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饲料机械中调制器的功能介绍

  调质是饲料制粒和膨化工艺的重要组成部分,自饲料制粒机与饲料膨化机问世以来,饲料调质工艺与设备一直在不断的发展,特别是近20年国内外水产养殖的迅猛发展,由于水产饲料对耐水性等特殊的需求,使饲料调质工艺与设备突飞猛进的发展,出现了百花齐放的局面。为了更好地了解饲料调质对成品质量的影响,现对饲料调质的工艺与设备进行一些讨论。

  1 饲料调质的目的与调质机理

  饲料调质就是饲料熟化过程之一,使生粉料转化为具有一定熟度的粉料,饲料良好的调质工艺和设备有利于饲料制粒和膨化成型。

  1.1 饲料调质的目的

  1.1.1 有利于饲料制粒成型 使饲料易制粒成型,降低制粒的粉化率。

  1.1.2 提高饲料的消化吸收率 使蛋白及淀粉等组分的消化吸收率可提高10%~12%。

  1.1.3 增加水产颗粒饲料在水中的稳定性 提高了淀粉的糊化度,使颗粒饲料在水中的稳定性可达30min,最长达3~6h,其稳定性主要是取决于配方和调质性能。当然制粒过程亦有助于提高水中稳定性。

  1.1.4 提高制粒机的产量,降低电耗 提高制粒机的产量达25%~50%以上。

  1.1.5 减少压模和压辊的磨损 压模和压辊的寿命延长30%~50%。

  1.1.6 破坏和灭杀有害因子达20%~60%以上。

  1.1.7 调质过程中可添加2~3种液态组分。 由于调质过程是饲料经一定时间的热量和质量(水分)蒸汽处理,所以,高温的蒸汽对饲料热敏组分将产生不同程度的损失。如何既能减少热敏组分的损失,又能使饲料获得良好调质效果的工艺,至今尚未得到较好的解决。

