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第一章物料的处理与输送设备生物工厂在以初级粮食为原料的生产中，由于这些原料在收获、储藏和运输中，常常会混入各种杂物，而这些杂物如不除去，其原料出品率必然降低。因此，生产原料往往要经过预处理。其处理设备有筛选设备，磁力除铁器和精选设备。此外，为了提高蒸煮、浸出、水解和发酵等工序的效果和效率，常需要对固体生产原料进行粉碎。粉碎就是把大块固体物料破碎成小物料的操作。常用粉碎设备有锤式粉碎机和辊式粉碎机。生物反应物料处理设备生物工厂中，生产原料也常常需要在各生产工序，车间之间输送，这依赖各种不同的输送设备来实现。不同状态的物料，采用不同的运送方式和机械。固体物料多采用机械输送设备和气流输送设备，液体物料多采用泵来输送，其中机械输送设备包括带式输送机、斗式提升机和螺旋输送机。生物反应物料输送设备第一节固体物料的处理与粉碎设备固体物料处理设备•固体物料的筛选除杂设备杂物纤维性较长的物质，如麻绳草屑、庄稼秸秆；颗粒状物质，如沙子、泥土块、小石块等；铁磁性物质，如铁钉、螺丝等。一、粗选设备-振动筛固体物料处理设备谷物原料粗选设备粮食原料中，以谷物类最多，筛选是谷物等生物质原料清理除杂最常用的方法。常用的筛选机械是振动筛和圆筒筛。下面以振动筛为例：1.振动筛构成振动筛主要由进料装置、筛体、吸风除尘装置和支架等部分。筛体是振动筛的主要部件，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。生物反应物料处理设备固体物料处理设备筛体内筛面的排列，第一层是接料筛，筛孔最大，筛面较短，采用反面倾斜，筛上物为大杂质：如草秆，泥块等。由大杂质收集槽排出，谷物颗粒等穿过筛孔进入第二层筛面，第二层是分级筛，筛孔比谷粒稍大，正向倾斜，筛出稍大于谷粒的中级杂质，由中杂收集槽排出。谷粒穿过筛孔进入第三层筛面，第三层是精选筛，筛孔最小，筛面较长，正向倾斜，谷粒作为筛上物排出。经出口吸风道吸除轻杂质后流出机外，穿过筛孔的小杂质由小杂质收集槽排出。一、粗选设备-磁选设备除铁的目的是将夹杂在谷物中的小铁块，铁钉等金属杂物除去。这些金属杂物若不清除，随谷物进入粉碎机，就会损坏设备。谷物除铁多采用磁选，让含有金属杂质的谷物以适宜的流速通过磁钢的磁场，磁钢将金属杂质吸留住。磁钢多采用永久磁体，呈马蹄形或条形。磁性持久，不耗费电能，维修方便。磁选设备有永磁溜管和永磁滚筒磁选设备（一）永磁溜管永磁溜管是将永久磁钢装在溜管上边的盖板上，一条溜管上一般设置2-3个盖板。工作时让薄而均匀的物料从溜管上端流下，磁性物体被磁钢吸住，此种装置结构简单，但除杂效果较差，还必须定时对磁极面进行人工清理。（二）永磁滚筒永磁滚筒主要由进料装置、滚筒、磁芯、机壳和传动装置五部分组成磁芯是由永久磁钢、铁隔板及铝制鼓轮组成的170度的半圆芯，固定在中心轴上。工作过程中，磁芯固定不动，电动机通过涡轮减速器带动滚筒旋转，设备下部一端设有出料斗，连接出料导管。另一侧安装铁盒，存放分离出的磁性金属杂质，当谷物和金属杂质均匀地落到永磁滚筒上以后，谷物随着滚筒转动而下落，从出料口排出，磁性金属杂质被吸留在外筒表面，被安装在外筒上的拔齿带着一起转动。当转至磁场工作区外，自动落入铁盒，达到杂质与谷物分离的目的。（二）永磁滚筒磁钢的排列（二）永磁滚筒磁选机二、精选设备固体物料处理设备根据生产需要，有些原料经过除杂粗分以后就可用于生产，有些则必须进一步进行精选和分级。•精选设备•按籽粒长度和形状不同进行分选的方法叫做精选。利用杂粒与大（小）麦不同的特点进行分离。分类：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。精选机主要用于从小麦中除去荞子和燕麦等杂质。二、粗选设备-碟片机碟片式精选机的主要构件是一组同轴圆环状铸铁碟片，在碟片的平面上有许多带状凹孔，孔的大小和形状依除杂质条件而定，碟片在粮堆中运动时，短小的颗粒嵌入袋孔，被带到较高的位置落下，而长粒虽有可能进入袋孔，但由于重心仍在袋外，碟片未达到高度即从袋孔滑落。