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技术支持

双螺杆膨化机的膨化技术
更新时间:2011-12-01   点击次数:5573次

二来压年以杆挤螺被用广机已,双泛经于工食品加业,不他于谷物食品用加的们仅工,而且也越来越糕多地用于糖果品十多乃点类产产至香料等。随着品工双的加螺杆挤压机应用领域广,杆挤压机也开始用于、特饲料、宠物料水产饲种经济饲料动和幼畜物哺乳期等特种饲双螺料的生料饲产。的拓然而,我国现有的饲料加工仍以单螺杆膨化挤压机为主,尽管双螺杆挤压机在饲料加工业有一些应用,但和食品加工业相比则要逊色得多。为了适应我国饲料工业发展的需要,很有必要重视双螺杆挤压技术在饲料加工中的应用。

  为什么加工特种饲料要采用双螺杆挤压机而不是价格便宜的单螺杆挤压机呢?为此本文将介绍双螺杆挤压机的工作特性,供新建、扩建和改建企业在拟定设计方案和生产实践上,用作实用的技术参考。

   1 单螺杆挤压机

  单螺杆挤压机优于双螺杆挤压机zui主要的一点是其结构简单,价格便宜,因此在食品工业领域有着广泛地应用,只有当单螺杆挤压机在生产中不能得到*令人满意的效果时,才改用双螺杆挤压机。

  单螺杆挤压机主要是靠拖曳流来完成输送的装置。物料只有粘附在筒壁上才能向前输送,摩擦力越大,则泵送效率越高。若物料粘附在螺杆上,则不能向前输送。这就限制了单螺杆挤压机对低粘性原料尤其是高含油脂原料的加工。单螺杆挤压机的这种输送方式对于高压也很敏感。压力将产生回流,降低输送效率。由于输送量等于拖曳流减去压力流,所以高压常会引起总产量的降低。

  在单螺杆挤压机中,大部分能量在机筒上传导。这些能量既有通过机筒外热的传导,也有由于螺杆本身的剪切作用所产生的机械能。其中机械能的大小是由螺杆转速和螺杆结构所决定的,这是因为剪切率与螺杆转速成正比,而对于一台确定的挤压机,螺杆结构一般是预先确定的,修改的可能性很小。对于大型单螺杆挤压机,热交换及其输送产量和压力的增加都将变得更加困难,因为挤压机的尺寸越大,物料的表面积与体积之比就越小。

  在单螺杆挤压机中,zui难的地方还是混合性能的改善,良好的混合需要物料在挤压过程中频繁地翻动。除了漏流,单螺杆挤压机的结构则极大地限制了物料的混合。有些挤压机通过采用的节流元件插入螺杆结构中来用改善其混合特性,但效果是极其有限的。由于这些混合元件也会引起一个较大的压力降,且单螺杆挤压机不良的泵送特性也限制了这些混合元件的长度。

  2  双螺杆挤压机

  *啮合的同向双螺杆挤压机则大大改善了物料的输送、泵出和混合特性。尽管双螺杆挤压机也是一种拖曳流机,但由于其啃合的螺旋结构,所以它具有一种正压泵的附加功能。这使得双螺杆挤压机既可以用来输送高粘性的物料,也可以用来输送低粘性的物料,并具有自清理功能。饲料生产过后,机器就会自动将内部剩余物料挤出机外,无须逐一地卸下来清理,节省了时间。

  在同向双螺杆挤压机中,物料沿着一个“∞”形通道推进,其啮合区是两螺旋zui重要的部位。螺棱既产生正向输送,又允许物料改变方向,提供了更好的混合和热交换。

  组合式的螺杆结构与分段剖分式的机筒一起可满足各种特殊的加工要求,组合成各种结构形式的双螺杆挤压机。组成螺杆的每一个元件可设计成具有专门的输送、揉捏、混合、剪切和提高压力的功能。这些元件沿螺杆长度方向的合理组合可对加工条件进行控制,为该系统提供各种不同的优势。

