□ 楊進(jìn)平 江西省九江市糧油質(zhì)量監(jiān)測中心

大米加工稻谷氣力輸送過程中破碎率的問題研究

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在大米加工稻谷氣力輸送過程中，物料會(huì)出現(xiàn)破碎的現(xiàn)象，導(dǎo)致物料破碎的因素有很多，例如：物料自身的物理性質(zhì)、氣力運(yùn)輸方式、輸送工藝參數(shù)和輸送管道布置等?；诖?，本文就對大米加工稻谷氣力輸送過程中物料破碎的因素進(jìn)行了介紹，并且對導(dǎo)致破碎的因素進(jìn)行了全面的分析，提出相應(yīng)的對策，從而有效降低氣力輸送過程中物料的破碎率。

大米加工稻谷；氣力輸送；物料破碎

氣力輸送指的是將空氣或者氣體作為輸送的動(dòng)力，從而在管道中實(shí)現(xiàn)粒狀或者粉狀固定物料搬運(yùn)的方式?？諝饣蛘邭怏w流動(dòng)會(huì)對管道中物料粒子提供移動(dòng)需要的能量，管道中的空氣流動(dòng)原理是通過管子兩邊的壓力差進(jìn)行推動(dòng)的。氣力輸送系統(tǒng)具有一定的特點(diǎn)，比如布置靈活、結(jié)構(gòu)簡單、能量消耗較小、使用過程中較為可靠等，并且還能夠有效實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。但是在氣力輸送過程中還要注意某種問題，比如物料破碎、管道磨損等。本文主要對大米加工稻谷氣力輸送過程中的物料破碎進(jìn)行研究。

1 氣力輸送過程中糧食破碎產(chǎn)生的原因

1.1 壓力因素

氣力輸送過程中糧食出現(xiàn)破碎的主要原因有多種，比如因?yàn)闆_擊或者剪切應(yīng)力等，并且管壁和糧食顆粒的摩擦也會(huì)使糧食顆粒出現(xiàn)破碎。本文就從不同角度研究氣力輸送過程中糧食破碎的原理。

從氣力輸送過程中糧食受力的角度進(jìn)行分析，糧食由于初始輸送力的因素，導(dǎo)致糧食顆粒會(huì)受到擠壓力和沖擊力，并且糧食顆粒之間也會(huì)出現(xiàn)碰撞和磨損，糧食在輸送過程中還會(huì)受到碰撞和磨損。這些輸送過程中糧食受到的作用力就會(huì)對糧食顆粒造成剪切力和壓力，大于糧食顆粒的作用力，從而使糧食顆粒出現(xiàn)破碎的現(xiàn)象。

從能量積累角度分析，氣力輸送過程中糧食顆粒出現(xiàn)破碎是因?yàn)槠趽p傷導(dǎo)致的，因?yàn)榧Z食顆粒在輸送過程中和糧食與彎管、管壁之間的相互作用是間斷并且多次出現(xiàn)的，作用過程中糧食的內(nèi)部能量不斷地積累。在能量積累到糧食自己能夠承受到極限時(shí)候，糧食顆粒的表面就會(huì)出現(xiàn)裂痕，之后糧食裂紋就會(huì)不斷地?cái)U(kuò)展，最后糧食顆粒就會(huì)破碎。

1.2 輸送器速度因素

在糧食氣力輸送過程中，輸送氣體速度對物料破碎造成了主要的影響，氣速和糧食顆粒速度為正比關(guān)系，但是顆粒速度和破碎率關(guān)系為成冪次增加，顆粒物性、輸送方式、管道管徑等多種參數(shù)都直接確定了破碎率和顆粒速度。在糧食實(shí)際生產(chǎn)的過程中，能夠?qū)λ俣冗M(jìn)行合理的調(diào)節(jié)，從而對物料破碎率進(jìn)行有效改善，可以使用可調(diào)式法拉管實(shí)現(xiàn)。在實(shí)現(xiàn)氣速調(diào)節(jié)過程中，也對料氣比進(jìn)行了調(diào)節(jié)，氣速和料氣為反比，料氣比較高，那么就表示氣速較低，那么破碎率也會(huì)進(jìn)一步的降低。

1.3 管道因素

糧食在輸送過程中的顆粒動(dòng)能表示為1/2 mv2，和管壁相互碰撞，糧食顆粒的損失能量就是1/2 mw2，糧食顆粒和管壁相互碰撞導(dǎo)致的應(yīng)力和顆粒之間的能量損失之間的比表示為1/2 mw2，在應(yīng)力比糧食顆粒的壓碎強(qiáng)度還要大的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)破碎。尤其是在氣力輸送過程中糧食都進(jìn)行了干燥，在此過程中糧食就出現(xiàn)了一定的損傷，損傷和殘余的應(yīng)力會(huì)在糧食在氣力輸送過程中促進(jìn)糧食顆粒的破碎。

