20～100目膨化黑米粉的控制性粉碎研究

鄒鵬程張明星曾 川 李鵬超陳俊冬陳海焱

(西南科技大學環(huán)境與資源學院1， 綿陽 621010) (西南科技大學制造科學與工程學院2， 綿陽 621010)

20～100目膨化黑米粉的控制性粉碎研究

鄒鵬程1張明星1曾 川2李鵬超1陳俊冬1陳海焱1

(西南科技大學環(huán)境與資源學院1， 綿陽 621010) (西南科技大學制造科學與工程學院2， 綿陽 621010)

在粉碎膨化黑米的過程中，為了得到20～100目這一特定粒度段的膨化黑米粉，試驗采用自制的葉輪式粉碎機在干法狀態(tài)下研究膨化黑米的控制性粉碎?？疾炝嗽诟淖兒Y籠與葉輪間隙、粉碎主機轉速、引風機流量及篩籠孔徑的情況下對粉體產(chǎn)量、20目以上的粗粉在試驗產(chǎn)品中的質(zhì)量占比(η1)、20～100目粉體在試驗產(chǎn)品中的質(zhì)量占比(η2)的變化規(guī)律。結果表明：篩籠與葉輪間隙為8 mm時，產(chǎn)量和η2比5 mm時高；隨著粉碎主機轉速從864 r/min增大到1 152 r/min及引風機流量從868 m3/h增大到1 409 m3/h時，產(chǎn)量不斷提高，η2不斷減?。缓Y籠孔徑為10 mm時，產(chǎn)量和η2比5 mm和8 mm時高。在篩籠孔徑改變的情況下，η1會大幅度變化。篩籠與葉輪間隙為8 mm、粉碎主機轉速為864 r/min、引風機流量為868 m3/h及篩籠孔徑10 mm時，η2最大。

葉輪式粉碎機 膨化黑米 控制性粉碎 占比

我國每年的休閑食品銷售額達幾十億元人民幣，其中谷物膨化食品的年產(chǎn)量約20萬t[1]。粉碎過后的食品具有明顯的優(yōu)點：提高食品的口感，并且有利于營養(yǎng)成分的吸收；原來不能吸收或利用的原料被重新利用，配置和深加工成各種功能食品，增加新的食品品種，提高了資源利用率[2-5]。

食品粉碎是食品加工的重要組成部分，食品粉碎機械在食品行業(yè)中應用廣泛。隨著食品工業(yè)的迅速發(fā)展，人們對食品的要求也越來越高，所以食品粉碎機械成為了現(xiàn)今食品機械研究的一個重要方向[6]。但是在實際應用中，很多粉碎機卻很難達到預期的粉碎效果。生產(chǎn)能力與粉碎粒度兩者之間相互制約，當生產(chǎn)能力達到要求時，粉碎粒度卻未滿足；當粉碎粒度合乎要求，而生產(chǎn)能力卻大為降低。因而有必要對影響粉碎機粉碎效率的主要因素進行研究[7]。目前，對于食品粉碎機械主要是輥式粉碎和沖擊式粉碎，但是兩者粉碎方式能耗較大，且產(chǎn)量較低。對于沖擊式粉碎機械，相關研究認為影響粉碎強度的主要參數(shù)是錘片線速度、吸風量、開孔率、錘篩間距等[8-11]。對于膨化類食品的粉碎機械在國內(nèi)外較為罕見，也鮮有其操作參數(shù)對粒度、產(chǎn)量影響的相關研究。在實際應用中，因為膨化黑米淀粉含量高，如果顆粒太細，沖調(diào)的時候膨化黑米粉糊化很容易結塊，影響沖調(diào)性能；顆粒太粗的話影響產(chǎn)品口感，所以需要盡量控制在一個合理的粒度區(qū)間。

本研究利用自制的葉輪式粉碎機粉碎膨化黑米球，通過探究篩籠與粉碎葉輪間隙、粉碎主機轉速、引風機流量和篩籠孔徑對膨化黑米粉粒度和產(chǎn)量的影響，找出自制葉輪式粉碎機粉碎膨化黑米球的最優(yōu)操作參數(shù)，為工業(yè)化生產(chǎn)膨化類食品提供參考。