  揉捏锁是组成螺杆构件的zui重要的混合元件,它用来将所增加的机械能输入到产品中。不同的混合元件将影响物料的扩散和混合分布程度。采用何种形式的揉捏锁将视终产品的要求而定。窄的揉捏锁用于使单位长度的流动分隔数zui大,而宽的盘式揉捏锁则用于高剪切和扩散式混合。

  双螺杆互相揉捏和摩擦,使能耗比单螺杆低。这样可使物料揉合和熟化更充分,其整体的熟化度能够达到95%以上,产品在水中的稳定性能保持在24h以上,同时颗粒的表面光洁度和颗粒均匀度也更好。膨化饲料充分熟化了以后,鱼儿吃起来不但口感好,而且营养易于吸收。所以在购买饲料膨化机时,一定要考虑到物料的熟化程度能否达到90%。

3  流变学的影晌

  评价不同的物料在挤压过程中是怎样受影响的一个简便方法就是看其流变学的影响。

  在动物饲料和小吃食品的挤压加工中,其加工工艺和流变学特性差异很大。为了定量区别不同产品在挤压加工中的流动曲线,一般可采用窄缝式在线或旁路流变仪来确定。实际测试时,可在挤压机的出口安装一个装有四个传感器的窄缝式模头,通过改变其产量来测量两传感器之间的压力降Δp。根据压力降ΔP和间距l以及窄缝高度H可以计算真实剪切应力:τ=H/2×Δp/l

  表观剪切率γ可由体积流量Q和窄缝宽度W得出:γ=(6×Q)/(W×H2)

  考虑到由于淀粉分子随其大分子量的改变而重排,呈抛物线速度分布的牛顿流体将*变成了一个平顶的塞流,这可以通过幂律流体的流动指数方程来进行修正。

  M.S.Starer通过对干法玉米小吃食品加工、狗饲料的常规加工和狗饲料的蒸汽注入法加工这三种不同挤出方式进行了比较试验,其试验的结果表明,对于玉米小吃食品,在干挤压过程中,幂律特性只有在高剪切率时才能观察到,这说明当挤压机在较高的产量和较短的停留时间时,淀粉分子存在明显的差异。添加有19%的含水量的狗饲料也有类似塑料挤出的幂律特性。但是,当注入6%的蒸汽时,这种粘滞特性就*变成了非牛顿特性,这说明分子链仍保持足够长,从而在模头处的压力降不再依赖于模孔结构和挤压机产量,模头长度对压力的变化变得非常敏感。因此,要求模头有一个较长的挤出长度。

  4  可加工饲料的种类多

  双螺杆挤压机zui大的特点就是它能够对各种原料进行混合而不考虑其构成。因此,像谷物、豆粉、动物粉、鲜肉、脂肪、营养素、蛋白质、维生素、淀粉以及湿鱼渣等如此多样化的组分都能很容易地进行加工。因此双螺杆挤压机加工饲料的种类多,除了用于宠物饲料的加工,也可用在水产饲料方面,像鱼、虾饲料,还有河鳗、观赏鱼饲料等。

  宠物饲料的主要成分一般都是由谷物粉(如小麦粉)和含量较高的动物粉、鲜肉和脂肪等组成的。在干法宠物饲料加工过程中,当鲜肉含量高达20%~30%时,挤压时需要强烈地混合和揉捏,这只有双螺杆挤压机才能完成。因为双螺杆的相互揉搓、挤压,即使在原料高油脂的情况下也不会粘在一起而影响机器的运转,与单螺杆挤压机相比,在双螺杆挤压机中可以添加几乎两倍含量的脂肪到宠物饲料中,所以饲料配方含油脂可达到12%以上。这样不仅提高了配方的质量,也减缓了零件的磨损和阻力,降低了生产成本。而单螺杆的饲料膨化机就做不到这一点,在单螺杆挤压机中,脂肪含量受到限制,因为如果脂肪含量太高,导致挤压机剧烈地波动,并因此导致产品质量的不稳定。一旦饲料油脂含量过高,就会造成饲料黏着,机器无法运行。

