食品工程原理粉碎與混合【優(yōu)質(zhì)內(nèi)容】

1、第三章 粉碎與混合,1,第一節(jié) 粉碎,2,一、概述,（一）粉碎的概念 利用機械力將固體物料破碎成符合要求的小塊、顆粒或粉末的單元操作。 （二）食品工業(yè)中的應用 1、滿足進一步加工或食用的需要，如香辛料、面粉。 2、增加物料比表面積，以利于干燥和浸取，如油料破碎。 3、原料經(jīng)粉碎后可以均勻混合，如固體飲料生產(chǎn)。,3,二、固體顆粒的粒度及表示法,（一）顆粒大小及形狀 1、粒度 表示顆粒的大小的物理量。 2、粒度的測量方法 （1）粗顆粒：直接測量 （2）細顆粒：采用標準篩測量 （3）極細顆粒：顯微鏡下用光學微米尺測量，取平均值。,4,3、粒度的表示方法 球形顆粒一般用直徑表示。 非球形顆粒以“名義粒

2、度”（以體積、面積為基準）。 常見的名義粒度表示法有 以表面積為基準： 以體積為基準：,5,4、球形度和形狀因數(shù) （1）球形度：表示顆粒接近球體的程度。 值在01值之間，越大越接近球形。 （2）形狀因數(shù)：偏離規(guī)則形狀的因數(shù)，是球形度的倒數(shù)。 值在1，越小越接近球形或立方體。,6,5、平均粒度 粉碎后顆粒大小不一，度量顆粒群大小的單位。 算術(shù)平均粒度 幾何平均粒度 體面平均粒度,7,三、固體物料的粉碎過程,（一）粉碎比 指物料粉碎前后的粒度之比，也稱“粉碎度”。 以表示，d1/d2 可以反映單次粉碎的效果或多次粉碎的效果。 （二）粉碎的類型 按產(chǎn)品粒度大小分為破碎（粗碎和中碎）和磨碎（細碎、超細

3、碎）。,8,1、物料的力學性質(zhì) 硬度：物料抵抗外力壓入表面發(fā)生變形和破裂的能力； 強度：物料在外力作用下抵抗塑性變形和斷裂的能力。 脆性：物料受拉力或沖擊時容易破碎的性質(zhì)。 韌性：物料在外力突然襲擊時能及時迅速產(chǎn)生塑性變形的性質(zhì)。,（三）粉碎力與粉碎方法,9,2、主要粉碎力 （1）擠壓：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。,（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。,10,（3）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。 （4）折

4、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。 （5）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。,11,3、粉碎方法的選擇原則 視粉碎物料的物化性質(zhì)與所要求的粉碎比而定。 對特別堅硬的物料用沖擊或擠壓法； 對韌性特別強的物料選用剪切或研磨法； 對脆性物料選用擠壓或沖擊的方法； 對強度大、硬度小、脆性小、韌性大的“難”破碎物料選用“組合”方法。,12,（四）粉碎機理與能耗 1、粉碎機理 常見的有 “裂縫假說” 及“表面積假說”、“體積假說” 。 2、粉碎能耗 粉碎效率偏低，能耗較大，主要消

5、耗有變形能、表面能、局部錯位能耗、各種摩擦、噪聲損耗。,13,（五）粉碎操作方法 1、按物料在粉碎過程中所處狀態(tài)不同 （1）干法粉碎 物料始終干燥松散。 工藝簡單，但易過熱并產(chǎn)生粉塵。 （2）濕法粉碎 物料懸浮于液體中進行粉碎，后期需分離制品。 更細，無粉塵，無過熱；但耗能大，設備磨損嚴重。,14,濕法粉碎,15,2、按工藝流程不同 一級粉碎和多級粉碎。 3、按粉碎過程不同 （1）開路粉碎：簡單，不用分級設備；產(chǎn)品粒度分布寬，能量利用不充分。 （2）閉路粉碎：利用分級設備，粗粒重新粉碎，適合粉碎比較大的粉碎過程。效率高，動力消耗低，但設備復雜（需分級和輸送設備）。 將開路、閉路粉碎作為基礎，可

