對(duì)不同類型飼料混合機(jī)最佳混合時(shí)間的研究

創(chuàng)德任艷萍

試驗(yàn)以混合均勻度為觀測(cè)指標(biāo)研究了4種飼料混合機(jī)——小型腰鼓式混合機(jī)、中型腰鼓式混合機(jī)、錐形懸臂雙螺旋行星式混合機(jī)和臥式雙螺旋環(huán)帶式混合機(jī)在0.6 的裝載系數(shù)下的最佳混合時(shí)間。物料為膨潤(rùn)土和麥芽根粉，示蹤劑為硫酸亞鐵。測(cè)定各時(shí)間點(diǎn)樣品中的亞鐵離子含量，用于計(jì)算CV。結(jié)果表明：這4種混合機(jī)的最佳混合時(shí)間分別為4、6、8、5min；混合時(shí)間過短或過長(zhǎng)均會(huì)降低飼料產(chǎn)品的混合均勻度。
　　關(guān)鍵詞 飼料混合機(jī)；混合均勻度；混合時(shí)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(nèi)所含某種組分的粒子數(shù)與其平均含量的接近程度；混合均勻度是確保飼料產(chǎn)品質(zhì)量以提高飼養(yǎng)效果的重要指標(biāo)，一般用變異系數(shù)CV（%）來表示，CV愈小說明混合的均勻度愈高[3]。其測(cè)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(yíng)養(yǎng)成分示蹤法等[4]，可根據(jù)具體條件選擇使用。
　　影響飼料混合均勻度的因素來自多個(gè)方面，主要有混合機(jī)類型、混合時(shí)間、裝載系數(shù)和物料性質(zhì)等。混合時(shí)間過長(zhǎng)不僅會(huì)浪費(fèi)能源，增加成本，同時(shí)還可能因?yàn)槲锪舷嗷ツΣ廉a(chǎn)生靜電，反而降低飼料的混合均勻度；而混合時(shí)間過短則達(dá)不到混合均勻的目的。本試驗(yàn)的目的是，通過對(duì)混合機(jī)不同混合時(shí)間混合均勻度的測(cè)定，來確定不同類型混合機(jī)的最佳混合時(shí)間，為飼料生產(chǎn)提供合理的工藝參數(shù)。
　　試驗(yàn)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(yīng)，生成橙紅色的絡(luò)合物，在其最佳吸收峰510nm波長(zhǎng)下測(cè)定光密度，用于計(jì)算CV。
　1 材料與方法
　1.1 材料
　1.1.1 混合機(jī)
　　小型腰鼓式混合機(jī)：該混合機(jī)的主體為一個(gè)鼓形的混合室，室內(nèi)正中橫向有一軸穿過，軸的兩側(cè)各有若干根鐵桿，組成了篦式柵欄。混合時(shí)，在電動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下，鼓形混合機(jī)機(jī)體（外殼）按順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)速為32r/min，室內(nèi)橫軸連同軸上的篦式柵欄按逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)，使物料在翻動(dòng)、攪拌的過程中混合均勻。按 0.6的裝載系數(shù)該混合機(jī)可裝30kg物料。
　　中型腰鼓式混合機(jī)：該混合機(jī)的結(jié)構(gòu)與小型腰鼓式混合機(jī)相似，只是室內(nèi)橫軸兩側(cè)是若干個(gè)槳葉，鼓形混合室也較大，轉(zhuǎn)速為18r/min，按0.6的裝載系數(shù)，可裝60kg物料。
　　錐形懸臂雙螺旋行星式混合機(jī)：該混合機(jī)主體呈錐形，材料為不銹鋼板，底部朝上，進(jìn)料口在上部，出料口位于下部。其內(nèi)部與混合室斜壁平行的方向有一長(zhǎng)一短兩根相互對(duì)稱的螺旋體。這兩根螺旋體既可公轉(zhuǎn)又可自轉(zhuǎn)，公轉(zhuǎn)時(shí)沿內(nèi)壁攪動(dòng)物料，自轉(zhuǎn)時(shí)將物料上提。其中長(zhǎng)螺旋體自轉(zhuǎn)時(shí)可將混合室底部的物料向上提；短螺旋體自轉(zhuǎn)時(shí)可將混合室中部物料向上提，以此達(dá)到混合物料的目的。按0.6的裝載系數(shù)該混合機(jī)可裝載物料170kg。廠家建議混合時(shí)間約10min。
