[转帖]饲料调质工艺与设备的讨论一

莺 · 发表于 2006-10-27 23:46:06

文章来源：饲料工业作者：王永昌

　　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，说明在饲料调质工艺和热敏组分的品种及添加工艺上，还很多课题需进行共同研究提高。现就饲料调质工艺设备进行如下分析讨论供参考。
　　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。
　　调质的目标和要求:饲料粉料在调质过程中水和热共同作用下，使粉状颗粒物料软化。调质软化要求是，能使颗粒物料中心都达到软化为最佳，是调质的目标和要求。
　　调质过程中蒸汽中的水蒸汽分压高于粉状颗粒物料表面水蒸汽分压，为此，粉状颗粒物料表面不断地吸收水蒸汽中的水分（见图2，从1～4为物料吸收水的过程）。此时，粉状物料表面水分高于物料的内部水分（即湿度梯度）。为此，物料表面水分和内部水分之间有水分压差，并遵循水分压高的区域向水分压低的区域流动的规律。所以，粉状颗粒物料不仅表面吸附水分，而且,向内部转移。

　　粉状颗粒物料在调质器的打板打击和翻动下，使蒸汽流动的速度梯度在物料颗粒表面和颗粒不同位置的表面明显增加。由于，物料颗粒表面不同部位的速度梯度不同，使物料颗粒表面的温度梯度和湿度梯度都增加。所以，加速了蒸汽与物料之间和物料表面与物料内部之间的传热和传质过程。同时打板对物料颗粒有一定的挤压，增加了水分向颗粒内部转移。水分转移的速度除水蒸汽分压外，还与颗粒的大小、颗粒密度、颗粒状态及调质器转速等因素有关。如调质器转速高，粉状颗粒翻动激烈，速度梯度增加得更多，蒸汽与物料接触均匀度好。打击力大，蒸汽与粉状颗粒接触充分，水分向颗粒内部转移快，水分的添加量亦可增多。该水分的转移称之水分的内扩散，使粉状颗粒物料增加水分。该增加的水分为物理化学结合水和机械结合水（游离水亦称自由水），当物料调质水分在18%时，其中以物理化学结合水（渗透结合水）是粉状颗粒增加水分的主体。此外,有部分蒸汽水滴吸附在粉状颗粒表面而形成的机械结合水（游离水，自由水）。粉状颗粒原有的化学结合水（结晶水）与物理化学结合水及调质增加的物理化学结合水，就成为粉状颗粒物料在该温度下，相对湿度下的平衡水分（见图3），该平衡水分随温度和相对湿度变化而变化。粉状物料的平衡水分随温度增加而下降，随相对湿度升高而增加。由于物料的物理化学结合水和适量表面的机械结合水（游离水即自由水2%~3%）对制粒十分有利，从而能获得良好的制粒效果。粉状颗粒物料在调质器内的高温和水分两因素的共同作用下，经过适当时间的调质保温，淀粉糊化，蛋白变性，有害因子得到破坏和灭活，粉状颗粒物料软化，达到较佳的制粒效果。可以说，饲料调质是饲料制粒和膨化过程的十分关键工序，没有优良调质工艺和设备，就难以获得高产量、优质、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%。调质温度一般在80~90℃，一般情况下,调质器内的蒸汽的饱和度在65%~95%。此时，物料亦应有对应的平衡水分(达到调质条件下的平衡水分需要时间，否则不能达到其平衡水分的量)，制粒、膨化在调质后的物理化学结合水的水分须在16%和22%~25%左右,而机械结合水（游离水，自由水）有2%~3%和3%~5%左右。为此，两者对物料含水率要求不同，显然对蒸汽要求有所不同，两者调质的工艺参数亦就不同，才能保证调质后的物料具有不同的水分增加量。对制粒要求的蒸汽是过热蒸汽为好，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，才能确保膨化物料调质后的高温和高水分（由于蒸汽调质时间较短，蒸汽调质后增加水分不够，难以达到该条件下的平衡水分，需在混合工段内加入水分）的要求。以上分析，尚未考虑蒸汽的利用率，制粒过程蒸汽耗量为调质物料流量的3.5%~4%（包括其它加热和损耗达5%）左右。
(续下帖)