食品机械绪论.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,刘毅君,集美,大学生物工程学院,2011.8.,食品机械与设备,玉米罐头、膨化生产,一食品通用机械,（绪论、输送）,二罐头食品机械,（原料处理、装料、封罐、饮料机械）,三动物性食品机械,（肉品、水产品加工机械）,四焙烤熟化机械,（焙烤、干燥、熟化机械，这部分自学）,食品机械与设备内容,1.,内容,研究现代食品工程机械设备的结构学、工程学,2.,任务,探索和解决食品生产、研究中的工程化生产问题，最大限度以现代食品生产技术装备代替人工劳动并提高产品产量、质量和取得最大经济效益,3,.,相关课程,高等数学、机械制图、机械设计、物理学、力学、化工原理、食品工艺学,4,.,注意问题,课程涉及的知识面广、内容多、食品机械种类多，但它们的基本结构是相近或相同的，学习中应注意其共性和特点。多思考、注重工作原理、设计原理的研究。多阅读机械类参考书、期刊、课本、强化能力,5,.,结合实际提高应用研究能力,6,.,学好食品机械课程可以提高食品科学与工程的综合能力,课程特点,主要参考书,1.,崔建云,主编 食品加工机械与设备 中国轻工业出版社,.2004.(,教材,),2.,蒋迪清,.,唐伟强编,.,食品通用机械与设备,.,华南理工大学出版社,.1995,.,3.,张裕中主编,.,食品加工技术装备,.,中国轻工业出版社,.2000.,4.,集美大学生物工程学院食品工程教研室编,.,食品工厂机械与设备,.2001.,5.,上海水产大学等合编,.,水产品加工机械与设备,.,中国农业出版社,.1993.12.,6.,无锡轻工业学院,.,天津轻工业学院合编,.,食品工厂机械与设备,.,中国轻工业出版社,.1981.,7.,武建新主编,.,乳品技术装备,.,中国轻工业出版社,.2000,8.,相关食品机械期刊,.,第一章 绪论,（,6,学时）,一基本内容,1.,食品机械特点、类型和食品机械设计基本要求,2.,食品机械工作的经济参数,3.,食品机械构件材料,二教学基本要求,1.,了解食品机械的基本类型、发展趋势,2.,了解食品机械构件材料的种类及用途,三教学重点,1.,食品机械构件材料的选择,2.,食品机械的基本类型、发展趋势,参考文献：蒋迪清 唐伟强 食品通用机械 华南理工大学,一、技术经济指标,(1.1),(1.2),机械设备能否得到推广应用，取决于它的技术经济指标：,生产能力、消耗系数、设备价格、管理费用、产品总成本。,除机械通行要求，食品机械设计还必须具备与其他机械设备不同的要求（食品卫生材料防腐），形成了研究和设计食品机械的指导思想：,即要力求用最低成本制造出最适用的食品机械设备，并能用这些机械设备以最低的成本生产满足要求的食品。,第一节 概述,食品机械：把食品原料加工成食品,(,或半成品,),装备，并能长期维持结构形态和性能,;(,把食品原料加工为食品的生产技术的实物形态,),水饺生产高、中、低,（一）生产能力,指食品机械设备单位时间内生产食品产量的一个技术参数，也就是生产食品的速率。,食品生产一般为流水线作业，流水线由若干台机械设备按照一定顺序完成产品加工，为顺利完成生产，还必须设置各种输送及辅助设备。,生产线上的设备的能力必须平衡。否则，一部分机器设备的能力不能得到充分发挥，而另一部分则处于超负荷工作状态。,流水线的生产能力只能以生产能力最低的一台设备为基准进行配置。