固體物料處理設備

第一節(jié)生物反應原料的處理和培養(yǎng)基的制備設備

生物加工原料在很多情況下往往會混入沙土、石子甚至金屬等雜物。進行生產(chǎn)前，必須先將原料中混雜的雜物除去。所以在生產(chǎn)前，原料的除雜、篩選與分級處理是十分必要的。一、原料預處理設備另外，有些原料還需要粉碎，粉碎的目的在于初步破壞原料結(jié)構(gòu)，以便提高原料的利用率，同時也可加快物料蒸煮、液化、糖化、發(fā)酵的反應速度。用于除雜的設備為篩選機，常用的是振動篩和轉(zhuǎn)筒篩，其中振動篩結(jié)構(gòu)較為簡單，使用方便。用于原料粉碎的設備除盤磨機外，還有錘式粉碎機和輥式粉碎機。盤磨機廣泛用于磨碎大米、玉米、豆類等物料，而錘式粉碎機應用于薯干等脆性原料的中碎和細碎作用，輥式粉碎機主要用于粒狀物料的中碎和細碎（一）篩選除雜設備（二）粉碎設備（一）篩選除雜設備

工廠里以初級糧食為原料的生產(chǎn)中，都需要對原料進行篩選和除雜處理。原因：這些原料在收獲、貯藏和運輸中會混入各種夾雜物。

這些雜物大體上可分為三大類：纖維性較長的物質(zhì)；顆粒狀的物質(zhì)；鐵磁性物質(zhì)。影響：這些雜物會減低原料出品率，降低成品質(zhì)量，而且將會對機器造成損害。1、篩選2、谷物原料粗選設備3、大麥的精選及分級設備1、篩選篩選是谷物等生物質(zhì)原料清理除雜最常用的方法。篩選：根據(jù)物料粒度（厚度、寬度）或形狀的不同，利用一層或數(shù)層靜止的或運動的篩面對物料進行分選的方法。篩選的任務：去雜和分級根據(jù)物料粒度大小進行篩選，須配備適當?shù)暮Y孔，使物料與篩面充分接觸，并且具有適當?shù)南鄬\動速度。（1）篩面（2）篩面的運動形式（3）篩選設備工藝效果的評定（1）

篩面①篩面的種類和篩孔的形狀篩面是篩選設備的主要工作部件。常用篩面有沖孔篩板和編織篩網(wǎng)兩種。沖孔篩板是在薄鋼板上沖壓出排列有規(guī)律的（正方形排列、正三角形排列、長方形排列等，以三角形排列最好）、有相同形狀和大小的篩孔而成。沖孔篩板

常用篩孔形狀有圓形、矩形兩種。

篩孔大小，均以篩孔的實際尺寸表示。例如φ6mm、1.5×20mm

沖孔篩板的厚度與篩孔大小有關。常用厚度為0.5～2mm。

編織篩網(wǎng)由鍍鋅鋼絲或低碳鋼絲編織而成，形狀有方形、長方形和菱形三種。篩面用鋼絲直徑約0.3～0.7mm。優(yōu)點：有效篩理面積百分率較大；篩析時物料易于穿過，可減少堵塞現(xiàn)象。缺點：金屬絲易于移動，篩孔容易變形，而且篩面的牢固性較差。（2）篩面的運動形式靜止傾斜篩面往復振動篩面高速振動篩回轉(zhuǎn)平面篩旋轉(zhuǎn)篩面（曲篩）靜止傾斜篩面篩面靜止傾斜，物料靠自重做直線運動。篩程較短，篩分效率較低，生產(chǎn)率也不高，但結(jié)構(gòu)簡單，無需動力。往復振動篩面

篩面作往復直線運動，物料沿篩面作往復滑動。篩程較長。可用來清除物料中細小雜物，其篩分效率及生產(chǎn)率均較高。

振動篩主要是利用作往復運動的篩面，使物料在篩面上產(chǎn)生相對運動，物料層形成自動分級。要使振動篩達到良好的篩理效果，則篩面的運動速度必須選擇適當，使篩理物料只能沿篩面的上下滑動，而不得跳離篩面，以保證物料與篩面的接觸機會。高速振動篩（垂直圓振動篩面）

