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第三章食品分选机械与设备一、分选分级定义将一种混合物料按照一定的原则分成两种或两种以上具有不同特点的物料的操作过程。分选：清除物料中的异物及杂质，如泥沙、石草等；分级：物料按尺寸、形状、密度、颜色或品质特性等进行分类。二、分选与分级的作用便于产品品质控制及生产过程控制设备安全。1）保证产品统一规格（达到商品标准）；2）提高原料利用率（优质优价）；3）便于加工，提高质量；4）降低成本；5）便于机械自动化生产。第一节概述三、分选分级的分类1、按物料宽度一般可采用筛分，通常圆形孔可以对颗粒物料的宽度差别进行分选和分级，长形筛孔可以针对颗粒物料的厚度差别进行分选和分级。如图12、按物料长度用旋转工作面上的袋孔（一般称为窝眼）对物料进行分选和分级，长颗粒的重心不能进入袋孔而跌出，短颗粒则被袋孔带上去另行倒出。第一节概述图1圆形筛孔和长形筛孔的分离原理（a）圆形筛孔；（b）长形筛孔3、按物料密度主要用于颗粒的粒度或形状相仿但密度不同的物料，利用颗粒群的相对运动过程中产生的离析现象（或称为自动分级）进行分选和分级。颗粒群的相对运动可以由工作面的摇动或气流造成。第一节概述图2相对密度分级装置4、按物料流动特性利用物料的流体动力特性的差别，在垂直、水平或者倾斜的气流或水流中进行分选和分级，实际上是综合了物料的粒度、形状，表面状态以及密度等各种因素进行的分选和分级。其中水流分级主要用于不溶性物料，如淀粉制造，小麦去石等。第一节概述图3气流分级(a)垂直气流；(b)水平气流；(c)切线水平气流5、按物料电磁特性主要用于食品原料中去除铁杂质。6、按物料光电特性利用物料表面的颜色差异，分出物料中的异色物料，如花生仁光电色选机、大米色选机和果蔬分选机等。第一节概述图3色选装置原理1.料斗，2.输送带，3.探测器，4.光源，5.压缩空气喷嘴，6.集料斗，7.控制系统7、按物料内部品质根据物料的质量指标（如水分、糖度、酸度等化学含量）进行分选和分级，采用的方法往往是物料的某些成分对光反射、透射和吸收、对电特性的影响、对磁特性的影响、对力学特性的影响、对温度特性的影响等无损检测的方法。从食品的安全性和营养性考虑，内部品质的分选和分级比其他的分选和分级更具有广泛的意义，但由于涉及的相关领域的技术较多，因此分选和分级的难度更大，其关键问题是的如何获得可靠的信息和对获得的信息的提取与处理。8、按物料其他性质采用某些与物料的品质指标有关联的物理方法检测物料的内部品质并进行物料的分选、分级。如采用嗅觉传感器检测物料的味道；采用计算机视觉系统检测物料的纹理、灰度等。第一节概述振动分选筛是利用粉粒物料的不同粒度和粒形特征进行分选，将粉粒料通过一层或数层带孔的筛面，使物料按宽度或厚度分成若干个粒度级别的过程。每一层筛面都可以将物料分成筛过物（也叫筛下物）和筛余物（也叫筛上物）两部分。第二节振动分选筛一、基本知识1、筛分效率评定筛分过程的数量指标。物料筛程越长，筛分效率越高，但单位筛面的生产能力越低；物料沿筛面速度越高，筛分效率越低；物料沿垂直于筛面的运动速度越高，细小颗粒越易穿过筛孔，筛分效率高，但动力消耗较大。第二节振动分选筛2、筛面组合生产过程中多个筛面组合使用。筛余物法：如图（a）所示，将前道筛面的筛余物送至后道筛面再筛，先提细粒后提粗粒，筛分产品从I到IV以次渐粗。优点是粗粒料的筛分路线长，筛面的检查、清理、维护方便。缺点是所有大粒物料要从每层筛面流过，不但筛面易磨损，而且多数粗物料阻碍细粒料接触筛孔，降低筛分效率。筛过物法：如图（b）所示，将前道筛面的筛过物送至下道筛面再筛，先提粗粒后提细粒，筛分产品从I到IV以次渐细。优点是使筛面的负荷减轻，有助于提高筛分效率，同时筛面配置空间较紧凑。混合法：如图（c）所示，综合了前二种方法的优点，因此流程可以灵活多变。第二节振动分选筛不同的筛分物料，都要根据其物料的具体特点、粗细粒的含量以及筛分的要求，来确定筛面的组合方式。