固体物料分选机械概述

第二章固体物料分选机械

第一节概述

固体物料包括：粉体-颗粒细小(如面粉)

散粒体-(如小麦)

单体-尺寸较大(如果实)分选是指以选别和分级为目的的分离操作。选别是将不合格个体及异杂物从食品物料中剔除的操作。分级一般指按照品质指标将食品物料分离成不同等级的操作。

第一页，共五十八页。分选目的：保证产品的规格和质量指标；降低加工过程中原料的损耗率，提高原料利用率；降低产品的成本；提高劳动生产率，并有利于生产的连续化和自动化。分选机械：一般是利用物料的物理性状进行分选（如尺寸、质量、形状、密度、外表颜色以及内在品质等）。分选机械的性能指标：①粗粒回收率ηc：（筛上成分回收率、筛上效率）设由粗粒A和细粒B组成的二元物料体系，按照粒子的实际大小分成Aˊ和Bˊ两组。则：第二页，共五十八页。②细粒回收率ηf：（筛下成分回收率、筛下效率）③细粒残留率ηr：④产品中的成分含有率q：⑤部分回收率ηp：若在粒径dp处的混合物质量为ma，其中的粗粒质量为mb通常将ηp=50％时的粒径称为50％粒径，以dp50表示，并将它作为分选机的实际分级点。

ηr=1－ηf第三页，共五十八页。第二节散粒体物料分选机械一、气流分选机械气流分选法是指根据物料颗粒的空气动力学特性进行物料分选的方法。物料的空气动力特性常常用悬浮速度表示。悬浮速度：即气流速度va=颗粒沉降速度vt

时的气流速度。物料悬浮速度愈小其获得气流方向加速度的能力愈强。因此，可以利用物料与杂质悬浮速度的不同进行分选。第四页，共五十八页。1、垂直气流清选机

用途：用于谷物与轻杂物的清选分离。

也可进行谷物大小颗粒的分级。

原理：当P>G时,物料向上运动;当P<G时,物料向下运动;当P=G时,物料在气流中既不上升也不下降,而呈悬浮状态,那么这时的气流速度V为该物料的悬浮速度。控制气流速度大于轻杂质的悬浮速度，而小于谷粒的悬浮速度。因轻杂的悬浮速度小于气流速度而上升，饱满谷粒则因悬浮速度大于气流速度而下降，则可将二者分离。

第五页，共五十八页。2、水平气流分选机用途：适合较粗颗粒(≥200μm)的分级，不适于具有凝聚性的微粉的分级。原理：工作气流沿水平方向流动，颗粒在气流和自身重力的共同作用下因着陆位置的不同而完成分选。当物料在水平气流作用下降落时，大的颗粒获得气流方向加速度的能力小，落在近处，小的颗粒被吹到远处，而更为细小的颗粒则随气流进入后续分离器(如布袋除尘器、旋风分离器)被分离收集。

第六页，共五十八页。二、筛选机械1．筛分原理及筛面筛分机械是根据颗粒的几何形状及粒度，利用带孔筛面对物料进行分选，具有除杂、分级两个功能。用途：一般适用于散粒体。（1）筛面结构用于筛分操作的筛面，按其构造不同分为三种：栅筛、冲孔筛、编织筛。栅筛

栅筛结构简单，通常用于物料的去杂粗筛。

第七页，共五十八页。冲孔筛冲孔筛是由薄钢板冲孔而成，其规格直接用孔径标出。

孔的形状有圆形、长圆形和方形等几种。筛孔最好是上小下大，稍呈锥形，这样可以减少堵塞。

筛孔多采用交错排列，以提高筛分效率。

冲孔筛优点：孔眼固定不变，分级准确，强度好，使用期限长。第八页，共五十八页。编织筛编织筛又称筛网，它是由筛丝编织而成的，通常为正方形筛孔，其规格一般用网目(即单位长度筛面上的筛孔数量)来表示，网目数字越大，筛孔越小。特点：

简单易造，开孔率高；但网丝易滑动，引起筛孔变形，影响筛分的准确性。第九页，共五十八页。物料一般由长、宽、厚三维尺寸组成，一般是长＞宽＞厚。长方形筛孔按谷粒厚度不同分离

