均质及混合机械

第三章粉碎、均质及混合机械第一节粉碎设备第二节均质机第三节混合设备第四节调和机第一节粉碎机械一、食品粉碎的基本知识二、锤式粉碎机三、辊式粉碎机四、其他粉碎机简介一、食品粉碎的基本知识（一）粉碎的概念1、概念：粉碎是指利用机械的方法使固体物料由大块分裂成小块直至细粉的操作。锤式粉碎机是食品加工对原料预处理的基本操作之一。2、分类：破碎和粉磨两种。（1）破碎：大块物料处理成小块物料的过程。锤式破碎机粗碎：直径大于100mm中碎：30-100mm细碎：3-30mm（2）粉磨:将小物料加工成细粉的过程。粗磨：3-0.1mm细磨：0.1-0.03mm超细磨：小于0.03mm（3）超微粉碎：将全部物料粉碎到微米级的粒度。例如：胶体磨（二）粉碎的目的（1）有利于不同物料的均匀混合。例如：颗粒越小，越接近，均匀度越高，效果越好。（2）便于原料颗粒内的成分进行分离。例如：小麦的制粉、淀粉的制备都需要粉碎。（3）提高物料的流动性，可实现流态化操作。例如：流化床干燥（4）提高物料的工艺性能。例如：粉碎后，表面积增加，物料的干燥、溶解等性能提高。（三）粉碎的方法（1）挤压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。（2）撞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）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。（4）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。（5）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。（四）粉碎比为了衡量粉碎机的粉碎效果，通常采用粉碎比这个概念。既：i=D/d（3-1-1）式中i——平均粉碎比;D——物料粉碎前的平均直径，mm;d——物料粉碎后的平均直径，mm;为了简单的表示和比较这一特性，常用其允许的最大进料口尺寸与最大出料口尺寸之比作为粉碎比，称公称粉碎比。由于实际加人的物料的最大尺寸总是小于最大进料口尺寸，所以粉碎机的平均粉碎比一般小于公称粉碎比。前者约是后者的70%-90%。粉碎比是确定粉碎工艺以及选用粉碎机的重要依据。一般粉碎机械的公称粉碎比为3-10，粉磨机械则达到30-1000以上。（五）粉碎、均质及混合机械操作粉碎工艺主要包括两个方面：（1）粉碎的级别当工艺要求的粉碎比比较大时，由于一次粉碎比很大，常采用多级粉碎，使每一级负担一定的粉碎比。图3-1-2为典型的三级粉碎工艺。实验证明，在破碎时，粉碎比在4左右时操作效率最高，而磨粉时的粉碎比则需要根据粉磨机械的性能来确定。多级粉碎的总粉碎比为：i0=i1*i2*i3*‥‥*in(3-1-2)式中i0——总粉碎比；i1,i2,i3….in——各级粉碎比。（2）粉碎流程图3-1-2三级粉碎工艺（2）粉碎流程a.开路粉碎一次粉碎后卸出的物料全部作为制成品。优点：方法简单；无附属设备；费用少。缺点：成品粒度分布广，时间长，“过度粉碎”降低粉碎效率，增加功耗。b.闭路粉碎将粉碎后的物料进行分粒，不符合细度要求的物料再回流到粉碎机重新粉碎，粉碎机的工作只针对比较粗的颗粒。优点：成品粒度均匀，避免过度粉碎，生产效率高，功耗小。缺点：系统复杂，附属设备多，操作复杂。c.工艺流程示意图：多级闭路粉碎流程小型玉米粉磨机农用小麦粉磨机二、锤式粉碎机锤式粉碎机是利用高速旋转的锤片对于物料施加强烈的作用而将物料粉碎的机器。原理：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。特点：结构简单，操作方便，生产效率高。