米糠高濕高溫調(diào)質(zhì)膨化新技術(shù)

傅山鋮，相 海，任嘉嘉，宋健宇，郭金強，潘國祥

(1.中國農(nóng)業(yè)機械化科學(xué)研究院，北京100083； 2.浙江三中糧油科技有限公司，浙江 德清313000；3.沭陽潤益農(nóng)業(yè)科技有限公司，江蘇 沭陽223600)

0 引言

中國一直以來都是糧食生產(chǎn)大國，而水稻也一直被人民群眾默認為主食之一。2018年中國的稻谷產(chǎn)量達到21 213萬t。米糠是稻谷加工生產(chǎn)得到的副產(chǎn)品，米糠產(chǎn)量約占稻谷產(chǎn)量的7%，而營養(yǎng)成分可占稻谷營養(yǎng)的64%左右[1]。利用米糠生產(chǎn)的米糠油中不僅含有脂多糖、生育三烯酚等營養(yǎng)物質(zhì)，同時，其含有的脂肪酸比例約為1.1∶1，是世界衛(wèi)生組織推薦的黃金比例[2]。盡管我國是稻谷生產(chǎn)大國，但我國卻不是食用油自給強國。2019年我國的食用油自給率為30.1%，食用油節(jié)余量缺口為88.3萬t；而近年來，中國油料油脂產(chǎn)品的進口依存度一直維持在較高水平[3]。因此，如何提高我國食用油自給率成了油脂行業(yè)亟待攻克的難題。盡管米糠已經(jīng)被用于食用油的提取，但用于制取營養(yǎng)產(chǎn)品的米糠利用率不足15%[4]。由于米糠中脂肪酶的酶解作用，米糠在室溫25～30 ℃貯藏僅僅7 d，其游離脂肪酸含量便可以從1.02%±0.02%上升至21.39%±0.10%，2周后將上升至40.93%，4周后將上升至58.5%，在這種情況下，米糠失去了提煉油脂的價值，很多米糠將被白白浪費。

目前，針對米糠進行穩(wěn)定化的方法很多，熱處理是米糠穩(wěn)定化最常用的方法[5]。擠壓穩(wěn)定化方法是其中的一種，段青松等[6]通過研究發(fā)現(xiàn)，擠壓穩(wěn)定化后的米糠各組分蛋白的持水性顯著提高，作為功能性食品的配料具有可行性。羅舜菁等[7]則研究了過熱蒸汽對米糠營養(yǎng)性質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)過熱蒸汽處理后的米糠，其阿魏酸、α-生育酚和γ-生育酚等含量無顯著下降。此外，微波加熱法也是一種熱穩(wěn)定化米糠的方法，但至今為止在國內(nèi)外并未用于工業(yè)化生產(chǎn)[8]。而如果僅僅使用干熱法對米糠進行穩(wěn)定化處理，則會出現(xiàn)米糠品質(zhì)變差，大部分營養(yǎng)物質(zhì)流失的問題[9]。

本文以濕法膨化理論為基礎(chǔ)，結(jié)合高濕高溫環(huán)境下脂肪酶活性被抑制的情況，并以提高米糠膨化生產(chǎn)線的土地利用率為出發(fā)點，研發(fā)出一套既能節(jié)約廠房面積，又能提高米糠夏季貯藏期的工藝流程，這套流程可成功解決國內(nèi)米糠加工企業(yè)的米糠保鮮技術(shù)難題，為大米加工廠或者油廠提供能滿足實際生產(chǎn)需要的工藝流程，減少我國米糠的浪費，推動我國米糠加工和保鮮技術(shù)的提高。

1 確定設(shè)計方案

1.1確定產(chǎn)量

我國目前市場上米糠的需求量龐大，但米糠加工廠的規(guī)模普遍較小。我國小型的碾米廠數(shù)量較多，但分布廣泛。因此結(jié)合市場上米糠加工的實際情況，對于米糠加工廠而言，需要對油脂生產(chǎn)企業(yè)滿足100～300 t/d的米糠供貨量。該套米糠膨化保鮮工藝所針對的加工量為200 t/d。

1.2熱量來源

考慮到整個工藝過程中，部分設(shè)備內(nèi)需要維持一定的溫度，以及當(dāng)下我國社會對工業(yè)生產(chǎn)環(huán)保的要求，采用生物質(zhì)蒸汽鍋爐作為熱量來源。熱量來源的渠道很多，但以生物質(zhì)蒸汽鍋爐作為熱量來源不僅能延長燃料的燃燒時間，而且也便于燃料的運輸和存儲。此外，生物質(zhì)燃料的資源豐富，可再生，取之不盡用之不竭，從長遠看，也有利于生產(chǎn)成本的節(jié)約。

