静电技术及其在农产品分级中的应用

夏明娜

(唐山职业技术学院，河北 唐山 063000)



静电技术及其在农产品分级中的应用

夏明娜

(唐山职业技术学院，河北 唐山 063000)

随着科学技术的日益发展，各种农业技术得以广泛应用于现代化农业生产中。采用静电技术对农产品实施分级是指根据不同物料各自的荷电特性、借助不同荷电方法对不同物料实施分离，从而达到快速对物料进行分级的目的。为此，从静电技术的主要分类入手，对当前农产品分选原理展开分析，并介绍静电技术在籽棉残膜分选及茶叶分选等方面的应用原理和分级过程，以期为开发新型农产品分级设备提供重要借鉴。

农产品分级；静电技术；籽棉残膜分选；茶叶静电分选装置

0 引言

静电技术属于新兴的边缘学科，主要通过能量与信息的形式作用到农业生产过程中，对我国持续发展“两高一优”农业产生积极的影响。近些年，静电技术广泛应用于农作物增产、农产品保鲜及干燥脱水等领域，对改善农作物生长环境及处理效果产生重要影响。例如，通过静电技术能够对农作物种子实施分选和处理，促进种子的生长。同时，对农产品展开静电加工处理，能够满足大众日常生产生活需要。有学者研究表明，使用自行设计的静电装置对土壤水分、小麦生长情况展开实验，表明晴天添加正向空间电场有利于抑制小麦根系周围土壤水分蒸发，也能促进小麦的苗鲜质量和株高生长，与大气电场比较分别提升26%～45%、24%～68%。另外，根据静电技术所产生的电场能有效促进植物对二氧化碳吸收，提升植物生长速度和农产品产量。因静电技术具有自身的特殊性，采用这项技术过程中也存在一定的局限性。随着科学技术的快速发展及研究的深入，静电技术拥有更加广阔的发展空间。本文综合静电技术的主要分类，重点介绍静电技术在种子分选、籽棉残膜分选方面的工作原理及分级过程，指出静电技术在农业领域的应用前景。

1 静电技术概述

1.1 静电除尘

现阶段，保护环境和卫生是国人面临的重要课题，静电除尘技术是有效防止空气污染的最佳除尘方式。静电除尘通过电场清除气体内的液态或固态离粒子，是借助电晕放电产生相应的离子，在电机强力推斥下撞到灰尘粒子上，通过异性电相吸原理达到去除空气灰尘的效果。

静电除尘装置通常由某个收集电极接地圆筒组成，在圆筒中心轴线设置高电位导线，促使带有悬浮固态或液态粒子空气通入圆筒电极中。因散电场产生的影响，由中心轴电极产生电晕并实现放电，确保空气内的粒子达到充电并吸引至圆筒内表面，上述灰粒排到圆筒底部漏斗或贮存槽内被清除掉。静电除尘器应用比较广泛，多数工矿企业均使用这种除尘设备。随着燃煤发电替代燃油发电的发展，净化大气、避免灰尘对环境产生污染尤为重要，而静电除尘器展现出独特的优势。

1.2 静电分离

随着国民经济的日益发展，在化工、电子、工业、农业等领域中，对粉末状混合物进行分离的技术提出了新的要求，而使用静电分离技术优势明显。静电分离是指运用静电力对颗粒化物质实施分类或精选的方法。静电分离器一般由接地圆筒和一极高压电极组合而成，分离器依据被精选的各类材料具备不同的电阻率展开工作。被充电的粒子由漏斗斜面落入接地圆筒表面，介质颗粒则附着在滚动圆柱体表层，多数导电颗粒失去电荷下落。这种简单的分离系统对微小颗粒分离非常合适，对于大颗粒分离需重点考虑附着力、重力等因素产生的影响，系统会更加复杂。促使粒子带电的方式较多，如摩擦带电、感应带电及传导带电等，且重力、摩擦力、离心力等在静电分离技术中也有重要作用。运用静电分离技术对工业用水进行处理，可以直接去除硬水中的镁、钙等无机盐类，制成所需的纯水。在造纸行业中使用静电分离技术，确保纸张保持相应湿度，以此生产供彩色印刷使用的、富有光泽的高级纸张。