1 試驗材料、設備及試驗方案

1.1 試驗材料

膨化黑米球(直徑約12 mm)：北京朔方科技發(fā)展股份有限公司。

1.2 試驗設備

葉輪式粉碎機系統(tǒng)：綿陽流能粉體設備有限公司，包括葉輪式粉碎機(主機功率11 kW)、9-19型高壓引風機(電機功率11 kW)、高效濾筒除塵器、電控柜(控制各部分的啟停及轉速的調(diào)整)。加料方式采用皮帶傳送加料，下料閥為星型下料閥。工作原理：通過圍繞水平軸高速旋轉的粉碎葉輪對物料進行強烈沖擊、碰撞及剪切，粉碎葉輪外部環(huán)繞著可拆卸的篩籠進行過濾；經(jīng)粉碎后符合粒度需求的粉體通過篩籠孔隨主氣流進入除塵器進行收集；粗顆粒被篩籠所阻留，繼續(xù)在粉碎葉輪與篩籠之間進行二次粉碎，直至粉碎合格。根據(jù)工藝的要求，試驗中自制的篩籠孔徑為5、8、10 mm。試驗設備簡圖如圖1所示。

20、100目標準篩：中國航空工業(yè)第五四零廠；SwemaAir 50風速儀：瑞典斯威瑪公司。

圖1 試驗設備簡圖

1.3 試驗方案

按照圖1連接試驗設備，并按要求調(diào)節(jié)各項操作參數(shù)。通過改變篩籠與葉輪間隙、主機的轉速、引風機的流量以及粉碎機篩籠孔徑來探究粉體粒度、產(chǎn)量的變化規(guī)律。物料采用皮帶傳送加料機均勻的加入粉碎腔內(nèi)，粉碎主機和引風機轉速通過變頻器進行調(diào)節(jié)，并用轉速表校正。粉碎主機出口連接高效濾筒收集器，為避免漏風從而影響風機流量，在收集器的出口用密封桶進行收集。收集后的粉體用20、100目篩進行篩分、稱量，計算20目以上粗粉質(zhì)量占總質(zhì)量的比例，記為η1，計算20～100目粉體質(zhì)量占總質(zhì)量的比例，記為η2。試驗過程主要考察操作參數(shù)對20～100目粉體占比的影響。每做1組試驗后以η2為指標選出最優(yōu)參數(shù)，然后固定最優(yōu)參數(shù)并對其他參數(shù)進行改變，直到選出所有參數(shù)的最優(yōu)值。

2 結果與分析

2.1篩籠與粉碎葉輪間隙對粉體產(chǎn)量、η1及η2的影響

在粉碎主機轉速864 r/min、引風機流量1 409 m3/h、篩籠孔徑為5 mm的條件下，考察篩籠與粉碎葉輪間隙對膨化黑米粒度、產(chǎn)量的影響。從表1中可以看出，當篩籠與葉輪間隙由5 mm增加到8 mm時，膨化黑米粉的產(chǎn)量從65 kg/h提高到74 kg/h，η1從1.6%增高至2.1%，η2從73.6%增高至75.5%。這與前人研究結果一致[12]。隨著篩籠與葉輪間隙的增大，在篩網(wǎng)與葉輪之間二次粉碎區(qū)域的顆粒能夠較快地通過篩籠進行收集，避免了過粉碎，故η2增大；在相同時間內(nèi)，由于間隙增大，粉體在篩籠與葉輪之間流動性更好，能夠通過更多顆粒，故產(chǎn)量增大；但是隨著篩籠與葉輪間隙的增大的同時，也降低了顆粒在二次粉碎區(qū)域的粉碎概率，顆粒在該區(qū)域停留時間更短，故η1增大。當篩籠與葉輪間隙為8mm時，產(chǎn)量最高，η2最高，η1為2.1%，不會影響整個產(chǎn)品的質(zhì)量，故篩籠與葉輪間隙保持在8 mm時，該葉輪式粉碎機控制性粉碎膨化黑米球的效果較好。