1.3高濕高溫調(diào)質(zhì)膨化

其優(yōu)點為理論可靠，便于在生產(chǎn)中實現(xiàn)，且實現(xiàn)高濕高溫所需的介質(zhì)——蒸汽容易生產(chǎn)，成本低廉，符合米糠加工的市場條件。

2 工藝設(shè)備方案

2.1工藝過程

整個項目中的關(guān)鍵是利用高溫蒸汽對米糠進行高濕高溫處理，通過調(diào)質(zhì)和膨化等手段抑制米糠中脂肪酶的活性，然后再通過熱風(fēng)干燥和冷風(fēng)降溫的方法將米糠加工成易于貯藏的成品，從而實現(xiàn)抑制米糠酸敗、便于米糠存儲運輸?shù)谋ｕr目的。

新鮮的米糠以麻袋包裝的形式經(jīng)卡車的運輸和人工的傾倒堆砌于廠房內(nèi)的一側(cè)，將喂料刮板的輸入端安裝在廠房的地面渠道中，米糠經(jīng)過人工輔助送料后進入到地表渠道中，并同時進入到運輸刮板的輸入端。運輸刮板功率11 kW，以15 r/min的速度運輸新鮮米糠，整個運輸刮板傾斜地穿過廠房3層樓，并在第3層上的運輸刮板末端進入清選機中，在運輸刮板的末端安裝一減速電機，減速電機的輸入轉(zhuǎn)速為1 440 r/min，并以鏈傳動的形式帶動刮板轉(zhuǎn)動。

新鮮米糠進入7.5 kW的清選機后進行清選，清選機安裝在廠房第3層，最大米糠處理量為40 t/h，米糠經(jīng)清選機的清選作用后，較大的雜質(zhì)將通過清選機一端所連接的管道在廠房第1層排出，留作其他處理。而較小的米糠及顆粒進入檢查篩。

檢查篩(圖1)安裝于廠房的第1層和第2層的夾層中間，根據(jù)生產(chǎn)量的要求，安裝兩臺檢查篩，每臺檢查篩的功率為2.2 kW。檢查篩主要通過水平方向的前后左右4個方向的篩選運動，將米糠中的大纖維、碎米等與米糠進行分離。分離后的新鮮米糠進入到調(diào)質(zhì)刮板中，而米糠中的大纖維和碎米等雜質(zhì)將繼而進入到斗式提升機中。2.2 kW的斗式提升機以15 r/min的轉(zhuǎn)速將大纖維和碎米提升至廠房第3層，并經(jīng)過沙克龍的作用分離，分離后碎米將單獨堆砌于一處，而大纖維將通過粉碎機進一步進行粉碎變成小的米糠纖維。細小的米糠纖維將直接進入到調(diào)質(zhì)刮板的入料端，與之前篩選后的米糠混合，調(diào)質(zhì)刮板繼而將新鮮的米糠混合物運輸至廠房第3層。調(diào)質(zhì)刮板以11 kW的減速電機驅(qū)動，減速電機通過鏈輪傳動，以15 r/min的轉(zhuǎn)速帶動調(diào)質(zhì)刮板運動。米糠在調(diào)質(zhì)刮板的末端進入到調(diào)質(zhì)單元中進行調(diào)質(zhì)工藝。

圖1 位于第1層與第2層之間的檢查篩Fig.1 Checking sift installed between 1st and 2nd layer

調(diào)質(zhì)單元(圖2)主要由4部分組成，分別是喂料器、調(diào)質(zhì)器、保質(zhì)器和打散器。整個調(diào)質(zhì)單元均安裝在廠房第3層，并與調(diào)質(zhì)刮板的末端直接相連。喂料器的一端安裝有2.2 kW的減速電機，電機以90 r/min的速度轉(zhuǎn)動，并帶動螺旋結(jié)構(gòu)推動米糠進入到調(diào)質(zhì)器中。調(diào)質(zhì)器的作用是對篩選后的米糠進行調(diào)質(zhì)處理。調(diào)質(zhì)過程中粉狀的米糠在蒸汽水和熱的共同作用下軟化[10]。米糠在調(diào)質(zhì)器中調(diào)質(zhì)的時間為1～2 min。調(diào)質(zhì)器上通有蒸汽管道，蒸汽管道與廠房第2層分汽缸的直接汽管道相連，蒸汽以平均溫度62 ℃和0.5 MPa的壓力進入到調(diào)質(zhì)器中進行調(diào)質(zhì)，調(diào)質(zhì)器的噸料消耗量為28.8 kg/t。

