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1、食品工厂机械与设备第一章总论第一章总论【理解】什么是食品机械与设备?食品机械与设备是把食品原料加工成食品或半成品的一类专业机械与设备。食品机械与设备的重要性？n 食品加工机械设备是食品工业化生产过程中的重要保障。n 现有食品加工业的规模化与自动化发展、传统食品的工业化、食品新资源的利用、新工艺、新产品的产业化等，都离不开食品加工机械与设备的支持。n 食品加工机械设备对食品加工过程中产品的质量保证、生产效率的提高、能量消耗的降低等起着举足轻重的作用。 因此，对于以工艺为主的食品科学与工程专业的本科生来说，了解食品加工机械与设备十分必要。食品加工的科学技术（工艺）知识与机械设备知识的有机结合是食品
2、加工从业人员不可或缺的基本能力要求。第一节 食品加工机械设备的分类与特点食品工业涉及的原料、产品种类繁多、加工工艺各异，从而其涉及的加工机械的种类繁多。虽然种类繁多，但食品机械具有自身的特点。了解食品机械与设备的分类及其特点，将有助于正确选择食品机械与设备。一、食品加工机械设备的分类l 食品加工机械设备分类的重要性l 目前主要按两种方式进行分类：1.根据原料产品类型分类2.根据设备的操作功能分类l 从研究、设计和制造的角度以上两种分类方法均有一定的指导意义。 根据原料或产品分类 可将食品机械分成众多的生产线设备。例如，制糖机械 豆制品加工机 焙烤食品机械 乳品机械 果蔬加工和保鲜机械 罐头食品
3、机械 糖果食品机械 酿造机械 饮料机械 方便食品机械 调味品和添加剂制品机械 炊事机械等 【掌握】根据机械设备的功能分类 实际上是根据设备的单元操作功能分类。筛分与清洗机械 粉碎和切割机械 混合机械 分级分选机械 成型机械 多相分离机械 搅拌及均质机械 蒸煮煎熬机械 蒸发浓缩机械干燥机械 烘烤机械 冷冻和冻结机械 挤压膨化机械 计量机械 包装机械 输送机械、泵、换热设备容器等【重点掌握】二、食品加工机械设备的特点l 品种多样性l 机型可移动性l 防水防腐性l 多功能性l 卫生要求高l 自动化程度高低不一l 自动化程度高低不一目前，食品加工机械设备单机自动化程度总体上并不很高。但也有一些自动化程
4、度较高的设备，例如，无菌包装机、自动洗瓶机及大型杀菌设备等。l 品种多样性一般食品机械设备门类众多、品种较杂。并且生产批量较小。许多设备属于单机设备。l 卫生要求高为了保证食品卫生安全，食品加工设备中直接与物料接触的部分，均采用无毒、耐腐蚀材料制造，并且为了方便清洗和消毒，与食品接触的表面均需要进行抛光处理。此外，传动系统与工作区域有严格密封措施，以防润滑油泄漏进入所加工的食品物料中。l 机型可移动性总的来看，食品机械设备的外形尺寸均较小，重量较轻，可方便的进行移动改换。例如，一般食品机械设备均不需要固定基础。l 防水防腐性多数设备或设备主要工作面的材料具有抗水、酸、碱等腐蚀的性能，一般采用不
5、锈钢制作。l 多功能性食品机械设备具有一定程度的通用性，即可用来加工不同的物料。此外，还具有调节容易、调整模具方便和一机多用的特点。【理解】第二节食品加工机械的材料食品机械广泛使用各种材料，除各种金属和合金材料外，尚有石材、金刚砂、陶瓷、搪瓷、玻璃、纺织品以及塑料等有机合成材料。食品生产的工艺条件十分复杂，对材料有不同的要求，必须掌握各种材料的基本性能，才能作出正确的选择，以取得良好的使用效果和经济效益。一、食品加工机械设备用材要求与性能l 有表面与食品接触的机械设备基本要求l 机械设备性能:（一）机械性能（二）物理性能（三）耐腐蚀性能基本要求（1）对食品必须无害，不污染食品 ；（2）不受或少
