目前,我國大多數(shù)飼料廠均采用環(huán)模制粒生產(chǎn)水產(chǎn)飼料。通過環(huán)模制粒生產(chǎn)的硬顆粒飼料沉入水底10~20min即潰散,采食性差,部分殘留在水域環(huán)境 中,對水質(zhì)污染嚴重;而擠壓膨化飼料經(jīng)過高溫、高壓,是一種低污染、浪費少、高轉(zhuǎn)化率的優(yōu)質(zhì)環(huán)保型飼料。因此,水產(chǎn)膨化料已有逐步取代硬顆粒料成為水產(chǎn)飼 料主流的趨勢。
水產(chǎn)膨化飼料生產(chǎn)過程一般包括原料粉碎、混合、二次微粉、擠壓膨化、烘干、冷卻等工序,其中擠壓膨化在整個工藝中 具有十分重要地位,對飼料的品質(zhì)、生產(chǎn)效率等影響較大。為此,本文就單、雙螺桿水產(chǎn)飼料擠壓膨化機的工作特性和合理選用進行論述,為廠家正確應(yīng)用水產(chǎn)飼料 擠壓膨化機提供參考,使擠壓膨化技術(shù)在生產(chǎn)中真正起到作用,達到增產(chǎn)、降耗,提高飼喂時養(yǎng)分消化率和能量利用率的目的。
1擠壓膨化機的結(jié)構(gòu)特點及工作原理
擠壓膨化機主要由一個機筒和在膨化機筒內(nèi)旋膨化轉(zhuǎn)的螺桿等部件組成,有單螺桿擠壓膨化機和雙螺桿擠壓膨化機兩大類。在擠壓加工過程中,物料從喂料口進入 模腔,由螺桿推動向前輸送時,受到擠壓、混合、壓縮和剪切。由于推動力、摩擦力和剪切力及外加熱的作用,物料受壓變熱,達到高溫、高壓狀態(tài),熟化成為改性 的糊狀物。當(dāng)物料從前面的??讛D出后,由于溫度和壓力突然降至常溫、常壓狀態(tài),致使物料內(nèi)水分急劇汽化蒸發(fā),體積迅速膨脹,成為膨化物。
1.1單螺桿擠壓膨化機
單螺桿擠壓膨化機的螺桿由一根軸把各種結(jié)構(gòu)的螺桿單元連接組成。整個螺桿由三段組成:喂料段、揉合段及熔融均化段。物料從喂料口進入機筒后,在螺桿中經(jīng)歷固體輸送、熔融和均化過程,使物料從松散狀態(tài)轉(zhuǎn)變成連續(xù)可塑的面團狀。
在單螺桿擠壓腔中物料基本上緊密圍繞在螺桿的周圍,呈螺旋形的連續(xù)帶狀,螺桿轉(zhuǎn)動時物料沿著螺旋就像螺母一樣向前移動,但當(dāng)物料與螺桿的摩擦力大于物料 與機筒的摩擦力時,物料將與螺桿產(chǎn)生共轉(zhuǎn),這就不能實現(xiàn)對物料的向前擠壓和輸送作用了。當(dāng)物料的水分、油分越高,這種趨勢就越明顯。為避免這些問題,現(xiàn)在 大多數(shù)的單螺桿擠壓膨化機采用分段式,單、雙螺旋,壓力環(huán)與捏合環(huán)交錯排列的組合螺桿和內(nèi)壁開槽機筒,以適應(yīng)機腔內(nèi)物料的變化情況。
單螺桿擠壓膨化機結(jié)構(gòu)相對比較簡單,價格也相對較低,其發(fā)展較早,技術(shù)相對比較成熟,設(shè)備穩(wěn)定,在膨化水產(chǎn)飼料生產(chǎn)中作為主要設(shè)備已有40多年的歷史, 廣泛應(yīng)用于羅非魚、鮰魚、草魚、鯉魚等的低蛋白成魚飼料生產(chǎn)中。另外,在池塘混養(yǎng)魚料等低檔飼料生產(chǎn)中,單螺桿擠壓膨化機有明顯的優(yōu)勢,其原料無需經(jīng)過超 微粉,粒度95%通過30~50目即可,大大降低了設(shè)備投資費用,提高了生產(chǎn)效率。
1.2雙螺桿擠壓膨化機
雙螺桿擠壓膨化機是多螺桿擠壓膨化機中的一種,是在單螺桿擠壓膨化機的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,在雙螺桿擠壓膨化機的機筒中,并排安放兩根螺桿,故稱雙螺桿擠 壓膨化機。根據(jù)螺桿的相對位置可分為嚙合型與非嚙合型,嚙合型又可分為部分嚙合型和全嚙合型,具體見圖1;根據(jù)螺桿的旋向可分為同向旋轉(zhuǎn)與反向旋轉(zhuǎn)兩類, 反向旋轉(zhuǎn)又可分為向內(nèi)和向外兩種,具體見圖2。
