20～100目膨化黑米粉的控制性粉碎研究

邹鹏程张明星曾 川 李鹏超陈俊冬陈海焱

(西南科技大学环境与资源学院1， 绵阳 621010) (西南科技大学制造科学与工程学院2， 绵阳 621010)

20～100目膨化黑米粉的控制性粉碎研究

邹鹏程1张明星1曾 川2李鹏超1陈俊冬1陈海焱1

(西南科技大学环境与资源学院1， 绵阳 621010) (西南科技大学制造科学与工程学院2， 绵阳 621010)

在粉碎膨化黑米的过程中，为了得到20～100目这一特定粒度段的膨化黑米粉，试验采用自制的叶轮式粉碎机在干法状态下研究膨化黑米的控制性粉碎。考察了在改变筛笼与叶轮间隙、粉碎主机转速、引风机流量及筛笼孔径的情况下对粉体产量、20目以上的粗粉在试验产品中的质量占比(η1)、20～100目粉体在试验产品中的质量占比(η2)的变化规律。结果表明：筛笼与叶轮间隙为8 mm时，产量和η2比5 mm时高；随着粉碎主机转速从864 r/min增大到1 152 r/min及引风机流量从868 m3/h增大到1 409 m3/h时，产量不断提高，η2不断减小；筛笼孔径为10 mm时，产量和η2比5 mm和8 mm时高。在筛笼孔径改变的情况下，η1会大幅度变化。筛笼与叶轮间隙为8 mm、粉碎主机转速为864 r/min、引风机流量为868 m3/h及筛笼孔径10 mm时，η2最大。

叶轮式粉碎机 膨化黑米 控制性粉碎 占比

我国每年的休闲食品销售额达几十亿元人民币，其中谷物膨化食品的年产量约20万t[1]。粉碎过后的食品具有明显的优点：提高食品的口感，并且有利于营养成分的吸收；原来不能吸收或利用的原料被重新利用，配置和深加工成各种功能食品，增加新的食品品种，提高了资源利用率[2-5]。

食品粉碎是食品加工的重要组成部分，食品粉碎机械在食品行业中应用广泛。随着食品工业的迅速发展，人们对食品的要求也越来越高，所以食品粉碎机械成为了现今食品机械研究的一个重要方向[6]。但是在实际应用中，很多粉碎机却很难达到预期的粉碎效果。生产能力与粉碎粒度两者之间相互制约，当生产能力达到要求时，粉碎粒度却未满足；当粉碎粒度合乎要求，而生产能力却大为降低。因而有必要对影响粉碎机粉碎效率的主要因素进行研究[7]。目前，对于食品粉碎机械主要是辊式粉碎和冲击式粉碎，但是两者粉碎方式能耗较大，且产量较低。对于冲击式粉碎机械，相关研究认为影响粉碎强度的主要参数是锤片线速度、吸风量、开孔率、锤筛间距等[8-11]。对于膨化类食品的粉碎机械在国内外较为罕见，也鲜有其操作参数对粒度、产量影响的相关研究。在实际应用中，因为膨化黑米淀粉含量高，如果颗粒太细，冲调的时候膨化黑米粉糊化很容易结块，影响冲调性能；颗粒太粗的话影响产品口感，所以需要尽量控制在一个合理的粒度区间。

本研究利用自制的叶轮式粉碎机粉碎膨化黑米球，通过探究筛笼与粉碎叶轮间隙、粉碎主机转速、引风机流量和筛笼孔径对膨化黑米粉粒度和产量的影响，找出自制叶轮式粉碎机粉碎膨化黑米球的最优操作参数，为工业化生产膨化类食品提供参考。

1 试验材料、设备及试验方案

1.1 试验材料

膨化黑米球(直径约12 mm)：北京朔方科技发展股份有限公司。

1.2 试验设备

叶轮式粉碎机系统：绵阳流能粉体设备有限公司，包括叶轮式粉碎机(主机功率11 kW)、9-19型高压引风机(电机功率11 kW)、高效滤筒除尘器、电控柜(控制各部分的启停及转速的调整)。加料方式采用皮带传送加料，下料阀为星型下料阀。工作原理：通过围绕水平轴高速旋转的粉碎叶轮对物料进行强烈冲击、碰撞及剪切，粉碎叶轮外部环绕着可拆卸的筛笼进行过滤；经粉碎后符合粒度需求的粉体通过筛笼孔随主气流进入除尘器进行收集；粗颗粒被筛笼所阻留，继续在粉碎叶轮与筛笼之间进行二次粉碎，直至粉碎合格。根据工艺的要求，试验中自制的筛笼孔径为5、8、10 mm。试验设备简图如图1所示。

