飼料機械中調制器的功能介紹

 

1 飼料調質的目的與調質機理  

    飼料調質就是飼料熟化過程之一，使生粉料轉化為具有一定熟度的粉料，飼料良好的調質工藝和設備有利于飼料制粒和膨化成型。 

1.1 飼料調質的目的 

1.1.1 有利于飼料制粒成型  使飼料易制粒成型，降低制粒的粉化率。
1.1.2 提高飼料的消化吸收率  使蛋白及淀粉等組分的消化吸收率可提高10%~12%。
1.1.3 增加水產顆粒飼料在水中的穩(wěn)定性  提高了淀粉的糊化度，使顆粒飼料在水中的穩(wěn)定性可達30min，最長達3~6h，其穩(wěn)定性主要是取決于配方和調質性能。當然制粒過程亦有助于提高水中穩(wěn)定性。
1.1.4 提高制粒機的產量，降低電耗 提高制粒機的產量達25%~50%以上。
1.1.5 減少壓模和壓輥的磨損 壓模和壓輥的壽命延長30%~50%。
 1.1.6 破壞和滅殺有害因子達20%~60%以上。
1.1.7 調質過程中可添加2~3種液態(tài)組分。  由于調質過程是飼料經一定時間的熱量和質量（水分）蒸汽處理，所以，高溫的蒸汽對飼料熱敏組分將產生不同程度的損失。如何既能減少熱敏組分的損失，又能使飼料獲得良好調質效果的工藝，至今尚未得到較好的解決。

1.2 飼料調質的機理和調質過程 

    飼料調質就是飼料水熱處理的過程，飼料調質實際是氣相（蒸汽）、液相（細微水分散的水滴）的熱量、質量向固相（粉狀物料）傳遞熱量和質量的過程。蒸汽在飼料調質過程中，它既是傳熱體，又是傳濕體。而且，飼料在調質過程中熱量和質量不斷地發(fā)生變化，調質亦是蒸汽中的熱量和質量通過粉狀顆粒物料的外表面向內部轉移的過程。  粉狀物料的調質是蒸汽均勻圍繞粉狀物料的周圍，靠近顆粒物料的表面形成界面層的過程。調質過程的傳熱和傳質的速度，決定于蒸汽和粉狀顆粒物料內部與界面層的溫度梯度、速度梯度、濕度梯度、物料性質（密度、顆粒大小、含水量）等因素。  當低溫和含水分較低的固相粉狀物料進入有一定轉速的調質器內，蒸汽壓力從200~400kpa降為常壓，蒸汽溫度從142.9~158℃降為100℃，這就開始進行生粉料的調質熟化。而物料熟化的關鍵是蒸汽的品質（指蒸汽含水量和焓值高低），由于蒸汽分為濕蒸汽，飽和蒸汽（干蒸汽），過熱蒸汽（見圖1）。三者的區(qū)別在于焓值（kJ/kg）和溫度不同。濕蒸汽焓值較低，濕蒸汽和飽和蒸汽（干蒸汽）的溫度相同（100℃），但飽和蒸汽焓值高于濕蒸汽。而過熱蒸汽的焓值、溫度高于前兩者。濕蒸汽是水（細微分散的水滴）和蒸汽的混合物。如果對其繼續(xù)加熱量，焓值增加，蒸汽溫度并不升高，該熱能供給細微分散的水滴汽化的熱能（汽化潛熱），供熱能越多，焓值越高，蒸汽含水量越低，蒸汽含量越高。含蒸汽的程度為蒸汽的飽和度（干度），如蒸汽的飽和度（干度）x=0.8說明80%是蒸汽，20%是細微分散的水滴。在常壓下蒸汽含量達到100%，即在100℃飽和溫度下，蒸汽就成為不含有水的蒸汽，這蒸汽就是飽和蒸汽。當對該飽和蒸汽繼續(xù)加熱，飽和蒸汽的焓值和溫度繼續(xù)增加，該蒸汽成為過熱蒸汽，這過熱蒸汽是制粒需要的蒸汽品質。如果隨著蒸汽壓力的增加，水的汽化溫度亦隨之提高，同樣形成濕蒸汽，飽和蒸汽，過熱蒸汽的需要溫度亦相應提高（見圖1曲線上移）。  高溫的過熱蒸汽，焓值高，熱量多，無含水，過熱蒸汽進入調質器內壓力從200~400kpa降為常壓，溫度從142.9~158℃降為100℃后，轉化為飽和蒸汽或濕蒸汽。同時蒸汽釋放熱量，飽和蒸汽的飽和度亦逐漸下降，飽和蒸汽中含水量逐漸增加，并繼續(xù)釋放熱量，但蒸汽溫度仍保持100℃。此時，熱蒸汽和冷的固相粉狀物料相遇，由于熱蒸汽和粉狀物料之間既有溫度梯度（溫度差），又有濕度梯度（濕度差）。所以，熱蒸汽和冷固相粉狀物料之間就既產生熱量傳遞，又有質量（水分）的傳遞，熱蒸汽與和固相粉狀物料之間的焓值差,就是熱量和質量傳遞的推動力。調質過程是蒸汽的熱量、質量同時、同向經粉狀物料的外表面向內部傳熱和傳質的過程。而且，熱蒸汽和粉狀物料之間熱量和質量在傳遞過程中總量是平衡的（略去調質器內空氣溫度上升和調質器機筒散發(fā)的熱量）。在傳熱和傳質過程中，蒸汽熱量釋放，使粉狀物料溫度上升到調質所需的溫度（制粒80~85℃，膨化95℃以上），飽和蒸汽的飽和度繼續(xù)下降，飽和蒸汽中逐漸增加的含水量。當調質器常用的粉狀物料調質溫度為80～85℃和蒸汽的飽和度（干度）X=0.6~0.9時，在該條件下,大致可認為粉狀物料每升高11℃，其水分增加1%。使粉狀物料吸收或外加水分后達到制粒、膨化所需含水量（制粒17%~18%，膨化28%~30%）。為了確保制粒要求水分低，所以，采用過熱蒸汽是合理的，如采用濕蒸汽易析出過多的水分，影響制粒。膨化宜用供汽量較多的飽和度（干度）較高的飽和蒸汽或較低的過熱蒸汽，使粉狀顆粒物料既能得到較多水分，又能得到較高溫度，就符合了物料膨化的要求。在結構上制粒的調質器應隔熱保溫好，膨化調質器可以無隔熱保溫處理。種調質工藝和設備基本都能符合制粒或膨化要求，實際上不同的調質工藝和設備，其調質的工藝參數（調質器轉速、調質時間等）有所不同，為此調質熟化效果亦有較大的差別，不同的調質熟化效果來適應不同物料調質的要求?，F作如下討論。