筛孔只限制谷粒的厚度，而谷粒的长度和宽度不受限制，谷粒不需要竖立起来即可通过筛孔，这样，筛面只需作水平振动即可。应用长方形筛孔时，筛孔长边应于物料运动方向也即筛面振动方向相同。在实际应用中，多用长方形筛孔分离厚度与谷粒厚度相差较大的杂质，或按厚度不同对谷粒进行分级。筛孔长度一般为谷粒长度的2—3倍。筛孔过长，筛面强度和刚度将被削弱。第十页，共五十八页。圆形筛孔按谷粒宽度不同进行分离

圆形筛孔只限制谷粒的宽度，而对长度和厚度没有限制。筛分时，谷粒必须竖立起来才能穿过筛面。但是，当谷粒的长度大于筛孔直径的两倍以上时，尽管谷粒的宽度小于筛孔的直径，谷粒也不能穿过筛面，而只能在筛面上水平运动。这是因为谷粒的重心没有在筛孔圆内，谷粒不能竖立起来。在生产中，多用圆形筛孔分离比谷粒宽度大和比谷粒长得多的大杂质；以及比谷粒宽度小的小杂质；或按谷粒的宽度进行分级。第十一页，共五十八页。(2)筛面运动形式

(a)静止倾斜筛面：物料靠自重在筛面作直线滑动，小于筛孔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（筛程）较短，筛分效率较低。(b)往复振动筛面：筛面作往复直线运动，振动频率较低、振幅大，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。第十二页，共五十八页。(c)高速振动筛面：筛面在铅垂面内作圆形、椭圆形或往复直线运动，振动频率高而振幅小，物料在筛面上作微小跳动，不易堵塞筛孔，适用于流动性较差的细颗粒或非球形多面体物料。(d)平面回转筛面：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。通常为多层结构，适用于流动性差、自动分层困难的物料，如细粉、谷糙等。第十三页，共五十八页。(e)滚动旋转筛面：筛面呈圆筒形或多角筒形，倾斜布置，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。

第十四页，共五十八页。2．典型筛选机械（1）振动筛物料在筛面上往复直线滑动的筛分设备叫振动筛(往复振动筛)

工作原理：振动筛是利用速度和加速度作周期变化的筛面，使物料在筛面上产生相对运动，筛面配备以适当的筛孔，同时在风道里运用适当的气流速度，按谷物和杂质粒度大小和悬浮速度的不同进行分离的。特点：物料在筛面上作往复直线运动，不跳动，筛程长，自动分级好，筛分效率和生产率较高。用途：适用于谷物类物料筛选与风选相结合的清理设备，其功能为清除物料中的轻杂、大杂和小杂。第十五页，共五十八页。1层筛2层筛3层筛进料装置可调大杂出口中杂出口轻杂出口前吸风道

后吸风道沉降室震动器

橡胶振球清理筛面（小杂易堵塞）第十六页，共五十八页。（2）谷糙平转筛

谷糙平转筛属于平面回转式筛分设备。原理：主要利用谷糙混合物自动分级的特性，使物料和糙米在筛面上充分分层，配备大小适当的筛孔，使底层糙米及时分出，从而达到谷糙分离的目的。特点：结构紧凑、占地面积小，筛面利用率高。图2—8谷糙平转筛第十七页，共五十八页。平面回转筛高方筛第十八页，共五十八页。（3）圆筒筛分机

结构：主要由进料斗、滚筒、摩擦轮、收集料斗和机架等构成。滚筒由摩擦托轮支承在机架上。集料斗设在滚筒下面，其数目与分级的数目相同。工作原理：物料通过料斗流入到滚筒，在其间发生滚转和移动，并在此过程中通过相应的筛孔流出，以达到分级。孔由小→大第十九页，共五十八页。滚筒滚筒是一变孔径的筒状筛，沿轴向从进口到最后出口依孔径从小到大分为几组，组数为需分级数减1，最后一级物料直接从滚筒的末端排出。滚筒可用不同方式绕其轴转动。但目前多采用摩擦轮方式驱动。为了制造方便，整体滚筒分成几节筒筛，筒筛之间用角钢连接作为加强圈，如用摩擦轮传动，则又作为传动的滚圈滚筒式分级机的还有一些变形结构：并列式-适宜于粒径分布较为均匀的物料的筛分。串列式-适宜于小颗粒含量较多的物料的筛分。同轴式-适宜于大颗粒不多物料的分选。第二十页，共五十八页。第二十一页，共五十八页。三、重力分选机械1．重力分选原理