6、受物料介质和清洗剂的影响，藉以延长设备的使用寿命。（一）机械性能强度刚度硬度 耐磨性 高温工作性能低温工作性能（二）物理性能l 常见的物料性能， 例如：材料的相对密度、比热容、热导率、软化温度、线膨胀系数、热辐射波谱、磁性、表面摩擦特性、抗黏附性等。l 不同的使用场合，要求材料有不同的物理性能，如：n 传热装置要求有高的热导率。n 食品的成型装置则要求有好的抗黏附性，以便脱模。（三）耐腐蚀性能l 对于食品机械，主要考虑其耐（食品本身或微生物引起的）酸性能和耐盐性能。l 机械设备的耐腐蚀程度决定于： 材料的化学性质和表面状态以及受力状态； 物料介质的种类，浓度和温度等参数。【理解】二、食品机械中
7、常用的材料（一）钢铁材料（二）不锈钢（三）有色金属材料（四）非金属材料（一）钢铁材料l 普通碳钢和铸铁耐腐蚀性都不好，易生锈，更不宜直接接触有腐蚀性的食品介质，一般用于设备中承受载荷的结构。l 食品工业可以用涂搪瓷的钢铁容器。优点：耐酸碱腐蚀，并且搪瓷表面光滑，易于清洗和保持卫生。致命缺点：外力或温度作用下釉可能碎裂 ，污染食品。食品工厂中的使用越来越少。l 搪瓷材料的替代材料：有各种无毒树脂涂料，其涂层耐腐蚀而不易产生碎片。（二）不锈钢l 不锈钢定义及其组成l 不锈钢的标识l 不锈钢特点与使用l 【重点掌握】不锈钢特点与使用n 一般优点：耐蚀、不锈、不变色、不变质和附着食品易于去除，以及良好
8、的高、低温机械性能好等。n 因而在食品机械中广泛应用。n 但不锈钢的抗腐蚀能力的大小是 随其本身化学组成、加工状态、使用条件及环境介质类型而改变的。u 如表1-1中所列的304钢可以满足一般的防腐要求，但耐盐（主要是其中的氯离子）性差，后者因成分中镍元素含量较前者高而具有良好的耐蚀性。u 因而，食品机械中，耐腐蚀要求较高的接触表面材料，多采用316型或316L型不锈钢。l 【重点掌握】不锈钢的标识n 我国对不锈钢的标识规则n 国外不锈钢标识n 国内外不锈钢标识对应关系n 国内外不锈钢标识对应关系n 国外不锈钢标识国际上，一些国家常采用三位序列数字对不锈钢进行标识。例如美国钢铁学会分别用200、
9、300的400系来标示各种标准级的可锻不锈钢。n 我国对不锈钢的标识规则u 我国现有国家标准对不锈钢标识的基本方法是：化学元素符号与含量数字组合。这种标识符号中，铁元素及含量不标出，而主要标示出反映不锈钢防腐性和质构性元素及其含量。 u 不锈钢标识举例u 不锈钢标识举例p Cr18、Ni9分别表示不锈钢中铬和镍的质量分数是18%和9%。但是，碳元素及含量的标示较特殊，其元素符号“C”不标示，而只标示代表其含量的特定数字，并且放在其它元素标识符序列的前面。p 例如，1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni9和00Cr17Ni14Mn2是三种铬镍不锈钢标识代号中，第一个数字1、0和00分别表示一般含碳
10、量（0.15%）、低碳（0.08）和超低碳（0.03%）。其后的元素符号及数字分别表示含铬18%和17%，含镍9%和14%，含锰2%。l 不锈钢定义及其组成n 不锈钢是指在空气中或化学腐蚀介质中能够抵抗腐蚀的合金钢。n 基本成分：铁铬合金和铁铬镍合金。n 其它元素，如锆、钛、钼、锰、铌、铂、钨、铜、氮等。n 铁和铬是各种不锈钢的基本成分；实践证明，当钢中含铬量在12以上时，就可以抵抗各种介质的腐蚀，一般不锈钢中的含铬量不超过28。（三）有色金属材料l 食品机械中的有色金属材料主要是铝合金、纯铜和铜合金等。l 趋势：曾经用以上材料制造直接与食品接触的零部件或结构材料，正日益为抗蚀和卫生性能良好的