 

2.1 給料和調質同軸組合的調質工藝和設備  

    20世紀50~60年代制粒機的給料是連續(xù)螺旋式的，調質是槳葉式的，由于給料量根據制粒的顆粒大小，給料量須變化，轉速必需調速，但為了保證調質效果，調質器轉速必須恒定，為此，兩者不能兼顧。因而，給料和調質同軸組合的調質工藝其調質效果較差。為此，到60年代末到70年代初給料和調質同軸組合的調質工藝，就被給料和調質獨立的工藝設備所取代。  

2.2 給料和調質分開的工藝和設備  

    由于人們認識到給料和調質同軸組合的不利因素，所以，開始將給料和調質分開傳動。此時，調質器的長度一般較短，略超過壓制室和主傳動的長度之和，一般在2 000mm以內。調質器直徑一般在300~400mm以內，轉速為200r/min左右，物料在停留調質器時間在15~30s以內。由于給料和調質功能已分工明確，調質器為槳葉，為此，物料調質效果改善，制粒后的淀粉的糊化度可達25%，所以，調質后的淀粉的糊化度亦能在15%~20%以內，并可添加多種液體。由于淀粉的糊化度不高，顆粒耐水性就差，因此該調質工藝只能用于禽畜飼料生產，而不能用于耐水要求較高的水產飼料。 

2.3 等直徑水平雙筒調質工藝和設備  
    實際上兩個單筒調質的組合，僅中間無筒壁，該結構使物料可相互翻動，部分槳葉反向旋轉，延長物料在機內停留時間，增強了調質強度，機內停留時間最長達1min，淀粉的糊化度可達20%，調質器轉速為100~200r/min，以內，調質器為槳葉?？商砑佣喾N液體，該機可用于禽畜飼料生產，亦能用于耐水性要求不高的魚飼料生產。 