6、衍生出多種組合粉碎過程。,16,開路粉碎,“一風吹”粉碎機,17,閉路粉碎系統(tǒng),18,四、粉碎設備,粉碎設備包括破碎機和磨碎機兩大類。 （一）破碎機 按所施粉碎力的不同，分為： A：擠壓式破碎機：通過固定面和活動面對物料的擠壓達到破碎。 B：沖擊式破碎機：利用高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子或錘片來擊碎物料。,19,1、輥式破碎機 （1）特點 又稱“滾筒軋碎機”，利用一只或一只以上輥子的旋轉(zhuǎn)進行破碎。常見的是雙輥破碎機。 （2）影響粉碎比的因素：開度、輥圓周速度、輥表面形狀、物料力學性質(zhì)。 （3）用途:對谷類、油料、飼料等粗粉。,最大容許 鉗角為34,20,雙輥破碎機,21,（4）軋片機, 用途：油料的軋胚、面

7、帶的加工。 特點：雙輥，輥子表面光滑，等速反向旋轉(zhuǎn),22,軋片機,23,（5）光輥磨粉機, 用途：對巧克力、面粉進行精磨，所施加力為擠壓和研磨力。 特點：雙輥，輥子表面光滑，差速反向旋轉(zhuǎn)。,24,磨粉機,25,（6）絲輥磨粉機, 用途：對含纖維多的物料進行粉碎，所施加力為剪切、擠壓和研磨。 特點：雙輥，輥子表面有具一定幾何形狀和參數(shù)的細槽（俗稱“拉絲”），差速反向旋轉(zhuǎn)。,26,麥芽粉碎機,27,2、錘式粉碎機 常稱為萬能粉碎機，又分為固定錘式和活動錘式，是利用高速旋轉(zhuǎn)的錘片對物料施以強烈作用而將物料粉碎的機器。兼有沖擊和剪切作用。 結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、生產(chǎn)效率高、用途廣泛，但粉碎粒度不易控制，

8、錘頭易磨損。,活動錘式粉碎機,28,錘擊式粉碎機,29,3、盤擊粉碎機 又稱“爪式粉碎機”，適合纖維物料的粉碎。,30,4、氣流式粉碎機 為較成熟的超微粉碎設備，利用空氣、過熱蒸汽等在高壓下噴出產(chǎn)生的強烈湍流和沖擊力，帶動物料高速運動，利用劇烈撞擊、碰撞、摩擦等粉碎物料。,多級氣流粉碎分級機,超音速噴射式粉碎機,31,（二）磨碎機,分為慢速磨機和快速磨機。 快速磨機：主要有盤磨機、錐磨機和膠體磨； 慢速磨機：主要有球磨機、管磨機和棒磨機。 1、盤式磨碎機和碾磨：外形圖見下頁 2、球磨機和棒磨機：,32,碾磨,33,34,第二節(jié) 篩分,35,一、概述,篩分與粉碎操作密切關(guān)聯(lián)。 篩分的在食品加工領

9、域的應用 1、粉碎后按要求分級 2、工程化食品和功能性食品生產(chǎn)的需求 3、食品粒度分析（篩析） 4、分離雜質(zhì),36,二、篩分的概念與原理,（一）篩分的概念 通過篩分器將大小不同的固體顆粒分成兩種或多種粒級的過程。 （二）篩分的原理 根據(jù)物料粒度（厚度、寬度）或形狀的不同進行分選。 基本條件：直接接觸且時間足夠；適宜篩孔形狀與大??；有相對運動。,37,（三）篩析和篩制,1、篩析 又稱過篩分析法，利用標準篩分析粉碎后顆粒的粒度分布。 2、篩制：中國篩制、泰勒篩制、國際篩制等。 （1）中國篩制：以每英寸（25.4mm）絲上篩孔數(shù)表示篩的篩號，稱為目數(shù)。 （2）篩析操作：一組標準篩從上到下按篩孔從大到

