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1、第七章 粉碎和压榨设备,7.1 粉碎方法和理论,一、粉碎方式 破碎和粉碎物料的方式很多，归纳起来主要有以下 几种：,1）压碎 物料置于两工作面之间，施加压力后，物料经弹性 变形，塑性变形而至破裂粉碎。该方法只适合于脆性物料。,2）折碎 物料在工作构件间承受弯曲应力，超过强度极限而 折断。一般用来处理大块长或薄的脆性物料，粉碎度较低。,3）剪碎 是一种能耗较低的粉碎方式，可用于韧性物料。,4）击碎 物料与工作部件以较高的相对速度撞击，受到时间 极短的变载荷而被击碎。尤其适合于质量较大的脆性物料。,5）劈碎 用一个平面和一个尖棱工作面挤压物料，物料沿 压力作用线的方向劈裂。原因是劈裂面上的拉应力达
2、到或超 过物料的拉伸强度。,6）磨碎 物料与粗糙工作面在一定压力下相对运动而产生 摩擦，物料受到破坏。这是一个既有挤压又有剪切的复杂过 程。,二、粉碎的能耗,粉碎所消耗的能量，一部份使物料变形，并以热的形式 失散于周围空间，另一部份用于形成新表面，变成物料 的表面自由能。,通常认为，粉碎过程消耗的能量与粉碎比有关。 粉碎比 i = D0/Di 式中 D0, Di 为物料粉碎前后颗粒平均直径。,目前有三种粉碎能耗假说，由于考虑的角度不同，所以 适用的条件也不同。,（1）表面积假说,认为粉碎物料所消耗的能量与新生成的表面积成正比，即 E S,对边长为D0的均质立方体，粉碎后小立方体每边长度为Di，
3、则新生成的表面积为 S = 6 ( D03/Di - D03/D0) = 6D02 (i -1),对不规则颗粒，D0和Di只能代表粒度的关系 S = k1D02 (i -1),E = K1D02 (i -1) D02反映了物料粉碎前的原始表面积，k1和K1则决定于物料的形状、质地，粉碎方式等综合因素。 表面积假说没有考虑物料在破碎前产生变形所需的能量，当粉碎比i 10时，与实际情况较为接近。,（2）体积假说,粒度为D0的物料经n次粉碎至粒度为Di，每次的粉碎比均为i0 ，则 i = D0/Di = i 0n , n = lni/lni0,认为粉碎物料消耗的能量与物体的体积或质量成正比。,粉碎总
4、功为 E = nE0 = E0 lni/lni0 = K2lni 式中E0 为每次粉碎所作的功，它和i0都取决于物料本身的性质，反映物料粉碎的难易程度，对一定的物料而言，可用实验系数K2表示。,体积假说比较符合脆性物料的压碎和击碎。,（3）裂缝假说,认为物料在外力作用下，先产生变形，当物体内部的变形 能积累到一定程度，在某些脆弱点首先产生裂纹，裂纹扩展 形成破碎。粉碎所需的功与裂缝的多少成正比，而裂缝的多 少又和颗粒的大小的平方根成反比。当物料从D0粉碎到Di,E = K3 (1/Di - 1/D0) = K3/Di （1- 1/i） 实验结果证实，对不同的粉碎条件，Di 和 i 的指数在0.