重力分选分干法重力分选及湿法重力分选。干法重力分选：是应用振动和气流作用原理，按物料组成的密度不同进行分选的方法。干法重力分选的典型设备是比重去石机和重力分选机。重力分选往往在筛选之后进行，可分离按尺寸分选法所不能分离的一些杂质。湿法重力分选：利用不同密度的颗粒在水中受到浮力及下降阻力的差异进行分选。密度小于水的颗粒及杂物上浮；密度大于水的颗粒下沉。按沉降速度的不同可将不同密度的颗粒分开。第二十二页，共五十八页。2．典型重力分选机械（1）密度去石机1—进料口2—进料斗3—进料调节手轮4—导风板5—出料口6—进风调节装置7—风机8—偏心调节机构9—出石口10—精选室11—吊杆12—匀风板13—去石筛面14—缓冲匀流板用途：专门清除密度比粮粒大的并肩石（石子大小类似粮粒）等重杂质。结构原理去石筛面：一般用薄钢板冲压成的鱼鳞形筛孔，孔眼均指向石子运动方向（后上方），对石子进行导向和阻止下滑，并不起筛理作用。反向气流将少量粮粒沿筛面下吹风机偏心调节出石口精选室匀风板筛面进料进料调节手轮出料进风调节导风板第二十三页，共五十八页。比重去石机第二十四页，共五十八页。（2）重力分级机用途：广泛用于种子精选，也可用于其他物料的分级。结构及工作原理：

图2—12重力分级机原理图(a)分层及纵向分离(b)物料在网面上的运动轨迹

l—喂料斗2—振动网面3—风机4—出料边风机振动网面筛横向筛纵向振动方向角不同位置获得密度不同的颗粒第二十五页，共五十八页。第二十六页，共五十八页。（3）去石洗麦甩干机属湿法重力分选。

结构及原理：

图2—13去石洗麦甩十机l—小麦入口2—洗槽3—喷砂管4—集石斗5—去石螺旋6—洗麦螺旋7—甩料叶板8—机座9—筛板圆筒10—出麦口11—上帽进料口洗槽集石斗去石螺旋洗麦螺旋出麦筛板圆筒甩料叶板有向上输送角搅拌器可移动控制洗麦时间第二十七页，共五十八页。去石洗麦甩干机第二十八页，共五十八页。四、精选机械

精选通常在经气流分选、筛选和重力分选之后进行，所处理的物料的粒度均匀，但在一些对于物料要求较高的场合，需要依据形状、色泽等进一步分选。1．形状精选机械（1）窝眼筒精选机

原理：根据颗粒的长度

进行分选。用途：用于长、短粒分离。结构：第二十九页，共五十八页。（2）碟片式精选机

结构及原理：特点：工作面积大、转速高、生产能力强；不同规格的袋孔可设在同一台设备中，以适应除去不同品种杂质的需要。

图2—15碟片式精选机进料短粒出口其余的料由碟片向前推进第三十页，共五十八页。（3）螺旋球度精选器（也称抛车）用途：用于从长颗粒中分离出球形颗粒

。结构及原理：特点：结构简单，落差＞3m，不需动力，但内抛道螺旋斜面倾角要适当。图2—16螺旋球度精选器1一进料斗2、3—排料口内抛道长粒状颗粒出口外抛道球形颗粒出口外抛道单层螺旋面外缘有档板内抛道几层螺旋面第三十一页，共五十八页。2．光学分选设备

光学分选设备可逐粒观测颗粒表面色泽、形状、内部结构等获得反射光或透射光信号，与标准进行比较，凡超出产品标准的被剔除。（1）光学检测原理当一束光射向果实时→大约只有4%的光由果实表面直接反射；其余光射入果实表层大部分发生“体反射”；小部分扩散到果实内部→一部分穿透果实（透射光）果实表面的发射光就由直接反射光、体反射光、透射光和辐射光等组成。

