粮食粉状物料特性研究

粮食粉状物料特性研究一、目的与意义目前在粮食行业中，粮食的输送方法有机械输送和气力输送两大类。机械输送设备有：螺旋输送机、斗式提升机、埋刮板输送机、皮带输送机等。气力输送的方法有：气力吸运，低压、中压、高压压送．脉冲输送，吸一压组合输送，循环输送等，可见粮食的输送方法很多[1]。但是机械输送投资大、施工周期长、设备维修不方便，安全性差。所以现在一般都选用气力输送。气力输送是利用气流在管道中输送粉、粒状物料的一种方法，也就是利用具有一定压力和一定速度的气流，来输送粉、粒状物料的一种输送装置。许多物料的特性决定了气力输送的系统的设计与运行性能。如密度、堆积密度决定输送系统需要的功率与空气量；粒度决定气力输送需要的功率、最小输送速度、粉尘收集方式、给料机与除尘器的类型；安息角决定贮仓与料斗的类型；流动性决定输送系统与料斗的类型,是否需要排气[2]。还有许多性质就不一一列举了。只所以选用气力输送装置输送物料，有它独特的优越性。优点有如下几点：1、输送物料可以散装，操作效率高，包装和装卸费用低；2、设备简单，占地面积小，可充分利用空间，设备的投资和维修费用小；3、输送量范围较大，需要的操作人员少，可实现无人操作和自动化管理，故需要的人工费用小；4、输送管能灵活地布置，从而使工厂设备的配置合理；5、输送物料不受气候和管道周围环境条件的限制，生产车间的布置也比较容易；6、能够避免物料受潮、污损或混入其他杂物，可以保证物料输送的质量；7、在输送过程中可以实现多种工艺操作，如混合，粉碎，分级，干燥，冷却、除尘和其他化学反应；8、可以进行由数点集中送往一处或由一处分散送数点的远距离操作[3]。现阶段气力输送存在许多问题，比如说输送过程中物料的破碎，以及由于粮食颗粒对于输送管道所产生的强烈持久的摩擦和冲击，使得局部输送管道在短时间内被磨穿而失效，严重影响粮食加工的安全性和稳定性[4]。依此对设备进行科学合理设计，从而达到降低能耗，提高输送效率，减少输送物料的破碎、损伤，提高输送质量，运用好物料的性质，以便使气力输送系统调控处于最佳状态[5]。我们主要研究粮食粉状物料的一些性质如：堆积密度和压实密度、安息角、粒径分布、滑动摩擦角、流动性。目前许多这些影响变量是可以合理的预测，但所输送的物料的性质是不可预测的[6]。许多不同粉状粮食物料有其独有的输送特性，这体现出粉状粮食物料性质的重要性。二、国内外研究状况在国内，目前对于粮食特性的研究较少，大多研究一些散料的性质。如武汉理工大学的李利、王玉成等人对粉状物料的导电性进行了研究，他们得出了不同的物料所对应的电阻率不相同，易与水结合成稳定结构的物质的电阻率偏大；粒度及温度均影响粉状物料的电阻率大小都可以用线性函数进行描述。其中粒度影响较小,低于10%。而对于有些物料温度影响较大。它们的影响方式为粒度越小电阻率越小，温度越高电阻率越小[7]。张西良、张建等对粉体物料流动性进行了仿真性分析实验，利用离散单元法(DEM)进行仿真，可对粉体物料性质以及环境变量进行设定、修改，在一定条件下得到粉体物料基本物理性质与宏观现象间的关系，为工程应用提供帮助[8]。参考农业物料的实际情况及已有的物理模[9]，并按照离散单元法本身要求(圆形颗粒)及模型进行适当的修改后选取。最后通过对仿真结果的分析发现，粉体物料的刚度变化能对其流动性产生一定的影响：随着刚度增大，物料流动快速性先增大再减小，流量波动同样先增大再减小[10]。程克勤用三种方法测定堆积密度。1、将散料倒成一堆或倒入容器中,但不施加任何外力紧实得出。2、紧实(轻敲)堆积密度。这是施加了紧实力,如撞击或振动容器后得出的堆积密度。由于施加了紧实,盛粉料的容器可以相对小些。3、充气堆积密度是粒子由于空气膜而彼此分开时的堆积密度,仅用于细、干的粉料。还利用休止角测试流动性的方法。一些与充气有关的散料特性可以利用称为“渗透仪”的仪器测出透气性。机械筛分法、沉降法、扬析法、电传感区技术、显微镜法的方法对粒径的分布进行测定[11]。对于国外的研究相对较多一些。美国学者Jenike根据粉体力学的有关原理，提出了粉体的连续介质塑性模型，并发展了流动和不流动的判据，创建了一套科学的表示粉体流动性能的指标，并且用这些流动性能指标来指导粉体工程的实际[12]。近尺敏、金泽孝文针对颗粒间作用进行了深入研究[13]。Jones和Mills[14]认为粉料的透气性和去气性对浓相气力输送特性有很大的影响。他们通过粉料的振动去气常数对透气性系数作图,将粉料分为3组,每组同特定的流动模式有关。