,焙烤,（二）技术经济问题,技术经济问题：技术上可行性，经济上可获取较好的效益。,机械设备的技术是否先进，不仅决取于生产能力，还与食品厂的生产规模有关，也取决于产品品种、原料供应、消费范围、运输条件等一系列因素。即使生产同一种产品的机器设备，各种不同因素的影响往往存在不同的生产能力和效益。,水饺生产高、低,消耗系数,是指机械设备生产单位重量或单位体积的产品所需耗费的原材料及能量，包括原料、燃料 蒸汽、水、电能、润滑剂、零配件损耗、机器折旧等。,消耗系数不仅与生产工艺路线有关，而且与机械设备的设计有着密切关系。,同时，食品生产中经常伴随有蒸发、干燥、烘烤等过程，且都消耗大量的热能，在食品机械中采用不同的热源和结构，就存在不同技术经济指标，从经济效益角度来说，消耗系数越低越好。,油炸花生米,(,三,),设备价格,食品机械的价格影响食品工厂投资的规模。一般情况下，达到同样的或相近的工艺效果，应该采用价廉的设备。,但有时设备虽然复杂些，价格高一些，但却有好的性能，能确保产品质量，并且操作控制都能达到自动化，则在进行经济分析后，较高的价格也可以被接受。,鱼加工高、中、低,(,四,),管理费用,包括员工工资，操作维护以及检修费用等。,管理费用在生产成本中占相当大的比例，但管理费用并不是孤立的。某些机器设备尽管结构比较简单，设备费用和维修费用很低，但生产使用劳动力消耗大。如果采用高度自动化的生产流水线，尽管投资增加但管理费用可以降低。,自动化的机械设备所需要的管理人员数量少，但对管理人员的技术文化素质要求较高。,(,五,),产品总成本,产品总成本是生产活动一切经济效果的综合反映。,是食品企业选用食品机械的基本要求。,桔片罐头生产,二、设计要求,(1.3),食品机械设计是复杂的技术课题，食品原料和产品的多样性和复杂性，不仅要掌握一般机械设计所应具备的知识和技巧，而且必须了解食品及其原料的化学和物理性质、食品加工的工艺过程和有关工程问题。,（一）满足既定的食品生产工艺要求，体现生产工艺的适用性和先进性,（二）食品机械结构的合理性、可靠性和耐用性,（三）机器的能耗,（四）卫生要求,春卷生产、水饺高、低,鱼肉采取,（一）满足既定的食品生产工艺要求，体现生产工艺的适用性和先进性,食品机械设计必须满足功能要求，保证其以一定的速度加工规定质量的产品，同时产品质量必须保持稳定。,食品机械常用于生产不同产品。因此一台机器设备或一条生产流水线，当采用不同配方、工艺参数或者设备的某些工作条件时，就能制造出不同的食品。如杀菌装置不能只用于某一种食品的杀菌，在更换不同杀菌时间和温度后，可用于不同食品杀菌，也是杀菌机械的必备要素。,切丁、丝、片,(,二,),食品机械结构合理性、可靠性和耐用性,从机械角度来考虑，机器结构的合理性包括：,制造和装配关系、传动方式的选择及为操作维修提供的方便等。,在满足工艺要求的前提下，应力求简化机器的结构。,机器的可靠性和耐用性,指机器在规定的工作条件下，在规定的使用寿命内，保持原定功能的程度。,机器整体结构及零件强度、刚度、耐磨性、耐腐蚀性、抗干扰性等因素密切相关，是现代机械工程中的一项重要技术经济指标。,机器零部件的寿命并不是磨损或疲劳到破坏的时间，而是在即将不能保持其规定性能时，即认为其使用寿命终止。,（三）机器能耗,一般机械的能耗常反映传动机械效率。,在食品机械中能量用来处理和改变食品的形态或特性，例如浓缩、干燥、烘烤操作中，大部分能量是用于加热物料和蒸发水分，在粉碎、分割操作中，能量的有效部分是用于减小物料的形体尺寸。