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1、食 品 加 工 机 械 与 设 备目录第四章 分选、分级机械与设备第一节 概述第二节 筛分机器与设备第三节 形状分级机械与设备第四节 光电分选分级机械与设备第五节 其他分选技术与设备一、食品分选、分级的作用 为了使作为食品加工主要来源的农产品的规格和品质指标达到标准,需要对物料进行分选或分级。分选是指清除物料中的异物及杂质;分级是指对分选后的物料按其尺寸、形状、密度、颜色或品质等特性分成等级。分选与分级作业的工作原理和方法虽有不同之处,但往往是在同一个设备上完成的。 食品分选、分级机械的主要作用是: 1)保证产品的规格和质量指标。 2)降低加工过程中原料的损耗率,提高原料利用率。 3)提高劳动
2、生产率,改善工作环境。 4)有利于生产的连续化和自动化。 5)有利于降低产品的成本。 第一节 概述二、食品分选、分级常用的方法1.按物料的宽度分选、分级 按物料的宽度分级一般可采用筛分,通常圆形孔可以对颗粒物料的宽度差别进行分选和分级,长形筛孔可以针对颗粒物料的厚度差别进行分选和分级,如图4-1所示。 第一节 概述图4-1圆形筛孔和长形筛孔的分离原理a)圆形筛孔b)长形筛孔二、食品分选、分级常用的方法2.按物料的长度分选、分级 按物料的长度分级利用旋转工作面上的袋孔(一般称为窝眼)对物料进行分选和分级,长颗粒的重心不能进入袋孔而跌出,短颗粒则被袋孔带上去另行倒出,如图4-25、图4-26所示。
3、3.按物料的密度分选、分级 按物料的密度分选和分级主要用于颗粒的粒度或形状相仿但密度不同的物料,利用颗粒群的相对运动过程中产生的离析现象(或称为自动分级)进行分选和分级(参见第三章第一节的部分内容)。颗粒群的相对运动可以由工作面的摇动或气流造成,如图4-2所示。 第一节 概述图4-2相对密度分级装置二、食品分选、分级常用的方法4.按物料的流体动力特性分选、分级 按物料的流体动力特性分级是利用物料的流体动力特性的差别,在垂直、水平或者倾斜的气流或水流中进行分选和分级,实际上是综合了物料的粒度、形状、表面状态以及密度等各种因素进行的分选和分级。其中水流分级主要用于不溶性物料,如淀粉制造,小麦去石等
4、,如图4-3所示。 第一节 概述图4-3气流分级a)垂直气流b)水平气流c)切线水平气流二、食品分选、分级常用的方法5.按物料的电磁特性分选 按物料的电磁特性分选主要用于食品原料中去除铁性杂质。6.按物料的光电特性分选、分级 按物料的光电特性分选和分级是利用物料的表面的颜色差异,分出物料中的异色物料,如花生仁光电色选机、大米色选机和果蔬分选机等,如图4-4所示。 第一节 概述图4-4色选装置原理二、食品分选、分级常用的方法7.按物料的内部品质分级 按物料的内部品质分选和分级是根据物料的质量指标(如水分、糖度、酸度等)进行分选和分级,采用的方法往往是物料的某些成分对光反射、透射和吸收、对电特性的
5、影响、对磁特性的影响、对力学特性的影响、对温度特性的影响等无损检测的方法。从食品的安全性和营养性考虑,内部品质的分选和分级比其他的分选和分级更具有广泛的意义,但由于涉及的相关领域的技术较多,因此分选和分级的难度更大,其关键问题是如何获得可靠的信息和对获得的信息的提取与处理。8.按物料的其他性质分级 按物料的其他性质分级是指采用某些与物料的品质指标有关联的物理方法检测物料的内部品质并进行物料的分选、分级。如采用嗅觉传感器检测物料的味道;采用计算机视觉系统检测物料的纹理、灰度等。 第一节 概述一、筛分机械的基本知识 第二节 筛分机械与设备一、筛分机械的基本知识2.筛面组合 生产中为了要将各种粒度的
