食品工程原理粉碎与混合.ppt

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1、2023/10/5,1,第三章 粉碎与混合,2023/10/5,2,第一节粉碎,2023/10/5,3,一、概述,（一）粉碎的概念 利用机械力将固体物料破碎成符合要求的小块、颗粒或粉末的单元操作。（二）食品工业中的应用 1、满足进一步加工或食用的需要，如香辛料、面粉。2、增加物料比表面积，以利于干燥和浸取，如油料破碎。3、原料经粉碎后可以均匀混合，如固体饮料生产。,2023/10/5,4,二、固体颗粒的粒度及表示法,（一）颗粒大小及形状 1、粒度 表示颗粒的大小的物理量。2、粒度的测量方法（1）粗颗粒：直接测量（2）细颗粒：采用标准筛测量（3）极细颗粒：显微镜下用光学微米尺测量，取平均值。,2

2、023/10/5,5,3、粒度的表示方法 球形颗粒一般用直径表示。非球形颗粒以“名义粒度”（以体积、面积为基准）。常见的名义粒度表示法有 以表面积为基准：以体积为基准：,2023/10/5,6,4、球形度和形状因数（1）球形度：表示颗粒接近球体的程度。值在01值之间，越大越接近球形。（2）形状因数：偏离规则形状的因数，是球形度的倒数。值在1，越小越接近球形或立方体。,2023/10/5,7,5、平均粒度 粉碎后颗粒大小不一，度量颗粒群大小的单位。算术平均粒度 几何平均粒度 体面平均粒度,2023/10/5,8,三、固体物料的粉碎过程,（一）粉碎比 指物料粉碎前后的粒度之比，也称“粉碎度”。以表

3、示，d1/d2 可以反映单次粉碎的效果或多次粉碎的效果。（二）粉碎的类型 按产品粒度大小分为破碎（粗碎和中碎）和磨碎（细碎、超细碎）。,2023/10/5,9,1、物料的力学性质 硬度：物料抵抗外力压入表面发生变形和破裂的能力；强度：物料在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。脆性：物料受拉力或冲击时容易破碎的性质。韧性：物料在外力突然袭击时能及时迅速产生塑性变形的性质。,（三）粉碎力与粉碎方法,2023/10/5,10,2、主要粉碎力（1）挤压：物料在两个工作构件之间受到缓慢增长的压力作用而被粉碎。应用：脆性物料；若物料具韧、塑性，经挤压可得到片状产品，麦片等。,（2）冲击：物料在瞬间受到的外

4、来的冲击力而被粉碎。应用：多数物料都可用。,2023/10/5,11,（3）剪切：物料受到相对运动的两个构件端面的作用而被切断。应用：韧性物料，一般果蔬、肉类的分切。（4）折断：物料在两个工作构件间承受弯曲应力而被折断。应用：硬、脆度大的块状或条状物料，如豆饼。（5）研磨：物料在两个相对滑动的粗糙工作表面之间受到摩擦、剪切等作用而被磨削成细粒。应用：小块物料或韧性物料。,2023/10/5,12,3、粉碎方法的选择原则 视粉碎物料的物化性质与所要求的粉碎比而定。对特别坚硬的物料用冲击或挤压法；对韧性特别强的物料选用剪切或研磨法；对脆性物料选用挤压或冲击的方法；对强度大、硬度小、脆性小、韧性大的

5、“难”破碎物料选用“组合”方法。,2023/10/5,13,（四）粉碎机理与能耗 1、粉碎机理 常见的有“裂缝假说”及“表面积假说”、“体积假说”。2、粉碎能耗 粉碎效率偏低，能耗较大，主要消耗有变形能、表面能、局部错位能耗、各种摩擦、噪声损耗。,2023/10/5,14,（五）粉碎操作方法1、按物料在粉碎过程中所处状态不同（1）干法粉碎 物料始终干燥松散。工艺简单，但易过热并产生粉尘。（2）湿法粉碎 物料悬浮于液体中进行粉碎，后期需分离制品。更细，无粉尘，无过热；但耗能大，设备磨损严重。,2023/10/5,15,湿法粉碎,2023/10/5,16,2、按工艺流程不同 一级粉碎和多级粉碎。3

