生物质原料处理过程及设备.ppt

87,1,6 生物质原料处理,87,2,很多生物工程产品是以生物质为原料的，如酒精发酵以玉米或薯干作为原料，氨基酸发酵以玉米或大米作为原料 这些原料在进行生物反应之前，需要作预处理，包括分级、除杂、粉碎等87,3,,87,4,,生物加工原料在很多情况下来源于植物，属生物质原料，如植物的块根和块茎以及秸杆等这些原料在收获、贮藏、运输等过程中，往往会混入沙土、石子甚至金属等杂物 工厂在进行生产前，必须先将原料中混杂的杂物除去因为，杂物特别是铁片、石子等混入原料，会破坏机械设备87,5,一、筛选与分级设备,87,6,（一）磁力除铁器 金属混杂物若不加以清除，随原料进入机内，将会损坏机器，甚至引起粉尘爆炸事故，须在清理过程中用磁选设备除去 磁选设备的主要部件是磁体每个磁体都有两个磁极，其周围存在磁场磁体分永久磁体和电磁体谷物清理多采用永久磁体磁场要有足够的磁场强度 磁选设备分永磁溜管和永磁滚筒87,7,1．永磁溜管 永磁溜管（图1-1）的永久磁铁装在溜管上边的盖板上一般在溜管上设置2~3个盖板，每个盖板上装有两组前后错开的磁铁 工作时，原料从溜管上端流下，磁性物体被磁铁吸住87,8,,,87,9,2．永磁滚筒 永磁滚筒（图1-2）主要由进料装置、滚筒、磁芯、机壳和传动装置等部分组成。

87,10,,,,87,11,（二）精选机 颗粒状的生物质原料必须进行精选和分级，其主要原理是按颗粒长度进行分级，以除去不必要的杂粒常用的精选机是利用带有袋孔（窝眼）的工作面来分离杂粒，袋孔中嵌入长度不同的颗粒，带升高度不同而分离87,12,1．碟片式精选机 在金属碟片的平面上制成许多袋形的凹孔碟片在粮堆中运动时，短小的颗粒嵌入袋孔被带到较高的位置才会落下，因此只要把收集短粒斜槽放在适当位置上，就能将短粒分出来87,13,,,,,,87,14,为除去不同品种杂质所需要的不同袋孔可用于同一机器中，即在同一台机器上安装不同袋孔的碟片； 碟片损坏可以部分更换，还可分别检查每次碟片的除杂效果，因此碟片精选机是比较优越的精选机，缺点是碟片上的袋孔容易磨损，功率消耗较大87,15,2．滚筒精选机 袋孔2是开在筛转圆管1的内表面，长粒子大麦依靠进料位差和利用滚筒本身的倾斜度，沿滚筒长度方向流动由另一端流出， 而短粒子大麦嵌入袋孔的位置较深，被带到较高位置而落入中央槽4之中由螺旋输送机3送出87,16,二、筛选设备,87,17,筛选是谷物等生物质原料清理除杂最常用的方法筛面上配备适当的筛孔，使物料在筛面上作相对运动。

生产用的生物质原料大多数都是粉粒状的，例如各种谷物、大米、麸皮等等其中常含有各种杂质，如泥土、砂石、草籽、杂谷、金属等，这必须先用筛子清除87,18,为保证生产质量，生产过程又往往将粒度不同的物料加以分级，这也要用筛子来完成这两方面的操作都可称为筛选 筛选操作常常是将物料从筛的一端加入，并使其向筛的另一端移动，从而使尺寸小于筛孔的物料穿过筛孔落下，成为筛下物，而尺寸大于筛孔的物料经过筛面从筛的另一端引出87,19,筛选机械有很多种不同的构造，发酵工厂中常用的是振动筛和转筒筛 振动筛是原料加工中应用最广的一种筛选与风选结合的清理设备，多用于清除小及轻的杂质振动筛主要由进料装置、筛体、吸风除尘装置和支架等部分组成，如图1-7所示87,20,87,21,进料装置的作用是保证进入筛面的物料流量稳定并沿筛面均匀分布，以提高清理效率 进料装置由进料斗和流量控制活门构成按其构造有喂料辊和压力进料装置两种喂料辊进料装置需要传动，只有筛面较宽时才采用压力门进料装置结构简单，操作方便，喂料均匀，特别是重锤压力门进料装置，动作灵敏，能随进料变化自动调节流量，故为筛选设备普遍采用87,22,筛体是振动筛的主要工作部件，筛体内有三层筛面。

