顺流式糙米加湿调质装置的设计.docx

1、顺流式糙米加湿调质装置的设计 13 届毕业设计顺流式糙米加湿调质装置设计学生姓名学 号所属学院专 业班 级指导教师日 期 机械电气化工程学院制前 言 新疆是全国粮食主产区之一，天山北坡准格尔盆地更是国家的商品粮基地，粮食的生产加工关系全区的发展大计。新疆主要粮食作物以小麦、水稻为主，在全国，主要粮食作物水稻的生产加工是重中之重。在我国东北以及华北、南方城市，水稻的种植面积日益扩大，水稻产销量也大幅度增长。大米销量的增长极大地促进了粮农收入水平的提高，与大米生产加工销售相关的行业蓬勃发展，很大程度上拉动了我国农业经济的发展。在这种形势下，对水稻生产加工等一系列问题的研究就具有十分重要的意义，迫切

2、需要与大米生产加工相关的科学技术有新的发展和进步。本课题主要研究大米加工过程中，如何减少大米中的精裂纹、减少碎米、提高出米率、改善米质、降低能耗等问题。这些问题的解决可提高大米加工企业效益、增强竞争力、增加农民收入、改善人民生活。关键词：水稻；糙米加湿；加湿调质。 目录1 绪论 12 糙米着水调质技术的应用与发展 22.1 国外糙米着水调质技术的应用与发展 22.2 糙米着水调质技术在我国的应用 23 糙米着水调质的作用机理 33.1润糙工艺 33.2喷雾着水加湿装置参数及要求 34 喷雾着水加湿装置工作部件的选用 34.1 泵及电机的选用 34.2 流量计的选用 54.3 喷头的选用 75

3、糙米加湿调质装置内部结构的设计 75.1 糙米散料装置的设计 75.2 管接头及软管的选用 9总 结 11致 谢 12参考文献 13 1 绪论新疆是全国粮食主产区之一，天山北坡准格尔盆地更是国家的商品粮基地，粮食的生产加工关系全区的发展大计。新疆主要粮食作物以小麦、水稻为主，在全国，主要粮食作物水稻的生产加工是重中之重。在我国东北以及华北、南方城市，水稻的种植面积日益扩大，水稻产销量也大幅度增长。大米销量的增长极大地促进了粮农收入水平的提高，与大米生产加工销售相关的行业蓬勃发展，很大程度上拉动了我国农业经济的发展。在这种形势下，对水稻生产加工等一系列问题的研究就具有十分重要的意义，迫切需要与大

4、米生产加工相关的科学技术有新的发展和进步。这对农业科技人员提出了更高的要求，水稻产量提高的同时，水稻的质量也应上一个台阶，加工出优质的大米才能满足市场的需要。经过众多农业科技人员的努力，新的水稻品种相继问世，新的加工方法及工艺不断出现，原有的加工方法及工艺也获得了很大的提高。所有这些为加工优质大米提供了可靠保证。本课题主要研究大米加工过程中，如何减少大米中的精裂纹、减少碎米、提高出米率、改善米质、降低能耗等问题。这些问题的解决可提高大米加工企业效益、增强竞争力、增加农民收入、改善人民生活。业内人士都知道。稻谷的安全贮藏水分是14%，而稻谷的最适宜加工水分含量为16%17%。这是因为稻谷在低水分

5、条件下硬度和脆性较大，在磨米加工过程中易被磨碎或出现精裂纹，有精裂纹的大米做成米饭时，在精裂纹处会产生淀粉沉积，使口感下降；同时，硬度和脆性较大的稻谷会使磨米机的功耗增加，加工成本增高，如何将稻谷的水分加湿调质到最优值显然具有重要意义。随着我国加入，将来我省的大米如何进入国际市场，是值得我们思考和研究的问题，目前，韩国、日本及东南亚地区的大米价格是我国的好几倍，而我国的大米出口受到限制就是因为大米的品质不高。如果这项工作做好了，就可以保证将水稻加工成优质米，可以为我省大米打开国门、进入国际市场创造有利条件。为了提高成品白米的整米率，改善白米外观，提高米粒的光洁度，同时改善米饭食用品质，根据有关

