對不同類型飼料混合機最佳混合時間的研究

和興 · 發表于 2008-9-16 19:55:02

摘要試驗以混合均勻度為觀測指標研究了4種飼料混合機——小型腰鼓式混合機、中型腰鼓式混合機、錐形懸臂雙螺旋行星式混合機和臥式雙螺旋環帶式混合機在0.6 的裝載系數下的最佳混合時間。物料為膨潤土和麥芽根粉，示蹤劑為硫酸亞鐵。測定各時間點樣品中的亞鐵離子含量，用于計算CV。結果表明：這4種混合機的最佳混合時間分別為4、6、8、5min；混合時間過短或過長均會降低飼料產品的混合均勻度。關鍵詞飼料混合機；混合均勻度；混合時間混合是指在外力作用下，各種物料互相摻合，使之在任何容積里每種組分的微粒均勻分布。混合均勻度是指混合物中各組分均勻分布的程度，即混合物中任意單位容積內所含某種組分的粒子數與其平均含量的接近程度；混合均勻度是確保飼料產品質量以提高飼養效果的重要指標，一般用變異系數CV（%）來表示，CV愈小說明混合的均勻度愈高[3]。其測定方法有很多種，如甲基紫示蹤法、沉淀法、粒度法、飼料微量營養成分示蹤法等[4]，可根據具體條件選擇使用。影響飼料混合均勻度的因素來自多個方面，主要有混合機類型、混合時間、裝載系數和物料性質等。混合時間過長不僅會浪費能源，增加成本，同時還可能因為物料相互摩擦產生靜電，反而降低飼料的混合均勻度；而混合時間過短則達不到混合均勻的目的。本試驗的目的是，通過對混合機不同混合時間混合均勻度的測定，來確定不同類型混合機的最佳混合時間，為飼料生產提供合理的工藝參數。試驗以硫酸亞鐵為示蹤劑，使其中的亞鐵離子與顯色劑鄰菲羅啉反應，生成橙紅色的絡合物，在其最佳吸收峰510nm波長下測定光密度，用于計算CV。
1 材料與方法
1.1 材料
1.1.1 混合機小型腰鼓式混合機：該混合機的主體為一個鼓形的混合室，室內正中橫向有一軸穿過，軸的兩側各有若干根鐵桿，組成了篦式柵欄。混合時，在電動機的帶動下，鼓形混合機機體（外殼）按順時針方向轉動，轉速為32r/min，室內橫軸連同軸上的篦式柵欄按逆時針方向轉動，使物料在翻動、攪拌的過程中混合均勻。按 0.6的裝載系數該混合機可裝30kg物料。中型腰鼓式混合機：該混合機的結構與小型腰鼓式混合機相似，只是室內橫軸兩側是若干個槳葉，鼓形混合室也較大，轉速為18r/min，按0.6的裝載系數，可裝60kg物料。錐形懸臂雙螺旋行星式混合機：該混合機主體呈錐形，材料為不銹鋼板，底部朝上，進料口在上部，出料口位于下部。其內部與混合室斜壁平行的方向有一長一短兩根相互對稱的螺旋體。這兩根螺旋體既可公轉又可自轉，公轉時沿內壁攪動物料，自轉時將物料上提。其中長螺旋體自轉時可將混合室底部的物料向上提；短螺旋體自轉時可將混合室中部物料向上提，以此達到混合物料的目的。按0.6的裝載系數該混合機可裝載物料170kg。廠家建議混合時間約10min。臥式雙螺旋環帶式混合機：該混合機轉軸上固定有兩個旋向相反的螺帶，內螺帶半徑小，而寬度大。當軸轉動時，由于兩螺帶旋轉方向相反，將物料向兩端推動，物料顆粒之間出現相互滲透、換位；又由于螺旋環帶半徑不同，導致物料相對運動的速度不同，進而形成剪切混合，從而達到混合物料的目的[4]。按0.6的裝載系數，該混合機可裝載物料730kg。廠家建議混合時間4~6min。
1.1.2 混合物料混合物料為膨潤土和麥芽根粉，全部通過60目標準篩；示蹤劑為硫酸亞鐵（FeSO4·H2O）, 全部通過100目標準篩。
1.1.3 采樣設備半自動采樣器：長3m，采樣量約100g。
1.1.4 化驗試劑及設備鄰菲羅啉溶液：溶解0.1g鄰菲羅啉于約80ml、80℃的蒸餾水中，冷卻后用蒸餾水稀釋至100ml，保存于棕色瓶中，并置于冰箱內可穩定數周；乙酸鹽緩沖液：溶解8.3g無水乙酸鈉于蒸餾水中，加入12ml冰乙酸，并用蒸餾水稀釋至100ml；鹽酸：分析純；分析天平：TG328型半自動電光分析天平，感量為0.1mg；721型分光光度計。
1.2 測定方法采用微量元素預混合飼料混合均勻度的測定法（GB10649-89）。
1.3 試驗方案 1.3.1 采樣時間設計各混合機的采樣時間如表1所示。
1.3.2 采樣點布局于每個時間點采取10個樣品，該10個樣品的采集點均勻分布在混合機內（見圖1），每個樣品在采樣點集中抽取。