6、、按粉碎过程不同（1）开路粉碎：简单，不用分级设备；产品粒度分布宽，能量利用不充分。（2）闭路粉碎：利用分级设备，粗粒重新粉碎，适合粉碎比较大的粉碎过程。效率高，动力消耗低，但设备复杂（需分级和输送设备）。将开路、闭路粉碎作为基础，可衍生出多种组合粉碎过程。,2023/10/5,17,开路粉碎,“一风吹”粉碎机,2023/10/5,18,闭路粉碎系统,2023/10/5,19,四、粉碎设备,粉碎设备包括破碎机和磨碎机两大类。（一）破碎机 按所施粉碎力的不同，分为：A：挤压式破碎机：通过固定面和活动面对物料的挤压达到破碎。B：冲击式破碎机：利用高速旋转的转子或锤片来击碎物料。,2023/10/5

7、,20,1、辊式破碎机（1）特点 又称“滚筒轧碎机”，利用一只或一只以上辊子的旋转进行破碎。常见的是双辊破碎机。（2）影响粉碎比的因素：开度、辊圆周速度、辊表面形状、物料力学性质。（3）用途:对谷类、油料、饲料等粗粉。,最大容许钳角为34,2023/10/5,21,双辊破碎机,2023/10/5,22,（4）轧片机,用途：油料的轧胚、面带的加工。特点：双辊，辊子表面光滑，等速反向旋转,2023/10/5,23,轧片机,2023/10/5,24,（5）光辊磨粉机,用途：对巧克力、面粉进行精磨，所施加力为挤压和研磨力。特点：双辊，辊子表面光滑，差速反向旋转。,2023/10/5,25,磨粉机,20

8、23/10/5,26,（6）丝辊磨粉机,用途：对含纤维多的物料进行粉碎，所施加力为剪切、挤压和研磨。特点：双辊，辊子表面有具一定几何形状和参数的细槽（俗称“拉丝”），差速反向旋转。,2023/10/5,27,麦芽粉碎机,2023/10/5,28,2、锤式粉碎机 常称为万能粉碎机，又分为固定锤式和活动锤式，是利用高速旋转的锤片对物料施以强烈作用而将物料粉碎的机器。兼有冲击和剪切作用。结构简单、操作方便、生产效率高、用途广泛，但粉碎粒度不易控制，锤头易磨损。,活动锤式粉碎机,2023/10/5,29,锤击式粉碎机,2023/10/5,30,3、盘击粉碎机 又称“爪式粉碎机”，适合纤维物料的粉碎。,

9、2023/10/5,31,4、气流式粉碎机 为较成熟的超微粉碎设备，利用空气、过热蒸汽等在高压下喷出产生的强烈湍流和冲击力，带动物料高速运动，利用剧烈撞击、碰撞、摩擦等粉碎物料。,多级气流粉碎分级机,超音速喷射式粉碎机,2023/10/5,32,（二）磨碎机,分为慢速磨机和快速磨机。快速磨机：主要有盘磨机、锥磨机和胶体磨；慢速磨机：主要有球磨机、管磨机和棒磨机。1、盘式磨碎机和碾磨：外形图见下页 2、球磨机和棒磨机：,2023/10/5,33,碾磨,2023/10/5,34,2023/10/5,35,第二节筛分,2023/10/5,36,一、概述,筛分与粉碎操作密切关联。筛分的在食品加工领域的

10、应用 1、粉碎后按要求分级 2、工程化食品和功能性食品生产的需求 3、食品粒度分析（筛析）4、分离杂质,2023/10/5,37,二、筛分的概念与原理,（一）筛分的概念 通过筛分器将大小不同的固体颗粒分成两种或多种粒级的过程。（二）筛分的原理 根据物料粒度（厚度、宽度）或形状的不同进行分选。基本条件：直接接触且时间足够；适宜筛孔形状与大小；有相对运动。,2023/10/5,38,（三）筛析和筛制,1、筛析 又称过筛分析法，利用标准筛分析粉碎后颗粒的粒度分布。2、筛制：中国筛制、泰勒筛制、国际筛制等。（1）中国筛制：以每英寸（25.4mm）丝上筛孔数表示筛的筛号，称为目数。（2）筛析操作：一组标

