第五章 粉碎机械(第一节)

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4、磨碎(Grinding)
物料与运动表面之间受一定的压力和剪切力作用， 物料与运动表面之间受一定的压力和剪切力作用， 当剪应力达到物料的剪切强度极限时， 当剪应力达到物料的剪切强度极限时，物料就 被粉碎。 被粉碎。 对某一物料： 对某一物料： 压力＞＝ ＞＝某一极值 压力＞＝某一极值 或间隙＞ 或间隙＞某一极值 一般性粉碎或选择性 粉碎。 粉碎。由于磨碎工作表 面的差异， 面的差异，可以产生形 形色色的工艺效果。 形色色的工艺效果。
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2、劈碎(Shearing)
用一个平面和一个带尖棱的工作表面挤压物料时， 用一个平面和一个带尖棱的工作表面挤压物料时， 物料沿压力作用线的方向劈裂， 物料沿压力作用线的方向劈裂，这是由于劈裂 平面上的拉应力达到或超过物料拉伸强度极限。 平面上的拉应力达到或超过物料拉伸强度极限。 适用： 适用：多用于脆性 物料的破碎。 物料的破碎。
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三、粉碎的级别
根据粉碎的粒度大小，可以将粉碎分成如下7个级 根据粉碎的粒度大小，可以将粉碎分成如下7 别： 200－ 粗破碎 物料被粉碎到 200－100mm 70－ 中破碎 物料被粉碎到 70－20mm 10－ 细破碎 物料被粉碎到 10－5mm
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三、粉碎的级别
粗粉碎 物料被粉碎到 5－0.7mm 将物料中的90%以上粉碎到能通过200 90%以上粉碎到能通过 细粉碎 将物料中的90%以上粉碎到能通过200 目（mesh）的标准筛网。 mesh）的标准筛网。 将物料中的90%以上粉碎到能通过325 90%以上粉碎到能通过 微粉碎 将物料中的90%以上粉碎到能通过325 mesh）的标准筛网。 目（mesh）的标准筛网。 将全部物料粉碎到微米级的粒度。 超微粉碎 将全部物料粉碎到微米级的粒度。
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粉碎能消耗于下几方面： 粉碎能消耗于以下几方面：
粉碎机械传动中的能耗。 粉碎机械传动中的能耗。 颗粒在粉碎发生之前的变形能。 颗粒在粉碎发生之前的变形能。 粉碎产品新增加表面积的表面能。 粉碎产品新增加表面积的表面能。 颗粒表面结构发生变化所消耗的能。 颗粒表面结构发生变化所消耗的能。 晶体结构发生变化所消耗的能 磨介之间的摩擦、振动及其他能耗。 磨介之间的摩擦、振动及其他能耗。
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3、折断(Crook)
被粉碎的物料相当于承受集中载荷的两支点或多 支点梁， 支点梁，当物料内的弯曲应力达到物料的弯曲 强度极限时而被折断。 强度极限时而被折断。 适用：大块的长或薄 适用： 的脆性物料， 的脆性物料，粉碎度 较低。榨油残渣（ 较低。榨油残渣（饼 ）、玉米穗等 玉米穗等。 箔）、玉米穗等。
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第一节 食品粉碎理论
粉碎的基本概念 粉碎的目的 粉碎的级别 粉碎比 粉碎工程 粉碎的基本方法 粉碎的能耗 选择粉碎机的要求
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一、粉碎的概念（ Comminutor ） 粉碎的概念（
利用外力的作用，克服物料分子间的内聚力，使 利用外力的作用，克服物料分子间的内聚力， 其分裂的加工过程。 其分裂的加工过程。根据被处理物料的尺寸的 大小不同，将大块物料分裂成小块者称为破碎， 大小不同，将大块物料分裂成小块者称为破碎， 将小块物料变成细粉者称为粉磨。 将小块物料变成细粉者称为粉磨。
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4、闭路粉碎
