玉米種子工廠化加工雜質(zhì)收集方法的探討

吳 濤，劉民軍，賈 峻

（酒泉奧凱種子機(jī)械股份有限公司，甘肅 酒泉 735000）

種子加工是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不同的種子，其加工工藝不盡相同，會(huì)產(chǎn)生不同的雜質(zhì)，這里所說(shuō)的雜質(zhì)是指除有用的種子外，其它所有不能用做種子的物料。玉米種子加工在其不同的加工階段會(huì)產(chǎn)生不同的雜質(zhì)，雜質(zhì)的收集方法也不同，本文主要介紹對(duì)玉米種子工廠化加工所產(chǎn)生的雜質(zhì)進(jìn)行收集處理的工藝。

1 雜質(zhì)收集方法

果穗扒皮撿穗階段。主要是通過(guò)扒皮機(jī)去除玉米果皮，通過(guò)人工或者色選機(jī)揀除不合格的雜穗，產(chǎn)生的雜質(zhì)主要是玉米果穗皮、花絲和雜穗。玉米皮收集，傳統(tǒng)的收集辦法就是將扒皮機(jī)扒下的玉米皮通過(guò)皮帶輸送機(jī)堆積起來(lái)，部分作為飼料，大部分曬干后焚燒，這樣一方面浪費(fèi)資源，另一方面還污染環(huán)境。而且由于其密度小、量又大，要占用很大的的操作空間，直接運(yùn)輸費(fèi)用很高。目前最好的收集辦法是通過(guò)皮帶輸送機(jī)送到到揉絲機(jī)里，用揉絲機(jī)將玉米皮揉成絲，送到打包機(jī)中，同時(shí)添加水、發(fā)酵劑等成分，通過(guò)打包機(jī)包膜打捆，儲(chǔ)存起來(lái)發(fā)酵后作為飼料。夾在玉米果穗中的花絲在玉米果穗下落的過(guò)程中利用合適的風(fēng)量將花絲從玉米果穗中分離出來(lái)，通過(guò)風(fēng)力輸送到指定位置，利用重力沉降的原理將花絲和灰塵分離開，花絲沉降到花絲房中，集中收集。玉米果穗中的雜穗在撿穗皮帶機(jī)上通過(guò)人工挑選或者是用果穗色選機(jī)將其從好穗中挑選出來(lái)，利用皮帶輸送系統(tǒng)，將雜穗輸送到一個(gè)個(gè)晾曬箱中，通過(guò)自然晾曬后脫粒處理。

脫粒預(yù)清階段。此階段主要是通過(guò)揉搓式脫粒機(jī)將玉米籽粒從玉米果穗上分離出來(lái)，脫粒后的玉米籽粒混和料通過(guò)預(yù)清機(jī)剔除掉其中輕雜、無(wú)用的玉米籽粒、打碎的玉米芯等。主要產(chǎn)生的雜質(zhì)為玉米芯、玉米灰、不用的玉米籽粒。玉米芯的收集是通過(guò)提升輸送設(shè)備將玉米芯送到玉米芯倉(cāng)中或者通過(guò)輸送設(shè)備堆成大堆，用車?yán)街付ǖ牡胤?。玉米灰是通過(guò)一系列的除塵設(shè)備將玉米籽粒在各個(gè)加工過(guò)程中產(chǎn)生的玉米灰收集到一起，用車?yán)街付ǖ牡胤?。目前玉米灰的收集最大的?wèn)題是玉米灰本身密度小，堆到一起流動(dòng)性差、利用價(jià)值又不高，造成運(yùn)輸成本加高，最好的辦法是能夠?qū)⑵渚偷卮虺筛呙芏鹊睦?，或者制成高密度的顆粒，便于運(yùn)輸，同時(shí)開發(fā)其本身的價(jià)值。不用的玉米籽粒收集目前有兩種辦法，一種是利用皮帶輸送機(jī)和提升機(jī)將籽粒輸送到籽粒暫存?zhèn)}中，另一種辦法是利用風(fēng)力輸送將籽粒送到籽粒暫存?zhèn)}中。

