颗粒饲料是通过水、热、
颗粒机压力结合的机械作用,将粉状小颗粒或纤维性原料加热粘结(模压)形成的大粒饲料。制粒是绝大多数饲料厂采用的加工技术,也是饲料工业十分重视并不断取得进展的重要工艺。《世界谷物》2006-10起,发表了乔纳森·布雷德肖( Jonathan Bradshow)三篇一组有关饲料颗粒机制粒工艺的文章,这是欧美国家多年来的工作总结,值得重视。现组织归纳提供给我国同行参考。
1、颗粒饲料的优势
具有成本效益,提高体积密度和使运输收费载重量最高化,是饲料颗粒机工业中制粒法流行的理由之一。将近75%的世界谷物饲料是以颗粒形状生产的。
1.1提高应用效率
(1)制粒能使构成饲料成品的多种不同的饲料原料减少离析作用,确保畜禽无论何时都能采食到平衡的日粮并提高消化率;
(2)制粒能防止动物偏爱一种组分而不爱另一种的现象,使动物不可能挑食适口性较好的组分,丢下剩料造成浪费;
(3)制粒能破坏掉原料中可能存在的某些细菌和病原体,让动物吃到卫生的日粮;
(4)在某些情况下,制粒有可能将药物精确地包含进去;
(5)在一个作物年度内,各种组分始终都在变化,制粒有可能在配方中进行细微变化,使畜禽不可能拒绝不爱吃的组分;
(6)饲料颗粒机制粒给营养学家以机会,考虑少量使用某些较便宜的、或高度营养但偶尔令人讨厌的原料组分;
(7)某些液体有可能在制粒前直接添加到饲料中,或在制成颗粒后通过涂脂或包衣等方法加到日粮里;
(8)制成颗粒后,计量更加精确。
1.2改善装卸储运特性
(1)用制成颗粒的办法将饲料组分压缩,增大其密度,就能将用于运输的船只、车辆以及储存的仓库的利用率达到最高,使运费和公路货运成本和储藏成本达到最低;
(2)制成颗粒将组分压缩,能使运输的收费载重量最大化,这就是将饲料作为单一产品制成颗粒的潜在理由,也是将成品饲料制成颗粒的重要因素之一。甚至像小麦麸皮和大豆粉之类体积庞大的组分也是如此。
2、饲料制粒机的制粒的技巧
学习饲料颗粒机制粒过程中涉及的艺术和技巧,已经成为饲料生产经理培训过程的一个重要方面。他们必须了解每种组分对所涉及工序所起反应的不同方式。蒸汽怎样被吸收,淀粉怎样糊化,各种组分怎样才能容易压缩,或在同样的组成部分上对抗不受压缩。
制粒法适用于所有挤出成形的混(复合动物饲料。
为了生产供小型禽类吃的“屑粒”( erumbs),必须首先生产一种颗粒,然后将它们在一对表面加工成波纹状的小直径压辊之间穿过以缩小尺寸,再将缩小了尺寸的颗粒进行缔理以获得要求尺寸的产品。偏大的颗粒第二次穿过压辊,细小的颗粒则返回原料仓再一次制粒。这种能量消耗大的工艺过程因为包含了重复加工的数量,常常吃力地减速。绝大多数生产经理避免生产这种屑粒,选择生产极短的颗粒用于这一种家禽作为可供选择的方式。
3、制粒的设备
3.1休勒(Scheuler)制粒机
这种制粒机是从早期的机器逐渐演变而来的各种各样发明创造和设备配置中的一种。该机用联锁齿轮取代压辊,将粉状料流在一齿轮的齿顶和另一齿轮的相当的齿槽之间压缩。每一齿槽的内侧部分是凹形空心的,让压缩成形后的颗粒可以落下穿过进入每个轮子的中心。
3.2平模机(flat die machine)
休勒制粒机使用寿命较短,即被平模机取代,后者的阿曼达斯·卡尔( Amandus Kahl)至今仍在使用。
3.3压块(或压片)机(briqueting machine)
是另一种短期使用过的设备,其结构同螺旋输送机相似,末端有冲孔的型材,颗粒从该型材中挤出。
3.4 双式制粒装置(double pelleting arrangement)
压块机虽未使用很久,但其使用的工艺方法已在其他挤出设备中重新出现。如出口处装了一个压模的重型调节器筒体,曾在双式制粒装置中周期性地起过作用。
3.5环模颗粒机机(ringdie machine)
其辊筒位于圆形压模的内部,颗粒则向外挤出。仅仅在第二次世界大战以前才投入使用,但一开始就左右了饲料工业。当这种方式成为使粉状物料穿过压模的标准安排时,为了增加穿过压模的物料流量,已将颗粒制粒机的辅助性和补充性方面全部进行过研发。
3.6其他设备
由于饲料工业的要求已经转移,水分调节的基本原理已经改变。饲料工业中制造颗粒使用的组分已经根据营养师的偏爱和这些组分本身的不稳定的、不确定的可利用率而改变。冷却颗粒的方法已根据厂房设计、风机设计、能源制约和饲料加工工程师对效率连续改进的愿望而持续地变化。