6、混合物通过筛分分成若干个粒级,或提高总的筛分效率,须将若干层不同筛面组合使用。通常有三种组合方式。(1)筛余物法 筛余物法如图4-5a所示。将前道筛面的筛余物送至后道筛面再筛,图中所示筛分产品从到以次渐粗,这种筛面组合的特点是先提细粒后提粗粒。它的优点是粗粒料的筛分路线长,筛面的检查、清理、维护方便。缺点是所有大粒物料要从每层筛面流过,不但筛面易磨损,而且多数粗物料阻碍细粒料接触筛孔,降低筛分效率。(2)筛过物法 筛过物法如图4-5b所示。将前道筛面的筛过物送至下道筛面再筛。筛分产品从到以次渐细,先提粗粒后提细粒。它的优点是使筛面的负荷减轻,有助于提高筛分效率,同时筛面配置空间较紧凑。(3)混
7、合法 混合法如图4-5c所示。这种方法综合了前二种方法的优点,因此流程可以灵活多变。不同的筛分物料,都要根据其物料的具体特点,粗细粒的含量以及筛分的要求,来确定筛面的组合方式。 第二节 筛分机械与设备一、筛分机械的基本知识2.筛面组合 第二节 筛分机械与设备图4-5筛面的组合a)筛余物法b)筛过物法c)混合法一、筛分机械的基本知识 第二节 筛分机械与设备一、筛分机械的基本知识3.开孔率(筛面利用系数、筛孔系数) 第二节 筛分机械与设备图4-6筛孔排列形式a)正三角形b)正方形排列一、筛分机械的基本知识 第二节 筛分机械与设备一、筛分机械的基本知识4.物料穿过筛孔的概率 第二节 筛分机械与设备图
8、4-7颗粒通过筛孔的概率二、筛面的种类和结构1.栅筛面 栅筛面采用具有一定截面形状的棒料,按一定的间距排列而成,通常用于物料的去杂粗筛。但在淀粉生产中使用的曲筛也可属于此类,由极细的矩形截面不锈钢丝组成弧面,用湿式筛分分离淀粉和皮粕,如图4-8所示。 栅筛面的特点是结构简单:一般粗栅筛很容易制造,但是像淀粉用曲筛那样精细的栅筛是比较难以制造的。通常物料顺筛格方向运动前进,淀粉曲筛为特例,物料与水的混合物垂直于筛格方向前进。 第二节 筛分机械与设备图4-8栅筛和曲筛二、筛面的种类和结构2.板筛面 板筛面由金属薄板冲压而成,又称冲孔筛面,由于板筛的筛孔不可能做得很细,因此仅用于处理颗粒料,不宜于处
9、理粉料。最常用的金属薄板厚度为0.51.5mm。 板筛面最常用的筛孔形状是圆孔和长孔,圆孔是按颗粒的宽度进行分级,长孔是按颗粒的厚度分级,有时也采用三角形孔或异形孔。 筛面的筛分效率与孔眼的形状、间距和排列有密切关系,即影响筛分效率的不仅是筛面的开孔率,筛孔的排列也影响到颗粒接触和穿过筛孔的机会。图4-9是几种常见的筛孔排列方式。板筛面的优点为孔眼固定不变,分级准确,同时它坚固、刚硬、使用期限长。由于制造和使用不当,有时筛板产生波形面,会使筛面上各点流量不均匀,应该修整后再使用,否则将严重影响工效。由于筛孔是用冲模制出的,孔边成7左右的楔角或锥角,安装时应以大端向下,以减少筛孔被颗粒堵塞的机会
10、。近年来国外发展一种厚板筛面,筛孔的密度很大,提高了筛面利用系数,又能保证筛面的刚度和强度。这种厚板筛面的筛孔锥角可以大到40左右,安装则是大口朝上,更增加了筛下物料穿过筛孔的机会,但是筛上物料也会进入孔口上缘而通不过孔口下缘,形成堵孔。因此这种筛面只适用于某些可以避免堵孔的振动筛。 第二节 筛分机械与设备二、筛面的种类和结构2.板筛面 第二节 筛分机械与设备图4-9板筛面筛孔的排列二、筛面的种类和结构3.金属丝编织筛面 金属丝编织筛面由金属丝编织而成,亦称筛网。其材料为:低碳镀锌钢丝(可用于负荷不大、磨损不严重的筛分设备);高碳钢丝和合金弹簧钢丝(抗拉强度高,延伸率小,可用于较大负荷的筛分设
11、备);不锈钢丝和有色金属编织的筛网可以用于高水分物料。 编织筛网通常为方孔,或矩形孔,孔尺寸大的可在25mm以上,孔径小的可到300目以上。一般120目以下的金属丝编织的筛网可以用平纹织法,超过120目就必须用斜纹织法,如图4-10所示。编织筛网不仅用于粉粒料筛分,也常用于过滤作业。金属丝编织筛的优点是轻便价廉,筛面利用系数大,同时由于金属丝的交叠,表面凹凸不平,有利于物料的离析,颗粒通过能力强。主要缺点是刚度、强度差,易于变形破裂,只适用于负荷不太大的场合。使用编织筛时,周围还需有张紧机构。 第二节 筛分机械与设备二、筛面的种类和结构3.金属丝编织筛面 第二节 筛分机械与设备图4-10金属丝