第二节振动分选筛图5筛面的组合（a）筛余物法；（b）筛过物法；（c）混合法3、开孔率（筛面利用系数、筛孔系数）指整个筛面上筛孔所占的面积与总面积之比。与筛孔间距和排列有关。对于编织筛面有：第二节振动分选筛图6筛孔排列形式（a）正方形排列；（b）正三角形。为编织丝直径，为孔边长，为开孔率式中，mmdmmbKdbbK%22)(在同样孔径和孔隙条件下，正三角排列的开孔率比正方形的高16%。因为正三角形排列的筛孔错开，增加了物料过筛机会；正方形排列使物料在孔隙上通过无法过筛，严重影响分级效率。4、物料穿过筛孔的概率以编织面为例，直径为D的颗粒在筛面上通过筛孔的可能性仅为：当D越接近孔尺寸b时筛过的可能性越是大幅度降低。一般可将超过筛孔0.8-1.0的粒度级称为难筛颗粒。当颗粒虽为筛下级别，但它与筛面的相对运动速度达到一定值以上时，则完全没有通过筛孔的机会。第二节振动分选筛图7颗粒通过筛孔的概率22)()(DbDbK二、筛面的种类和结构筛面是筛分机械的主要部件。1、栅筛面采用具有一定截面形状的棒料，按一定的间距排列而成，通常用于物料的去杂粗筛。栅筛面的特点是结构简单，是物料顺筛格方向运动。但曲筛是矩形截面不锈钢丝组成的弧面，物料与水的混合物垂直于筛格方向运动，制造较困难。第二节振动分选筛图8栅筛和曲筛2、板筛面由金属薄板冲压而成，又称冲孔筛面，薄板厚度为0.5-1.5mm。常用的筛孔形状是圆孔和长孔，圆孔是按颗粒的宽度进行分级，长孔是按颗粒的厚度分级，有时采用三角形孔或异形孔。板筛面的筛分效率受筛面的开孔率（孔眼的形状、间距）和排列影响。优点是孔眼固定、分级准确，结构坚固、使用周期长；缺点是筛板易产生波纹面、易堵塞。适用于颗粒物料，不宜处理粉体物料。第二节振动分选筛图9板筛面筛孔的排列3、金属丝编制筛面由金属丝编织而成，亦称筛网。材料包括：不锈钢和有色金属（高水分）、低碳镀锌钢丝（小负荷）、高碳钢丝和合金弹簧钢丝（大负荷）。通常为方孔，或矩形孔，孔径大小在300目以上至25mm。包括平纹（120目以下）、斜纹（120目以上）。优点是轻便廉价、筛面利用系数大，通过能力强；缺点是刚度、强度差，易变性破裂。适用于低负荷分级。可用于粉料筛分，也用于过滤。第二节振动分选筛图9金属丝编制方法（平纹、斜纹）3、金属丝编制筛面目数（孔数）就是每平方英寸上的孔数目。目数越大，孔径越小。一般来说，目数×孔径（微米数）＝15000。第二节振动分选筛筛孔尺寸标准目数4.75mm42.00mm101.00mm180.150mm1000.125mm1200.0750mm2000.0374mm4004、绢筛面由绢丝织成，或称筛绢。主要用于粉料的筛分，在面粉工业中粉筛用量最大。由于绢丝光滑柔软，所以在筛面中极易移动而改变筛孔尺寸，使用时必须用大框架绷紧，较大孔的绢筛面都用绞织。筛绢的材料为蚕丝或锦纶丝，也可用两种材料混织。第二节振动分选筛三、筛面的运动方式筛分机械工作过程的基础是物料与筛面的相对运动。对于固定筛面而言，则需要物料具有初始速度或是借重力产生的速度。对于大多数筛分机械而言，则需要借筛面运动的速度和加速度来产生物料与筛面的相对速度。第二节振动分选筛图11筛面的运动方式静止筛面、往复运动筛面、垂直圆运动筛面、平面回转筛面、旋转筛面1、静止筛面物料靠自重在筛面作直线滑动，小于筛孔的颗粒通过筛孔进行分离。这种筛子因物料相对筛面的运动路程（筛程）较短，筛分效率较低。但结构简单，无需动力。常采用倾斜筛面改变物料速度和逗留时间。2、往复振动筛面筛面作往复直线运动，物料沿筛面作往复滑动。筛程较长。可用来清除物料中细小杂物，其筛分效率及生产率均较高。常采用（高频）振动筛面使物料跳跃前进以减小筛孔堵塞。第二节振动分选筛3、垂直圆运动筛筛面在垂直平面作圆形或椭圆形平动，也可以作直线运动。物料在筛面上作小的跳动，颗粒不易堵塞筛孔。适用于流动性较差的细颗粒或非球形多面体物料。4、平面回转筛面筛面在水平面内作圆运动。