第十四章-膨化工藝

膨化工藝

2021/6/271概論膨化加工設備與機械擠壓膨化產(chǎn)品的加工質量指標膨化對飼料養(yǎng)分的影響2021/6/272一、概論1、概念：是將配合好的粉狀原料或單一原料（如大豆），由蒸汽調質后，經(jīng)膨化機擠壓，在物料從?？字信懦龅囊凰查g迅速膨脹，并被切斷成為一種多孔的顆粒飼料制品的過程。2、原理：膨化過程是物料在擠壓機中，由于螺桿的作用，物料受到了強烈的擠壓力和剪切力，部分機械能在此期間轉換成熱能，使物料迅速升溫，達到了較高的溫度，但在這樣的高溫下滯留時間極短。當物料被很大壓力擠出模孔時，由于突然離開機體進入大氣，溫度和壓力驟降，使物料中水分快速蒸發(fā)，飼料體積迅速膨脹，形成多孔性結構。3、膨化方法分類：

膨化擠壓膨化氣體熱壓膨化干法擠壓濕法擠壓濕法擠壓干法擠壓連續(xù)式(間歇式)(間歇式、連續(xù)式)2021/6/2734、擠壓膨化特點對飼料進行有效滅菌、消毒，并去除某些有害物質大大提高淀粉消化率使蛋白質變性便于更換不同性狀的?？赘淖兡承╋暳辖M分分子結構，變非營養(yǎng)或抗營養(yǎng)因子為營養(yǎng)因子5、濕法膨化相對干法膨化優(yōu)點增設蒸汽預處理有助于飼料異味揮發(fā)和去除提高膨化生產(chǎn)率降低原料損失延長易損件使用壽命2021/6/2746、膨化的優(yōu)點：適口性好、避免飼料分級、便于運輸和喂飼、減少采食過程中飼料浪費提高飼料的消化率和利用率高溫、高壓膨化可殺死多種細菌，預防動物消化道疾病可得到質松、多孔的水浮顆粒料模板可制成不同形狀的?？住煌螤睢游锼矏鄣呐蚧w粒料針對幼畜，可提高飼料香味和消化率在飼料資源開發(fā)上具有特殊作用含水量低，可較長時間儲藏2021/6/2757、膨化料的缺點對維生素C和氨基酸等有一定破壞作用，故一般在膨化后再添加電耗大、產(chǎn)量低

成本2021/6/276二、膨化加工設備與工作條件(4.27)1、膨化工藝1．斗式提升機2．給料器3．粉碎機4．膨化機5．切割機6．干燥機7．破碎機8．分級機9．外涂機10．打包秤11．熱風機12．冷卻器2021/6/2772、膨化基本過程將物料從緩沖倉喂入，通過一個攪拌滾筒后進入膨化腔膨化腔是由螺桿、螺筒、壓模等組成從入口至出口摩擦力越來越大的通道被膨化的物質受到遞增的壓力、相互的摩擦力以及通過膨化腔而產(chǎn)生的壓力，在少于30秒內、1.5~4.0MPa壓力下從室溫加熱至135~160℃當被膨化物質從膨化機出口擠出時，突然下降的氣壓使物質迅猛膨脹，同時蒸汽從產(chǎn)品中逸出從營養(yǎng)角度出發(fā)，各種膨化機通常能起有益效果：淀粉的剪切與糊化、蛋白質變性與剪切、破壞微生物和一些毒素、脫水作用2021/6/2782、膨化加工設備及工作條件(1)膨化機基本組成2021/6/2792021/6/2710(2)膨化系統(tǒng)原理喂料階段—輸送階段—成形階段—壓模2021/6/2711喂料階段膨化系統(tǒng)的第一部分將已調質好的物料進行輸送并壓縮，使物料充滿螺旋槽內此段螺桿為單頭螺紋，占螺桿的總長為10~25%水和蒸汽通常在此處注入，因為其內壓力相對較低，且有足夠長的輸送時間，以保證物料與水充分混合2021/6/2712輸送階段物料從這一區(qū)域向前輸送螺桿為雙頭螺紋，等直徑，螺槽沿著物料推移方向由深變淺，對物料形成壓縮，這段距離較長，占螺桿總長的50%在多數(shù)情況下，被送入的物料具有粉料的物理特性；在輸送過程中，與水混合后形成面團狀物體2021/6/2713成形階段從物理的角度看，大量的“工作”在成形段里完成亦為雙頭螺紋等直徑，螺槽更淺，擠壓力可達30~100kg/cm2，溫度可達120~170℃（壓力最大、溫度最高，因此此段螺桿、螺套磨損亦最嚴重）。