4第四章 生物质原料处理过程与设备

球磨机
5. 超细粉碎设备 超细粉碎技术是近年 来发展起来的一门新兴 技术，它在化工、冶金、 建材、电子、轻工、医 药、农业等许多领域有 着广泛的应用。 1).气旋式气流粉碎机
a.结构
由粉碎、分级、收集三 部分组成。 气旋式气流粉碎系统
• b.工作原理
压缩空气经过冷却、 过滤、干燥后，经喷 嘴形成超音速气流射 入粉碎室，使物料流 态化，被加速的物料 在数个喷嘴的交汇点 汇合，产生剧烈的碰 撞、磨擦、剪切而形 成颗粒的超细粉碎。
一. 固体物料的筛选除杂设备 1. 粗选设备－－振动筛 a.结构 以大麦粗选设备为例 ，结构见下图。 振动筛：是一种平面筛，常用筛子有两种：一 种是由金属丝(或其他丝线)编织而成的；另一种 是冲孔的金属板。
筛孔的形状有圆形、正方形、长方形等。


大麦粗选机用的是长方形的冲孔筛板。
筛板开孔率一般为50-60％，开孔率愈大，筛 选效率愈高，但开孔率过大会影响筛子的强度。 目前使用的筛选机，筛宽在500-1600mm,振幅 通常取4-6mm，频率可在200-650次／分范围内选 取。
平板式
旋转式
3. 分级设备 工厂常用的另一种筛是圆筒分级筛，可用于 原料精选后的分级。如啤酒厂用于大麦精选后 的分级。
筛子用1 mm厚的钢板制作，筛孔长25mm， 宽2.2及2.5mm， 精选大麦从小孔端进入， 由大孔端排出，从而分出三 个级粒(2.2、 2.5、2.8)。
2.2
2.5
分级筛
大麦粗选设备
b.工作原理 筛选操作就是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；尺 寸大于筛孔的物料则经过筛面从筛的另一端 引出。
2. 磁铁分离器 a.结构 平板式磁铁分离器 旋转式磁铁分离器 b.原理： 用磁铁分离器除铁时，只要原料成薄层通 过分离器，铁块便被吸住而除去，物料则继续自 由通过。 3. 分级设备 工厂常用的另一种筛是圆筒分级筛，可用于原料精 选后的分级。如啤酒厂用于大麦精选后的分级。
↓
↓
↓
b.特点及适用范围 (a).构造简单，操作容易； (b).单位能耗的粉碎能力大，因而设备运转费用低；
(c).容易调节粉碎产品粒度；
(d).可连续自动运转； (e).粉碎对象从矿石类到有机、无机化学药品，纤维状物质 以及塑料聚合物类等，应用范围广泛； (f).机械安装占地面积小。 由于高速运转，不可避免要产生磨损问题，因而该类设 备不适合处理高硬度的物料；此外，还有发热问题，对热敏 性物质的粉碎，要注意采取适宜措施。这种粉碎机主要应用 在矿业、化工、建材、药物等行业。
5~150
3 0.8
30.5
59
85
165
310
450
• 2).机械冲击磨
• a.工作原理
利用围绕水平或垂 直轴高速旋转转子上 的冲击元件(叶片、锤 ACM型机械冲击磨结构示意图 头、棒等)对物料施以 激烈的冲击，并使其 由日本细川公司研制，结构简单、产量高、 产品平均细度(d90)在10-1000μm 与定子间以及物料与 能耗低； 范围 ；若采用陶瓷作粉碎部件，则具有高 物料之间产生强烈的 耐磨性；由于大风量输送物料，传热效果好， 可有效的降低磨内温升。 冲击，从而以强大力 量进行粉碎。
五辊式粉碎机
3. 盘磨机盘磨机广泛用于磨碎大米、玉米、豆类等物料。 主要构件是两个带沟绞的圆盘，一个和轴一起转 动，另一个固定在外壳上。物料由料斗进入圆盘 中心。由于离心力的作用，物料在两个圆盘缝隙 中向外甩出，并受到圆盘的研磨和剪切作用而被 粉碎。两圆盘的缝隙是可调的。另有一种结构是 两圆盘同时反向旋转，其对物料的研磨及剪切作 用更强。
二. 固体物料粉碎设备 1. 锤式粉碎机 广泛用于各种中等硬度的物料，如瓜干、玉 米等的中碎与细碎，尤其适用于脆性物料。 a.结构：如下图所示。
a).转子(钢质圆盘或方盘)
b).锤刀 形式：矩形、带角矩形和斧形。
锤式粉碎机
安装：严格对称，保证主轴具有动平衡性能。 以免产生附加的惯性力损伤机器。
c.工艺流程图
粉碎后的物料被上升的气流输送至叶轮分级区内，在分级轮离心力和风 机抽力的作用下，实现粗细粉的分离，合格的细粉随气流进入旋风收集 器、袋式除尘器收集，净化的气体由引风机排出。
• d.特点 ◇集粉碎、分级、混合、颗粒整形于一体，实现 联机综合作业。 ◇产量大，能耗低。比传统流化床、对喷式气流 粉碎机产量提高1倍，更适用于低附加值产品的超细 粉碎。 ◇进料粒度范围大，最大进料粒度5mm。 ◇粒度分布集中，尤其适合于粒度分布窄的产品。
第四章
生物质原料 处理过程与设备
• 概述
• 培养基制备工艺过程： 原 料 → 筛 选 → 粉 碎 → 糊 化（蒸煮、 酶）→ → 糖 化（酶法）→ 灭 菌 → 冷 却
4.1
固体物料的预处理与粉碎设备