表1 篩籠與粉碎葉輪間隙對粉體產(chǎn)量、η1及η2的影響

2.2 粉碎主機轉速對粉體產(chǎn)量、η1及η2的影響

葉輪式粉碎機的主要粉碎方式之一就是高速旋轉的粉碎葉輪對物料的擊碎作用。引風機流量保持在868m3/h、篩籠孔徑為5mm、篩籠與葉輪間隙8mm，通過改變粉碎主機的轉速，進行轉速分別為864、1 008、1 152 r/min時的試驗。從表2中可以看出，隨著粉碎主機轉速的增大，獲得膨化黑米粉的產(chǎn)量由50 kg/h增大到65 kg/h，η1從3.2%下降至1.8%，η2從80.0%下降至71.0%。產(chǎn)量不斷增大是因為隨著轉速的增大，碰撞沖擊的速度加快，在單位時間內(nèi)施加于顆粒的粉碎能量也就越大，越易于將顆粒粉碎[13]，從而在單位時間內(nèi)收集到的粉體會越多。η1、η2不斷降低的原因是：一方面是因為隨著粉碎主機轉速的增大，粉碎腔內(nèi)的風量及負壓也在不斷地增大，膨化黑米球在粉碎腔中初次粉碎時受到更高的離心力和得到更大的離心速度，從而粉碎腔內(nèi)的粉體受到粉碎葉輪更大的強制力，在粉碎葉輪與篩籠間二次粉碎時也會由于葉輪旋轉速度的增大產(chǎn)生更大的摩擦阻力；另一方面是轉速過高時，轉子的鼓風作用加強，從而導致粉碎腔內(nèi)的氣固環(huán)流作用加強[14]，導致物料不易出去從而被過度細化，故η1、η2不斷降低。粉碎主機轉速的增大雖然會增加粉體產(chǎn)量，但也會導致過粉碎，所以粉碎主機轉速不宜過高。由表2數(shù)據(jù)可知，當粉碎主機轉速為864 r/min時，η2最大，η1為3.2%，不會影響整個產(chǎn)品的質(zhì)量，故粉碎主機轉速保持在864 r/min時，該葉輪式粉碎機控制性粉碎膨化黑米球的效果較好。

表2 粉碎主機轉速對粉體產(chǎn)量、η1及η2的影響

2.3 引風機流量對粉體產(chǎn)量、η1及η2的影響

本組試驗在粉碎主機轉速864 r/min、篩籠孔徑5 mm及篩籠與葉輪間隙8 mm的條件下，調(diào)節(jié)引風機轉速來改變引風機流量。從表3中可以看出，隨著引風機流量的增大，產(chǎn)量從50 kg/h增大到74 kg/h，η1從3.2%下降至2.1%，η2從80.0%下降至75.5%。引風機流量的增大，系統(tǒng)的風量也會隨之增大，在粉碎腔內(nèi)產(chǎn)生較大的負壓，能為粉碎物料提供能量，同時粉體的分散性變好[15]，所以隨著引風機轉速的增大，物料的產(chǎn)量從50 kg/h提高到74 kg/h。但是較高的風量會使物料在粉碎腔內(nèi)產(chǎn)生環(huán)流作用加強，從而使物料受到粉碎葉輪更強的剪切破碎，物料粉碎后產(chǎn)生的細粉會越多，故η1、η2減小。由表3數(shù)據(jù)可知，在引風機流量為868 m3/h時η2最大，η1為3.2%，不會影響整個產(chǎn)品的質(zhì)量，故引風機流量為868 m3/h時，該葉輪式粉碎機控制性粉碎膨化黑米球的效果較好。