从粉碎机出来的物料流先经分粒系统，分出过粗 从粉碎机出来的物料流先经分粒系统， 的料粒后重新送入粉碎机。 的料粒后重新送入粉碎机。 在这种情况下， 在这种情况下，粉碎机的工作只是针对颗粒较大 物料的停留时间短， 的，物料的停留时间短，所以动力消耗可以降 低。
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六、粉碎的基本方法
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八、选择粉碎机械的要求
经粉碎后的物料， （1）经粉碎后的物料，颗粒大小要均匀 已被粉碎的物料， （2）已被粉碎的物料，要能立即从轧压部位排出 尽可能实现操作造化， （3）尽可能实现操作造化，例如能不断地自动卸 料等 可以调节和控制粉碎度。 （4）可以调节和控制粉碎度。 维修方便，易损件更换简单。 （5）维修方便，易损件更换简单。 设有安全装置，发生故障时能自动停车。 （6）设有安全装置，发生故障时能自动停车。 节能，即每单位产量所消耗的能源要尽最小。 （7）节能，即每单位产量所消耗的能源要尽最小。
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（一）表面积假说
雷廷智假说（ 雷廷智假说（rittinger,1867） ） 面积假说， 面积假说，粉碎所需能耗与物料表面积的增加成 正比。 正比。 组成任何纯粹性晶体物质质点之间具有恒定的分 组成任何纯粹性晶体物质质点之间具有恒定的分 子吸引力， 子吸引力，粉碎所消耗的能量与用来拆开分子 间吸引力产生新表面所需的能量有一定的关系。 间吸引力产生新表面所需的能量有一定的关系。 适用于微粉碎和超微粉碎的能耗计算
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二、粉碎的目的
减小粒度， 1、减小粒度，便于调制时加快溶解速度或提高混 合均匀度，或是重新赋形以改进食品的口感， 合均匀度，或是重新赋形以改进食品的口感， 如盐、 如盐、糖。 2、控制多种物料相近的粒度，防止各种粉料混合 控制多种物料相近的粒度， 后再产生离析现象（自动分级），如调味粉、 ），如调味粉 后再产生离析现象（自动分级），如调味粉、 代乳粉、饮料粉、饲料等等。 代乳粉、饮料粉、饲料等等。
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5、冲击破碎(Shock)
物料在瞬间受到外来的冲击力时， 物料在瞬间受到外来的冲击力时，受到时间极短 的变载荷，物料被击碎， 的变载荷，物料被击碎，也有利用物料自身高 速相对运动而碰撞粉碎。 速相对运动而碰撞粉碎。 如超音速喷射粉碎机。 如超音速喷射粉碎机。
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七、粉碎的能耗
(Energy requirements for comminution) 物料粉碎时，当作用力超过颗粒之间的结合力时 物料粉碎时， 产生粉碎， 产生粉碎，外力做的功称为粉碎能耗或简称粉 碎能。 碎能。
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3、滞塞进料粉碎
在粉碎机的出口处插入筛网，以限制物料的卸出。 在粉碎机的出口处插入筛网，以限制物料的卸出。 对于给定的进料速率， 对于给定的进料速率，物料滞塞于粉碎区直至 粉碎成能通过筛孔的大小为止。 粉碎成能通过筛孔的大小为止。 因为停留时间过长，使得细粒受到过度粉碎， 因为停留时间过长，使得细粒受到过度粉碎，且 功率消耗大。 功率消耗大。 常用于需要微粉碎或超微粉碎的场合， 常用于需要微粉碎或超微粉碎的场合，一台设备 损伤可获得很大的粉碎比。 损伤可获得很大的粉碎比。
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（三）裂缝假说