第一层是接料筛面，筛孔最大，筛上物为大型杂质，筛下物为粮粒及大型杂物，筛面反向倾斜，以使筛下物集中落到第二层的过程中87,23,振动筛是一种平面筛，常用筛子有两种：一种是由金属丝（或其他丝线）编织而成的； 另一种是冲孔的金属板筛孔的形状有圆形、正方形、长方形等 大麦粗选机用的是长方形的冲孔筛板 筛板开孔率一般为50~60%，开孔率越大，筛选效率越高，但开孔率过大会影响筛子的强度87,24,筛筒的倾斜角度为3-5； 筛筒直径与长度之比为1：4~6； 圆周速度约为0.7~1.0m/s，速度太快，粒子反而难以穿过筛孔，使生产率下降 整个圆筒往往分成几节筒筛，布置不同孔径的筛面87,25,在生物生产中，为了加速后续的生物反应和化学反应等过程的反应速度，对于使用的固体生物质原料，常须将其粉碎 使大块固体物料破碎成小块物料的操作，通常称为粉碎，而使小块物料进一步粉碎为粉末状物料，有时则称为磨碎或研磨，很多情况下，统称为粉碎87,26,在以固体生物质为原料的生物反应生产过程中，对原料粉碎的效果好坏，不仅直接反映出粉碎操作的合理性和经济性，而且会间接影响到下一工序如蒸煮、浸出、水解（酸解和酶解）和发酵等的效果和效率。

87,27,机械粉碎的工作原理主要有以下几种方式： （1）挤压粉碎 固体原料放在两挤压面之间，当挤压面施加的挤压力达到一定值后，物料即被粉碎大块物料往往先以这种方式破碎 （2）冲击粉碎 物料受瞬时冲击力而被粉碎这种方式特别适用于脆性物料的破碎87,28,（3）磨碎 物料在两相对运动的硬质材料平面或各种形状的研磨体之间，受到摩擦作用而被研磨成细粒这种方式多用于小块物料的细磨 （4）劈碎 物体放在一带有齿的面和一平面间受挤压即劈裂而粉碎 （5）剪碎 物料在两个破碎工作面间，如同承受载荷的两支点（或多支点）梁，除了在外力作用点受劈力外，还发生弯曲折断多用于较大块的长或薄的硬、脆性物料粉碎87,29,固体物料的粉碎，可按粉碎物料和成品的粒度大小，可作如下的分类： （1）粗碎 原料粒度范围为40~1500mm，成品粒度约为5~50mm； （2）中、细碎 原料粒度范围为5~50mm，成品粒度为0.1~5mm； （3）微粉碎 原料粒度范围为5~10mm，成品粒度100μm左右； （4）超微粉碎 原料粒度范围为0.5~5mm，而成品10~25μm87,30,物料粉碎前后的粒度比称为粉碎比或粉碎度如以X表示之，则： （1-4） 式中 d1——粉碎前物料的平均粒径，mm； d2——粉碎后物料的平均粒径，mm。

87,31,对于一次粉碎后的粉碎比，粗碎约为2~6，中、细碎为5~50，磨碎为50以上总粉碎比是表示经过几道粉碎步骤后的总结果 粉碎物料时，须根据固体物料的物理性质、块粒大小、需要破碎或粉磨的程度，选择适当的破碎方法87,32,一般来说，任何一种粉碎机往往利用几种破碎方式进行物料的粉碎 选择粉碎物料的方法，必须根据物料的物理性质，物料的大小，粉碎的程度等，应特别注意物料的硬度和破裂性87,33,,对坚硬的和脆性的物料，挤压和冲击很有效对韧性物料剪切力作用较好 对方向性物料则以劈碎为宜 但不论哪一种粉碎机，很少单独使用其中的一种方法，而是几种方法的组合，使粉碎更加有效87,34,无论粉碎机械属哪种作用力形式，原料的性质如何及所需粉碎度怎样，都应符合下述一些基本要求： （1）粉碎后的物料颗粒大小要均匀； （2）已被粉碎的物块，须立即从轧压部位排除；,87,35,（3）操作能自动化，如能不断地自动卸料等； （4）容易更换磨损的部分，在操作发生障碍时，有保险装置使能自动停车； （5）产生极少的粉尘，以减少环境污染及保障工人健康； （6）单位产品消耗的能量要小87,36,一、粉碎设备,87,37,锤式粉碎机是利用快速的锤刀对物料进行冲击粉碎，广泛用于各种中等硬度的物料，如地瓜、玉米等生物质原料的中碎与细碎作业，尤其使用于脆性物料。

