第2章 粉碎与筛分

第2章粉碎与筛分第2章粉碎与筛分第一节粉碎第二节筛分第一节粉碎什么是粉碎粉碎的类型粉碎在食品工业中的地位一、粉碎理论(粒度、粉碎力、能耗、方法)二、磨介式粉碎三、冲击式粉碎四、转辊式粉碎五、切割碎解六、食品粉碎机的选用什么是粉碎粉碎是用机械力的方法来克服固体内部凝聚力达到破碎的单元操作有时将大块物料分裂成小块物料的操作称为破碎有时将小块物料分裂成细粉的操作称为研碎粉碎的类型类型原料粒度成品粒度粗粉碎40-1500 5-50mm中粉碎10-100 5-10mm 微粉碎（细粉碎）5-10 100μm以下超微粉碎（超细粉碎）0．5-5mm 10-25 μm以下粉碎在食品工业中的地位1)食品消费和生产需要，如面粉（产品）、巧克力生产中的配料2)增加固体表面积，如蔬菜干燥前先粉碎成小物料有利于3)工程化食品和功能性食品生产需要：有利于混合均匀，对产品质量有影响三、冲击式粉碎两大类：①机械冲击式粉碎机，依靠高速旋转的棒或锤等部件冲击或打击颗粒，使其粉碎。

②气流磨，利用高速气流或过热蒸汽使颗粒加速产生相互冲击力、碰撞力或与器壁发生冲击碰撞作用而被粉碎。

气流磨原理：某种气体通过一定压力的喷嘴喷射，成为高度的湍流和能量转换流，物料颗粒在这高能气流作用下悬浮输送着，相互之间发生剧烈的冲击、碰撞和摩擦等作用，加上高速喷射气流对颗粒的剪切冲击作用，使得物料颗粒间得到充足的研磨而粉碎成超微粒子，同时进行均匀混合。

由于欲粉碎的食品物料熔点大多较低或者不耐热，故通常使用空气为介质。

被压缩的空气在粉碎室内膨胀，产生的冷效应与粉碎时产生的热效应相互抵消。

粉碎动力指数球磨机1.1~1.17 锤式，1.4~1.5, 气流式：2.0~2.3①机械冲击式粉碎机类型：有锤击式粉碎机和盘击式粉碎机两类优点：单位功率粉碎能力大、粉碎粒度易于调节、应用范围广、占地面积小、易实现连续化的闭路粉碎等。

缺点：会产生磨损问题，因而不适宜用来处理硬度太大的物料。

四、转辊式粉碎原理：转辊式粉碎技术是利用转动的辊子产生摩擦、挤压或剪切等作用力，达到粉碎物料的目的。

分类：（根据物料与转辊的相对位置分），有盘磨机辊磨机辊式精磨机滚筒轧碎机等专用设备滚筒轧碎机原理：利用一只或一只以上滚筒的旋转进行轧碎操作应用场合：中碎或细碎辊式精磨机五辊辊磨机（又称五辊精磨机），专用在巧克力浆料精蘑上的，是一种超微粉碎设备：经精磨后的浆料平均粒度不超过25 μm ，其中大部分颗粒的粒度在15~ 20 μm 之间。

三辊精磨机，由三个辊筒组成，其结构以及工作原理与五辊精磨机相似。

三辊精磨机的辊筒可用合金钢或花岗石制成，表面同样要求光滑、坚硬。

它的三个辊筒有的成一水平状，有的倾斜为斜线，后者占地较小。

辊筒也具有不同转速，并可随时调节辊筒的工作温度。

辊磨机辊式磨粉机是食品工业广泛使用的粉碎机械，特别在面粉工业中早已是不可缺少的关键设备，其他如啤酒麦芽的粉碎、油料的轧胚、巧克力的精磨、糖粉的加工、麦片和米片的加工等也都能采用类似的机械。

盘磨机两种形式：碾轮转动而磨盘不动，磨盘转动而碾轮对立轴不动五、切割碎解肉类、鲜果和蔬菜及具有纤维的结构且含相当数量的液体、系非结晶体，常利用刀刃切割所产生的局部冲击力和剪切力。

