对不同类型饲料混合机最佳混合时间的研究

     摘 要试验以混合均匀度为观测指标研究了4种饲料混合机——小型腰鼓式混合机、中型腰鼓式混合机、锥形悬臂双螺旋行星式混合机和卧式双螺旋环带式混合机在0.6 的装载系数下的最佳混合时间。物料为膨润土和麦芽根粉，示踪剂为硫酸亚铁。测定各时间点样品中的亚铁离子含量，用于计算CV。结果表明：这4种混合机的最佳混合时间分别为4、6、8、5min；混合时间过短或过长均会降低饲料产品的混合均匀度。

     关键词 饲料混合机；混合均匀度；混合时间

     混合是指在外力作用下，各种物料互相掺合，使之在任何容积里每种组分的微粒均匀分布。混合均匀度是指混合物中各组分均匀分布的程度，即混合物中任意单位容积内所含某种组分的粒子数与其平均含量的接近程度；混合均匀度是确保饲料产品质量以提高饲养效果的重要指标，一般用变异系数CV（%）来表示，CV愈小说明混合的均匀度愈高。其测定方法有很多种，如甲基紫示踪法、沉淀法、粒度法、饲料微量营养成分示踪法等，可根据具体条件选择使用。 影响饲料混合均匀度的因素来自多个方面，主要有混合机类型、混合时间、装载系数和物料性质等。混合时间过长不仅会浪费能源，增加成本，同时还可能因为物料相互摩擦产生静电，反而降低饲料的混合均匀度；而混合时间过短则达不到混合均匀的目的。本试验的目的是，通过对混合机不同混合时间混合均匀度的测定，来确定不同类型混合机的最佳混合时间，为饲料生产提供合理的工艺参数。 试验以硫酸亚铁为示踪剂，使其中的亚铁离子与显色剂邻菲罗啉反应，生成橙红色的络合物，在其最佳吸收峰510nm波长下测定光密度，用于计算CV。

     1 材料与方法

     1.1 材料

     1.1.1 混合机

     小型腰鼓式混合机：该混合机的主体为一个鼓形的混合室，室内正中横向有一轴穿过，轴的两侧各有若干根铁杆，组成了篦式栅栏。混合时，在电动机的带动下，鼓形混合机机体（外壳）按顺时针方向转动，转速为32r/min，室内横轴连同轴上的篦式栅栏按逆时针方向转动，使物料在翻动、搅拌的过程中混合均匀。按 0.6的装载系数该混合机可装30kg物料。 中型腰鼓式混合机：该混合机的结构与小型腰鼓式混合机相似，只是室内横轴两侧是若干个桨叶，鼓形混合室也较大，转速为18r/min，按0.6的装载系数，可装60kg物料。 锥形悬臂双螺旋行星式混合机：该混合机主体呈锥形，材料为不锈钢板，底部朝上，进料口在上部，出料口位于下部。其内部与混合室斜壁平行的方向有一长一短两根相互对称的螺旋体。这两根螺旋体既可公转又可自转，公转时沿内壁搅动物料，自转时将物料上提。其中长螺旋体自转时可将混合室底部的物料向上提；短螺旋体自转时可将混合室中部物料向上提，以此达到混合物料的目的。按0.6的装载系数该混合机可装载物料170kg。厂家建议混合时间约10min。 卧式双螺旋环带式混合机：该混合机转轴上固定有两个旋向相反的螺带，内螺带半径小，而宽度大。当轴转动时，由于两螺带旋转方向相反，将物料向两端推动，物料颗粒之间出现相互渗透、换位；又由于螺旋环带半径不同，导致物料相对运动的速度不同，进而形成剪切混合，从而达到混合物料的目的。按0.6的装载系数，该混合机可装载物料730kg。厂家建议混合时间4~6min。

     1.1.2 混合物料

     混合物料为膨润土和麦芽根粉，全部通过60目标准筛；示踪剂为硫酸亚铁（FeSO4·H2O）, 全部通过100目标准筛。

     1.1.3 采样设备

     半自动采样器：长3m，采样量约100g。 1.1.4 化验试剂及设备 邻菲罗啉溶液：溶解0.1g邻菲罗啉于约80ml、80℃的蒸馏水中，冷却后用蒸馏水稀释至100ml，保存于棕色瓶中，并置于冰箱内可稳定数周；乙酸盐缓冲液：溶解8.3g无水乙酸钠于蒸馏水中，加入12ml冰乙酸，并用蒸馏水稀释至100ml；盐酸：分析纯；分析天平：TG328型半自动电光分析天平，感量为0.1mg；721型分光光度计。

     1.2 测定方法 采用微量元素预混合饲料混合均匀度的测定法（GB10649-89）。

     1.3 试验方案

     1.3.1 采样时间设计

     各混合机的采样时间如表1所示。

     1.3.2 采样点布局

     于每个时间点采取10个样品，该10个样品的采集点均匀分布在混合机内，每个样品在采样点集中抽取。

     1.3.3 物料及示踪剂的添加方法

     试验所用硫酸亚铁示踪剂添加量为物料的0.08%。试验开始时先将约70%的物料加入到混合机内，再加入称量好的硫酸亚铁，最后加入剩余部分的物料，开机记时混合（因为要准确控制混合时间，对悬臂锥形双螺旋行星式混合机和卧式双螺旋环带式混合机并未遵循先开机后加料的规定）。

     1.3.4 数据处理方法

     直接用光密度值（每个样品的称样量是相等的）计算变异系数，设10个样品的光密度值分别为X1、X2、…X9、X10，则平均值X.

