第5章--粉碎和切割机械与设备

第五章粉碎和切割机械与设备粉碎是用机械力克服固体物料内部凝聚力达到使之破碎的单位操作。破碎：将大块物料分裂成小块物料的操作；粉碎：将小块物料分裂成细粉的操作称为磨碎或研磨，两者合称为粉碎。第一节食品粉碎的理论一、食品粉碎的目的制取一定粒度的制品，如盐、咖啡、可可等将固体物料粉碎为细小颗粒，以备加工，如小麦磨粉把两种或以上的固体物料粉碎，使其均匀混合，如调味粉把固体物料粉碎后，便于干燥和溶解，如干燥饲料粉碎比：指粉碎前后物料的粒度比，反映粉碎设备的作业情况，粗粉碎在3~30，超微粉碎在300~1000以上。总粉碎比：大块物料粉碎成细粉时，需经过几道粉碎步骤才能完成，各道粉碎比之和。粗破碎：原料粒度40~1500mm，成品粒度约100~200mm；中破碎：原料粒度40~1500mm，成品粒度约20~70mm；细破碎：原料粒度40~1500mm，成品粒度约5~10mm；粗粉碎：原料粒度5~50mm，成品粒度0.7~5mm；微粉碎：原料粒度2~5mm，成品粒度0.1mm左右；超微粉碎：原料粒度小于2mm，成品粒度10~25μm。二、粉碎的分类粒度：物料颗粒的大小，是粉碎程度的代表性尺寸。对于球形颗粒，为其直径；对于非球形颗粒，以面积、体积或质量为基准的名义粒度。三、物料粉碎的方法1、压碎：物料置于两个粉碎面之间，施加压力达到物料抗压强度之后而被粉碎；2、劈碎：用带尖棱的工作面挤压物料，物料所受压力达到拉伸强度后沿压力作用线方向被折断；3、剪碎：物料所受压力相当于两支点或多支点梁，物料所受弯曲应力大于弯曲强度后被折断；4、击碎：物料在瞬间受到外力冲击而粉碎，主要适用于脆性物料。5、磨碎：物料受压力和剪切力作用，剪切力达到物料剪切强度时，物料被粉碎。四、物料粉碎理论1、表面积假说组成任何纯粹性晶体物质质点之间具有恒定的分子吸引力，粉碎所消耗的能量与用来拆开分子间吸引力产生新表面所需的能量有一定关系。粉碎后产品的比表面积大大增加，输入的粉碎能量越多，产品的粒度越细。E∝△SE=K1·(1/d2－1/d1)式中：E—粉碎物料所消耗的能量；K1：比例常数；d1、d2：物料颗粒粉碎前后的粒度。实际中，新生面积的表面能只占全部粉碎能耗的一小部分。物料粉碎时消耗的表面能、变形功、摩擦损失功、热能等的总和，与物料粉碎后表面积的增加成正比例。2、体积假说物料粉碎所消耗的能量与颗粒的体积成正比，粉碎后物料颗粒粒度也成正比例减小。E=K2·ln(d1/d2)式中：E—粉碎物料所消耗的能量；K2—比例常数；d1、d2—物料颗粒粉碎前后的粒度。3、裂缝假说物料粉碎所消耗的能量与裂缝的长度成正比，与颗粒的体积和表面积无关。)11(123ddKE4、应用结论表面积假说：适于为粉碎和超微粉碎体积假说：适于中、粗粉碎裂缝假说：粉碎物料粒度在1~10mm范围内的粉碎五、粉碎机械与粉碎操作粉碎操作可分为干法、湿法及低温三种。干法粉碎时，物料的水分含量应有一定的限制，水分过高的物料，须经干燥处理。湿法粉碎时，物料悬浮于载体液流中进行研磨。实践证明：湿法比干法易获得更细的制品，在食品的超微粉碎中应用广泛。低温粉碎操作是指物料在常温下有热塑性或非常强韧，使粉碎困难，而冷却到低温，使材料成为脆性后再粉碎。粉碎机械的选择粉碎力粉碎机特点用途冲击锤式粉碎机适用于硬或纤维物料的中、细碎，要发生粉碎热玉米、大豆、谷物、甘薯、甘薯瓜干、粕料榨饼、砂糖、干蔬菜、香辛料、可可、干酵母盘击式粉碎机适用于中硬或软质物料的中、细碎挤压滚筒压碎机适于软质物料的中碎马铃薯、葡萄糖、干酪剪切切割机、斩肉机、绞肉机软质粉碎肉类、水果挤压剪切辊磨机（光辊或齿辊）由齿形的不同适于各种用途小麦、玉米、大豆、油饼、咖啡豆、花生、水果盘磨可以在粉碎的同时进行混合，制品粒度分布宽食盐、调味料、含脂食品盘式粉碎机干法、湿法都可用谷类、豆类剪切冲击冲击式机械粉碎机粉碎粒度细小超微粉碎气流粉碎机普通粉碎机主要有：销棒式粉碎机、锤式粉碎机和辊式粉碎机三大种类。