切割刀钉状或齿状突起物，撕裂的作用。

可获均匀颗粒的得特殊碎解设备（切片，条、丁机等）。

刀片可按需要布置，如菠萝的切片刀装在管内。

六、食品粉碎机的选用一、粉碎理论（一）粉碎物料的粒度与粒度分布粒度粒度分布平均粒度粉碎比（二）粉碎力粉碎力的种类物料的力学性质物料在粉碎过程中的变化（三）粉碎的能耗假说表面积假说体积假说裂缝假说粉碎能耗的统一公式（四）粉碎方法开路粉碎自由粉碎滞塞进料粉碎闭路粉碎粉碎比指示粉碎前后的粒度变化. 近似反映粉碎设备作业情况,是确定粉碎作业程度\选择设备类型的尺寸的主要依据之一一般设备 3～30 超微设备 可到 300～1000 以上大的物料粉碎成小的, 总粉碎比很大, 可以分成几次(或在几台设备上)完成即把总粉碎比分开来完成.粉碎后的粒度粉碎前的粒度粉碎比粒度与球形度和形状系数物料的大小称为粒度，它是粉碎程度的代表性尺寸。

球形颗粒的粒度-----即是它的直径 非球形颗粒的粒度------各种名义粒度表面积粒度ds ，设颗粒面积为Sp ，则 ()14/-=πp s S d体积粒度dv 设颗粒体积为Vp, 则 ()24/63-=πPv V d球形度和形状系数的概念形状系数φP形状系数是由颗粒的代表性尺寸及比表面积决定的 一个表示颗粒偏离规则形状体(球形,立方体)程度的系数任意一粒子的V P 和S P ,都可以用一个代表性尺寸L,及a 和b 两个系数表示()44623-==bLS aL V P P则,形状系数ψ )54(6-⋅==ΦPPP V S L b a可见形状系数不仅与比表面积有关,也与代表性尺寸L 选择有关形状 取表性尺寸L a b 形状系数φP 立方体 边长1 1 1 球体 直径1 1 1 任意体 d V =1/s ϕ>1球形度定义为同体积球体表面积与颗粒实际表面积的比值。

表示颗粒形状偏离球形的程度，用符号s ϕ表示()346622-===Pp v s pv p sv s S V d S d V d dϕϕ即上式说明， s ϕ值越小，则比表面积（P P V S /）越大。

一些物料的球形度值范围和物料形状s ϕ值或范围 球形 1 立方体 0．806 许多粉碎物料 0．6～0.7球形颗粒的粒度分布与分布函数均匀颗粒料的粒度有一个分布, 粒度分布可以用重量、粒数、表面积或体积表示表示方法有：积累分布频率分布积累分布与频率分布的关系粒度分布的测定:粒度分布可以通过筛分等手段将不同粒度组分分开,然后测各粒度组重量(或体积\表面积等)的方式得到.粒度分布函数: 对测定到的粒度分布,用数理统计的方法表达成以粒度为函数的式子就是粒度分布函数常见的粒度分布函数对数正态分布函数平方根正态分布函数罗森-拉姆勒分布函数对数正态分布函数 曲线图示意这个式子中, g σ(几何标准差)和gm d (几何平均粒)是两个参数,d 是自变量因此,只要知道,以上两个参数,就可根据上式,求出任意一个粒度d 对应的的颗粒点总量的分数(或百分数).如果, 以上两个参数不知, 则要跟据测定的数据, 通过上式求出来.这个函数近年来逐渐被采用.())84(2lg lg ex p 21)()(22-⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡--==g gm g N d d d d d dN d f σπσ对数正态分布函数曲线图00.20.40.60.8157.51012.51517.5粒度对应粒度的分数平方根正态分布函数形式上与(4-8)相似, 只是以d 取代了dlg ())94(2ex p 221)(22-⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡--=ggmg N d d dd f σπσ罗森-拉姆勒(Rosin-Rammle)分布函数是使用最广泛的经验分布函数(这是一个从大到小的积累分布函数) 分布曲线示意图式中, Rd----粒度大于d 的物料体积(质量)百分数d R,m -----颗粒的罗拉平均粒度.定义是: 大于此粒度的物料体积或质量占总体积或总质量的百分数为36.8%n--------常数)104(exp 100,-⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=nm R d d d R罗森-拉姆勒分布曲线36.802040608010051015202530粒度(mm)质量大于对应粒度的积累百分数(%)对应于积累量36.8%的粒度为8mm,因此它是罗拉平均粒度罗拉分布曲线积累分布与频率分布的关系积累分布(曲线\函数)可用频率分布(曲线\函数)积分得到频率分布(曲线\函数)可由积累分布(曲线\函数)微分得到)64()()()(-=d d d dA d f ⎰=dd d d d f d A min)()()(频率分布对应 粒度所占比例粒度d只表示颗粒的粒度为d表示粒度为d 的颗粒所占全部颗粒的的百分数(可通过粒数、表面积、体积或重量相比求出)。