  此外,还可用于色彩的识别,因为双螺杆挤压机在30s的时间内即可完成原料的改变,这就允许多色混合物的产品直接在挤压机中加工。

  5  经济性分析

  经济性分析不应只看到双螺杆挤压机比单螺杆挤压机的价格高,而应考虑生产每吨产品的费用。随着蒸汽注入法的出现,在双螺杆挤压机中可获得更大的效率。螺杆直径在80mm的膨化机,每小时可以生产150~200kg;螺杆直径为90mm的膨化机,每小时的生产能力为500~800kg;螺杆直径在110mm的膨化机,生产能力就更高了,每小时可以达到1000~1500kg。每吨饲料的生产成本约在200元左右。(编者按:牧羊MY146×2双螺杆挤压膨化机其螺杆直径为146mm,每小时可达5000~10000kg。)

  随着大扭矩的新型挤压机的出现,其螺杆的zui大转速可达到1000rpm,甚至更高。在以往需要大型号挤压机的地方,今后可能只需要采用较小型号的挤压机。随着新材料新技术在挤压机中的应用,螺杆的磨损将越来越小,即使加工带有骨粉或其他磨损较大成分的原料,其机筒的使用寿命也可以达到15000~20000h以上。

  由此可见,双螺杆挤压机不仅能够生产出更一致性的产品和更多样化的产品,而且大扭矩高转速的双螺杆挤压机将产生更大的经济效益。


2膨化机膨化大豆操作规程点击次数:5 发布时间:2010-9-28 9:02:07
膨化机在准备开机生产膨化大豆之前,操作人员首先必须先确认一下上道工序粉碎的大豆粉的粉碎细度是多少?在此建议粉碎大豆所用的粉碎机的筛片孔径以¢3.0mm为宜。

1.      检查电路、汽路、水路是否正常,是否具备开机生产条件?检查膨化腔内的压力环配置是否安装正确,zui前面出料端的锥头紧定螺栓是否拧紧?(注意:此处紧定螺栓是左旋螺纹)膨化腔连接螺栓紧固情况是否合适,不能有松动现象。将尾节出料膨化腔上的出料螺塞用激光切割扳手,扳动出料螺塞顺时针拧紧后,再往回旋转2.5—3圈。(目的:是为了调整出料螺塞与锥头紧定螺栓之间的间距,便于出料。在生产过程中如果大豆不太熟,可以把该间距范围调小,注意此间距不能太小。如果调节此间距后,大豆的熟化度还达不到要求,就应该考虑调整压力环配置)拧紧螺塞紧定螺钉将螺塞固定。建议出料螺芯的孔径采用¢10mm。
2.      打开蒸汽阀门,预热前三节膨化腔,温度为80—100℃左右。预热温度达到后,关闭进膨化腔的蒸汽阀门。
3.      开始启动设备:先启动调质器电机,将旁通门放置为旁通状态,不让大豆粉进入膨化腔内部。启动喂料器电机,建议喂料频率开10HZ;旁通门溜槽有大豆粉流出时,打开蒸汽阀门开始向调质器中添加蒸汽调质。(减压之后的蒸汽压力建议0.4MPa),等待调质后的大豆粉的温度上升。调质温度达到90℃时准备进料到膨化腔内。
4.      进料之前,先启动冷却油泵电机,启动膨化机主电机。(等主电机电路星三角转换正常后才能进料)。开启进入膨化腔内部的自来水(建议水管阀门开启1/4,进腔自来水大约10秒左右,关闭进腔自来水。此时放水主要是起引料的作用便于出料顺畅。水不要太多,水多会造成物料打滑,堵机,物料反喷的情况发生。如果操作熟练之后,也可以尝试不加进腔自来水引料)。将旁通门关闭让调质好的大豆粉进入膨化腔,等待出料。
5.      当出料后,适当增加喂料量。当调质器内的测温传感器显示温度下降后,应适当增加蒸汽量。正常生产过程中调质温度一般控制在85—95℃左右。操作人员应时刻注意观察主电机电流值的变化。
6.      当电流表显示的电流值发生超主电机额定电流值的情况时,迅速关闭调质器和喂料器电机按钮。等主机电流回落到正常范围内后,开启调质器,适当调小喂料频率,开启喂料电机。(或者迅速打开旁通门让大豆粉从旁通门溜槽流出,等电流回落后,关闭旁通门让大豆粉进入膨化腔内)
7.      准备停机时,先关闭进入调质器的蒸汽阀门(防止蒸汽串仓影响料仓下料),关闭喂料器,把喂料电位器旋钮归为零位,便于下次开机操作。关闭调质器,等主机电流值回落到空载电流值时,关闭主电机,关闭冷却油泵电机。
8.      停机后,膨化机出料模口正前方严禁站人,操作人员在设备侧面用扳手拆卸出料模螺栓。(建议:先拆卸出料模下方的螺栓,防止拆卸上方的螺栓时,机体内部的蒸汽喷射到操作人员的面部。先拆卸下方的螺栓,可以起到泄压的作用)。
9.      拆卸完出料模后,点动主电机将膨化腔内的残留大豆粉挤压干净。zui后人工清理一下出料模。
10. 压力环配置顺序如下:(配置顺序按照:从进料方向到出料方向,压力环外径尺寸按照:从小到大的顺序放置)
180—195—203—207
180—195—205—207
180—195—205—209
180—195—207—209
以上配置选择,根据现场物料熟化程度,及尿酶要求而选择合适的压力环配置!
11. 膨化大豆螺杆配置顺序如下:进料端开始前2节是单螺杆,这两节螺杆安装要保证螺旋线连续,起输送物料的作用。后3节是双螺杆。具体尺寸数据参照下面的表格。
长度 330mm 236mm 236mm 236mm 290mm
螺距 100mm 100mm 35mm 35mm 35mm
外径 192mm 192mm 197mm 197mm 197mm


