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1、天津科技大学本科生课程论文天津科技大学食品工程与装备技术研究生课程论文粉碎机械设备及其在食品中的应用Crushing Machinery and its application in food 专 业：食品科学学 院：食品工程与生物技术16天津科技大学研究生课程论文摘 要 随着食品工业的发展和人们对食品的要求的提高，食品粉碎机械得到了快速发展。本文对各类食品粉碎机械及特点进行了总结，并论述了其在食品工业中的应用，以及其发展现状和发展前景。关键词：粉碎机械；超微粉碎；冷冻粉碎；食品工业ABSTRACT With the development of food industry and the i
2、mprovement of requirements for food, food crushing machinery has been rapidly development. In this paper, all kinds of food crushing machinery and the characteristics are summarized, and its application in the food industry ,the development status and prospects are also discussed. Key words: crushin
3、g machinery; ultra-fine pulverization; freeze grinding; food industry目 录1前言62 粉碎72.1 粉碎的定义72.2 粉碎的目的72.3 物料粉碎的方法72.4 粉碎理论研究72.4.1 多碎少磨原则72.4.2 料层粉碎原理72.4.3 粉碎理论研究的新方法83各类粉碎设备及特点93.1 机械冲击式粉碎机93.1.1 锤片式粉碎机93.1.2 齿爪式粉碎机93.1.3 涡轮式粉碎机93.1.4 立式高速冲击粉碎机93.1.5 卧式超微粉碎机103.1.6 克罗普列克斯粉碎机103.1.7 帕尔巴克式粉碎机103.1.8
4、喷射粉碎机103.2 气流冲击式粉碎机10 3.2.1 扁平式气流粉碎机10 3.2.2 超音速喷射式粉碎机11 3.2.3 立式环形喷射式粉碎机11 3.2.4 靶式气流磨11 3.2.5 对喷式气流磨11 3.2.6 流化床对喷式气流磨113.3 磨碎机械11 3.3.1 片磨11 3.3.2 锥形磨粉机12 3.3.3 对辊式粉磨机12 3.3.4 立式辊磨机12 3.3.5 球磨机12 3.3.6 振动磨123.4 冷冻和低温粉碎机械123.4.1 冷冻粉碎133.4.2 低温粉碎133.4.3冷冻和低温粉碎的特点134 粉碎机械对食品工业发展的作用145 粉碎机械的发展现状及前景展望
5、155.1 国内外粉碎设备的发展现状155.2 前景与展望156 参考文献161 前 言粉碎机械是应用机械力对固体物料进行粉碎作业,使之变为小块、细粒或粉末的机械。粉碎机械是破碎机械和粉磨机械的总称。比较传统的分类是:排料中粒度大于3mm的含量占总排料量50%以上者称为破碎机械;小于3mm的含量占总排料量50%以上者则称为粉磨机械1。随着科学技术的进步,粉体工业发展进入到了纳米级领域,对于粉碎设备的分类也将更加细化。食品粉碎是食品加工的重要组成部分，粉碎机械在食品工业中得到广泛应用。随着食品工业的迅速发展，人们对食品的要求也越来越高，为了迎合食品加工产业的需要，食品粉碎机械产业也得到了快速发展