1.3.3 物料及示蹤劑的添加方法試驗所用硫酸亞鐵示蹤劑添加量為物料的0.08%。試驗開始時先將約70%的物料加入到混合機內，再加入稱量好的硫酸亞鐵，最后加入剩余部分的物料，開機記時混合（因為要準確控制混合時間，對懸臂錐形雙螺旋行星式混合機和臥式雙螺旋環帶式混合機并未遵循先開機后加料的規定）。 1.3.4 數據處理方法直接用光密度值（每個樣品的稱樣量是相等的）計算變異系數，設10個樣品的光密度值分別為X1、X2、…X9、X10，則平均值X ，標準差S與變異系數CV的計算公式如下：
2 試驗結果
2.1 小型腰鼓式混合機混合均勻度隨混合時間的變化趨勢，小型腰鼓式混合機的最佳混合時間4min，混合均勻度變異系數達到6.5%；理想混合時段4~4.5min，相應的混合均勻度變異系數6.5%~6.8%。
2.2 中型腰鼓式混合機混合均勻度隨混合時間的變化趨勢，中型腰鼓式混合機的最佳混合時間為6min，混合均勻度變異系數達到6.1%；理想混合時段6~7min，相應的混合均勻度變異系數6.1%~6.4%。
2.3 錐形懸臂雙螺旋行星式混合機混合均勻度隨混合時間的變化趨勢，錐形懸臂雙螺旋行星式混合機的最佳混合時間8min，混合均勻度變異系數6.3%；理想混合時段8~9min，相應的混合均勻度變異系數6.3%~6.6%。
2.4 臥式雙螺旋環帶式混合機混合均勻度隨混合時間的變化趨勢，臥式雙螺旋環帶式混合機的最佳混合時間為5min，混合均勻度變異系數達到6.3%；理想混合時段5~7min，相應的混合均勻度變異系數6.3%~8.2%。
3 分析與討論由試驗結果可以看出，隨著混合時間的延長，4種類型的混合機混合均勻度變異系數總體上的變化趨勢相似，即由大變小后，又逐漸增大。這與袁洪嶺（1999）、田種雄（2003）的測定結果的變化趨勢[3，6]相似。說明混合時間短時，示蹤物在物料中分布不均，故變異系數大；隨混合時間增大，示蹤物的分布漸趨均勻，從而使變異系數逐漸變小；但當混合時間過長時，由于物料的對流、剪切、擴散和摩擦產生的靜電作用，不可避免地會產生偏析和再度分離現象，使變異系數又有變大的趨勢[6]。可見，測定混合機最佳混合時間對提高產品質量、節約能耗和提高生產效率具有重要意義。兩個腰鼓式混合機開始幾個混合時間點的混合均勻度變異系數不僅數值較大，而且波動也較大，其原因在于剛開始混合時示蹤物在物料中的分布極不均勻。在前次采樣中，某一個或幾個樣點含示蹤劑較多，但在下次采樣時，該采樣點又是含示蹤劑較少的物料，故不僅每一時間的變異系數較大，而且相鄰兩個時間點所采樣品的變異系數相差也較大，故在曲線圖上表現出很大的波動。隨著混合時間的延長，示蹤劑分布漸趨均勻，變異系數也逐漸變小，且相鄰兩個時間點的變異系數相差也小，曲線較平穩。錐形懸臂雙螺旋行星式混合機和臥式雙螺旋環帶式混合機混合均勻度隨時間的變化趨勢雖然比較平穩，但開始的混合均勻度變異系數仍然比較大。說明無論何種混合機，在混合開始的一段時間內，物料的分布均勻性相當差，這就顯示了測定混合機理想混合時間的必要性和重要性。從試驗結果還可以看出，4臺混合機的最佳混合時間各不相同。其中，錐形懸臂雙螺旋行星式混合機的最佳混合時間最長，為8min。其原因在于，該混合機兩螺旋體直徑約15cm，上提物料量少，而且轉速較小，約3r/min，對物料的翻動比較慢。小型腰鼓式混合機的最佳混合時間最短，為4min。其原因在于，該混合機的轉速較快，約32r/min，且機內有蓖式柵欄，對物料有很強的攪動作用。試驗以膨潤土和麥芽根粉為混合物料，在混合物料變化時，可能會造成最佳混合時間的變化，需要重新測定最佳混合時間。
4 結論
4.1 本試驗測定的4種混合機——小型腰鼓式混合機、中型腰鼓式混合機、錐形懸臂雙螺旋行星式混合機和臥式雙螺旋環帶式混合機的理想混合時段分別為 4~4.5min（CV為6.5%~6.8%）、6~7min（CV為6.1%~6.4%）、8~9min（CV為6.3%~6.6%）和5~7min （CV為6.3%~8.2%）。
4.2 小型腰鼓式混合機、中型腰鼓式混合機、錐形懸臂雙螺旋行星式混合機和臥式雙螺旋環帶式混合機的最佳混合時間分別為4min（CV為6.5%）、6min（CV為6.1%）、8min（CV為6.3%）和5min（CV為6.3%）。
4.3 4種混合機最佳混合時間最短的是小型腰鼓式混合機，混合效率最高；而最佳混合時間最長的是錐形懸臂雙螺旋行星式混合機。