[轉(zhuǎn)帖]飼料調(diào)質(zhì)工藝與設(shè)備的討論一

鶯 · 發(fā)表于 2006-10-27 23:46:06

文章來源：飼料工業(yè) 作者：王永昌

　　調(diào)質(zhì)是飼料制粒和膨化工藝的重要組成部分，自飼料制粒機(jī)與飼料膨化機(jī)問世以來，飼料調(diào)質(zhì)工藝與設(shè)備一直在不斷的發(fā)展，特別是近20年國內(nèi)外水產(chǎn)養(yǎng)殖的迅猛發(fā)展，由于水產(chǎn)飼料對(duì)耐水性等特殊的需求，使飼料調(diào)質(zhì)工藝與設(shè)備突飛猛進(jìn)的發(fā)展，出現(xiàn)了百花齊放的局面。為了更好地了解飼料調(diào)質(zhì)對(duì)成品質(zhì)量的影響，現(xiàn)對(duì)飼料調(diào)質(zhì)的工藝與設(shè)備進(jìn)行一些討論。
　　1 飼料調(diào)質(zhì)的目的與調(diào)質(zhì)機(jī)理
飼料調(diào)質(zhì)就是飼料熟化過程之一，使生粉料轉(zhuǎn)化為具有一定熟度的粉料，飼料良好的調(diào)質(zhì)工藝和設(shè)備有利于飼料制粒和膨化成型。
　　1.1 飼料調(diào)質(zhì)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(chǎn)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(dá)30min，最長達(dá)3~6h，其穩(wěn)定性主要是取決于配方和調(diào)質(zhì)性能。當(dāng)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(jī)的產(chǎn)量，降低電耗
　　提高制粒機(jī)的產(chǎn)量達(dá)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(dá)20%~60%以上。
　　1.1.7 調(diào)質(zhì)過程中可添加2~3種液態(tài)組分。
　　由于調(diào)質(zhì)過程是飼料經(jīng)一定時(shí)間的熱量和質(zhì)量（水分）蒸汽處理，所以，高溫的蒸汽對(duì)飼料熱敏組分將產(chǎn)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(diào)質(zhì)效果的工藝，至今尚未得到較好的解決，說明在飼料調(diào)質(zhì)工藝和熱敏組分的品種及添加工藝上，還很多課題需進(jìn)行共同研究提高。現(xiàn)就飼料調(diào)質(zhì)工藝設(shè)備進(jìn)行如下分析討論供參考。
　　1.2 飼料調(diào)質(zhì)的機(jī)理和調(diào)質(zhì)過程
　　飼料調(diào)質(zhì)就是飼料水熱處理的過程，飼料調(diào)質(zhì)實(shí)際是氣相（蒸汽）、液相（細(xì)微水分散的水滴）的熱量、質(zhì)量向固相（粉狀物料）傳遞熱量和質(zhì)量的過程。蒸汽在飼料調(diào)質(zhì)過程中，它既是傳熱體，又是傳濕體。而且，飼料在調(diào)質(zhì)過程中熱量和質(zhì)量不斷地發(fā)生變化，調(diào)質(zhì)亦是蒸汽中的熱量和質(zhì)量通過粉狀顆粒物料的外表面向內(nèi)部轉(zhuǎn)移的過程。
　　粉狀物料的調(diào)質(zhì)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(diào)質(zhì)過程的傳熱和傳質(zhì)的速度，決定于蒸汽和粉狀顆粒物料內(nèi)部與界面層的溫度梯度、速度梯度、濕度梯度、物料性質(zhì)（密度、顆粒大小、含水量）等因素。
　　當(dāng)?shù)蜏睾秃州^低的固相粉狀物料進(jìn)入有一定轉(zhuǎn)速的調(diào)質(zhì)器內(nèi)，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(jìn)行生粉料的調(diào)質(zhì)熟化。而物料熟化的關(guān)鍵是蒸汽的品質(zhì)（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(xì)微分散的水滴）和蒸汽的混合物。如果對(duì)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(xì)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(xì)微分散的水滴。在常壓下蒸汽含量達(dá)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(dāng)對(duì)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(zhì)。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(yīng)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(jìn)入調(diào)質(zhì)器內(nèi)壓力從200~400kpa降為常壓，溫度從142.9~158℃降為100℃后，轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽或濕蒸汽。同時(shí)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(shí)，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(chǎn)生熱量傳遞，又有質(zhì)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(zhì)量傳遞的推動(dòng)力。調(diào)質(zhì)過程是蒸汽的熱量、質(zhì)量同時(shí)、同向經(jīng)粉狀物料的外表面向內(nèi)部傳熱和傳質(zhì)的過程。而且，熱蒸汽和粉狀物料之間熱量和質(zhì)量在傳遞過程中總量是平衡的（略去調(diào)質(zhì)器內(nèi)空氣溫度上升和調(diào)質(zhì)器機(jī)筒散發(fā)的熱量）。在傳熱和傳質(zhì)過程中，蒸汽熱量釋放，使粉狀物料溫度上升到調(diào)質(zhì)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(dāng)調(diào)質(zhì)器常用的粉狀物料調(diào)質(zhì)溫度為80～85℃和蒸汽的飽和度（干度）X=0.6~0.9時(shí)，在該條件下,大致可認(rèn)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(dá)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(jié)構(gòu)上制粒的調(diào)質(zhì)器應(yīng)隔熱保溫好，膨化調(diào)質(zhì)器可以無隔熱保溫處理。
　　調(diào)質(zhì)的目標(biāo)和要求:飼料粉料在調(diào)質(zhì)過程中水和熱共同作用下，使粉狀顆粒物料軟化。調(diào)質(zhì)軟化要求是，能使顆粒物料中心都達(dá)到軟化為最佳，是調(diào)質(zhì)的目標(biāo)和要求。
　　調(diào)質(zhì)過程中蒸汽中的水蒸汽分壓高于粉狀顆粒物料表面水蒸汽分壓，為此，粉狀顆粒物料表面不斷地吸收水蒸汽中的水分（見圖2，從1～4為物料吸收水的過程）。此時(shí)，粉狀物料表面水分高于物料的內(nèi)部水分（即濕度梯度）。為此，物料表面水分和內(nèi)部水分之間有水分壓差，并遵循水分壓高的區(qū)域向水分壓低的區(qū)域流動(dòng)的規(guī)律。所以，粉狀顆粒物料不僅表面吸附水分，而且,向內(nèi)部轉(zhuǎn)移。

