01第一章生物质原

第一节生物质原料筛选与分级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、筛选与分级设备二、筛选设备一、筛选与分级设备（一）磁力除铁器目的是将夹杂在原料中的小铁块、螺丝等金属杂物除去，磁选设备分永磁溜管和永磁滚筒。AAA-A图1-1永磁溜管68910712345图1-2永磁滚筒的结构进料斗2-观察窗3-滚筒4-磁芯5-隔板6-小麦出口7-铁杂质收集盒8-变速机构9-电动机10-机壳永磁滚筒主要由进料装置、滚筒、磁芯、机壳和传动装置等部分组成。（二）精选机颗粒状的生物质原料（如大麦、小麦）等必须进行精选和分级，其主要原理是按颗粒长度进行分级，以除去不必要的杂粒，有滚筒精选机和碟片精选机两种。1234图1-4碟片的工作情况1-碟片2-叶片3-短粒出口4-盛物槽(1)碟片式（2）滚筒式图1-3精选机工作示意图312456712111098图1-5碟片精选机结构1-进料口2-碟片3-轴4-轴承5-绞龙6-大链轮7-小链轮8-链条9-隔板10-孔11-长粒物料出口12-淌板碟片精选机的特点是工作面积大，转速高，产量比滚筒精选机大；而且为除去不同品种杂质所需要的不同袋孔可用于同一机器中，即在同一台机器上安装不同袋孔的碟片；碟片损坏可以部分更换，还可分别检查每次碟片的除杂效果，因此碟片精选机是比较优越的精选机，缺点是碟片上的袋孔容易磨损，功率消耗较大。1234短粒长粒图1-6滚筒精选机工作示意图5滚筒精选机二、筛选设备为保证生产质量，生产过程又往往将粒度不同的物料加以分级，这也要用筛子来完成，发酵工厂中常用的是振动筛和转筒筛。振动筛是原料加工中应用最广的一种筛选与风选结合的清理设备，多用于清除小及轻的杂质。振动筛主要由进料装置、筛体、吸风除尘装置和支架等部分组成，如图1-7所示。进料装置的作用是保证进入筛面的物料流量稳定并沿筛面均匀分布，以提高清理效率。进料量可以调节。进料装置由进料斗和流量控制活门构成。按其构造有喂料辊和压力进料装置两种。喂料辊进料装置需要传动，只有筛面较宽时才采用。压力门进料装置结构简单，操作方便，喂料均匀，特别是重锤压力门进料装置，动作灵敏，能随进料变化自动调节流量，故为筛选设备普遍采用。小麦小杂质小麦进口123456789101112图1-7振动筛的结构1-进料斗2-吊杆3-筛体4-筛格5-自衡振动器6-弹簧限振器7-电动机8-后吸风道9-沉降室10-风机11-风门12-前吸风道筛体是振动筛的主要工作部件，它由筛框、筛子、筛面清理装置、吊杆、限振机构等组成。筛体内有三层筛面。第一层是接料筛面，筛孔最大，筛上物为大型杂质，筛下物为粮粒及大型杂物，筛面反向倾斜，以使筛下物集中落到第二层的过程中，筛条的棱对料产生切割作用，厚度约有筛孔的1/4，一层料及其中的细粒被棱切割而被筛下。振动筛是一种平面筛，常用筛子有两种：一种是由金属丝（或其他丝线）编织而成的；另一种是冲孔的金属板。筛孔的形状有圆形、正方形、长方形等。大麦粗选机用的是长方形的冲孔筛板。筛板开孔率一般为50~60%，开孔率越大，筛选效率越高，但开孔率过大会影响筛子的强度。目前使用的筛选机，筛宽在500-1600mm之间，振幅通常取4-6mm，频率可在200-650次/分范围内选取进料饲料大麦Ⅱ级大麦Ⅰ级大麦图1-8圆筒分级筛生物加工厂如啤酒厂，常用的另一种筛是圆筒分级筛，用于大麦精选后的分级。可以将大麦分成三极，即大麦腹径（颗粒厚度）为2.5mm以上，2.2mm-2.5mm和2.2mm以下3种。前两种为制麦芽用，后者作饲料。圆筒分级的优点是：设备简单，电动机传动方便。缺点是：筛面利用率小，仅为整个筛面的五分之一。第二节生物质原料的粉碎在以固体生物质为原料的生物反应生产过程中，对原料粉碎的效果好坏，不仅直接反映出粉碎操作的合理性和经济性，而且会间接影响到下一工序如蒸煮、浸出、水解（酸解和酶解）和发酵等的效果和效率。