6、文献报导，当今世界各国大米加工界都在不断优化稻谷加工工艺，除了广泛采用稻谷分级、多级轻碾、白米分级、色选配米等工艺外，还普遍增加了糙米调质和白米调质工序。所谓糙米调质即是在一定的温度下对糙米进行喷雾着水，并将着湿的糙米在仓内进行一段时间的润糙调整，喷雾着水的着水量以及润糙所需的时间视稻谷品种，原粮水分而异。在润糙的过程中，米粒内部的水分形成梯度分布，使糠层的水分含量大于胚乳，既保证干枯的糙米层得到充分的湿润，又能使胚乳保持最高的机械强度，这样的糙米在进入米机碾白时，仅用较轻的碾白压力就能脱皮，从而大大提高了成品大米的整米率；另一方面在碾削过程中，内部湿润的米粒之间，米粒余碾棍和米筛之间的摩擦，

7、能对大米起到抛光的作用，在米粒表面形成一层极薄的凝胶膜，使出机大米外观光洁如玉，晶莹剔透，还可以提高成米的储藏性能，防止大米在储存，运输，销售等环节中的米粉脱落，保持大米的口味新鲜度。糙米调质是改善米饭食用品质的需要。米饭食用品质的研究表明：影响米饭食用品质的主要因素是大米的化学指标和物理指标，如直链淀粉含量、水分含量、陈米化程度、大米的粒度、光泽以及爆腰率、碎米含量等等当原料品种一定是，水分及碎米含量对米饭的食用品质其极为重要的作用。这是因为水分高的大米在做米饭时，浸泡的吸水速度慢，不易产生水中龟裂，米饭的食用品质好。糙米调质是提高经济效益的需要。调质后的糙米进入米机碾白时如同加入了润滑剂，

8、在相同的剥刮效果的条件下，调质后的糙米碾白机所需电流要比未经调质的糙米碾白机所需的电流约10%。吨米加工耗电量相应减少，成本降低；而米糠和碎米减少，大米的出米率相应提高，因此设置糙米调质工艺也能为提高大米加工厂的经济效益做出贡献。 烘干稻米的加工工艺中，设置糙米调质工序尤为重要。为防止高水分稻谷在储存过程中变质很多粮库、米厂设置稻米烘干工序是非常必要的，但经过烘干的稻米其加工特性发生了明显的变化，如不采取调质工艺，则加工出的成品大米其外观、色泽以及米饭食用品质均会明显变差。总之，糙米调质的必要性主要有：糙米调质是提高出米率，改善大米外观品质的需要；糙米调质是改善米饭食用品质的需要；糙米调质是提

9、高经济效益的需要；烘干稻谷的加工工艺中，设置糙米调质工序尤为重要。根据当前我国稻米加工行业的现状及稻米加工企业的经济状况，本文设计了适合中小型企业使用的日处理吨糙米的喷雾着水加湿装置。2 糙米着水调质技术的应用与发展2.1国外糙米着水调质技术的应用与发展国际上糙米流通加工以日本的技术最先进，糙米调质的研究起步较早，日本研究人员从味道测试和品尝试验结果中发现，白米水分在以下味道明显不好，而水分在的白米味道良好。北海道大学研究人员通过糙米调质研究发现，碾白时糙米硬度的理想范围是。在日本,采用糙米碾白前微量调质的方法来改善糙米的加工特性已有近20年的历史.针对日本糙米品种的特点, 日本在碾白前微量调

10、质技术方面进行了实验室糙米薄层和厚层通风加温、加湿研究，并在现代化精米厂得到应用。起初，日本糙米调质技术采用直接喷雾着水方式进行调质，在世纪年代末年代初，日本糙米调质的技术开发研究进度迅速，采用多种方式及装置对糙米调质技术获得多项专利，并逐渐趋向采用超声波加湿的方式对糙米调质。超声波加湿器产生的水粒子以其他方式如蒸汽加湿、气化式加湿相比是最细的，利用超声波产生的水雾能很快与空气混合，糙米吸收水分速度很快、水分更均匀。由于超声波加湿器雾化量有限及价格昂贵，对于碾米厂投资较大，不适合于我国国内的多数中校碾米企业。日本的稻米加工分为两个阶段，前一阶段是从稻谷收获、干燥、脱壳到糙米。白米加工是以糙米作

