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1、 第一章 超微粉碎 1 1 粉碎的定义和分类 1 2 气流式超微粉碎技术 1 5 超微粉碎技术在食品加工中的应用 本章主要内容 1 3 高频振动式超微粉碎技术 1 4 旋转球 棒 磨式超微粉碎技术 第一节 粉碎的定义和分类 一 粉碎的定义 利用机械或流体动力的方法克服固体内部凝聚力 使之破碎的单元操作 破碎 磨碎 研磨 n配料混合均匀 n增加固体表面 有利后续加工 n足够细小的颗粒 物质均匀分布 产品品质 粉碎的目的 常用仪器设备 常用仪器设备 二 粉碎的分类 粉碎类型原料粒度 mm成品颗粒粒度 粗粉碎40 15005 50 mm 中粉碎10 1005 10 mm 微 细 粉碎5 10100
2、m 超 细 微粉碎5 10 10 m 根据被粉碎物料和成品粒度大小分类 粒度 物料颗粒的大小 粉碎比 粉碎度 粉碎前后的粒度比 三 超微粉碎的优点 超微粉碎优点 粉碎比高 300 1000 速度快可低温粉碎 粒径细且分布均匀 节省原料 提高利用率 减少污染 四 干法超微粉碎的主要类型 类型基本原理典型设备 气流式 气体通过压力喷嘴的 喷射产生剧烈冲击 碰撞和摩擦 环形 圆盘式 对 喷式 超音速式和 靶式气流粉碎机 高频振动式 高频振动产生冲击 摩擦和剪切 间歇式和连续式振 动磨 旋转球 棒 磨式 球或棒形磨介水平回 转时产生冲击 摩擦 球磨机 棒磨机 管磨机和球棒磨机 干法超微粉碎的主要类型
3、第二节 气流式超微粉碎技术 一 基本原理 利用空气 蒸汽或其它气体通过一定压力的喷嘴喷射 产生高度的湍流和能量转换流 物料颗粒在高能气流作 用下悬浮输送 相互之间发生剧烈的冲击 碰撞和摩擦 作用 加上高速喷射气流对颗粒的剪切冲击作用 使物 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 空气作为介质 二 特点 n粉碎比大 粉碎颗粒成品粒径 5 m n设备紧凑 磨损小 维修容易 但动力消耗大 n成品粒度均匀性好 有一定分级作用 n适用于热敏性物料 压缩空气时吸收热量而制冷 n多单元联合操纵性好 n卫生条件好 易实现无菌操作 三 气流式粉碎机 粉碎效率 粉碎能力与动力消耗关系 粉碎动力
4、指数 气流粉粹机 2 0 2 23 球磨机 1 1 1 17 锤式粉碎机 1 4 1 5 P 粉碎能力 t h Hp 粉碎动力消耗 kW 粉碎动力指数 c 粉碎能力实际测得的系数 dP dHp 单位功耗粉碎能力 t tW h 粉碎效率 提高气流粉粹机的能量效率 增加颗粒间的碰撞概率 增大进料量 提高反应 致碎应力 概率 增加冲击速度 物料理化性质 受力塑性变形 高真空时产生的龟 裂及颗粒粒度 粉碎效率计算方法 L 粉碎每单位成品所需的理论能量 Es 成品颗粒的比表面能 E 粉碎每单位成品所需的实际能量 1 环形喷射式气流粉碎机 1 环形喷射式气流粉碎机 三层射流 外层 运动路程最长 受碰撞和研
5、磨作用最强 中层 颗粒群在旋转过程中产生一定的分级作用 较粗粒级的颗粒在离心力作用下进入外层射 流与新输入物料重新粉碎 内层 中层产生的细粒级颗粒在射流的径向速度作 用下向内层射流聚集 并经排料口排出 2 圆盘式气流粉碎机 粉碎区 分级区 粉碎区 粉碎室周边 各层射流速率不同 物料 颗粒间冲击 碰撞和研磨 分级区 粉碎室中间 不同粒度颗粒在旋转气流 中的离心速度不同 2 圆盘式气流粉碎机 优点 低热 污染少 3 对喷式气流粉碎机 工作特点 1 射流及粉碎产品向上运动至上部的机械分级机中进行分 级 2 粗粒级经环形空间向下运动受到上升气流淘洗作用后 经2个溜槽返回至粉碎区 3 粉碎产品粒度由射流