     2 试验结果

     2.1 小型腰鼓式混合机混合均匀度随混合时间的变化趋势

     由表2和图2可看出，小型腰鼓式混合机的最佳混合时间4min，混合均匀度变异系数达到6.5%；理想混合时段4~4.5min，相应的混合均匀度变异系数6.5%~6.8%。

     2.2 中型腰鼓式混合机混合均匀度随混合时间的变化趋势

     表3和图3表明，中型腰鼓式混合机的最佳混合时间为6min，混合均匀度变异系数达到6.1%；理想混合时段6~7min，相应的混合均匀度变异系数6.1%~6.4%。

     2.3 锥形悬臂双螺旋行星式混合机混合均匀度随混合时间的变化趋势

     表4和图4表明，锥形悬臂双螺旋行星式混合机的最佳混合时间8min，混合均匀度变异系数6.3%；理想混合时段8~9min，相应的混合均匀度变异系数6.3%~6.6%。

     2.4 卧式双螺旋环带式混合机混合均匀度随混合时间的变化趋势

     表5和图5表明，卧式双螺旋环带式混合机的最佳混合时间为5min，混合均匀度变异系数达到6.3%；理想混合时段5~7min，相应的混合均匀度变异系数6.3%~8.2%。

     3 分析与讨论

     由试验结果可以看出，随着混合时间的延长，4种类型的混合机混合均匀度变异系数总体上的变化趋势相似，即由大变小后，又逐渐增大。这与袁洪岭（1999）、田种雄（2003）的测定结果的变化趋势[3，6]相似。说明混合时间短时，示踪物在物料中分布不均，故变异系数大；随混合时间增大，示踪物的分布渐趋均匀，从而使变异系数逐渐变小；但当混合时间过长时，由于物料的对流、剪切、扩散和摩擦产生的静电作用，不可避免地会产生偏析和再度分离现象，使变异系数又有变大的趋势[6]。可见，测定混合机最佳混合时间对提高产品质量、节约能耗和提高生产效率具有重要意义。

     两个腰鼓式混合机开始几个混合时间点的混合均匀度变异系数不仅数值较大，而且波动也较大，其原因在于刚开始混合时示踪物在物料中的分布极不均匀。在前次采样中，某一个或几个样点含示踪剂较多，但在下次采样时，该采样点又是含示踪剂较少的物料，故不仅每一时间的变异系数较大，而且相邻两个时间点所采样品的变异系数相差也较大，故在曲线图上表现出很大的波动。随着混合时间的延长，示踪剂分布渐趋均匀，变异系数也逐渐变小，且相邻两个时间点的变异系数相差也小，曲线较平稳。锥形悬臂双螺旋行星式混合机和卧式双螺旋环带式混合机混合均匀度随时间的变化趋势虽然比较平稳，但开始的混合均匀度变异系数仍然比较大。说明无论何种混合机，在混合开始的一段时间内，物料的分布均匀性相当差，这就显示了测定混合机理想混合时间的必要性和重要性。 从试验结果还可以看出，4台混合机的最佳混合时间各不相同。其中，锥形悬臂双螺旋行星式混合机的最佳混合时间最长，为8min。其原因在于，该混合机两螺旋体直径约15cm，上提物料量少，而且转速较小，约3r/min，对物料的翻动比较慢。小型腰鼓式混合机的最佳混合时间最短，为4min。其原因在于，该混合机的转速较快，约32r/min，且机内有蓖式栅栏，对物料有很强的搅动作用。 试验以膨润土和麦芽根粉为混合物料，在混合物料变化时，可能会造成最佳混合时间的变化，需要重新测定最佳混合时间。

     4 结论

     4.1 本试验测定的4种混合机——小型腰鼓式混合机、中型腰鼓式混合机、锥形悬臂双螺旋行星式混合机和卧式双螺旋环带式混合机的理想混合时段分别为 4~4.5min（CV为6.5%~6.8%）、6~7min（CV为6.1%~6.4%）、8~9min（CV为6.3%~6.6%）和5~7min （CV为6.3%~8.2%）。

     4.2 小型腰鼓式混合机、中型腰鼓式混合机、锥形悬臂双螺旋行星式混合机和卧式双螺旋环带式混合机的最佳混合时间分别为4min（CV为6.5%）、6min（CV为6.1%）、8min（CV为6.3%）和5min（CV为6.3%）。 4.3 4种混合机最佳混合时间最短的是小型腰鼓式混合机，混合效率最高；而最佳混合时间最长的是锥形悬臂双螺旋行星式混合机。