由于脆性物料抗冲击性较弱，因此，从工作原理来说，采用这种破碎方式非常合理锤式粉碎机最大特点是具有很高的破碎比（达10~50）这是其他粉碎机不能比拟的87,38,缺点： 工作部件易于磨损， 物料含水量过高（超过10~15%）时，易于堵塞，因而维修工作量大87,39,,,87,40,1．锤刀 其主要部件是一个转动的圆筒，它装在轴上，主要是利用许多锤刀作圆周运动来锤碎原料 锤刀的形式一般有矩形、带角矩形和斧形，有高碳钢片制成矩形的锤刀具有可多次再用的优点，当一般的角被磨钝后，可以倒转换再用，直至四边角全部用遍为止 但装换时，应注意避免由于重量的不等而引起转子的不平衡87,41,但是对韧性较大的原料进行粉碎时，则采用斧形锤刀较适宜，由于斧形锤刀的重心偏于尖端，与同样重量的矩形锤刀相比较，斧形锤刀的打击粉碎力要大的多如图1-10所示87,42,2．筛面 用来控制粉碎程度，筛面采用铁板冲制粉料通风的筛孔，孔径在1.5~2.5毫米之间，许多酒精厂所采用的筛孔大小都在此范围内87,43,,提高粉碎机效率的方法，一般有下列常用的几种： （1）采用密闭循环法，为了减少磨损，能较快地把大少不同的物料颗粒分开，将没有达到规定的颗粒，与已达到要求的细粉，一起通过筛面，再在粉碎机外部用单独的筛子，把不合要求的物料分离开来，重新回到粉碎机中进行粉碎。

如此密闭循环，可提高生产能力达45~70%87,44,（2）增加吸风装置，增加吸风机后，可以加速粉料离开筛孔，把粉碎机内已经粉碎好的细粉抽出来，提高了粉碎机的工作效率据某厂采用后的经验，安装了旋风分离器，可以提高粉碎机的生产能力大约30%左右，而电耗也大为降低 （3）采用鳞状筛代替平筛 含水分较高的原料，会使粉碎带来困难，使锤碎机的筛孔被堵塞，粉碎效果显著降低，电耗也会增大，这时可采用湿式粉碎来解决此问题87,45,锤碎机通常发生的不正常情况及其处理措施如下： （1）出现锤碎机堵塞现象 其产生的原因可能有下面三个： 即进料量太多； 筛孔堵塞； 有异物落入机内 通常可采用下列三个措施来处理： 首先是打开锤碎机，进行疏通； 还可以取出筛子，疏通筛眼； 或者可以停止磨粉，取出异物87,46,（2）锤碎机运转时有杂声 这是由于硬质杂物落入锤碎机内一般采取的措施是：停止锤碎机运转，取出杂物，并检查筛子是否损坏 （3）粉粒直径过大，超过规定范围 这是因为筛子磨损或破裂而引起的，处理的办法是调换新筛子 （4）锤碎机落料过大的原因是筛子未装，或者是筛子脱头裂口大 采取的措施是停车检查，装筛或是换筛87,47,（二）辊式粉碎机 辊式粉碎机广泛用于破碎粘性和湿物料块。

啤酒厂粉碎麦芽和大米都是用辊式粉碎机，常用的有两辊式、四辊式、无辊式和六辊式等 1．两辊式粉碎机 两辊式粉碎机主要工作机构为两个相对旋转的平行装置的圆柱形辊筒工作时，装在两辊之间的物料由于辊筒对物料的摩擦作用而被拖入两辊的间隙中被粉碎两辊式粉碎机制造简便，结构紧凑，运行平稳通常适于中碎和细碎87,48,两辊式粉碎机依照装配结构可分为： （1）一个辊筒的轴承座可沿导轨滑移，另一辊筒轴承座固定（图1-12a）； （2）两个辊筒轴承座均可沿导轨滑移（图1-12b）87,49,按照辊筒表面形状可分为： （1）辊筒表面光滑的； （2）辊筒表面有齿的； （3）辊筒表面有凸棱或凹槽的 按照粉碎工作原理可分为： （1）由挤压作用进行粉碎作业的； （2）由挤压、剪切与研磨作用联合作用进行粉碎作业的87,50,图1-13为一台两辊式粉碎机，其中一个辊筒轴承座为可移动的作为粉碎作业工作部件的两个辊筒相对转动固定辊筒的轴承座装在机架上，可移动的辊筒的轴承座为弹簧压紧，在承受载荷过大时，弹簧被压缩，轴承座可沿导轨滑移两轴承之间装有支撑架及可拆装的钢垫片，增减垫片厚度可调节两辊间的间隙87,51,,,87,52,,,87,53,当辊筒间隙内落入不能粉碎的硬物时，可移动辊筒使弹簧压缩而向后滑移。

硬物通过后，借弹簧力。