2.4 二、三級調質工藝和設備  

    由于水產飼料耐水性特殊要求，為了增強調質器的調質效果，所以采用了加長二、三級調質工藝與設備，調質器長度達3 000~4 000mm。調質器直徑仍在300~400mm左右，調質器為槳葉，槳葉排列形式多種。①前半槳葉與軸夾角成45°，后半槳葉與軸平行。②相鄰兩個槳葉與軸夾角成左旋右旋各75°。轉速低速為100~200r/min高速為300r/min，由于增加了調質器長度，高速槳葉增強了調質強度。有些調質器為長筒體還進行保溫以減少熱量無形損耗，物料在機內停留時間大幅度增加達1~2min，使調質效果得到了改善，調質后淀粉的糊化度可達25%左右，可添加多種液體，基本符合耐水要求較高的水產飼料使用。 

2.5 水平雙筒差動調質工藝和設備  
    調質器為雙筒差動調質器，小筒槳葉轉速高于大筒槳葉轉速1~2倍，為200~300r/min左右，其槳葉全部反向推進，將物料推向進口，筒體直徑為420~480mm。大筒槳葉轉速為100r/min左右，槳葉進口處有3~4組將物料推向出口方向，中部槳葉與軸平行，僅起翻動作用，無推進功能，出口處槳葉有2~3組將物料推向進口方向，但槳葉推向方向根據物料性質可進行調整，物料推進主要由進口槳葉推進力大于出口槳葉來決定,同時調整槳葉的角度來調整推進速度即物料調質時間。大筒體直徑為520~560mm。大、小槳葉在直徑方向相交，相交量近小槳葉葉片的長度，槳葉端部和槳葉桿部形狀大小相同。所以，該機型調質時間可達一般為2~3min，最長達20min，調質效果較好，調質后淀粉糊化度一般30%，最高的糊化度可達40%~50%以上，而且可添加多種液體，雙筒差動調質工藝和設備能適應各種水產飼料的調質之用，但造價較高，該調質開始主要用于膨化的調質，現已開始用于制粒的調質。 

2.6 高速調質，低速保溫均質上下雙筒調質器  
    在2003~2004年與水平雙筒差動調質器結構相似的上下雙筒調質器已問世，其性能的原理來看高速調質與保溫均質分開，功能分工明確，為此，調質效果將優(yōu)于水平雙筒差動調質器。 上筒是高速調質,由于調質效果一定程度上取決于調質過程中傳熱和傳質的速度，傳熱和傳質的速度而決定于蒸汽和粉狀顆粒物料內部與界面層的溫度梯度、速度梯度、濕度梯度、物料性質（密度、顆粒大小、含水量）等因素。而高速調質,就增加了粉狀物料和蒸汽、粉狀物料表面與物料內部的溫度梯度、速度梯度、濕度梯度，從而就提高調質效果。其直徑在400~480mm,轉速在450~500r/min。  下筒是保溫均質，由于要達到調質要求，須要有一定的時間，才能使物料調質更均勻，確保了調質性能的優(yōu)良。所以，上下高速調質，均質保溫的雙筒調質器的調質效果必將優(yōu)于水平雙筒差動調質器。其直徑在500~560mm轉速在50~100r/min。該調質器液體添加量可達10%以上。  

2.7 釜式調質工藝和設備  

    釜式調質種類較多，其中較好的釜式調質是物料調質時間達20min左右，可添加多種液體，液體添加量可達10%~25%，可調節(jié)釜式罐層數來滿足不同產量的要求。該調質器的排料由行星螺旋輸送機即清倉螺旋輸送機，釜式調質器直徑1 600~2 700mm。 

2.8 高壓調質工藝和設備 

    上面所說的調質器都為常壓下作業(yè)，達到同樣效果，相對于高壓調質時間較長，特別是難以調質的顆粒物料，宜用高壓調質。調質溫度可達100℃以上，調質時間可較長，但調質器是受壓容器，其壓力為20~80kpa，該調質器使蒸汽中的水和熱更容易進入物料內部，而且調質效果較為均勻。以前高壓調質特別適用于大顆粒的原料調質處理，如壓片原料的調質處理。今后如將高壓調質器用于粉狀飼料的調質處理，能使調質效果優(yōu)于常壓調質。 