缺点：作用机理复杂，粒度不能严格控制，粉碎比变化大。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。（一）锤式粉碎机的工作过程及结构型式常见的锤式粉碎机系统如图3-1-4。该系统主要由进料装置，机壳，转子，齿板，筛板，风机和排料装置组成。在主轴上固定转盘，上连接锤片组成转子。转子由主轴驱动，在粉碎室（由机壳、齿板和筛板组成）内旋转，粉碎物料，转子下方是筛板，侧面是风机，风叶固定在主轴上。1、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。2、主要结构2、主要结构（1）锤片是粉碎机的主要工作部件。基本形状有8种，如下图，其中以矩形最多。锤片的形状由被粉碎物料而定，锤片菱角多，粉碎力强，耐磨性差，尖角适合粉碎纤维性物料，环形锤片磨损均匀。锤片长度一般不超过200mm。锤式破碎机锤头(2）筛板筛板是锤式粉碎机的排料装置，一般用1-1.5mm厚的优质刚板冲孔制成。通常设在转子的下半周的位置，为了提高粉碎机的排料能力，可是使筛板占整个粉碎室内周面积的3/4以上，或者是将筛板置于粉碎室侧面。筛孔的形状和尺寸是决定粉料粒度的主要因素，对机器的排料能力也有很大的影响。筛孔的形状一般是圆孔或长孔。直径分四个等级：小孔1-2mm，中孔3-4mm，粗孔5-6mm，大孔8mm以上。注意：孔径大小并不代表颗粒粒度级别，一般在高速转动下出去的颗粒直径比孔径小的多。不同大小孔径的筛板筒式筛板3、锤式粉碎机的型式（1）按进料口位置及进料方向分：切向喂料式，轴向喂料式和径向喂料式三种。（2）按转子数目分：单转子式锤碎机和多转子式锤碎机。切向喂料式锤式粉碎机径向喂料式锤式粉碎机轴向喂料式锤式粉碎机（二）锤式粉碎机的主要性能参数1、粉碎比锤式粉碎机有很高的粉碎比，单转子式粉碎机的粉碎比在10-15之间。由于产品粒度的大小主要取决于筛孔的大小，缩小筛孔可加大粉碎比，减小产品粒度。但会缩小粉碎机的性能。2、转子的转速锤式粉碎机的转速取决于锤片破碎时所需的动能。转速的大小与锤片的质量有关，质量越大，破坏能力越强，离心力也越大。单转子式粉碎机的圆周速度为40-50m/s,转子的转速为700-1300r/min.3、生产能力锤式粉碎机的生产能力与转子的长度、筛板的孔隙大小、锤片的质量、转速、粉碎比、加料情况及物料的形状有关。根据经验，可用下式计算：G=(30～45)DLρ式中G——生产能力，kg/h;D——按锤片外缘计算的转子直径，m;L——转子长度，m;ρ——物料粉碎前的密度，kg/m3。4、功率消耗锤式粉碎机的功率消耗一般也采用经验公式计算：P=KD2Ln式中P——粉碎机所消耗的功率，kW；K——系数，大型机K=0.15-0.2，中型机K=0.15，小型机K=0.10；D——按锤片外缘计算的转子直径，m;L——转子长度，m;n——转子转速，r/min。(三)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在停机。小结1、掌握粉碎的基本概念、目的和方法。2、掌握锤式粉碎机的结构和原理。3、掌握锤式粉碎机的主要工作构件。4、了解锤式粉碎机的性能参数。三、辊式磨粉机辊式磨粉机是食品工作中广泛使用的一种粉碎设备，最常见于面粉工业，在啤酒生产中的麦芽粉碎操作、油料的轧胚、方便食品的轧片操作、巧克力及糖粉的加工均有使用。（一）辊式磨粉机的基本结构和工作过程基本结构：机架、成对磨辊、喂料机构、松合闸机构、辊面清理装置、传动机构及吸风机构组成。下面一国产液压全自动控制MY型辊式磨粉机为例（图3-1-7），介绍基本结构和工作过程。1、机架MY型磨粉机的机身采用大枪板拼装肢结构，整个机身由8快铸铁件构成，即左右侧墙板、磨顶和4块墙板撑挡，全部用螺栓连接固定。