玉米和大米混合粉雙螺桿擠壓特征參數(shù)的研究_圖文

1、 作者簡介 :張志森 (1969- , 男 , 四川文理學(xué)院理工系講師。E 2mail :thrywood . cn收稿日期 :2009-04-11第 25卷第 4期 2009年 7 月 Vol. 25,No. 4J ul . 2009玉米和大米混合粉雙螺桿擠壓特征參數(shù)的研究St udy of t he corn 2rice powder characteristic parameters int win 2screw ext rusion p rocess張志森 1Z H A N G 212I un2(1四川文理學(xué)院理工系 , 四川 達(dá)州 ; 2. , 廣東 廣州 510632 (1. De

2、 pt. of Science , A rts and Science , Daz hou , S ichuan 635000, China;2. De ng , J inan Universit y , Guangz hou , Guang dong 510632, China 摘要 :為尋求擠壓機(jī)特征參數(shù)之間的內(nèi)部關(guān)系 , 指導(dǎo)擠壓生產(chǎn)加工實(shí)踐 , 以玉米粉和大米粉為原料 , 在雙螺桿擠壓機(jī)上 進(jìn)行 2因素 3水平的正交試驗(yàn) 。 試驗(yàn)因素為 :螺桿轉(zhuǎn)速和喂 料速率 ; 試驗(yàn)指標(biāo)為機(jī)筒內(nèi)部壓力 、 模頭出口溫度和主機(jī)電 流 。 通過單指標(biāo)回歸分析 , 表明螺桿轉(zhuǎn)速對機(jī)筒內(nèi)部壓力 、 模頭出口

3、溫度及主機(jī)電流 3者影響均顯著 , 而喂料速率僅對 機(jī)筒內(nèi)部壓力和主機(jī)電流影響顯著 ; 進(jìn)一步通過響應(yīng)面分 析 , 得到較好的試驗(yàn)條件為 :螺桿轉(zhuǎn)速 150r/min :, 喂料速 率 :14r/min 。關(guān)鍵詞 :擠壓 ; 特征參數(shù) ; 單指標(biāo) ; 回歸分析 ; 響應(yīng)面分析Abstract :For t he purpose of finding t he inner relations of extrusion characteristic parameters and guiding t he extrusion practice. 22fac 2tors and 32levels or

4、t hogonal experiment s are carried out on t he twin 2screw extruder wit h t he corn 2rice powder as t he materials. The fac 2tors are set to be screw rate and feed rate ; t he indices are set to be :inner pressure , die outlet temperature and generator current. The experimental result s are inspecte

5、d wit h t he single index regression a 2nalysis , t he result s show t hat t he screw rate has t he significant influ 2ence on t he variables of barrel inner pressure , die outlet temperature and generator current , while t he feed rate only impact significantly on t he barrel inner pressure and gen

6、erator current. After t he re 2sponse analysis of t he original variables , t he desired experimental conditions are obtained. The factors should be set as :screw rate =150r/min , feed rate =14r/min.K eyw ords :Extrusion ; Characteristic parameters ; Single index ; Re 2gression analysis ; Response a

7、nalysis食品擠壓加工是現(xiàn)代食品加工中的高新技術(shù) , 在食品擠 壓加工研究中 , 食品物料擠壓特性研究與設(shè)備特征參數(shù)研究 成了人們關(guān)注的兩大課題14。左春檉等5通過口感評價和膨化度對比 , 得出了較優(yōu)的工藝參數(shù)和食品配方 。張志森 等 6研究了因素變量對指標(biāo)變量的影響順序 , 獲得了較好的 擠壓加工條件 。 本試驗(yàn)研究了玉米與大米混合粉擠壓特征 參數(shù) (模頭處物料壓力 、 溫度以及主機(jī)電流 受螺桿轉(zhuǎn)速與進(jìn) 料速率影響的規(guī)律 , 對指導(dǎo)擠壓生產(chǎn)實(shí)踐 , 提高擠壓生產(chǎn)效 率具有一定的指導(dǎo)意義 。1 材料與方法1. 1 設(shè)備本試驗(yàn)采用 BC45型雙螺桿擠壓機(jī) (法國 Clextral 公 司 ,

8、 該機(jī)對原料適應(yīng)性好 , 具有較好的應(yīng)變性和控制性 。 其 主要參數(shù)為 :螺桿外徑 <55mm , 螺桿總長 600mm , 兩螺桿中 心距 45mm , 喂料螺桿的直徑 <48mm , 電機(jī)功率 14. 7kW 。熔體壓力傳感器 :TPT493型 , 美國 Dynisco 公司 。1. 2 材料采用玉米全粉和大米粉 1 1(W W 的比例 , 再適當(dāng)加 入一些糖和鹽調(diào)味 。配方如下 :玉米粉 49%, 大米粉 49%, 精鹽 1. 7%, 甜蜜素 0. 3%。1. 3 方法采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) , 根據(jù)預(yù)試驗(yàn)結(jié)果 , 設(shè)置因素水平見 表 1。表 1 因素水平表Table 1 Tabl