12. 如果生产过程中,仍有不明白之处,建议参阅设备使用说明书!

3.膨化的新技术与应用点击次数:2 发布时间:2010-9-28 9:00:30
挤压膨化技术目前在食品行业以及饲料行业都已经得到了更为广泛的应用。近些年在挤压膨化领域一些新技术不断涌出,这些新技术的应用使得挤压膨化设备在效率、能耗、可靠性,以及加工产品的品质和加工范围等各个方面都取得了长足发展。
    1  高熟化强调质技术
    物料进入挤压机前需要进行调质处理,调质的目的使物料得到预糊化,糊化的好坏直接影响挤压机的工作性能,直接影响挤压产品的品质。所以调质技术是挤压系统的一个重要关键技术。
    普通的调质技术就是简单的让物料与水、蒸汽进行混合:简单的混合不能使水和热量均匀的渗透到物料中;对于物料,尤其是部分油性物料在调质过程中从微观颗粒看,由于水的表面张力,水很难渗透到颗粒内部,从而很难使颗粒内部的糊化度提高。这势必需要更多的蒸汽、更长的时间才能提高调质效果。
    高熟化强调质技术不再是简单的混合,强调质是调质过程中传热和传质的相对运动速度和渗透的速度。而传热和传质的渗透速度取决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。而高速调质,就提高了温度梯度、速度梯度、湿度梯度、从而就提高调质效果。
    高熟化强调质技术设置了分功能桨叶,让物料与传质在机体中形成一定的相对运动速度,形成强接触、强渗透,减少调质时间,减少蒸汽量的使用。同时由于物料在调质过程中没有全部沉降壳体底部,而是有一部分物料悬浮在壳体内部,这样进一步提高了物料在调质器壳体内的充满度,进而延长了调质时间。
高熟化强调质技术使调质器的充满度由原来的30~35%提高到55~60%,对于相同有效容积的调质器在相同产量的前提下调质时间能由原先的40~45秒提高到180~200秒、糊化度由原先的35~40%提高至50~55%,耗汽量降低20%左右。
    由于物料经过强调质,充分预熟化,与普通调质相比,新技术能使挤压机产量提高10~15%,降低了挤压机的能源消耗;同时物料预糊化度的提高使挤压机运行平稳,显著减少对螺杆、膨化腔内衬套的磨损,减少更换易损件的成本,从而实现在挤压膨化技术中的节能的绿色调质技术。
    2  稳态化剪切挤压技术
    2.1  挤压过程的稳流与稳态化剪切技术
    挤压过程是挤压膨化设备中zui核心的工艺过程。从提升效率与降低能耗的角度出发,牧羊挤压设备研发人员提出了挤压腔中的物流稳流有利于提高挤压产品品质的设想,同时提出稳态化剪切的理论,进而通过试验验证了这一理论。该理论的应用能有效提高挤压机产量,降低能耗,减少螺杆及腔体的磨损,提高挤压产品的品质。同时该技术的应用扩展了膨化产品的加工范围,使单螺杆挤压机加工1.0mm小颗粒,乃至加工更小颗粒能够稳定长时间生产。
    2.1.1 挤压过程中的物流稳流技术
    在挤压过程中由于压力差的存在,物料在螺杆中有多种流动形式,如图一所示,其中物料的渗漏、错流的存在对物料品质的影响zui大。在挤压腔中渗漏和错流的物流与顺流的物流在挤压腔内的停留时间存在很大的差异,这直接引起饲料或食品在挤出后的膨胀系数存在差异,zui终影响到挤压产品品质,如颗粒不均匀、糊化度不一致等。