6、，各种类型的粉碎设备也开始应用于食品产业2。例如食品超微粉碎技术是食品加工业一种新的手段，对于传统工艺的改进、新产品的开发带来了巨大的推动力。超微粉碎能较好地保证食品的营养和风味，使食品具有很好的固香性、分散性和溶解性，还能促进可食性食源的开发，许多可食动植物、微生物等原料都可用超微粉碎设备加工成超微粉，甚至动植物的不可食部分也可以通过超微化后被人体吸收。食品粉碎机械具有很好的发展前景，我们必须加强食品粉碎机械的研究。2 粉碎2.1 粉碎的定义用机械方法或非机械方法克服物料内部的内聚力将其由大块分裂成小块直至细粉的操作，称为粉碎3。粉碎是食品加工中对物料进行预处理的基本操作之一。2.2 粉碎的
7、目的物料经粉碎后，比表面积增加，可提高化学反应速度和物理作用效果; 物料经粉碎后，有利于几种不同固体物料的混合，在细粉状态下易达到均匀的效果。2.3 物料粉碎的方法 （1）磨碎:物料在两工作面或各种形状的研磨介质之间受到摩擦、剪切作用而被磨削成为细粒,多用于小块物料或韧性物料的粉碎。 （2）劈碎:物料受楔状刀具的作用而分裂。多用于脆性、韧性物料的破碎,能耗较低。 （3）压碎:物料在两平面之间受到压力作用而被粉碎。挤压粉碎适用于脆性物料,食品加工中常用的对辊粉碎机,如果对辊的线速度相等,则为纯粹的挤压过程4。 （4）剪碎:物料在两个破碎工作面间,如同承受载荷的两支点(或多支点)梁,除了在外力作用
8、点受劈力外,还发生弯曲折断。多用于较大块的长或薄的硬、脆性物料粉碎。 （a） 磨碎 （b）劈碎 （c）压碎 （d）剪碎图1 物料粉碎的方法2.4 粉碎理论研究2.4.1 多碎少磨原则20世纪70年代，中国粉碎界一致认识到破碎作业的单位能耗大大低于粉磨作业，因此为了节约能量，尽量减小破碎产品即粉磨给料的粒度，并简明地概括为“多碎少磨”。主要有两个途径: （1）采用先进技术和设备.（2）现有流程和设备技术改造，改进性能，提高效率。2.4.2 料层粉碎原理该原理的主要特点是: （1）粉碎力不是作用在单颗粒上，而是作用在颗粒群体上;（2）粉碎力是纯压力，施力较缓慢;（3）对颗粒群的粉碎压力高达 503
9、00MPa。在新设备研制和传统设备改进中广泛采纳了这一新原理。2.4.3 粉碎理论研究的新方法一百多年来，国际粉碎界提出了三个著名的粉碎理论，即面积说、体积说和裂缝说5。张志铁教授用突变理论，阐明了物料粉碎是一个由定态到失稳再到新定态过程的耗散结构，建立了粉碎颗粒粒度分布模型，找到了分维数、分布指数与破碎概率之间的关系，用颗粒表面分维数Ds将三个功耗理论统一起来。3各类粉碎设备及特点3.1 机械冲击式粉碎机 机械冲击式粉碎机是利用围绕水平或垂直轴高速旋转的回转转子上的冲击元件(锤头、叶片、棒体等)对物料进行撞击,并使其在定子与转子间、物料颗粒间产生高频度的相互强力冲击、剪切作用而粉碎的设备6-
10、10。其特点是粉碎比大、运转稳定,适合于中软硬度物料的粉碎。粉碎成品的颗粒细度和形态由转子上锤头的运动状态和定子间间隙来决定,低速冲击可得细长的颗粒,而高速冲击则易得物料结晶状态相同的颗粒。国内的MLC-40高速冲击粉碎机用于超微粉碎取得了理想效果。入料粒度3mm5mm,产品粒度10m40m。3.1.1 锤片式粉碎机 主要由进料口、转子、销连在转子上的锤片、筛片以及出料口等部分组成。按照不同的进料方向,又可以把这类粉碎机分为切向式、轴向式和径向式三种,前两种粉碎机一般配用的动力比较小,生产率比较低,多为中、小型粉碎机;后一种粉碎机一般配用的动力比较大,生产率比较高,多为大、中型粉碎机。3.1.