10、小層疊放置，樣品稱量后放在最上一層，搖動過篩。記錄每一號篩上的顆粒質(zhì)量，計算并判斷。,38,（四）篩面 1、形狀：平面、圓筒面 2、材質(zhì)：開孔金屬板、金屬絲、絹篩 3、篩孔形狀：圓形、方形、長方形 （五）篩分效率 為評價篩分效果的指標。物料經(jīng)篩選一定時間后，篩下產(chǎn)品與給料中篩過物的質(zhì)量百分比。 （六）篩分速率 反映篩分設備生產(chǎn)能力大小的物理量。,39,三、篩分設備,（一）轉(zhuǎn)筒篩,轉(zhuǎn)筒篩是篩面作回轉(zhuǎn)運動的篩分機械。電機帶動轉(zhuǎn)筒（轉(zhuǎn)筒上布有篩網(wǎng)，常為六角形）旋轉(zhuǎn)，物料從一端加入，篩下料被匯集，篩上料從另一端卸出。,40,轉(zhuǎn)筒篩,41,（二）平面回轉(zhuǎn)篩 為平板篩的一種，篩面在水平面作圓周運動或螺旋狀

11、運動。常多層疊置。 應用：糧油加工廠原料清理、半成品、成品分級或分離。,高方篩,振動篩,42,第三節(jié) 混合,43,混合：用機械或流體動力方法使兩種或兩種以上不同物質(zhì)相互分散、混雜，使其達到一定程度的單元操作。,液固混合,液液混合,固固混合,44,一、混合的基本理論,（一）混合均勻度 不同物料經(jīng)過混合所達到的分散摻合程度的度量。,（二）分離尺度 混合物各個局部小區(qū)域體積平均值。表示混合的均勻性，分離尺度越大，物料的均勻性越差。,（三）分離強度：各個局部區(qū)域內(nèi)濃度與平均濃度之間的偏差。該值越大，物料的均勻性越差,45,二、混合機理,1、對流混合：由于混合機工作部件表面對物料的相對運動，所有粒子在混

12、合機內(nèi)從一處向另一處作相對流動，位置發(fā)生轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生整體的流動。 2、擴散混合：粒子以分子擴散形式向四周作無規(guī)律運動，進行混合。 3、剪力混合：物料群體中的粒子相互間形成剪切面的滑移和沖撞作用，引起局部混合。 在實際混合中，通常三種都存在。,46,三、液體的攪拌混合,（一）液體攪拌設備的結(jié)構(gòu)和特點 多為圓筒形，頂部可為開放式或密封式，底部大多數(shù)呈碟形或半球形。,容器中央垂直或傾斜安裝攪拌軸，軸中下部安裝槳葉。此外還配有其他附屬裝置。 攪拌產(chǎn)生切向流、軸向流、徑向流。,47,（二）攪拌器的類型和性能,平槳式,錨式,1、槳式攪拌器 攪拌軸上裝有直徑很大的槳葉，轉(zhuǎn)速低，主要為徑向流。 適合于高、中黏度

13、流體攪拌混合。,48,2、渦輪式攪拌器,圓盤平直葉片,葉片較多而短，通常為6片，轉(zhuǎn)速適中。平槳作用液體產(chǎn)生徑向和切向運動，旋槳及加裝擋板可產(chǎn)生軸向流。 適合于中等黏度的流體攪拌混合。,49,3、旋槳式攪拌器,旋槳式,攪拌軸上裝有24片小直徑旋槳葉，旋槳作用液體產(chǎn)生軸向和切向運動，轉(zhuǎn)速高。轉(zhuǎn)軸可垂直、斜向或偏心安裝。 適合低黏度流體或要求上下均勻混合的場合。,50,（三）攪拌器的選型,攪拌器的選型依據(jù) 1、液體的黏度 2、攪拌過程和目的,51,（四）攪拌功率,1、防止“打旋”現(xiàn)象的措施 （1）打旋：當轉(zhuǎn)速較高時，軸附近液體會形成較深“漩渦”，造成各層液體無法均勻混合甚至分層，還可能引入大量空氣，

