■程秀花 陳賽杰 李秀剛 陸玉潔

（1.揚(yáng)州大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院，江蘇揚(yáng)州 225009；2.江蘇牧羊集團(tuán)，江蘇揚(yáng)州 225009）

玉米作為世界上重要的谷物之一，不但是重要的糧食作物，也是畜禽的優(yōu)質(zhì)飼料，目前飼料用玉米約占玉米總量的75%～80%。原料的粉碎在飼料加工中占有重要地位，不僅影響畜禽生產(chǎn)性能，而且對(duì)飼料加工設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及參數(shù)優(yōu)化也有直接影響。目前，飼料廠料倉(cāng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)大多是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，使用過(guò)程中常出現(xiàn)由于料倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理造成料倉(cāng)結(jié)拱，影響連續(xù)化生產(chǎn)。研究表明，不同粉碎粒度的飼料其流變學(xué)特性不同。因此，研究粉碎粒度對(duì)玉米流變學(xué)特性及料倉(cāng)結(jié)構(gòu)的影響，對(duì)優(yōu)化料倉(cāng)結(jié)構(gòu)，降低料倉(cāng)結(jié)拱和保證連續(xù)生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。

1 材料與方法

1.1 樣品制備

試驗(yàn)用玉米含水率為10.5%。采用微粉碎機(jī)對(duì)其進(jìn)行一次粉碎，預(yù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：對(duì)玉米粉碎10 s、15 s、18 s后可得到20目、30目、40目三種粒度的粉狀樣品。將粉碎后的玉米粉分別用20目、30目、40目三種粒度的篩子連續(xù)篩10 min，當(dāng)篩上物的留存率在15%左右時(shí)，將篩上物進(jìn)行稱(chēng)重，即為該粒度的試驗(yàn)樣品。每種粒度的飼料樣品取2 kg，再用四分法取出0.5 kg供實(shí)驗(yàn)室分析使用。

1.2 試驗(yàn)儀器

萬(wàn)能微粉碎機(jī)、電動(dòng)搖篩機(jī)、玻璃漏斗、玻璃平板、直尺。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 測(cè)定指標(biāo)

20目、30目、40目三種粒度玉米粉的流變學(xué)指標(biāo)：休止角、滑角及堆積密度。

1.3.2 休止角的測(cè)定

測(cè)定休止角的方法有兩種：注入法及排出法，目前應(yīng)用比較廣泛的是注入法，其中漏斗法使用最多。具體測(cè)定過(guò)程是：將3種試驗(yàn)樣品逐一經(jīng)玻璃漏斗垂直流至玻璃平板上，漏斗尾端距玻璃平板垂直距離3 cm，流下的玉米粉在玻璃平板上形成圓錐體，分別測(cè)定圓錐表面和水平面的夾角，得到不同粒徑范圍玉米粉的休止角α。每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)5次，經(jīng)統(tǒng)計(jì)平均后作為所測(cè)物料的休止角。休止角的計(jì)算公式見(jiàn)式（1）：

式中：α為玉米粉的休止角(°)；R為圓錐底圓的半徑(cm)；L為圓錐斜邊的長(zhǎng)(cm)。

1.3.3 滑角的測(cè)定

滑角的測(cè)定常用傾斜法，具體操作過(guò)程參見(jiàn)文獻(xiàn)。分別取3種粒度的玉米粉3 g置于玻璃平板上，然后將玻璃平板傾斜至約90%玉米粉移動(dòng)，此時(shí)，玻璃平板與水平面之間形成一夾角，該角即為玉米粉的滑角。每個(gè)試驗(yàn)重復(fù)3次，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)平均后作為所測(cè)物料的滑角。滑角的計(jì)算公式見(jiàn)式（2）：

式中：φs為玉米粉的滑角(°)；h為玻璃平板抬起的高度(cm)；L′為測(cè)量點(diǎn)距離底邊的長(zhǎng)度(cm)。

1.3.4 堆積密度的測(cè)定

將三種試驗(yàn)樣品分別裝滿100 ml量筒中，將其超出量筒上邊緣的粉料用直尺削平。在裝入樣品時(shí)，盡量避免在量筒內(nèi)出現(xiàn)較大空隙。然后稱(chēng)量量筒內(nèi)所裝飼料的質(zhì)量。堆積密度的計(jì)算公式見(jiàn)式（3）：

式中：ρ堆為玉米粉的堆積密度(g/ml)；M為量筒內(nèi)所裝飼料質(zhì)量(g)；V為量筒體積(ml)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用SPSS17.0軟件單因子方差分析的Duncana法，對(duì)三個(gè)不同處理組的流變學(xué)指標(biāo)進(jìn)行差異顯著性判斷，以P＜0.05作為差異顯著性判斷標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 粉碎粒度對(duì)玉米粉流變學(xué)特性的影響

2.1.1 玉米粉碎粒度對(duì)休止角的影響

圖1所示為玉米粉休止角隨粉碎粒度的變化關(guān)系。可以看出：當(dāng)粉碎粒度為20目時(shí)，玉米粉的休止角約為47°。當(dāng)粉碎粒度增大到30目時(shí)，相應(yīng)的休止角為增大到了49°，粉碎粒度為40目時(shí)，其休止角達(dá)到56°?？芍S著粉碎粒度減小，休止角逐漸增大。這是因?yàn)榉鬯檫^(guò)程中隨著粉體粒徑減小，顆粒的比表面積增大，增大了顆粒表面間的聚合力，即顆粒間的引力和黏著力增加，其流動(dòng)性降低，休止角增大。