5、5 左右变动。,裂缝假说介于体积假说和表面积假说之间，对于中粉碎和粗粉碎有一定适用性。,三、物料的粒度分布和测定,测量方法：,1）量具测量 这类物料有段、丁和片等，可用量具精确测 出大小。,2）筛选 采用筛选测定其粒度分布和进行分级。,3）显微镜测量 光学 2-100m, 电子 0.001-10m,粒度分布 粉碎的目的不同，对粉碎后物料尺寸和形状要求也不一样， 但对颗粒的均匀性要求是一致的，它是衡量粉碎机械性能 的重要指标。因此物料的粒度分布就显得重要了。,平均粒径 这种粒度表示方法简单易行，但不能反映粒度的 均匀性。,频数分布 一种直观明了的粒度分布表示方法。横坐标代表 粒径，纵坐标可以是质
6、量分数或粒子个数百分比。,粉碎机械按工作原理分类,击碎：锤式粉碎机、针磨（冲击磨）。 工作原理为撞击并伴有剪切。 适用于脆性和韧性物料。,磨碎：片磨、锥磨、对辊磨碎机。 工作原理为转动研磨并伴有剪切。 适用于脆性物料。,7.2 粉碎机械,切碎：铡草机、切菜机、切片机、削皮机。 工作原理为切割，刀片相对物料运动。 适用于柔韧性物料和纤维物料。,压碎：对辊压扁机、挤出机 工作原理为转动挤压并伴有剪切。 适用于脆性和韧性物料。,锤式粉碎机,主要是冲击粉碎，同 时存在强烈的摩擦搓 撕和剪切作用，对脆 性、部分韧性甚至纤 维物料都可进行粉碎， 常被称为万能粉碎机。,工作时，转子高速转动，进入机膛的物料受
7、到锤片的打击，粉碎 的物料被抛到撞击齿板上再次粉碎，粒度小于筛面筛孔时，进入 底膛。转子高速旋转，物料压紧在筛面上时，受到强烈的搓撕、 剪切作用，一部分物料进入筛孔，受到筛孔边缘的剪切，物料减 少时，剪切作用减弱。更换筛片可满足不同粒度要求。物料条件 稍不同（如含水量），生产率就大有差异。,针磨,主要工作部件是动盘和定盘， 其上分别固定两排磨针。工作 时，动盘高速旋转，由进料口 落到动盘上的物料在离心力的 作用下向四面抛散，受到动针 和定针的反复撞击，最后与环 带撞击回弹，由下面的漏斗排 出。针磨与传统意义的磨工作 原理不同，它主要靠冲击粉碎， 又称冲击磨。,片磨,工作时物料由进料斗流入机内，
8、首先经过粉碎齿套和粉碎齿轮初 步粉碎，然后在动静磨片之间受到磨片的压力和两磨片间的速度 差所造成的剪切和研磨后，进入筛粉箱。 动、静磨片表面具有细齿以增强研磨作用。动、静磨片的间隙可 通过调节机构调整。,锥磨,结构与片磨相似，主要差别在于使用了圆锥形磨轮。工作时， 物料进入机体内，由推进器粗破碎后，送到动、静磨轮的间 隙里。物料受磨轮的挤压进一步破碎，同时由于两磨轮的转 速不同，物料受到剪切和研磨。研磨后的物料进入筛粉箱进 行筛选。 动、静轮的表面有细齿，两轮的间隙可以调节。,对辊式磨碎机,工作原理（粉碎方 式）视不同的磨齿 组合而变化。 两辊转速不同，辊 齿有锋角和钝角之 分。,锋对锋 快辊
9、锋角向下，慢辊锋角向上。磨齿对物料的剪切作用 最强，物料破碎率高，产品中粉末少，颗粒多，动力消耗低。,钝对钝 快辊钝角向下，慢辊钝角向上。磨齿对物料的剪切作用 小，挤压力大，破碎作用和缓。,锋对钝 快、慢辊的齿尖都朝下。主要依靠挤压和摩擦作用破碎 物料，也有部分剪切作用。适合于韧性较大的物料。,钝对锋 快、慢辊的锋口都朝上。适合加工硬而脆的物料。,入扎条件,由于假定系统完全对称，所以水平方向合力为零。 N1cos - N2cos + F1sin - F2sin = 0 垂直方向，欲使物料进入辊轴之间，则 2Fcos 2Nsin 由于 F = fN, f = tg, （f为摩擦系数，为摩擦角）所
