玉米漿料烘干設(shè)備下錐斗的研究設(shè)計(jì)

張媛媛，徐宏揚(yáng)，公衍峰，劉偉光

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院 綏化分院，黑龍江 綏化 152000)

0 引言

營(yíng)養(yǎng)全面、烹飪便捷的粗糧精做產(chǎn)品，愈來(lái)愈受到消費(fèi)者的青睞。玉米富含多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，但是粗加工產(chǎn)品食用口感不好。采用科學(xué)方法進(jìn)行精、深加工, 改善食用口感, 使玉米食品重新回到人們的餐桌, 是玉米加工利用的一個(gè)重要研究方向。由于玉米原料本身無(wú)面筋蛋白, 缺乏黏彈性, 柔韌性差, 所以面團(tuán)品質(zhì)較差, 且口感粗糙, 不適合加工制作面條、餃子等面食品。玉米面粉的主要成分是淀粉, 通過(guò)物理、化學(xué)和生物的方法使淀粉改性, 形成與小麥面粉相似的應(yīng)用性質(zhì), 是解決玉米面粉制作食品的關(guān)鍵問(wèn)題[1]。

黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院綏化分院，經(jīng)過(guò)多年研究實(shí)驗(yàn)，研發(fā)出了一種玉米發(fā)酵后磨碎噴漿烘干工藝及設(shè)備，玉米面漿在200～360 ℃熱風(fēng)下干燥，得到的玉米面粉細(xì)膩，實(shí)現(xiàn)了“粗糧細(xì)吃”和“主糧粗細(xì)搭配”。

玉米漿料的烘干，主要在玉米干燥設(shè)備的主塔內(nèi)完成，主塔由塔頭、上錐斗、塔筒、下錐斗4個(gè)主要部分組成，塔頭側(cè)面開(kāi)有熱風(fēng)口， 塔筒中下部設(shè)有主塔輸送風(fēng)道，下錐斗大端與塔筒相連接，小端連接冷卻橫管。預(yù)制的玉米漿料過(guò)篩后由送料噴頭霧化并噴灑至玉米粉料噴漿干燥設(shè)備主塔塔頭內(nèi)，由風(fēng)機(jī)輸送的熱風(fēng)將霧狀漿料進(jìn)行烘干，烘干后玉米粉料在重力的作用下進(jìn)入到下錐斗，干燥的玉米粉料在旋轉(zhuǎn)氣流的作用下不斷旋轉(zhuǎn)，不能夠及時(shí)從出料口輸出。由于玉米漿料烘干設(shè)備體型龐大，在干燥作業(yè)中測(cè)量即燥參數(shù)非常不便，下錐斗壁上堆積的粘結(jié)塊和不斷旋轉(zhuǎn)的粉料，在熱風(fēng)的作用下，極易糊化。

本文設(shè)計(jì)一種應(yīng)用在玉米漿料烘干設(shè)備下錐斗，可根據(jù)塔內(nèi)溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)冷風(fēng)口的開(kāi)合，進(jìn)而調(diào)節(jié)冷風(fēng)的進(jìn)入量，使塔內(nèi)溫度保持在合適的范圍內(nèi)，保證玉米粉料既能很好地烘干，又能在生產(chǎn)中不熟化，不糊化，提高了玉米粉料的生產(chǎn)率，確保了玉米面粉產(chǎn)品的質(zhì)量。

1 整體結(jié)構(gòu)及工作原理

下錐斗主要由錐斗、震動(dòng)氣錘、冷風(fēng)口、溫度傳感器、出料口組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.錐斗；2.震動(dòng)氣錘；3.冷風(fēng)口；4.溫度傳感器；5.出料口圖1 下錐斗結(jié)構(gòu)示意圖

工作時(shí)，霧化后的漿料在干燥設(shè)備的主體腔體混合完成漿料的烘干，烘干后的玉米粉料，在重力與熱風(fēng)的共同作用下，下降至下錐斗，下錐斗內(nèi)壁裝有溫度傳感器，通過(guò)溫度傳感器監(jiān)測(cè)下錐斗內(nèi)溫度的變化，根據(jù)下錐斗內(nèi)溫度變化通過(guò)驅(qū)動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)冷風(fēng)口調(diào)節(jié)板作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而調(diào)節(jié)冷風(fēng)口開(kāi)口縫隙的大小，以實(shí)現(xiàn)下錐斗內(nèi)溫度可控，保證了玉米粉料質(zhì)量和烘干作業(yè)生產(chǎn)安全；下錐斗外側(cè)裝有震動(dòng)氣錘，將附著在下錐斗內(nèi)壁的粉料振落，烘干的玉米粉料落至出料口。

2 關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)