除此之外还必然有部分能源变成摩擦热能损耗于机器或环境中，或者被介质带走，成为热损失。,提高能量的利用率，设计机器时考虑的因素之一。,榨油,饼干,(,四,),卫生要求,1.,食品机械基本特征。,食品卫生法,对食品生产提出卫生要求：,食品机械中凡与食品物料直接接触的零部件，一定要选用无毒、耐腐蚀的材料。,2.,机器与食品接触部分便于拆装、清洗或清扫，结构上不存在清洗死角，避免物料的积存和防止微生物在这些部位生长繁殖。,3.,食品机械传动和润滑、传动密封安全可靠，防止润滑剂进入食品。开启式传动件用食用油脂、无毒油脂润滑或采用具有自润滑性能的材料。食品机械中的液压传动为防止污染应尽可能改为气压传动。,均质机、混合机,第二节 食品机械分类,食品原料和产品品种繁多、加工工艺各异；因此食品机械设备的品种门类十分繁杂，目前国家尚未制订食品机械分类标准,。,一、按原料或产品分类,二、按机械设备的功能分类,三、食品机械发展趋势,参考文献：食品与机械期刊,一、按原料或产品分类,制米、制粉机械、油脂加工机械、制糖机械、淀粉机械、豆制品机械、面制品机械、乳制品机械、蛋品加工机械、肉类制品机械、水产品加工机械、果蔬加工和保鲜机械、罐头制品机械、糖果制品机械、酿造机械、饮料、方便食品机械等。,二、按机械设备的功能分类,原料处理、破碎和分切、分割机械；混合、分选机械、成型、分离、搅拌及均质机械；蒸煮煎熬机械；蒸发浓缩机械设备；干燥机械设备；烘烤机械；冷冻和冻结机械；挤压膨化机械；定量机械；包装机械；其他各种难以归类的机械。,通用设备，如输送机械也是食品工业中常用的机械设备。,三、食品机械发展趋势,1.,用于食品工业化生产的食品机械，如饮料、罐头、淀粉及其制品、饼干、方便面、食糖、糖果、啤酒等食品的加工机械由于生产批量大，它们向专业化、连续化、自动化向发展。,2.,除继续发展适合于各种用途的间隙式生产设备外，各种适应生产要求的连续式食品加工机械应运而生，且完善和提高，成功地应用于生产中，各种各样的连续式混合机得到成功的应用。,3.,浓缩、干燥、消毒、分离、粉碎和保藏等单元操作除使用传统的机械生产外，相继采用了新原理、新技术和新设备。,4.,为尽可能保留食品中的营养成分，避免因高温破坏和氧化变质，采用低温、低压，特别是低压加工，广泛采用真空脱气、真空冷却、真空蒸发、真空结晶、真空造粒、真空成型、真空包装、真空冷冻浓缩、真空冷冻干燥等方面的技术和设备。,5.,生物技术与食品机械结合，使食品机械发展前景更广阔。细胞和酶的固化技术、酶的载体开发利用技术及发酵工程的发展将使食品机械的服务面加大，出现新一批食品机械设备。,6.,食品机械向节能、节水、省汽、高得率、无污染或少污染的方向发展。,7.,膨化食品的花色品种日益增多，风味向多元化、美味化方向发展。,8.,食品机械与包装机械组合在一条生产线上，并采用相应的包装材料，不但提高了食品的内在卫生质量、保存期，且使食品外观美丽诱人，提高了食品质量和企业经济效益。,食品机械使用的材料，除各种金属和合金材料外，尚有木材、石材、金刚砂、陶瓷、搪瓷、玻璃、纺织品以及各种各样的有机合成材料。,食品生产的工艺条件十分复杂，各种原料加工，对材料有不同的要求，设计和选用必须掌握各种材料的基本性能，才能作出正确的选择。,食品生产方式特点为：与水接触多，工作环境湿度大；常在高温或低温下操作、温差大；与食品和腐蚀性介质直接接触，对机械构件的磨损较大等。