10、以 tg tg, 或 即物料与滚筒的摩擦角必须大于入扎角，物料才能进入磨碎机。 所以光滑物料不易入扎。,由于 cos = (D + s)/(D + d) 式中，D和d分别为滚筒和物料的直径，s为两滚筒间的缝隙。 对于固定的设置，D和s一定，物料粒度d增加，导致增加， 大块物料不易入扎。,盘刀式切碎机,主要工作部件是安装在回转轴圆盘上的左右对称的两把切刀和喂料口。物料送入喂料口时，被动刀切断。这类切碎机的通用性广，可用来切割蔬菜、瓜果和草料，也可用来切割冻肉等。切割质量好，生产效率高，刀片的拆卸和安装方便，自动化程度高。,稳定切割的条件,设AB为动刀片刃口，CD为定刀片刃口，夹角为动、定刀片 对
11、物料的钳夹角，又称推挤角。欲使物料不被推出，即稳定 切割的条件是 f1N1 N2sin - f2N2cos N1 = f2N2sin + N2cos 式中f1和f2分别为物料与定刀和动刀刃口的摩擦系数。 联立求解 N2 (f1f2sin + f1cos) N2 (sin - f2cos) 两边除cos f1 + f2 tg (1 f1f2) tg (f1 + f2)/(1 f1f2) f1 = tg1, f2 = tg2, tg (tg1 + tg2)/(1 - tg1tg2) = tg(1 + 2) 即只有 1 + 2 时，切割机才能钳住物料稳定切割。,水平盘刀式切碎机,在水平盘上面安装有大
12、尖刀（动 刀）和刮板，侧面四周小尖刀 （动刀）。机壳内表面装有定刀。 工作时，物料落在高速旋转的水 平盘上，受到大尖刀的预切割， 然后被刮板刮入小尖刀与定刀之 间的缝隙中，进一步切碎，最后， 切碎物被刮板排料口排出。,滚刀式切碎机,动刀片安装在圆锥形或圆柱形滚筒上，滚筒旋转，料斗中的 物料就被切碎，成品通过动刀和滚筒之间的空隙进入圆锥滚 筒内，并沿着圆锥斜面从滚筒的打端排出。它主要用来切碎 青绿物料和块根茎。,7.3 压榨方法与压榨机械,压榨实际上是通过机械压力把固体物料中包含的液体分 离出来的一种单元操作。,压榨基本方法：,1）利用两个可相向移动的平面对物料施加压力。,2）利用多孔的圆筒表面
13、和逐渐减小的旋转螺旋面之间 的空间向物料施加压力。,3）利用旋转辊之间的空间对物料施加压力。,压榨机种类：,1）间歇式： 圆筒式、螺旋式、笼式压榨机,2）连续式： 锥形螺旋式、辊轮式压榨机,榨出的汁液量 出汁率 = 被压榨的物料量,压榨机实际上是利用压力把固体物料中包含的液体分离 出来的固-液分离机械。,包裹式压榨机,袋装原料放在压板和台面之间，转动手杆使螺杆回转，带动压板向下运动，压榨袋内原料，挤出汁液，并收集在容内。,圆筒式压榨机,原料散装在周边有很多小孔的金属圆筒内。圆筒与活塞连在 一起，借油压向上运动，与上方固定的压榨圆柱嵌合，压榨 原料。榨汁从金属筒上小孔流出。该类压榨机的原料不必装
14、 袋，不会因袋破裂而使原料流散，因而可提高压榨力，从而 提高出汁率。它适用于压榨液汁较多的原料。,螺旋榨油机,工作时，油料送入榨膛。由于带螺纹榨螺的旋转运动，带动油料 在榨膛内运动，相互摩擦，温度升高。榨螺根部直径不断变粗， 榨膛容积越来越小，压力越来越高，将油料中的油脂挤出。挤出 的油脂从榨条之间的缝隙中流出，经出油口至接油盘；油饼从出 饼圈挤出。调节榨螺与出饼圈的间隙，可改变榨膛内的压力。,榨螺有整体式和套装式两种。前者结构简单，磨损后报废，多用于小型榨油机。后者结构复杂，磨损后可更换，多用于大、中型榨油机。此外，套装式可采用不同功能的螺杆（输送、挤压、粉碎、混合）组合，根据加工的不同要求灵活更换。,榨螺,螺旋压榨机,螺旋压榨机分圆筒形和锥形两种。锥形螺旋压榨机的螺杆做成 锥形，螺距沿前进方向不断缩小。锥筒为筛状。工作时，物料 被挤压，果汁通过筛孔流入容器内，残渣从螺旋小端与筛筒的 间隙中排出。调节出口间隙可改变压榨力。这类压榨机结构简 单，能连续作业，广泛用于苹果、番茄、菠萝等水果的榨汁。,辊式压榨机,原料在回转的空心辊之间受到两次挤压，榨出的汁液通过滤网 流出。在辊的表面还有几条排液槽，榨汁引入槽内并流到盛盘 中，以免原料被汁湿润而结成团块。附在辊面的残渣被刮刀除 去。,