6、压力 喷嘴间距 鼓风机风量和分 级机转速等控制 3 对喷式气流粉碎机 4 超音速式气流粉碎机 1 物料颗粒先与压缩空气混合 形成气固混合流 之后以超 音速方式由喷嘴喷入粉碎室 内 发生强烈的冲击 碰撞 和摩擦等 相互作用力而被 粉碎 2 粒度不同的颗粒由于在旋转 气流作用下的径向运动速度 不同而得以分级 1 工作原理基本相似 2 前者喷嘴喷射的是气固混合物 而后者喷嘴喷射的是 单一的气体流 3 在前者 物料颗粒由气体混合时受到湍动作用而得以 部分粉碎 超音速式和圆盘式气流粉碎机比较 5 流化床逆向喷射气流粉碎机 1 结合逆向喷射原理与流化 床中的膨胀气体喷射流 2 空气通过逆向喷嘴喷入粉 碎室
7、使物料液态化 3 物料颗粒在各喷嘴交汇点 汇合并因相互冲击碰撞而 粉碎 1 能耗低 2 粉碎机磨损较轻 可用于 粉碎高硬度物料 3 分级精度高 产品粒度分 布范围较窄 4 可全自动化操作 5 噪声小 结构紧凑 占地 面积小 流化床逆向喷射气流粉碎机特点 第三节 高频振动式粉碎 一 基本原理 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 并同时 起到混合分散作用 专用设备 振动磨 研磨介质有钢球 钢棒 氧化铝球和不锈钢珠等 粉碎作用来自高频振动 循环运动和自传运动 研磨介质的运动是实现超 微粉碎的关键 一般说来 磨介尺寸越小 则粉碎成品的粒度
8、也越 小 二 基本特点 1 研磨效率高 2 研磨成品粒径细 平均达2 3 m 3 可连续化生产 并可采用完全封闭式操作 4 外形尺寸小 占地面积小 操作方便 维修管理容易 5 干湿研磨均可 6 振动磨运转时噪音大 需隔音或消音 三 与球磨机相比的特点 振动磨 第四节 旋转球 棒 磨式超微粉碎 一 基本原理 利用水平回转简体中的球或棒状研磨介质 由于受到 离心力的影响产生了冲击和摩擦等作用力 达到对物料 颗粒粉碎的目的 专用设备 球 棒 磨机 结构简单 设备可靠 粉碎效果好 粉碎比大 最小平均粒度可达到20一40 m 应用范围广 适应性强 能与其它单元操作 干燥 混合等 结合进行 干湿法处理均可
9、 二 基本特点 三 缺点 n粉碎周期长 效率低且单位产量的能耗大 n研磨介质易磨损破碎 筒体也易被磨损 n操作时噪音大 伴有强烈振动 n湿法粉碎时不适合于粘稠浆料的处理 n粉碎物粒度较振动磨大 四 球 棒 磨机的结构 1 筒体结构 短筒 L 1 5D 长筒 L 1 5 3 D 超长筒 管形筒L 3 6 D 和 锥形圆筒 2 溢流型球磨机 3 格子型球磨机 4 开口型球磨机 球 棒 磨机 五 球 棒 磨机技术参数的确定 1 转速 转速适当 磨介一层层向下滑滚 离心抛落 泻落 转速提高 磨介抛物线轨迹自由落体下滑 磨介停止抛射而随筒体旋转 临界转速计算公式 转速比 v 球磨机的实际工作转速和临界转
10、速之比 理论最佳v值 0 88 实际生产取值 0 65 0 85 0 65 0 78 棒磨机的转速比通常取值较低 在0 60左右 nc 临界转速 r min D 转筒直径 m 临界转速 球磨机在上述有效粉碎操作范围内的极限转速 在一定条件下 磨介填充率提高 则进行粉碎的有效钢 球数目增加 粉碎物料的能力提高 但填充率过高 在抛射钢球的落点处钢球堆积较多 对 减缓钢球的冲击力导致粉碎效率降低能耗上升 球磨机磨介填充率是有限度的 一般不超过50 2 磨介填充率 球 棒 磨机内研磨介质所占的截面积与筒体截 面积的百分比值 类型填充率 球磨机 干法28 35 湿法溢流型球磨机40 格子型球磨机40 4
