兩級升壓多點噴射玉米漿料烘干送料噴頭的設計

公衍峰，張立明，趙舉文

(黑龍江省農業機械工程科學研究院 綏化分院，黑龍江 綏化 152000)

0 引言

近年來，人們對食品安全要求越來越高，營養全面，特別是對粗糧精做的需求更大，將玉米加入傳統主食中，不僅可以改善國民膳食結構，豐富膳食營養素，還可以提高國民玉米攝入量，增加玉米產品利用率[1]。將玉米加工成玉米面粉食用，易于烹飪，使用廣泛，而且玉米面粉具有很好的食療功效。粉質特性是面團形成過程中耐揉性和黏彈性的綜合表現，不僅決定面制品加工過程中的可操作性能，而且對最終產品的質量有著重要影響[1]，通過噴霧干燥方法制得的玉米面粉，其黏彈性增加，既可單一替代面粉使用，也可與面粉摻加使用，可適應的面食種類廣泛。黑龍江省農業機械工程科學研究院綏化分院經過多年的研究實驗開發出了一種玉米發酵后磨碎噴漿烘干工藝及設備。該設備將含量小于30%的玉米粒與玉米碴混合物浸泡，使玉米淀粉組織中的顆粒細化，再經磨漿、脫水、噴霧、干燥等工藝過程，得到的玉米面粉細度可達100目以上，且玉米面粉細膩，口感好。玉米面漿干燥過程中熱風溫度達到200～360 ℃，在高溫作用下部分淀粉分子重新排列，由β型排列變成α型排列，這種排列的變化使玉米面粉的黏彈性增加，可以制作豐富可口的玉米食品，也可做為輔料添加到其他食品中。使其它種類具有了玉米特有的營養成份，而不影響口味，從而增加了玉米食品的品種，如玉米水餃、玉米掛面等。

經檢測采用噴霧干燥技術生產的玉米面粉保留了整粒玉米的全價營養。以下是噴霧干燥技術制得玉米面粉與小麥特制粉每100 g樣品中營養成份的含量對比表,如表1所示。

表1 玉米面粉與小麥特制粉營養成份的含量對比表

從表1中可以看出，噴霧干燥技術生產出的玉米面粉在膳食纖維、鈣、維生素B族類營養成分均高于小麥粉，市場需求量大，對玉米噴漿烘干工藝及設備的技術要求也逐步提高。

烘干送料噴頭是整套烘干設備的核心部件，現有的噴頭多為內部一根直管的烘干送料噴頭，存在易堵塞、霧化效果差等技術缺陷，為此研究設計兩級升壓多點噴射玉米漿料烘干送料噴頭十分必要和迫切。

1 總體方案及工作原理

兩級升壓多點噴射玉米漿料烘干送料噴頭應用在玉米粉料烘干設備上，如圖1所示，玉米粉料烘干設備塔筒上端連接有上錐斗，上錐斗上端連接有塔頭，塔頭側面開有熱風口，熱風口與熱風管相連，熱風在熱風管輸送，經過熱風口進入到塔頭內。塔頭底部設有布風器，布風器上均布置有三個噴槍孔，噴槍孔周圍均勻設置布風孔，熱風經由布風孔均勻地吹入主塔塔筒內，結構如圖2所示，噴槍孔內裝有噴槍管，噴槍管上端與高壓管連接，高壓管連接高壓輸料泵，噴槍管下部在上錐斗內腔頂部，兩級升壓多點噴射玉米漿料烘干送料噴頭安裝在噴槍管端部。

