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    水產飼料擠壓膨化機的分析與選用

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    水產飼料擠壓膨化機的分析與選用

    發布日期:2017-06-06 作者: 點擊:

      目前, 我國大多數飼料廠均采用環模制粒生產水產飼料。通過環模制粒生產的硬顆粒飼料沉入水底10~20min即潰散,采食性差,部分殘留在水域環境中,對水質污染嚴重;而擠壓膨化飼料經過高溫、高壓,是一種低污染、浪費少、高轉化率的優質環保型飼料。因此,水產膨化料已有逐步取代硬顆粒料成為水產飼料主流的趨勢。水產膨化飼料生產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、生產效率等影響較大。為此, 本文就單、雙螺桿水產飼料擠壓膨化機的工作特性和合理選用進行論述,為廠家正確應用水產飼料擠壓膨化機提供參考, 使擠壓膨化技術在生產中真正起到作用, 達到增產、降耗,提高飼喂時養分消化率和能量利用率的目的。

      1 擠壓膨化機的結構特點及工作原理

      擠壓膨化機主要由一個機筒和在膨化機筒內旋膨化轉的螺桿等部件組成,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,熟化成為改性的糊狀物。當物料從前面的??讛D出后,由于溫度和壓力突然降至常溫、常壓狀態,致使物料內水分急劇汽化蒸發,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構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,在螺桿中經歷固體輸送、熔融和均化過程,使物料從松散狀態轉變成連續可塑的面團狀。

      在單螺桿擠壓腔中物料基本上緊密圍繞在螺桿的周圍,呈螺旋形的連續帶狀,螺桿轉動時物料沿著螺旋就像螺母一樣向前移動,但當物料與螺桿的摩擦力大于物料與機筒的摩擦力時,物料將與螺桿產生共轉,這就不能實現對物料的向前擠壓和輸送作用了。當物料的水分、油分越高,這種趨勢就越明顯。為避免這些問題,現在大多數的單螺桿擠壓膨化機采用分段式,單、雙螺旋,壓力環與捏合環交錯排列的組合螺桿和內壁開槽機筒,以適應機腔內物料的變化情況。

      單螺桿擠壓膨化機結構相對比較簡單,價格也相對較低,其發展較早,技術相對比較成熟,設備穩定,在膨化水產飼料生產中作為主要設備已有40多年的歷史,廣泛應用于羅非魚、豸魚、草魚、鯉魚等的低蛋白成魚飼料生產中。另外,在池塘混養魚料等低檔飼料生產中,單螺桿擠壓膨化機有明顯的優勢,其原料無需經過超微粉,粒度95%通過30~50目即可,大大降低了設備投資費用,提高了生產效率。

      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上發展起來的,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;根據螺桿的旋向可分為同向旋轉與反向旋轉兩類,反向旋轉又可分為向內和向外兩種,具體見圖2。同向旋轉式雙螺桿壓力區性質不同,物料在套筒內腔受螺桿的旋轉作用,產生高壓區和低壓區,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向低壓區流動:一是隨螺桿旋轉方向沿套筒內壁形成左右兩個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生研磨(即剪切)與滾壓作用,出現壓延效應,這個效應與反向螺桿壓延效應相比要小得多。當然,壓延效應小,物料對螺桿的磨損也就減小,物料就是這樣經過輸送、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。向內旋轉和向外旋轉的區別在于壓力區的位置不同,雙螺桿向內旋轉產生的壓力為上高下低,物料通過雙螺桿時,在入口會產生極高的壓力,造成進料困難,目前這種向內反向旋轉式很少采用;雙螺桿向外旋轉產生的壓力為上低下高,有利于進料。但反向旋轉與同向旋轉相比,物料在螺桿內形成的C形物料流不能從一根螺桿移向另一根螺桿,物料產生的混合程度顯著降低,其自潔能力也沒有同向旋轉雙螺桿有效和穩定。

      反向旋轉雙螺桿由于上下有壓力差,產生使螺桿向兩側偏移的分離力F,螺桿在F作用下壓向機筒,加速了機筒和螺桿的磨損,且轉速越高,F越大,磨損越嚴重,從而限制了螺桿的轉速;而同向旋轉雙螺桿不存在分離兩螺桿的力,故磨損較小,可高速運轉,并能達到很高的產量,故同向旋轉雙螺桿應用較廣泛。

      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,產生熱量,并使熱量均勻化。間隙的大小對膨化質量影響很大,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,提高了膨化產品的產量和質量。

      雙螺桿擠壓膨化機具有適應性強、滑移輸送及自潔等優點,但其結構復雜,投資成本高,相應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和寵物飼料生產中,如鰻魚、甲魚及幼魚飼料的生產,因為這些產品在市場上銷售的價格足以回報雙螺桿技術的制造產品所需的費用;另外一些特種水產飼料如微粒水產飼料(直徑為0.8~1.5mm)、高脂肪水產料及生產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。

      雙螺桿擠壓膨化機在國內發展相對較晚,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,需要螺桿轉速在較大范圍內調整,由于其工作原理不同于單螺桿擠壓膨化機,在具體結構上有較大的差異,特別是機筒、螺桿、推力軸承及齒輪箱的布置比較復雜,造成設備成本的增加。在同等生產能力下,同向旋轉雙螺桿擠壓膨化機與單螺桿擠壓膨化機的對比結果見表1。


    水產飼料擠壓膨化機


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