水产饲料挤压膨化机的特性分析及正确选用

互推小编 2023-09-08

　　目前,我国大多数饲料厂均采用环模制粒生产水产饲料。通过环模制粒生产的硬颗粒饲料沉入水底10～20min即溃散，采食性差，部分残留在水域环境中，对水质污染严重；而挤压膨化饲料经过高温、高压，是一种低污染、浪费少、高转化率的优质环保型饲料。因此，水产膨化料已有逐步取代硬颗粒料成为水产饲料主流的趋势。
　　
　　水产膨化饲料生产过程一般包括原料粉碎、混合、二次微粉、挤压膨化、烘干、冷却等工序，其中挤压膨化在整个工艺中具有十分重要地位,对饲料的品质、生产效率等影响较大。为此,本文就单、双螺杆水产饲料挤压膨化机的工作特性和合理选用进行论述,为厂家正确应用水产饲料挤压膨化机提供参考,使挤压膨化技术在生产中真正起到作用,达到增产、降耗，提高饲喂时养分消化率和能量利用率的目的。
　　
　　1挤压膨化机的结构特点及工作原理
　　
　　挤压膨化机主要由一个机筒和在膨化机筒内旋膨化转的螺杆等部件组成，有单螺杆挤压膨化机和双螺杆挤压膨化机两大类。在挤压加工过程中，物料从喂料口进入模腔，由螺杆推动向前输送时，受到挤压、混合、压缩和剪切。由于推动力、摩擦力和剪切力及外加热的作用，物料受压变热，达到高温、高压状态，熟化成为改性的糊状物。当物料从前面的模孔挤出后，由于温度和压力突然降至常温、常压状态，致使物料内水分急剧汽化蒸发，体积迅速膨胀，成为膨化物。
　　

　　1.1单螺杆挤压膨化机
　　
　　单螺杆挤压膨化机的螺杆由一根轴把各种结构的螺杆单元连接组成。整个螺杆由三段组成：喂料段、揉合段及熔融均化段。物料从喂料口进入机筒后，在螺杆中经历固体输送、熔融和均化过程，使物料从松散状态转变成连续可塑的面团状。
　　
　　在单螺杆挤压腔中物料基本上紧密围绕在螺杆的周围，呈螺旋形的连续带状，螺杆转动时物料沿着螺旋就像螺母一样向前移动,但当物料与螺杆的摩擦力大于物料与机筒的摩擦力时,物料将与螺杆产生共转,这就不能实现对物料的向前挤压和输送作用了。当物料的水分、油分越高，这种趋势就越明显。为避免这些问题，现在大多数的单螺杆挤压膨化机采用分段式，单、双螺旋，压力环与捏合环交错排列的组合螺杆和内壁开槽机筒，以适应机腔内物料的变化情况。
　　
　　单螺杆挤压膨化机结构相对比较简单，价格也相对较低，其发展较早，技术相对比较成熟，设备稳定，在膨化水产饲料生产中作为主要设备已有40多年的历史，广泛应用于罗非鱼、豸鱼、草鱼、鲤鱼等的低蛋白成鱼饲料生产中。另外，在池塘混养鱼料等低档饲料生产中，单螺杆挤压膨化机有明显的优势，其原料无需经过超微粉，粒度95%通过30～50目即可，大大降低了设备投资费用，提高了生产效率。
　　
　　1.2双螺杆挤压膨化机
　　
　　双螺杆挤压膨化机是多螺杆挤压膨化机中的一种，是在单螺杆挤压膨化机的基础上发展起来的，在双螺杆挤压膨化机的机筒中，并排安放两根螺杆，故称双螺杆挤压膨化机。根据螺杆的相对位置可分为啮合型与非啮合型，啮合型又可分为部分啮合型和全啮合型，具体见图1；根据螺杆的旋向可分为同向旋转与反向旋转两类，反向旋转又可分为向内和向外两种，具体见图2。
　　
　　同向旋转式双螺杆压力区性质不同，物料在套筒内腔受螺杆的旋转作用，产生高压区和低压区，具体见图3（a）中符号“+”、“-”所示的位置。显而易见，物料将沿着两个方向由高压区向低压区流动：一是随螺杆旋转方向沿套筒内壁形成左右两个C形物料流（见图4），这是物料的主流；另一个是通过螺杆啮合部分的间隙形成逆流[见图3（b）]。产生逆流的原因是左螺杆把物料拉入啮合的间隙，而右螺杆又把物料从间隙中拉出，结果使物料呈“∞”字形前进，改变料流方向。这不仅有助于物料的混合和均化，而且还使螺杆的齿槽间产生研磨(即剪切)与滚压作用，出现压延效应，这个效应与反向螺杆压延效应相比要小得多。当然，压延效应小，物料对螺杆的磨损也就减小，物料就是这样经过输送、剪切、混合和机筒外壳的加热，在高温、高压的作用下达到熟化，最后被挤出筒外。
　　
　　反向旋转双螺杆挤压膨化机一般采用两根尺寸完全相同，但螺纹方向相反的螺杆。向内旋转和向外旋转的区别在于压力区的位置不同，双螺杆向内旋转产生的压力为上高下低，物料通过双螺杆时，在入口会产生极高的压力，造成进料困难，目前这种向内反向旋转式很少采用；双螺杆向外旋转产生的压力为上低下高，有利于进料。但反向旋转与同向旋转相比，物料在螺杆内形成的C形物料流不能从一根螺杆移向另一根螺杆，物料产生的混合程度显著降低，其自洁能力也没有同向旋转双螺杆有效和稳定。
　　
　　反向旋转双螺杆由于上下有压力差，产生使螺杆向两侧偏移的分离力F，螺杆在F作用下压向机筒，加速了机筒和螺杆的磨损，且转速越高，F越大，磨损越严重，从而限制了螺杆的转速；而同向旋转双螺杆不存在分离两螺杆的力，故磨损较小，可高速运转，并能达到很高的产量，故同向旋转双螺杆应用较广泛。
　　
　　物料所需要的热量来源，除了与单螺杆相同的部分外，大部分来自啮合间隙；受啮合螺纹的剪切、挤压和混合，产生热量，并使热量均匀化。间隙的大小对膨化质量影响很大，间隙小、剪切力大，但通过的物料量减少；间隙大，通过的物料量增加了，但剪切力减小。双螺杆强制输送和自洁的特性，使物料在机筒中停留时间短而均匀；双螺杆良好的混合性能使物料得到的热量及时均化，加快了物料的熟化程度，减少了料温的波动，提高了膨化产品的产量和质量。
　　
　　双螺杆挤压膨化机具有适应性强、滑移输送及自洁等优点，但其结构复杂，投资成本高，相应的维修和操作成本也较高。因而，双螺杆挤压膨化机一般用于那些具有高附加值的水产和宠物饲料生产中，如鳗鱼、甲鱼及幼鱼饲料的生产，因为这些产品在市场上销售的价格足以回报双螺杆技术的制造产品所需的费用；另外一些特种水产饲料如微粒水产饲料（直径为0.8～1.5mm）、高脂肪水产料及生产量小但配方常变的饲料也需采用双螺杆挤压膨化机进行生产。
　　
　　双螺杆挤压膨化机在国内发展相对较晚，对于中型以上的双螺杆挤压膨化机，由于其原料特性变化范围较大，需要螺杆转速在较大范围内调整，由于其工作原理不同于单螺杆挤压膨化机，在具体结构上有较大的差异，特别是机筒、螺杆、推力轴承及齿轮箱的布置比较复杂，造成设备成本的增加。在同等生产能力下，同向旋转双螺杆挤压膨化机与单螺杆挤压膨化机的对比结果见表1。