20、100目标准筛：中国航空工业第五四零厂；SwemaAir 50风速仪：瑞典斯威玛公司。

图1 试验设备简图

1.3 试验方案

按照图1连接试验设备，并按要求调节各项操作参数。通过改变筛笼与叶轮间隙、主机的转速、引风机的流量以及粉碎机筛笼孔径来探究粉体粒度、产量的变化规律。物料采用皮带传送加料机均匀的加入粉碎腔内，粉碎主机和引风机转速通过变频器进行调节，并用转速表校正。粉碎主机出口连接高效滤筒收集器，为避免漏风从而影响风机流量，在收集器的出口用密封桶进行收集。收集后的粉体用20、100目筛进行筛分、称量，计算20目以上粗粉质量占总质量的比例，记为η1，计算20～100目粉体质量占总质量的比例，记为η2。试验过程主要考察操作参数对20～100目粉体占比的影响。每做1组试验后以η2为指标选出最优参数，然后固定最优参数并对其他参数进行改变，直到选出所有参数的最优值。

2 结果与分析

2.1筛笼与粉碎叶轮间隙对粉体产量、η1及η2的影响

在粉碎主机转速864 r/min、引风机流量1 409 m3/h、筛笼孔径为5 mm的条件下，考察筛笼与粉碎叶轮间隙对膨化黑米粒度、产量的影响。从表1中可以看出，当筛笼与叶轮间隙由5 mm增加到8 mm时，膨化黑米粉的产量从65 kg/h提高到74 kg/h，η1从1.6%增高至2.1%，η2从73.6%增高至75.5%。这与前人研究结果一致[12]。随着筛笼与叶轮间隙的增大，在筛网与叶轮之间二次粉碎区域的颗粒能够较快地通过筛笼进行收集，避免了过粉碎，故η2增大；在相同时间内，由于间隙增大，粉体在筛笼与叶轮之间流动性更好，能够通过更多颗粒，故产量增大；但是随着筛笼与叶轮间隙的增大的同时，也降低了颗粒在二次粉碎区域的粉碎概率，颗粒在该区域停留时间更短，故η1增大。当筛笼与叶轮间隙为8mm时，产量最高，η2最高，η1为2.1%，不会影响整个产品的质量，故筛笼与叶轮间隙保持在8 mm时，该叶轮式粉碎机控制性粉碎膨化黑米球的效果较好。

表1 筛笼与粉碎叶轮间隙对粉体产量、η1及η2的影响

2.2 粉碎主机转速对粉体产量、η1及η2的影响

叶轮式粉碎机的主要粉碎方式之一就是高速旋转的粉碎叶轮对物料的击碎作用。引风机流量保持在868m3/h、筛笼孔径为5mm、筛笼与叶轮间隙8mm，通过改变粉碎主机的转速，进行转速分别为864、1 008、1 152 r/min时的试验。从表2中可以看出，随着粉碎主机转速的增大，获得膨化黑米粉的产量由50 kg/h增大到65 kg/h，η1从3.2%下降至1.8%，η2从80.0%下降至71.0%。产量不断增大是因为随着转速的增大，碰撞冲击的速度加快，在单位时间内施加于颗粒的粉碎能量也就越大，越易于将颗粒粉碎[13]，从而在单位时间内收集到的粉体会越多。η1、η2不断降低的原因是：一方面是因为随着粉碎主机转速的增大，粉碎腔内的风量及负压也在不断地增大，膨化黑米球在粉碎腔中初次粉碎时受到更高的离心力和得到更大的离心速度，从而粉碎腔内的粉体受到粉碎叶轮更大的强制力，在粉碎叶轮与筛笼间二次粉碎时也会由于叶轮旋转速度的增大产生更大的摩擦阻力；另一方面是转速过高时，转子的鼓风作用加强，从而导致粉碎腔内的气固环流作用加强[14]，导致物料不易出去从而被过度细化，故η1、η2不断降低。粉碎主机转速的增大虽然会增加粉体产量，但也会导致过粉碎，所以粉碎主机转速不宜过高。由表2数据可知，当粉碎主机转速为864 r/min时，η2最大，η1为3.2%，不会影响整个产品的质量，故粉碎主机转速保持在864 r/min时，该叶轮式粉碎机控制性粉碎膨化黑米球的效果较好。