,在选择食品机械设备用材时、与食品接触的材料，除考虑一般的机械设计所需满足的如强度、刚度、耐震动等的机械特性外，还需注意下列原则：,不应含有对人体健康有害的元素或与食品可能产生化学反应的元素。,应有高的耐锈蚀性。,应易于清洗且能长期保持不变色。,应能在高、低温中保持较好的机械性能。,第,三,节 食品机械材料,(2.1),一、食品机械对材料的一般要求,二、不锈钢,三、钢铁材料,四、有色金属,五、非金属材料,六、材料的耐蚀抗磨表面处理,参考文献：蒋迪清 唐伟强 食品通用机械 华南理工大学,第三节 食品机械设备的材料,一、食品机械对材料的一般要求,对食品品质无影响，不污染食品；在介质的作用下，不腐蚀破坏。,(,一,),机械性能要求,(,弹性、塑性、刚度、强度、硬度、冲击韧性、疲劳强度和断裂韧性等,),(,二,),物理性能要求,(,密度、熔点、热膨胀性、磁性、导电性、导热性、弹性模量、切变模量、泊松比、比热容、振动衰减系数、塑性应变比、应变硬化指数,),(,三,),耐腐蚀性能要求,(,腐蚀指材料与环境间发生的化学或电化学相互作用而导致材料功能受到损伤的现象，使,金属性能发生变化，导致金属，环境及其构成系功能受到损伤的现象,。选择性腐蚀、应力的腐蚀、电偶腐蚀、点蚀,),(,四,),制造工艺性要求,(,制造难易程度,),(,一,),机械性能,食品机械处理量大，物料特性各异，要求机件具有足够的抗疲劳强度以满足工作要求。零部件常常与物料接触，而接触的条件又非常恶劣，如材料达不到要求，成为容易磨损的易损件。,锤片式粉碎机中，锤片高速度撞击，造成强烈磨损，对材料的耐磨性和抗冲击性有极高的要求。,食品的分切机中，刀片,材料要求硬度高、耐磨性好。,食品挤压膨化机的螺杆应具有很高的耐磨性和机械强度。,有的食品机械在高温下或是在低温下工作，必须考虑材料在高温和低温下的机械性能。,(,二,),物理性能,食品机械的性能常常和材料的物理性能有关。例如，材料的相对密度、比热容、导热系数、软化温度、线膨胀系数、热辐射波谱、磁性、表面摩擦特性、抗粘着性等。,在不同的使用场合，要求材料有不同的物理性能，如传热装置要求有高的导热系数，食品的成型装置则要求有好的抗粘着性，以便脱模。,玉米膨化、水饺、包子,(,三,),耐腐蚀性能,(2.1),腐蚀现象：,金属高温气体腐蚀。钢铁在常温和干燥的空气中，一般不腐蚀，在高温,(500,1000),下，容易氧化破坏，表面生成氧化皮。如金属在冶炼与轧制过程中的氧化剥落；称为金属的高温气体腐蚀。,化学腐蚀，即干腐蚀。指环境中没有液相或凝露现象存在情况下产生的腐蚀，这种腐蚀是金属原子与介质分子两相的介面上直接交换电子，发生直接的化学反应，其特征是腐蚀时没有电流产生。,电化学腐蚀，即湿腐蚀。即电解质溶液与金属接触而产生的腐蚀过程。特征是金属原子在阳极区失去电子，腐蚀介质的分子在阴极得到电子，有电流产生。金属在潮湿空气中的大气腐蚀，在酸、碱、盐溶液和海水中的腐蚀，在地下土壤中的腐蚀，与不同金属接触处的腐蚀等都是电化学腐蚀。电化学腐蚀比化学腐蚀更严重、更普遍。,影响金属腐蚀的因素：,内部因素。这是指钢铁本身的成分、组织、结晶方向、残余应力、表面转化膜等导致的不均一性，这种不均一性使金属内部有不同电位的区域存在，进而形成微电池。,外部因素。是指与钢铁表面接触的介质溶液，也就是说钢铁腐蚀受到环境的支配，如果环境改变，腐蚀的状态、速度就会发生变化。例如，把潮湿环境中的金属转移到干燥的环境中，腐蚀速度也会减慢；把海边的金属移到离海岸较远的普通环境之中，腐蚀也会减慢；内部应力增大，腐蚀速度加快。