　　
　　2水产饲料挤压膨化机选用时应注意的问题
　　
　　在新建水产饲料加工厂或改造原饲料生产线时,选用挤压膨化机首先要考虑其类型,根据饲料生产能力选择相匹配的挤压膨化机；尤其是老厂改造时,还应考虑原粉碎机、烘干机、冷却器的生产能力是否足够。选用时应重点考虑几个问题。
　　
　　2.1膨化机的膨化效果
　　
　　对于水产饲料来说,好的膨化效果就是颗粒成形率99%以上、颗粒粉化率小于1%、颗粒漂浮率（下沉率）100%，颗粒大小均匀、色泽一致，具有很好的耐水性；上浮型水产饲料在水中保持10h、下沉型水产饲料在水中保持3h不溃散等。
　　
　　2.2挤压膨化机的投资价格
　　
　　双螺杆挤压膨化机设备投资费用是同等生产能力的单螺杆挤压膨化机的1.5～1.7倍；易损件的费用大约是单螺杆挤压膨化机的1.5倍；电耗费用也大约为单螺杆挤压膨化机的1.5倍。
　　
　　2.3挤压膨化机的使用寿命
　　
　　不同厂家的挤压膨化机由于结构特征和使用材质的不同,使用寿命也不尽相同。所以,在选用挤压膨化机时,应特别注意一些易损件的耐磨性,以及其结构设计上是否合理,能否达到减少螺杆磨损的目的；另外,在选用挤压膨化机时还要考虑该机器是否能真正达到节能降耗的目的。对于没有经过超微粉的原料，其易损件的磨损将更加严重，特别是双螺杆挤压膨化机，这种情况选用单螺杆挤压膨化机更合理。
　　
　　3挤压膨化机的控制方式
　　
　　挤压加工大多数为人工或半自动操作，挤压产品的质量与操作人员自身的素质有很大关系，人为控制进料、蒸汽和水的添加速度以及产品的温度将会造成颗粒产品质量不稳定，尤其是水分的不均匀性，从而烘干后水分含量达不到指标，生产出不合格品，给饲料厂带来较大的经济损失。以时产6t的水产膨化机为例，当颗粒水分超过安全储藏水分后，颗粒将发霉；当颗粒水分达到安全储藏水分后，每降低一个百分点的水，饲料厂一年的经济损失将达80多万。全自动控制方式采用先进的计算机控制物料、水和蒸汽的流量，根据设置自动添加，对所有故障实施报警，消除了与挤压膨化机操作相关的人为因素影响和无法避免的产品质量波动。