  1.2 饲料调质的机理和调质过程

  饲料调质就是饲料水热处理的过程,饲料调质实际是气相(蒸汽)、液相(细微水分散的水滴)的热量、质量向固相(粉状物料)传递热量和质量的过程。蒸汽在饲料调质过程中,它既是传热体,又是传湿体。而且,饲料在调质过程中热量和质量不断地发生变化,调质亦是蒸汽中的热量和质量通过粉状颗粒物料的外表面向内部转移的过程。 粉状物料的调质是蒸汽均匀围绕粉状物料的周围,靠近颗粒物料的表面形成界面层的过程。调质过程的传热和传质的速度,决定于蒸汽和粉状颗粒物料内部与界面层的温度梯度、速度梯度、湿度梯度、物料性质(密度、颗粒大小、含水量)等因素。 当低温和含水分较低的固相粉状物料进入有一定转速的调质器内,蒸汽压力从200~400kpa降为常压,蒸汽温度从142.9~158℃降为100℃,这就开始进行生粉料的调质熟化。而物料熟化的关键是蒸汽的品质(指蒸汽含水量和焓值高低),由于蒸汽分为湿蒸汽,饱和蒸汽(干蒸汽),过热蒸汽(见图1)。三者的区别在于焓值(kJ/kg)和温度不同。湿蒸汽焓值较低,湿蒸汽和饱和蒸汽(干蒸汽)的温度相同(100℃),但饱和蒸汽焓值高于湿蒸汽。而过热蒸汽的焓值、温度高于前两者。湿蒸汽是水(细微分散的水滴)和蒸汽的混合物。如果对其继续加热量,焓值增加,蒸汽温度并不升高,该热能供给细微分散的水滴汽化的热能(汽化潜热),供热能越多,焓值越高,蒸汽含水量越低,蒸汽含量越高。含蒸汽的程度为蒸汽的饱和度(干度),如蒸汽的饱和度(干度)x=0.8说明80%是蒸汽,20%是细微分散的水滴。在常压下蒸汽含量达到100%,即在100℃饱和温度下,蒸汽就成为不含有水的蒸汽,这蒸汽就是饱和蒸汽。当对该饱和蒸汽继续加热,饱和蒸汽的焓值和温度继续增加,该蒸汽成为过热蒸汽,这过热蒸汽是制粒需要的蒸汽品质。如果随着蒸汽压力的增加,水的汽化温度亦随之提高,同样形成湿蒸汽,饱和蒸汽,过热蒸汽的需要温度亦相应提高(见图1曲线上移)。 高温的过热蒸汽,焓值高,热量多,无含水,过热蒸汽进入调质器内压力从200~400kpa降为常压,温度从142.9~158℃降为100℃后,转化为饱和蒸汽或湿蒸汽。同时蒸汽释放热量,饱和蒸汽的饱和度亦逐渐下降,饱和蒸汽中含水量逐渐增加,并继续释放热量,但蒸汽温度仍保持100℃。此时,热蒸汽和冷的固相粉状物料相遇,由于热蒸汽和粉状物料之间既有温度梯度(温度差),又有湿度梯度(湿度差)。所以,热蒸汽和冷固相粉状物料之间就既产生热量传递,又有质量(水分)的传递,热蒸汽与和固相粉状物料之间的焓值差,就是热量和质量传递的推动力。调质过程是蒸汽的热量、质量同时、同向经粉状物料的外表面向内部传热和传质的过程。而且,热蒸汽和粉状物料之间热量和质量在传递过程中总量是平衡的(略去调质器内空气温度上升和调质器机筒散发的热量)。在传热和传质过程中,蒸汽热量释放,使粉状物料温度上升到调质所需的温度(制粒80~85℃,膨化95℃以上),饱和蒸汽的饱和度继续下降,饱和蒸汽中逐渐增加的含水量。当调质器常用的粉状物料调质温度为80~85℃和蒸汽的饱和度(干度)X=0.6~0.9时,在该条件下,大致可认为粉状物料每升高11℃,其水分增加1%。使粉状物料吸收或外加水分后达到制粒、膨化所需含水量(制粒17%~18%,膨化28%~30%)。为了确保制粒要求水分低,所以,采用过热蒸汽是合理的,如采用湿蒸汽易析出过多的水分,影响制粒。膨化宜用供汽量较多的饱和度(干度)较高的饱和蒸汽或较低的过热蒸汽,使粉状颗粒物料既能得到较多水分,又能得到较高温度,就符合了物料膨化的要求。在结构上制粒的调质器应隔热保温好,膨化调质器可以无隔热保温处理。种调质工艺和设备基本都能符合制粒或膨化要求,实际上不同的调质工艺和设备,其调质的工艺参数(调质器转速、调质时间等)有所不同,为此调质熟化效果亦有较大的差别,不同的调质熟化效果来适应不同物料调质的要求。现作如下讨论。

  2.1 给料和调质同轴组合的调质工艺和设备

  20世纪50~60年代制粒机的给料是连续螺旋式的,调质是桨叶式的,由于给料量根据制粒的颗粒大小,给料量须变化,转速必需调速,但为了保证调质效果,调质器转速必须恒定,为此,两者不能兼顾。因而,给料和调质同轴组合的调质工艺其调质效果较差。为此,到60年代末到70年代初给料和调质同轴组合的调质工艺,就被给料和调质独立的工艺设备所取代。

  2.2 给料和调质分开的工艺和设备

  由于人们认识到给料和调质同轴组合的不利因素,所以,开始将给料和调质分开传动。此时,调质器的长度一般较短,略超过压制室和主传动的长度之和,一般在2 000mm以内。调质器直径一般在300~400mm以内,转速为200r/min左右,物料在停留调质器时间在15~30s以内。由于给料和调质功能已分工明确,调质器为桨叶,为此,物料调质效果改善,制粒后的淀粉的糊化度可达25%,所以,调质后的淀粉的糊化度亦能在15%~20%以内,并可添加多种液体。由于淀粉的糊化度不高,颗粒耐水性就差,因此该调质工艺只能用于禽畜饲料生产,而不能用于耐水要求较高的水产饲料。

  2.3 等直径水平双筒调质工艺和设备

  实际上两个单筒调质的组合,仅中间无筒壁,该结构使物料可相互翻动,部分桨叶反向旋转,延长物料在机内停留时间,增强了调质强度,机内停留时间最长达1min,淀粉的糊化度可达20%,调质器转速为100~200r/min,以内,调质器为桨叶。可添加多种液体,该机可用于禽畜饲料生产,亦能用于耐水性要求不高的鱼饲料生产。

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