精選分級(jí)階段。此階段主要為了提高種子的凈度和等級(jí)。采用風(fēng)篩清選機(jī)、比重清選機(jī)、分級(jí)機(jī)、去石機(jī)及色選機(jī)等，風(fēng)篩清選機(jī)是利用種子的外型及大小差異來(lái)進(jìn)行清選，可清除玉米種子中的穎殼、雜物以及瘦小和變異過(guò)大的種子等大部分雜質(zhì)；比重清選機(jī)按物料比重大小進(jìn)行清選，適用于對(duì)小麥、玉米、水稻、大豆等種子的清選，可有效清除物料中穎殼，石頭等雜物，以及干癟、蟲蛀、霉變的種子；分級(jí)機(jī)是根據(jù)種子的外形尺寸特性，對(duì)玉米種子進(jìn)行分級(jí)，去除掉過(guò)小和過(guò)大的種子。去石機(jī)按物料的比重大小將玉米種子中的石塊清除掉；色選機(jī)是利用色差的不同，去除掉破碎的、變異的玉米種子和其他色差不一樣的雜質(zhì)。結(jié)合以上幾種機(jī)型，產(chǎn)生的雜質(zhì)歸納起來(lái)主要為不用的玉米籽粒和少量的輕玉米灰這兩種雜質(zhì)。玉米灰和脫粒預(yù)清階段處理辦法一樣，主要是通過(guò)一系列的除塵設(shè)備將玉米籽粒在各個(gè)加工過(guò)程中產(chǎn)生的玉米灰收集到一起，用車?yán)街付ǖ牡胤剑刑幚?。不要的玉米籽粒收集，傳統(tǒng)收集辦法是在各個(gè)主機(jī)雜質(zhì)口上進(jìn)行人工接袋，一方面工作環(huán)境臟亂，另一方面還需要專門的人去經(jīng)常換袋收集雜質(zhì)。為了提高種子精選加工過(guò)程機(jī)械化，盡可能少用人工，目前采用同脫粒段一樣的處理辦法，一種是利用皮帶輸送機(jī)和提升機(jī)將籽粒輸送到籽粒暫存?zhèn)}中，另一種辦法是利用風(fēng)力輸送將籽粒送到暫存?zhèn)}中。

包衣包裝階段。此階段主要產(chǎn)生的雜質(zhì)是少量脫落的種衣劑和玉米灰，目前主要的處理辦法是進(jìn)包裝之前設(shè)置足夠多的分離篩，將脫落的種衣劑和部分重的玉米灰篩除掉，用收集斗收集，按照有毒物質(zhì)處理的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行處理。輕的玉米灰通過(guò)除塵系統(tǒng)收集到一起。

以上在玉米種子加工各個(gè)階段的雜質(zhì)收集方法都不同程度采用了風(fēng)力輸送的原理進(jìn)行收集，這種收集辦法不但提高精選加工過(guò)程機(jī)械化水平，盡可能少用人工，而且風(fēng)力輸送在各個(gè)收集點(diǎn)上形成負(fù)壓，杜絕了傳統(tǒng)提升輸送收集點(diǎn)灰塵外溢的問(wèn)題，凈化種子加工的環(huán)境。

玉米種子加工雜質(zhì)收集系統(tǒng)是根據(jù)本公司多年來(lái)為制種企業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)精選加工設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)，以及玉米種子精選加工的實(shí)際情況設(shè)計(jì)應(yīng)用的（如圖1）。該雜質(zhì)收集系統(tǒng)主要包括收集輸送部分、動(dòng)力部分、沉降部分、收集部分。各主機(jī)產(chǎn)生的雜質(zhì)由雜質(zhì)收集口通過(guò)風(fēng)力輸送匯集到主管道中，通過(guò)調(diào)節(jié)各個(gè)雜質(zhì)口處的風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，來(lái)保證整個(gè)輸送系統(tǒng)風(fēng)量的合理分配。收集到主管道中的雜質(zhì)通過(guò)旋風(fēng)除塵器，關(guān)風(fēng)器，將大部分雜質(zhì)沉降到集雜倉(cāng)中，集中裝袋運(yùn)走，雜質(zhì)中部分細(xì)小的灰塵通過(guò)風(fēng)機(jī)輸送到布袋除塵器中沉降收集，過(guò)濾后達(dá)到環(huán)保要求的空氣通過(guò)布袋排放到空氣中。這樣就完成整個(gè)精選加工線中的雜質(zhì)收集。