但要注意，用不同的量来比，得到的百分比是不一样的，所以表示百分数时，要说明是什么百分比。

（如重量百分比，体积百分比等频率分布曲线f(d)积累分布表示积累多少的物理量积累粒度d表示粒度小于d 的所有颗粒表示粒度小于d 的所有颗粒所对应的物理量（如重量、体积、表面积） 或它占全部颗粒物理量的百分数 分积累分布曲线A （d ）平均粒度有各种表示方法, 多数以粒数频率分布进行加权平均. 因所用的基准和方法不同,而有不同的平均粒度粉碎力的种类挤压力冲击力一般是三种力的混合剪切力特定的设备，以一种力为主物料的力学性质硬度：物料的弹性模数有大小, 划分硬和软强度：根据物料的弹性极限应力分，强和弱脆度：根据物料塑性变形区的长短分，脆性和可塑性韧性硬度大物料，需要较多的能量，作用时间也长，粉碎机的材料也要坚硬（如锰钢）粉碎机具速度较低，大的晶体可以用挤压力方式粉碎，但小晶体不适用。

纤维韧性材料，宜用撕裂或切割方式碎解。

水分含量：2-3% 会粘磨具，产生空滑作用，低于2%时，会产生粉尘，应适当加水（如先用水浸，再在粉碎时加水称为湿磨法，用于淀粉，豆制品的溶出作业）热敏性：不耐热的食品，粉碎时要注意冷却处理，或用湿法研磨。

物料在粉碎过程中的变化表面积假说粉碎能耗的统一公式开路粉碎特点:能量利用低,产品粒度分布广物料 粉碎机作用区 粗细粒在此停留时间长短不一 粒度分布很宽产品自由粉碎物料粉碎机作用区重力作用,物料在此停留时间短粒度分布很宽产品滞塞进料粉碎特点停留时间可能过长,功率消耗大,一台设备获大粉碎比适用:微或超微粉碎场合物料 粉碎机作用区 物料在此停留长短由筛网和进料控制 粒度均匀 产品加一筛网闭路粉碎物料粉碎机作用区合格产品筛分区粗大粒再去粉碎特点停留时间短能耗低二、磨介式粉碎是借助于运动的研磨介质（磨介）所产生的冲击、摩擦、剪切、研磨等作用力，达到对物料颗粒粉碎的目的。

物料受到的粉碎作用力来源于磨介的运动，粉碎效果受磨介的大小、形状、配比与运动方式、物料的充填率、被粉碎物料的粒度（干法）或浓度（湿法）等因素影响。

磨介式粉碎的典型设备有球（棒）磨机、振动磨和搅拌磨三类。

以球磨机为基础，但筒体（容器）不转动，增添搅拌机构以使磨介上下翻动。

大多用在湿法超微粉碎中（也适用于干法处理）。

原理——利用球形或棒形研磨介质作高频振动时产生的冲击、摩擦和剪切等作用力，来实现对物料颗粒的超微粉碎（粒度可达 2 ~ 3 μm 以下），同时还能起到混合分散的作用。

振动磨在干法或湿法状态下均可工作。

研磨介质有钢球、钢棒、氧化铝球和不锈钢珠等，可根据物料性质和成品粒度要求选择磨介材料与形状。

为提高粉碎效率，应尽量先用大直径的磨介。