 

3 影響調質器調質效果的主要因素  

    調質是制粒或膨化不可缺少的工序，沒有良好的調質系統，就沒有優(yōu)良制粒或膨化效果，而影響調質器調質效果的因素較多，主要取決于以下3種因素。 

3.1 物料性能
3.1.1 物料性質  由于飼料的組分種類很多，其物料性質不相同，影響調質效果亦不同。根據其主體的組分，物料性質分為蛋白型、淀粉型、纖維型、脂肪型、熱敏型等，在調質時作業(yè)參數應各不相同。
3.1.1.1 蛋白型飼料 蛋白質具有親水性，調質時水分不宜增加過多，否則易堵塞壓膜孔，為此，采用過熱蒸汽為好，因為蛋白型飼料調質是熱量比增濕更重要。
3.1.1.2 淀粉型飼料 淀粉需要高溫、高濕的調質條件，所以，采用低壓過熱蒸汽或在混合機內加一些水分為宜。  
3.1.1.3 纖維型飼料 纖維持水性和粘結性差，為此水分不宜過高，一般13%~14%，料溫控制在55~60℃左右。如果料溫過高，壓制的顆粒易產生裂縫，采用較低的過熱蒸汽或在混合機內加少量水分，以降低壓制時的料溫。  
3.1.1.4 脂肪型飼料 脂肪型飼料水分不宜過高，為此，采用較高的過熱蒸汽有利于脂肪型制粒。  
3.1.1.5 熱敏型飼料 熱敏型飼料力求調質溫度低，料溫控制在60℃以下，水分不宜高，所以，可采用較低的過熱蒸汽或在混合機內加少量水分，來降低料溫是有效的。
3.1.2 物料的顆粒大小和均勻程度  由于飼料的組分種類很多,而相同類型粉狀物料的顆粒大小和均勻程度相差亦大，這對調質器操作帶來一定的難度并提出了較高的要求。因為調質要求使每個顆粒的中心都軟化，如小顆粒調質已達到要求時，則大顆粒調質尚未達到要求。如顆粒粒徑相差越大，調質效果就差距越大。國外最新研究結論：提出了“粉狀顆粒粒徑對調質效果的影響”，力求物料顆粒粒徑盡量接近，便于取得均勻的調質效果。為此，對于大型飼料廠對調質要求高的品種，顆?？上冗M行分級，再進行調質的工藝，來取得最佳調質效果，同時還能節(jié)約能耗。
3.1.3 物料的水分  水分是影響調質效果的重要因素，在調質溫度，調質時間相同情況下，物料的水分含量高，其調質效果優(yōu)于水分低的物料。由于微生物對濕熱的抗性較差，在蒸汽的作用下微生物能在周圍介質中吸取高溫的水分，因而，對微生物細胞蛋白質的凝固有促進作用，加速微生物死亡（濕熱物料微生物死亡時間為較低水分物料的1/3）。所以，在物料的水分含量高的條件下沙門氏菌等霉菌及致病菌和植物血球凝結素、蛋白酶抑制劑有害因子破壞和滅活度高，同時淀粉糊化度亦高。 