表3 引風機流量對粉體產(chǎn)量、η1及η2的影響

2.4篩籠孔徑對粉體產(chǎn)量、η1及η2影響

在粉碎主機轉速864 r/min、引風機流量868m3/h及篩籠與葉輪間隙8 mm的條件下，考察篩籠孔徑變化對膨化黑米粉粒度和產(chǎn)量的影響，篩籠相對應的開孔率為33.05%、24.66%、22.96%。從表4中可以看出，隨著篩籠孔徑的增大，膨化黑米粉的產(chǎn)量由50 kg/h提高到64 kg/h，η1從3.2%增加至12.7%，η2從80.0%增高至86.0%。產(chǎn)量增大是由于物料在粉碎葉輪與篩籠之間進行二次粉碎時，由于篩籠孔徑的變大，就會有更多的粉體通過篩籠孔被引風機吸到除塵器進行收集，從而會使產(chǎn)量不斷增大。粉碎機篩籠開孔率的減小，在粉碎葉輪與篩籠之間的粉體與篩籠的接觸面積減小，從而受到篩籠的強制作用也隨之減小，會相應的使粉體的粒度增大，故η1、η2增大。由表4數(shù)據(jù)可知，在篩籠孔徑為10 mm時η2最大，但粗粉η1比孔徑為5 mm和8 mm時分別增大了9.5%、4.8%，會造成20目以上粗粉的回收量大大增加，在連續(xù)生產(chǎn)中造成不便。

表4 篩籠孔徑對粉體產(chǎn)量、η1及η2的影響

3 結論

本裝置在篩籠與葉輪間隙為8 mm時，產(chǎn)量和η2比5 mm時高；隨著粉碎主機轉速從864 r/min增大1 152 r/min，產(chǎn)量從50 kg/h提高到65 kg/h，η2從80.0%下降至71.0%；隨著引風機流量從868m3/h增大到1 409 m3/h，產(chǎn)量從50 kg/h提高到74 kg/h，η2從80.0%下降至75.5%；篩籠孔徑為10 mm時，產(chǎn)量和η2比5 mm和8 mm時高。在上述試驗中當篩籠與葉輪間隙為 8 mm、粉碎主機轉速為864r/min、引風機流量為868 m3/h及篩籠孔徑10 mm時，η2為最優(yōu)。

當篩籠與粉碎葉輪間隙、粉碎主機轉速及引風機流量改變時，20目以上的粗粉占比η1變化量都在2%以內(nèi)；但當篩籠孔徑從5 mm增大到10 mm時，20目以上的粗粉占比η1從3.2%增大到12.7%，η1的大幅度增加，會造成20目以上粗粉的回收量加大，在連續(xù)生產(chǎn)中會造成不便。

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The Crushing Control of 20～100 Mesh Expanded Black Rice Flour

Zou Pengcheng1Zhang Mingxing1Zeng Chuan2Li Pengchao1Chen Jundong1Chen Haiyan1

(School of Environment and Resource，Southwest University of Science and Technology1，Mianyang 621010)(School of Manufacturing Science and Engineering，Southwest University of Science and Technology2，Mianyang 621010)

In order to get the specific size segment of expanded black rice flour from 20 to 100 mesh in the process of smashing expanded black rice, this experiment studied the controlled smash of puffed black rice by using a home-made impeller breaker with the drying method. It also showed the change rule of its yield、the proportion of coarse powder on the top of 20 mesh in the experimental products(η1)and the proportion of 20～100 mesh powder in the experimental products(η2)by changing the space of screen cage and impeller, the speed of grinder, flux of induced-draft fan and screen cage aperture. This experiment indicated that: When the space of screen cage and impeller was 8 mm, the yield andη2were higher than it was 5 mm. As the speed of grinder increased from 864 r/min to 1 152 r/min and flux of induced-draft fan extended from 868 m3/h to 1 409 m3/h, The yield was increasing,η2was reducing.When screen cage aperture was 10 mm, the yield andη2were higher than it was 5 mm or 8 mm. When screen cage aperture changed,η1changed dramatically. When the space of screen cage and impeller was 8 mm, the speed of grinder was 864 r/min, flux of induced-draft fan was 868 m3/h and screen cage aperture was 10 mm,η2was the biggest.

impeller breaker，expanded black rice，controlled smash，proportion

國家自然科學基金(51508481)，固體廢物處理與資源化教育部重點實驗室平臺基金(14tdgk04)

2016-05-20

鄒鵬程，男，1992年出生，碩士，超細粉碎設備與安全科學技術

張明星，男，1982年出生，副研究員，超細粉碎、氣流分級技術，通風除塵的研究與設備開發(fā)

TS213.3

：A

：1003-0174(2017)08-0034-05