篩面在垂直平面作圓形或橢圓形平動，也可以作直線運動，物料在篩面上作小的跳動，顆粒不易堵塞篩孔，也不會產(chǎn)生自動分級，因此適合處理“難篩?！陛^多的物料?；剞D(zhuǎn)篩面篩面在水平面內(nèi)作回轉(zhuǎn)運動，物料作螺旋線運動，篩程最長，自動分級效果明顯，篩分效率高，需要采用較大的篩面，通常為多層結(jié)構(gòu)，適合流動性差、自動分層困難的物料的篩分，如細粉。旋轉(zhuǎn)篩面

篩面呈圓筒形或多角筒形，繞一傾斜軸旋轉(zhuǎn)，物料在篩筒內(nèi)作翻轉(zhuǎn)運動而被篩選。因物料只與部分篩面接觸，因而篩分效率較低，適用于物料的初清理。（3）篩選設備工藝效果的評定篩選設備工藝效果的評定指標，主要是物料清理前后的含雜情況、除雜效率和下腳含糧百分率等。振動篩清除大小雜質(zhì)的效率均應不低于65％，清除輕雜質(zhì)的效率不低于70％，清理出的雜質(zhì)中，正常完整麥粒的含量不應超過1％。（二）谷物原料粗選設備啤酒廠的主要原料大麥是生產(chǎn)中篩選較嚴格的一種。大麥的預處理過程主要是清選和分級，一般分兩個階段進行。第一階段為原大麥入廠后先進行粗選，然后入庫貯藏。第二階段是在浸漬生芽前進行精選和分級。1．大麥粗選機

2.磁力除鐵器

粗選1．大麥粗選機

大麥的粗選主要是篩選和風選。篩選是利用大麥和雜質(zhì)體積大小的不同而達到清理的目的。風選是利用大麥與雜質(zhì)的相對密度及流體力學特性的不同而進行分離。

大麥粗選機是帶有風力除塵的振動篩，篩面傾斜做前后往復運動，稱平搖傾斜篩。大麥粗選機

SZ型振動篩系定型設備，采用全金屬結(jié)構(gòu)其主要部分有：進料機構(gòu)、

篩體、

篩面清理機構(gòu)、吸風除塵機構(gòu)、振動機構(gòu)等。

（1）結(jié)構(gòu)進料機構(gòu)由進料斗和流量控制裝置組成。SZ型振動篩的流量控制裝置是采用壓力門進行勻料和控制流量。這種調(diào)節(jié)裝置的特點是結(jié)構(gòu)較簡單，操作方便。篩體

定型的振動篩，是將篩面固定在篩格上，做成抽屜式，這種裝置方法能方便地更換篩面。篩體內(nèi)一般裝有三層篩面。分別具有一定的傾斜度，使物料在篩面上加速流動而不致堵塞。

第一層是接料篩，篩孔最大，篩孔為φ12～16mm的圓形孔或（5.5×20）mm的矩形孔，篩面較短，長550mm，采用反向傾斜，斜度6°；第二層是進一步清理中雜質(zhì)的分級篩，篩孔比麥粒稍大，篩孔為（3.5×20）mm或（7×20）mm的矩形，篩面長1433mm，正向傾斜，斜度10°；第三層是清除小雜質(zhì)的精選篩，篩孔最小，篩孔為φ2mm的圓孔或（2.0×20）mm的矩形孔，篩面較長，達1515mm，正向傾斜，斜度12°。

篩面清理機構(gòu)

在底層篩面下須裝橡皮球清理機構(gòu)。

吸風除塵機構(gòu)