12、编织方法二、筛面的种类和结构4.绢筛面 绢筛面由绢丝织成,或称筛绢,主要用于粉料的筛分,在面粉工业中粉筛用量最大。由于绢丝光滑柔软,所以在筛面中极易移动而改变筛孔尺寸,使用时必须用大框架绷紧,较大孔的绢筛面都用绞织。筛绢的材料为蚕丝或锦纶丝,也可用两种材料混织。 第二节 筛分机械与设备三、筛面的运动方式1.静止筛面 静止筛面通常是倾斜筛面,改变筛面的倾角,可以改变物料的速度和逗留时间。由于物料在筛面上的筛程较短,所以筛分效率不高。当筛面比较粗糙时,物料在运动过程中产生离析作用。这是最简单而原始的筛分装置。2.往复运动筛面 筛面作直线往复运动,物料沿筛面作正反两个方向的相对滑动。筛面的往复运动能
13、促进物料的离析作用,且物料相对于筛面运动的总路程(筛程)较长,因此可以得到较好的筛分效率。 当筛面的往复运动具有筛面的法向分量,而筛面法向运动的加速度等于或大于重力加速度时,物料可能跳离筛面跳跃前进。这种情况下,可以避免筛孔堵塞现象,对于某些筛分要求是十分有利的,例如当要求筛孔尺寸比较接近筛分级别的粒度时,常常需要清除筛孔堵塞现象。这种情况称作高频振动筛面。 第二节 筛分机械与设备三、筛面的运动方式3.垂直圆运动筛面 垂直圆运动的筛面是在其垂直平面内作频率较高的圆运动或椭圆形运动,效果与高频率的往复运动筛面相仿。高频振动筛面可破坏物料颗粒的离析现象,使物料得到强烈的翻搅,适宜处理难筛粒含量多的
14、物料。4.平面回转筛面 平面回转的筛面是在水平面内作圆形轨迹运动。物料也在筛面上作相应的圆运动。平面回转筛面能促进物料的离析作用,物料在这种筛面上的相对运动路程最长,而且物料颗粒所受的水平方向惯性力在360的范围内周期地变化方向,因而不易堵塞筛孔,筛分效率和生产率均较高。 这种筛面常用于粉料和粒料的分级和除杂,特别是在生产能力要求较大的情况下。 第二节 筛分机械与设备三、筛面的运动方式5.旋转筛面 旋转的筛面成圆筒形或六角筒形绕水平轴或倾斜轴旋转,物料在筛筒内相对于筛面运动。这种筛面的利用率相对较小,在任何瞬时只有小部分筛面接触物料,因此生产率低,但适用于难筛粒含量高的物料,在粮食加工厂常用来
15、处理下脚物料。 第二节 筛分机械与设备四、筛面的传动方式 筛面的传动方式是每种筛分机械的主要特征,它与支撑机构决定了筛面的运动方式。同一种筛面的运动方式也可以有不同的传动方式,图4-12所示为常用的筛子传动方式。 不同的传动方式适合于不同的工艺要求。最传统的要算曲柄连杆传动,但平衡和噪声问题较难解决。自振器可以解决平衡与噪声问题,曾经被广泛使用,但结构较复杂,目前的趋势是广泛采用振动电动机传动。 振动电动机实际上就是在异步电动机轴的一端或两端加偏重旋转件,偏重块以电动机的转动对筛体施加扰力而产生往复运动。偏重块扰力的方向应尽可能通过筛体的重心。当在筛体两侧配用两台振动电动机时,它们的转速应能自
16、动调整为同步运转,而不致于由于异步而产生扭转力矩。当然,两台振动电动机的转向必须相反。 第二节 筛分机械与设备四、筛面的传动方式 第二节 筛分机械与设备图4-12筛子的传动方式a)曲柄连杆b)自振器c)振动电机d)偏心e)自定中心f)悬吊平衡g)单转h)平转i)转摆j)晃动四、筛面的传动方式 筛面的运动方式与支撑机构是密切相关的,支撑机构起约束筛面运动自由度的作用。用板弹簧支撑的筛体只能作近似直线往复运动,用螺旋簧支撑的筛体自由度较多。假如弹簧刚度不是太大,则运动轨迹近似圆形,例如偏心振动筛和自定中心振动筛。 悬吊平筛的工作特征是多层筛面,每一点的运动都是一个同样的平面圆。但是如果左右筛体中物料量不均衡,以致总重心与传动中心不重合,其运动轨迹就不再是圆而成为紊乱状态或是卵形。用曲柄传动的平转筛没有上述弊病,但是当由于物料量改变,偏重块不能取得平衡时,不平衡力将会传到地面。 转摆筛和晃动筛的运动特殊,每一点的运动轨迹都不一样。前者基本上是平面运动,但一端圆运动、另 一端直线运动,它适应于处理多种形状颗粒的分级,如谷物类的清理除杂。后者是多自由度的空间运动, 模仿手工团筛的动作,情况就更复