11、原料，糙米集中储存在自动控温、控湿的储存仓中。工艺流程如下： 碾白 刷白糙米 初清 计量 着水调质 去石 色选 （多道碾白） 湿式抛光精碾 分级 精白米 计量 混米 包装 营养米（多流程） 胚芽米 2.2 糙米着水调质技术在我国的应用我国是世界上第一大稻谷生产国，碾米工业技术及装备在国际碾米工业界占有一席之地。但目前国内很少有专用的糙米微量调质设备，只有部分米厂设置调质工艺而且大都采用小麦着水设备由于从国外引进的糙米调质器价格昂贵，至今国内应用很少。为了保持稻谷的食用品质,我国通常采用常温通风储藏的方式储存稻谷以降低储藏温度和水分，达到安全储粮的目的，长期储存稻谷水分降低更多,一般为11%13

12、%，甚至更低,虽有效地延缓稻谷的陈化过程，但是稻谷水分偏低，糠层和胚乳、胚部分结合更加紧密,脆性增加，在加工过程中，由于米糠难剥离，故碾米机使用的碾削力大，因而碎米率升高、出米率降低、电耗增加，而且食味有所下降，严重地影响了碾米企业的经济效益，糙米微量调质技术的研究开发已迫在眉睫。国内常用的着水润谷的工作原理是：将需要加工的低水分稻谷通过斗式提升机进入润谷仓顶向上倾斜的稻谷着水混合机内，与此同时，水泵供应的具有一定压力的清洁水经过调整好流量的阀体，进入着水混合机内的自动喷水装置，想在四周洒落的稻谷表面均匀的喷水。经过着水混合后的稻谷不断地从该机的出料口排入下方的水平螺旋绞龙内，再作进一步的搅拌

13、混合后，进入稻谷润谷仓内储存一定的时间，使稻谷表面附着的水分。 逐步渗入到稻谷壳和糙米的内部，实现水分的再分配，最终达到稻谷加工所需的最佳工艺品质的要求，从而大大减少碎米率，提高出米率和大米的品质。 清 选 干式碾白稻谷（原粮）计量 砻谷 谷糙分离 碾白 （去杂、去石、去铁） 着水碾白 湿式 普通米 精碾 白米分级 计量包装 精洁米 干式（刷白） 营养米3 糙米着水调质的作用机理3.1润糙工艺润糙设在谷糙分离机后，头道米机前，设置润糙仓，采用喷雾着水。糙米着水调质的作用机理：(1) 在加水或使用蒸汽后，由于糙米皮层与胚乳中各种成分的不均匀分布，其吸水速度和能力也就不同、吸水后的膨胀先后不同、使

14、皮层与胚乳结合状态发生变化，在界面上产生一定程度的位移，使皮层与胚乳结合力下降，皮层易碾。(2) 皮层吸水后变得湿润和松软，在较低的碾白压力下即能被碾除，使碾白过程中的电耗降低，整米率提高，出碎米率降低。同时，皮层变软碾削下来的糠片比较大，粘附在白米表面的糠粉少，划痕少，为后一段的抛光工艺表面质量打下了基础。(3) 米皮湿润后，糙米表面的摩擦系数增加，使米机所施的擦离作用减小，更易碾白。(4) 通过水分调节，大米内部的蛋白质分解酶活性、脂肪分解酶活性、游离子氨基酸含量、糖化活性、蔗糖和各种还原糖含量都有一定程度的变化，对大米的食用品质改善有较大的作用。(5) 通过水分调节，入碾糙米有较为稳定的

15、水分，使碾米工艺过程和操作得以稳定进行，从而确保稳定大米的质量、出米率和生产效率。(6) 保证大米的水分含量合乎国家标准，不会因糙米的水分过低而造成大米的水分过低，从而使国家和企业免受经济损失。3.2 喷雾着水加湿装置参数及要求3.2.1 主要工艺参数和要求根据碾米作业工艺的要求，本设计的主要参数要求为：处理糙米量：8000 kg /h未经着水的糙米水分约为15%，着水后的糙米水分约为16.5% 。参数计算(1) 着水量计算 设着水量为T单位kg/h应有：（8000+T）16.5%800015%=T （3-1） 解得T=144 kg/h。(2) 水流量的计算 水的密度为1 kg/L所以要求水的

16、流量Q1144L/h。3.2.2 水压泵的主要技术要求要获得良好的糙米着水加湿调质效果，准确掌握着水量及润糙时间是关键。因本装置采用得是喷雾着水的方式对糙米进行调质，所以喷雾用压力泵应满足以下要求：（）能够提供大小合适的水压力，把润糙所需的水在规定的时间内通过水管输送至喷头；（）能够根据不同的生产要求控制水量的多少；（）泵提供的水流量的稳定性应满足糙米加湿工艺的要求。水流量的稳定的主要影响因素是水的脉动性。3.2.3 喷头的主要技术要求喷头是糙米调质装置的的关键部件之一，只有当水雾的颗粒足够细，水雾散开角足够大时，才能保证水雾与米粒充分接触，否则即使有足够的润糙时间也不能达到均匀的润糙效果，因

17、而在后续工艺中也就达不到理想的碾白效果。4 喷雾着水加湿装置工作部件的选用4.1 泵及电机的选用4.1.1工作原理本设计采用叶片涡流泵。叶片涡流泵又称旋涡泵，它通过旋转的叶轮叶片对流道内的液体进行三维流动的动量交换而输送液体。泵内的液体可分为两部分：叶片间的液体和流道内的液体。当叶轮旋转，叶轮内的液体受离心力大，而流道内的液体受离心力小，使液体之间产生相对旋转运动。又由于液体跟着叶轮前进，使液体产生与叶轮转向相同的“纵向漩涡”。此纵向漩涡使流道内的液体再次返回轮间，再次受到离心力的作用。而每经过一次离心力的作用，液体的压力就增加一次。因此旋涡泵具有其他叶片泵（如离心泵）所不能达到的较高的压力。

18、4.1.2工作特点旋涡泵结构简单，工作可靠，具有自吸能力，启动时不需要灌泵；由于液体在旋涡泵的流道内冲击损失较大，因此效率较低，一般不超过45%，通常情况下为35%38%。根据糙米加湿水量为Q1144L/h，泵的容积效率=0.8，则Q2=180 L/h （4-1）表4-1 叶片涡流泵主要参数表型号流量扬程叶轮直径允许上真空度20W-65180L/h80m105mm6.5m电动机功率转速轴功率效率重量2.2kW2900r/min121kW37%13kg图4-1 叶片涡流泵外形及安装尺寸图4-2 叶片涡流泵示意图4.2 流量计的选用4.2.1工作原理本设计采用金属管浮子式流量计是由流量检测部分和转

19、换部分两部分组成的。浮子流量计的流量检测元件是由一根自上而下逐渐扩大的垂直锥形管和一个沿锥形管轴上下移动的浮子组成。被测流体自上而下经过锥管和浮子形成的环隙时，浮子的上下端产生压差，是浮子上升。当升力大于浮子的重量，浮子上升，环隙的面积因而随之增大，环隙处的流体流速立即下降，使压差减小，升力亦减小，直至二者相等，浮子稳定在某一高度。计算流量的基本计算公式为：Q=Fm3/s （4-1）式中：-仪表的流量系数； F-流通环形面积；V-浮子的体积；-被测流体的密度；F-浮子的工作直径（最大直径）处的横截面积；G-浮子的质量。4.2.2 工作特点（1）浮子流量计适用于小管径和低流速小流量。浮子流量计应

20、用局限于中小管径，金属管浮子流量计为150mm,更大管径只能用分流型仪表。（2）金属管流量计中流体的速度一般在0.5-1.5m/s。浮子流量计可用于测量较低雷诺数，选用黏度不敏感形状的浮子，流通环隙处雷诺数只要大于40，雷诺数变化流量系数即保持常数，亦即流体黏度变化不影响流量系数。这数值远低于标准孔板等节流差压式仪表最低雷诺数104-10要求。（3）大部分浮子流量计没有上游直管段要求，或者说对上游直管段要求不高。（4）浮子流量计有较宽的流量范围度，一般为10：1，最低为5：1，最高为25：1。流量检测元件的输出接近于线性。（5）浮子流量计的压力损失较低,小口径为0.2-2kp,10-100mm

