劉來亭 楊超雄 李 磊 秦永林

在飼料加工中藥物預混劑通常通過人工投料加入混合機，混合工段是藥物粉體殘留的開始?；旌蠙C中殘留的藥物量，因藥物種類多、特性復雜而不容易測定。藥物預混劑是由載體和藥物構成的均勻混合物，殘留在混合機中載體的量與殘留藥物的量顯然呈正相關。為此可通過測定混合機中載體殘留量值來標定藥物的殘留量值，為降低飼料加工中交叉污染提供研究方法。本試驗選用玉米粉作為載體，研究不同粒度的載體在混合機內殘留的差異，并對載體中添加一定水分、油脂后在混合機側壁殘留的情況進行了研究，同時對不卸料連續(xù)混合與分批混合兩種方式對玉米粉在混合機軸向側壁的殘留影響進行了探討。

1 材料與方法

1.1 儀器與設備

錘片式粉碎機（9F 40-22型，安徽省阜陽市興華機械廠，11 kW）；顆粒檢測篩機；分樣篩（浙江省上虞市五四儀器篩具廠，20目、40目、60目、80目和100目）。

1.2 基于圖像識別的玉米粉在混合機軸向側壁的殘留分析系統(tǒng)

本圖像識別系統(tǒng)采用CMOS型攝像頭獲取臥式螺帶混合機軸向側壁的玉米粉體殘留圖像，分硬件和軟件兩部分。

1.2.1 硬件系統(tǒng)

硬件系統(tǒng)如圖1所示。

1.2.2 軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)（見圖2）主要包括圖像預處理和自動計數(shù)兩部分。圖像由CMOS攝像頭（型號DVC-V80，深圳市新峰龍電子有限公司；雙層玻璃鏡頭；CMOS傳感器，傳感器像素30萬，最高分辨率640×480像素，最大幀數(shù)30 FPS，色彩位數(shù)24 bit，成像距離 30 mm～∞）獲取。圖像軟件分析采用Image Pro Plus 6.0（Media Cybernetics，USA）。選擇螺帶混合機軸向側壁圖像采集的位置（見圖3）。選擇一定面積的矩形純黑銅板紙（純黑，GB/T10335.1—2005，鄭州熙來紙業(yè)有限公司）。CMOS型攝像頭分底盤、活動支桿、攝像頭等幾部分。攝像頭底盤固定于混合機卸料口處，混合機工作時，攝像頭移動至混合機外；停機后采集圖像時，攝像頭探進混合機軸向側壁前，數(shù)據采集后，移出攝像頭。補光下捕捉到的圖像經USB接口技術傳輸至圖像分析軟件（Image Pro Plus，IPP）的圖像捕捉界面，在SCAN的命令界面內進行捕捉圖像操作。分別選取矩形銅版紙的12個點進行圖像捕捉（見圖4）。選擇最佳的圖像進行捕捉（攝像頭的焦距調至接近30 mm，手動調整攝像頭與混合機軸向側壁的距離，顯示器觀測圖像清晰度的變化，直至圖像清晰度最佳，執(zhí)行捕捉圖像命令）。圖像（見圖5）保存至電腦中以備后處理分析。

1.2.2.1 圖像預處理部分

均衡最佳適配指使用最佳適配命令使IPP對特定圖像的值進行優(yōu)化。這種方法就是通過將直方圖拉伸，從而使圖像中像素值達到最優(yōu)的對比度分布。

1.2.2.2 自動計數(shù)部分

選擇“計算/尺寸”測量值（見圖6），選擇測量（見圖7）；選擇“計算/尺寸”，調整參數(shù)（顯示、對象）選項（見圖8）；計數(shù)計算，得出定義好的被計數(shù)的粉體圖像（見圖9）；統(tǒng)計數(shù)據導出（見圖10和圖11）。

