第2章生物质原料预处理备

第二章生物质原料预处理设备第二章生物质原料预处理设备主要内容2生物质原料筛选与分级3原料的清洗4生物质原料的粉碎1生物质原料及其特点5生物质原料混合设备第二章生物质原料预处理设备知识技能要求•重点1.生物质原料筛选与分级设备的结构与工作原理；2.生物质原料粉碎的目的、常用粉碎设备的结构与工作原理；3.生物质原料固体间的混合机理、设备的结构与工作原理。•难点设备的功率计算、选型。第二章生物质原料预处理设备2.12生物质原料及其特点第二章生物质原料预处理设备生物加工原料•生物加工原料在很多情况下来源于植物，属生物质原料。–如植物的块根、块茎、秸秆、种子、果实等。–动物的组织、毛皮、脂肪、骨骼、内脏、肌肉等。–微生物及其代谢产物。第二章生物质原料预处理设备生物质原料的特点•不同原料其物理化学性质差异较大；•不同原料组成成分差异较大；•原料的不同产地其成分、加工性质差异较大；•原料的性质、组成随季节变化差异较大；•生物质原料的品种之间性质差异较大；•原料中通常会含有相当数量的杂质。•储藏方法的不同会导致原料加工特性的差异。第二章生物质原料预处理设备选择生物质原料加工设备需要考虑的因素•不同生物反应进程对于物料的加工要求差异较大，应该参照生物反应原理选择加工工艺，并由此选择相应加工设备；•不同的生物质原料具有不同的加工特性，需要使用相应的加工方法，并据此选择相应加工设备；基本依据：根据加工工艺进行选择！第二章生物质原料预处理设备由此可见①对于不同的原料应该采取不同的处理方式；②对于不同的生产工艺应该采取不同的处理方式；③对于不同的储藏方式应该采取不同的处理方式；④对于不同的后续生产设备应该采取不同的处理方式；⑤处理之前需要进行的必要操作—筛选和除杂。第二章生物质原料预处理设备2.22生物质原料筛选与分级第二章生物质原料预处理设备2.2生物质原料筛选与分级1原料筛选分级初论2原料的筛选设备3原料的分级设备第二章生物质原料预处理设备2.2.12原料筛选与分级初论生物加工原料在生产前，进行原料的除杂、清洗、筛选与分级处理是十分必要的。第二章生物质原料预处理设备原料筛选与分级的原因①机械磨损。在原料的粉碎过程中，容易使粉碎机的筛板磨损，使机器发生故障，机械设备的运转部位由于磨损而损坏；②杂质影响反应过程。③杂质影响生产过程。–影响产物分离–损坏生产设备–阻塞管路第二章生物质原料预处理设备原料筛选与分级的主要操作方式•包括：–除杂–分级–清洗–粉碎第二章生物质原料预处理设备清理与分级的含义分级所考虑的因素可以分类如下:(一)物理特性：1.含水量;2.单元尺寸;3.单元重量;4.结构;5.颜色;6.杂质;7.形状。(二)化学特性1.成分分析;2.酸败情况,自由脂肪酸指数(用于含油脂的物料);3.气味和味道。(三)生物学特性:1.发芽情况;2.虫害的种类和数量;3.霉菌损害的种类和数量;4.细菌数量。第二章生物质原料预处理设备清理和分级的原理和方法1.空气动力学特性的不同--气流清选法;2.颗粒大小的不同--筛选法;3.颗粒形状的不同--精选;4.比重的不同--干法比重分选和湿法比重分选;5.磁性的不同--磁选法;6.弹性的不同--撞击法;7.颜色的不同--光电分选法。第二章生物质原料预处理设备2.2.22原料筛选设备第二章生物质原料预处理设备2.2.2生物质原料筛选与分级1原料除杂（铁质杂质）设备2原料的筛选设备第二章生物质原料预处理设备2.2.2.1除杂设备———磁力除铁器•除铁的目的是将夹杂在原料中的小铁块、螺丝等金属杂物除去，因为这些金属混杂物若不加以清除，随原料进入机内，将会损坏机器，甚至引起粉尘爆炸事故，须在清理过程中用磁选设备除去。•磁选设备的主要部件是磁体。磁体分永久磁体和电磁体。谷物清理多采用永久磁体。磁场要有足够的磁场强度。•磁选设备分永磁溜管和永磁滚筒。第二章生物质原料预处理设备①永磁溜管•永磁溜管的永久磁铁装在溜管上边的盖板上。