    在新技术中通过螺杆的配置,同时设计了螺杆与挤压膨化腔"零"间隙,一方面尽力减少物料的渗漏,同时使用细分混合结构使渗漏的物流与其它物流充分混合,做到挤出的物料熟化均一,挤压切割后的颗粒均匀美观,有效地节约了由于渗漏物料在挤压腔内停留时间过长而造成的能源浪费。
    2.1.2  挤压过程中的稳态化剪切技术
    饲料与食品的挤压技术中,物料熟化一般要求提高挤压腔体内的剪切程度。目前的技术中物料从挤压主机进料口进料到模板出料是一种急速剪切的过程,急速剪切伴随着高压、高能耗、高磨损,同时带来物流的不稳定,所以这样的方式对挤压机的出料模具的技术要求很高。只有好的出料模具才能缓解物流的不稳定,才能让物流变成颗粒均一的膨化颗粒。
    而稳态化剪切强调的是一个剪切过程,是一种平稳剪切的过程。在这过程中,剪切的峰值比急速剪切小,但是通过螺杆配置的合理设置,让经过稳态化剪切的物料的糊化度和急速剪切保持一致,甚至可以进一步提高糊化度。
    由于在剪切过程中剪切峰值比急速剪切小很多,螺杆及腔体的磨损随之减少。一方面提高了易损件的使用寿命,更重要的是提高了挤压膨化食品的安全可靠性。由于稳态化剪切是一种前后落差变化不是很大的过程,所以在这整个过程中物料的渗漏相对减少,挤压腔中的物性均一,设备运行更稳定,zui终挤出的膨化产品的颗粒均匀度、美观性更好。实践证明稳态化剪切也是一种节省能耗的剪切,应用稳态化剪切的挤压机能提高产量15%左右,挤压机系统的吨料电耗可以降低12%左右。稳态化剪切是一种经济的、稳定的、zui节省能耗的方式。
    2.2 出料过程的稳流技术
    出料模具技术是食品和饲料挤压领域核心技术之一。这直接关系到膨化产品的应用范围,而且影响到膨化产品的品质。
    在螺杆挤压末端,物料是以一定速度旋转且不稳定,这样的物流直接进入模具成型,不利于成型,不利于膨化颗粒的均一性。稳流技术就是解决这样一种不稳定物流的一种技术。
    通过在挤压腔末端与出料模具之间增设具有导向型的稳流装置,首先让旋转的物流停止旋转,接着让物流形成一种环形挤压区域,这个区域的环面与模具的区域一致,之后物流的约束力缓慢放大、流速减慢,zui终物流平稳的均匀分布至模具的开孔区域的正前方。这样的物流确保了物料能够均匀地进入出料模具中,保证了物料成型的均匀性。同时,由于物流从螺杆中挤压出来首入环形挤压区域,使物流对模具的冲击力大大降低,减少对模具的冲击力,zui大限度降低模具的损坏程度,提高模具的使用寿命。
    3  模块化柔性化螺杆组合及加工工艺参数优化技术
    3.1 螺杆组合的模块化及柔性化
    螺杆组合是挤压设备另一核心技术。对于不同原料和不同挤压膨化要求的场合应根据物料的物性配置不同形式的螺杆配置,同时这不同形式的螺杆配置必需和挤压机的加工工艺参数结合起来,共同作用才能生产出高品质的膨化产品。
    为了适应不同原料的物性以及适应各种膨化产品的不同膨胀要求,螺杆元件设计成标准的可自由组合模块化的形式。这样在生产中通过调整螺杆配置,再配以不同的加工工艺参数,能让同一台挤压机适应食品、饲料行业中的不同场合不同产品要求的膨化。