机械粉碎的工作原理主要有以下几种方式：（1）挤压粉碎固体原料放在两挤压面之间，当挤压面施加的挤压力达到一定值后，物料即被粉碎。大块物料往往先以这种方式破碎。（2）冲击粉碎物料受瞬时冲击力而被粉碎。这种方式特别适用于脆性物料的破碎。（3）磨碎物料在两相对运动的硬质材料平面或各种形状的研磨体之间，受到摩擦作用而被研磨成细粒。这种方式多用于小块物料的细磨。（4）劈碎物体放在一带有齿的面和一平面间受挤压即劈裂而粉碎。（5）剪碎物料在两个破碎工作面间，如同承受载荷的两支点（或多支点）梁，除了在外力作用点受劈力外，还发生弯曲折断。多用于较大块的长或薄的硬、脆性物料粉碎。固体物料的粉碎，可按粉碎物料和成品的粒度大小，可作如下分类：（1）粗碎原料粒度范围为40-1500mm，成品粒度约为5-50mm；（2）中、细碎原料粒度范围为5-50mm，成品粒度约为0.1-5mm;（3）微粉碎原料粒度范围为5-10mm，成品粒度＜100μm；（4）超微粉碎原料粒度范围为0.5-5mm，成品粒度＜10-25μm。粗碎约为2-6，中、细碎约为5-50，磨碎为50以上。粉碎物料时，须根据固体物料的物理性质、块粒大小、需要破碎或粉磨的程度，应特别注意物料的硬度和破裂性。对坚硬的和脆性的物料，挤压和冲击很有效。对韧性物料剪切力作用较好。对方向性物料则以劈碎为宜。但不论哪一种粉碎机，很少单独使用其中的一种方法，而是几种方法的组合，使粉碎更加有效。无论粉碎机械属哪种作用力形式，原料的性质如何及所需粉碎度怎样，都应符合下述一些基本要求：（1）粉碎后的物料颗粒大小要均匀；（2）已被粉碎的物块，须立即从轧压部位排除；（3）操作能自动化，如能不断地自动卸料等；（4）容易更换磨损的部分，在操作发生障碍时，有保险装置使能自动停车；（5）产生极少的粉尘，以减少环境污染及保障工人健康；（6）单位产品消耗的能量要小。（一）锤式粉碎机（二）辊式粉碎机（三）湿式粉碎机（四）球磨机（五）切片机（六）超细粉碎机（七）纳米粉碎机下面介绍几种粉碎设备（一）锤式粉碎机锤式粉碎机最大特点是具有很高的破碎比（达10-50）这是其他粉碎机不能比拟的。此外单位产量能耗低、构造简单、结构紧凑、生产能力高等都是锤式粉碎机的优点。（利用快速的锤刀对物料进行冲击粉碎。多用于脆性物料。）12345图1-9锤碎机的一般形式轴2-转鼓3-锤刀4-栅栏5-抽风机1矩形2-带角矩形3斧形123图1-10锤刀的形式锤式粉碎机的主要构件是：锤刀和筛面。图1-11改进后的锤刀装置提高粉碎机效率的方法，一般有下列常用的几种：（1）采用密闭循环法（2）增加吸风装置（3）采用鳞状筛代替平筛（1）出现锤碎机堵塞现象其产生的原因可能有下面三个：即进料量太多；筛孔堵塞；有异物落入机内。通常可采用下列三个措施来处理：首先是打开锤碎机，进行疏通；还可以取出筛子，疏通筛眼；或者可以停止磨粉，取出异物。锤碎机通常发生的不正常情况及其处理措施如下：（2）锤式粉碎机运转时有杂声这是由于硬质杂物落入锤式粉碎机内。一般采取的措施是：停止锤式粉碎机运转，取出杂物，并检查筛子是否损坏。（3）粉粒直径过大，超过规定范围这是应为筛子磨损或破裂而引起的，处理的办法是调换新筛子。（4）锤式粉碎机落料过大的原因是筛子未装，或者是筛子脱头裂口大采取的措施是停车检查，装筛或是换筛。（二）辊式粉碎机辊式粉碎机广泛用于破碎粘性和湿物料块。啤酒厂粉碎麦芽和大米都是用辊式粉碎机，常用的有两辊式、四辊式、五辊式和六辊式等。工作时，装在两辊之间的物料由于辊筒对物料的摩擦作用而被拖入两辊的间隙中被粉碎。两辊式粉碎机制造简便，结构紧凑，运行平稳。通常适于中碎和细碎。按照粉碎工作原理可分为：（1）由挤压作用进行粉碎作业的；（2）由挤压、剪切与研磨作用联合作用进行粉碎作业的。（a）（b）图1-12两辊粉碎机简图皮壳细粉细粉物料辊筒筛图1-14四辊式粉碎机图1-15五辊式粉碎机细粉细粒皮壳细粉物料图1-16六辊式粉碎机细粉皮壳细粒细粉物料（三）湿式粉碎机湿式粉碎设备主要包括：输料装置、加料器、粉碎机和加热器等几部分。