1.3 静电在农业中的应用

使用静电方式对农作物种子进行烘干、清除灰尘等处理，能有效提升种子发芽率和农产品品质。同时，在静电场对各种树苗进行保存或处理，种子发芽率明显提高。

2 农产品分级中的应用

由于静电分选技术具有独特的优势，促使该技术在农业与工业领域获得快速发展。静电技术已从最初只用于工业除尘，发展至广泛应用于矿物分选、农产品分级及垃圾回收等领域，农业生产中逐渐将静电技术应用至加工、分选及保鲜等方面。静电技术在农产品分级中应用，主要根据物料的各种荷电特性把不同物料实施分离，最终实现物料清选分级的效果。具体分级过程如图1所示。

图1 静电清选分级物料流程简图Fig.1 Electrostatic cleaning hierarchical material flow diagram

2.1 籽棉残膜静电分选

棉花中所含的异性纤维是影响我国棉花质量和棉纺织企业发展的突出问题。国家相关标准规定籽棉中异性纤维含量如下：吨含量≤39。现阶段，国内有关棉花异性纤维剔除使用的方式包括光电检测及图像识别等，但上述方法棉花残膜中的颜色不容易识别，而采用静电技术对残膜进行分选，能有效解决上述问题。

静电风力装置使用高压静电，因此运用电阻率大、绝缘性能高的环氧树脂绝缘材料作为绝缘部件，上极板框架设定长度为100mm、Φ=30mm高压绝缘棒。该分离装置主要由机架、上极板、传动装置及残膜回收箱等部分组成，如图2所示。

1.机架 2.皮带 3.输送带 4.极板间距调节部件 5.电极间距调节部件 6.上极板 7.喂料口 8.毛刷 9.残膜回收箱 10.链轮 11.籽棉出口挡板 12.籽棉收集箱图2 籽棉残膜静电分离装置结构图Fig.2 Seed cotton residual membrane electrostatic separation

device structure

本设计中，静电分离装置极板间距可以调节的部件采用高压绝缘材料为支撑，不仅保障极板间距便于调节，也在一定程度上增加装置的安全性。实施分离过程中，机架及籽棉收集箱接地，在上极板上添加负高压，物料由物料口利用输送带均匀喂入，并随输送带促使物料进入高压静电场区域；到达输送带末端后，籽棉由于所受离心力远远超过其所能承受电场吸附力，从而落入籽棉收集箱内；残膜由于承受离心力低于所受电场吸附力被吸附在输送带上，借助装置配备的毛刷将其刷下，从而实现籽棉与残膜的相互分离。静电分离装置技术参数如表1所示。

表1 静电分离装置技术参数

2.2 茶叶静电分选装置

我国已是世界上最大的产茶和出口茶叶的国家，茶叶品种越来越多，包含红茶、普洱、黄茶及绿茶等。国内茶叶生产机械起于20世纪中期，目前部分地区已经开始机械采摘，从而有效提升了茶叶质量和价值。进行茶叶分选旨在借助机械操作获得不同等级的茶叶，因此依据茶叶物理特性、研制出各种茶叶的分选机器(包括分选、筛选、色选等设备)，去除杂质，以此满足社会对高质茶叶的具体需求。

在制茶过程中，如果并未对茶叶进行恰当的分选和分类，在一定程度上影响茶叶的等级和质量。现阶段，国内外关于茶叶分选的研究越来越多。茶叶分选方法包括计算机图像识别技术及茶叶静电拣梗机等。茶叶静电拣梗机是根据茶叶和茶梗之间的电学特性研发而来的机械设备，常用的装置为高压静电拣梗机，主要包括茶叶送料装置、高压静电发生器及高压滚筒等部分。高压静电器对静电辊子进行上电过程中，促使静电辊子与喂料辊间形成电场差。如果采茶进入静电场内，茶叶、茶梗均产生极化现象，运用茶梗含水量、密度、导电率等完成茶梗与茶叶的分离。茶叶静电分选机具有效率高、低损耗等优点，促使其在茶叶分选方面占据重要地位。虽然茶叶静电分选有待深入研究，但只要挑选恰当的带电方法，合理控制茶叶含水量，重视茶叶与茶梗两者间的带电特性，使茶叶静电分选获得进一步发展。