吸風除塵機構(gòu)由進出口兩個吸風道，沉降室和通風機三個部分組成。吸風除塵機構(gòu)的吸塵效果的好壞，主要取決于吸風道的風速，風速可由調(diào)節(jié)風門進行調(diào)節(jié)。沉降室容積增大，氣流速度降低至2m/s左右，輕雜質(zhì)即可慢慢沉降，壓開活瓣，落到集雜槽排出。通風機出口應連接除塵器，對氣流中尚未沉降的灰塵作進一步凈化處理。（1）曲柄連桿（2）自振器（3）振動電機2.磁力除鐵器

谷物除鐵的目的是將夾雜在谷物中的金屬雜物除去。谷物除鐵多采用磁選。麥芽廠所用磁鋼大多數(shù)為永久磁鋼。磁選設備按結(jié)構(gòu)形式的不同分為一般的磁鋼裝置（固定形磁鋼裝置）及永磁滾筒兩種。固定形磁鋼裝置（平板式磁分離器）將永久磁鋼根據(jù)需要的數(shù)量組合起來，可分散裝置在谷粒經(jīng)過的加料斜槽或在加工設備之前集中裝置。為防止同極相斥，在兩磁極之間應該用薄木片或紙板襯隔。成排的磁鋼兩端用夾板和螺絲固定在機體的上部或底部。平板式磁鐵分離器由若干塊磁鐵排成一排，鑲在木槽中，磁極露在物料通過的傾斜平面上。

若磁鋼裝在物料層的上部，則磁極面與斜槽的距離，對大麥物料不宜超過20mm；物料應攤成均勻的薄層流過磁極面，大麥物料通過的厚度不宜超過12mm。若磁鋼安裝在料層底部時，在磁極面的下方應開設一條積存雜質(zhì)的凹槽。此種裝置比較簡單，但除雜質(zhì)效果較差，必須定時對磁極面進行人工清理。（2）永磁滾筒（旋轉(zhuǎn)式磁分離器）由轉(zhuǎn)動的外筒和其中固定不動的磁鐵芯兩部分組成。

永磁滾筒由上機體，磁鐵滾筒，下機體，蝸輪減速器及電動機等部分組成。磁鐵芯子固定在中心軸上，用永久磁鋼、鐵隔板及鋁質(zhì)鼓輪組成的170°的半圓形芯子。CXY－25型永磁滾筒中選用的鍶鈣鐵氧體的性能優(yōu)于一般馬蹄形鎳鈷磁鋼。

磁鋼的排列

CXY－25型永磁滾筒的結(jié)構(gòu)1.上機體2.磁鐵滾筒3.下機體4.蝸輪減速器5.電動機6.鐵隔板7.撥齒8.觀察窗9.大麥出口10.盛鐵盒永磁滾筒（三）大麥的精選及分級設備

大麥在除鐵和粗選后，還需要進行精選和分級。精選：按籽粒長度和形狀不同進行分選的方法叫做精選。精選一般是在篩選之后進行的較為精確的分選。

大麥在發(fā)芽之前進行精選，主要目的是要除去一些圓形雜粒（蕎麥），特別是斷裂的半粒大麥（傷麥）和草籽。1．大麥精選機精選是利用雜粒與大麥長度不同的特點進行分離。常用的精選機有袋孔（或稱窩眼）精選機和螺旋精選器。窩眼精選機又分為碟片精選機和滾筒精選機（1）碟片式精選機工作原理碟片式精選機的主要構(gòu)件是一組同軸安裝的圓環(huán)形鑄鐵碟片，碟片的兩側(cè)工作面制成許多特殊形狀的袋孔。

結(jié)構(gòu)

主要由機殼、裝有碟片的軸和螺旋輸送機（絞龍）等組成。

碟片上袋孔的大小、形狀，可根據(jù)籽粒長度的粒度曲線來確定。碟片精選機的優(yōu)點是工作面積大，轉(zhuǎn)速高，產(chǎn)量比滾筒精選機大；而且各種不同的袋孔可用于同一機器中；碟片損壞可以更換。缺點是碟片上的袋孔容易磨損。碟片精選機（2）滾筒精選機滾筒精選機是另一種利用袋孔（窩眼）來分離雜質(zhì)的機器。滾筒精選機的主要工作構(gòu)件是一個內(nèi)表面開有袋孔的旋轉(zhuǎn)圓筒。