圖2 位于第3層的調(diào)質(zhì)單元Fig.2 Conditioning unit installed on 3rd layer

調(diào)質(zhì)器的一端安裝有7.5 kW的電動機，電機轉(zhuǎn)速為975 r/min，以帶傳動的形式與調(diào)質(zhì)器的主軸相連，調(diào)質(zhì)器主軸上安裝有旋轉(zhuǎn)葉片。電機轉(zhuǎn)動帶動調(diào)質(zhì)器主軸以180 r/min的轉(zhuǎn)速進行轉(zhuǎn)動，同時推動調(diào)質(zhì)器內(nèi)的米糠前進。米糠在前進過程中從調(diào)質(zhì)器的另一端進入到保質(zhì)器中。

保質(zhì)器的作用主要是對米糠熱增濕，并且進行長時間的保溫。米糠在保質(zhì)器的保質(zhì)筒內(nèi)停留120～220 s，經(jīng)過長時間的保質(zhì)，水分滲透更充分、均勻[10]。保質(zhì)器上裝有蒸汽管道，該管道與廠房第2層分汽缸上的間接汽管道相連，蒸汽并不進入保質(zhì)器內(nèi)，而是進入到保質(zhì)筒外壁上的保溫管道內(nèi)，實現(xiàn)對保質(zhì)器的保溫作用。

保質(zhì)器的一端裝有7.5 kW的減速電機，減速電機以蝸輪蝸桿傳動帶動保質(zhì)器內(nèi)的主軸轉(zhuǎn)動，保質(zhì)器的主軸轉(zhuǎn)速為12 r/min。保質(zhì)器主軸轉(zhuǎn)動帶動保質(zhì)筒內(nèi)的旋轉(zhuǎn)槳葉轉(zhuǎn)動，從而在水平方向上推動米糠前進。當(dāng)米糠運動至保質(zhì)器的另一端時，將進入打散器。

打散器位于調(diào)質(zhì)單元的底層，米糠在調(diào)質(zhì)后經(jīng)保質(zhì)器的保質(zhì)作用后不可避免的會導(dǎo)致米糠分布不均勻，打散器的目的在于將米糠打散。打散器的一端裝有功率為7.5 kW的減速電機，電機以帶傳動與打散器的主軸相連并帶動打散器主軸轉(zhuǎn)動。打散器主軸以200 r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，并將米糠運輸至打散器的另一端，此時調(diào)質(zhì)后的米糠溫度為90～100 ℃，濕度16%～18%，米糠將從打散器的另一端進入到位于廠房第2層的YJP30型膨化機中進行膨化。

米糠打散器的出口直接與膨化機(圖3)的入料口相連，膨化機功率132 kW，螺桿直徑300 mm，螺桿以290 r/min的速度旋轉(zhuǎn)。米糠自進入膨化機的入料口后，便在旋轉(zhuǎn)螺桿的推力作用下不斷前進，同時螺桿與機筒內(nèi)壁的空間越來越小，從而實現(xiàn)對米糠的擠壓。

圖3 位于第3層的米糠膨化機Fig.3 Rice bran extruder installed on 3rd layer

米糠在膨化機內(nèi)軸向運動的同時，蒸汽不斷通入到膨化機中并與米糠混合。膨化機的蒸汽噸料汽耗量為20 kg/t，其蒸汽管道直接與位于同層的分汽缸相連。膨化機近出口端機筒內(nèi)的溫度為110～120 ℃，當(dāng)膨化穩(wěn)定時，溫度應(yīng)控制在118 ℃左右，此時膨化出的米糠(圖4)濕度為21%～23%，米糠膨化穩(wěn)定時濕度一般在23%左右。

圖4 膨化后的米糠Fig.4 Rice bran after being extruded

當(dāng)米糠經(jīng)過膨化后，其脂肪酶的活性被迅速抑制，此時由于膨化機模頭的作用，米糠呈現(xiàn)條塊狀，并伴隨著多余的蒸汽從模頭處被擠出。被擠出的膨化米糠瞬間溫度降低至100～110 ℃，當(dāng)米糠穩(wěn)定膨化時，溫度穩(wěn)定在102 ℃上下。膨化后的米糠落入位于廠房第1層的NLG3030型熱風(fēng)干燥機中進行干燥。

熱風(fēng)干燥機(圖5)的作用是通過與下落的膨化米糠相對運動的熱空氣將米糠中的水分干燥。干燥機設(shè)計產(chǎn)量為200 t/d，并配備4.4 kW的電機作為動力源。干燥器上有蒸汽管道直接與廠房第2層的分汽缸相連，熱蒸汽通過管道進入到干燥器的蒸汽管道中，主要起到消防的作用，干燥器的蒸汽消耗為1.5 t/h。當(dāng)干燥時，熱風(fēng)干燥器會對空氣進行加熱，冷空氣經(jīng)加熱后自下而上進行運動，并最終從排風(fēng)口排出。

干燥器配有液壓站，液壓站流量是10 L/min，鎖定壓力為14 MPa。液壓站通過液壓控制卸料翻板不斷擺動，被干燥的米糠經(jīng)過打開的卸料翻板落入冷干刮板中。此時膨化料溫度為30～40 ℃，當(dāng)干燥過程穩(wěn)定時，米糠的溫度一般在32 ℃左右，此時的濕度為10%～11%。

