采用正壓氣力輸送技術輸送大米的試驗研究

闕富榮

（福建龍凈環保股份有限公司，福建 龍巖 364000 ）

1 概述

氣力輸送又稱氣流輸送，其利用氣流的能量，在完全密閉的管道內沿氣流方向輸送顆粒狀物料，其氣力輸送裝置結構簡單，節約空間，操作方便，可用作水平的、垂直的或傾斜方向的輸送，主要應用于散料輸送領域，其系統設備完全封閉，在物料輸送過程中不會產生揚塵、泄漏等危害環境的情況，在保護環境方面效果顯著。對有毒、有害、易腐蝕的物料，以及對人體傷害大的物料，封閉式的氣力輸送系統對保護職工健康發揮著重要作用。氣力輸送技術目前在國內主要應用于電力，鋼鐵、冶金、化工等領域，但對于大米這類糧食物料，則較少使用氣力輸送系統。究其原因主要是大米在輸送過程中容易破碎，而破碎率的增加將影響大米的經濟價值和食用品質，為降低大米輸送過程中的破碎率問題，很多學者都進行了研究，楊進平［1］從大米輸送過程中的壓力、速度、管道及大米的料性，包括大米的顆粒形狀和壓碎強度、顆粒粒徑等方面進行了系統研究，提出輸送速度是影響大米破碎的主要因素。曹峰等［2］對大米在斗式提升機裝料和提升過程中的破碎進行了分析，提出改進斗式提升機的結構降低料斗的速度可降低大米在提升過程中的破碎率。

由此可見，降低大米的輸送速度，減少輸送過程中的碰撞和沖擊是降低大米破碎率的主要手段。為此，本文采用下引式倉式泵［3］，配合內徑為65 mm的輸送管道，在使用不同氣量和不同進氣點氣量配比的條件下，對大米經過氣力輸送后的破碎率進行研究，通過采用合適的氣量和輸送氣配比，調試出穩定的大米輸送狀態，最終將大米的破碎率降到最低。

2 實驗物料選擇

大米在輸送過程中產生破碎的原因大致可分為大米自身的因素和設備因素兩種。大米自身的影響因素主要有大米的種類［秈米（個頭細長）、粳米（相比秈米更圓潤）］粒徑分布、壓碎強度、含水率、加工過程中產生的裂紋等；設備因素主要有輸送氣量和輸送壓力兩個方面。由于不同種類的大米抗破碎能力不同，即使是同種大米，不同批次的抗破碎能力也會有差別，因此為使試驗數據能適應不同種類大米輸送的需求，本試驗采用壓碎強度低、易破碎、輸送性能差的南方常見秈米為輸送原料進行輸送試驗。實驗用的秈米由3年陳谷脫殼去糠后得到，加工中產生的碎米一并在內，堆積密度為0.85 t/m3。相比粳米，細長的秈米在氣力輸送中更易破碎。

3 實驗裝置和方法

3.1 實驗裝置

大米屬于顆粒狀物料，為降低大米破碎率，在輸送設備上不能選擇旋轉給料閥正壓氣力輸送方式，以避免旋轉給料閥葉片旋轉對大米造成剪切破碎。根據大米流化性差和存氣性較差的雙重特點，為保證大米能夠完全從容器內排出，輸送裝置采用下出料形式的發送罐，大米在發送罐內能依靠自身的重力作用順暢地流入輸送管道進行輸送。

實驗裝置如圖1所示。整個裝置由以下4個部分組成：①發送罐系統，包括輸送氣閥組（氣量的大小可決定出料量、物料的輸送速度等）、補氣閥組（通過此氣閥可調整料氣比，也可用它切斷長料栓，防止因料栓過長造成管道堵塞）、稱重傳感器、發送罐本體及進料閥等，由于采用無充氣加壓輸送，發送罐出口可不配出料閥，大米顆粒之間的間隙大，采用重力流下料，發送罐上部也可不配平衡閥。②輸送管道系統，包括 65 mm輸送管道及彎頭、隔膜式壓力變送器等。③終端料倉系統，包括料倉本體、料倉稱重傳感器、布袋除塵器。④氣源系統，包括供氣量為13 Nm3/min（標準狀態，下同）的螺桿式空壓機、冷凍式干燥機、主管過濾器、微油過濾器、4 m3儲氣罐、安全閥等。

