冷卻、干燥設備在飼料加工中的應用

007畜牧 · 發表于 2013-9-25 09:41:25

加工設備是為生產工藝服務的，是合理的生產工藝的具體執行者。隨著飼料加工工藝水平的不斷提高和完善，對飼料加工設備的性能要求也更加嚴格，這里不僅指傳統上的主機設備，如粉碎機、混合機和成型設備等，也包括諸如干燥機、冷卻器、穩定（后熟化）器、噴涂機等輔助設備。目前，較為合理和完善的飼料加工工藝流程中都使用了相當齊備的輔助加工設備，這些設備對飼料成品有著不可忽視的影響。
本文將就冷卻、干燥設備在飼料加工中的應用，談筆者的一些體會，不足之處，懇請指正。
1 飼料加工中的冷卻設備
在我國飼料生產企業中，多數的飼料加工工藝流程采用制粒機來生產顆粒飼料。剛從制粒機生產出來的顆粒，其溫度約85℃，水分13％～17％，此時的飼料顆粒易碎，應及時冷卻、去水，將其溫度降至接近室溫（約高于室溫3℃～5℃）,水分降至12％～13％
（即安全貯藏水分），使之便于破碎處理和貯運。通常選用冷卻器執行這一加工工序。
目前，飼料企業使用的冷卻器主要有三種，：即立式、臥式和逆流式。逆流式冷卻器以其自動化程度高、占地面積小、吸風量小、功耗低等優點，迅速取代其它兩種冷卻器成為當前主流產品，為飼料企業廣泛采用。
逆流式冷卻器是采用逆流冷卻原理對高溫高濕的顆粒飼料進行冷卻，設備主要由閉風喂料器、散料器、冷卻倉、卸料裝置等部件組成。根據卸料裝置結構形式的不同，其派生系列較多，當前技術較為成熟的兩種卸料裝置是滑柵排料機構和翻板排料機構（又稱“旋轉閥門式排料機構”）。牧羊集團生產的逆流式冷卻器中，SKLN系列冷卻器采用的是滑柵排料機構，SLNF系列冷卻器采用的是翻板排料機構。
在使用過程中，逆流式冷卻器應考慮以下幾個各方面的問題，以便有利于設備在高效、經濟的狀態下運行。
1．1 氣流狀態
對逆流冷卻器來講，最重要的氣流參數分別是：風量、風壓和風速。
顆粒飼料中的熱量和水分，是通過空氣介質帶走的，有足夠的風量才能保證逆流冷卻器的產量。針對不同規格的顆粒飼料其參考冷卻風量見表1。
表1：顆粒飼料冷卻時間與參考風量

顆粒規格（mm）	冷卻時間（min.）	參考風量（m3/min?t）
φ4~φ5	5~6	22.6
φ6~φ8	6~8	25.5
φ10	7~8	28.3
φ12	8~10	31.1