冷干刮板連接熱風(fēng)干燥器和冷風(fēng)干燥器，且刮板上一處連接沙克龍，該沙克龍安裝于廠房的第1層和第2層之間，沙克龍的上部通過管道與一個功率為75 kW的風(fēng)機相連，下部與冷卻刮板相連，側(cè)部與熱風(fēng)干燥機的排風(fēng)口相連。該風(fēng)機的風(fēng)量為46 606～64 646 m3/h，轉(zhuǎn)速為1 450 r/min，風(fēng)壓為4 266～3 847 Pa。干燥米糠后的熱空氣通過風(fēng)機的抽風(fēng)作用排入到大氣中，而隨之流動的中小顆粒米糠則在重力的作用下在沙克龍的下部進入冷卻刮板中。

圖5 位于第1層的熱風(fēng)干燥器Fig.5 Air heater installed on the 1st layer

冷卻刮板傾斜安放，其末端裝有一個功率5.5 kW的減速電機，減速電機通過鏈傳動帶動冷卻刮板上的輥子以15 r/min的轉(zhuǎn)速帶動刮板運動。減速電機安裝在廠房第2層，米糠被冷卻刮板提升后從第2層上進入到冷卻干燥器中。冷卻干燥器功率為3 kW，主要起到冷卻米糠的作用。冷卻干燥器的設(shè)計產(chǎn)量為12 t/h，冷卻容積為5 m3。冷卻器的頂部出風(fēng)口與一個沙克龍的側(cè)部相連，下部與運輸刮板相連，運輸刮板的另一側(cè)與該沙克龍的底部相連。沙克龍的頂部通過管道與一個功率為18.5 kW的風(fēng)機相連。風(fēng)機的轉(zhuǎn)速為2 200 r/min，風(fēng)壓為2 908～2 303 Pa，風(fēng)量為15 342～21 474 m3/h。當(dāng)風(fēng)機轉(zhuǎn)動時，冷卻干燥器中的冷空氣自下而上流動，與自上而下掉落的米糠相對運動，以熱對流交換的形式帶走米糠的大部分熱量，起到對米糠的降溫作用，最后經(jīng)過沙克龍和風(fēng)機后排入到大氣中。而部分伴隨著冷空氣流動的中小型米糠顆粒會在沙克龍中，在重力的作用下進入到運輸刮板中。米糠經(jīng)冷空氣冷卻和干燥后，其溫度在6～8 ℃，濕度8%～10%。當(dāng)冷干工藝穩(wěn)定時，成品米糠的溫度穩(wěn)定在6.2 ℃左右，濕度穩(wěn)定在9.2%左右。

運輸刮板的作用主要是將加工的米糠運輸至廠房第3層，并將米糠送入倉庫中(圖6)。傾斜的運輸刮板的末端裝有一個功率為11 kW的減速電機，電機以帶傳動的形式帶動刮板中的輥子以15 r/min的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動，而位于倉庫頂端則裝有3個水平刮板，兩個水平刮板平行安置，一個刮板與該兩個平行安裝的刮板垂直連接。這3個刮板組成C型布局，其中垂直安裝的刮板與傾斜的運輸刮板末端相連。這3個水平安放的刮板均以功率為4 kW的電機通過鏈傳動的方式帶動。米糠在位于廠房第3層的這3個水平刮板的作用下最終落入倉庫中貯藏。

圖6 位于廠房旁的米糠成品倉庫Fig.6 Rice bran warehouse standing next to the plant

2.2主要設(shè)備

2.2.1主體設(shè)備

調(diào)質(zhì)器、YJP30型油料擠壓膨化機、NLG3030逆流冷卻干燥器、喂料器和生物質(zhì)蒸汽供給系統(tǒng)。

2.2.2輔助設(shè)備

斗式提升機、清選機、檢查篩、旋風(fēng)除塵器和電控柜等。整套工藝生產(chǎn)線在物料運輸、清理篩選、米糠的調(diào)質(zhì)膨化、米糠的干燥冷卻，以及電氣控制等方面實現(xiàn)了自動化和連續(xù)化。

3 關(guān)鍵設(shè)備研制

“米糠高濕高溫調(diào)質(zhì)膨化新技術(shù)”項目重點研究了關(guān)鍵加工設(shè)備YJP30型米糠膨化機和NLG3030逆流冷卻干燥器。

3.1YJP30型米糠膨化機

3.1.1基礎(chǔ)設(shè)計參數(shù)

