛

圆筒分级筛

根据大麦分级的要求，在圆筒筛上布置不同孔径的筛面。一般安排矩形孔25mm×2.5mm和25mm×2.2mm两种筛面，可以将大麦分成三级，即大麦腹径为2.5mm以上，2.2mm~2.5mm和2.2mm以下3种。有时根据具体情况可以多增加一种筛板，将大麦分成四级。

特点优点：设备简单。缺点：筛面利用率小，仅为整个筛面的1/5。

此外还有大麦精选分级联合机（大麦分选机），适用于生产规模不大的制麦芽车间。对于大规模的麦芽车间应以粗选、精选和分级设备各成体系为好，这样能保证较高的工作质量，分工较细，有利于管理。二、粉碎机械与设备许多生物工程的工厂里，原料需要进行粉碎。粉碎目的：加快物料蒸煮、液化、糖化、发酵的反应速度。原料粉碎可分为湿式粉碎和干式粉碎两类。豆饼粉碎是为润水、蒸熟创造条件的重要工序。豆饼颗粒过大，不容易吸足水分，因而不能蒸熟。同时在制曲过程中，影响茵丝的深入繁殖，减少了曲霉繁殖的总面积，相应地减少了酶的分泌量。因此需将豆饼轧碎，并通过筛孔直径为9mm的筛子。湿式粉碎

将水和原料一起加入粉碎机中，从粉碎机出来时即成粉浆。优点：无原粉粉末飞扬，车间卫生好。缺点：粉浆必须随产随用，不宜贮藏，且耗电量较多。干式粉碎

将干物料送入粉碎机中。粉碎机包在机壳之内，有一定的粉尘涌出来。干式粉碎时必须配备除尘通风设备。

（一）物料粉碎的力学分析（二）粉碎机械（一）物料粉碎的力学分析挤压破碎冲击破碎研磨粉碎剪切破碎劈裂粉碎弯曲折断

物料在两个工作构件之间受到缓慢增长的压力作用而被粉碎。

应用：脆性物料；若物料具韧、塑性，经挤压可得到片状产品，麦片等。

1、挤压

2、冲击物料在瞬间受到的外来的冲击力而被粉碎。应用：多数物料都可用。3、研磨物料在两个相对滑动的粗糙工作表面之间受到摩擦、剪切等作用而被磨削成细粒。应用：小块物料或韧性物料。4、剪切物料受到相对运动的两个构件端面的作用而被切断。应用：韧性物料，一般果蔬、肉类的分切。5、劈裂破碎利用尖棱楔入物料而使物料内部产生拉应力，当其值大过物料的抗拉强度极限时，物料破裂。应用：脆性物料。6、弯曲折断物料在两个工作构件间承受弯曲应力而被折断。应用：硬、脆度大的块状或条状物料，如豆饼、玉米穗等。

粉碎方法是根据物料的物理特性、料块的大小和所要求的细化程度来选择的。对于坚硬物料，应采用挤压、折断和劈裂；对于脆性物料，应采用冲击和劈裂；料块较大时，应采用劈裂和折断；料块较小或排料粒度要求很小时，则应采用冲击和研磨。粉碎方法如果选择不当，就会出现粉碎困难或过度粉碎现象，两者都会增大粉碎过程中的能量消耗。

物料在粉碎时，无论是哪一种作用力在起作用，都需稍超过物料的破碎强度，物料才能被破碎。各种粉碎机所产生的粉碎作用力不是单纯的一种力，而往往是几种力的组合。但对于特定的粉碎设备，可以是以一种作用力为主要的粉碎作用力。（二）粉碎机械1、锤式粉碎机2、辊式粉碎机3．砂轮磨4、胶体磨1、锤式粉碎机锤式粉碎机是利用高速旋转的锤片对物料施加强烈的作用而将物料粉碎的机器。主要是撞击粉碎，同时还存在摩擦和剪切，所以既适用脆性物料，也适用于韧性物料，故也叫万能粉碎机。应用：食品原料和中间产品的粉碎，如玉米、小麦、谷类、食盐、糖等。锤式破碎机（1）锤式粉碎机的特点锤式粉碎机的作用力主要为冲击力。锤式粉碎机的主要构件是锤刀和筛板。锤式粉碎机的优点是构造简单、紧凑、物料适应性强，粉碎度大，生产能力高，运转可靠。缺点是机械磨损比较大。（2）系统组成及工作原理锤式粉碎机一般由供料装置、机壳、转子（方形或圆形辐板、转轴及锤片共同构成转子）、齿板、筛片（板）、排料装置以及控制系统等部分组成。锤片粉碎机工作原理主要由两方面构成：①物料受锤片冲击作用；②锤片与物料、筛板和物料及物料间的相互摩擦作用。工作过程工作时，物料由进料口进入粉碎室，受到高速旋转的锤片的打击而粉碎，颗粒以较高的速度飞向齿板，撞击进一步粉碎，随后弹回再次受到锤片的撞击作用。同时，物料也受到摩擦，剪切作用。粉碎到一定程度时，小于筛板的颗粒被排出粉碎室，大颗粒继续粉碎。被排出的小颗粒在风机产生的负压的吸力下进入沉降设备。同时，由风机造成的负压也可以避免进料口和轴与侧壁等处粉尘的外溢，避免工作环境污染。（3）锤式粉碎机的主要部件供料装置机壳锤片齿板筛片（板）排料装置a、螺旋供料器可调节供料量，使供料均匀、连续、可靠。1、供料装置b、电磁振动供料器驱动功率小、振幅瞬时可达到稳定值，同时还可进行无级调速．实现自控供料。其缺点是工作时噪声较大。c、自动控制给料器