,(,三,),耐腐蚀性能,腐蚀形式,点腐蚀：点腐蚀是一种导致腐蚀的局部腐蚀形式。,晶间腐蚀：是钢中各种溶质元素偏析或金属化合物（如碳化物和,相）沉淀析出的区城。大多数的金属和合金在特定的腐蚀介质中都可能呈现晶间腐蚀。,缝隙腐蚀：是局部腐蚀的一种形式，它存在于溶液停滞的缝隙之中或屏蔽的表面内。在金属与金属或金属与非金属的接合处形成，例如，在与铆钉、螺栓、垫片、阀座、松动的表面沉积物之处形成。,全面腐蚀：是用来描述在整个合金表面上，比较均匀所发生的腐蚀现象。这种腐蚀通常可以通过简单的浸泡去掉。,食品机械接触的食品物料带有酸性或弱碱性。,设计选用食品机械时，材料的耐腐蚀性对选择构件材料，起决定性作用。机械设备的耐腐蚀程度，取决于材料的化学性质和表面状态以及受力状态、物料介质的种类、浓度和温度等参数。,食品机械材料的物理性能和化学性能有时发生矛盾，可以通过复合材料或表面涂层的方法解决，这样不论是抗腐蚀还是抗磨损，都有可能发挥不同材料的优点。,(,四,),制造工艺性,材料的制造工艺性能至关重要，否则设计的零件可能难以加工，甚至无法加工，例如焊接件的材料要有好的可焊性和切削性能。,要求表面硬度高的零件要有好的热处理性能；要求表面涂装的零件要有好的附着性能。,二、不锈钢,不锈钢具有耐蚀、不锈、不变色、附着食品易于去除、高温、低温机械性能好等优点，因而在食品机械中得到广泛的应用。,不锈钢主要应用于食品机械的泵、阀门、管、罐、锅、热交换器、浓缩装置、真空容器等方面。,除食品机械外，食品清洗机械和食品运输、保存、贮藏罐以及因其生锈将会影响食品卫生的器具，也使用不锈钢。,表,1,列出我国食品机械中不锈钢的使用情况。,机械名称,零部件名称,材料,加热灭菌器,水洗分类机,水洗分类机,消沫泵,消沫泵,油分离机,牛奶分离机,胶体磨,液体灌装封盖机,装瓶压盖机,浸油设备,热交换器,全部,主轴,叶片、叶轮,泵壳、叶轮,消沫筒,转子,分离片,定子、转子,灌装罐,酒阀,冷凝器管子,板、片,1Cr18Ni9Ti,0Cr14Ni6MoNb,1Cr18Ni9Ti,ZG1Cr17,1Cr18Ni9Ti,1Cr18Ni9Ti,1Cr18Ni9Ti,2Cr13,1Cr18Ni9Ti,1Cr18Ni9Ti,1Cr18Ni9Ti,1Cr18Ni9Ti,表,1,我国部分食品机械中不锈钢的使用情况,续表,l,我国部分食品机械零件中不锈钢使用情况,机械名称,零部件名称,材料,过滤机,和面机,冰淇淋机,磨浆机,上、下盖,搅拌轴、料桶,料斗,支承座,主轴,1Cr18Ni9Ti,1Cr18Ni9Ti,1Cr18Ni9Ti,ZG1Cr13,3Cr13,三、钢铁材料,钢铁材料在耐磨、耐疲劳、耐冲击力等方面有独特的优越性。,大量应用于食品机械的受力构、,结构件,件等。,钢材主要用于食品机械的结构件。,铸铁材料用得最多的是灰口铸铁，用在机座、压辊以及其它要求耐振动、耐磨损的地方。,球墨铸铁和白口铸铁则分别被用于综合机械性能要求较高和耐磨性要求较高的地方。