2 雜質(zhì)收集系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)的確定

以10 t/h 玉米種子精選加工生產(chǎn)線為例，該成套加工生產(chǎn)線1 h 產(chǎn)生雜質(zhì)最多為700 kg,即物料輸送量Wm=700/3 600=0.19 kg/s；雜質(zhì)輸送管道總長(zhǎng)度L=40 m，輸送管道的總高度H=9 m,根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際選用起始輸送管道直徑為D=108 mm，主輸送管道直徑為D=160 mm。

由于輸送的是玉米雜質(zhì)，按照極限輸送原理，好的玉米籽粒容重大于不用的玉米雜質(zhì)，所以只要能夠?qū)⒑糜衩鬃蚜］斔妥撸屯耆梢詫⒂衩鬃蚜Ｖ械乃须s質(zhì)輸送走。在管道輸送中，流速過(guò)低會(huì)造成雜質(zhì)沉積，堵塞管道。因此必須進(jìn)行全面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定適當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)流速。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般情況下水平管道的風(fēng)速要大于18～25 m/s，水平管道內(nèi)的風(fēng)速不能太小，否則容易堵灰。通常情況下玉米垂直風(fēng)管的風(fēng)速大于10 m/s，水平風(fēng)管的風(fēng)速大于12 m/s[1]。查閱有關(guān)資料確定雜質(zhì)輸送起始速度v=25 m/s。

由于輸送物料容重為γm=720 kg/m3，輸送距離為中短距離，整個(gè)輸送過(guò)程壓力損失小于5 000 Pa,結(jié)合以上條件選用空氣輸送密度u=0.5[2]。

該研究應(yīng)用中，需要的輸送風(fēng)量Q=Wm/（60×u×ρ0）=0.19/60×0.5×1.21=1 166 m3/h[3]。

按照實(shí)際應(yīng)用輸送管道D=160 mm，起始速度v=25 m/s 的情況下需要的風(fēng)量Q1=v×πd2/4=25×3.14×0.162/4=1 809 m3/h。

綜合考慮以上情況，同時(shí)考慮到管道密封等問(wèn)題，實(shí)際需要的風(fēng)量要增大20%，所以需要的風(fēng)量Q=1 809×1.2=2 170 m3/h

管道輸送壓降，在本實(shí)際應(yīng)用中共需要60°φ108 彎頭2 件、90°φ108 彎頭3 件、90°φ160 彎頭3件、糧管三通φ160 通φ160 和φ108 的3 件、φ160通φ108 和108 的1 件，1 套旋風(fēng)除塵器和1 套布袋除塵器。

管路壓差ΔPα=λa×l/d×ρa(bǔ)Va2/2 Pa[4]。

按照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)90°彎頭φ160 的壓降為94 Pa；90°彎頭φ108 的壓降為121 Pa；60°彎頭φ108 的壓降為95 Pa，三通φ160 通φ160 和108 的壓降為24 Pa；三通φ160 通φ108 和108 的壓降為48 Pa；旋風(fēng)除塵器的壓降為750 Pa，布袋除塵器 1 200 Pa（布袋材料不同風(fēng)阻不同）;

所以總壓降為Δp=2 268+95×2+121×3+94×3+24+48×2+750+1 200=5 690 Pa

考慮到實(shí)際管路其它壓力損失取總壓降為Δp=5 690×1.2=6 828 Pa 。

3 雜質(zhì)收集系統(tǒng)各部分的組成和功能

3.1 收集輸送部分

該部分主要由調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)量大小的風(fēng)量調(diào)風(fēng)閥、雜質(zhì)進(jìn)料調(diào)節(jié)口和由不同管徑的直管、彎頭、變徑、三通等組成的輸送管道構(gòu)成。各個(gè)主機(jī)產(chǎn)生的雜質(zhì)進(jìn)入雜質(zhì)進(jìn)料調(diào)節(jié)口，調(diào)節(jié)進(jìn)料口的大小，使進(jìn)入的雜質(zhì)完全剛好通過(guò)進(jìn)料口，同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)風(fēng)量調(diào)風(fēng)閥，使輸送管道中的風(fēng)量和雜質(zhì)達(dá)到合適的比例，保證管道中空氣輸送密度達(dá)到適合輸送此雜質(zhì)的參數(shù)。進(jìn)而保證將進(jìn)入管道雜質(zhì)輸送到雜質(zhì)沉降器中。

