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吉林大学食品工程原理第四章概要
第四章 粉碎与筛分 第一节 粉碎 粉碎:利用机械力的方法克服固体物料内部凝聚力达到破碎的单元操作。 破碎:大料快分裂成小料块的操作。 磨碎:将小块物料分裂成细粉的操作。 粉碎可被分为粗粉碎、中粉碎、微粉碎和超微粉碎。 粉碎操作在食品工业中的作用 1.适应某些食品消费和生产的需要。 2.增加固体表面积以利于后道工序处理的顺利进行。 3.工程化食品和功能性食品的生产需要。 一、 粉碎理论 (一)粉碎物料的粒度与粒度分布 1.粒度:物料颗粒的大小,表征粉碎程度。 2.球形度:表示颗粒形状偏离球形的程度,定义为颗粒实际表面积与同体积球体表面积的比值。 3.粒度分布:粒度分布函数式。 4.平均粒度:算术平均、几何平均、调和平均。 5.粉碎度:粉碎前后的粒度比。 (二)粉碎方法与粉碎力 1.粉碎力的种类与形式 压碎 劈碎 折断 磨碎 冲击 2.物料的力学性质 硬度:弹性模量 强度:弹性极限应力 脆性:塑变区域长短 韧性:抵抗裂缝扩展 3.物料在粉碎过程中的变化 通常认为物料受到各种不同粉碎力作用后,首先要产生相应的应变以变形内能形式积蓄物料内部。当局部积蓄的变形能超过某临界值时,裂解就发生在脆弱的断裂线上。 4.粉碎能耗 积极因素:粉碎颗粒、产生新表面。 消极因素: 1.为破碎颗粒的弹性变形; 2.物料在粉碎室内的来回运转; 3.颗粒间的摩擦; 4.颗粒和磨碎机之间的摩擦; 5.发热; 6.振动的噪音; 7.传动机件和电动机的无效能耗。 (三)物料能耗假说 粉碎能耗:粉碎机械传动中的能耗。 外力做的功消耗 已有假说: 表面积假说 体积假说 裂缝假说 粉碎能耗假说 表面积假说(适合微粉碎和超微粉碎) 粉碎能耗与粉碎后物料的新生表面积成正比 体积假说(适合于粗中粉碎) 物料粉碎所消耗的能量与颗粒的体积成正比 裂缝假说(适合于两者之间1-100 mm) 物料粉碎所消耗的能量与颗粒的体积成正比 (四)粉碎方法 开路粉碎 自由粉碎 滞塞粉碎 闭路粉碎 二、 粒度的分布与测定 评价粉碎工艺和设备性能的重要参数 选择分级工艺和设备的依据 应用考虑的性能指标 1 颗粒群的粒度分布 列表法 将测定和分析的结果精确地罗列出来 图解法 结果绘成颗粒群的粒度组成特性的曲线 频率分布曲线和累计分布曲线 函数法 数学法规纳出分布规律的数学表达式 粒度分布 2 粒度测定方法 测定方法 测定方法-续 三、磨介式粉碎 利用运动的研磨介质对颗粒状物料施加冲击、研磨、摩擦、剪切等作用使物料粉碎。 环磨机 震动磨 搅拌磨 球磨机 结构:筒体、给料、卸料、传动装置 粉碎原理:离心力和重力(冲击、研磨、摩擦、剪切等作用) 棒磨机 与球磨机类似 钢棒代替球形研磨介质 搅拌磨 结构及粉碎原理 间歇式、循环式和连续式 四、 高速机械冲击微粉碎 依靠高速旋转的工件撞击和打击颗粒,并使其在转子与定子间、物料颗粒与颗粒间产生高频度的相互强力冲击、剪切而粉碎。 捶击式微粉碎 盘击式粉碎法 叶轮式超细冲击磨 五、转辊式粉碎 转动的辊子与另一相对表面之间摩擦、挤压或剪切等实现。 盘式粉碎 构造 原理:挤压和剪切 工作区域: 喂入区 接收区 引入区 研磨区 辊式磨粉机 光辊、齿辊 齿辊:齿数、齿型、斜度和排列 第二节 筛分 筛分是将颗粒或粉粒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粒度级别的单元操作。 筛分在食品工业中的作用 1.原料清理的需要 2.物料分离的需要 3.粉碎物按粒度大小分级的需要 4.工程化食品和功能性食品生产的需要 5.粒度分析的需要 一、筛分理论 (一)筛分的基本原理与基本概念 1.筛分原理 基本条件: (1)被筛物料必须与筛面接触; (2)合适的筛孔形状与大小; (3)被筛物料与筛面间有合适的相对运动。 筛选:主要依据物料宽度或厚度的不同进行 自动分级原理:大而轻的物料浮于料层上面,小而重的物料沉于料层底部,轻而小和重而大的物料位于料层中间。 2.筛分效率 筛分效率是从数量上评定筛分过程的指标。 η= m′/(mw) m——筛分物总质量 m′——筛下物总质量 w—— 筛分物料中可筛下的物料的质量分数 (二)筛孔的种类与排列 1.筛孔的种类 (1)圆形筛孔: 物料宽度; (2)长形筛孔: 物料厚度; (3)三角形筛孔:三角形物料; (4)鱼鳞型筛孔:进风和粗糙面使用。 2.筛孔排列方式及有效筛面面积 排列方式:正位排列、错位排列。 筛孔面积百分率:筛面上筛孔总面积占整个筛面面积的百分率。 正位排列:B1=(πr2/h2) ×100% 错位排列:B2=1.16×(πr2/h2) ×100% (三)筛面运动方式 1 静止倾斜筛 :物料靠自重在筛面作直线滑动,小于筛孔
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