此段長度占螺桿總長的15~30%溫度和壓力迅速上升，剪切力大大增加如果各條件得以滿足，最終產(chǎn)品即膨化料將具有良好結構、密度、色澤、形狀和特性2021/6/2714“剪切”在膨化過程中起極其重要的作用產(chǎn)品通過筒體時，受到剪切作用，并與筒體和螺桿發(fā)生相互摩擦，產(chǎn)生摩擦熱，引起物料溫度上升輸送段的剪切作用比成形段的溫和在輸送段和成形段進行的揉搓（混合）動作可確保產(chǎn)品均勻一致由于螺桿結構以及壓模對物料流動產(chǎn)生的阻力，物料受到的壓力在成形段最終部分，即壓模前面是最大的2021/6/2715壓模膨化機的最后一部分在大多數(shù)情況下主要用于為膨化機提供一個阻力許多膨化機的壓模是一塊平板，上面開一個或幾個孔，物料必須從孔內擠壓過去開孔的數(shù)量與膨化機產(chǎn)量有關第二個重要用途是使產(chǎn)品成形物料從模板的?？字袛D出，從?？字谐鰜淼奈锪线M入大氣，而壓力和溫度驟降，使其體積迅速膨脹，水分快速蒸發(fā)，脫水凝固，即成膨化料經(jīng)膨化后的體積，要比原體積增大9~13倍在許多情況下，形狀是用來吸引用戶的，其本身對產(chǎn)品的功能性和實用性不一定重要2021/6/2716(3)膨化機的分類按結構特征單螺桿膨化機和雙螺桿膨化機兩類按調質機理濕法膨化機和干法膨化機兩類目前較常用的膨化機是單螺桿濕法膨化機壓力和流量穩(wěn)定性2021/6/2717(4)單螺桿濕法膨化機設計較為簡單，功能的多樣性——低成本目前90%的寵物飼料和畜禽飼料所用的膨化大豆都由單螺桿膨化機生產(chǎn)結構：緩沖倉、喂料器、調質器、膨化機構、模板、切刀裝置、傳動裝置2021/6/27182021/6/27192021/6/27202021/6/27212021/6/27222021/6/27232021/6/27242021/6/2725筒體內壁開有若干個直槽和螺旋線槽螺旋線槽有助于推動料液向前運動，而直槽則有阻止料流向前運動的作用物料在開有螺旋線槽內壁的筒體內前移較快，而在開有直槽內壁的筒體內前移較慢，這時物料所受的機械剪切力較大應當根據(jù)擠壓膨化具體要求，選用相應槽形內壁的筒體2021/6/27262021/6/27272021/6/2728成型模板（壓模）安裝于筒體末端阻流器的作用，用來增大成形區(qū)/熟化區(qū)段內物料的壓力單式/復式單式成型模主要有圓柱孔、窄縫孔和環(huán)形孔３種型式，飼料工業(yè)上主要應用單式成型模復式成型模，由單式成型模配合而組成的多相料成型模，用于生產(chǎn)雙重特性的制品，如雙色或多味制品，主要用于膨化食品生產(chǎn)2021/6/2729（5）單螺桿干法膨化機也由喂料段、輸送段和成形段組成與濕法膨化機最大的區(qū)別是不需要調質器，因此不需要的蒸汽管道系統(tǒng)，而只需簡單的加水管道，將具有一定壓力的水加到膨化系統(tǒng)的喂料段即可2021/6/27302021/6/2731喂料系統(tǒng)中的緩沖倉和喂料器是一體的，倉內有破拱裝置，底部為螺旋喂料器，由無級調速電機帶動膨化系統(tǒng)與濕法膨化機相似，由螺桿、套筒、阻力圈、壓模、主軸及溫度傳感器裝置等組成不同的是不用蒸汽加熱，只加水進行增濕，套筒不是夾套式的2021/6/27322021/6/27332021/6/2734（6）雙螺桿膨化機結構復雜，能膨化粘稠狀物料，出料穩(wěn)定，不受供料波動影響;主要在脂肪添加在17％以上、新鮮肉汁或其他濕原料占35％以上、且制粒直徑為1.5mm以下時2021/6/2735為分段結構根據(jù)水生動物飼料和龐物飼料調質要求，可增減擠壓螺套長度，以改變擠壓物在機內的逗留時間一般要求擠壓螺桿長度與其直徑之比的范圍為10~20：1通過螺桿的物流量穩(wěn)定，一般不會出現(xiàn)斷流或波涌現(xiàn)象，生產(chǎn)過程穩(wěn)定可靠雙螺桿膨化機運轉過程中機械轉化的熱量，可以提供膨化所需熱量的大部分，少量熱量來自加熱夾套單螺桿膨化機往往需要加設調質設備預熱物料雙螺桿膨化機主要特性2021/6/2736物料在機內滯留時間分布范圍比較窄，溫度比較容易控制，能量利用充分，產(chǎn)量和質量均很穩(wěn)定有自清螺桿表面的作用，輸送物料穩(wěn)定，工作完畢腔內物料殘留量極少；若要變換生產(chǎn)品種，不必停機清理生產(chǎn)率較大，適應加工含高油物料（＞17%）和高濕度物料（超過35%含水量）雙螺桿膨化機構造較復雜，機械加工精度要求高，選用這種機型時投資大；但在產(chǎn)品效益中能得到補償2021/6/2737（7）濕法膨化機內壓力、溫度的變化物料在通過膨化機筒體過程中壓力和溫度變化對膨化料生產(chǎn)有較大的影響在喂料口物料受到的壓力為零，隨著物料充滿筒體壓力開始逐漸增大物料在進入膨化區(qū)前，壓力也相當緩慢地呈線性關系上升物料一進入膨化區(qū)，其所受的壓力迅速提高完全取決于機器的安裝、壓模、布置、操作的條件和物料2021/6/2738產(chǎn)品的溫度變化趨勢與壓力的相似，但通常不那么迅速如果采用水分調節(jié)，物料進膨化機的溫度在70~90℃在穿過筒體過程中，摩擦力和剪切力把螺桿旋轉所提供的能量轉變成熱能，被物料吸收需增加的熱可利用夾套蒸汽加熱提供2021/6/2739物料在輸送過程中通常在即將進入壓模前達到最高溫度，可達130~150℃由于在最高溫度下停留時間短，營養(yǎng)成分如維生素、蛋白質和脂肪的破壞通常在允許范圍內必須注意不允許持續(xù)時間過長膨化機內壓模前，壓縮料中的水是為液態(tài)的，但存在著大量的潛熱隨著壓縮物料通過壓模，壓力得到釋放，此時水立即汽化汽態(tài)水所占體積是液態(tài)水的很多倍。當水蒸氣膨脹時，壓縮料膨脹，在產(chǎn)品內部形成面包那樣的多孔結構產(chǎn)品比它所經(jīng)過模孔的直徑大許多倍膨化機的膨化原理基本與爆玉米花相同2021/6/2740（8）物料膨化的條件壓力通常為3.0~20.0MPa溫度筒體內的溫度一般為120~170℃

物料在筒體內的停留時間