21、为2-8 kp；（6）浮子流量计的价格低廉，金属管浮子流量计较之于玻璃管浮子流量计无锥管破裂之虞，可以用于较高的介质温度和压力。与玻璃管浮子流量计相比，使用压力和范围更宽。（7）大部分浮子流量计只能用于自下而上垂直的管道安装。金属管浮子流量计通常均为法兰连接，只有个别型号用螺纹连接。图4-3 金属管浮子式流量计示意图4.2.3 选用要点（1）浮子流量计作为直观流动指示或测量精度不高的现场指示仪表，被测流体的工作压力和温度应低于仪表的额定值。流体温度较高时，有些制造厂规定要降低额定压力，通常样本和使用说明书中都有说明。（2）浮子流量计为低中精度仪表。金属管浮子流量计的就地指示误差为1%-2.5%

22、，远传型为1%-4%。其范围度在5：1-10：1。（3）浮子形状和黏度影响。浮子形状不属于使用者选择的范畴，制造厂是根据仪表结构和流量范围来选择合适的形状而设计的，但使用者应了解所使用浮子的特点和流量指示受黏度影响的程度。 流量的基本计算公式中未包含流体黏度参数，但流量系数在环形通道雷诺数R低于某一值时不是常数，而是随R变化，R与流体黏度成反比。R取决于流体黏度、浮子的最大直径和其所在位置锥管内直径比、环形通道中流体的流速。本设计中采用伞形浮子。如上图中所示。这种伞形浮子的流量系数与雷诺数R两者之间的函数关系见下图: 图4-4 伞形浮子的流量系数与雷诺数R的关系图4.3 喷头的选用喷头采用微细

23、雾化喷雾喷头，这种喷头适于小流量低黏度的液体。由于进水管的液体具有一定压力，再经过具有特殊内部构造的喷头，能产生空心锥形喷雾形状，喷射区域呈环形，喷雾角度为88-144度，本设计中根据加湿水量Q=144 L/h 以及进水管口径来选择型号，其具体参数见下表。该类喷嘴能产生分布均匀、非常微细的液滴，能够产生湿雾效果，能够保证湿雾与米粒充分地接触以达到均匀润糙的效果。这类喷嘴的典型产品是用铜合金材料的棒材精密加工而成，内部旋流腔设计新颖，能够获得良好的喷雾效果，易于拆卸检查或清洗。表4-2 微细雾化喷雾喷头参数表型号口径测量范围锥管锥度锥管长度LZQ-2525mm0-600L/h58130100mm

24、型号流量进水管口径喷射角喷射形状LN-15143L/h15 mm90度空心锥形图4-5 微细雾化喷雾喷头示意图5 糙米加湿调质装置内部结构的设计5.1 糙米散料装置的设计 在进料后的下方设置了物料聚中导管和伞形散料罩，这样的设计能够使糙米呈幕帘状均匀下落，从而保证雾米均匀混合。米流的流量为： Q=2.8910-3 m3/s (5-1) 糙米在聚中导管中的流动状态类似于流体的运动，米流的速度可近似用流体力学的定理来估算。由 Q=VS ,V= 在下图中： 截面处 D1=1.2 m , s1=D2=1.13 m2 ,V1=0.3 cm/s 截面处 D2=0.4 m , s2=0.13 m2 , V2

25、=2.3 cm/s截面处 D3=0.3 m , s3=0.07 m3 ,V3=4.1 cm/s由伯努利方程，在截面处和截面处有：Z1+= Z3+ (5-2)式中，Y为米流的重度，Y=7546 N/m3 g为重力加速度，g=9.8 m/s2V1=0.3 cm/s V3=4.1 cm/s Z= Z1- Z3=0.9 m P1=1105 pa将以上各指代入伯努利方程中，可求得: P3=111318 pa截面处实际压力 P= P3- P1=11318 pa由此可求得伞形散料罩所承受负荷为: F1=PS3=792 N 考虑实际工作条件， 取F=kF1 ,k=1.3F=7921.31000 N图5-2 伞