11、5 棒磨机干法35 湿法35 40 磨介填充率参考数值 3 磨介尺寸 颗粒粗 配置的磨介尺寸大 产生的冲击和摩擦等作用力 大 有利于提高产量 但粉碎物成品的粒度也大 颗粒细 配置的磨介尺寸小 粉碎物成品的粒度小 粉碎 效果好 实际应用中 将各种尺寸的钢球或钢棒按一定比例配合以 达到最佳的优化组合 粉碎物成品的粒度要求越细 筒体直径越大 配比时小钢 球的比例越大 影响球 棒 磨机的粉碎效率和成品粒度 4 物料的水分 干法工作时对物料的水分比较敏感 类型水分含量 干法 2 干燥 干法粉碎5 湿法球磨机60 82 65 78 棒磨机70 78 80 物料水分控制参考数值 第五节 超微粉碎技术在食品工
12、业中应用 超微粉碎的最终产品是超微细粉末 具有一般颗粒所没有的 特殊理化性质 如良好的溶解性 分散性 吸附性 化学反 应活性等 超微细技术已广泛应用于食品 化工 医药 化妆品农 药 染料 涂料 电子及航空航天等许多领域上 应用范围 一 食物资源的利用 1 渣皮等 含有丰富维生素 微量元素等 具有很好的营养价值 但常 规粉碎纤维粒度大 影响食品 的口感 通过对纤维的微粒化 能明显 改善纤维食品的口感和吸收性 果皮 果核 经超微粉碎可转变 为食品 蔬菜 低温下磨成微膏粉 既保 存全部的营养素 纤维质也因微 细化而增加了水溶性 口感更佳 一些动植物体的不可食部分 如 壳 虾皮等 也可通过超微化而 成
13、为易被人体吸收利用的钙源和 甲壳素 一 食物资源的利用 2 骨 含有丰富的蛋白质和脂肪 磷脂质 磷蛋白 骨胶原 氨基酸 软骨素 钙 铁 维生素A B1 B2 B12等营养成分 鲜骨煮 熬之后食用 但鲜骨的营养成分没有被人体 吸收 造成资源浪费 利用气流式超微粉碎技术 将鲜骨多级粉碎加工成超 细骨泥或经脱水制成骨粉 既能保持95 以上的营养 素 且吸收率高 一 食物资源的利用 3 茶 传统的饮茶方法是用开水冲泡 茶叶 但是人体并没有完全吸 收茶叶的全部营养成分 将茶叶制成粒径小于5微米的 粉茶 则茶叶的全部营养成分 易被人体肠胃直接吸收 用水 冲饮时成为溶液状 无沉淀 二 新型功能食品或添加剂
14、1 纤维食品膳食 纤维素为 第七营养素 增加膳食纤维的摄入是提高人体健康的重要措施 借助现代超微粉碎技术 使食物纤维微粒化 能明显 改善纤维食品的口感和吸收性 二 新型功能食品或添加剂 2 补钙食品 超微粉碎后得到的微粉属有机钙 比无机钙容易被人 体吸收 利用 制成高钙高铁的骨粉 泥 系列食品 粒度小于5 m时可用于某些缺钙食品如豆奶等的富钙 二 新型功能食品或添加剂 3 甲壳素 蟹壳 虾壳等的超微粉末 保鲜剂 持水剂 抗氧化剂 降血脂 降血压 降血糖 三 改变传统工艺改善食品品质 降低生产成本 速溶茶 采用超微粉碎仅需一步工序便得到粉茶产品 大大简 化生产工艺并降低生产成本 豆粉 干法超微粉
15、碎技术 大豆毋须加水浸泡 便可直接破 碎 超微得到豆粉产品 四 饮料加工 软饮料 豆类固体饮料 超细骨粉配制富钙饮料和速 溶绿豆精等 牛奶 利用均质机能使脂肪明显细化 植物蛋白饮料 使蛋白质固体颗粒 脂肪颗粒变小 从而防止蛋白质下沉和脂肪上浮 调味品加工 超微粉使其香味和滋味更浓郁 突出 五 巧克力生产 巧克力配料 粒度不能大于25微米 当平均粒径大于40微米时 巧 克力的口感就明显粗糙 瑞士 日本等国 主要采用五辊 精磨机和球磨精磨机 巧克力球磨机 大豆膳食纤维粉制备基本工艺流程 水调成溶液状鲜豆渣等 胶体磨研磨 喷雾干燥机干燥 大豆膳食纤维粉 直冲蒸汽加热 质地均匀且手感细腻 挤压处理 成乳状液