因此，只要把收集短粒的斜槽放在适当的位置，即可将短粒分开。（一）碟片式精选机工作原理特点：工作面积大，转速高，产量大，碟片损坏可以更换。二、粗选设备-滚筒精选机滚筒式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。当物料进入圆筒，长粒物料在进料的压力和滚筒本身倾斜度的作用下，沿滚筒从另一端流出，短粒物料则嵌入袋孔被带到较高的位置，落入中央收集槽，从而实现分离精选的目的。结构和原理滚筒精选机结构三、粉碎设备固体物料粉碎设备为什么固体物料需要进行粉碎?在生物工厂中，常需要对固体生物质原料进行粉碎。粉碎是把大块固体物料破碎成小物料的操作。固体物料经过粉碎后，颗粒度变小，原料的表面积显著增大，可显著提高下一工序如蒸煮，浸出，水解和发酵等的效果和效率。固体物料粉碎设备原料粉碎湿法粉碎干法粉碎湿式粉碎是将水和原料一起加入粉碎机中，从粉碎机出来时即成粉浆。这种方法无原粉粉末飞扬，车间卫生好，缺点是粉浆必须随产随用，不宜储藏，且耗电量较多。干式粉碎是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，如果不采取必要的除尘措施，车间内会布满灰尘。固体物料粉碎设备•物料粉碎的力学分析固体物料的粉碎按其受力情况可分以下几种：挤压破碎(a)、冲击破碎(b)、研磨粉碎(c)、剪切破碎(d)、劈裂粉碎(e)。•粉碎流程•粉碎工艺的流程有开路粉碎和闭路粉碎两种，如图。在开路粉碎流程中，一次粉碎后卸出的物料全部作为制成品。该流程的优点是方法简单无需附属设备，设备投资费用低。但此流程的制成品粒度分布宽，要在一次粉碎后使制成品全部达到粒度要求需要较长的粉碎时间。同时，还容易使物料发生“过度粉碎”，即达到粒度要求的物料不能及时排出而仍继续留在粉碎机中粉碎。闭路粉碎流程是将粉碎后的物料进行分粒，不符合细度要求的物料再回流至粉碎机重新粉碎，粉碎机的工作只针对较粗的颗粒。显然，该流程能使制成品粒度均匀，避免过度粉碎，因此生产效率高，单位功耗小，此流程的缺点是系统复杂，附属设备多，操作控制也较复杂。生物反应物料处理设备固体物料粉碎设备•所选用粉碎机应有基本要求：（1）粉碎后的物料颗粒大小要均匀；（2）已被粉碎的物块，应立即从轧压部位排除；（3）操作应能自动化；（4）易磨损的部位应容易更换；（5）应产生极少的粉尘，以减少环境污染；（6）在操作发生障碍时，应有保险装置能使自动停车；（7）单位产品消耗能量要小。（一）冲击式粉碎机常用的冲击式粉碎机主要有锤片式和齿爪式两种，它们都是采用机械方法对原料以冲击方式进行粉碎。被粉碎的原料有谷粒类、果蔬类、茎秆类、饼粕类和矿物类等。其适用范围广泛，通用性强，而且构造简单，生产效率高。易于控制产品的粒度，使用维护安全、方便、可靠。锤式粉碎机锤式粉碎机是一种应用广泛的粉碎机械,粉碎作用力主要为冲击力,这种粉碎机对各种中等硬度的物料和脆性物料,粉碎效果较好。用其他粉碎机难以粉碎的物料，如带有一定韧性或软性纤维较长的物料，它也能粉碎。锤片式粉碎机优点：构造简单、紧凑、物料适应性强，粉碎度大（粗粉碎细粉碎皆可），生产能力高，运转可靠。缺点：机械磨损较大。锤式粉碎机的构造及工作原理锤式粉碎机内有一固定的水平轴，在轴的转子上，对称于轴的位置装有锤刀，周围是圆筒形外壳，外壳分两部分，上部分为棘板（有沟形的表面），下部为有孔形的筛板。被粉碎的物料通过筛孔落下，物料从料斗进入机内，受到高速旋转锤刀的强大冲击被击破，小于筛孔直径的颗粒，通过筛面落入出料口，大于筛孔直径的颗粒，受锤刀冲击后，由于惯性作用，以高速四散飞落，有的撞击到棘板上被撞击成碎片，未撞击到棘板上的大颗粒，也会受到后排锤刀的冲击，如此反复，直至将大块物料撞碎，从筛孔落入出料口。锤式粉碎机切向进料式粉碎机锤刀多由耐磨的高碳钢或锰钢制成，常见的形式有矩形，带角矩形和斧形。原料的粉碎是由于锤刀的冲击作用，因此锤刀磨损很快。