该分组方法根据粉料与空气的相互关系可以确定粉料可能的气力输送流动模式,且将粒径和粒度分布等因素都考虑在内。DMills指出物料的粒径分布、流动性等性质会影响气力输送[15]。我们可以看出目前对与粉状物料性质的研究大都是与粮食无关的，说明粮食粉状物料性质研究很少。三、研究内容1、堆积密度和压实密度1、安息角2、粒径分布3、透气性4、滑动摩擦角5、流动性四、研究方法1、堆积密度和压实密度1)工作原理将待测物料装入漏斗，打开排放阀，磨料顺着漏斗的下端口自然下落并流入到测量筒中，将落入到测量筒中的物料刮平，在天平上称取刮平后测量筒中的物料质量，在除以测量筒的体积，就可以测出待测物料的堆积密度。2)测量方法堆积密度用如图1所示装置测定，把称定量的物料放在漏斗上让其自由下落得出体积用式1计算出堆积密度。压实密度用如图2所示装置测定，把物料放在压实盒里，通过扳手把图1图2物料压实，把物料填满盒子。用装置测定出质量m，用公式1求出压实密度。2、安息角让物料自然下落堆积，测量堆积角度，所得的角度就是安息角。3、透气性透气性是指气流可以通过粒子间空隙的能力。它与颗粒尺寸、粒度分布、形状有关。散料的透气性可以表达为通过连续料床的表观气速与沿流动方向压降之间的关系,它是确定散料适于气力输送的重要特征之一。为研究物料的透气性,引入了透气性系数的概念,数值可以通过渗透仪测得的参数值计算出来。计算方法如下:fLQP=pA式中,Pf为透气性系数,m4/(N·s)为通过床层压降,N/m2;A为床层截面积,m2;L为床层高度,m；Q为空气体积流量,m3/s.五、现有条件1、图书、知网、万方、维普资讯网站查询。2、实验设备：实习基地实验室3、方法：参考文献[1]茆有成.粮食输送方法的比较与选用[J].粮食与饲料工业，1994（9）：28~32[2]李勇.粉、粒状固体物料气力输送技术[J].硫磷设计与粉体工程,2002(5):44~48[3]刘启觉，肖安红，李英.通风除尘与气力输送[M].武汉工业学院，278~279[4]王中营，武文斌，曹宪周.粮食颗粒对输送管道的磨损机理分析及解决措施[J].粮食与饲料工业，2013（10）：12~15[5][曹宪周，鲁选民.气力输送技术的发展及其在粮食行业中的应用[J].粮食与饲料工业，2011（6）：14~18[6]DAVIDMILLS.PneumaticConveyingDesignGuide[M].ElsevierButterworth-HeinemannLinacreHouse,2004（2）：236~237[7]李利，曲祖源，王玉成，李娟，刘宏，晏强.粉状物料导电性与含水量关系的研究[J].武汉工业大学学报，1994（9）：89~94[8]TiborJCroda，FritzEbert．Three—dimensionaldiscreteelementsimulationsinhoppersandsilos[J]．PowderTechnology，2005，158(1～3)：58～68[9]郑晓，林国祥，李智，等．菜籽与菜籽仁的非线性粘弹塑性本构模型[J]．农业机械学报，2005，36(11)：87～101[10]张西良，张建，李萍萍，万学功，杨伟玲.粉体物料流动性仿真分析[J].农业机械学报，2008（8）196~198[11]程克勤.粉粒状物料性能与其气力输送特性[J].硫磷设计与粉体工程，2004(6):13-24[12]JenikeAW．StorageandFlowofSolids[A]．Utah：UniversityofUtah，1964[13]SBSavage,RPfeffer,ZMZhao.Solidstransport,separationandclassification[C].Powdermv（1）(2)pTechnology，1996，88(3)：323—333[14]JONESMG,MILLSUK.Productclassificationforpneumaticconveying[J].PowderHandlingandProcessing,1990,2:117-122[15]DMills.Aninvestigationoftheunstableregionfordensephaseconveyinginslidingbedflow.Proc4thIntConfforConveyingandHandlingofParticulateSolids.Budapest,Hungary.June2003