11、不锈钢或非金属材料所取代。 n 纯铜纯铜亦称紫铜，其特点是热导率特别高，所以常常被用作导热材料，可以制造各种换热器。虽然铜具有一定的耐蚀性，但铜对一些食品成分，如维生素C有破坏作用，另外，有些产品（如乳制品）也因使用铜制容器而产生异味。所以，一般不用于直接接触食品，而是用于诸如制冷系统中的换热器或者空气加热器等的设备中。n 铝合金u 铝合金具有耐蚀和导热性能、低温性能、加工性能好以及重量轻等优点。u 铝合金适用的食品种类主要是碳水化合物类、脂肪类、乳类制品等。u 但有机酸等腐蚀性物质在一定的条件下可以造成对铝及铝合金的腐蚀。食品机械中铝及铝合金的腐蚀，一方面影响机械的使用寿命，另一方面因腐蚀物
12、进入食品而危害人们的身体健康。（四）非金属材料目前食品机械中的非金属材料主要是塑料。l 常用的塑料l 塑料的特点l 应用举例l 安全卫生性考虑l 安全卫生性考虑n 应根据食品介质在卫生检疫方面的要求和国家卫生检疫机关的有关规定选用 。n 凡直接与食品接触的聚合材料应该确保对人体绝对无毒无害，不应给食品带来不良的气味和影响食品的味感，不应在食品介质中溶化或膨胀，更不能和食品产生化学反应。n 不宜使用含水或含硬质单体的低分子类聚合物，因为这类聚合物往往都有毒性。n 某些塑料在老化或高温下工作时，例如高温消毒，能够分解出可溶性单体并扩散到食品内，使食品被污染。l 应用举例n 例如：在输送机械上，使用
13、在螺旋式和刮板式斜槽、吸力式和磁力式塔、风机罩、风筛式框架、料斗等；在食品加工机械、包装机械中的套筒、圆盘、叶轮、漏斗、分瓶螺旋、星轮等零部件上也广泛地使用塑料。n 对于不能使用润滑剂的饼干模子、轧面机轴衬、空心面压制机的型模以及用于高温或要求耐磨的零件，则聚四氟乙烯塑料为理想的非金属材料。【掌握】三、食品机械设备材料的表面处理l 食品的腐蚀性。l 对于腐蚀的防护，通常可以对材料进行耐蚀抗磨的表面处理，即对金属或非金属的食品加工机械的零部件进行喷涂和涂装以及电镀、刷镀等表面处理。l 食品机械对镀层的要求。【理解】第三节 食品机械设备的结构要求一、设备结构的卫生与安全食品机械设备结构的卫生与安全
14、可以包含两层意思，一是从食品安全卫生角度提出的要求，二是从操作人员安全性提出的要求。（一）食品安全卫生方面的结构要求（二）操作安全对设备结构要求 （一）食品安全卫生方面的结构要求l 结构管道等不应有滞留产品的凹陷及死角。l 应采用符合标准要求的不锈钢卫生钢管及其卫生型管件阀门。l 密封可靠，以免产品受到外界的污染。l 与产品接触的轴承都应为非润滑型。l 润滑型轴承须有可靠的密封装置以防止产品被污染。l 产品区域应与外界隔离，至少应加防护罩以防止异物落入或害虫侵入。工作空气过滤装置应保证不得使5m以上的尘埃通过。l 安全卫生的装、卸料装置。l 紧固件应可靠固定，防止松动，不应因振动而脱落。l 在
15、产品接触表面上黏接的橡胶件、塑料件（如需固定的密封垫圈、视镜胶框）等应连续黏接，保证在正常工作条件(清洗、加热、加压)下不脱落。（二）操作安全对设备结构要求l 运动部件 液压气动电气系统l 压力与高温设备l 罐器孔盖l 外表面l 运行噪声l 开关与操纵件第四节食品加工机械设备的选型合理的设备选型是保证产品高质量的关键和衡量生产水平的标准，可以为动力、配电、水、汽用量计算提供依据。因此，如何选用生产能力适宜、配套性强、通用性广的生产设备已成为食品加工厂建厂设计的重要内容，也是诸多食品厂建厂投产前要解决的首要问题。一、食品机械设备选型的原则二、设备选型计算（二）生产能力匹配产品产量是选定加工设备的基本依据。设备的加工能力、规格、型号和动力消耗必须与相应的产量相匹配，并且考虑到停电、机器保养、维修等因素，设备选型应具有一定的贮备系数。【理解】一、食品机械设备选型的原则（一）满足工艺条件要求（二）生产能力匹配（三）相互配套原则
