玉米和大米混合粉双螺杆挤压特征参数的研究

1、 作者简介 :张志森 (1969- , 男 , 四川文理学院理工系讲师。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玉米和大米混合粉双螺杆挤压特征参数的研究St udy of t he corn 2rice powder characteristic parameters int win 2screw ext rusion p rocess张志森 1Z H A N G 212I un2(1四川文理学院理工系 , 四川 达州 ; 2. , 广东 广州 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 :为寻求挤压机特征参数之间的内部关系 , 指导挤压生产加工实践 , 以玉米粉和大米粉为原料 , 在双螺杆挤压机上 进行 2因素 3水平的正交试验 。 试验因素为 :螺杆转速和喂 料速率 ; 试验指标为机筒内部压力 、 模头出口温度和主机电 流 。 通过单指标回归分析 , 表明螺杆转速对机筒内部压力 、 模头出口

3、温度及主机电流 3者影响均显著 , 而喂料速率仅对 机筒内部压力和主机电流影响显著 ; 进一步通过响应面分 析 , 得到较好的试验条件为 :螺杆转速 150r/min :, 喂料速 率 :14r/min 。关键词 :挤压 ; 特征参数 ; 单指标 ; 回归分析 ; 响应面分析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食品挤压加工是现代食品加工中的高新技术 , 在食品挤 压加工研究中 , 食品物料挤压特性研究与设备特征参数研究 成了人们关注的两大课题14。左春柽等5通过口感评价和膨化度对比 , 得出了较优的工艺参数和食品配方 。张志森 等 6研究了因素变量对指标变量的影响顺序 , 获得了较好的 挤压加工条件 。 本试验研究了玉米与大米混合粉挤压特征 参数 (模头处物料压力 、 温度以及主机电流 受螺杆转速与进 料速率影响的规律 , 对指导挤压生产实践 , 提高挤压生产效 率具有一定的指导意义 。1 材料与方法1. 1 设备本试验采用 BC45型双螺杆挤压机 (法国 Clextral 公 司 ,

8、 该机对原料适应性好 , 具有较好的应变性和控制性 。 其 主要参数为 :螺杆外径 <55mm , 螺杆总长 600mm , 两螺杆中 心距 45mm , 喂料螺杆的直径 <48mm , 电机功率 14. 7kW 。熔体压力传感器 :TPT493型 , 美国 Dynisco 公司 。1. 2 材料采用玉米全粉和大米粉 1 1(W W 的比例 , 再适当加 入一些糖和盐调味 。配方如下 :玉米粉 49%, 大米粉 49%, 精盐 1. 7%, 甜蜜素 0. 3%。1. 3 方法采用正交试验设计 , 根据预试验结果 , 设置因素水平见 表 1。表 1 因素水平表Table 1 Tabl

9、e of factors and levels /(r min -1 水平螺杆转速 N进料速率 V1901421201631501861机筒中间段的温度定为 180 。考察的指标变量为 :模头出口处温度 T ( , 出口压力 P (Pa , 主机电流 I (A 。 在挤压生产中 , 输入的单位机械能 、 单位热能和挤压机的功 耗等特征参数可由上述指标间接体现 。2 结果与分析试验采用 L 9(34 正交表中的因素组合进行 , 试验获得的 各指标变量值如表 2所示 。2. 1 试验结果分析 7对编码变量的回归分析编码变量 (-1,0,1 是将各原始变量减去中心数再除以 变量间距构成的 , 该编码

10、变量在进行回归分析时 , 可以使各 因素变量向量正交 , 回归分析过程简化 。应用 SAS 通用分 析软件得到各响应变量对因素变量的回归方程为 (各回归系 数的检验均为极显著 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 因素变量螺杆转速 N , r/min ;x 2 进料速率 V 的编码变量 。表 2 正交试验结果Table 2 The results of the orthogonal experiments试验 次数 N V

11、物料压力P ×105/Pa物料温度 /主机电流 / A1-109111028 2-1-17711525 3-1110112030 4016212424 5005112722 60-13612919 71-12413317 8103413419 9114013520 10005513022通过回归方程分析可以看到 , 挤压机物料压力受螺杆转 速的 1次项 、 2次项以及喂料速率 1次项的影响显著 , 表明挤 压机内物料压力与螺杆转速 、 喂料速率关系极大 ; 挤压机内 物料温度仅与螺杆转速的 1次项有关 , 两者成正相关关系 , 表明挤压过程产生的热能与螺杆转速成正比 , 转速越高 ,

12、 对 物料的剪切作用越大 , 产生的热量也越大 , 物料的温升与喂 料速率无关 ; 挤压机主电流受两因素变量的 1次项 、 2次项以 及交互项的影响均极显著 。为进一步详细研究螺杆转速与 进料速率对挤压机内物料压力与主机电流的影响 , 进行响应 面分析 , 为此需要对上述方程进行原始变量的回归分析 。 2. 2 原始变量响应面分析为进行原始变量响应面分析 , 需对编码变量的回归方程 进行变量还原 。 为此 , 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 +

13、6. 09V -0. 0083NV +0. 0017 N 2-0. 13V 2(5 应用 软件 , (5 的响应面 , 如图 1、 图 2。图 1 物料压力对因素变量的响应面Figure 1 Response surface of pres. vs factors图 2 主机电流对因素变量的响应面Figure 2 Response surface of current vs factors 从物料压力对因素变量的响应面 (图 1 可以进一步看 到 , 螺杆转速对挤压机内物料压力的影响比喂料速率的影响 要大 , 压力随螺杆转速的增大而减小 , 随进料速率的增大而 增大 , 在低的螺杆转速下模头压

14、力随进料速率的变化显著 。 这主要是由于随着螺杆转速的降低 , 物料在挤压机内驻留的 时间增长 , 物料的压缩段加大并且后移 , 使得挤压机模头处 熔融段增加 , 压力得以建立并保持较大值而造成的 。相反 , 当螺杆转速较高时 , 物料在机筒内的驻留时间相对缩短 , 压 缩段较短 , 相应的熔融段也减少 , 使模头处压力较小 。161机械与设计 2009年第 4期 从主机电流对因素变量的响应面 (图 2 可以看到 , 螺杆 转速与喂料速率均对挤压机的主机电流具有较复杂的影响 , 说明在操作挤压机进行挤压加工过程中 , 两个特征参数对挤 压机的能量消耗尤为重要 。 从图 2可见 , 主机电流随着

15、螺杆 转速的增大而减小 , 随着进料速率的增大而增大 。 为使功耗 较小 , 可采用较大的螺杆转速和较小的喂料速率组合 。 3 结论本试验以玉米粉和大米粉为原料 , 在双螺杆挤压机上进 行了正交试验 , 对试验结果进行了回归分析和响应面分析 , 表明 :物料压力随螺杆转速的增大而减小 、 随进料速率的增 大而增大 ; 主机电流随着螺杆转速的增大而减小 , 随着进料 速率的增大而增大 ; 挤压机内物料温度在固定机筒外加热装 置设定温度条件下 , 仅与螺杆转速有关 。参考文献1 Cayot N , Bounie D H. aextruder :t t vari 2 ablesJ.Journal 1

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