1.主塔固定架；2.塔筒；3.上錐斗；4.熱風口；5.塔頭；6.噴槍管；7.高壓管；8.兩級升壓多點噴射玉米漿料烘干送料噴頭

1.兩級升壓多點噴射玉米漿料烘干送料噴頭；2.布風管

1.1 制漿工藝過程

噴頭噴嘴直徑一般在1 mm左右，細微的固體顆粒都會導致噴頭堵塞,因此要將噴粉前的漿料進行預處理，保證進入噴嘴的漿料均勻且無懸濁顆粒。

1)浸泡處理：含量小于30%的玉米粒與玉米碴混合物，經清水洗滌之后再浸于24～32 ℃水中，保溫24～72 h，使其充分吸水膨脹飽合；

2)磨漿：浸泡的玉米碴經清水洗滌之后送入磨漿機磨漿，篩分后獲得細度為100目以上的面漿；

3)制漿：面漿加水調和成濃度在35%～40%的液料；

4)噴霧干燥：高壓噴霧泵將濃度在35%～40%的液料霧化噴入到熱風干燥塔內進行干燥處理，熱風帶動霧化的液料順流干燥，熱風入口溫度在200～360 ℃，干燥塔出口溫度為60～70 ℃，干燥塔出口的風粉混合物進入旋風捕捉器，旋風捕捉器將玉米面粉從熱風中分離出來；

5)冷卻后包裝入庫。

1.2 總體方案

兩級升壓多點噴射玉米漿料烘干送料噴頭，結構如圖3所示，主要由噴頭、噴頭固定連接法蘭、葉片推進裝置、入料口等組成。噴頭固定連接法蘭將噴頭和葉片推進裝置連接在一起并固定在工作位置，入料口通過壓蓋與葉片推進裝置連接。

1.噴頭；2.噴頭固定連接法蘭；3.葉片推進裝置；4.入料口

1.3 工作原理

噴霧干燥技術主要是利用噴霧器離心或者壓力的作用,將流體狀物料噴灑成極細的霧狀滴,在干燥介質中能夠瞬間汽化,形成粉狀或顆粒狀干燥固體的一種方法。

開始噴霧時，先用小流量進料，觀察主塔腔體內是否有大量物料粘壁的情況，如果腔體內壁有結塊甚至液體沿壁成股流下,適當升高引風溫度并減小流量。

工作時，玉米漿料由漿料送料泵經入料口進入葉片推進裝置，葉片推進裝置將玉米漿料的流速加快后經進入噴頭固定連接法蘭進入噴頭內，玉米漿料在噴頭內經兩級升壓后，由設置在噴頭上的主噴射孔和副噴射孔霧化后噴散在烘干設備內。

2 研究方法及技術路線

2.1 研究方法

1)由項目各承擔單位第一負責人或技術負責人組成領導小組，負責解決項目實施中的任務分工、資金與人員安排、相互配合等重大問題，協助項目負責人做好項目實施管理工作。

2)課題組長負責制。項目負責人即課題組長，全權負責項目實施的各項工作，對于重大技術問題由課題組長召集專家集體討論、決策。

3)重大技術問題實行專家咨詢決策制度，專家組討論、同意后方可實施。

4)分工明確，精確控制。分解課題任務并責任到人。明確計劃進度，進行定期的檢查、監督。對于未能按計劃完成任務的進行督促，確保項目按計劃實施，保質保量完成。

2.2 技術路線

1)制定設計方案，在深入了解國內外噴頭先進技術的基礎上，并結合玉米漿料噴漿烘干的工藝特點，完成項目的方案設計。

2)對主要研究內容進行深入的理論分析和部件臺架試驗，確定噴頭及葉片推進裝置的結構和主要技術參數，完成圖紙設計及關鍵件工藝裝備的設計。

3)進行樣件試制和試驗，通過多參數組合試驗，研究和改進部件的結構和技術參數，完善圖紙設計。

4)結合我國玉米漿料噴漿烘干的具體要求，選擇多種樣本考核該裝置的性能和可靠性。通過生產考核，不斷完善和提高送料噴頭的質量，形成技術領先，性能先進，質量可靠的新技術。