2.3 静电选种技术

高压静电场具有粒子束、电磁场辐射、恒定电场等综合效应场。介电分级过程中形成的高压静电场对种子酶活性产生重要影响，当然，电场强度不同，其影响程度也会有明显的差异。对于不同种质的种子，其电导率、极化特性、介电常数等方面具有一定的差异，因此种子在静电场中的运动轨迹也有所不同。根据这种分选原理，达到分选不同活力、含水量的种子，达到有效去除破碎种子、杂质等目的。静电场作用有助于种子体内ATP合成，在一定程度上促进酶的生长。另外，静电场形成的电位差促使细胞内外物质扩散，有利于种子吸收水分和肥料，改善种子萌芽和生长情况。高压静电选种运用种子的电导率和介电常数之间的差异，对种子实施清选和分级。现阶段，我国有关高压静电场选种装置主要用于小麦、稻谷等种子及其它各类农产品加工颗粒展开分选和处理操作方面。本次设计的种子分选装置借助静电的吸附作用，完成农产品分选、分级操作。农业物料颗粒借助某个可以产生静电荷并保持静电荷的吸附层，促使其荷电最终分选处理获得所需的种子或其他农产品颗粒。由装置设计初期到后期的分选试验、发芽试验等研究试验结果可知：静电技术在种子分选领域应用广泛，其筛选的种子具有质量较高、能耗低、无污染等特点，符合新时期节能减排的发展要求，可在农产品选种中大力推广使用。

3 静电技术发展前景

随着农业高新技术、静电技术的日益发展，其在农业生产范围的应用不断扩大，地位也越来越高。静电技术应用于农业有着非常巨大的发展潜力，能为研发农业分选机械设备提供新的机遇。但是，部分静电技术的应用尚处于实验研究阶段，应用条件并不成熟，且受到一定限制。另外，其他静电农业技术也有待进一步研究，便于更加透彻地掌握相关技术的应用原理及影响因素，以期获取最佳的应用效果。总之，在农业领域使用静电技术，可将这项研究看作向高科技技术进军的战略起点。静电技术在农业方面的应用会在一定程度上推动农业技术革命。日后农业领域研究主要内容如下：①静电农业技术的工作原理、主要影响因素、适用范围等；②如何进一步降低应用成本；③静电技术与其他技术合理结合，创造更大的效益；④采用恰当的方式拓展其应用领域和范围。

4 结论

静电技术具有效率高、无污染、经济性能好等优点，应促使这项应用技术在农业领域获得长足发展。该技术应不只从最初的工业除尘发展至用于矿物分选、物料分选等领域，还要把静电技术应用于农产品加工、保鲜及分选等领域。

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Electrostatic Technology and Its Application in Agricultural Products Classification

Xia Mingna

(Tangshan Vocational & Technical College,Tangshan 063004, China)

With the increasing development of science and technology, all kinds of agricultural technology is widely used in modern agricultural production. Using electrostatic technology to agricultural implement grading refers to the charged characteristics respectively according to different materials, using different methods of charged for different material separation, thus achieve the goal of quickly sorted to. Classification of improving the quality of agricultural products, agricultural products agricultural product market competitiveness. Starting with the main classification of electrostatic technology, this paper analyzes on the separation principle of current agricultural product in electrostatic technology seed cotton remnants the application of membrane separation, the respect such as tea sorting principle and classification process, in order to provide important reference for the development of new agricultural products classification equipment.

the grading of agricultural products; electrostatic technology; seed cotton residual membrane separation; the tea electrostatic separation device

2016-05-07

唐山市科学研究计划项目(15130203a)；河北省高等学校科学研究计划项目(Z2015075)

夏明娜(1980-)，女，河北唐山人，讲师，(E-mail)xiamingna@qq.com。

S126

A

1003-188X(2017)06-0265-04