一部分被果实吸收（吸收光部分转化成荧光、延迟辐射光等）第三十二页，共五十八页。三种光检测器不同位置的应用(a)适用于对反射光的检测-测物料表面状态(b)适用于对透射光的检测-测物料心部情况(c)测表层与心部之间区域（尚未被普遍采用）第三十三页，共五十八页。（2）典型光选设备①色选机用途：用于各种颗粒的色泽精选（如大米、小豆、大豆、花生米等）

图2—18大米色选机原理图1—进料斗2—振动喂料器3—滑槽4—光学传感器5—高速气流喷嘴6—放大器与控制器振动喂料器滑槽高速气流喷嘴光学传感器放大器与控制器第三十四页，共五十八页。光选设备米粒分选器：分选优质米、未成熟米、受害米、着色米等。该反射光强度装置通过透射率、分光比、爆腰程度来评定。

图2—19米粒分选仪

透射光强度

反射光强度

透射率=红色光强度绿色光强度分光比=爆腰程度=前光强度后光强度第三十五页，共五十八页。3、静电分选装置用途：将不同成分籽粒进行分离。原理：物料进入电极空间，电晕放电使物料粒子带电荷，然后在重力场、静电电极形成的电场中下降。各种不同成分粒子因轨迹不同而落入下部不同的料斗中，达到分离目的。①介电谷物精选机用途：用于谷物大小粒分选。图2—20静电分级装置原理图

图2—21介电谷物精选机简图1—机架2—盛料槽3—隔板调节手轮4—调节隔板5—极化滚筒6—旋转刷7—喂料淌板8—喂料辊9—料斗10—直流电动机11—电极12—控制仪喂料辊喂料淌板极化滚筒大颗粒小粒旋转刷刷落不脱离滚筒的籽粒进入此槽第三十六页，共五十八页。五、其他分选设备1．磁力去杂机用途：除去金属杂质。结构及原理：主要工作部件是磁体，其周围存在磁场。

图2—22永磁滚筒第三十七页，共五十八页。2．擦麦机用途：利用撞击和摩擦作用，将麦粒表面粘附的灰尘、微生物及残留的并肩土块等清除掉。结构及原理：

图2—23擦麦机1—进料口2—打板3—上盖4—齿板5—光板6—主轴7—筛网8—调节风门9—风机10—轴承11—出料口12—风门13—压力门14—底槽15—电动机进料打板齿板光板筛网风机吸走打掉的碎屑打板螺旋线排料打击和推进物料出料第三十八页，共五十八页。擦麦机第三十九页，共五十八页。第三节块状物料分选机械

块状物料的分选分为尺寸分级、重量分级、图像分选和内在品质分选等。一、尺寸式分选机械1．滚筒式水果分级机用途：用于球形水果和蔬菜的分级结构及原理：特点：结构简单；有效分选面积小；易发生堵塞现象，需时常有人看管。落差大，果实易受损。第四十页，共五十八页。2．三辊式果蔬分级机用途：主要用于球形体或近似球形的果蔬原料的分级。结构：主要由理料辊、辊轴链带、升降滚筒及升降滑道、出料输送带、驱动滚筒等组成。原理：（如图）特点：生产能力强；分级准确；果蔬损伤小；结构复杂；造价高；适用于大型水果加工厂。第四十一页，共五十八页。三辊式果蔬分级机进料第四十二页，共五十八页。3．果蔬光电分级机采用光电传感器检测物料的尺寸。当果蔬等速通过光电检测器时，测果实遮挡光束时间或经过光束时遮挡的光束数量计算出果高、果径、面积，与设定值比较，控制卸料执行机构，进行分级。（1）光束遮断式果蔬分级机原理：L为发光器，R为接收器。一个发光器与一个接收器构成一个单元。两个单元间的距离d逐渐变小。当果实尺寸＞d→两条光束同时被遮挡→控制系统把果实横向排出输送带。如果要将果实分成n级，则需要沿输送带前进方向设n组双光束检测单元。用途：适用于单方向尺寸分级