同向旋轉(zhuǎn)式雙螺桿壓力區(qū)性質(zhì)不同,物料在套筒內(nèi)腔受螺桿的旋轉(zhuǎn)作用,產(chǎn)生高壓區(qū)和 低壓區(qū),具體見圖3(a)中符號“+”、“-”所示的位置。顯而易見,物料將沿著兩個方向由高壓區(qū)向低壓區(qū)流動:一是隨螺桿旋轉(zhuǎn)方向沿套筒內(nèi)壁形成左右兩 個C形物料流(見圖4),這是物料的主流;另一個是通過螺桿嚙合部分的間隙形成逆流[見圖3(b)]。產(chǎn)生逆流的原因是左螺桿把物料拉入嚙合的間隙,而右 螺桿又把物料從間隙中拉出,結(jié)果使物料呈“∞”字形前進,改變料流方向。這不僅有助于物料的混合和均化,而且還使螺桿的齒槽間產(chǎn)生研磨(即剪切)與滾壓作 用,出現(xiàn)壓延效應(yīng),這個效應(yīng)與反向螺桿壓延效應(yīng)相比要小得多。當(dāng)然,壓延效應(yīng)小,物料對螺桿的磨損也就減小,物料就是這樣經(jīng)過輸送、剪切、混合和機筒外殼 的加熱,在高溫、高壓的作用下達到熟化,最后被擠出筒外。
反向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠壓膨化機一般采用兩根尺寸完全相同,但螺紋方向相反的 螺桿。向內(nèi)旋轉(zhuǎn)和向外旋轉(zhuǎn)的區(qū)別在于壓力區(qū)的位置不同,雙螺桿向內(nèi)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的壓力為上高下低,物料通過雙螺桿時,在入口會產(chǎn)生極高的壓力,造成進料困難, 目前這種向內(nèi)反向旋轉(zhuǎn)式很少采用;雙螺桿向外旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的壓力為上低下高,有利于進料。但反向旋轉(zhuǎn)與同向旋轉(zhuǎn)相比,物料在螺桿內(nèi)形成的C形物料流不能從一根 螺桿移向另一根螺桿,物料產(chǎn)生的混合程度顯著降低,其自潔能力也沒有同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿有效和穩(wěn)定。
反向旋轉(zhuǎn)雙螺桿由于上下有壓力 差,產(chǎn)生使螺桿向兩側(cè)偏移的分離力F,螺桿在F作用下壓向機筒,加速了機筒和螺桿的磨損,且轉(zhuǎn)速越高,F(xiàn)越大,磨損越嚴重,從而限制了螺桿的轉(zhuǎn)速;而同向 旋轉(zhuǎn)雙螺桿不存在分離兩螺桿的力,故磨損較小,可高速運轉(zhuǎn),并能達到很高的產(chǎn)量,故同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿應(yīng)用較廣泛。
物料所需要的熱量 來源,除了與單螺桿相同的部分外,大部分來自嚙合間隙;受嚙合螺紋的剪切、擠壓和混合,產(chǎn)生熱量,并使熱量均勻化。間隙的大小對膨化質(zhì)量影響很大,間隙 小、剪切力大,但通過的物料量減少;間隙大,通過的物料量增加了,但剪切力減小。雙螺桿強制輸送和自潔的特性,使物料在機筒中停留時間短而均勻;雙螺桿良 好的混合性能使物料得到的熱量及時均化,加快了物料的熟化程度,減少了料溫的波動,提高了膨化產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。