本試驗選用指標為粉體面積比率（Per Area，Obj./Total）的相關值：最大粉體面積比率（簡稱MAX值，以下同）、累計粉體面積比率（簡稱TOATL值，以下同）和粉體樣本數(shù)（簡稱NUM值，以下同）。最大粉體面積比率表征的是特定粉體在臥式螺帶混合機軸向側壁的殘留點面積的最大值情況，此處的混合機側壁是粉體聚集最多的地方，粉體混合過程中在此處的殘留量最大；累計粉體面積比率表征的是特定粉體在臥式螺帶混合機軸向側壁的某區(qū)域殘留點面積的累加值情況，此指標可從殘留面積角度表示混合機側壁粉體總的殘留量；粉體樣本數(shù)表征的是特定粉體在臥式螺帶混合機軸向側壁某區(qū)域的殘留區(qū)域的個數(shù)，可以表示混合機混合過程中粉體在側壁的殘留分布情況。

1.2.3 不卸料連續(xù)混合和分批混合對玉米粉在混合機軸向側壁的殘留效果比較

連續(xù)混合所研究的是混合機側壁殘留物料狀態(tài)，從無達到穩(wěn)定狀態(tài)的變化。而實際生產中混合過程常分批混合。在分批混合過程中，混合均勻的物料卸料，新的待混合物料被輸送進混合機，由于混合機內部機構動作會對混合機側壁殘留物料狀態(tài)產生影響，進料過程中的空氣流的影響也不容忽視。因此試驗對卸料方式進行了比較。

不卸料連續(xù)混合：取全粉碎玉米粉（過1 mm的篩片）3 kg，每間隔3 min停機一次進行圖像采集。共混合60 min。分批混合：取全粉碎玉米粉（過1 mm的篩片）3 kg，每間隔3 min停機一次進行圖像采集。之后卸料，待玉米粉排空之后關機，重新由進料口倒入卸下的物料，開機重新混合，3 min后停機進行圖像采集，如此重復20次。

1.2.4 4種粒度玉米粉在混合機軸向側壁殘留的影響

用錘片粉碎機粉碎玉米，振動篩篩分出4種粒度（20～40目、40～60目、60～80目、80～100目）的玉米粉備用。4種粒度的玉米粉分別進行水分測定（GB/T 6435—86）。每種粒度玉米粉體分別取3 kg單獨加入混合機，進行連續(xù)混合和分批混合試驗。

1.2.5 添加水分、油脂對玉米粉在混合機軸向側壁殘留的影響

取60～80目的玉米粉3 kg 2份，分別添加1%的蒸餾水、1%的大豆油，每間隔3 min停機一次進行圖像采集，混合60 min；以未添加前作為對照組。

2 結果與討論

2.1 不卸料連續(xù)混合和分批混合對玉米粉在混合機軸向側壁的殘留效果比較（見圖12、13、14）

由圖12、圖13和圖14看出，兩種方式對玉米粉在混合機軸向側壁殘留最大粉體面積比率、累計粉體面積比率、粉體樣本數(shù)隨時間變化的影響一致（P＞0.05）?；旌蠙C軸向側壁殘留粉體存在是混合過程中各種力的作用中將細小的粉粒黏附于側壁形成的。細小的粉粒之所以可以層層堆積可能是因為粒子間的靜電作用造成的，而影響粉體靜電學特性的因素很多，如粒子表面構成，粒子的形狀和大小（Carter等,1992;Carter等，1998），不同粒子間的接觸類型、接觸材料的性質及工作狀況（Elsdon等,1976;Bailey,1984），接觸面積（Lowell,1990），粒子間碰撞的強度和頻率，接觸面的粗糙度及污染程度（Eilbeck等，1999），大氣相對濕度（Nguyen和 Nieh,1989;Mackin,等，1993），結塊后粒子間的分離過程，粉體的電阻率、微粒污染、設備的清洗方法（Cross,1987;Chulia等，1998;Weigand和Liehr,1999;Eilbeck,2000）等。不卸料連續(xù)混合和分批卸料混合兩種方式對靜電產生的貢獻可能不足以使以上3個觀測值產生顯著的差異。另外看出混合一定時間后，側壁的殘留量達到一個穩(wěn)定值。

