大米加工稻谷气力输送过程中破碎率的问题研究

2017-11-28杨进平江西省九江市粮油质量监测中心

食品安全导刊 2017年30期

□ 杨进平江西省九江市粮油质量监测中心

□ 杨进平江西省九江市粮油质量监测中心

在大米加工稻谷气力输送过程中，物料会出现破碎的现象，导致物料破碎的因素有很多，例如：物料自身的物理性质、气力运输方式、输送工艺参数和输送管道布置等。基于此，本文就对大米加工稻谷气力输送过程中物料破碎的因素进行了介绍，并且对导致破碎的因素进行了全面的分析，提出相应的对策，从而有效降低气力输送过程中物料的破碎率。

大米加工稻谷；气力输送；物料破碎

气力输送指的是将空气或者气体作为输送的动力，从而在管道中实现粒状或者粉状固定物料搬运的方式。空气或者气体流动会对管道中物料粒子提供移动需要的能量，管道中的空气流动原理是通过管子两边的压力差进行推动的。气力输送系统具有一定的特点，比如布置灵活、结构简单、能量消耗较小、使用过程中较为可靠等，并且还能够有效实现自动化。但是在气力输送过程中还要注意某种问题，比如物料破碎、管道磨损等。本文主要对大米加工稻谷气力输送过程中的物料破碎进行研究。

1 气力输送过程中粮食破碎产生的原因

1.1 压力因素

气力输送过程中粮食出现破碎的主要原因有多种，比如因为冲击或者剪切应力等，并且管壁和粮食颗粒的摩擦也会使粮食颗粒出现破碎。本文就从不同角度研究气力输送过程中粮食破碎的原理。

从气力输送过程中粮食受力的角度进行分析，粮食由于初始输送力的因素，导致粮食颗粒会受到挤压力和冲击力，并且粮食颗粒之间也会出现碰撞和磨损，粮食在输送过程中还会受到碰撞和磨损。这些输送过程中粮食受到的作用力就会对粮食颗粒造成剪切力和压力，大于粮食颗粒的作用力，从而使粮食颗粒出现破碎的现象。

从能量积累角度分析，气力输送过程中粮食颗粒出现破碎是因为疲劳损伤导致的，因为粮食颗粒在输送过程中和粮食与弯管、管壁之间的相互作用是间断并且多次出现的，作用过程中粮食的内部能量不断地积累。在能量积累到粮食自己能够承受到极限时候，粮食颗粒的表面就会出现裂痕，之后粮食裂纹就会不断地扩展，最后粮食颗粒就会破碎。

1.2 输送器速度因素

在粮食气力输送过程中，输送气体速度对物料破碎造成了主要的影响，气速和粮食颗粒速度为正比关系，但是颗粒速度和破碎率关系为成幂次增加，颗粒物性、输送方式、管道管径等多种参数都直接确定了破碎率和颗粒速度。在粮食实际生产的过程中，能够对速度进行合理的调节，从而对物料破碎率进行有效改善，可以使用可调式法拉管实现。在实现气速调节过程中，也对料气比进行了调节，气速和料气为反比，料气比较高，那么就表示气速较低，那么破碎率也会进一步的降低。

1.3 管道因素

粮食在输送过程中的颗粒动能表示为1/2 mv2，和管壁相互碰撞，粮食颗粒的损失能量就是1/2 mw2，粮食颗粒和管壁相互碰撞导致的应力和颗粒之间的能量损失之间的比表示为1/2 mw2，在应力比粮食颗粒的压碎强度还要大的时候，就会出现破碎。尤其是在气力输送过程中粮食都进行了干燥，在此过程中粮食就出现了一定的损伤，损伤和残余的应力会在粮食在气力输送过程中促进粮食颗粒的破碎。

2 对破碎率造成影响的主要因素

在气力输送过程中影响物料破碎的因素较多，比如颗粒粒径分布、形状、输送气速等。

2.1 颗粒形状和压碎强度

颗粒形状在影响粮食破碎率过程中较为明显，对颗粒形状衡量的主要参数就是球形度φ，其主要是和颗粒体积相等的球表面积和颗粒表面积的比，φ值越大，那么就表示颗粒表面的曲线较为复杂，颗粒就会在输送过程中出现破碎。表1为大米、谷稻和其他谷物的球形度。

由于物料性质决定物料颗粒破碎率及压碎强度两者的关系是反比，也就是压碎强度越大，表示输送之后粒度破碎率就越小，相反，力度破碎率就越大。物料颗粒易碎性和破碎率是成正比的，一般情况下，食物莫氏硬度表示为1~2。

2.2 颗粒粒径

颗粒粒径的分布在对破碎率影响的过程中主要为强度尺寸效应，也就是材料强度测定值在试验颗粒不断变化的过程中变化。如果粮食颗粒越小，那么就表示强度的测定值越大，越不容易在输送过程中出现破碎的现象。如果颗粒较大，那么其中的缺陷就会越大，其中的裂纹也就越多。

2.3 输送速度

在气力输送过程中的气流速度为va，粮食颗粒速度为vs，这两者是影响粮食破碎率的主要因素。两者之间具有一定的关系，也就是气流的速度越大，就表示粮食颗粒的速度越大，从而也表示粮食颗粒破碎率也越高。因为粮食颗粒在气力输送过程中的粮食颗粒运动较为复杂，无法实现单个颗粒速度的定量研究，只能够通过理论对颗粒平均速度进行推导，粮食颗粒速度的计算为：水平管计算为vs=（0.7-0.85）va；垂直管计算为vs=vavf；弯管为 vsβ=vse，其中 vsβ表示弯曲角在β时候的颗粒速度，vse表示弯管进口地方的颗粒速度。vf表示悬浮速度，va表示气流速度，vs表示粮食颗粒的输送速度。

悬浮速度指的就是使粮食颗粒在平衡状态时候的气流速度，悬浮速度的计算公式为：

其中ps表示散料的颗粒，pa表示空气密度。

一般粮食输送过程中需要的气流速度为悬浮速度函数，表示为：va=k2vf。

其中k2表示经验系数，表2为k2经验系数的值。通过悬浮计算公式能够得到粮食颗粒在水平管、垂直管和弯管中的速度。

表1 大米、谷稻和其他谷物的球形度

表2 k2经验系数的值

在实际粮食气力输送过程中，粮食颗粒之间的碰撞和摩擦在输送速度较高的时候会提高粮食颗粒表面的温度，从而促进粮食颗粒出现破坏，在粮食颗粒还没有到粮食破碎速度的时候其早就出现了破碎。

3 大米加工稻谷的破碎率

因为对破碎率造成影响的因素较多，并且不同因素之间并不是完全独立的，其中粮食的速度对破碎率造成的影响较为显著。假如粮食通过最大速度对弯管壁进行撞击时候的破碎率为1%，通过能量原理可以了解到，粮食破碎率和输送速度之间具有2次幂的关系。根据以上公式表示，粮食颗粒破碎速度为65 m/s，那么需要气流速度就是va=65×2.4=156 m/s。之后通过气流速度能够得到气力输送过程中大米加工稻谷过程中的关系，p=（1/156）成va2×100。图1为气流速度和破碎率的关系。