(1)驅(qū)動系統(tǒng)。該設(shè)備采用防護等級IP55的6極三相異步電動機，該三相異步電動機額定功率132 kW，電機效率94.6%，電機的輸出轉(zhuǎn)速988 r/min。電機采用三角帶傳動的方式一次傳動到位，帶傳動的傳動比為0.3。采用三角帶傳動的成本低廉，便于安裝，噪聲小，且具有過載保護作用，因此設(shè)備維護的成本低。同時，大帶輪在運行時起到飛輪的作用，減少了電機運行中負載的沖擊作用，也改善了整個設(shè)備的工作條件。

(2)螺桿系統(tǒng)。螺桿結(jié)構(gòu)采用特殊的螺旋結(jié)構(gòu)，并根據(jù)最佳的螺桿長徑比進行設(shè)計，適用于對大纖維含量高、含油量低及密度小的米糠進行加工，膨化系數(shù)達到1.1～1.4。鑄造螺旋的材質(zhì)采用低合金鋼，壽命高且能承受300 MPa的壓力，因此能充分耐受擠壓米糠過程中產(chǎn)生的壓力；螺旋采用不完全封閉結(jié)構(gòu)，便于米糠在擠壓過程中連續(xù)流動。螺桿采用螺旋套與芯軸的結(jié)構(gòu)，零件互換性好，便于維護和保養(yǎng)，成本較低。

(3)模板系統(tǒng)。模頭采用錐模板與模口環(huán)相互配合的結(jié)構(gòu)，錐模板邊緣開有幾十個膨化料出口，可以根據(jù)加工量大小和物料的含水量差異，通過調(diào)節(jié)錐模板端面距離?？诃h(huán)端面的距離來調(diào)節(jié)膨化料出口的大小，從而在保證膨化料成型的基礎(chǔ)上實現(xiàn)對生產(chǎn)工藝參數(shù)的試驗和調(diào)節(jié)，達到最佳的膨化效果、處理量和蒸汽消耗。

(4)機筒部件。結(jié)合生產(chǎn)量和工藝參數(shù)的要求，機筒分為4部分，機筒上沿著周向方向均勻裝有剪切銷釘，剪切銷釘主要起到剪切和攪拌的作用，機筒的側(cè)面開有多個蒸汽孔，該蒸汽孔與膨化機上的蒸汽系統(tǒng)管道相連，最后一段機筒上裝有雙金屬溫度計，便于及時測量最后一段機筒內(nèi)的溫度。由于整個膨化過程中壓力逐漸升高，因此機筒的外壁裝有加強筋，機筒外壁裝有蒸汽腔殼板用于減少機筒熱量散失，起到保溫的作用。機筒內(nèi)壁裝有機筒襯套，襯套由特殊的合金材料制成，有著比一般合金鋼更高的耐腐蝕性，同時它還耐高溫，生產(chǎn)便捷，因此可以延長機筒壁的使用壽命。當(dāng)襯套磨損時，不需要更換整個機筒，只需要更換襯套，因而節(jié)約了機筒的維護時間和成本。

(5)蒸汽系統(tǒng)。膨化機分汽包和蒸汽管道是蒸汽系統(tǒng)的主體，蒸汽管道與機筒壁側(cè)面的蒸汽孔相連，采用側(cè)噴的方式向機筒內(nèi)注入蒸汽。分汽包上每個蒸汽管道均安裝有調(diào)節(jié)閥門，便于對某一蒸汽管道中的蒸汽量進行調(diào)節(jié)。蒸汽管道分布均勻，兼顧機筒上需要蒸汽的部位，因此能避免局部蒸汽混合不均的問題，有效避免米糠在機筒內(nèi)結(jié)塊阻塞的問題。

3.1.2結(jié)構(gòu)設(shè)計和特點

(1)部分位于膨化機筒壓力增加部位的螺旋采用不完全螺旋結(jié)構(gòu)，螺旋與螺旋之間有較大的的空間相通，有利于米糠在高濕高溫環(huán)境中被擠壓后的流動性，芯軸上采用不同螺距的螺旋依次首尾連接組成，可以根據(jù)不同含水量稻米的米糠配置不同的螺旋種類和順序，以實現(xiàn)最佳的膨化效果。

(2)機筒內(nèi)壁與襯套組合，便于襯套的更換和設(shè)備的維護工作。當(dāng)任一襯套出現(xiàn)磨損情況時，可以及時更換，襯套零件的互換性好。

(3)設(shè)備整體結(jié)構(gòu)緊湊，空間運用率高，蒸汽系統(tǒng)安裝于機筒下部，在一定程度上節(jié)約了空間。

(4)蒸汽采用側(cè)面進氣的結(jié)構(gòu)，有利于物料與蒸汽相結(jié)合，保證了物料能混合均勻，避免了蒸汽對螺旋的直接腐蝕。

(5)錐模板的開合受到獨立的液壓缸控制，錐模板的機動性能好，不受設(shè)備其他部分的影響，且占地面積小，方便工作人員對出料口進行控制。

(6)軸承箱內(nèi)配有潤滑油噴淋系統(tǒng)和水冷卻系統(tǒng)，這一結(jié)構(gòu)能保證軸承在低溫和良好的潤滑條件下運行。

3.2NLG3030型熱風(fēng)干燥機

3.2.1基礎(chǔ)設(shè)計參數(shù)