彭德假说（Bond，1952）： 彭德假说（Bond，1952）： 认为粉碎能耗与裂缝长度成正比。 认为粉碎能耗与裂缝长度成正比。由于裂缝长度 既与体积有关，也与面积有关，故推导出： 既与体积有关，也与面积有关，故推导出： 破碎单位体积物料所需要的功与物料颗粒径（ 破碎单位体积物料所需要的功与物料颗粒径（或 边长）的平方根成反比。 边长）的平方根成反比。 适用于粒度在1 10mm范围内粉碎物的能耗计算 范围内粉碎物的能耗计算。 适用于粒度在1－10mm范围内粉碎物的能耗计算。
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四、粉碎比
在粉碎过程中，粉碎前后物料直径之比， 在粉碎过程中，粉碎前后物料直径之比，它表明 物料粉碎前后物料粒度的变化程度。 物料粉碎前后物料粒度的变化程度。 由于粉碎前后物料粒度大小不均， 由于粉碎前后物料粒度大小不均，一般用其最大 粒径或平均粒径之比表示。 粒径或平均粒径之比表示。 i =d max/d’max 或 i =d j/d’j 破碎机的平均粉碎比为3 破碎机的平均粉碎比为3－30 粉磨机的平均粉碎比为300－ 粉磨机的平均粉碎比为300－1000 300
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物料的力学性质mechanical properties
根据物料应变与应力的关系以及极限应力的不同， 根据物料应变与应力的关系以及极限应力的不同， 通常分以下三种： 通常分以下三种： 硬度—是根据物料的弹性模数的大小来 ①硬度 是根据物料的弹性模数的大小来 划分的性质，即硬和软之分。 划分的性质，即硬和软之分。 强度—是根据物料的弹性极限应力的大 ②强度 是根据物料的弹性极限应力的大 小来划分的性质，即强和弱之分。 小来划分的性质，即强和弱之分。 脆性—是根据物料塑变区域的长短来划 ③脆性 是根据物料塑变区域的长短来划 即脆性和可塑性之分。 分，即脆性和可塑性之分。 凡是强度愈强、硬度愈小、脆性愈小的物料， 凡是强度愈强、硬度愈小、脆性愈小的物料， 所需的变形能就愈多。 所需的变形能就愈多。
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最大粒径：通常以能通过80% 破碎） 80%（ A 最大粒径：通常以能通过80%（破碎）或95% 粉碎）该物料的正方形筛孔的尺寸表示。 （粉碎）该物料的正方形筛孔的尺寸表示。 平均粒度：首先要用一套标准筛分级， B 平均粒度：首先要用一套标准筛分级，通过一 个筛上的物料算作一级，称出各级物料的质量， 个筛上的物料算作一级，称出各级物料的质量， 然后计算平均粒径。 然后计算平均粒径。
物料粉碎的基本方法包括压碎、劈碎、折断、 物料粉碎的基本方法包括压碎、劈碎、折断、磨 压碎 碎和冲击破碎等形式 等形式。 碎和冲击破碎等形式。
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1、压碎： (Extrusion) 压碎：
物料置于两个粉碎面之间， 物料置于两个粉碎面之间，施加压力后物料因压 应力达到其抗压强度极限而被粉碎。 应力达到其抗压强度极限而被粉碎。 适用：大块物料、 适用：大块物料、干 脆性物料。 脆性物料。韧性和塑 性物料则可能产生片 状物料。如麦片、 状物料。如麦片、米 油料轧片。 片、油料轧片。
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二、粉碎的目的
进行选择性粉碎， 3、进行选择性粉碎，以便对原料颗粒内的成分进 行分离，例如玉米脱坯，小麦提粉，碾米等。 行分离，例如玉米脱坯，小麦提粉，碾米等。 4、减小体型，便于加快干燥脱水速度。 减小体型，便于加快干燥脱水速度。 保证粉料和粒料的容积重量， 5、保证粉料和粒料的容积重量，容重影响包装容 速溶性和调理性等。 积、速溶性和调理性等。
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（二）体积假说
基尔皮切夫假说（1874）：也译成基克法则 基尔皮切夫假说（1874）：也译成基克法则 ）：也译成 体积假说， 体积假说，将物料粉碎成与原物体几何相似的成 品时所需的功成物体的体积或重量成正比。 品时所需的功成物体的体积或重量成正比。 适用于粉碎物粒度大于10mm 10mm的粗碎和中碎的能耗 适用于粉碎物粒度大于10mm的粗碎和中碎的能耗 计算