2.1 冷風(fēng)口

糧食烘干過(guò)程中要防止溫度超調(diào), 傳統(tǒng)控制系統(tǒng)在糧食烘干過(guò)程中, 如果溫度超調(diào), 只能停止熱風(fēng)機(jī)的運(yùn)行, 進(jìn)行自然冷卻降低溫度[2]。目前，玉米噴漿烘干設(shè)備常用的下料錐斗多采用C型冷風(fēng)口，結(jié)構(gòu)如圖2所示，其開(kāi)口大小L為固定值，進(jìn)風(fēng)量不可調(diào)整，當(dāng)腔室內(nèi)溫度過(guò)高時(shí)，因無(wú)法調(diào)大冷風(fēng)量，常采用停止熱風(fēng)的方法來(lái)降溫，這種方法降溫速度可控性差，容易造成腔室內(nèi)溫度高低變化較大，極易影響玉米粉質(zhì)量。另外，不可調(diào)節(jié)的C型冷風(fēng)口，因開(kāi)口固定不可動(dòng)，容易堵塞，通風(fēng)效果較差。

1.C型冷風(fēng)口圖2 C型冷風(fēng)口結(jié)構(gòu)示意圖

本文設(shè)計(jì)的下錐斗上分布多個(gè)可調(diào)節(jié)冷風(fēng)口，位置關(guān)系如圖3所示。在送料風(fēng)機(jī)負(fù)壓的作用下，通過(guò)調(diào)節(jié)冷風(fēng)口開(kāi)合的大小，進(jìn)而調(diào)節(jié)冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)量，來(lái)實(shí)現(xiàn)下錐斗內(nèi)溫度的調(diào)節(jié)，防止玉米粉料熟化、糊化。

1.可調(diào)節(jié)冷風(fēng)口；2.下錐斗圖3 可調(diào)節(jié)冷風(fēng)口位置示意圖

冷風(fēng)口主要由冷風(fēng)口調(diào)節(jié)板、冷風(fēng)口調(diào)節(jié)板轉(zhuǎn)軸、驅(qū)動(dòng)軸座、轉(zhuǎn)軸座、冷風(fēng)口調(diào)節(jié)板驅(qū)動(dòng)軸、驅(qū)動(dòng)馬達(dá)等組成，具體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

安裝在下錐斗內(nèi)壁的溫度傳感器監(jiān)測(cè)下錐斗內(nèi)溫度變化，當(dāng)腔內(nèi)溫度高于設(shè)定溫度時(shí)，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)開(kāi)始工作，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)擺臂，驅(qū)動(dòng)擺臂拉動(dòng)驅(qū)動(dòng)連桿，使冷風(fēng)口調(diào)節(jié)板繞調(diào)節(jié)板轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)調(diào)節(jié)板與塔壁的開(kāi)口變大，冷風(fēng)進(jìn)風(fēng)量變大；當(dāng)腔內(nèi)溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)擺臂反向運(yùn)動(dòng)，從而調(diào)節(jié)冷風(fēng)口開(kāi)口縫隙變小，隨之冷風(fēng)進(jìn)入量變小，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)下錐斗內(nèi)溫度可控。其優(yōu)點(diǎn)在于可以自動(dòng)控制冷風(fēng)口開(kāi)口大小，以實(shí)現(xiàn)下錐斗內(nèi)溫度可控，保證了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全。同時(shí)，可以繞轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的冷風(fēng)口調(diào)節(jié)板，開(kāi)合大小的變化使通過(guò)冷風(fēng)口的風(fēng)形成干擾氣流，阻止未干透的粉體粘到下錐斗內(nèi)壁上，另一方面能夠促進(jìn)粉體的進(jìn)一步干燥。

2.2 震動(dòng)氣錘

在主塔內(nèi)由熱風(fēng)烘干的玉米粉料，在重力的作用下落至下錐斗，下錐斗的外形為漏斗狀，傾斜的內(nèi)壁極易附著堆積玉米粉料。在下錐斗外壁上安裝的震動(dòng)氣錘，工作產(chǎn)生震動(dòng)，使部分粘結(jié)在下錐斗內(nèi)壁的粉料落向塔下方的出料口，既能避免粉料的堆積對(duì)冷風(fēng)口的堵塞，又能防止粘結(jié)在下錐斗內(nèi)壁的粉料因腔內(nèi)的高溫糊化起火。

3 對(duì)比試驗(yàn)