11、准筛从上到下按筛孔从大到小层叠放置，样品称量后放在最上一层，摇动过筛。记录每一号筛上的颗粒质量，计算并判断。,2023/10/5,39,（四）筛面 1、形状：平面、圆筒面 2、材质：开孔金属板、金属丝、绢筛 3、筛孔形状：圆形、方形、长方形（五）筛分效率 为评价筛分效果的指标。物料经筛选一定时间后，筛下产品与给料中筛过物的质量百分比。（六）筛分速率 反映筛分设备生产能力大小的物理量。,2023/10/5,40,三、筛分设备,（一）转筒筛,转筒筛是筛面作回转运动的筛分机械。电机带动转筒（转筒上布有筛网，常为六角形）旋转，物料从一端加入，筛下料被汇集，筛上料从另一端卸出。,2023/10/5,41

12、,转筒筛,2023/10/5,42,（二）平面回转筛 为平板筛的一种，筛面在水平面作圆周运动或螺旋状运动。常多层叠置。应用：粮油加工厂原料清理、半成品、成品分级或分离。,高方筛,振动筛,2023/10/5,43,第三节混合,2023/10/5,44,混合：用机械或流体动力方法使两种或两种以上不同物质相互分散、混杂，使其达到一定程度的单元操作。,液固混合,液液混合,固固混合,2023/10/5,45,一、混合的基本理论,（一）混合均匀度 不同物料经过混合所达到的分散掺合程度的度量。,（二）分离尺度 混合物各个局部小区域体积平均值。表示混合的均匀性，分离尺度越大，物料的均匀性越差。,（三）分离强度

13、：各个局部区域内浓度与平均浓度之间的偏差。该值越大，物料的均匀性越差,2023/10/5,46,二、混合机理,1、对流混合：由于混合机工作部件表面对物料的相对运动，所有粒子在混合机内从一处向另一处作相对流动，位置发生转移，产生整体的流动。2、扩散混合：粒子以分子扩散形式向四周作无规律运动，进行混合。3、剪力混合：物料群体中的粒子相互间形成剪切面的滑移和冲撞作用，引起局部混合。在实际混合中，通常三种都存在。,2023/10/5,47,三、液体的搅拌混合,（一）液体搅拌设备的结构和特点 多为圆筒形，顶部可为开放式或密封式，底部大多数呈碟形或半球形。,容器中央垂直或倾斜安装搅拌轴，轴中下部安装桨叶。

14、此外还配有其他附属装置。搅拌产生切向流、轴向流、径向流。,2023/10/5,48,（二）搅拌器的类型和性能,平桨式,锚式,1、桨式搅拌器 搅拌轴上装有直径很大的桨叶，转速低，主要为径向流。适合于高、中黏度流体搅拌混合。,2023/10/5,49,2、涡轮式搅拌器,圆盘平直叶片,叶片较多而短，通常为6片，转速适中。平桨作用液体产生径向和切向运动，旋桨及加装挡板可产生轴向流。适合于中等黏度的流体搅拌混合。,2023/10/5,50,3、旋桨式搅拌器,旋桨式,搅拌轴上装有24片小直径旋桨叶，旋桨作用液体产生轴向和切向运动，转速高。转轴可垂直、斜向或偏心安装。适合低黏度流体或要求上下均匀混合的场合。

15、,2023/10/5,51,（三）搅拌器的选型,搅拌器的选型依据 1、液体的黏度 2、搅拌过程和目的,2023/10/5,52,（四）搅拌功率,1、防止“打旋”现象的措施（1）打旋：当转速较高时，轴附近液体会形成较深“漩涡”，造成各层液体无法均匀混合甚至分层，还可能引入大量空气，造成搅拌器振动。（2）措施 加设挡板；对直径小的容器，将搅拌器偏心或偏心倾向安装。,2023/10/5,53,2、搅拌功率的影响因素与估算（1）影响搅拌功率的因素 取决于搅拌器转速、结构类型、物料性质（密度、黏度等）。（2）搅拌功率的估算 需采用经验关联式进行估算，将功率消耗和其它参数联系起来。,2023/10/5,5