物料在筛面上作螺旋线运动，筛程最长，自动分层效果明显。筛分效率及生产率均较高。通常为多层结构，适用于流动性差、自动分层困难的物料的筛分。第二节振动分选筛5、旋转筛面筛面呈圆筒形或多角筒形，绕一水平轴或倾斜轴旋转，物料在晒桶内做旋转或螺旋的翻转运动。因物料只与部分筛面接触，因而筛面利用率小，筛分效率较低，因而于物料的初清理或增加强制性构件提高物料通过筛孔能力后用于粉料的筛分，适用于难筛粒含量高的物料。第二节振动分选筛四、筛面的传动方式筛面的传动方式是每种筛分机械的主要特征，它与支承机构决定了筛面的运动方式。同一种筛面的运动方式也可有不同的传动方式，常用的筛子传动方式包括：（a）曲柄连杆，（b）自振器，（c）振动电机，（d）偏心，（e）自定中心，（f）悬吊平衡，（g）单转，（h）平转，（i）转摆，（j）晃动。第二节振动分选筛四、筛面的传动方式不同的传动方式适合于不同的工艺要求。曲柄连杆是常用的筛面传动方式，但平衡差、噪音大，结构复杂。自振器可以减小噪音，增加平衡性。振动电机是异步电机轴的一端或两端加偏重旋转件，对筛体施加扰力而产生反复运动。偏心和自定中心分别采用板弹簧和螺旋弹簧，使振动筛分别作往复运动和圆运动。因为筛面运动方式与支承机构密切相关，尤其是支承结构约束筛面运动的自由度。悬吊平衡的多层筛面是每点的平面圆运动。单转是同一方向旋转，平转是同一平面旋转。转摆的每点运动轨迹不一样。晃动模拟多自由度的手工团筛。第二节振动分选筛五、摆动筛摆动筛与振动筛的区别：摆动筛又称摇动筛，在食品工厂中常称为振动筛。从物料在筛面上受力来看，摆动筛与振动筛是不一样的。摆动筛是以往复运动为主，而以振动为辅，摆动次数在600次/min以下。振动筛在选矿和粮食筛选中，常是一次筛分产品，物料在筛面上是剧烈跳动的，是以振动为主，其振动次数为800-1500次／min。1、摆动筛结构特点特点摆动筛常采用曲柄连杆机构，筛面是平的，因而全部筛面都在工作。摆动筛靠机体摆动和筛面倾角存在使物料前进。摆动筛制造和安装都比较容易，结构简单、调换筛面十分方便，适用于多种物料的分级。但是其动力平衡较差，运行时连杆机构易损坏，噪音较大。第二节振动分选筛2、摆动筛工作原理一般筛架上装有多层活动筛网，小于第一层筛孔的物料从第一层筛子落到第二层筛子，而大于第一层筛孔的物料则从第一层筛子的倾斜端排出收集为一个级别，其它级别依此类推。第二节振动分选筛图13筛体运动示意图1—筛面；2—偏心振动器3、摆动筛主要技术参数筛子：主要有三种型式：一种为钢条制成的；一种是金属丝或丝线编织的；一种是冲（钻）孔的薄金属板。食品工厂常用最后一种型式。为了减少筛孔被堵塞，常将筛孔做成圆锥形，孔由上向下逐渐增大，其圆锥角以70适。生产率：生产能力G为：G=B.q式中G-生产能力，kg/h；B-筛面宽度，m；q-筛面单位流量，kg/m.h。筛面单位流量q主要与物料在筛面上的流速有关，流量不能过大。因此，要提高G，只能增大B。但筛宽和筛长有一定比例，B过大其结构庞大，不便操作，物料也不容易沿筛宽均匀散落，筛宽一般在600-1200mm毫米内选取。第二节振动分选筛3、摆动筛主要技术参数物料运动特性：物料运动包括沿斜面的正向移动（与倾角有关）、垂直的反向移动（与振幅、偏心轮转速和筛面倾角有关）。物料正向移动速度快，显然可使物料层处于较薄状态，从而增加过筛机会。若该速度过快，就需要较长的筛面，否则，就会造成来不及过筛的物料进入另一级中。另外，由于料层太薄，物料在筛面上跳动（反向移动）过大而影响过筛机会。一般正向运动大于反向运动，才能使物料向出口移动；必要的反向移动有利于物料通过筛孔。第二节振动分选筛4、摆动筛工作注意事项由于摆动筛采用偏心曲轴连杆机构传动，筛体做往复变速运动，由于加速度的影响，使筛体产生的惯性力很大，若不采取平衡措施，就会造成筛体发生振动和噪音，以致影响部件的使用寿命。要使筛体不发生剧烈振动或减少振动，必须做到：筛体的左右吊杆长短要一致（因有倾角存在，故前后不一致），同时任何一根都不得扭曲、变形；保证筛