(1)干燥方式。米糠經(jīng)膨化后濕度為21%～23%，溫度為100～110 ℃，不適用于直接貯藏和直接浸出，如果直接使用容易造成溶劑過濾效率不佳，浸出殘油高，濕粕脫溶難。因此先采用熱風(fēng)干燥設(shè)備對米糠進行干燥。冷空氣經(jīng)過熱風(fēng)干燥機加熱后從干燥機的一端進入，與落下的高濕米糠迎面接觸，通過熱對流作用帶走米糠中大部分水汽，形成了冷風(fēng)和冷料接觸，熱風(fēng)與熱料接觸，避免了物料淬冷，不會造成米糠膨化料表面硬化、開裂和水汽散發(fā)不均勻的現(xiàn)象，容易形成較好的品相。

(2)驅(qū)動系統(tǒng)。驅(qū)動系統(tǒng)主要由兩部分組成。第1個部分是卸料傳動，卸料傳動以液壓站作為驅(qū)動，液壓站的液壓管道與翻板外的液壓缸連接，實現(xiàn)翻板有規(guī)律的自動翻轉(zhuǎn)和米糠的自動卸料。第2個部分是勻料傳動。熱風(fēng)干燥器上裝有一個6極電機，電機通過擺線針輪減速器和蝸輪蝸桿減速裝置減速后電機帶動干燥器內(nèi)的平料耙轉(zhuǎn)動，使落下的膨化米糠在干燥器內(nèi)能均勻分布。

(3)卸料系統(tǒng)。卸料系統(tǒng)主要由卸料翻板、轉(zhuǎn)軸、連桿和擺桿等部分組成。短擺桿之間通過連桿與長擺桿相連，且短擺桿之間也互相相連。長擺桿與液壓缸相連，通過液壓站控制液壓缸的擺動來間接控制翻板進行擺動實現(xiàn)卸料。翻板本身采用格柵的方式，排料均勻，同時確保干燥效果均勻。

(4)自控系統(tǒng)。自控系統(tǒng)主要實現(xiàn)時間調(diào)節(jié)和系統(tǒng)溫度的調(diào)節(jié)。自控系統(tǒng)通過調(diào)整翻板保持關(guān)閉狀態(tài)的時間占整個翻板開啟與關(guān)閉時間周期的比例來調(diào)節(jié)下料的快慢，進而實現(xiàn)對料位的控制。調(diào)節(jié)方式是直接在觸摸屏上設(shè)定時間。由于米糠來料不同，加工場地的地理環(huán)境不同，因此可以根據(jù)實際加工需要進行系統(tǒng)溫度的調(diào)節(jié)。系統(tǒng)根據(jù)米糠的溫度和干燥效果，對進風(fēng)溫度進行控制。整個溫控系統(tǒng)實現(xiàn)自動化調(diào)節(jié)，根據(jù)實際需要，設(shè)定風(fēng)溫和控制需要的PID參數(shù)值，不斷通過現(xiàn)場總結(jié)和參考設(shè)定，以便確定最佳的控制效果。當(dāng)自動的PID控制無法滿足控制需求時，可以通過手動的方式調(diào)節(jié)氣動閥的開度，且所有調(diào)控均在觸摸屏控制面板上進行。

3.2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計和特點

(1)采用逆流干燥的工作方式，熱空氣將膨化料的大部分水分帶走，形成冷風(fēng)與冷料接觸，熱風(fēng)與熱料接觸，避免了米糠的驟冷，不會造成米糠顆粒表面硬化、開裂及內(nèi)部水分難以干燥的現(xiàn)象。

(2)采用了格柵式翻板的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)米糠膨化料落料均勻、有序，確保干燥效果一致。

(3)整個卸料機構(gòu)實現(xiàn)自動化，可以根據(jù)實際生產(chǎn)情況和條件進行自動化和手動化的調(diào)節(jié)，更改米糠的實際干燥時間和米糠在干燥機內(nèi)的料位高度，從而保證干燥效果。