11、2 齿爪式粉碎机 该粉碎机主要由进料斗、动齿盘转子、定齿盘、包角为360的环筛和排料口等组成。可用于谷物等的粉碎。齿爪式粉碎机的特点是结构简单、粉碎室较窄、筛片包角为360、生产效率比较高,但噪声和粉尘比较大。3.1.3 涡轮式粉碎机 其特点是粉碎物温升比较低,适合于粉碎脱脂大豆、米、小麦粉、食盐、矿物质添加剂和颜料等。80%以上的粉碎物可以通过0.150.1 mm的筛孔。3.1.4 立式高速冲击粉碎机主要由给料机、粉碎器和分级器三部分组成。给料机包括料斗和给料螺旋。粉碎器由动齿盘(它是一个旋转的圆盘,在其周边垂直地均布安装着打击棒柱或齿爪)和环状的固定磨圈(有槽形的和光面的)所组成。分级器是
12、一个旋转的圆盘,在其周边装有叶片,有长叶片、短叶片和斜叶片等型式可供选用。在粉碎区和分级区之间有分隔的导向环,其作用时是使未达到粒度要求的物料在其间作闭路回转流动,并继续被破碎。工作时,物料从给料螺旋送入后,在动齿盘和固定磨圈之间受到棒柱或齿爪以110 m/s的线速度的冲击、剪切和搓擦等作用而粉碎。该机适用于涂料、食品、医药品、合成树脂等弱热性物质的粉碎。3.1.5 卧式超微粉碎机 这是一种水平轴、双室、气流分级式粉碎机,主要基于冲击粉碎原理工作,在粉碎的同时能够进行分级和清除杂质。它由水平轴上安设的两个串联的粉碎分级室和风机组成。两串联的粉碎分级室之间用隔环分隔,第二粉碎室粉碎力更强(转子的
13、圆周速度较大),故为细磨区。细粉随气流由风机排出机外捕集。 此机的特点是采用两极串联粉碎装置,故粉碎效率高,能耗较低;产品粒度细(平均粒径3100m);机内设有排渣装置,可将难以粉碎的杂质排除,故产品纯度高;负压操作,可减少粉尘对环境的污染。适用于莫氏硬度低于5级的物料,例如涂料、颜料、非金属矿、化工原料、农药等的微粉碎。3.1.6 克罗普列克斯粉碎机 类似于爪式自由粉碎机,安装有许多短圆柱小棒,在粉碎室外周设有筛网。在机内装有带许多小棒的圆板,借以粉碎软质或中硬质的材料,也有在两块圆板上交错安装小棒,逆向运动。此机适宜粉碎玉米及小麦。3.1.7 帕尔巴克式粉碎机 该机粉碎室较短,分级是采用让
14、物料通过装有叶片的圆板产生负压,使粗粒通过管道返回压力低的原料入口。粉碎转子和分级叶片采取分别传动的方法,若单独改变叶片的转速,就可以调速和调节产品的粒度。3.1.8 喷射粉碎机 该机由重锤式冲击部件、螺旋给料器、分级轮、风扇轮、转子轴等组成,可粉碎较硬的物料。产品粒度可用改变转速和改变分级叶片的长度调节,或者用风量调节。冷却效果好,适应于热敏性物料的粉碎。3.2 气流冲击式粉碎机 流粉碎机是以高速气流(300500 m/s)为动力和载体,使物料颗粒在高速运动中相互碰撞、摩擦和剪切而使物料粉碎。优点为产品不受污染,能保持原来的纯度和白度;能保持原结晶状态,如长径比。气流磨的缺点:被处理的物料不能含水,气流中湿度也不能高,因此气流进入前应有去湿(或油气)装置;电耗高,平均每吨产品耗电为1001000 kWh,个别物料高达2000 kWh,气流磨比机械方式粉碎的能耗要高出数倍。3.2.1 扁平式气流粉碎机 此机亦称圆盘式气流磨。物料由汾丘里喷嘴加速到超音速导入粉碎室;高压气流进入气流分配室,分配室与粉碎室相通,气流在自身压力下,强行通过研磨喷嘴时,产生高达每秒几百米至上千米的气流速度,物料在高速旋流的带动下作循环运动,颗粒间、颗粒与机体间产