滾筒的工作情況1.滾筒2.袋孔3.絞龍

4.收集槽

根據(jù)滾筒轉(zhuǎn)速差別分為快速滾筒精選機和慢速滾筒精選機。按其作用有蕎子滾筒、大麥滾筒和分級滾筒之分。滾筒精選機的特點是它分離出來的雜粒中含大麥較少；其主要缺點是袋孔的利用系數(shù)低，產(chǎn)量也較低，且工作面磨損后不能修復。滾筒精選機（3）螺旋球度精選器（拋車）多用于從長顆粒中分離出球形顆粒2．大麥的分級設備大麥的分級是要把腹徑大小不同的麥粒分開。大麥的分級設備有兩種類型：圓筒分級篩平板分級篩

圓筒分級篩

根據(jù)大麥分級的要求，在圓筒篩上布置不同孔徑的篩面。一般安排矩形孔25mm×2.5mm和25mm×2.2mm兩種篩面，可以將大麥分成三級，即大麥腹徑為2.5mm以上，2.2mm~2.5mm和2.2mm以下3種。有時根據(jù)具體情況可以多增加一種篩板，將大麥分成四級。

特點優(yōu)點：設備簡單。缺點：篩面利用率小，僅為整個篩面的1/5。

此外還有大麥精選分級聯(lián)合機（大麥分選機），適用于生產(chǎn)規(guī)模不大的制麥芽車間。對于大規(guī)模的麥芽車間應以粗選、精選和分級設備各成體系為好，這樣能保證較高的工作質(zhì)量，分工較細，有利于管理。二、粉碎機械與設備許多生物工程的工廠里，原料需要進行粉碎。粉碎目的：加快物料蒸煮、液化、糖化、發(fā)酵的反應速度。原料粉碎可分為濕式粉碎和干式粉碎兩類。豆餅粉碎是為潤水、蒸熟創(chuàng)造條件的重要工序。豆餅顆粒過大，不容易吸足水分，因而不能蒸熟。同時在制曲過程中，影響茵絲的深入繁殖，減少了曲霉繁殖的總面積，相應地減少了酶的分泌量。因此需將豆餅軋碎，并通過篩孔直徑為9mm的篩子。濕式粉碎

將水和原料一起加入粉碎機中，從粉碎機出來時即成粉漿。優(yōu)點：無原粉粉末飛揚，車間衛(wèi)生好。缺點：粉漿必須隨產(chǎn)隨用，不宜貯藏，且耗電量較多。干式粉碎

將干物料送入粉碎機中。粉碎機包在機殼之內(nèi)，有一定的粉塵涌出來。干式粉碎時必須配備除塵通風設備。

（一）物料粉碎的力學分析（二）粉碎機械（一）物料粉碎的力學分析擠壓破碎沖擊破碎研磨粉碎剪切破碎劈裂粉碎彎曲折斷

物料在兩個工作構(gòu)件之間受到緩慢增長的壓力作用而被粉碎。

應用：脆性物料；若物料具韌、塑性，經(jīng)擠壓可得到片狀產(chǎn)品，麥片等。

1、擠壓

2、沖擊物料在瞬間受到的外來的沖擊力而被粉碎。應用：多數(shù)物料都可用。3、研磨物料在兩個相對滑動的粗糙工作表面之間受到摩擦、剪切等作用而被磨削成細粒。應用：小塊物料或韌性物料。4、剪切物料受到相對運動的兩個構(gòu)件端面的作用而被切斷。應用：韌性物料，一般果蔬、肉類的分切。5、劈裂破碎利用尖棱楔入物料而使物料內(nèi)部產(chǎn)生拉應力，當其值大過物料的抗拉強度極限時，物料破裂。應用：脆性物料。6、彎曲折斷物料在兩個工作構(gòu)件間承受彎曲應力而被折斷。應用：硬、脆度大的塊狀或條狀物料，如豆餅、玉米穗等。