4 廠房工藝布置

考慮到將土地利用與米糠高濕高溫調(diào)質(zhì)膨化新工藝相結(jié)合，實現(xiàn)土地利用效率最佳化，對廠房的工藝布置進行了優(yōu)化。

4.1廠房第1層的設(shè)備布置

考慮到設(shè)備的質(zhì)量與實際工作時工況，凈質(zhì)量達5 t的熱風(fēng)干燥機和2 t的冷風(fēng)干燥機應(yīng)當(dāng)置于廠房第1層。風(fēng)機由于工作時振動明顯，噪聲大，質(zhì)量大，因此分別與熱風(fēng)干燥機和冷風(fēng)干燥機相連的風(fēng)機也應(yīng)當(dāng)安裝在第1層?？紤]到卡車的卸貨方便和新鮮米糠的堆砌，經(jīng)過篩選和檢查的米糠進入喂料刮板的入口處。整個新鮮米糠的清篩過程需要考慮到廠房樓層，土地面積的使用效率及調(diào)質(zhì)刮板和斗式提升機的結(jié)構(gòu)，因此應(yīng)當(dāng)將斗式提升機、調(diào)質(zhì)刮板的進料端和喂料刮板的進料端安裝在廠房第1層。

4.2廠房第1層與第2層夾層的設(shè)備布置

之所以設(shè)置廠房第1層與第2層的夾層，是由于米糠經(jīng)過清選機的清選作用后需要進一步通過檢查篩將大纖維和碎米與米糠分開。因此在廠房的第1層與第2層之間設(shè)置夾層安裝檢查篩。

4.3廠房第2層的設(shè)備布置

當(dāng)米糠經(jīng)過調(diào)質(zhì)刮板運輸?shù)侥┒藭r，需要經(jīng)過調(diào)質(zhì)后才能進行膨化?？紤]到米糠膨化的工藝位置，因此將米糠膨化機安裝在廠房第2層。由于位于廠房第1層的熱風(fēng)干燥機和冷風(fēng)干燥機均需要配合沙克龍，而沙克龍的結(jié)構(gòu)龐大，整體高度5～6 m，且沙克龍的下端需要與位于第1層的運輸刮板相連，因此沙克龍的一部分及其與風(fēng)機管道的一部分不可避免的需要穿過廠房第2層。而運輸刮板負責(zé)將干燥后的米糠運輸至冷干機中進行冷卻，運輸刮板電機的安裝高度也不可避免地需要比冷干機高，因此負責(zé)驅(qū)動運輸刮板的電機需要安裝在廠房第2層。此外，考慮到廠房第2層空間有效應(yīng)用，連接調(diào)質(zhì)器，膨化機和熱風(fēng)干燥機的分汽缸也安裝于廠房第2層。米糠工作人員在調(diào)試時需要考慮到米糠調(diào)質(zhì)機的運行效果，米糠膨化機的運行和膨化效果，以及熱風(fēng)干燥機的干燥效果。因此電控柜不應(yīng)距離三者中任意一臺設(shè)備太遠，所以電控柜也安裝在廠房的第2層。

4.4廠房第3層的設(shè)備布置

廠房第3層是廠房的頂層，而調(diào)質(zhì)刮板由于工藝的要求和節(jié)約土地使用面積、提高土地使用效率的需要，其高度最高，并且要高于調(diào)質(zhì)單元的高度，因此第3層需要安裝的設(shè)備包括驅(qū)動調(diào)質(zhì)刮板的電機、喂料器、調(diào)質(zhì)器、保質(zhì)器和打散器。此外考慮到米糠清選和檢查的工藝需要，米糠清選機應(yīng)當(dāng)安裝在廠房第3層，且距離其入口處的不遠處應(yīng)安裝有喂料刮板器的驅(qū)動電機。

成品米糠由于貯藏的需要，需要被傾斜的運輸刮板提升后進入到倉庫中進行貯藏。而考慮到倉庫的容量需求，倉庫的高度不可低于廠房2層，因此連接傾斜的運輸刮板的水平刮板，以及驅(qū)動電機，均安裝在廠房第3層，并且水平刮板和電機均安裝在倉庫的最頂端。

5 酸價測試和結(jié)論

采集通過該成套工藝各個環(huán)節(jié)加工出的米糠樣品(圖7)，并按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.229—2016進行樣品的酸價測試，其酸價變化如圖8所示。

圖7 各加工階段的米糠Fig.7 Rice bran at different processed stages

圖8 米糠酸價的實測變化Fig.8 Acid values of rice bran at different stages

由圖8可知，米糠經(jīng)過整個工藝加工后酸價由10.27 mg/g下降至2.77 mg/g，其中非常明顯的是米糠經(jīng)膨化后酸價直接由調(diào)質(zhì)后的10.05 mg/g下降至1.75 mg/g。這充分說明在高濕高溫的條件下對米糠進行調(diào)質(zhì)膨化能有效降低米糠的酸價，延長米糠的保鮮周期。而米糠在冷干的過程中不可避免地由100 ℃降至6～8 ℃，在此期間溫度總會存在30～40 ℃等讓脂肪酶活性增強的溫度區(qū)間，加上米糠在熱風(fēng)干燥機和冷風(fēng)干燥器內(nèi)堆積中會堆積額外的熱量，從而不可避免地導(dǎo)致米糠的酸價在干燥和冷卻的過程中產(chǎn)生小幅回升，但這一回升卻并不明顯，后續(xù)的運輸環(huán)節(jié)和貯藏環(huán)節(jié)只要保證溫度處于低溫的狀態(tài)，便可實現(xiàn)米糠的長期儲存。