一般在溜管上设置２～３个盖板，每个盖板上装有两组前后错开的磁铁。•工作时，原料从溜管上端流下，磁性物体被磁铁吸住。•工作一段时间后进行清理，可依次交替地取下盖板，除去磁性杂质。•溜管可连续地进行磁选。•永磁溜管结构简单，不占地方。•为了提高分离效率，应使流过溜管的物料层薄而均匀。第二章生物质原料预处理设备②永磁滚筒•永磁滚筒主要由进料装置、滚筒、磁芯、机壳和传动装置等部分组成。①磁芯由锶钙铁氧体永久磁铁和铁隔板按一定顺序排列成170°的圆弧形，安装在固定的轴上。②外表面敷有无毒而耐磨的聚氨酯涂料作保护层。③滚筒通过蜗轮蜗杆机构由电动机带动旋转。④磁芯固定不动。•永磁滚筒能自动地排除磁性杂质，除杂效率高（９８％以上），特别适合于除去粒状物料中的磁性杂质。•永磁溜管的物料速率一般为0.15～0.25ｍ／ｓ，永磁滚筒的圆周速率一般为0.6ｍ／ｓ左右。第二章生物质原料预处理设备永磁滚筒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-机壳第二章生物质原料预处理设备③其他除铁设备——平板式、旋转式磁分离器第二章生物质原料预处理设备2.2.2.2原料的筛选•筛选是谷物等生物质原料清理除杂最常用的方法。•原理：筛面上配备适当的筛孔，使物料在筛面上作相对运动，不同粒度的物料落入不同筛孔。•筛选操作：将物料从筛的一端加入，并使其向筛的另一端移动，从而使尺寸小于筛孔的物料穿过筛孔落下，成为筛下物，而尺寸大于筛孔的物料经过筛面从筛的另一端引出。第二章生物质原料预处理设备•筛选可以用人工的方法进行，但这时生产效率将会受到极大的限制。生物加工过程中的筛选操作都由筛选机械来完成。•筛选机械有很多种不同的构造，发酵工厂中常用的是振动筛和转筒筛。第二章生物质原料预处理设备①筛选设备——振动筛•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，如图所示。第二章生物质原料预处理设备第二章生物质原料预处理设备第二章生物质原料预处理设备第二章生物质原料预处理设备②原料筛选设备——转筒筛•物料从小孔端进入，由大孔端排出，从而分出三个级粒。•倾斜角3～5°•圆周速度0.7～1.0m/s第二章生物质原料预处理设备2.2.32原料分级设备第二章生物质原料预处理设备原料的分级•颗粒状的生物质原料（如豆类、大麦、小麦）等必须进行精选和分级。•原理：按颗粒长度进行分级，以除去不必要的杂粒。•常用的精选机有滚筒精选机和碟片精选机两种。•都是利用带有袋孔（窝眼）的工作面来分离杂粒，袋孔中嵌入长度不同的颗粒，带升高度不同而分离。第二章生物质原料预处理设备①原料分级设备——碟片式精选机•在金属碟片的平面上制成许多袋形的凹孔，孔的大小和形式视除杂条件而定。•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才会落下；•因此只要把收集短粒斜槽放在适当位置上，就能将短粒分出来。第二章生物质原料预处理设备碟片式精选机工作动画第二章生物质原料预处理设备•碟片精选机的特点：1.工作面积大，转速高，产量比滚筒精选机大；2.适应性好。•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；3.碟片损坏可以部分更换；4.可分别检查每次碟片的除杂效果。•缺点：1.碟片上的袋孔容易磨损2.功率消耗较大。第二章生物质原料预处理设备第二章生物质原料预处理设备②原料分级设备——滚筒精选机主要构件是一个表面开有袋孔的旋转圆筒。长粒物料不能进入袋孔，在进料压力和滚筒倾斜的影响下向滚筒另一端移动流出，短粒物料则嵌入袋孔被带到较高位置，落入中央收集槽中，由螺旋输送机送出从而得到分离第二章生物质原料预处理设备滚筒精选机第二章生物质原料预处理设备原料分级设备——滚筒精选机第二章生物质原料预处理设备•根据滚筒转速差别又分为快速滚筒精选机和慢速滚筒精选机。