通常情況下，SKLN系列和SLNF系列冷卻器按φ12 mm規格的參考風量配備風機。
在冷卻時，確定一個合理的風速范圍十分重要。通常情況下，1.8m/sec是被普遍接受的指標。同時，吸風管中的風速應在13～16 m/sec。在常規的滑柵逆流式冷卻器中，風速過大會引發結塊、結拱和排料不均勻，還會導致料床“流化”，從而造成因不同部位物料滯留時間不一，冷卻效果不一致。另外，控制風速能有效地避免在料床上產生“風洞”，防止氣流短路，影響冷卻效果。
通常情況下，SKLN系列和SLNF系列冷卻器的料層厚度在0.7m～1.1m之間，推薦風壓應≥200mmH2O。
1．2 逆流式冷卻器排料口面積
將單位顆粒飼料的冷卻風量與最大風速綜合考慮，即可確定某型逆流式冷卻器的最大產量。因此，為獲得更高的產量，應提高冷卻風量，與此同時，應相應增加排料系統面積。SKLN系列和SLNF系列冷卻器的排料口均采用正方形或矩形。這樣的設計，較之同等外形尺寸的圓形倉逆流式冷卻器具有更好的地面空間利用率，生產能力提高了28%。這也是SKLN系列和SLNF系列冷卻器具有更大冷卻能力的原因。
1．3 防止結拱與結塊
產量愈高的冷卻作業，需要的風量也愈大。對于逆流式冷卻器，這意味著結拱與結塊幾率的增加，如果要獲得更大產量的逆流式冷卻器，其卸料裝置必須滿足一定的要求，即在提高產量需要的較大風量和較高風壓的前提下，它仍能夠均勻并且可靠的排料。較小規格滑柵和翻板逆流式冷卻器在這一方面差別不甚明顯，但當冷卻產量較大或者處理易結拱顆粒飼料時，作為改進型的翻板逆流式冷卻器具有一定優勢。在排料時，翻板一端上抬，起到破拱作用，從而有效防止可能發生于滑柵排料機構的結拱與結塊現象。
1．4 一些參考建議
有資料顯示，飼料顆粒含水量越高，其水分蒸發速度越快，冷卻效果較好。分析原因，不難看出水分的蒸發需要熱量，而在冷卻器里提供熱量的正是飼料顆粒本身，這正是冷卻處理所希望的。因此，在允許的范圍內，應考慮適當提高飼料水分，這有利于提高冷卻器產量。
逆流式冷卻器在啟動和清空時，可能產生這樣的問題：由于冷卻倉中料層厚度較薄，壓降變小，導致風機風量變大。飼料顆粒被吸入風管，同時料床上產生“風洞”。是否可以探討設置一自動控制風門，以解決這一問題。
2 飼料加工中的干燥設備
近幾年，我國飼料工業的發展呈現出新的趨勢，即擠壓膨化技術以其獨特的優越性，逐漸為飼料生產商所廣泛接受。以牧羊“世紀龍”MY165擠壓膨化機為代表的大型膨化設備，進入飼料加工行業后，很快成為生產高檔膨化水產飼料的主力機型之一。
通常情況下，擠壓膨化產品的水分相對較高，以浮性魚飼料為例，出模后水分通常在21%～24%，而膨化水產飼料的安全儲藏水分一般要求控制在10%左右，僅靠普通冷卻設備已無法滿足去水需要，這就要求在生產流程中設置專門的干燥處理工段、添置專門的干燥設備。
目前，飼料行業中使用的干燥設備主要分為立式干燥機和臥式干燥機（又稱“水平干燥機”）兩種，其特點見表2。立式干燥機現在已不多見，而近年新建的大、中型水產飼料廠中多數選用臥式干燥機，主要代表機型有：SFGZ系列浮法干燥機和SKGD系列帶式環流干燥機。
表2：立式干燥機和臥式干燥機特點對比

機型指標	立式干燥機	臥式干燥機
占地面積要求	小	大
廠房高度要求	高	低
機械結構和維護要求	結構簡單，維護要求低	結構復雜，維護要求高
降水幅度	偏小	大
成品水分均勻性	均勻性較差	均勻性好
保持原有顆粒形狀	易壓扁、易損傷	基本保持原狀
單位能耗	較高	較低
自動化程度	較低	高