机身内部使用木质衬板保温，以防在工作中内腔壁结露而导致粉料结块甚至霉变。2、磨辊（1）按表面分齿辊：表面有一定形状和细槽，起剪切、挤压和研磨作用。磨辊光辊：表面光滑，起挤压和研磨作用。（2）按表面线速度分表面线速度相等（做轧片和轧坯）对辊快辊：表面线速度较高表面线速度不相等（做研磨）慢辊：表面线速度较慢（3）要求：足够的强度、刚度和硬度、表面耐磨性、均匀性、导热性不同类型的辊轴3.轧距调节(1)概念:两磨辊辊面间的最小距离叫轧距.调节轧距可以控制被粉碎物料的粒度．(2)调节方式:a．松闸：当粉磨机空载时，为避免高速相向旋转的两磨轮相互摩擦、碰撞，轧距应放大，称为松闸。b.合闸：当粉碎机负载时，为了达到研磨效果，两辊间隙应回到调定的轧距，称为合轧．（3）要求：要求送、合闸和味料机构的操作联动，有物料时，物料传感器使喂料机构先运转，物料进入两辊之间后再合闸；断料时，先松闸，再使物料机停止，这样可以防止两辊碰撞产生火花，引起粉尘爆炸，而且避免表面的磨损。4、传动（1）空载：电动机通过传送带动快辊转动，快辊通过链轮带动慢辊转动。（2）负载：快辊通过物料与慢辊接触，在摩擦力的作用下，同时运动，链轮限制慢轮的转动起定速的作用。5、喂料6、辊面清理7、吸风装置8、液压自动控制系统（如下图所示）MY型辊式磨粉机结构示意图（二）辊式粉磨机的特点和主要形式机械1、辊式粉磨机的特点（1）适合热敏性物料的粉碎：避免粉碎过程中物料的温度升高，蛋白质变性。（2）可控制物料粉碎的粒度：通过调节轧距来控制物料的颗粒大小。（3）能进行选择性粉碎：控制快慢轮的转速，磨轮表面的形状和运动的参数进行粉碎。（4）粉碎过程稳定，便于控制：设定适合的参数，使工作条件一致，工作稳定，实现自动化控制。2、辊式粉碎机的形式（1）等速旋转的光轴以挤压的方法粉碎物料或使物料成片状。如轧麦片机。（2）差速旋转的光轴以挤压和研磨的方法粉碎物料。如磨面机。（3）差速旋转的的齿辊以剪切、挤压和研磨的方法粉碎物料。如齿辊磨粉机。啤酒生产工艺流程五棍麦芽粉碎机流程图农用小型磨粉机(三)辊式磨粉机的主要性能参数1、磨辊速比和研磨长度快慢辊线速度的比值称为速比，用i表示，两辊磨线速度相等时有：i=vk/vm=nk/nm式中：vk、vm——分别为快、慢辊的线速m/s；nk、nm——分别为快、慢辊的速度r/min。研磨长度是指在粉碎区内快辊面相对于物料的滑动距离，用s表示：s=L*(vk-vm)/vm=L*(i-1)式中：L——表示粉碎区长度，m2、生产能力辊磨粉碎机的生产能力可由下式得到：G=120πDnLBρψ式中：Ｇ——生产能力，kg/h;Ｄ——辊磨直径,m;n——辊磨转速,r/min;L——辊磨长度,m;B——轧距,m;ρ——物料密度,kg/m3;ψ——填充系数.3、功率辊式磨粉机用于磨粉时，其功率可按下式计算：P=0.735kQ/dn式中：P——功率，kW；K——系数，取K=100-110；Q——磨粉机生产能力，t/h;d——被粉碎物料粒度，cm;n——磨辊速度，r/min.(四)辊式粉磨机的使用与维护（1）要根据产品要求的不同粒度调整磨辊轧距。同时进入磨辊的粒度应在一定的范围。（2）辊磨的速度应根据物料的性态来选择，被粉碎物料的粒度越大，硬度越大，则转速应越低。（3）工作时喂料口开启程度能阻止一定大小的异物进入，同时要防止金属和硬物进入，磨损辊轴。（4）手动粉磨机开机时要先给料后合闸，停机时先松闸后断料。（5）磨辊的磨齿长时间用回磨损，应卸下重新拉丝，保证磨粉机始终处于良好的工作状态。四、其他粉碎机简介（1）气流粉碎机是利用空气，蒸汽或其他气体通过一定压力的喷嘴喷射产生高速的湍流和能量转换流，物料颗粒在其作用下悬浮输送，相互发生剧烈的冲击