6 高濕高溫米糠濕法膨化保鮮技術(shù)優(yōu)點

此技術(shù)不同于以往的米糠加工保鮮技術(shù)和現(xiàn)在很多新出現(xiàn)的米糠保鮮技術(shù)，如微波加熱等。將米糠的濕法膨化技術(shù)與高溫高濕條件相結(jié)合的保鮮技術(shù)能有效降低來料米糠的酸價，并且將這種工藝路線與廠房設(shè)計相結(jié)合還能起到節(jié)約土地面積、增加經(jīng)濟效益的作用。

6.1滅活效果顯著

高濕高溫米糠濕法膨化保鮮技術(shù)能有效降低脂肪酶的活性，充分利用溫度和濕度等可控條件，從根本上改變米糠的存貯條件，延長米糠的存貯周期，相應(yīng)地也延長米糠夏季的貯藏周期。

6.2土地利用率高

整個工藝環(huán)節(jié)不需要非常復(fù)雜的設(shè)備，節(jié)約了生產(chǎn)加工成本，同時充分將運輸刮板與廠房樓層設(shè)計相結(jié)合，極大地減小了整個米糠加工的攤鋪面積，為米糠加工廠的土地利用節(jié)約了成本，增加了經(jīng)濟效益。相比于微波法等米糠保鮮加工方法，這一方法的設(shè)備結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，容易維護和保養(yǎng)。

6.3能源環(huán)保高效

整個脂肪酶滅活過程中采用高濕蒸汽進行，環(huán)保綠色，不造成污染。同時蒸汽由生物質(zhì)鍋爐房產(chǎn)生，材料為可再生的生物質(zhì)，取之不盡用之不竭，此外，生物質(zhì)蒸汽的生產(chǎn)還具有碳中性的特點，對于注重碳排放的當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)，這一點尤為重要。不僅如此，采用生物質(zhì)蒸汽還能直接減少化石燃料消耗，減少浪費，因此在能源充分利用上具有重要的意義。

6.4產(chǎn)量控制靈活

能充分兼顧大規(guī)模與小規(guī)模的米糠加工。無論規(guī)模大小，高濕高溫米糠濕法膨化的特點在于膨化過程濕度大，膨化溫度高，關(guān)鍵條件不受產(chǎn)量的限制，因此既能實現(xiàn)小規(guī)模的米糠加工，又能實現(xiàn)連續(xù)作業(yè)的大規(guī)模米糠加工。

6.5經(jīng)濟效益巨大

在該工藝下每天的生物質(zhì)消耗11.46 kg，每天的生物質(zhì)成本按照市場價計算約為990元。單位產(chǎn)量電耗為0.625 t/(kW·h)，若按工業(yè)用電的電費來算，每天的電費成本約為224元。而市面上對于成品米糠的收價按照米糠種類的不同而不同，對于粳稻糠而言，價格為2.12～2.18元/kg，而對于雜交糠，價格為2.24～2.26元/kg，這里取2.2元/kg，按照新鮮米糠市場價580元/t和全天200 t的產(chǎn)量計算，每天的凈利潤可達28萬多元。因此，采用這種工藝，能夠帶來極大的經(jīng)濟效益。

7 結(jié)論

米糠高濕高溫調(diào)質(zhì)膨化新技術(shù)進一步加強了米糠調(diào)質(zhì)膨化后的保鮮能力，一定程度上解決了我國米糠在夏季的貯藏難題，為米糠制油等后續(xù)環(huán)節(jié)創(chuàng)造了更加有利的生產(chǎn)條件。實踐證明該工藝可以實現(xiàn)200 t/d，能耗320 kW·h，膨化后米糠酸價穩(wěn)定在2.8 mg KOH/g米糠下，相比于以前的米糠保鮮加工，米糠高濕高溫調(diào)質(zhì)膨化保鮮進一步延長了米糠的貯藏周期，尤其是延長了米糠在夏季的貯藏周期，同時將該工藝環(huán)節(jié)與廠房結(jié)構(gòu)相結(jié)合還能起到節(jié)約土地成本的目的。該生產(chǎn)工藝具有滅活效果顯著、土地利用率高、能源環(huán)保高校、產(chǎn)量控制靈活和經(jīng)濟效益巨大的優(yōu)點，適合在中小型的米糠加工企業(yè)中進行推廣應(yīng)用，具有非常大的經(jīng)濟和社會效益。