冷却、干燥设备在饲料加工中的应用

007畜牧 · 发表于 2013-9-25 09:41:25

加工设备是为生产工艺服务的，是合理的生产工艺的具体执行者。随着饲料加工工艺水平的不断提高和完善，对饲料加工设备的性能要求也更加严格，这里不仅指传统上的主机设备，如粉碎机、混合机和成型设备等，也包括诸如干燥机、冷却器、稳定（后熟化）器、喷涂机等辅助设备。目前，较为合理和完善的饲料加工工艺流程中都使用了相当齐备的辅助加工设备，这些设备对饲料成品有着不可忽视的影响。
本文将就冷却、干燥设备在饲料加工中的应用，谈笔者的一些体会，不足之处，恳请指正。
1 饲料加工中的冷却设备
在我国饲料生产企业中，多数的饲料加工工艺流程采用制粒机来生产颗粒饲料。刚从制粒机生产出来的颗粒，其温度约85℃，水分13％～17％，此时的饲料颗粒易碎，应及时冷却、去水，将其温度降至接近室温（约高于室温3℃～5℃）,水分降至12％～13％
（即安全贮藏水分），使之便于破碎处理和贮运。通常选用冷却器执行这一加工工序。
目前，饲料企业使用的冷却器主要有三种，：即立式、卧式和逆流式。逆流式冷却器以其自动化程度高、占地面积小、吸风量小、功耗低等优点，迅速取代其它两种冷却器成为当前主流产品，为饲料企业广泛采用。
逆流式冷却器是采用逆流冷却原理对高温高湿的颗粒饲料进行冷却，设备主要由闭风喂料器、散料器、冷却仓、卸料装置等部件组成。根据卸料装置结构形式的不同，其派生系列较多，当前技术较为成熟的两种卸料装置是滑栅排料机构和翻板排料机构（又称“旋转阀门式排料机构”）。牧羊集团生产的逆流式冷却器中，SKLN系列冷却器采用的是滑栅排料机构，SLNF系列冷却器采用的是翻板排料机构。
在使用过程中，逆流式冷却器应考虑以下几个各方面的问题，以便有利于设备在高效、经济的状态下运行。
1．1 气流状态
对逆流冷却器来讲，最重要的气流参数分别是：风量、风压和风速。
颗粒饲料中的热量和水分，是通过空气介质带走的，有足够的风量才能保证逆流冷却器的产量。针对不同规格的颗粒饲料其参考冷却风量见表1。
表1：颗粒饲料冷却时间与参考风量