一般為30秒左右2021/6/2741水分含量濕法膨化機進料水分＞20%干法膨化機進料水分＜20%水分過低，則物料溫升過高，色澤變深，氣孔減少，膨化系數(shù)小，出料量易波動，并容易產(chǎn)生阻塞，造成淀粉碳化水分過高，因汽化過度，制品外表粗糙，同時因料溫過低，會導致淀粉不能充分糊化，容易阻塞2021/6/2742粒度一般控制在0.6~1.4mm之間為宜粒度過粗，容易損傷螺桿，不易糊化粒度過細，因摩擦力小而易“打滑”，致使壓力減小，導致停留時間過長，而造成淀粉碳化粒度小的物料，膨化后產(chǎn)生的氣泡少，其制品密度高，膨化率低。2021/6/27431、全脂大豆膨化工藝清理、粉碎、配料、混合、擠壓膨化、冷卻、包裝大豆首先應該去皮，清理混在大豆中的土、石、鐵等雜質，防止磨損螺桿和螺套以及堵塞出料?？浊謇砗蟮拇蠖惯M入錘片式粉碎機進行粗粉碎，粉碎機一般配Φ3mm的篩板。各種料經(jīng)配料混合后進入膨化機，在絞龍的推運下均勻地把物料喂入膨化機螺套進行膨化膨化出來的大豆由于溫度比較高，必須進行冷卻三、典型膨化飼料產(chǎn)品加工工藝2021/6/27442、魚、蝦類膨化飼料加工工藝用擠壓膨化機可生產(chǎn)浮性、懸浮性、沉性等魚蝦膨化飼料工藝流程：清理除雜、除鐵、微粉碎、篩分、配料、混合、調質、擠壓膨化、切段、干燥、冷卻、微量養(yǎng)分噴涂、油脂噴涂和成品包裝等階段2021/6/27452021/6/2746清理過的物料以及其他原料必須經(jīng)微粉碎機粉碎粉碎粒度要求較細，孔直徑約等于1mm篩上物低于9％為宜若?？字睆皆?.5mm以下，粉碎粒度應達到90%以上通過80目要使物料在膨化機內獲得充分的膨化和均勻一致的組織結構，避免夾生、堵塞?？椎痊F(xiàn)象，必須在物料進入膨化機螺套之前進行處理去除雜質特別是鐵質等其他硬物，鐵質對微粉碎機的刀片、膨化機的螺桿、螺套以及出料?？孜：O大，一般必須用永磁筒去除2021/6/2747四、膨脹工藝粉狀飼料“壓力調質”和“高溫短時調質”粉料調質后喂入攪拌和輸送螺旋，蒸汽經(jīng)筒壁或空心混合螺栓加入與物料混合；膨脹腔內高溫高濕條件下，物料在螺桿螺套之間受擠壓、摩擦、剪切等作用；到達膨脹筒末端經(jīng)錐形排料閥擠出膨脹器厚壁攪拌筒、厚重螺旋、蒸汽與水分添加裝置、出料口錐形排料閥等2021/6/27482021/6/27492021/6/27502021/6/27511、膨脹器主要結構與膨化機很相似不同之處在于膨脹器的出料口開度可在一定范圍內任意調節(jié)，使螺桿對物料的擠壓力在一定范圍內調整，因而可根據(jù)需要生產(chǎn)各種膨化率不同的膨脹料膨脹器可以直接生產(chǎn)膨脹粗屑料，也可作為制粒前的熱處理專用設備，即生產(chǎn)膨脹顆粒料2021/6/27522、膨脹器的工作原理有一副螺桿和螺套，具有混合和揉搓的功能在螺套的外殼上備有蒸汽噴射閥和油脂噴射閥，用于添加蒸汽和油脂出料口的開度由液壓系統(tǒng)驅動的滑閥機構來任意調節(jié)經(jīng)調質后的物料溫度應控制在70~90℃，水分應在17~21%被喂入膨脹器后，物料在螺桿螺套之間受擠壓、摩擦、剪切等作用，其內部壓力不斷升高，最大達4MPa，溫度也不斷升高，最高可達140℃3~7秒的時間內溫度和壓力的急劇升高使物料的組織結構發(fā)生變化，淀粉進一步糊化，蛋白質變性，粗纖維被破壞，殺死沙門氏菌等有害菌高溫高壓的物料從出料口出來，其壓力在瞬間突然釋放，冷卻后物料呈疏松多孔的結構，膨脹后的物料呈團狀、絮狀或粗屑狀