第三章--分离机械与设备

分离机械与设备概述食品生产的分离操作是将不同物理、化学等属性的物质，根据其颗粒大小、相、密度、溶解性、沸点等表现出的不同特点而将物质分开的一种操作过程。发酵产品经常要经过分离纯化才能进入下一工序。比如：淀粉、结晶或杂质等固形物料从原料液中的分离；纯净水的制备；蛋白质的提纯以及提取天然有效成份等。要运用一定的物理或化学方法，采用适当的分离机械与设备来实现。分离过程是食品加工中一个十分重要的操作。分离过程的的费用通常占生产总成本的70%甚至更高。概述食品加工中典型的两大类混合物：连续相为液体：分散相为固体（固-液系统）、分散相为液体（液-液系统或液体混合物）和分散相为气体（气-液相系统）三种；连续相为气体：分散相为固体（固-气系统）和分散相为气体（液-气系统）。分离的方法1.扩散式分离方法蒸发、蒸馏、干燥等（根据挥发度或汽化点的不同）；结晶（根据凝固点的不同）；吸收、萃取、沥取等（根据溶解度的不同）；沉淀（根据化学反应生成沉淀物的选择性）；吸附（根据吸附势的差别）；离子交换（用离子交换树脂）；等电位聚焦（根据等电位pH的差别）；气体交换、热扩散、渗析、超滤、反渗透等（根据扩散速率差）分离的方法2.机械分离方法过滤、压榨（根据截流性或流动性）；沉降（根据密度或粒度差）。沉降分离可分为重力沉降和离心沉降分离。后者包括离心分离和旋流分离，分离设备分别为离心机和旋流分离器。分离的方法磁分离（根据磁性差）；静电除尘、静电聚结（根据电特性）；超声波分离（根据对波的反映特性）。在以上分离方法中，过滤分离、离心分离和旋流分离被称为食品分离中的三大主要机械分离方法。分离的方法第一节压榨机压榨：通过机械压力将液相从液固两相混合物中分离的操作称为压榨。一、概念压榨是通过机械压缩力将液相从液固两相混合物中分离出来的一种单元操作，在压榨过程中液相流出而固相截留在压榨面之间。与过滤不同的是，压榨的压力是由于压榨面的移动而不是由于物料泵送到一个固定的空间而施加的。1.压榨操作的特点压榨的目是为了将固液相混合物分离；固液混合物流动性好、易于泵送的可采用过滤分离，不易用泵输送的应采用压榨分离；在过滤操作中，当滤饼中液体需去除得更彻底些时，就需用到压榨操作。在某些生产过程中，压榨效果与干燥相似，由于机械脱水法通常较热处理法更经济，因此压榨作业一直被广泛应用着。2.压缩—过滤和干燥3.压榨过程的工序压榨过程主要包括加料、压榨、卸渣等工序。有时，由于进料状态要求或为了提高压榨效率，需对物料进行必要的预处理，如破碎、热烫、打浆等。4.压缩在食品工业中的典型应用在食品工业上，压榨主要用于从可可豆、椰子、花生、棕榈仁、大豆、菜子等种子或果仁中榨取油脂，以及从甘蔗中榨取糖汁。压榨的另一个重要用途就是用来榨取如苹果和柑橘之类的果汁。压榨设备按操作方式有间歇式和连续式两类。间歇式压榨机：其加料、卸料等均是间歇进行的。具有结构简单、安装费用低、操作压力易控制、能满足压榨过程中压力由小到大逐渐增加的工艺要求等优点，适用于小规模生产或传统产品的生产过程。间歇式压榨机主要为液压压榨机，型式有箱式、板式、缸式、栏式和笼式等。连续式压榨机主要型式：螺旋式、辊式和带式，连续压榨机可适用于不同生产规模的需要。5.压榨设备类型1.箱式压榨机待榨物料用滤布袋包装后放进一组钢箱中，这些钢箱置于压榨机的固定端板和活动端板之间。每个压榨箱均设有排液栅板，面上铺有多孔滤垫，滤布袋就放在这些滤垫上。在液压作用下，叠置在钢箱中的滤布袋作为一个整体受到挤压。132.板式压榨机典型板式压榨机如图4.2所示。它由四根直立钢柱做成坚固的压榨支架，上有顶板下有底板，中间夹有10~16块压榨板，距离75~25mm。当液压活塞加压向上移动时压榨板间的物料受到压缩，压榨初期的压力较低，通常仅约几个兆帕。当被榨取物料的体积逐渐缩小时，压力增加很快，可达到初期压力的5~10倍。压榨后的残渣形成了组织紧密而又坚实的榨饼。