    模块化柔性化的螺杆组合能极大的节省资源,使一条生产线能加工多种形式的膨化产品,避免了重复投资。
    3.2 加工工艺参数控制与优化技术
    合适的螺杆配置仅仅是加工高品质膨化产品的重要的必要条件之一,合适的加工工艺是另外一个重要的必要条件。
    挤压机的应用范围广,以及膨化产品要求的技术参数不一样决定了挤压机需要使用不同的加工工艺参数;在各个厂家,无论食品行业还是饲料行业,加工膨化产品的配方一直是根据市场的要求在不断调整,这直接影响到需要及时调整挤压机的加工工艺参数;甚至有时不同产地的原料也会对膨化产品有一定影响,所以这一切就决定了挤压机加工工艺参数的千差万别。
    目前挤压机的加工工艺参数的控制一般还依赖于有经验的操作人员,操作人员水平的高低直接影响到膨化产品的品质,这也是目前很多挤压机应用厂家使用同一挤压机制造商的同一种型号的挤压机设备,但是各个厂家的使用效果不一样的根本原因。
    加工工艺参数控制与优化技术首先为这千差万别的工艺参数提供了一种标准纪录的方法,这种标准数据能够让挤压机的控制系统能够读取,在挤压机操作人员的执行下能够指导挤压机进行标准化生产。
    加工工艺参数控制与优化技术包含一个数据化库。该数据化库中数据首先来源于试验过程中经过不断调整、不断摸索得到的一个在加工某一配方、膨化产品的技术要求一定的前提下得到的一个*数据。
    其次来源于对这*数据的配方成分分析和膨化产品技术参数的分析。配方成分分析,如配方中淀粉含量、油脂含量、蛋白含量,其中蛋白中植物蛋白与动物蛋白各占多少等等;膨化产品技术参数的分析,如膨胀系数、糊化度、出料温度、出料水分等等,把这些数据与加工工艺参数链接形成“组数据”,通过试验的积累形成不同物性的配方对应有不同“组数据”,这样形成一个完整的加工工艺参数的数据库。
    在应用过程中,当遇到一新配方时,首先通过成分的化验与分析,找出数据库中相近的配方,通过数据优化技术得到一个合适的加工工艺参数,在工艺参数的控制下指导挤压机进行生产,*避免操作人员的非主观因素的影响,能够做到膨化产品品质长期稳定一致。
    4  结束语
    挤压膨化的应用越广泛势必使挤压膨化技术提升越迅速。相信在今后的应用中,挤压膨化技术会得到更迅猛的发展


4.原料细度的要求点击次数:7 发布时间:2010-9-27 8:49:19
加工小颗粒膨化水产饲料对原料的粉碎细度有着极其严格的要求。从理论上讲原料的粉碎细度达到100%通过60目筛时,就可以保证使用模孔1.0mm的膨化机能够正常生产。但是实践证明,这样的一个粉碎细度进行生产时,膨化机运行一段时间后,模孔开始堵塞,颗粒的膨胀系数会逐渐变大,同时膨化颗粒会变长。当有更多模孔被堵塞,此时切刀的转速达到极限也不能使膨化颗粒的长度达到要求时,zui终只能选择停机清理模具。


所以为了能够长时间的稳定生产,建议原料的粉碎细度达到100%过80目筛较好,zui低也要达到98%且筛上物zui大颗粒粒径不得超过0.3mm。原料在这样的细度下能够保证膨化机长时间的稳定生产,同时原料由于粉碎比较细,膨化颗粒的外观也比较光滑、漂亮。

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