颗粒规格（mm）	冷却时间（min.）	参考风量（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

通常情况下，SKLN系列和SLNF系列冷却器按φ12 mm规格的参考风量配备风机。
在冷却时，确定一个合理的风速范围十分重要。通常情况下，1.8m/sec是被普遍接受的指标。同时，吸风管中的风速应在13～16 m/sec。在常规的滑栅逆流式冷却器中，风速过大会引发结块、结拱和排料不均匀，还会导致料床“流化”，从而造成因不同部位物料滞留时间不一，冷却效果不一致。另外，控制风速能有效地避免在料床上产生“风洞”，防止气流短路，影响冷却效果。
通常情况下，SKLN系列和SLNF系列冷却器的料层厚度在0.7m～1.1m之间，推荐风压应≥200mmH2O。
1．2 逆流式冷却器排料口面积
将单位颗粒饲料的冷却风量与最大风速综合考虑，即可确定某型逆流式冷却器的最大产量。因此，为获得更高的产量，应提高冷却风量，与此同时，应相应增加排料系统面积。SKLN系列和SLNF系列冷却器的排料口均采用正方形或矩形。这样的设计，较之同等外形尺寸的圆形仓逆流式冷却器具有更好的地面空间利用率，生产能力提高了28%。这也是SKLN系列和SLNF系列冷却器具有更大冷却能力的原因。
1．3 防止结拱与结块
产量愈高的冷却作业，需要的风量也愈大。对于逆流式冷却器，这意味着结拱与结块几率的增加，如果要获得更大产量的逆流式冷却器，其卸料装置必须满足一定的要求，即在提高产量需要的较大风量和较高风压的前提下，它仍能够均匀并且可靠的排料。较小规格滑栅和翻板逆流式冷却器在这一方面差别不甚明显，但当冷却产量较大或者处理易结拱颗粒饲料时，作为改进型的翻板逆流式冷却器具有一定优势。在排料时，翻板一端上抬，起到破拱作用，从而有效防止可能发生于滑栅排料机构的结拱与结块现象。
1．4 一些参考建议
有资料显示，饲料颗粒含水量越高，其水分蒸发速度越快，冷却效果较好。分析原因，不难看出水分的蒸发需要热量，而在冷却器里提供热量的正是饲料颗粒本身，这正是冷却处理所希望的。因此，在允许的范围内，应考虑适当提高饲料水分，这有利于提高冷却器产量。
逆流式冷却器在启动和清空时，可能产生这样的问题：由于冷却仓中料层厚度较薄，压降变小，导致风机风量变大。饲料颗粒被吸入风管，同时料床上产生“风洞”。是否可以探讨设置一自动控制风门，以解决这一问题。
2 饲料加工中的干燥设备
近几年，我国饲料工业的发展呈现出新的趋势，即挤压膨化技术以其独特的优越性，逐渐为饲料生产商所广泛接受。以牧羊“世纪龙”MY165挤压膨化机为代表的大型膨化设备，进入饲料加工行业后，很快成为生产高档膨化水产饲料的主力机型之一。
通常情况下，挤压膨化产品的水分相对较高，以浮性鱼饲料为例，出模后水分通常在21%～24%，而膨化水产饲料的安全储藏水分一般要求控制在10%左右，仅靠普通冷却设备已无法满足去水需要，这就要求在生产流程中设置专门的干燥处理工段、添置专门的干燥设备。
目前，饲料行业中使用的干燥设备主要分为立式干燥机和卧式干燥机（又称“水平干燥机”）两种，其特点见表2。立式干燥机现在已不多见，而近年新建的大、中型水产饲料厂中多数选用卧式干燥机，主要代表机型有：SFGZ系列浮法干燥机和SKGD系列带式环流干燥机。
表2：立式干燥机和卧式干燥机特点对比

机型指标	立式干燥机	卧式干燥机
占地面积要求	小	大
厂房高度要求	高	低
机械结构和维护要求	结构简单，维护要求低	结构复杂，维护要求高
降水幅度	偏小	大
成品水分均匀性	均匀性较差	均匀性好
保持原有颗粒形状	易压扁、易损伤	基本保持原状
单位能耗	较高	较低
自动化程度	较低	高