L=发光器第四十三页，共五十八页。（2）脉冲计数式果蔬分级机原理：发光器L和接收器R分别置于果实输送托盘的上、下方，且对准托盘的中间开口处。托盘每移动一个距离a时，发光器发出一个脉冲光束，果实在运行中遮挡脉冲光束次数为n，则果实的直径D=na，与设定值进行比较，进行分级。脉冲式第四十四页，共五十八页。(3)水平屏障式果蔬分级机(4)垂直屏障式果蔬分级机原理：果实经过光束屏障时，从遮挡的光束数→求出果高；从遮挡光束时间→求出侧向投影面积→并与设定值比较→在相应位置排出果实→分级。原理：与水平式相似，但所测的是果宽；水平方向的投影面积。水平屏障式垂直屏障式

第四十五页，共五十八页。二、重量式分级机

重量式分级机分为机械式和电子式两种。1．机械式重量分级机（1）弹簧秤式

图2—29称重滑道式重量分级机原理图l—牵引链条2—料斗3—称重活动滑道与弹簧4—固定滑道原理：物料放在料斗内，由牵引链条牵引向前移动，当物料尾端移到滑道称重段时，进行称重。当物料作用于称重段向下摆动的力矩＞感重弹簧支撑力矩时→料斗脱离水平面→物料落到下方的横向输送带上被送出，料斗翻下后，迅速复位。当物料较小时，作用力矩＜弹簧支持力矩时→料斗载物向前运行。称重段滑道设置数量与分级档数量相同，分级档由重到轻，弹簧预紧力也由大到小。

牵引链条料斗固定滑道称重活动滑道第四十六页，共五十八页。（2）杠杆秤式

用途：适用于苹果、梨、桃、西红柿的分选。

结构：

图2-31杠杆秤平面图1—接料盘2—移动秤3—固定秤4—喂料台图2-30机械秤分选原理2-称重果盘12-挂钩弹簧原理：果实装在果盘中，移动秤进行循环移动，进入计量点时：当测量挂钩向上的力(果实的重量)＞测量滑道向下的力时→果盘倾斜→果实被倒出。当果实重量＜测量设定重量时→移动秤继续前移→到下一个计量点。

接出料接出料喂料台固定秤移动秤果盘物料第四十七页，共五十八页。杠杆秤式选果机第四十八页，共五十八页。2．电子秤式重量分级机

结构：

图2—32电子秤分级原理1—称量轨2—旋转编码器3—尺寸判断装置4—放大电路5—变换电路6—差动变压器7—负荷线圈原理：利用天平原理。工作时，称量托盘由链带动→移到测量轨道上→脱离链传动，呈现浮动状态→测得果实和托盘的重量→由于重量的增加→导致称量轨道下降→变压器产生向下位移→输出信号放大→反馈到负荷线圈→产生磁力→使变压器复位→称量轨道复位→此时，负荷线圈中的电流变换成脉冲信号→控制系统与设定值比较→信息贮存→旋转编码器转动→进行分选。

负荷线圈变压器放大信号尺寸判断编码器称量轨第四十九页，共五十八页。三、果蔬图像处理分级机图2—34图像处理分级机原理：利用电子成像技术进行分选。由摄像机摄取图像→变换成二维图像→计算机计算特征值（长度、宽度、面积等）→与设定的基准值进行比较→由控制系统进行分选。第五十页，共五十八页。四、内在品质分选设备工作原理：被测食物在特定波长(如红外或紫外区)处的吸光度(或透光率)，与存储于系统的标准级别食物的吸光度(或透光率)进行比较，根据比较结果，作出分级处理的判断。利用这种原理，可以根据果实的糖度、酸度、成熟度等内容品质进行分级。第五十一页，共五十八页。1．近红外分选设备（1）近红外技术糖酸度分选装置用途：用于测量糖度和酸度及糖酸比。原理：利用近红外线

（波长0.8～2.5μm）由果实一侧中部照射→透射光由光线检测器接收→获得果实透射光谱→经光电变换进入计算部→得糖、酸度计算结果→送往各个装