26、形散料罩的支撑梁受力分析图伞形散料罩的两根支撑梁为热轧不等边角钢，每根梁受力为500 N其中:B=100mm,b=63mm,d=6mm,Y0=14.3mm,X0=32.4mm,Ix=31cm4Ymax=b-Y0=63-14.3=48.7 mm=23.56 MPa (5-3)不等边角钢由45号钢轧制而成，其许用应力为=100 MPa=23.56 MPa =1 00 MPa5.2 管接头及软管的选用管接头是连接各元件和管路系统必不可少的元件，对它的要求是工作可靠、密封性好、夜流阻力小、结构简单、安装方便。本设计中采用卡套式管接头，这种接头结构简单、工作可靠、拆装方便，适于中等管压力。其型号是根据喷

27、头的进水管口径来选定的。具体结构见下图： 图5-3 卡套管接头示意图 图5-4 糙米加湿调质装置总体示意图糙米调质后，下一道工序是进入碾米机中进行碾白。碾米作用可大体分为摩擦式和碾削式，如何调整两种方式的比例和碾米机参数，更有效地发挥碾米作用也是保证糙米调质效果的重要方面。由于糙米调质，势必造成米糠的水分有所增加，米糠的稳定受到影响，因此，应研究米糠的进一步劣变，为米糠的综合利用提供良好的原料。本文设计的糙米加湿装置适合我国国情、投资小、容易推广应用。在加湿过程中应适时观察检测糙米的状态，及时地对水泵和喷头作出调整，以获得最佳的调质质量。作为调质工艺和设备的研究在我国尚处初级阶段，许多与调质工

28、艺技术相关的谷物生化、酶技术等基础学科正在探索，随着研究的深入，我国的碾米技术将提高到一个新水平。总 结本设计主要介绍了糙米加工行业现状，对国内、国外行情进行介绍和分析，介绍了糙米加湿调质的意义和重要性。糙米加湿调质方法现大致分为三大类，即：顺流式、逆流式、横流式。顺流式糙米加湿调质的主要设计就是要突出顺流式糙米加湿特点，糙米流动方向与喷水方向相同，在糙米加湿过程中，要保证加湿的均匀性，保证进水量与进米量成一定比例，才能达到正确的加湿，使加湿后的糙米水分在要求的16%-17%。此设计的着重设计主要是喷头设计、水量计量器设计、糙米进米分散装置等，每一个部件都要与其它部件相配合工作，而且每个部件均

29、要达到预期的要求。喷头喷出的水分的雾化程度、进水计量器控制进水的量、散料罩一定要将米均匀散开等等。糙米加湿调质是大米加工行业近几年新发展的在碾米前的一道必要工序，经过糙米加湿调质后的大米在碾米时能提高整米率、减少碎米，提高行业经济效益。顺流式糙米加湿调质装置适用于中小型大米加工企业，适合我国国情、投资小、容易推广应用。此设计对于现实生活中的大米加湿调质具有重要意义。 致 谢本设计是在兰海鹏老师的悉心指导下完成的，在对机器改进设计的方案和方法方面，兰海鹏老师都细致耐心地给予了指导，使我能得以顺利地完成本次设计，收获甚多，谨此对兰老师表示衷心的感谢！在设计过程中，兰老师以独特的方式引导我独自进行资

30、料的查阅和整理，锻炼了我的工作研另外，在设计究的能力。过程中，我同样得到了许多同学很大的帮助，在此，一并表示感谢。同时，借此机会向四年来在学习和生活中所有帮助和支持我的老师、同学表示诚挚的感谢！参考文献1 孟楚平.MCT-6型糙米调质器的研制与应用J.中国粮食网,2000.18-19.2 王万钧,胡中.实用机械设计手册M.北京.中国农业机械出版社,1985.32-34.3 徐 灏.机械设计手册M.北京.机械工业出版社,1995.34-36.4 刘 品.泵类产品样本M.北京.机械工业出版社,1993.56-57.5 王莉荣.流量测量仪表M.北京.机械工业出版社,1988.58-59.6 李雪玲.工业自动化仪表手册M.北京.机械工业出版社,1997.70-72.7 吴文才.流量测量方法和仪表的选用M. 北京.化学工业出版社,2001.72-74.8 白 菲.工业喷雾产品J.美国Spraying Sistems Co. 1994.23-25.9 赵艳忠.机械设计基础M.哈尔滨.东北农业大,2000.35-37.10成大先.机械设计手册M.北京.化学工业出版社,2002.56-57.11