　　臥式雙螺旋環(huán)帶式混合機(jī)：該混合機(jī)轉(zhuǎn)軸上固定有兩個(gè)旋向相反的螺帶，內(nèi)螺帶半徑小，而寬度大。當(dāng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于兩螺帶旋轉(zhuǎn)方向相反，將物料向兩端推動(dòng)，物料顆粒之間出現(xiàn)相互滲透、換位；又由于螺旋環(huán)帶半徑不同，導(dǎo)致物料相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度不同，進(jìn)而形成剪切混合，從而達(dá)到混合物料的目的[4]。按0.6的裝載系數(shù)，該混合機(jī)可裝載物料730kg。廠家建議混合時(shí)間4~6min。
　1.1.2 混合物料
　　混合物料為膨潤(rùn)土和麥芽根粉，全部通過60目標(biāo)準(zhǔn)篩；示蹤劑為硫酸亞鐵（FeSO4·H2O）, 全部通過100目標(biāo)準(zhǔn)篩。
　1.1.3 采樣設(shè)備
　　半自動(dòng)采樣器：長(zhǎng)3m，采樣量約100g。
　1.1.4 化驗(yàn)試劑及設(shè)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(nèi)可穩(wěn)定數(shù)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(dòng)電光分析天平，感量為0.1mg；721型分光光度計(jì)。
　1.2 測(cè)定方法
　　采用微量元素預(yù)混合飼料混合均勻度的測(cè)定法（GB10649-89）。
　1.3 試驗(yàn)方案
　1.3.1 采樣時(shí)間設(shè)計(jì)
　　各混合機(jī)的采樣時(shí)間如表1所示。
　1.3.2 采樣點(diǎn)布局
　　于每個(gè)時(shí)間點(diǎn)采取10個(gè)樣品，該10個(gè)樣品的采集點(diǎn)均勻分布在混合機(jī)內(nèi)（見圖1），每個(gè)樣品在采樣點(diǎn)集中抽取。
　1.3.3 物料及示蹤劑的添加方法
　　試驗(yàn)所用硫酸亞鐵示蹤劑添加量為物料的0.08%。試驗(yàn)開始時(shí)先將約70%的物料加入到混合機(jī)內(nèi)，再加入稱量好的硫酸亞鐵，最后加入剩余部分的物料，開機(jī)記時(shí)混合（因?yàn)橐獪?zhǔn)確控制混合時(shí)間，對(duì)懸臂錐形雙螺旋行星式混合機(jī)和臥式雙螺旋環(huán)帶式混合機(jī)并未遵循先開機(jī)后加料的規(guī)定）。
　1.3.4 數(shù)據(jù)處理方法
　　直接用光密度值（每個(gè)樣品的稱樣量是相等的）計(jì)算變異系數(shù)，設(shè)10個(gè)樣品的光密度值分別為X1、X2、…X9、X10，則平均值X ，標(biāo)準(zhǔn)差S與變異系數(shù)CV的計(jì)算公式如下：
　2 試驗(yàn)結(jié)果
　2.1 小型腰鼓式混合機(jī)混合均勻度隨混合時(shí)間的變化趨勢(shì)（見表2、圖2）
　　由表2和圖2可看出，小型腰鼓式混合機(jī)的最佳混合時(shí)間4min，混合均勻度變異系數(shù)達(dá)到6.5%；理想混合時(shí)段4~4.5min，相應(yīng)的混合均勻度變異系數(shù)6.5%~6.8%。
　2.2 中型腰鼓式混合機(jī)混合均勻度隨混合時(shí)間的變化趨勢(shì)（見表3、圖3）
　　表3和圖3表明，中型腰鼓式混合機(jī)的最佳混合時(shí)間為6min，混合均勻度變異系數(shù)達(dá)到6.1%；理想混合時(shí)段6~7min，相應(yīng)的混合均勻度變異系數(shù)6.1%~6.4%。
　2.3 錐形懸臂雙螺旋行星式混合機(jī)混合均勻度隨混合時(shí)間的變化趨勢(shì)（見表4、圖4）
　　表4和圖4表明，錐形懸臂雙螺旋行星式混合機(jī)的最佳混合時(shí)間8min，混合均勻度變異系數(shù)6.3%；理想混合時(shí)段8~9min，相應(yīng)的混合均勻度變異系數(shù)6.3%~6.6%。
　2.4 臥式雙螺旋環(huán)帶式混合機(jī)混合均勻度隨混合時(shí)間的變化趨勢(shì)（見表5、圖5）
　　表5和圖5表明，臥式雙螺旋環(huán)帶式混合機(jī)的最佳混合時(shí)間為5min，混合均勻度變異系數(shù)達(dá)到6.3%；理想混合時(shí)段5~7min，相應(yīng)的混合均勻度變異系數(shù)6.3%~8.2%。