2.2 不同粒度玉米粉在混合機軸向側壁殘留的影響（見圖15、16、17）

由圖15、圖16和圖17看出，最大粉體面積比率：不同目數(shù)的玉米粉體MAX值剛開始均隨著混合時間的延長而增大，其中20～40目的玉米粉體MAX值一直保持在一個較低的水平（MAX值＜0.05），其它3種目數(shù)的玉米粉體MAX值均上升到0.15以上。

累計粉體面積比率：不同目數(shù)的玉米粉體TOATL值剛開始均隨著混合時間的延長而增大。其中20～40目的玉米粉體TOATL值增大速度沒有其它3種目數(shù)的玉米粉體TOATL值增大速度快，4種目數(shù)的玉米粉體TOATL值在27 min以前TOATL值的斜率大小，按目數(shù)比較為，20～40 目＜40～60 目＜60～80 目＜80～100目。這可能是由于粉體粒子間的相互作用受顆粒大小、粒度分散、形狀、表面粗燥度、表面積、空隙度、密度等基本特性的影響（Corn,1961;Crowder等,2003）。其中粒子大小對靜電黏滯和非靜電黏滯均有影響，黏滯特性小粒子強于大粒子。粒子粒徑越小，范德華力和庫侖力就越大，靜電黏滯作用和非靜電黏滯作用均會增大（Wang等,2000）；增加粒子大小會使粒子間黏滯力增大（Corn,1961）。

20～40目的玉米粉體TOATL值在33 min以后增長趨緩且維持在0.15～0.2的水平；其它3種目數(shù)的玉米粉體TOATL值在27 min以后增長趨緩且均穩(wěn)定在0.4～0.5的水平。這可能是因為，一個個粉粒子的集合在混合機混合過程中，單一粒子被隨機黏附與某一個粒子的集合中，其粒子間的總的黏滯力與其總的重力都會增大，因為重力是分子間離解力的重要因素，某一時刻離解力大于黏滯力，則一部分粒子便會與原集合發(fā)生分離而從混合機側壁墜落?；旌蠙C側壁粉體這種動態(tài)的黏附與離解的過程，使各個目數(shù)的粒子分別在適合自己粒子大小的殘留范圍里，保持了動態(tài)的平衡。

粉體樣本數(shù)：20～40目的玉米粉體NUM值剛開始隨著混合時間的延長而增大，到27 min之后維持在120的水平上。其它3種目數(shù)的玉米粉體NUM值在6 min前有大的增幅，之后均呈降低的趨勢，且60 min時NUM值維持到（80±10）的水平。

2.3 添加水分、油脂對玉米粉在混合機軸向側壁殘留影響（見圖18、19、20）

由圖18、圖19和圖20看出，添加1%水或1%植物油后，在0～10 min的混合過程中，對照組及1%植物油組的NUM值均呈上升趨勢，在10～60 min的混合過程中，對照組及1%植物油組的NUM值均呈下降趨勢。而1%水分組的NUM值在0～24 min的混合過程中，呈上升趨勢，之后到60 min試驗結束，NUM值一直穩(wěn)定在120±10的水平。在0～60 min的混合過程中，MAX值及TOATL值的組別大小排序均為：對照組＞1%植物油組＞1%水分組。說明添加水或植物油會減少臥式螺機混合機軸向側壁的玉米粉殘留，且添加等量水的效果會好于植物油?？赡苁且驗橛偷臉O性大于水，相對于水來說其黏附性強，但在混合機里不易與玉米粉混勻。

3 小結

3.1 不卸料連續(xù)混合、分批卸料混合2種方式對玉米粉在混合機軸向側壁殘留最大粉體面積比率、累計粉體面積比率、粉體樣本數(shù)隨時間變化的影響一致（P＞0.05）。

3.2 混合機側壁粉體動態(tài)的黏附與離解的過程中使各個目數(shù)的粒子分別在適合自己粒子大小的殘留范圍里，保持了動態(tài)的平衡。

3.3 添加水或植物油可減少臥式螺旋混合機軸向側壁的玉米粉殘留，且添加等量水的效果會好于植物油。

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