大多數臥式干燥機內置單層或多層輸送網帶（也可以是有孔的鋼板履帶）用以承托物料在干燥室內移動。熱空氣豎直穿過料層，在輸送帶上與物料發生熱量和水分的交換，隨后通過專門通道排出。這是臥式干燥機的一般工作原理。由于物料隨輸送帶在干燥室內移動，其運動速度較慢，路徑較長，干燥時間也較立式干燥機有所增加，且所有物料具有大致相同的外部干燥條件，所以臥式干燥機在一個干燥過程中，無論在降水幅度或成品水分均勻性上均優于立式干燥機，這是臥式干燥機的干燥原理和機械結構決定的。
干燥處理是比較復雜的過程，受到很多因素的制約，例如干燥時間、熱風溫度、熱風風量、物料組分的物性和幾何形狀等都將影響最終的干燥效果，具體反映在產品上即產品水分和水分不均勻度兩項主要的指標。一個優秀并穩定的干燥處理系統不單單指一臺功能強大的干燥機，還應該包括諸如輔助機械裝置、熱能系統、風路系統、電氣控制系統等部分。良好的干燥效果是干燥系統中所有組成部分綜合作用的結果，在選擇和操作過程中還應在以下幾個方面加以考慮：
2．1 攤布器
對于臥式干燥機來講，攤布器的優劣直接影響產品水分均勻程度，是干燥系統中一個比較重要的環節。
攤布器將物料均勻攤布在輸送帶上，使得輸送帶上各點過風量大致相同，這是產品水分均一的前提之一。攤布器可從屬于干燥機，也可獨立形成一個單獨的設備，其形式較多，如振蕩式、水平耙、振蕩輸送帶等等。用戶可根據實際需求選擇適合的形式，不損傷物料外觀是除攤布效果外的另一個原則。
當前，較為成熟的是振蕩式攤布器，其機械結構簡單，傳動可靠，振蕩頻率和振幅可調，攤布效果較好，適用于大多數水產膨化飼料。SKGD系列帶式環流干燥機就采用了這種攤布器。
2． 2 系統和風路
應考慮提供干燥機充足并且穩定的熱量，否則無法保證干燥機工作的穩定性。飼料干燥機可選擇蒸汽、導熱油或燃氣作為熱源，其中燃氣效率較高。
由于飼料加工工藝中的某些環節需要蒸汽的介入，例如制粒、膨化等，所以一般情況下，應首選蒸汽作為干燥機的熱源，這樣可以減少建廠初期的投資，節約日常管理費用。
熱交換器是供熱系統的核心部件，從實際應用效果看，鋼鋁復合翅片管的蒸汽熱交換器性能比較好，翅片管不易變形積水。
傳統的臥式干燥機采用一個較大的熱交換器，通過多個分支風路將熱風分別送入各個干燥室。這種作法帶來的問題是各干燥室風量分配不易操控，對分支風路均需做保溫處理，且占用了干燥機外圍較大空間，結構比較復雜。SKGD系列帶式環流干燥機采用各干燥室獨立供熱和內置的風路，解決了上述問題。同時，熱風循環利用使得SKGD系列干燥機的能耗大大降低，小時處理量3.5噸（φ3mm浮性膨化魚料），水分從24%降至10%的蒸汽耗量約1.5t/h。
2． 3 控制系統
飼料干燥系統的自動控制比較難于實現，因為影響干燥過程的因素較多，需要控制的環節也多，整個控制系統的造價昂貴，這對飼料干燥來講是不經濟的。那么比較現實的方法應該是對某一個比較重要的參數實行自動調控，對其它參數手動調節。在SKGD系列干燥機上，干燥溫度是自動調節的，而風量和干燥時間是手動調節的。溫度的自動控制保證了在蒸汽有波動時，干燥機仍能夠在相對穩定的溫度范圍內工作。
2．4 處理的物料

物料的組分和物理屬性對最終的干燥效果也有很大的影響：
①如果飼料配方中含有油脂類比例較高，是不利干燥的。
②當飼料顆粒比較致密時，不利于顆粒內部水分沿毛細管向顆粒表層擴散。
③飼料顆粒尺寸較大時，需要更長的干燥時間。
④所有的飼料顆粒尺寸不應差異過大，否則很難獲得良好的干燥不均勻度指標。
⑤通常情況下，沉性飼料較浮性飼料難干燥。
2．5 一些參考建議
①干燥需要熱量，在允許的限度內，較高溫度，有利于提高干燥機工作效率。但是高溫條件下，會影響飼料的營養價值，例如非酶褐變。通常飼料干燥溫度不應超過120℃。也可以考慮讓飼料在高溫（100℃～200℃）環境中停留數分鐘，使顆粒迅速升溫，之后應降低熱風溫度，完成剩余的烘干作業。
②應避免在干燥初期造成顆粒表層迅速失水，形成“水封”，破壞連接顆粒表層和內部的毛細管，妨礙顆粒核心水分最終向外擴散。
③任何物料的干燥過程都需要一定的時間。在一個干燥過程中，不應頻繁更改操作參數，應留給干燥機一定的反應時間，只有這樣才能得到某種物料的最佳操作參數。

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