3 關鍵零部件的設計

3.1 葉片推進裝置

葉片推進裝置，結構如圖4所示，主要由漿料推進葉片、氣流驅動葉片、壓蓋、高壓氣體入口、軸承、軸套和殼體等組成。玉米漿料從入料口進入軸套套孔內，高壓氣體從高壓氣體入口進入由軸套與殼體構成的環形腔內，高壓氣體在通過氣流驅動葉片推動軸套在殼體內旋轉后，又通過條狀氣孔進入軸套套孔內與玉米漿料進行初步混合霧化，并將混合霧化后的玉米漿料加壓送入噴頭內。軸套套孔內裝有漿料推進葉片，推進葉片呈螺旋線形狀，隨著軸套的轉動，玉米漿料和初步混合霧化的物料，在推進葉片的推動下，進入到噴頭，在噴頭內進行逐級升壓。與常規玉米物料噴頭相比較，本設計的葉片推進裝置，能有效地將玉米漿料推送到噴頭部件，同時，旋轉的軸套，能很好地防止物料的干結，降低噴頭發生堵塞的概率，增強了物料的流動性，為玉米漿料進入到噴頭進行噴粉做好準備。

1.漿料推進葉片；2.氣流驅動葉片；3.壓蓋；4.高壓氣體入口；5.軸承；6.軸套；7.殼體

3.2 噴頭

噴頭主要由噴頭體、主噴射孔、副噴射孔、二級升壓錐孔、二級輸送孔、一級升壓錐孔和一級輸送孔等組成，結構如圖5所示。由葉片推進裝置推送來的玉米漿料和初步混合霧化的物料先進入到一級輸送孔，經過一級輸送孔的物料隨后進入到一級升壓錐孔，在一級升壓錐孔內，物料在一級升壓錐孔內進行第一次升壓霧化；隨后物料進入到二級輸送孔內，經過二級輸送孔的物料隨后進入到二級升壓錐孔，玉米漿料在經過兩次升壓再次霧化后，將漿料分別從主噴射孔和副噴射孔高壓、高速、高霧化質量的噴出，直送至烘干設備中完成烘干作業。

1.噴頭體；2.主噴射孔；3.副噴射孔；4.二級升壓錐孔；5.二級輸送孔；6.一級升壓錐孔；7.一級輸送孔

三個副噴射孔的軸線與主噴射孔軸線間夾角α=80°，三個副噴射孔在圓周方向上均布，主噴射孔與副噴射孔軸線之間夾角起到防止漿料噴霧時的互相干涉，且主、副噴射孔的共同噴射提高了噴射效率。

4 對比分析

與目前常用的送料噴頭，無升壓功能，并且為單一噴射孔，為對比常用送料噴頭與本文設計的兩級升壓多點噴射玉米漿料烘干送料噴頭在出粉效率、含水量進行比較，設計了對比試驗，對常用噴頭和本文設計的噴頭進行對比試驗。

4.1 單因素試驗

在進料流量25%、熱空氣流量34 m3·h-1, 測試兩種噴頭在不同進風溫度下對出粉率、含水量的影響。測試結果如表2所示。

分析表2中的出粉率和含水量的數值，可以比較得出：相同的進料流量、熱風流量、相同的烘干溫度下，本文設計的兩級升壓多點噴射噴頭噴霧干燥得的玉米粉在出粉率和含水量兩方面都要優于目前常用的單孔無加壓噴頭。獲得同樣品質的玉米粉，本文設計的噴頭，需求的烘干溫度較低，節能減排效果顯著；兩級升壓和多點噴射的設計，使噴頭在霧化效果和防堵效果方面都有所提升，故障率低、出粉率較高。

表2 單孔無加壓噴頭與兩級升壓多點噴射噴頭出粉品質對比表

5 結語

針對傳統送料噴頭現有技術存在的問題，結合玉米面粉工業化生產加工使用的實際需求，研究設計了一種新結構的兩級升壓多點噴射玉米漿料烘干送料噴頭。該噴頭對玉米漿料采用兩級升壓和多點噴射的結構，以更高的噴射壓力、噴射速度和多方向組合噴射角度，大幅提高了玉米漿料的霧化質量和噴射效率，具有結構新穎、獨特、合理、噴頭不易堵塞、作業效率高、霧化效果好的特點，為玉米漿料噴霧烘干設備提供高質量玉米漿料，尤其適合工業化生產使用的送料噴頭。

該成果的研制成功，解決了玉米漿料噴霧烘干設備送料噴頭的技術瓶頸，極大地提高了玉米漿料噴霧烘干設備的技術水平，為玉米粉料加工機械化提供了有力的支撐。