2 對破碎率造成影響的主要因素

在氣力輸送過程中影響物料破碎的因素較多，比如顆粒粒徑分布、形狀、輸送氣速等。

2.1 顆粒形狀和壓碎強(qiáng)度

顆粒形狀在影響糧食破碎率過程中較為明顯，對顆粒形狀衡量的主要參數(shù)就是球形度φ，其主要是和顆粒體積相等的球表面積和顆粒表面積的比，φ值越大，那么就表示顆粒表面的曲線較為復(fù)雜，顆粒就會(huì)在輸送過程中出現(xiàn)破碎。表1為大米、谷稻和其他谷物的球形度。

由于物料性質(zhì)決定物料顆粒破碎率及壓碎強(qiáng)度兩者的關(guān)系是反比，也就是壓碎強(qiáng)度越大，表示輸送之后粒度破碎率就越小，相反，力度破碎率就越大。物料顆粒易碎性和破碎率是成正比的，一般情況下，食物莫氏硬度表示為1~2。

2.2 顆粒粒徑

顆粒粒徑的分布在對破碎率影響的過程中主要為強(qiáng)度尺寸效應(yīng)，也就是材料強(qiáng)度測定值在試驗(yàn)顆粒不斷變化的過程中變化。如果糧食顆粒越小，那么就表示強(qiáng)度的測定值越大，越不容易在輸送過程中出現(xiàn)破碎的現(xiàn)象。如果顆粒較大，那么其中的缺陷就會(huì)越大，其中的裂紋也就越多。

2.3 輸送速度

在氣力輸送過程中的氣流速度為va，糧食顆粒速度為vs，這兩者是影響糧食破碎率的主要因素。兩者之間具有一定的關(guān)系，也就是氣流的速度越大，就表示糧食顆粒的速度越大，從而也表示糧食顆粒破碎率也越高。因?yàn)榧Z食顆粒在氣力輸送過程中的糧食顆粒運(yùn)動(dòng)較為復(fù)雜，無法實(shí)現(xiàn)單個(gè)顆粒速度的定量研究，只能夠通過理論對顆粒平均速度進(jìn)行推導(dǎo)，糧食顆粒速度的計(jì)算為：水平管計(jì)算為vs=（0.7-0.85）va；垂直管計(jì)算為vs=vavf；彎管為 vsβ=vse，其中 vsβ表示彎曲角在β時(shí)候的顆粒速度，vse表示彎管進(jìn)口地方的顆粒速度。vf表示懸浮速度，va表示氣流速度，vs表示糧食顆粒的輸送速度。

懸浮速度指的就是使糧食顆粒在平衡狀態(tài)時(shí)候的氣流速度，懸浮速度的計(jì)算公式為：

其中ps表示散料的顆粒，pa表示空氣密度。

一般糧食輸送過程中需要的氣流速度為懸浮速度函數(shù)，表示為：va=k2vf。

其中k2表示經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，表2為k2經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的值。通過懸浮計(jì)算公式能夠得到糧食顆粒在水平管、垂直管和彎管中的速度。

表1 大米、谷稻和其他谷物的球形度

表2 k2經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的值

在實(shí)際糧食氣力輸送過程中，糧食顆粒之間的碰撞和摩擦在輸送速度較高的時(shí)候會(huì)提高糧食顆粒表面的溫度，從而促進(jìn)糧食顆粒出現(xiàn)破壞，在糧食顆粒還沒有到糧食破碎速度的時(shí)候其早就出現(xiàn)了破碎。

3 大米加工稻谷的破碎率

因?yàn)閷ζ扑槁试斐捎绊懙囊蛩剌^多，并且不同因素之間并不是完全獨(dú)立的，其中糧食的速度對破碎率造成的影響較為顯著。假如糧食通過最大速度對彎管壁進(jìn)行撞擊時(shí)候的破碎率為1%，通過能量原理可以了解到，糧食破碎率和輸送速度之間具有2次冪的關(guān)系。根據(jù)以上公式表示，糧食顆粒破碎速度為65 m/s，那么需要?dú)饬魉俣染褪莢a=65×2.4=156 m/s。之后通過氣流速度能夠得到氣力輸送過程中大米加工稻谷過程中的關(guān)系，p=（1/156）成va2×100。圖1為氣流速度和破碎率的關(guān)系。

圖1 氣流速度和破碎率的關(guān)系

通過圖1可以看出來，氣力輸送過程中的破碎率和氣流速度具有密切的關(guān)系，稻谷顆粒破碎率在氣流速度不斷提高的時(shí)候也在不斷地增大。如果將稻谷破碎率控制到4%以下，稻谷的輸送效率及氣流速度要在25 m/s。

4 結(jié)語

現(xiàn)代，氣力輸送物料的破碎備受人們關(guān)注，在氣力運(yùn)輸過程中影響物料破碎的因素有很多，那么在實(shí)際生產(chǎn)過程中，要對這些因素的影響綜合考慮，從而有效降低傳輸過程中物料的破碎率，保持輸送的最佳狀態(tài)。

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