图4.2板式压榨机示意图3.栏式压榨机待榨物料置于由梯形截面的木条、钢条或多孔钢板围成的圆筒内，加压时液体流出筒壁，沿筒壁外侧流向压榨机底座的集液槽。由于筐式压榨机不用滤布，因此最适于非油料的压榨，但榨出液常混杂一些固体碎片。食品工业中，这类压榨机常用在果汁、菜汁的生产，用于葡萄汁压榨时，最终的压榨压力一般为0.3~0.4MPa，最高时可达1.2~1.6MPa。筐式压榨机也用于鲸脂、鱼脂以及其它不需高压的油脂压榨。二、连续式压榨机连续式压榨机的进料、压榨、卸渣等工序都是连续进行的。食品工业中，最有代表性的这类压榨设备是螺旋压榨机，其它还有带式压榨机和辊式压榨机等。辊式压榨机主要在榨糖操作中应用，这里不作介绍。以下介绍螺旋压榨机和带式压榨机。螺旋压榨机带式压榨机螺旋压榨机是使用比较广泛的一种连续式压榨机，很早就用来榨油、水果榨汁及鱼肉磨碎物的压榨脱水上。近年来随着压榨理论研究的进展，以及设备本身的革新，使得该设备的应用更加广泛。（一）螺旋压榨机螺旋压榨机的结构螺旋压榨机的操作特点1.螺旋压榨机的结构如图4.6所示，主要由压榨螺杆、圆筒筛、离合器、压力调整机构、传动装置、汁液收集斗和机架组成。图4.6螺旋压榨机（1）压榨螺杆由两端的轴承8支承在机架上，传动系统使螺杆9在圆筒筛6内作旋转运动（如图4.6所示）。①压缩比为了使物料进入榨汁机后尽快受到压榨，螺杆的结构在长度方向（从进料口向出料口方向）随着螺杆内径增大而螺距减小。螺杆的这种结构特点，使得螺旋槽容积逐渐缩小，其缩小程度用压缩比来表示。压缩比是指进料端第一个螺旋槽的容积与最后一个螺旋槽容积之比。如国产GT6GS螺旋连续榨汁机的压缩比为1:20。②螺距改变螺杆的螺距大小对一定直径的螺旋来说就是改变螺旋升角大小。螺距小则物料受到的轴向分力增加，径向分力减小，有利于物料的推进。（2）圆筒筛一般由不锈钢板钻孔后卷成，为了便于清洗及维修，通常做成上、下两半，用螺钉连接安装在机壳上。圆筛孔径一般为0.3~0.8mm，开孔率既要考虑榨汁的要求，又要考虑筛体强度。螺杆挤压产生的压力可达1.2MPa以上，筛筒的强度应能承受这个压力。（3）压力调整机构具有一定压缩比的螺旋压榨机，虽对物料能产生一定的挤压力，但往往达不到压榨要求，通常采用调压装置来调整榨汁压力。一般通过调整出渣口环形间隙大小来控制最终压榨力和出汁率。间隙大，出渣阻力小，压力减小；反之，压力增大。扳动压力调整手柄3使压榨螺杆9沿轴向左右移动，环形间隙即可改变。2.螺旋压榨机的操作操作时，先将出渣口环形间隙调至最大，以减小负荷。启动正常后加料，物料就在螺旋推力作用下沿轴向向出渣口移动，由于螺距渐小，螺旋内径渐大，对物料产生预压力。然后逐渐调整出渣口环形间隙，以达到榨汁工艺要求的压力。（二）带式压榨机1.福乐伟带式压榨机结构如图4.7所示，主要由料槽1，压榨网带5、10，一组压辊3、4，高压冲洗喷嘴9，导向辊11，汁液收集槽8，机架和传动部分以及控制部分等组成。所有压辊均安装在机架上，一系列压辊驱动网带运行的同时，从径向给网带施加压力，使夹在两网带之间的待榨物料受压而将汁液榨出。图4.7福乐伟带式压榨机原理图料盒筛网压辊压辊上压榨网带增压辊果渣刮板导向辊下压榨网带高压冲洗喷嘴汁液收集槽2.工作原理带式榨汁机有很多型式，但其工作原理基本相同。主要工作部件是两条同向、同速回转运动的环状压榨带及驱动辊、张紧辊、压榨辊。压榨带通常用聚酯纤维制成，本身就是过滤介质。借助压榨辊的压力挤出位于两条压榨带之间的物料中的汁液。带式压榨机一般可分为三个工作区：重力渗滤或粗滤区，用于渗滤自由水分；低压榨区，在此区域压榨力逐渐提高，用于压榨固体颗粒表面和颗粒之间孔隙水分；高压榨区，除了保持低压榨区的作用外，还进一步使多孔体内部水或结合水分离。经破碎待压榨的固液混合物从料槽1中连续均匀地送入下网带10和上网带5之间，被两网带夹着向前移动，在下弯的楔形区域，大量汁液被缓缓压出，形成可压榨的滤饼。