PM-DCP型砂磨机主要由转子、定子、分离装置、传动装置及液压系统、控制系统组成。工作原理：悬浮状物料和研磨介质在研磨室内混合，由于转子的高速旋转，转子销棒、定子销棒向研磨介质传递大量的能量。砂磨机的特殊结构，使磨室里具有很高的能量密度，对物料产生强烈的、相对平均的撞击力，使物料在短时间内得到粉碎。1水进口水出口23出料进料图1-17PM-DCP磨1-磨罐　2-圆钉　3-转筒研磨介质主要有强化玻璃珠、陶瓷珠及钢珠等。根据物料性质及细度要求，介质直径为0.2~2.0mm范围。目前，PM-DCP型砂磨机主要有四种规格，磨室体积为6~50×10-3m3，功率范围为17~160KW。PM-DCP型砂磨机的设备特点：①砂磨机巧妙运用了离心力作用，分离物料中很少带出研磨介质；②设备能量密度高，产品粒度分布均匀；③生产能力大，可实现小设备大生产；④定子磨室可升降、转动，操作方便。（四）球磨机球磨机是目前工业上广泛应用的粉磨机械。合理的选择粉磨设备和工艺流程非常重要，因为粉磨设备的动力消耗和投资占有很大的经济比重。工作原理球磨机筒体内装有研磨体（一般为钢球，也有用钢柱，钢棒或卵石的）。筒体回转时，其中的物料与研磨体在摩擦力和离心力作用下，贴在筒体内壁上与筒体一起回转。当提升到一定高度后，由于重力作用，研磨体发生自由泻落或抛落现象，从而对筒内物料进行冲击、研磨和挤压，物料逐渐被粉碎。当达到粉磨要求后，将物料由磨机内排出。磨机内研磨体装填量越少，筒体转速越大（在极限转速范围内），则研磨体的滑动也越小，故对物料的研磨作用也较小。磨机内研磨体量大时，靠近磨机内筒体断面中心部分的研磨体，不足以形成抛射运动，而易产生相对的滑移，致使物料主要受到研磨作用。所以，在细磨粒度较大时，研磨体的尺寸要大些，装填量少些，使冲力作用加强。反之，研磨体尺寸小些，装填量多些，则有利于小粒物料的研磨。由此可见，研磨体装填量、尺寸大小的配合直接影响球磨机的操作质量。球磨机分类（1）按筒体长径比大小分：按照筒体长径比不同，可分为①短筒球磨机，或称球磨机，其长径比在2以下；②中长磨，其长径比在2.5~3.5之间；③长磨，其长径比大于3.5。后两种又称为管磨机。物料在管磨机中经历时间较长，粉碎比也较大，这是其优点。但研磨体在筒内分布与物料细磨过程不相适应的情况较严重，因而研磨体工作效率较低。为消除这一缺陷，可用隔仓板将筒体分为若干仓室，即所谓多仓管磨机。这就使物料细磨分段进行，各仓适当配备研磨体，可提高效率。（2）按卸料方式分（3）按传动方式分（4）按球磨机筒支承方式分12341给料排料图1-18球磨机及其粉磨原理示意图1-筒体2-端盖3-轴承4-齿圈（五）切片机对生物质原料的粉碎处理，根据加工工艺的不同，对粉碎后的原料形状有不同的要求，有的要求是粉状的，有的要求是块状或片状的。要求块状或片状的粉碎，这时要求用到切片机。123456图1-19切片机结构示意图1-步进电机2-传动机构3-夹具4-药材5-刀架6-电机12345678910111213图1-21离心式切片机结构示意图1-接料斗2-主轴3-转盘4-导向刀管5-调节螺栓6-切刀7-定位圆环8-厚度调节机构9-制动离合器10-操纵杆11-传动机构12-电机　13-机架性能特点：（1）由于采用离心式切片原理，使原料受力较均匀，从而获得较均匀的原料。切片后不留或留有很小的尾端，原料利用率高；（2）调节范围大，应用范围广，适用于切割各种不同厚度的片状物料；（3）采用多把定切片刀，若干个喂入导轨及支承杆同时连续切片，生产率高；（4）耗能少、结构紧凑、安全、省时、省工、省力，操作和调节方便。（六）超细粉碎机在超细粉碎过程中由于机械力化学效应作用，物料的物理形态、化学结构发生变化，进而引起理化性质的改变。和传统的粉碎技术相比，超细粉碎技术的主要特点是产品的粒度微小，比表面积剧增，物料分散性、吸附性、溶