14、造成攪拌器振動。 （2）措施 加設擋板； 對直徑小的容器，將攪拌器偏心或偏心傾向安裝。,52,2、攪拌功率的影響因素與估算 （1）影響攪拌功率的因素 取決于攪拌器轉(zhuǎn)速、結(jié)構(gòu)類型、物料性質(zhì)（密度、黏度等）。 （2）攪拌功率的估算 需采用經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式進行估算，將功率消耗和其它參數(shù)聯(lián)系起來。,53,乳化：將兩種通常不互溶的液體混合均勻的操作過程。乳化操作的產(chǎn)物為“乳狀液” 混合 粉碎 應用：人造奶油制造，乳制品、飲料提高穩(wěn)定性等。,四、乳化,54,（一）乳化液的類型,食品乳化液一般有兩類： 水包油型（O/W） 油包水型（W/O） 例如： 牛奶（O/W） 奶油（W/O）,55,（二）乳化劑與乳化液的穩(wěn)定

15、性,1、乳化劑：表面活性劑，可使乳濁液比較穩(wěn)定。 2、主要性能指標 親水親油平衡值（HLB值），一般在1-20之間 HLB10，親水性 HLB10，親油性,56,3、乳化劑乳化機理,（1）含親水極性基也含親油非極性基，可降低乳濁液內(nèi)外相表面張力； （2）形成表面雙電層，當兩個液滴相互接近時，因電荷的相斥作用，阻止了凝聚； （3）表面活性劑所形成的界面膜可阻止液滴聚合形成大液團。,57,4、影響乳化液穩(wěn)定性的主要因素,液滴的大小：小好 兩相密度差：小好 黏度：大好,58,（三）乳化方法與設備,乳化方法 機械強制分散法（均質(zhì)） 同時乳化法 轉(zhuǎn)相法 漿體法 自然乳化法,59,1、高壓均質(zhì)機,（1）結(jié)

16、構(gòu)及工作過程 主要由高壓泵、均質(zhì)閥組成。 高壓柱塞泵 產(chǎn)生高壓力的裝置，單個柱塞泵輸出流量不均勻，常用三柱塞泵，特點是排液量比較均勻。 三柱塞泵見下圖,高壓均質(zhì)機,60,柱塞泵+均質(zhì)閥1,61,柱塞泵+均質(zhì)閥2,62,均質(zhì)閥,均質(zhì)閥是對料液產(chǎn)生均質(zhì)作用，對均質(zhì)壓強進行調(diào)節(jié)的部件，往往與柱塞泵輸出端相連。 大多數(shù)均質(zhì)機上配備雙級均質(zhì)閥，第一級主要使微粒破碎，第二級主要使微粒均勻分散，不再合并。,63,均質(zhì)閥均質(zhì)化原理示意圖,自高壓泵出來的料液（高壓、低速）以很高速度通過均質(zhì)閥縫隙處（降壓），受到強烈的沖擊、剪切、空穴作用而均質(zhì)和乳化。,64,均質(zhì)頭的結(jié)構(gòu),65,高壓均質(zhì)機,66,（2）均質(zhì)壓力與能耗,均質(zhì)壓力：流體通過均質(zhì)閥的壓力降，可高達70MPa。 均質(zhì)壓力與能耗：均質(zhì)壓力與功率成正比，均質(zhì)壓力越大，能耗越大，能耗主要以摩擦熱形式損失。 均質(zhì)壓力與均質(zhì)效果：在一定范圍內(nèi)，均質(zhì)壓力越大，均質(zhì)效果越好。,67,2、膠體磨,（1）結(jié)構(gòu)和分類 膠體磨由可高速旋轉(zhuǎn)的磨盤與一固定的磨面所組成。 按安裝方式可分為臥式膠體磨和立式膠體磨。,68,（2）工作