粉碎方法是根據(jù)物料的物理特性、料塊的大小和所要求的細化程度來選擇的。對于堅硬物料，應采用擠壓、折斷和劈裂；對于脆性物料，應采用沖擊和劈裂；料塊較大時，應采用劈裂和折斷；料塊較小或排料粒度要求很小時，則應采用沖擊和研磨。粉碎方法如果選擇不當，就會出現(xiàn)粉碎困難或過度粉碎現(xiàn)象，兩者都會增大粉碎過程中的能量消耗。

物料在粉碎時，無論是哪一種作用力在起作用，都需稍超過物料的破碎強度，物料才能被破碎。各種粉碎機所產(chǎn)生的粉碎作用力不是單純的一種力，而往往是幾種力的組合。但對于特定的粉碎設備，可以是以一種作用力為主要的粉碎作用力。（二）粉碎機械1、錘式粉碎機2、輥式粉碎機3．砂輪磨4、膠體磨1、錘式粉碎機錘式粉碎機是利用高速旋轉(zhuǎn)的錘片對物料施加強烈的作用而將物料粉碎的機器。主要是撞擊粉碎，同時還存在摩擦和剪切，所以既適用脆性物料，也適用于韌性物料，故也叫萬能粉碎機。應用：食品原料和中間產(chǎn)品的粉碎，如玉米、小麥、谷類、食鹽、糖等。錘式破碎機（1）錘式粉碎機的特點錘式粉碎機的作用力主要為沖擊力。錘式粉碎機的主要構(gòu)件是錘刀和篩板。錘式粉碎機的優(yōu)點是構(gòu)造簡單、緊湊、物料適應性強，粉碎度大，生產(chǎn)能力高，運轉(zhuǎn)可靠。缺點是機械磨損比較大。（2）系統(tǒng)組成及工作原理錘式粉碎機一般由供料裝置、機殼、轉(zhuǎn)子（方形或圓形輻板、轉(zhuǎn)軸及錘片共同構(gòu)成轉(zhuǎn)子）、齒板、篩片（板）、排料裝置以及控制系統(tǒng)等部分組成。錘片粉碎機工作原理主要由兩方面構(gòu)成：①物料受錘片沖擊作用；②錘片與物料、篩板和物料及物料間的相互摩擦作用。工作過程工作時，物料由進料口進入粉碎室，受到高速旋轉(zhuǎn)的錘片的打擊而粉碎，顆粒以較高的速度飛向齒板，撞擊進一步粉碎，隨后彈回再次受到錘片的撞擊作用。同時，物料也受到摩擦，剪切作用。粉碎到一定程度時，小于篩板的顆粒被排出粉碎室，大顆粒繼續(xù)粉碎。被排出的小顆粒在風機產(chǎn)生的負壓的吸力下進入沉降設備。同時，由風機造成的負壓也可以避免進料口和軸與側(cè)壁等處粉塵的外溢，避免工作環(huán)境污染。（3）錘式粉碎機的主要部件供料裝置機殼錘片齒板篩片（板）排料裝置a、螺旋供料器可調(diào)節(jié)供料量，使供料均勻、連續(xù)、可靠。1、供料裝置b、電磁振動供料器驅(qū)動功率小、振幅瞬時可達到穩(wěn)定值，同時還可進行無級調(diào)速．實現(xiàn)自控供料。其缺點是工作時噪聲較大。c、自動控制給料器

意大利貝爾加(Berga)公司的AB型自動控制給料器2、機殼粉碎機機殼的作用是保證物料順利喂入粉碎室，防止物料反料和架空；同時將被粉碎物料歸集，使之順利排出。錘片粉碎機上機殼進口位置基本上有4種：

3、錘片（1）錘片的形狀和尺寸矩形帶角矩形斧形

常用的錘刀有矩形、帶角矩形和斧形，用高碳鋼或錳鋼制成。錘刀頭部的打擊面磨損很快。由于磨損，錘刀逐漸變短，故需要經(jīng)常更換。錘刀片應嚴格準確對稱安裝，保證主軸具有動平衡性能，避免產(chǎn)生附加慣性力損傷機器和出現(xiàn)其他意外。