　　粉狀顆粒物料在調(diào)質(zhì)器的打板打擊和翻動(dòng)下，使蒸汽流動(dòng)的速度梯度在物料顆粒表面和顆粒不同位置的表面明顯增加。由于，物料顆粒表面不同部位的速度梯度不同，使物料顆粒表面的溫度梯度和濕度梯度都增加。所以，加速了蒸汽與物料之間和物料表面與物料內(nèi)部之間的傳熱和傳質(zhì)過程。同時(shí)打板對(duì)物料顆粒有一定的擠壓，增加了水分向顆粒內(nèi)部轉(zhuǎn)移。水分轉(zhuǎn)移的速度除水蒸汽分壓外，還與顆粒的大小、顆粒密度、顆粒狀態(tài)及調(diào)質(zhì)器轉(zhuǎn)速等因素有關(guān)。如調(diào)質(zhì)器轉(zhuǎn)速高，粉狀顆粒翻動(dòng)激烈，速度梯度增加得更多，蒸汽與物料接觸均勻度好。打擊力大，蒸汽與粉狀顆粒接觸充分，水分向顆粒內(nèi)部轉(zhuǎn)移快，水分的添加量亦可增多。該水分的轉(zhuǎn)移稱之水分的內(nèi)擴(kuò)散，使粉狀顆粒物料增加水分。該增加的水分為物理化學(xué)結(jié)合水和機(jī)械結(jié)合水（游離水亦稱自由水），當(dāng)物料調(diào)質(zhì)水分在18%時(shí)，其中以物理化學(xué)結(jié)合水（滲透結(jié)合水）是粉狀顆粒增加水分的主體。此外,有部分蒸汽水滴吸附在粉狀顆粒表面而形成的機(jī)械結(jié)合水（游離水，自由水）。粉狀顆粒原有的化學(xué)結(jié)合水（結(jié)晶水）與物理化學(xué)結(jié)合水及調(diào)質(zhì)增加的物理化學(xué)結(jié)合水，就成為粉狀顆粒物料在該溫度下，相對(duì)濕度下的平衡水分（見圖3），該平衡水分隨溫度和相對(duì)濕度變化而變化。粉狀物料的平衡水分隨溫度增加而下降，隨相對(duì)濕度升高而增加。由于物料的物理化學(xué)結(jié)合水和適量表面的機(jī)械結(jié)合水（游離水即自由水2%~3%）對(duì)制粒十分有利，從而能獲得良好的制粒效果。粉狀顆粒物料在調(diào)質(zhì)器內(nèi)的高溫和水分兩因素的共同作用下，經(jīng)過適當(dāng)時(shí)間的調(diào)質(zhì)保溫，淀粉糊化，蛋白變性，有害因子得到破壞和滅活，粉狀顆粒物料軟化，達(dá)到較佳的制粒效果?？梢哉f，飼料調(diào)質(zhì)是飼料制粒和膨化過程的十分關(guān)鍵工序，沒有優(yōu)良調(diào)質(zhì)工藝和設(shè)備，就難以獲得高產(chǎn)量、優(yōu)質(zhì)、低能耗的制粒、膨化效果。

　　由于制粒、膨化工序中要求物料的含水率不同，制粒一般在17%~18%，而膨化要求在28%~30%。調(diào)質(zhì)溫度一般在80~90℃，一般情況下,調(diào)質(zhì)器內(nèi)的蒸汽的飽和度在65%~95%。此時(shí)，物料亦應(yīng)有對(duì)應(yīng)的平衡水分(達(dá)到調(diào)質(zhì)條件下的平衡水分需要時(shí)間，否則不能達(dá)到其平衡水分的量)，制粒、膨化在調(diào)質(zhì)后的物理化學(xué)結(jié)合水的水分須在16%和22%~25%左右,而機(jī)械結(jié)合水（游離水，自由水）有2%~3%和3%~5%左右。為此，兩者對(duì)物料含水率要求不同，顯然對(duì)蒸汽要求有所不同，兩者調(diào)質(zhì)的工藝參數(shù)亦就不同，才能保證調(diào)質(zhì)后的物料具有不同的水分增加量。對(duì)制粒要求的蒸汽是過熱蒸汽為好，但蒸汽用量少。而膨化需要的蒸汽用量比制粒所用蒸汽量多，才能確保膨化物料調(diào)質(zhì)后的高溫和高水分（由于蒸汽調(diào)質(zhì)時(shí)間較短，蒸汽調(diào)質(zhì)后增加水分不夠，難以達(dá)到該條件下的平衡水分，需在混合工段內(nèi)加入水分）的要求。以上分析，尚未考慮蒸汽的利用率，制粒過程蒸汽耗量為調(diào)質(zhì)物料流量的3.5%~4%（包括其它加熱和損耗達(dá)5%）左右。
(續(xù)下帖)