圖1 玉米粉碎粒度對(duì)休止角的影響

對(duì)以上三種粒度的樣品進(jìn)行顯著性分析，結(jié)果如表1所示?？梢钥闯觯焊鹘M之間差異均極顯著（P＜0.01），表明隨著玉米粉碎粒度的降低，其休止角顯著增大。

表1 玉米粉碎粒度與休止角的顯著性分析

2.1.2 玉米粉碎粒度對(duì)滑角的影響

圖2所示為玉米粉粒度對(duì)滑角的影響?？梢钥闯?，粉碎粒度分別為20目、30目和40目時(shí)，對(duì)應(yīng)的滑角分別為43°、49°和52°。表明粉體的粉碎粒度越小，其滑角越大。同樣，隨著粉碎粒度減小，玉米粉比表面積增大，靜電吸附性和吸濕性增強(qiáng)，流動(dòng)性變差，因此，導(dǎo)致與斜面之間的滑動(dòng)摩擦角增大。而且，隨著玉米粉粉碎粒度的降低，可以顯著增大玉米粉的滑角（P＜0.01），如表2所示。

2.1.3 玉米粉碎粒度對(duì)堆積密度的影響

圖3所示為玉米粉碎粒度與其堆積密度之間的變化關(guān)系?？梢钥闯?，粉碎粒度為20目時(shí)，玉米粉的堆積密度為0.461 5 g/ml，對(duì)應(yīng)30目粒度的堆積密度為0.487 1 g/ml，當(dāng)粉碎粒度為40目時(shí)，其堆積密度增大到了0.526 2 g/ml。由此可見(jiàn)，粉體的粉碎粒度越小，其堆積密度越大。粒度越小，其暴露的表面積越大，外形越接近球形，顆粒間的孔隙度將會(huì)降低，堆積密度增大。

圖2 玉米粉碎粒度對(duì)滑角的影響

表2 玉米粉碎粒度與滑角的顯著性分析

圖3 玉米粉碎粒度對(duì)堆積密度的影響

各組間粉碎粒度與其堆積密度差異均極顯著（P＜0.01），如表3所示，隨著粉碎粒度的降低，可顯著增大玉米粉的堆積密度。

表3 玉米粉碎粒度與堆積密度的顯著性分析

2.2 料倉(cāng)結(jié)構(gòu)尺寸的確定

2.2.1 料倉(cāng)卸料口尺寸

料倉(cāng)的卸料口尺寸是料倉(cāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，對(duì)料流形式有重要影響，設(shè)計(jì)不當(dāng)則易造成料倉(cāng)結(jié)拱或搭橋，因此，選取合適的卸料口尺寸，有利于生產(chǎn)的有序進(jìn)行。

圓錐形料倉(cāng)臨界卸料口尺寸等于卸料口直徑，可由下式來(lái)表示：

對(duì)于圓錐形料倉(cāng)，保持整體流所需的最大半頂角為 θmax：

其中：H(θ)按公式（6）計(jì)算[6]：

式中:B為料倉(cāng)臨界卸料口尺寸(m)；θ為料倉(cāng)錐底的半頂角（°）；σ1為粉料的臨界開(kāi)放屈服強(qiáng)度，取2 100Pa；γ為玉米粉的容重（kg/m3)，此處用實(shí)測(cè)堆積密度代替；g為重力加速度(m/s2)；φ為玉米粉的有效內(nèi)摩擦角，參照面粉的內(nèi)摩擦角，取58°；δ為玉米粉的壁面摩擦角，取其堆積密度；i為料倉(cāng)形狀系數(shù)，對(duì)于軸線對(duì)稱(chēng)的圓錐形料倉(cāng)，i=1；對(duì)于平面對(duì)稱(chēng)的楔形料倉(cāng)，i=0。

根據(jù)公式（4）～（6）可計(jì)算得到20目、30目、40目三種粉碎粒度的玉米粉料倉(cāng)卸料口直徑分別為：1.09、1.03、0.93 m。

2.2.2 料倉(cāng)最小下料傾角

為了使物料在倉(cāng)斗傾斜面上保證有足夠的流動(dòng)性，必須使料斗的倉(cāng)壁傾角、倉(cāng)斗交界角均大于被儲(chǔ)存物料和倉(cāng)壁之間的摩擦角。根據(jù)Jenike理論，料倉(cāng)的最小下料傾角β為：

由式（7）計(jì)算得20目、30目、40目三種粉碎粒度的玉米粉料倉(cāng)的最小下料傾角分別為68°、70°、75°。

3 結(jié)論

3.1 含水率為10.5%的玉米粉碎至20目、30目和40目，測(cè)得的休止角、滑角和堆積密度都隨粉碎粒度的減小而呈增大趨勢(shì)，粉碎粒度對(duì)其流變學(xué)特性有顯著影響（P＜0.01）。

3.2 粉碎粒度為20目、30目、40目三種粗細(xì)度的玉米粉采用圓錐形料倉(cāng)倉(cāng)儲(chǔ)時(shí)，防止形成黏性結(jié)拱的卸料口直徑應(yīng)分別設(shè)計(jì)為1.09、1.03、0.93 m；最小下料傾角則應(yīng)設(shè)計(jì)為68°、70°、75°。隨著粉碎粒度減小，可適當(dāng)減小卸料口直徑，同時(shí)增大料倉(cāng)下料傾角。

（參考文獻(xiàn)若干篇，刊略，需者可函索）