概述 工业化大生产所用原料主要有两种： 1.直接使用淀粉为原料(或淀粉的加工品，如各种淀 粉糖)。 2. 以初级粮食为原料(淀粉质原料)，如大米、玉米、 瓜干、苕干、大麦等，需要对原料进行预处理(包括 筛选、除杂和粉碎)。
b. 四辊式粉碎机 四辊式粉碎机由两对辊简和一组筛子所 组成。麦芽经第一对辊筒粉碎后，由筛选 装置分离出皮壳排出，粉粒再进入第二对 辊筒粉碎。
四辊式粉碎机
c.五辊式粉碎机 该机前三个辊筒是光辊，组成两个磨碎 单元。后两个辊筒是丝辊，单独成一磨 碎单元。通过筛选装置的配合，可以分 离出细粉、细粒和皮壳。
3).搅拌磨 搅拌磨是超细粉碎设备中最有发展前景的粉碎设备。 a.结构：由一个静止的内填小直径研磨介质的研磨筒 和一个旋转搅拌器构成，有间歇式、循环式和连续 式三种类型。
• 工作原理：由电动机通过变 速装置带动磨筒内的搅拌器 回转，物料和研磨介质作自 转运动和多维循环运动，从 而在磨筒内不断地上下、左 右相互置换位置而产生激烈 的运动，由研磨介质重力以 及螺旋回转产生的挤压力对 物料进行摩擦、冲击、剪切 作用而粉碎。
• d.特点
◇粉碎粒度范围广，在d=3~180μ m范围任调；机型全， 产量5–3200kg/h机型任选。 ◇对易燃、易爆的物料可用惰性气体作介质粉碎。 ◇磨损极小，尤其适合于高硬度、高纯度物料生产。 ◇低温无介质粉碎，尤其适合于低熔点、热敏性物料 的粉碎。 ◇设备结构设计易于拆洗、消毒；方便更换品种。
(d)产品粒度分布均匀，容易获得所需粒度的 产品； (e)磨介尺寸小，研磨高效；
(f)节约能源。
4. 球磨机
主要由转筒与硬质球体所组成。转筒旋转时，圆 球在离心力作用下依旋转方向升起，直至圆球的 重力超过离心力时，圆球才向下掉落，对物料产 生撞击，同时靠近筒壁的物料也为圆球所研磨。 物料能同时受到撞击与研磨作用者属正常操作。 显然，转速过慢，撞击作用减弱甚至不起作用； 转速过高，圆球所受的离心力超过重力时，球即 随转筒旋转而不能有效地粉碎物料。所以，转筒 的转速应适当选择，以使球能被转筒带上一定的 高度后落下。
• 缺点：机械磨损(锤刀)比较大。
• 2.辊式粉碎机
• 辊式粉碎机广泛用于粒状物料的中碎及细碎。如 麦芽和大米的粉碎都可用辊式粉碎机，常用的有 两辊式、四辊式、五辊式和六辊式等。
• a.结构 以两辊式粉碎机为例。 该机由两个直径相同，以相对方向转动的圆柱 形辊筒组成。
两辊式粉碎机
• 辊桶的圆周速度一般在2.5-6m/s之间，速度太大， 物料在辊筒面上会跳动，而不易被辊筒带入压碎。 两辊速度相同时，辊筒对物料只有挤压作用，若使 两辊存在15-20％的转速差，则可同时产生挤压与剪 切作用，从而增加粉碎度。两辊筒中，一个是固定 的，一个是可移动的，这样可调节辊筒的间隙。另 外在可移动辊筒的轴承后方，还装有推力弹簧，当 过硬或大块物料通过时，辊筒可稍微移开，而不致 损环机器。辊筒按其表面状况分为光辊及丝辊两种。
筛网有不同规格，控制粉碎度，一般1.5mm。
锤刀形式
矩形
带角矩形
斧形
物料从上方料斗加入，在悬空状态下就被高速旋转的 锤刀产生的冲击力所破碎。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。被粉碎 的物料通过机壳底部上的格栅网孔(筛网)排出。 • 优点：构造简单、紧凑，能粉碎各种不同性质的物 料，粉碎度大，生产能力高，运转可靠。
设备性能表
型号 参数 入料粒度 （mm） 粉碎产品 细度 （d97=um） 生产能力 （kg/h） 空气耗量 （m3/min） 空气压力 （MPa） 装机功率 （kw） LHC-3 ≤3 3 LHC-6 LHC-10 LHC-20 LHC-40 LHC-60 ≤3 3 60~ 300 6 0.8 ≤3 3 100~ 500 10 0.8 ≤3 3 200~ 1500 20 0.8 ≤3 3 600~ 3000 40 0.8 ≤3 3 800~ 4500 60 0.8
预处理原因： 是因为原料在收获贮藏和运输中会混入各 种夹杂物，可分为三类： a.纤维性较长物质，如麻绳、草屑、庄稼 秸秆等； b.颗粒状，如泥土块、沙子、小石块等； c.铁磁性物质，如铁钉、螺丝等。 危害：原料出品率降低；影响后面工序的进行，如 粉碎时会磨损机械等。
粉碎目的：
使物料颗粒变小，表面积显著增大，可加速 溶解，节省加热时的蒸汽量（减少能耗），提高 原料利用率，减少输送时管道堵塞等。
湿式塔式磨机
• 这是一种立式搅拌磨，它们均借助于竖立的 螺旋叶片进行搅拌、翻动研磨介质和物料进 行粉碎的。
主要适用最大粒度小于微米以 下的产品，在造纸填料、陶瓷、 化工产品、采矿、颜料、食品 等工业均有应用。
干式塔式磨机
b.特点： (a)结构简单，操作容易； (b)占地面积小，安装基础费用低； (c)机械振动小、噪音低；