3.2 動(dòng)力部分

主要為高壓風(fēng)機(jī)，根據(jù)風(fēng)量Q=2 170 m3/h，總壓降為Δp=6 828 Pa,選用實(shí)際風(fēng)機(jī)為型號(hào)：9-19-5A,風(fēng)壓: 6 954～6 400 Pa,風(fēng)量3 996～4 901 m3/h，功率：18.5 kW。

3.3 沉降部分

主要為旋風(fēng)除塵器、關(guān)風(fēng)器、觀察連接管。根據(jù)實(shí)際需要的風(fēng)量Q=4 000 m3/h，查閱旋風(fēng)除塵器設(shè)計(jì)手冊(cè)：

選用旋風(fēng)除塵器的型號(hào)為CLT/A-5.5,除塵器的外徑為550 mm,總高為3 000 mm[5]。

考慮到該雜質(zhì)收集系統(tǒng)中的旋風(fēng)除塵器只需要沉降到有用的玉米雜質(zhì)，其它比較輕的灰塵可以通過(guò)風(fēng)機(jī)排到專門的布袋除塵器中進(jìn)行沉降，所以結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際選用除塵器的外徑為600 mm,總高為1700 mm 就可以滿足需要。

關(guān)風(fēng)器主要的作用是保證旋風(fēng)除塵器在排料的時(shí)候，不讓空氣中排料口進(jìn)入，影響旋風(fēng)除塵器的沉降效果，同時(shí)又能保證從管道中吸入的雜質(zhì)及時(shí)排出，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況選用YJD04，功率1.1 kW,卸料能力9 m3/h。

觀察連接管，由有機(jī)玻璃制成的連接管，一方面可以將關(guān)風(fēng)器排出的雜質(zhì)導(dǎo)入到雜質(zhì)倉(cāng)中，另一方面可以觀察雜質(zhì)沉降情況。

3.4 收集部分

主要組成部分為雜質(zhì)收集倉(cāng)和灰塵布袋收集系統(tǒng)。一方面進(jìn)入旋風(fēng)除塵器的雜質(zhì)沉降后通過(guò)關(guān)風(fēng)器將可利用的比較重的雜質(zhì)沉降到雜質(zhì)收集倉(cāng)中，接袋收集運(yùn)走。另一方面比較輕的雜質(zhì)通過(guò)風(fēng)機(jī)輸送到種子加工成套線中的除塵風(fēng)網(wǎng)中，通過(guò)專門的布袋除塵收集運(yùn)走。雜質(zhì)收集倉(cāng)的大小根據(jù)實(shí)際加工量的大小決定，一般其存儲(chǔ)量的大小最少要保證一個(gè)班的加工量，同時(shí)還要保證其可以方便的接料送走。目前實(shí)際設(shè)計(jì)的雜質(zhì)收集倉(cāng)倉(cāng)容為20 m3，倉(cāng)下安裝出料控制閥?；覊m收集系統(tǒng)主要利用種子加工線中相關(guān)的除塵收集系統(tǒng)，主要包括除塵管道和灰塵沉降系統(tǒng)，此系統(tǒng)中一般不專門設(shè)計(jì)相關(guān)的除塵系統(tǒng)，來(lái)節(jié)約制作成本。

在氣力輸送過(guò)程中，顆粒狀物料的破損是很多實(shí)際生產(chǎn)中要考慮的問(wèn)題。對(duì)于一些種子加工廠，尤其是像大豆、玉米等對(duì)于雜質(zhì)破碎要求比較高的種子雜質(zhì)收集，就需要對(duì)雜質(zhì)收集系統(tǒng)進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)設(shè)計(jì)，以減少破碎的產(chǎn)生。

總之，玉米種子工廠化加工雜質(zhì)收集是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要不斷探索、積累經(jīng)驗(yàn)、持續(xù)優(yōu)化收集方法。