　3 分析與討論
　　由試驗(yàn)結(jié)果可以看出，隨著混合時(shí)間的延長(zhǎng)，4種類型的混合機(jī)混合均勻度變異系數(shù)總體上的變化趨勢(shì)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(cè)定結(jié)果的變化趨勢(shì)[3，6]相似。說明混合時(shí)間短時(shí)，示蹤物在物料中分布不均，故變異系數(shù)大；隨混合時(shí)間增大，示蹤物的分布漸趨均勻，從而使變異系數(shù)逐漸變小；但當(dāng)混合時(shí)間過長(zhǎng)時(shí)，由于物料的對(duì)流、剪切、擴(kuò)散和摩擦產(chǎn)生的靜電作用，不可避免地會(huì)產(chǎn)生偏析和再度分離現(xiàn)象，使變異系數(shù)又有變大的趨勢(shì)[6]。可見，測(cè)定混合機(jī)最佳混合時(shí)間對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能耗和提高生產(chǎn)效率具有重要意義。
　　由圖2、圖3、圖4和圖5可以看出，兩個(gè)腰鼓式混合機(jī)開始幾個(gè)混合時(shí)間點(diǎn)的混合均勻度變異系數(shù)不僅數(shù)值較大，而且波動(dòng)也較大，其原因在于剛開始混合時(shí)示蹤物在物料中的分布極不均勻。在前次采樣中，某一個(gè)或幾個(gè)樣點(diǎn)含示蹤劑較多，但在下次采樣時(shí)，該采樣點(diǎn)又是含示蹤劑較少的物料，故不僅每一時(shí)間的變異系數(shù)較大，而且相鄰兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)所采樣品的變異系數(shù)相差也較大，故在曲線圖上表現(xiàn)出很大的波動(dòng)。隨著混合時(shí)間的延長(zhǎng)，示蹤劑分布漸趨均勻，變異系數(shù)也逐漸變小，且相鄰兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)的變異系數(shù)相差也小，曲線較平穩(wěn)。錐形懸臂雙螺旋行星式混合機(jī)和臥式雙螺旋環(huán)帶式混合機(jī)混合均勻度隨時(shí)間的變化趨勢(shì)雖然比較平穩(wěn)，但開始的混合均勻度變異系數(shù)仍然比較大。說明無論何種混合機(jī)，在混合開始的一段時(shí)間內(nèi)，物料的分布均勻性相當(dāng)差，這就顯示了測(cè)定混合機(jī)理想混合時(shí)間的必要性和重要性。
　　從試驗(yàn)結(jié)果還可以看出，4臺(tái)混合機(jī)的最佳混合時(shí)間各不相同。其中，錐形懸臂雙螺旋行星式混合機(jī)的最佳混合時(shí)間最長(zhǎng)，為8min。其原因在于，該混合機(jī)兩螺旋體直徑約15cm，上提物料量少，而且轉(zhuǎn)速較小，約3r/min，對(duì)物料的翻動(dòng)比較慢。小型腰鼓式混合機(jī)的最佳混合時(shí)間最短，為4min。其原因在于，該混合機(jī)的轉(zhuǎn)速較快，約32r/min，且機(jī)內(nèi)有蓖式柵欄，對(duì)物料有很強(qiáng)的攪動(dòng)作用。
　　試驗(yàn)以膨潤(rùn)土和麥芽根粉為混合物料，在混合物料變化時(shí)，可能會(huì)造成最佳混合時(shí)間的變化，需要重新測(cè)定最佳混合時(shí)間。
　4 結(jié)論
　4.1 本試驗(yàn)測(cè)定的4種混合機(jī)——小型腰鼓式混合機(jī)、中型腰鼓式混合機(jī)、錐形懸臂雙螺旋行星式混合機(jī)和臥式雙螺旋環(huán)帶式混合機(jī)的理想混合時(shí)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(jī)、中型腰鼓式混合機(jī)、錐形懸臂雙螺旋行星式混合機(jī)和臥式雙螺旋環(huán)帶式混合機(jī)的最佳混合時(shí)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(jī)最佳混合時(shí)間最短的是小型腰鼓式混合機(jī)，混合效率最高；而最佳混合時(shí)間最長(zhǎng)的是錐形懸臂雙螺旋行星式混合機(jī)。
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