玉米漿料烘干設(shè)備下錐斗作為玉米粉料冷卻、集粉的腔室，本文設(shè)計(jì)的帶有可自動(dòng)控制的冷風(fēng)口的下錐斗，與傳統(tǒng)的C型冷風(fēng)口下錐斗相比，具有進(jìn)風(fēng)量大小可調(diào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)下錐斗內(nèi)溫度可控的特點(diǎn)。在裝有不同冷風(fēng)口的兩臺(tái)烘干設(shè)備上進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，測(cè)定不同玉米粉料的特性。根據(jù)玉米粉料干燥設(shè)備的制備原理, 對(duì)比本文設(shè)計(jì)的下錐斗與傳統(tǒng)下錐斗對(duì)塔腔內(nèi)溫度的控制效果，測(cè)試不同溫度對(duì)玉米面粉品質(zhì)的影響。

1.冷風(fēng)口調(diào)節(jié)板；2.冷風(fēng)口調(diào)節(jié)板轉(zhuǎn)軸；3.驅(qū)動(dòng)軸座；4.轉(zhuǎn)軸座；5.冷風(fēng)口調(diào)節(jié)板驅(qū)動(dòng)軸；6.驅(qū)動(dòng)馬達(dá)；7.驅(qū)動(dòng)連桿；8.驅(qū)動(dòng)擺臂圖4 冷風(fēng)口結(jié)構(gòu)示意圖

3.1 材料和儀器設(shè)備

將玉米粒與玉米碴混合物(玉米粒含量≤30%)，在溫水中浸泡24～72 h，充分吸水的玉米碴混合物經(jīng)磨漿機(jī)磨漿、篩分機(jī)篩分，篩分后的面漿100目以上，面漿加水調(diào)和成濃度在35%～40%的漿料。儀器設(shè)備為Brabender型黏度糊化儀、電子分析天平、電熱鼓風(fēng)干燥箱。

干燥條件為進(jìn)風(fēng)溫度200～360 ℃，排風(fēng)溫度60～70 ℃。

3.2 結(jié)果與分析

噴霧干燥的玉米粉中蛋白質(zhì)和淀粉含量都較低, 但還原糖含量很高, 同時(shí)具有較強(qiáng)的黏度與水合能力, 并且產(chǎn)品呈細(xì)膩的粉末狀，產(chǎn)品具有類(lèi)似小麥面粉的特性, 同時(shí)由于其抗回生性能優(yōu)于小麥面粉，不同溫度條件下，測(cè)試玉米面粉的品質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 不同溫度對(duì)玉米面粉應(yīng)用品質(zhì)指標(biāo)的影響

可以看出，玉米漿料烘干設(shè)備，溫度過(guò)高，玉米面粉品質(zhì)指標(biāo)呈下降趨勢(shì)。固定C型冷風(fēng)口因其開(kāi)口不可調(diào)節(jié)，無(wú)法適時(shí)對(duì)腔內(nèi)溫度進(jìn)行控制，過(guò)高或過(guò)低的溫度，均影響玉米粉的品質(zhì)。相比較，本文設(shè)計(jì)的玉米噴粉下錐斗，溫度可便捷控制，能更好地保證玉米粉的品質(zhì)。

4 結(jié)論

采用干燥法制備的玉米面粉，以其良好的食用口感和豐富的適用面食種類(lèi)，在市場(chǎng)中比較受消費(fèi)者的喜愛(ài)，干燥設(shè)備的性能直接影響玉米面粉的品質(zhì)，針對(duì)玉米粉料烘干時(shí)存在的熟化、糊化問(wèn)題，結(jié)合玉米粉工業(yè)化生產(chǎn)加工使用的實(shí)際需求，研究設(shè)計(jì)了一種玉米漿料烘干設(shè)備下錐斗，該裝置設(shè)有自動(dòng)可調(diào)節(jié)的冷風(fēng)口，通過(guò)傳感器對(duì)下錐斗內(nèi)的溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)溫度來(lái)自動(dòng)調(diào)整冷風(fēng)口開(kāi)合大小，既能保證烘干效果，又能有效防止糊化，簡(jiǎn)便易行。同時(shí)能改進(jìn)玉米面粉的品質(zhì)，力求達(dá)到與小麥面粉類(lèi)似性質(zhì)及口感, 使其成為制作面食品的重要原料。帶有可調(diào)節(jié)冷風(fēng)口下錐斗的成功研制，很好地解決了玉米漿料烘干設(shè)備在制備玉米面粉的過(guò)程中，因溫度控制調(diào)節(jié)的不及時(shí)對(duì)玉米粉品質(zhì)產(chǎn)生的影響，大幅度提高了玉米漿料烘干設(shè)備的技術(shù)水平。另外，本文設(shè)計(jì)的下錐斗，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制方便，使用維修成本低，除玉米噴粉設(shè)備外，還可廣泛應(yīng)用在其他粉料干燥設(shè)備中，能明顯提高干燥設(shè)備的生產(chǎn)效率，為玉米粉料加工機(jī)械化提供了有力的技術(shù)支撐。

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