•低速滚筒精选机的安装应与水平线成5°~10°角，颗粒原料向出口运动速度约为0.03～0.05m/s，平均生产率为100～140kg/h·m2。•高速滚筒精选机可接近水平安装，其生产率可达500kg/h·m2。第二章生物质原料预处理设备第二章生物质原料预处理设备2.32原料的清洗设备第二章生物质原料预处理设备原料清洗•清洗所用的机械分三类：•①原料清洗用；•②包装容器清洗用；•③器皿清洗用。第二章生物质原料预处理设备常用的清洗液①冷水：不损伤原料的品质。②热水：温度以不损伤原料的品质为宜，有杀菌作用。③蒸汽：如制糖时用离心分离机分离结晶糖，须用蒸汽清洗去掉表面的不纯物及糖蜜，而糖的水分并不增加。④药剂溶液：–酸性洗液——通常使用稀盐酸、稀磷酸、稀硝酸；–碱性洗液——通常使用稀NaOH；–消毒洗液——600μL／L的漂白粉液、ClO2溶液。第二章生物质原料预处理设备常见的清洗方法①浸泡：在静止水或流动水或其他溶液中浸泡。②喷水：适合大多数产品的清洗，但要注意选择好喷水压力和水雾分布型式。③冲洗：在高速水流中靠物料间摩擦、碰撞等清洗物料。④刷洗清洗作业可采用上述几种方法的一种，也可以把其中几种方法组合起来使用。第二章生物质原料预处理设备原料清洗机械•滚筒式清洗机第二章生物质原料预处理设备原料清洗机械•螺旋式清洗机第二章生物质原料预处理设备带式清洗机第二章生物质原料预处理设备组合式清洗机第二章生物质原料预处理设备振动式清洗机第二章生物质原料预处理设备鼓泡式清洗机第二章生物质原料预处理设备第二章生物质原料预处理设备2.42原料的粉碎设备第二章生物质原料预处理设备2.4原料的粉碎设备1原料的粉碎2锤式粉碎机3辊式粉碎机4其他粉碎机第二章生物质原料预处理设备2.4.1物料的粉碎•在生物生产中，为了加速后续的生物反应和化学反应等过程的反应速度，对于使用的固体生物质原料，常需将其粉碎。•粉碎：使大块固体物料破碎成小块物料的操作，通常称为粉碎，而使小块物料进一步粉碎为粉末状物料，有时则称为磨碎或研磨，很多情况下，统称为粉碎。•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和发酵等的效果和效率。第二章生物质原料预处理设备②物料粉碎的原因及其机理•物料粉碎的必要性：溶解、混合和反应。•机械粉碎的原理（5种粉碎力）：①挤压②冲击③研磨④劈力⑤剪切第二章生物质原料预处理设备③粉碎的粒度——粒径范围①粗碎：原料粒度40～1500mm，成品粒度5～50mm②中细碎：原料粒度5～50mm，成品粒度0.1～5mm③微粉碎：原料粒度5～10mm，成品粒度＜100μm④超微粉碎：原料粒度0.5～5mm，成品粒度＜10～25μm选择粉碎设备的时候，要兼顾生产原料的性质，以及加工工艺的要求。第二章生物质原料预处理设备④粉碎方式选择时应注意的事项•对于物料的粉碎，必须根据物料的特性，以及粉碎要求选择合适的粉碎方法；•对于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。•任何一种粉碎机，都是几种方法的结合，这样最有效。第二章生物质原料预处理设备⑤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止；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。第二章生物质原料预处理设备2.4.2锤式粉碎机第二章生物质原料预处理设备原料粉碎设备——锤式粉碎机•适用范围:中等硬度物料的中、细碎，脆性物料。•锤刀：可拆换，可摆动避开硬物。高碳钢和锰钢，可两头调换使用。•工作原理：物料从上方料斗加入，在悬空状态下就被锤的冲击力所破碎。然后物料被抛至冲击板上，再次被击碎。此外物料在机内还受到挤压和研磨的作用。第二章生物质原料预处理设备锤式粉碎机的结构•锤式粉碎机内有一根水平轴，轴上装有一些圆盘，圆盘的周边安装着板状锤片（杆锤），周围有圆筒形外