[轉帖]飼料調質工藝與設備的討論一

鶯 · 發表于 2006-10-27 23:46:06

文章來源：飼料工業作者：王永昌

　　調質是飼料制粒和膨化工藝的重要組成部分，自飼料制粒機與飼料膨化機問世以來，飼料調質工藝與設備一直在不斷的發展，特別是近20年國內外水產養殖的迅猛發展，由于水產飼料對耐水性等特殊的需求，使飼料調質工藝與設備突飛猛進的發展，出現了百花齊放的局面。為了更好地了解飼料調質對成品質量的影響，現對飼料調質的工藝與設備進行一些討論。
　　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定性
　　提高了淀粉的糊化度，使顆粒飼料在水中的穩定性可達30min，最長達3~6h，其穩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，說明在飼料調質工藝和熱敏組分的品種及添加工藝上，還很多課題需進行共同研究提高?，F就飼料調質工藝設備進行如下分析討論供參考。
　　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加熱，飽和蒸汽的焓值和溫度繼續增加，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。
　　調質的目標和要求:飼料粉料在調質過程中水和熱共同作用下，使粉狀顆粒物料軟化。調質軟化要求是，能使顆粒物料中心都達到軟化為最佳，是調質的目標和要求。
　　調質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，粉狀物料表面水分高于物料的內部水分（即濕度梯度）。為此，物料表面水分和內部水分之間有水分壓差，并遵循水分壓高的區域向水分壓低的區域流動的規律。所以，粉狀顆粒物料不僅表面吸附水分，而且,向內部轉移。

　　粉狀顆粒物料在調質器的打板打擊和翻動下，使蒸汽流動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部之間的傳熱和傳質過程。同時打板對物料顆粒有一定的擠壓，增加了水分向顆粒內部轉移。水分轉移的速度除水蒸汽分壓外，還與顆粒的大小、顆粒密度、顆粒狀態及調質器轉速等因素有關。如調質器轉速高，粉狀顆粒翻動激烈，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，水分向顆粒內部轉移快，水分的添加量亦可增多。該水分的轉移稱之水分的內擴散，使粉狀顆粒物料增加水分。該增加的水分為物理化學結合水和機械結合水（游離水亦稱自由水），當物料調質水分在18%時，其中以物理化學結合水（滲透結合水）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械結合水（游離水，自由水）。粉狀顆粒原有的化學結合水（結晶水）與物理化學結合水及調質增加的物理化學結合水，就成為粉狀顆粒物料在該溫度下，相對濕度下的平衡水分（見圖3），該平衡水分隨溫度和相對濕度變化而變化。粉狀物料的平衡水分隨溫度增加而下降，隨相對濕度升高而增加。由于物料的物理化學結合水和適量表面的機械結合水（游離水即自由水2%~3%）對制粒十分有利，從而能獲得良好的制粒效果。粉狀顆粒物料在調質器內的高溫和水分兩因素的共同作用下，經過適當時間的調質保溫，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，達到較佳的制粒效果。可以說，飼料調質是飼料制粒和膨化過程的十分關鍵工序，沒有優良調質工藝和設備，就難以獲得高產量、優質、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%。調質溫度一般在80~90℃，一般情況下,調質器內的蒸汽的飽和度在65%~95%。此時，物料亦應有對應的平衡水分(達到調質條件下的平衡水分需要時間，否則不能達到其平衡水分的量)，制粒、膨化在調質后的物理化學結合水的水分須在16%和22%~25%左右,而機械結合水（游離水，自由水）有2%~3%和3%~5%左右。為此，兩者對物料含水率要求不同，顯然對蒸汽要求有所不同，兩者調質的工藝參數亦就不同，才能保證調質后的物料具有不同的水分增加量。對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質后的高溫和高水分（由于蒸汽調質時間較短，蒸汽調質后增加水分不夠，難以達到該條件下的平衡水分，需在混合工段內加入水分）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質物料流量的3.5%~4%（包括其它加熱和損耗達5%）左右。
(續下帖)