實驗裝置采用上位機+PLC控制系統進行控制，為了實時測量發送罐內大米的重量，減少外部設備對稱重傳感器的干擾，發送罐與各管道連接處均采用橡膠波紋管連接；在進氣母管上設有羅斯蒙特Annubar流量計，在每個進氣閥組件上都設有手動流量調節閥，通過羅斯蒙特Annubar流量計，可以調節每個進氣閥組的進氣流量。壓力變送器量程為 0～1.0 MPa，稱重傳感器量程為 0～1.0 t。壓力變送器、稱重傳感器等信號通過通信電纜接入上位機，對實驗過程中各輸送階段的壓力、重量進行測量、記錄，并生成氣力輸送特性曲線。

3.2 實驗管道布置及測壓點位置設置

當量輸送長度為97.65 m的管道布置圖和壓力變送器布置圖如圖1所示，各管段長度分別為ab段2 m，cd段17.2 m，ef段 15.5 m，gh 段 11.75 m，ij段 8 m，km 段1 m。本試驗輸送管道上共有90°的彎頭5個，水平輸送距離為 25.5 m，垂直爬升 17.2 m，下降輸送 12.75 m，輸送管道總當量長度為97.65 m（龍凈環保管道當量長度L=水平管段長度+下降段管道長度+2×垂直爬升管道長度+5×彎頭數量，單位：m）。本試驗選擇的管道壓力測點為P（發送罐上部設置的壓力表及壓力變送器P）。

圖1 試驗管道及壓力變送器布置圖

3.3 試驗步驟

試驗按以下步驟進行：①試驗前對大米進行取樣分析，測定大米的初始破碎率。②調整輸送氣組件帶刻度盤球閥和補氣組件帶刻度盤球閥的開度，使經過輸送氣閥和補氣閥的總氣量及氣量配比符合預先設計的要求值。③打開發送罐進料閥，將大米裝入發送罐。④關閉進料閥，在上位機上打開輸送氣組件進氣閥和補氣組件進氣閥，采用無壓開泵的輸送方式進行輸送，輸送過程壓力測點P全程測量輸送過程中的壓力，輸送的氣量及壓力均反饋到上位機中，獲得輸送壓力曲線、輸送氣量曲線和發送罐重量變化曲線。⑤料倉底部設有卸料閥，輸送完成后，從料倉卸料閥放下米樣，取得輸送大米的樣品。每次輸送完后均進行取樣，同一批大米連續輸送3次后，更換新米進行輸送。

大米破碎率檢測按《糧油檢驗碎米檢驗法》（GB/T 5503—2009）給定的檢測方法，將隨機拾取的大米平攤在試驗平臺上，由人工肉眼挑選，將顆粒完整度大于3/4的認定為該顆粒完整，小于3/4以有斷層、出現裂紋的米粒認定為破碎大米。

4 實驗結果

經過3次輸送，得到以下3組輸送曲線。

第一次輸送的曲線如圖2所示，平均輸送壓力為46 kPa，最大輸送壓力為 78 kPa，總氣量為 2.5 Nm3/min，輸送末速度為 12.56 m/s，出力為 2.1 t/h。

圖2 第一次輸送的曲線

第二次輸送的曲線如圖3所示，平均輸送壓力為41 kPa，最大輸送壓力為 75 kPa，總氣量為 2.5 Nm3/min，末速度為 12.56 m/s，出力為 2.2 t/h。

圖3 第二次輸送曲線

第三次輸送的曲線如圖4所示，平均輸送壓力為42 kPa，最大輸送壓力為 59 kPa，總氣量為 2.5 Nm3/min，輸送末速度為 12.56 m/s，出力為 2.3 t/h。

圖4 第三次輸送曲線

5 數據處理

計算公式：取樣重量=整米重量+碎米重量；完整率=（整米重量/取樣重量）×100%。

表1中，3組樣本總的取料量為83.16 g，總整米重量為 57.79 g，總碎米重量為 25.37 g，原始米樣完整率 =（57.79 g/83.16 g）×100%=69.49%。