意大利贝尔加(Berga)公司的AB型自动控制给料器2、机壳粉碎机机壳的作用是保证物料顺利喂入粉碎室，防止物料反料和架空；同时将被粉碎物料归集，使之顺利排出。锤片粉碎机上机壳进口位置基本上有4种：

3、锤片（1）锤片的形状和尺寸矩形带角矩形斧形

常用的锤刀有矩形、带角矩形和斧形，用高碳钢或锰钢制成。锤刀头部的打击面磨损很快。由于磨损，锤刀逐渐变短，故需要经常更换。锤刀片应严格准确对称安装，保证主轴具有动平衡性能，避免产生附加惯性力损伤机器和出现其他意外。

锤刀的型式尺寸决定于物料的尺寸和性质。锤刀重量对粉碎效果和功率消耗有很大影响。

锤刀末端的圆周速度一般设计为25～55m/s，速度愈高，冲击力越大，产品粒度就越小。锤式粉碎机转子的转速一般为2800～3200r/min。锤片的磨损与更换图3-15两种锤片的磨损情况A．表面硬化处理锤片B．普通锤片a.完全磨损b.部分磨损c.新锤片4、齿板及筛片齿板的作用是阻碍环流层的运动，降低物料在粉碎室内的运动速度，增强对物料碰撞、搓擦磨擦的作用。（1）齿板（2）筛片筛片是控制粉碎产品粒度的主要部件，也是锤片粉碎机主要的易损件之一。①筛片分类圆柱形筛、圆锥孔筛和鱼鳞筛等。圆柱形冲孔筛结构简单、制造方便，因而应用最广。②筛片包角包角愈大，粉碎效率愈高。目前粉碎机筛片包角有180°、270°、300°、360°等多种。（3）锤筛间隙指转子运转时锤片顶端到筛片内表面的距离，是影响粉碎效率的重要因素之一。锤筛间隙过大，外层粗粒受锤片打击机会减少．内层小粒受到重复打击，恶化产品质量，增加电耗；锤筛间隙过小，使环流层速度增大，不仅降低锤片对物料的打击力，而且还使物料粉碎后不易通过筛孔，电耗增加、效率降低，锤片磨损加快。各种物料的最佳锤筛间隙△R应通过试验求得；国外资料介绍，粉碎谷物△R＝8mm，粉碎纤维物料△R＝14mm。我国设计粉碎机系列的正交试验结果推荐谷物△R＝4～8mm，通用型△R＝12mm。5、排料装置①自重落料自重落料的方式结构简单、造价低廉。多用小型单机。②气力输送（负压吸送）出料气力输送可降低物料的温度和水分利于贮存；提高筛片的筛落能力；但其缺点是气力输送功耗大、设备昂贵。③机械（加吸风）出料螺旋输送机或刮板输送机加负压吸风的出料装置(4)锤式粉碎机的使用与维护1、锤式粉碎机工作时，应先启动机器，再投入物料。切忌在满负荷时启动。

2、进入锤式粉碎机的物料，应通过电磁离析器去除金属杂质，以免损坏机件。

3、要根据产品的粒度选择筛板，筛板与锤片之间的间隙要根据物料的性质加以调整。

4、筛板和锤片工作时会因强大冲击力及磨损而损坏，要注意使用，经常检查，随时更换。

5、锤式粉碎机对湿度大的物料粉碎效果较差，故进入机器的物料湿度不要大于15%。

6、停机前，应先停料，待机内物料基本排空后再停机。2．辊式粉碎机（对辊粉碎机）辊式粉碎机广泛用于颗粒状物料的中碎和细碎作业中。优点是结构简单、维修容易、调节方便，产品过粉碎少。缺点是粉碎比小，生产能力小，辊子磨损不匀。常用的辊式粉碎机有两辊式、四辊式、五辊式和六辊式等。（1）辊式粉碎机的构造原理两辊式粉碎机是由2个直径相同的钢辊相向转动，把放在钢辊间的物料夹住啮入两辊之间，物料受到挤压力而被压碎。辊筒表面有光面