,表,2,我国部分食品机械零部件中钢铁材料使用情况,类别,机械名称,钢铁材料,钢,铁,食,品,机,械,冷藏柜,饼干机、糕点机,和面机,旋转压片机,馒头机,桃子自动去皮机,绞肉机,灌肠机,切片机,16Mn,39CrMnSi,45,45,GCr15,A3,45,A3,45,45,T8,40Cr,45,A3,45,65Mn,HT200,HT250,KT350,HT200,HT200,QT500,HT200,HT250,HT200,HT200,HT150,续表,2,我国部分食品机械零部件的材料使用情况,类别,机械名称,钢铁材料,钢,铁,食 品 机 械,糕点烘烤机,绞肉机,面条机,食品膨化机,香肠拌料机,牛奶分离器,灭菌器,烘干组合机,水洗分离机,压滤机,洗瓶纲,粉碎机,45,硅钢片,45,65Mn,20,45,A3,45,AlA,38CrMo,45,08F,A3,40Cr,A3,40Cr,A3,45,20,A3,45,40Cr,A3,65Mo,45,HT200,白口铸铁,HT200,HT150,HT150,HT200,HT200,HT150,HT200,四、有色金属,食品机械中的有色金属材料，主要是铝合金和铜合金。铝合金具有耐蚀和导热性能、低温性能、加工性能好以及重量轻等优点，但有机酸等腐蚀性物质在一定的条件下可以造成对铝及铝合金的腐蚀。,食品机械中铝及铝合金的腐蚀，一方面影响机械的使用寿命，另一方面因腐蚀产物进入食品而有害于人们身体健康。,铝、铜合金主要使用于管材。,表,3,铝材对于各种食品的适应性,食品名称,适、否,食品名称,适、否,酒类,威士忌,啤酒,葡萄酒,白兰地,饮料类,橙汁,果汁,苏打水,葱汁,柠檬汁,樱桃汁,B,A,A,B,C,B,B,C,A,B,A,食品类,芥末,脂肪类,食盐,醋,鱼肝油,巧克力,蜂蜜,面包曲,人造黄油,乳品、加糖制品,含水碳酸,B,A,C,B,C,A,A,A,A,A,A,续表,3,铝材对于各种食品的适应性,食品名称,适、否,食品名称,适、否,咸菜类,盐水或咸菜水,咸黄瓜,小咸鱼,盐菜类,醋泡元白菜,B,B,B,C,B,C,糖块,奶粉,奶酪,乳糖,黄油,牛奶,A,A,A,C,A,A,五、非金属材料,使用在食品机械与设备上的非金属材料主要是塑料。,常用的塑料有聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯塑料及含粉状和纤维填料的酚醛塑料、层压塑料、环氧树脂、聚酰胺、各种规格的泡沫塑料、有机玻璃等。,与传,统的结构材料相比，塑料有一系列的优点：,密度小，平均为黑色或有色金属的,1/5,1/8,。,机械加工量少，生产成本较低。例如，用注塑代替金属，工时可减少为,1/5,1/6,，工序减少为,1/5,1/10,。费用为,1/2,1/6,。,化学稳定性高。,具有良好的摩擦特性。,有良好的吸收噪音和隔音性能。,有好的耐震性和抗附着特性能。,其缺点为：耐热性和导热性低。,在液体环境中工作时，有老化和膨胀的趋势。,六、材料的耐蚀抗磨表面处理,食品原料属于弱酸、中性、弱碱性。有机酸具有与强酸、强碱不同的腐蚀特性。食品腐蚀性物质有：醋酸、柠檬、苹果酸等低级脂肪酸以及酒石酸、乳酸；食盐、无机盐类。这些腐蚀性物质与机械零部件相接触，使材料腐蚀，并造成金属离子溶入食品中，可能损害人体的健康或破坏食品的风味。机械还会发生摩擦腐蚀。,对于腐蚀的防护，通常可以对材料进行耐蚀、抗磨的表面处理，即对金属或非金属的食品机械零部件进行喷涂、涂装以及电镀、刷镀等表面处理。,喷涂主要指热喷涂，以金属、塑料或陶瓷粉末通过火焰以半熔融状态吹附到工件表面，形成了具有耐蚀、耐磨等特性的涂层。,1.,镀层材料不含毒性，不给食品带来异味或影响食品的风味。,2.,工艺上应保证避免基体锈蚀和镀层的剥落。,3.,镀层应有高机械特性，与基体延展性相同,与基体牢固地接合。,4.,必须得到均匀的晶粒镀层和要求的镀层厚度。,5.,镀层应对食品介质、洗涤剂成分、大气的影响具有高的化学稳定性、良好的装饰和保护特性。,