錘刀的型式尺寸決定于物料的尺寸和性質(zhì)。錘刀重量對粉碎效果和功率消耗有很大影響。

錘刀末端的圓周速度一般設計為25～55m/s，速度愈高，沖擊力越大，產(chǎn)品粒度就越小。錘式粉碎機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速一般為2800～3200r/min。錘片的磨損與更換圖3-15兩種錘片的磨損情況A．表面硬化處理錘片B．普通錘片a.完全磨損b.部分磨損c.新錘片4、齒板及篩片齒板的作用是阻礙環(huán)流層的運動，降低物料在粉碎室內(nèi)的運動速度，增強對物料碰撞、搓擦磨擦的作用。（1）齒板（2）篩片篩片是控制粉碎產(chǎn)品粒度的主要部件，也是錘片粉碎機主要的易損件之一。①篩片分類圓柱形篩、圓錐孔篩和魚鱗篩等。圓柱形沖孔篩結(jié)構(gòu)簡單、制造方便，因而應用最廣。②篩片包角包角愈大，粉碎效率愈高。目前粉碎機篩片包角有180°、270°、300°、360°等多種。（3）錘篩間隙指轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)時錘片頂端到篩片內(nèi)表面的距離，是影響粉碎效率的重要因素之一。錘篩間隙過大，外層粗粒受錘片打擊機會減少．內(nèi)層小粒受到重復打擊，惡化產(chǎn)品質(zhì)量，增加電耗；錘篩間隙過小，使環(huán)流層速度增大，不僅降低錘片對物料的打擊力，而且還使物料粉碎后不易通過篩孔，電耗增加、效率降低，錘片磨損加快。各種物料的最佳錘篩間隙△R應通過試驗求得；國外資料介紹，粉碎谷物△R＝8mm，粉碎纖維物料△R＝14mm。我國設計粉碎機系列的正交試驗結(jié)果推薦谷物△R＝4～8mm，通用型△R＝12mm。5、排料裝置①自重落料自重落料的方式結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉。多用小型單機。②氣力輸送（負壓吸送）出料氣力輸送可降低物料的溫度和水分利于貯存；提高篩片的篩落能力；但其缺點是氣力輸送功耗大、設備昂貴。③機械（加吸風）出料螺旋輸送機或刮板輸送機加負壓吸風的出料裝置(4)錘式粉碎機的使用與維護1、錘式粉碎機工作時，應先啟動機器，再投入物料。切忌在滿負荷時啟動。

2、進入錘式粉碎機的物料，應通過電磁離析器去除金屬雜質(zhì)，以免損壞機件。

3、要根據(jù)產(chǎn)品的粒度選擇篩板，篩板與錘片之間的間隙要根據(jù)物料的性質(zhì)加以調(diào)整。

4、篩板和錘片工作時會因強大沖擊力及磨損而損壞，要注意使用，經(jīng)常檢查，隨時更換。

5、錘式粉碎機對濕度大的物料粉碎效果較差，故進入機器的物料濕度不要大于15%。

6、停機前，應先停料，待機內(nèi)物料基本排空后再停機。2．輥式粉碎機（對輥粉碎機）輥式粉碎機廣泛用于顆粒狀物料的中碎和細碎作業(yè)中。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、維修容易、調(diào)節(jié)方便，產(chǎn)品過粉碎少。缺點是粉碎比小，生產(chǎn)能力小，輥子磨損不勻。常用的輥式粉碎機有兩輥式、四輥式、五輥式和六輥式等。（1）輥式粉碎機的構(gòu)造原理兩輥式粉碎機是由2個直徑相同的鋼輥相向轉(zhuǎn)動，把放在鋼輥間的物料夾住嚙入兩輥之間，物料受到擠壓力而被壓碎。輥筒表面有光面