16、4,乳化：将两种通常不互溶的液体混合均匀的操作过程。乳化操作的产物为“乳状液”混合 粉碎应用：人造奶油制造，乳制品、饮料提高稳定性等。,四、乳化,2023/10/5,55,（一）乳化液的类型,食品乳化液一般有两类：水包油型（O/W）油包水型（W/O）例如：牛奶（O/W）奶油（W/O）,2023/10/5,56,（二）乳化剂与乳化液的稳定性,1、乳化剂：表面活性剂，可使乳浊液比较稳定。2、主要性能指标 亲水亲油平衡值（HLB值），一般在1-20之间 HLB10，亲水性 HLB10，亲油性,2023/10/5,57,3、乳化剂乳化机理,（1）含亲水极性基也含亲油非极性基，可降低乳浊液内外相表面张力

17、；（2）形成表面双电层，当两个液滴相互接近时，因电荷的相斥作用，阻止了凝聚；（3）表面活性剂所形成的界面膜可阻止液滴聚合形成大液团。,2023/10/5,58,4、影响乳化液稳定性的主要因素,液滴的大小：小好 两相密度差：小好 黏度：大好,2023/10/5,59,（三）乳化方法与设备,乳化方法机械强制分散法（均质）同时乳化法转相法浆体法自然乳化法,2023/10/5,60,1、高压均质机,（1）结构及工作过程 主要由高压泵、均质阀组成。高压柱塞泵 产生高压力的装置，单个柱塞泵输出流量不均匀，常用三柱塞泵，特点是排液量比较均匀。三柱塞泵见下图,高压均质机,2023/10/5,61,柱塞泵+均质

18、阀1,2023/10/5,62,柱塞泵+均质阀2,2023/10/5,63,均质阀,均质阀是对料液产生均质作用，对均质压强进行调节的部件，往往与柱塞泵输出端相连。大多数均质机上配备双级均质阀，第一级主要使微粒破碎，第二级主要使微粒均匀分散，不再合并。,2023/10/5,64,均质阀均质化原理示意图,自高压泵出来的料液（高压、低速）以很高速度通过均质阀缝隙处（降压），受到强烈的冲击、剪切、空穴作用而均质和乳化。,2023/10/5,65,均质头的结构,2023/10/5,66,高压均质机,2023/10/5,67,（2）均质压力与能耗,均质压力：流体通过均质阀的压力降，可高达70MPa。均质压

19、力与能耗：均质压力与功率成正比，均质压力越大，能耗越大，能耗主要以摩擦热形式损失。均质压力与均质效果：在一定范围内，均质压力越大，均质效果越好。,2023/10/5,68,2、胶体磨,（1）结构和分类 胶体磨由可高速旋转的磨盘与一固定的磨面所组成。按安装方式可分为卧式胶体磨和立式胶体磨。,2023/10/5,69,（2）工作原理,定子和转子之间有可调间隙，当物料通过间隙时，转子高速旋转，与定子间产生很大的速度梯度，使物料受到强烈的剪切和湍动作用，从而达到均质。,2023/10/5,70,胶体磨工作流程,2023/10/5,71,（3）用途 立式胶体磨多用于黏度大于1Pa.s左右料液的研磨粉碎均质操作，卧式胶体磨多用于黏度较低的物料乳化。胶体磨常用于生产果汁、果酱、乳制品、植物蛋白饮料等。,2023/10/5,72,立式胶体磨,卧式胶体磨,2023/10/5,73,五、浆体、塑性固体、固体的混合,1、浆体混合,奶油搅拌机,2023/10/5,74,2、塑性固体混合机,卧式和面机,和面机内部结构,2023/10/5,75,3、固体混合机,2023/10/5,76,结束,