当进入压榨区后，由于网带的张力和带L形压条的压辊3的作用将汁液进一步压出，汇集于汁液收集槽8中。以后由于10个压辊4的直径递减，使两网带间的滤饼所受的表面压力与剪力递增，保证了最佳的榨汁效果。为了进一步提高榨汁率，该设备在末端设置了两个增压辊7，以增加线性压力与周边压力。榨汁后的滤饼由耐磨塑料刮板刮下从右端出渣口排出。为保证榨出汁液能顺利排出，该机专门设置了清洗系统，若滤带孔隙被堵塞，可启动清洗系统，利用高压喷嘴9洗掉黏在带上的糖和果胶凝结物。工作结束后，也是由该系统喷射化学清洗剂和清水清洗滤带和机体。3.福乐伟带式压榨机工作过程4.特点优点：逐渐升高的表面压力可使汁液连续榨出，出汁率高，果渣含汁率低，清洗方便。缺点：压榨过程中汁液全部与大气接触，所以，对车间环境卫生要求较严。打浆机主要用于浆果、番茄等原料的打浆、去果皮、去果核等，使果肉、果汁等与其它部分分离，便于果汁的浓缩和其它后续工序的完成。打浆机分单道打浆机和多道打浆机，后者也称为打浆机组。（一）单道打浆机（二）打浆机组第二节打浆机（一）单道打浆机设备外形结构主要由圆筒筛、破碎浆叶、刮板、轴、机架及传动系统等构成。圆筒筛与刮板等工作过程打浆机的调整多用果蔬打浆机适用于多种新鲜的果品和蔬菜打浆分离之用。可浆果品，如：桔肉、葡萄、猕猴桃、桑果、杨梅、水蜜桃（去核）等，打成果酱汁，把果核、果籽、薄皮分离出来，也能将青菜（切断），蕃茄、辣椒、芹菜（切断）等打成蔬浆汁，把蔬菜筋分离出来，是制果酱、果汁、蔬菜汁的理想机器，为食品加工企业重要设备。技术规格：1、网径：400mm2、筛网长度：600mm3、刮板排数：3排4、刮板转速：410r/min5、刮板螺旋角：0°－5°任意调节6、筛网孔直径：1.11.52（mm）7、电动机：2.2KW，4极，1420r/min8、机器生产能力：50kg/h－2500kg/h9、机器重量：200kg10、机器外形尺寸：1236×750×1250mm食品工厂机械与设备——第五章粉碎切割机械单道打浆机的工作过程物料从进料斗进入筛筒，电动机通过传动系统，带动刮板转动，由于刮板转动和导程角的存在，使物料在刮板和筛筒之间，沿着筒壁向出口端移动，移动轨迹为一条螺旋线。物料在移动过程中由于受离心力、挤压、摩擦力等综合作用，汁液和已成浆状的肉质从圆筒筛的孔眼中流出，在收集料斗的下端流入贮液桶。物料的皮和籽等下脚料则从圆筒筛左端的出渣口卸下，从而达到分离目的。影响打浆机工作的因素与其调整物料在打浆机中擦碎的程度与下列因素有关：物料本身性质、轴的转速、筛孔直径、筛孔面积占筛筒总面积百分率、导程角的大小和棍棒与筛筒内壁之间的距离等有关。筛孔直径为0.4—1.5毫米，原料不同和加工要求不同时可调换不同孔径的筛筒，筛孔直径越小则打浆效果越好，但生产能力下降；筛孔总面积为筛筒面积的50％左右，其值越大则生产能力越大，但其强度下降；导程角为1.5—2.0°(也有3°的),导程角越大则物料移动速度越大，打浆时间越短，打浆效果变差；棍棒与内壁间距为1～4毫米,间距越小则打浆时挤压力越大，打浆效果则越好。轴的转速600～1200转／分，转速越高则各种作用力就越大，则打浆效果则越好，但打浆时物料移动速度就越快，时间相应缩短；物料在圆筒中的移动速度(即打浆时间)与棍棒转速和导程角有关。转速快，移动速度快，打浆的时间就少，导程角大移动速度快，打浆时间亦少。既然这两个参数的影响相同，在操作时就可只调整其中一个参数。导程角和间距合理与否可以很容易检查出来，只要发现废渣中含汁率较高(用手使劲捏果渣仍有汁液流出说明含汁率较高)，即可断定导程角或间距过大。含汁率高的物料，导程角与间距都应小些，含汁率低的则可大些。导程角与间距只调整其中一个，可达到良好的效果。（二）打浆机组打浆机联动三道打浆机组工作原理转速与筛孔打浆机联动上面介绍的是单机操作的打浆机。在很多场合中，如番茄酱生产流水线中，是把2~3