9、e of factors and levels /(r min -1 水平螺桿轉(zhuǎn)速 N進(jìn)料速率 V1501861機(jī)筒中間段的溫度定為 180 。考察的指標(biāo)變量為 :模頭出口處溫度 T ( , 出口壓力 P (Pa , 主機(jī)電流 I (A 。 在擠壓生產(chǎn)中 , 輸入的單位機(jī)械能 、 單位熱能和擠壓機(jī)的功 耗等特征參數(shù)可由上述指標(biāo)間接體現(xiàn) 。2 結(jié)果與分析試驗(yàn)采用 L 9(34 正交表中的因素組合進(jìn)行 , 試驗(yàn)獲得的 各指標(biāo)變量值如表 2所示 。2. 1 試驗(yàn)結(jié)果分析 7對編碼變量的回歸分析編碼變量 (-1,0,1 是將各原始變量減去中心數(shù)再除以 變量間距構(gòu)成的 , 該編碼變量在進(jìn)行回歸分析時 ,

10、 可以使各 因素變量向量正交 , 回歸分析過程簡化 。應(yīng)用 SAS 通用分 析軟件得到各響應(yīng)變量對因素變量的回歸方程為 (各回歸系 數(shù)的檢驗(yàn)均為極顯著 P 0. 002 :P =52. 43-28. 50x 1+11x 2+10. 64x 21T =126. 86+9. 50x 1 I =22-4. 5x 1+171x 2-. 5x 22 (3 式中 :x 1 因素變量螺桿轉(zhuǎn)速 N , r/min ;x 2 進(jìn)料速率 V 的編碼變量 。表 2 正交試驗(yàn)結(jié)果Table 2 The results of the orthogonal experiments試驗(yàn) 次數(shù) N V物料壓力P ×

11、105/Pa物料溫度 /主機(jī)電流 / A為進(jìn)行原始變量響應(yīng)面分析 , 需對編碼變量的回歸方程 進(jìn)行變量還原 。 為此 , 令 :x 1=30x 2=2代入上述方程 (1 、 (3 中 , 得到 :P =248. 72-3. 79N +5. 5V +0. 012N 2(4 I =20. 84-0. 42N +6. 09V -0. 0083NV +0. 0017 N 2-0. 13V 2(5 應(yīng)用 軟件 , (5 的響應(yīng)面 , 如圖 1、 圖 2。圖 1 物料壓力對因素變量的響應(yīng)面Figure 1 Response surface of pres. vs factors圖 2 主機(jī)電流對因素變量的

12、響應(yīng)面Figure 2 Response surface of current vs factors 從物料壓力對因素變量的響應(yīng)面 (圖 1 可以進(jìn)一步看 到 , 螺桿轉(zhuǎn)速對擠壓機(jī)內(nèi)物料壓力的影響比喂料速率的影響 要大 , 壓力隨螺桿轉(zhuǎn)速的增大而減小 , 隨進(jìn)料速率的增大而 增大 , 在低的螺桿轉(zhuǎn)速下模頭壓力隨進(jìn)料速率的變化顯著 。 這主要是由于隨著螺桿轉(zhuǎn)速的降低 , 物料在擠壓機(jī)內(nèi)駐留的 時間增長 , 物料的壓縮段加大并且后移 , 使得擠壓機(jī)模頭處 熔融段增加 , 壓力得以建立并保持較大值而造成的 。相反 , 當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)速較高時 , 物料在機(jī)筒內(nèi)的駐留時間相對縮短 , 壓 縮段較短 , 相應(yīng)的

13、熔融段也減少 , 使模頭處壓力較小 。161機(jī)械與設(shè)計(jì) 2009年第 4期 從主機(jī)電流對因素變量的響應(yīng)面 (圖 2 可以看到 , 螺桿 轉(zhuǎn)速與喂料速率均對擠壓機(jī)的主機(jī)電流具有較復(fù)雜的影響 , 說明在操作擠壓機(jī)進(jìn)行擠壓加工過程中 , 兩個特征參數(shù)對擠 壓機(jī)的能量消耗尤為重要 。 從圖 2可見 , 主機(jī)電流隨著螺桿 轉(zhuǎn)速的增大而減小 , 隨著進(jìn)料速率的增大而增大 。 為使功耗 較小 , 可采用較大的螺桿轉(zhuǎn)速和較小的喂料速率組合 。 3 結(jié)論本試驗(yàn)以玉米粉和大米粉為原料 , 在雙螺桿擠壓機(jī)上進(jìn) 行了正交試驗(yàn) , 對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了回歸分析和響應(yīng)面分析 , 表明 :物料壓力隨螺桿轉(zhuǎn)速的增大而減小 、 隨

14、進(jìn)料速率的增 大而增大 ; 主機(jī)電流隨著螺桿轉(zhuǎn)速的增大而減小 , 隨著進(jìn)料 速率的增大而增大 ; 擠壓機(jī)內(nèi)物料溫度在固定機(jī)筒外加熱裝 置設(shè)定溫度條件下 , 僅與螺桿轉(zhuǎn)速有關(guān) 。參考文獻(xiàn)1 Cayot N , Bounie D H. aextruder :t t vari 2 ablesJ.Journal 1995(25 :245260. 2 Dekka Valle G , Y , Colonna P , et al. The ext rusion be 2 haviour of potato starchJ.Carbohydrate Polymers , 1995(28 :255264.3 M

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