3.2 調質器性能  

3.2.1 調質器結構和工藝參數  
3.2.1.1 調質器結構 ①調質器是單層調質器，還是三層調質器；調質器是長型（3~4m）、還是短型（2m以下）調質器；是雙筒調質器，還是單筒調質器；是等直徑調質器，還是差動調質器；是大直徑調質器，還是較小直徑調質器；是常壓調質器，還是高壓調質器，其不同的結構對調質效果有較大的影響。如：對調質時間、調質液體組分的添加量、調質的熟度都不盡相同。所以，對于耐水性要求高的蝦飼料，對于液體組分的添加量比例較高，宜用調質時間長、調質轉速高的調質器，如差動筒調質器。耐水性要求不太高的魚飼料用三層調質器、雙筒調質器、差動調質器均可以，只要調節(jié)調質器槳葉的角度來控制調質時間，就可以滿足調質要求，但要比較投資的經濟性。一般禽畜飼料采用單筒大直徑調質器、雙筒調質器都能達到使用要求。差動筒調質器、三層調質器、長型調質器、高轉速調質器、雙筒調質器具有良好的調質性能，其中差動調質器和雙筒調質器調質均勻性最佳，因差動調質器解決或改善了縱向調質均勻問題。其它調質器一定程度有縱向調質不均勻問題依然存在。②槳葉結構不同調質性能仍然有不同，早期調質器的槳葉名副其實是槳葉，而且逐步從較大面積的槳葉轉化為小面積的槳葉，近期調質器的槳葉已成方形桿狀（槳葉數量亦是影響調質效果重要因素,目前變化不大）。調質效果很大程度決定物料的翻動性能。槳葉大，面積就大，對物料輸送有利，但相對靜止的物料就多，翻動性能相對就差。所以，調質效果亦就差。為此，調質器的槳葉逐步發(fā)展成有一定面積的方形桿狀，槳葉數量增多，減弱了物料輸送能力，延長調質時間，有良好的翻動性能，從而，提高了調質效果。  
3.2.1.2 調質器轉速 相同直徑的調質器轉速對調質效果影響較大，轉速高，使調質物料翻動性能加強，亦使蒸汽在物料表面的速度梯度加大，從而加速了調質速度和效果。同時，槳葉轉速高，打擊力大，加速了水分向物料內部擴散。所以，高轉速的調質器具有較好的調質效果，液體組分的添加比例可達10%后,仍然有較好的調質效果。  
3.2.1.3 調質時間 任何熱量傳遞，質量（水分）傳遞都需要時間，才能獲得最好的調質。而且，不同成品物料粉碎的粒度不同，熟化程度要求不同，調質器的結構不同，則調質時間要求亦應有所不同。一般禽畜飼料調質的時間為30s左右，魚蝦飼料的調質時間達2~20min?？傊?，調質時間對調質質量影響甚大?？赏ㄟ^調節(jié)調質器打板的角度、改變調質器長度和增設保溫均質系統增加調質時間，使物料得到較好的調質效果。目前在制粒機上增設保溫均質器,就可不同程度改善調質效果。 

3.3 調質蒸汽質量  

    由于不同質量的蒸氣，其溫度及含水率不同， 過熱蒸汽質量好，溫度高及含水率低，而制粒調質和膨化調質對物料溫度和物料含水率都有不同的要求，制粒工藝一般要求入制粒室的料溫在75~85℃，物料含水量在17%~18%，制粒后的料溫80~85℃。膨化工藝一般要求入膨化腔的料溫在95℃以上，物料含水量在28%~30%為宜，膨化腔內的料溫達130~140℃以上。由于蒸汽調質后物料難以達到28%~30%的水分，所以，膨化工藝必要時在混合機或調質器內加入水，才能使物料的水分達到28%~30%的要求。在調質器內加水，因水對物料作用時間短，形成物理化學結合水達不到25%的要求，很大一部分是機械結合水（游離水，自由水）。對制粒而言，如要增濕時，在混合機內加水比調質器內加水好,使物料增加的水易成物理化學結合水。而一般制粒和膨化宜在調質器內加水，因水易從顆粒中蒸發(fā)，穩(wěn)定性較差，顆粒在冷卻或干燥過程中易失去。外加的水對熱敏型物料十分有益?？傊{質是制粒、膨化的重要的環(huán)節(jié)，由于物料組分不同，飼料的成品不同，調質器不同，調質的各種參數亦應有所不同。 

 

4 調質器的發(fā)展動向  

    由于調質器轉子轉速高的調質速度及調質時添加液體的數量均比轉子轉速低的要好，所以目前調質器的發(fā)展動向是向高速、強力調質器方向發(fā)展。調質后有良好的保溫均質時間，使調質效果和水平得到一個較大的提高。  隨著高速、強力調質器的應用，飼料消化吸收率的提高，飼料的配方亦應有所調整，在能達到最佳養(yǎng)殖效果和最大經濟的效益。否則，將可能會浪費原料或產生一些不良反應如脂肪肝等。