第二节普通粉碎机销棒粉碎机结构示意1、销棒粉碎机动齿盘上有三圈截面为圆形或扁矩形的齿，定齿盘盘上有两圈截面为矩形的定齿；动齿与定齿交错排列。动齿盘高速旋转→离心力场→腔内负压→定齿盘中心吸入物料→离心力使物料向外扩散→受内圈转齿和定齿撞击、剪切和摩擦作用初步粉碎→向外圈运动，线速增高，受到更强烈的冲击、剪切、摩擦和碰撞作用而粉碎。工作原理：工作时，动齿盘高速旋转，产生强大的离心力场，在粉碎腔中心形成很强的负压区，物料从定齿盘中心吸入，在离心力的作用下，物料由中心向外扩散，受到内圈转齿和定齿撞击、剪切、摩擦等作用力而被初步粉碎，在向外圈的运动过程中，线速度逐步增高，受到越累越强的作用力，进而被粉碎的越来越细，最后在外圈齿与撞击环的作用下，进一步粉碎达到超细化。特点：①优点：具有结构简单、生产能力大、能耗低、成本低等优点。②缺点：作业噪声大，物料升温快，产品中含铁量较大。注意点：磨齿与磨盘刚性连接，过载能力低，使用时应避免金属异物进入粉碎机，以免造成设备的损坏。适用性：适合于谷物的粉碎。2、锤式粉碎机锤式粉碎机在食品加工中应用十分广泛，该机具有结构简单、适用范围广、生产率高和产品粒度便于控制等优点，主要适用于谷物籽粒、咖啡、糖和果蔬等的粉碎。工作原理：锤式粉碎机主要是靠冲击作用来破碎物料的。物料进入锤式粉碎机中，遭受到高速回转的锤头的冲击而粉碎，粉碎了的物料，从锤破机锤头处获得动能，从高速冲向架体内挡板，筛条，与此同时物料相互撞击，遭到多次破碎，小于筛条之间隙的物料，从间隙中排出，个别较大的物料，在筛条上再次经锤头的冲击，研磨，挤压而破碎，物料被锤破机锤头从间隙中挤出。从而获得所需粒度的产品。锤式粉碎机的分类立式锤片粉碎机①筛片冲孔筛、圆锥孔筛和鱼鳞筛等。其中冲孔筛可分为：小孔：1~2mm；中空：3~4mm；粗孔：5~6mm；大孔：＞8mm。按配置形式：底筛、环筛和侧筛。按进料方向可分为：切向喂料机、轴向喂料机和径向喂料机三种；按部件特性可分为：水滴形粉碎室和无筛粉碎机两种形式。（1）锤式粉碎机的主要构件：进料机构、转子、衬板、筛板、出料机构和传动机构等部分组成。②锤片锤片排列应沿粉碎宽度运动轨迹均匀，物料不被推向一侧。锤片绕主轴旋转，当遇有坚硬而不能破碎的物料时，锤片能够绕悬挂轴销回转让开，避免损伤机器。锤片的形状视需粉碎的物料而定，棱角多，粉碎力强，耐磨性差，尖角适于纤维性物料，环形锤片不易磨损。③齿板阻碍物料环流层运动，降低物料在粉碎室内的运动速度，增强对物料的碰撞、搓撕和摩擦作用。常见锤片的种类和形状（2）特点及应用•优点：构造简单、操作方便，通用性强、用途广泛，生产率高、无空转损伤等。•缺点：作用机理复杂，成品粒度不能严格控制，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。（3）结构和工作过程•结构：主要由进料斗、转子、锤片、筛片等组成。•工作过程：工作时，原料从喂料口进入粉碎室，受高速回转的锤片及其它构件的冲击，以及筛片内壁的搓擦等作用而细化；粉碎后，小于筛孔的颗粒被排出粉碎室，大颗粒继续粉碎直至通过筛孔。•对于谷物子粒等淀粉质脆性物料，粉碎作用主要依赖高速的打击；而对于纤维质等韧性物料主要依赖搓擦作用。（4）结构类型•按主轴布置形式分为卧式和立式两种，其中，卧式为传统形式，应用广泛。(a)切向喂入式；(b)轴向喂入式；(c)径向喂入式1－进料斗；2－转子辐板；3－锤片；4－筛片；5－出料口（4）结构类型•按进料方向又划分为切向喂入式、轴向喂入式和径向喂入式三种。切向喂入式轴向喂入式径向喂入式①切向喂入式•物料由切线方向进入粉碎室，喂入口开度较大。•筛片安装于粉碎室的下半部分，筛片包角仅为180o，筛理面积较小。•优点：通用性好，粒料、块状料、茎秆料均适用。•缺点：结构不对称，其转子只能一个方向转动，锤片磨损后调换方向较为麻烦•应用：多为中、小型粉碎机。