表1 原始米樣完整率

表2中，3組樣本總的取料量為66.69 g，總整米重量為 46.14 g，總碎米重量為 20.55 g，輸送完整率 =（46.14 g/66.69 g）×100%=69.19%。

表2 第一次輸送米樣完整率

表3中，3組樣本總的取料量為113.06 g，總整米重量為 77.74 g，總碎米重量為 35.32g，輸送完整率 =（77.74 g/113.06 g）×100%=68.76%。

表3 第二次輸送米樣完整率

表4中，3組樣本總的取料量為109.12 g，總整米重量為 74.47 g，總碎米重量為 34.65 g，輸送完整率 =（74.47 g/109.12 g）×100%=68.25%。

表4 第三次輸送米樣完整率

6 實驗結論

由于大米在輸送過程中容易破碎，因此本次大米只進行了3次輸送試驗，輸送總氣量根據以往輸送類似物料的耗氣量進行調整。試驗中，通過調整輸送氣和補氣的氣量配比，可以形成穩定均勻的栓柱流輸送。第三次輸送實驗中，輸送氣和補氣的氣量配比較優，因此獲得的輸送出力較大，輸送壓力也較穩定，基本穩定在59 kPa。

本次大米輸送試驗，輸送當量長度為97.65 m，其中爬升 17.2 m，下降 12.75 m，輸送管道采用普通無縫碳素鋼管（20#鋼），由于管道較長時間未使用，內壁銹蝕較嚴重，表面較粗糙，大米在輸送過程中受此因素干擾，破碎率會有一定程度的影響。在此輸送條件下，原始米樣的完整率為69.49%，經過一次輸送后的完整率為69.19% ；經過二次輸送后的完整率為68.76%，經過3次輸送后的完整率為68.25%。通過數據對比可以看出，采用氣力輸送的方式運送大米，對大米的破碎影響較小。

相比于傳統機械的輸送，斗提機對大米產生的破碎主要有擠壓破碎、摩擦破碎、撞擊破碎，另外斗提機還存在回流情況，氣力輸送則不存在回流情況，傳統斗式提升機的增碎單次大于10%，回流率大于15%。TDTM系列防破碎性斗式提升機增碎單次小于2%，回流率小于4%，氣力輸送進行大米的一次增碎在0.3%，無回流；二次增碎在0.43%，無回流；三次增碎在0.51%，無回流。提升機只是單純地將大米從低處送到高處，使用性較差，因此氣力輸送可作為大米輸送的一種方案。

對于氣力輸送，降低輸送的速度，調試出合適的氣量，控制恰當的輸送壓力和料栓的長度，合理運用變徑技術，對降低大米的破碎率有積極作用。對于輸送的介質壓縮空氣而言，可通過采用無油螺桿空壓機、高效干燥機和精密除油除水過濾器對壓縮空氣進行干燥凈化，使大米在輸送過程中不受潮，輸送后大米的干燥度達到可直接存儲的程度。另外，對于發送罐及輸送的管道，可采用食品級不銹鋼或其他潔凈材質，減少管道內壁銹蝕對輸送破碎率的影響，并能滿足糧食輸送的安全要求。

無論是新廠建設還是舊廠改造，氣力輸送對空間的要求遠小于傳統的斗式提升機和帶式輸送機，它可以將各個系統分開布置，可在不同位置分別設置進料點后最終合并在一起，輸送管道可根據廠區情況靈活走位，氣源可以距離設備較遠布置，控制系統可以就地也可以遠程統一管理，真正在廠房內的設備只有輸送裝置和分離裝置，對優化廠房內的空間布局來說，氣力輸送在改造中有著無法比擬的優勢。

綜上，通過實驗數據可以發現，采用氣力輸送的方式進行大米輸送是可行的，氣力輸送的增碎情況比傳統機械的增碎情況低，為大米的轉倉和運輸提供了新的思路。合理利用管道技術對提升空間利用、降低運行維護成本、由機械化轉向自動化都有著積極的意義。