大多数卧式干燥机内置单层或多层输送网带（也可以是有孔的钢板履带）用以承托物料在干燥室内移动。热空气竖直穿过料层，在输送带上与物料发生热量和水分的交换，随后通过专门通道排出。这是卧式干燥机的一般工作原理。由于物料随输送带在干燥室内移动，其运动速度较慢，路径较长，干燥时间也较立式干燥机有所增加，且所有物料具有大致相同的外部干燥条件，所以卧式干燥机在一个干燥过程中，无论在降水幅度或成品水分均匀性上均优于立式干燥机，这是卧式干燥机的干燥原理和机械结构决定的。
干燥处理是比较复杂的过程，受到很多因素的制约，例如干燥时间、热风温度、热风风量、物料组分的物性和几何形状等都将影响最终的干燥效果，具体反映在产品上即产品水分和水分不均匀度两项主要的指标。一个优秀并稳定的干燥处理系统不单单指一台功能强大的干燥机，还应该包括诸如辅助机械装置、热能系统、风路系统、电气控制系统等部分。良好的干燥效果是干燥系统中所有组成部分综合作用的结果，在选择和操作过程中还应在以下几个方面加以考虑：
2．1 摊布器
对于卧式干燥机来讲，摊布器的优劣直接影响产品水分均匀程度，是干燥系统中一个比较重要的环节。
摊布器将物料均匀摊布在输送带上，使得输送带上各点过风量大致相同，这是产品水分均一的前提之一。摊布器可从属于干燥机，也可独立形成一个单独的设备，其形式较多，如振荡式、水平耙、振荡输送带等等。用户可根据实际需求选择适合的形式，不损伤物料外观是除摊布效果外的另一个原则。
当前，较为成熟的是振荡式摊布器，其机械结构简单，传动可靠，振荡频率和振幅可调，摊布效果较好，适用于大多数水产膨化饲料。SKGD系列带式环流干燥机就采用了这种摊布器。
2． 2 系统和风路
应考虑提供干燥机充足并且稳定的热量，否则无法保证干燥机工作的稳定性。饲料干燥机可选择蒸汽、导热油或燃气作为热源，其中燃气效率较高。
由于饲料加工工艺中的某些环节需要蒸汽的介入，例如制粒、膨化等，所以一般情况下，应首选蒸汽作为干燥机的热源，这样可以减少建厂初期的投资，节约日常管理费用。
热交换器是供热系统的核心部件，从实际应用效果看，钢铝复合翅片管的蒸汽热交换器性能比较好，翅片管不易变形积水。
传统的卧式干燥机采用一个较大的热交换器，通过多个分支风路将热风分别送入各个干燥室。这种作法带来的问题是各干燥室风量分配不易操控，对分支风路均需做保温处理，且占用了干燥机外围较大空间，结构比较复杂。SKGD系列带式环流干燥机采用各干燥室独立供热和内置的风路，解决了上述问题。同时，热风循环利用使得SKGD系列干燥机的能耗大大降低，小时处理量3.5吨（φ3mm浮性膨化鱼料），水分从24%降至10%的蒸汽耗量约1.5t/h。
2． 3 控制系统
饲料干燥系统的自动控制比较难于实现，因为影响干燥过程的因素较多，需要控制的环节也多，整个控制系统的造价昂贵，这对饲料干燥来讲是不经济的。那么比较现实的方法应该是对某一个比较重要的参数实行自动调控，对其它参数手动调节。在SKGD系列干燥机上，干燥温度是自动调节的，而风量和干燥时间是手动调节的。温度的自动控制保证了在蒸汽有波动时，干燥机仍能够在相对稳定的温度范围内工作。
2．4 处理的物料

物料的组分和物理属性对最终的干燥效果也有很大的影响：
①如果饲料配方中含有油脂类比例较高，是不利干燥的。
②当饲料颗粒比较致密时，不利于颗粒内部水分沿毛细管向颗粒表层扩散。
③饲料颗粒尺寸较大时，需要更长的干燥时间。
④所有的饲料颗粒尺寸不应差异过大，否则很难获得良好的干燥不均匀度指标。
⑤通常情况下，沉性饲料较浮性饲料难干燥。
2．5 一些参考建议
①干燥需要热量，在允许的限度内，较高温度，有利于提高干燥机工作效率。但是高温条件下，会影响饲料的营养价值，例如非酶褐变。通常饲料干燥温度不应超过120℃。也可以考虑让饲料在高温（100℃～200℃）环境中停留数分钟，使颗粒迅速升温，之后应降低热风温度，完成剩余的烘干作业。
②应避免在干燥初期造成颗粒表层迅速失水，形成“水封”，破坏连接颗粒表层和内部的毛细管，妨碍颗粒核心水分最终向外扩散。
③任何物料的干燥过程都需要一定的时间。在一个干燥过程中，不应频繁更改操作参数，应留给干燥机一定的反应时间，只有这样才能得到某种物料的最佳操作参数。

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