(a)切向喂入式1－进料斗；2－转子辐板；3－锤片；4－筛片；5－出料口②轴向喂入式•喂入口设置于转子主轴的一侧，沿其轴向进入粉碎室；•筛片包角为360o，构成圆形或水滴形环筛。•特点：粉碎室宽度较小，结构简单，筛理面积大，粉碎效率高，可远距离或通过软管多点取料，转子可正反两个方向作业。•应用：多见于小型粉碎机。(b)轴向喂入式1－进料斗；2－转子辐板；3－锤片；4－筛片；5－出料口③径向喂入式•物料由粉碎室正上方进入，粉碎室内较宽；•筛片包角约300o，筛理面积大，结构对称，生产能力强。•特点：可自重进料，可两个方向转动，减少锤片安装方向更换次数，卸料端需配置排气装置卸除转子产生的风压。•应用：一般只用于散粒料，常见于大、中型粉碎机。(c)径向喂入式1－进料斗；2－转子辐板；3－锤片；4－筛片；5－出料口3.辊式磨粉机由一对轴线平行，以不同转速相向高速旋转的圆柱形磨辊对物料进行研磨的机械。一、辊式磨粉机的分类1、按成对磨辊的数量单式磨辊：仅有一对磨辊，适于小型磨粉机复式磨辊：2对磨辊属两个独立单元，适于大、中型磨粉机八辊磨粉机：先2对并联，再串联，属于两个独立单元2、按磨辊松合闸的自动化程度手动：松合闸由人工操作，适于小型磨粉机半自动：由人工手动合闸，自动松闸全自动：自动控制松合闸，有液压和气压全自动3、按磨辊轴线的相对位置水平配置：两磨辊轴线处于同一水平面内，喂料情况好，便于观察，无喷粉现象，但操作不安全倾斜配置：两磨辊轴线处于同一倾斜面内，操作安全，但喂料情况差，存在喷粉现象。辊式磨粉机工作原理•对辊相对运动，物料从狭小轧距离通过而被碾碎的工作状态。•磨辊是磨粉机的主要工作零件。一对磨辊由于速比和辊面状态不同，粉碎物料的形式也不同。辊式磨粉机工作原理•等速反向旋转的光磨辊以挤压的方式粉碎物料或使物料变形(成片)，如轧麦片机；•差速反向旋转的光磨辊以挤压和研磨2种方式粉碎物料，如磨面机；•差速反向旋转的齿辊磨以剪切、挤压和研磨3种方式粉碎物料，如齿辊磨粉机。轧距同向？1—喂料绞龙；2—料门限位螺钉；3—栅条护栏；4—阻料板；5—下磨门；6—弹簧毛刷；7—吸风道；8—机架墙板；9—料筒；10—枝形浮子；11—喂料门；12—料门调节螺杆；13—下喂料辊；14—挡板；15—轧距总调手轮；16—偏心轴；17—上横挡；18—活动挡板；19—光辊清理刮刀；20—下磨辊；21—下横挡；22—排料斗辊式磨粉机工作结构（1）基本结构•机身、磨辊及其附属的喂料机构、轧距调节机构、液压自动控制机构、传动机构及清理装置7个主要部分组成。•MY型磨粉机为磨辊倾斜排列的油压式自动磨粉机。（2）工作过程——磨辊•MY型磨粉机有两对磨辊，每对磨辊轴心的连线与水平线夹角呈45°，中间有隔板。•一对磨辊中，上面是快辊，位置固定；下面是慢辊，慢辊轴承壳可移动，其外侧伸出如臂，并和轧距调节机构相联，通过轧距调节机构将慢辊放低或抬高，即可调整一对磨辊的间距。•两对磨辊——分别传动。（2）工作过程——磨辊（a）按表面形状分齿辊：有剪切、挤压和研磨作用。光辊：起挤压和研磨作用。磨辊（b）按表面线速度分对辊表面线速度相等（做轧片和轧坯）表面线速度不相等（做研磨）快辊慢辊（c）要求足够的强度、刚度和硬度、表面耐磨性、均匀性、导热性。磨辊配置及辊轴类型（2）工作过程——轧距调节轧距：两磨辊辊面间的最小距离。调节轧距——控制被粉碎物料的粒度调节方式：•可调节两磨辊整个长度间的轧距，也可调节两磨辊任何一端的轧距。（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，称为合闸。两磨辊轴心线的平行度？（2）工作过程——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。传动方法——先用带传动快辊，然后通过链轮传动慢辊，以保持快辊与慢辊的速比。（2）工作过程——喂料机构◆包括一对喂料辊、可调节闸门等。