矩形和带角矩形锤刀具有可多次使用的优点，当一角被磨钝后，可调换再用，直至四边角全部用遍为止。固体物料粉碎设备•粉碎设备双转子锤式粉碎机双转子锤式粉碎机辊式粉碎机广泛应用于颗粒状物料的中碎和细碎，啤酒厂粉碎麦芽和大米都用辊式粉碎机，常用的有两辊式，四辊式，五辊式和六辊式等。对辊式磨粉机广泛应用于小麦制粉、葡萄破碎、啤酒麦芽轧碎等。（二）辊式粉碎机两辊式粉碎机主要的工作构件为两个直径相同，相向转动的钢辊，由白口铁、铸铁或铸钢制成。辊筒表面形状有表面光滑的、表面有齿的和表面有凸棱或凹槽的。粉碎机工作时。把放在钢辊间的物料夹住拖入两辊之间。物料受到挤压而破碎多辊式粉碎机为了用一台粉碎机达到下一步生产要求的粉碎度，同时提高生产能力，往往使用四辊、五辊、六辊带筛分的辊式粉碎机（三）湿式粉碎机在工厂用干法粉碎一些生物质原料时，往往会逸出较多的粉尘，影响环境，危害工人的身体健康。为了避免这一缺点，在某些产品的生产过程中，采用湿法粉碎操作。所使用的设备称为湿式粉碎机。湿式粉碎机主要包括：输料装置、加料器、粉碎装置和加热器等。粉碎可采用一级或二级粉碎，两台粉碎机串联使用。固体物料湿法粉碎设备•湿法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。湿法粉碎流程的优点：1.消除了粉尘危害，改善了劳动环境，降低了原料消耗；2.粉碎过程中，淀粉已开始吸水膨胀，提高了蒸煮效果；3.粉碎后经预热，提高了蒸汽的利用率；4.机器零件的磨损减少，节省了设备维修费用。砂磨机是湿法粉碎过程中常用的一种设备，工业上用的砂磨机有盘式砂磨机、双轴立式砂磨机、搅拌棒型砂磨机、双锥型砂磨机、双筒式砂磨机和超微湿式粉碎机等（四）麦芽粉碎机大麦芽是生产啤酒的主要原料，在糖化前需将麦芽粉碎，以便尽量从中提取有效成分。粉碎麦芽要用麦芽粉碎机。大麦发芽后仍带着外壳，这种外壳的壳皮在麦芽汁过滤工序中能起到天然的助滤作用，故不宜将壳皮过度破碎。因此，要求既要将麦芽粉碎，又不使壳皮过度破碎。麦芽粉碎的方法一般有增湿粉碎法、湿式粉碎法和干式粉碎法等。增湿粉碎法是采用通入蒸汽增加麦芽含水量，软化壳皮，然后粉碎的方法。湿式粉碎法是先将麦芽浸泡在箱内，然后依靠分配辊和轧碎辊进行破碎。干式粉碎法是将干燥处理过的麦芽进行粉碎和筛理分级，由于该法设备结构简单、操作方便，故采用较多。干式粉碎法常采用五辊麦芽粉碎机。干式粉碎法常采用五辊麦芽粉碎机。它主要由装有分配辊的进料斗、五根磨辊（其中三根光辊，两根齿形辊）、四层网筛和四个排料口等组成。啤酒生产工艺1.工作原理：球磨机适用于具有粘附性、凝结性的粉粒状物料的混合，同时还具有粉碎和研磨的功能。实际上，将圆筒型混合机(无螺旋和分散板)内加入钢球即成均普通的球磨机。球磨机的工作原理同圆筒型混合机相类似，当筒体旋转时，筒内的钢球和物料由于离心力和筒壁摩擦力的作用，被带到一定的向度，然后落下，钢球将粘附凝结的块状物料击碎以保证粉粒状物料不断运动、不断改变其相对位置，达到混合的目的。（五）球磨机当球磨机在不同转速时，钢球和物料在筒内的运动将出现三种情况：泻落状态抛落状态离心状态2.圆锥转筒球磨机（六）冷冻粉碎冷冻粉碎又叫低温粉碎，是利用冷冻与粉碎两种技术相结合，使食品原料在冻结状态下进行粉碎制成干粉的技术，但冷冻粉碎后应进行冷冻干燥处理。冷冻粉碎的基本原理是预先将待粉碎的物料用液氮冷却冻结到脆化点以下，就可以利用其低温脆性轻而易举地使物料粉碎。它避免了常温粉碎时由于投入的能量大部分转化为热能，而以热的形式散发，这对热敏性和某些塑性材料极为不利，常常造成食品的变质、溶解、粘着，导致生产能力下降。与常温粉碎相比，该粉碎方法有以下优点：可以粉碎常温下难以粉碎的物质；可以制成比常温粉粒体流动性更好，粒度分布更理想的产品；粉碎时不会发生气味逸出、粉尘爆炸、噪声等。这种方法特别适用于由于油分、水分等缘故很难在常温下微粉碎的食品，或在常温粉碎时很难保持香味成分的香辛料。其缺点是成本较高，但这对于某些需保持高的营养成分和芳香味的食品物料的粉碎，