表2 粉碎主机转速对粉体产量、η1及η2的影响

2.3 引风机流量对粉体产量、η1及η2的影响

本组试验在粉碎主机转速864 r/min、筛笼孔径5 mm及筛笼与叶轮间隙8 mm的条件下，调节引风机转速来改变引风机流量。从表3中可以看出，随着引风机流量的增大，产量从50 kg/h增大到74 kg/h，η1从3.2%下降至2.1%，η2从80.0%下降至75.5%。引风机流量的增大，系统的风量也会随之增大，在粉碎腔内产生较大的负压，能为粉碎物料提供能量，同时粉体的分散性变好[15]，所以随着引风机转速的增大，物料的产量从50 kg/h提高到74 kg/h。但是较高的风量会使物料在粉碎腔内产生环流作用加强，从而使物料受到粉碎叶轮更强的剪切破碎，物料粉碎后产生的细粉会越多，故η1、η2减小。由表3数据可知，在引风机流量为868 m3/h时η2最大，η1为3.2%，不会影响整个产品的质量，故引风机流量为868 m3/h时，该叶轮式粉碎机控制性粉碎膨化黑米球的效果较好。

表3 引风机流量对粉体产量、η1及η2的影响

2.4筛笼孔径对粉体产量、η1及η2影响

在粉碎主机转速864 r/min、引风机流量868m3/h及筛笼与叶轮间隙8 mm的条件下，考察筛笼孔径变化对膨化黑米粉粒度和产量的影响，筛笼相对应的开孔率为33.05%、24.66%、22.96%。从表4中可以看出，随着筛笼孔径的增大，膨化黑米粉的产量由50 kg/h提高到64 kg/h，η1从3.2%增加至12.7%，η2从80.0%增高至86.0%。产量增大是由于物料在粉碎叶轮与筛笼之间进行二次粉碎时，由于筛笼孔径的变大，就会有更多的粉体通过筛笼孔被引风机吸到除尘器进行收集，从而会使产量不断增大。粉碎机筛笼开孔率的减小，在粉碎叶轮与筛笼之间的粉体与筛笼的接触面积减小，从而受到筛笼的强制作用也随之减小，会相应的使粉体的粒度增大，故η1、η2增大。由表4数据可知，在筛笼孔径为10 mm时η2最大，但粗粉η1比孔径为5 mm和8 mm时分别增大了9.5%、4.8%，会造成20目以上粗粉的回收量大大增加，在连续生产中造成不便。

表4 筛笼孔径对粉体产量、η1及η2的影响

3 结论

本装置在筛笼与叶轮间隙为8 mm时，产量和η2比5 mm时高；随着粉碎主机转速从864 r/min增大1 152 r/min，产量从50 kg/h提高到65 kg/h，η2从80.0%下降至71.0%；随着引风机流量从868m3/h增大到1 409 m3/h，产量从50 kg/h提高到74 kg/h，η2从80.0%下降至75.5%；筛笼孔径为10 mm时，产量和η2比5 mm和8 mm时高。在上述试验中当筛笼与叶轮间隙为 8 mm、粉碎主机转速为864r/min、引风机流量为868 m3/h及筛笼孔径10 mm时，η2为最优。

当筛笼与粉碎叶轮间隙、粉碎主机转速及引风机流量改变时，20目以上的粗粉占比η1变化量都在2%以内；但当筛笼孔径从5 mm增大到10 mm时，20目以上的粗粉占比η1从3.2%增大到12.7%，η1的大幅度增加，会造成20目以上粗粉的回收量加大，在连续生产中会造成不便。

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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

国家自然科学基金(51508481)，固体废物处理与资源化教育部重点实验室平台基金(14tdgk04)

2016-05-20

邹鹏程，男，1992年出生，硕士，超细粉碎设备与安全科学技术

张明星，男，1982年出生，副研究员，超细粉碎、气流分级技术，通风除尘的研究与设备开发

TS213.3

：A

：1003-0174(2017)08-0034-05