雙螺桿擠壓膨化 機具有適應(yīng)性強、滑移輸送及自潔等優(yōu)點,但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜,投資成本高,相應(yīng)的維修和操作成本也較高。因而,雙螺桿擠壓膨化機一般用于那些具有高附加值的水產(chǎn) 和寵物飼料生產(chǎn)中,如鰻魚、甲魚及幼魚飼料的生產(chǎn),因為這些產(chǎn)品在市場上銷售的價格足以回報雙螺桿技術(shù)的制造產(chǎn)品所需的費用;另外一些特種水產(chǎn)飼料如微粒 水產(chǎn)飼料(直徑為0.8~1.5mm)、高脂肪水產(chǎn)料及生產(chǎn)量小但配方常變的飼料也需采用雙螺桿擠壓膨化機進行生產(chǎn)。
雙螺桿擠壓 膨化機在國內(nèi)發(fā)展相對較晚,對于中型以上的雙螺桿擠壓膨化機,由于其原料特性變化范圍較大,需要螺桿轉(zhuǎn)速在較大范圍內(nèi)調(diào)整,由于其工作原理不同于單螺桿擠 壓膨化機,在具體結(jié)構(gòu)上有較大的差異,特別是機筒、螺桿、推力軸承及齒輪箱的布置比較復(fù)雜,造成設(shè)備成本的增加。在同等生產(chǎn)能力下,同向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠壓膨 化機與單螺桿擠壓膨化機的對比結(jié)果見表1。
2水產(chǎn)飼料擠壓膨化機選用時應(yīng)注意的問題
在新建水產(chǎn)飼料加工廠或改造原飼料生產(chǎn)線時,選用擠壓膨化機首先要考慮其類型,根據(jù)飼料生產(chǎn)能力選擇相匹配的擠壓膨化機;尤其是老廠改造時,還應(yīng)考慮原粉碎機、烘干機、冷卻器的生產(chǎn)能力是否足夠。選用時應(yīng)重點考慮幾個問題。
2.1膨化機的膨化效果
對于水產(chǎn)飼料來說,好的膨化效果就是顆粒成形率99%以上、顆粒粉化率小于1%、顆粒漂浮率(下沉率)100%,顆粒大小均勻、色澤一致,具有很好的耐水性;上浮型水產(chǎn)飼料在水中保持10h、下沉型水產(chǎn)飼料在水中保持3h不潰散等。
2.2擠壓膨化機的投資價格
雙螺桿擠壓膨化機設(shè)備投資費用是同等生產(chǎn)能力的單螺桿擠壓膨化機的1.5~1.7倍;易損件的費用大約是單螺桿擠壓膨化機的1.5倍;電耗費用也大約為單螺桿擠壓膨化機的1.5倍。
2.3擠壓膨化機的使用壽命
不同廠家的擠壓膨化機由于結(jié)構(gòu)特征和使用材質(zhì)的不同,使用壽命也不盡相同。所以,在選用擠壓膨化機時,應(yīng)特別注意一些易損件的耐磨性,以及其結(jié)構(gòu)設(shè)計上 是否合理,能否達到減少螺桿磨損的目的;另外,在選用擠壓膨化機時還要考慮該機器是否能真正達到節(jié)能降耗的目的。對于沒有經(jīng)過超微粉的原料,其易損件的磨 損將更加嚴重,特別是雙螺桿擠壓膨化機,這種情況選用單螺桿擠壓膨化機更合理。
3擠壓膨化機的控制方式
擠壓加工大多數(shù)為人工或半自動操作,擠壓產(chǎn)品的質(zhì)量與操作人員自身的素質(zhì)有很大關(guān)系,人為控制進料、蒸汽和水的添加速度以及產(chǎn)品的溫度將會造成顆粒產(chǎn)品質(zhì) 量不穩(wěn)定,尤其是水分的不均勻性,從而烘干后水分含量達不到指標(biāo),生產(chǎn)出不合格品,給飼料廠帶來較大的經(jīng)濟損失。以時產(chǎn)6t的水產(chǎn)膨化機為例,當(dāng)顆粒水分 超過安全儲藏水分后,顆粒將發(fā)霉;當(dāng)顆粒水分達到安全儲藏水分后,每降低一個百分點的水,飼料廠一年的經(jīng)濟損失將達80多萬。全自動控制方式采用先進的計 算機控制物料、水和蒸汽的流量,根據(jù)設(shè)置自動添加,對所有故障實施報警,消除了與擠壓膨化機操作相關(guān)的人為因素影響和無法避免的產(chǎn)品質(zhì)量波動。
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