相互竞争的制造厂生产的设备之间的配套协调性,常常是探索生产出一种供应范围不断拓宽的成品饲料的饲料厂工作者的一个难题。其他复杂的争论点还包括脂肪喷涂和日粮中能量需求增长的出现等。驱动制粒机的方法这些年来已有很大的变化。齿轮变速箱到来就离去,而皮带传动和轮毂传动则出现又消失,正因为可靠性、维护费和增长的产量已经确定了哪一种制粒机是当前最受欢迎的品种。
4、颗粒质量
以高效率方式生产大小和形状一致的坚固颗粒是每一家饲料厂的目标。
4.1饲料制粒的首要目标
目标分成三个等级。第一个目标是生产出能够销售出去的东西。生产一种在运输时会碎裂,或硬得使动物咬不动的颗粒是没有效率的;一种产品坚固但不易破碎。第二是效率高地生产颗粒。如果生产的颗粒是世界上最好的,但买起来很贵,则对饲料厂是没有好处的。第三个目标在某些方面同第二目标有关,是使能量消耗达到最低。
4.2影响颗粒质量的关键性因素
(1)外形颗粒应当光滑整齐,没有突出的组分碎片。
(2)清洁度不良的压制或不良的刀具安装都能产生粉尘。如颗粒不是千千净净地从压模脱落,而是留有外露的尖角和棱边,则这些角和边容易折断,在成品中产生碎屑和粉尘。这些粉尘和细粒物料在饲养场当地料仓中不断堆积,直到料仓差不多放空为止。然后形成整体,动物不会吃它。
(3)粒度均匀的粒度是好看的,还能将饲养场的喂料器精确地校准。作为你的成品生产和销售的东西,成为别人的原料,就必须符合他们的技术要求。颗粒的大小主要是由刀具的定位调节的,但当组分的粒度极不均匀时,由于产品变得难以压缩,并在离开模具到达刀具之前破碎,颗粒的长度是难以保持的。
当谷物磨成的细粉的技术要求的所有其他参数、压模的设计、压辊的定位和水分的含量等都处于平衡状态时,就能生产出种坚固的颗粒。
5、维护保养问题
考虑到制粒效率时,重视成本与质量是重要的,但其他问题也要了解。
由于制粒是一个涉及强烈磨损的过程,维护保养开始起了作用。任何金属表面同移动的物料接触,最后就要磨损,而制粒有大量产品同金属接触,且总是处于严重摩擦和受压状态之下。减少磨损并经济地生产颗粒饲料,必须对这种昂贵设备的设计和使用予以高度重视。从工厂一个工区将物料送到另一工区用的溜管的定位,空气阀门的设置,以及粉状物料水分调节的方法和使用的蒸汽,全部都有关系。
维护保养和润滑需要在固定不变的基础上完成。当机器摩擦太大过热开始卡住时,未能对主传输箱内和压辊处的轴承加润滑油会立刻变得很明显。自动加油法是大多数现代压制机的一个特点,但也会偶尔地失效,那就该由有经验的操作工,在出现太大破坏之前观察确定润滑不够迹象的位置。
6、能量消耗
谈到能耗时,计算出为每批单独的饲料所使用的能量是重要的。常常挑选出那些在纸面上为我们节省金钱的组分,但当你用这些组分生产成品饲料时,就发现原料成本中的任何节省都被工厂的经营成本所抵销。米糠是价格相对便宜但制粒异常困难的组分的一个极好例子。米糠产生大量的细颗粒,而重复加工的次数又使产生的细颗粒迅速增加。
为了估算这种情况,你可以进行一次如下简单的传统做法:记录下制粒过程有关的全部电动机的千瓦数连同每台电动机的满载电流安培数;记录下每一运转期的开始和结束时间和该具体批次运转数内生产成品饲料的吨数;记录每台电动机的运行安培数;将运行安培数除以满载安培数,再乘以设备安装千瓦数求出消耗千瓦数。
从上面这些记录和计算结果,你能算出生产每吨饲料的成本,因为你已知每小时的能耗和每小时的生产量,你还知道电力成本,使计算相对地简单。
7、颗粒机环模设计和压辊选择
7.1 环模的厚度和磨损
谈到环模设计和压辊选择时,每个人都有个人的偏爱。不用说,压模应有足够的厚度来生产坚固的颗粒,但并非厚到要求多余的动力才能将粉状原料挤压穿过。
应当总是将新的压辊用于新的压模,以使压模表面从一边到另一边得到均匀的磨损。当看到朝向外缘不均匀的压模磨损时,你可以使用一个外部的平底扩孔钻以缩减外档几行模孔的制粒长度。
7.2刮削压模
曾经有过许多有关“刮削”( skimming)压模的讨论,这里,压模内表面上显现的针尖在大量使用后被刮去,内表面被重新磨光。这个作用有他的重要性,但应当从工厂的范围给予充分的评价,而不仅是当作关于压模使用寿命问题的最终灵丹妙药。
这些类型的压模被刮削磨光时,压模内部的直径扩大了,压辊就必须进一步向外扩展以形成需要的压力,而压模由于变薄而强度降低,更容易弯曲。其结果是产量出现降低,而将重新磨光整修的费用同采用新压模获得的额外生产力作比较时,就应当考虑怎样去识别较低的生产力。
7.3压辊辊体
压辊辊体选选择是要考虑的最后一点。压辊表面的滚花主要有三种不同型式:波纹型、细拉丝型、粗拉丝型。
两种拉丝辊体都有封闭的或开放的末端作为备选的比较方案。压模内已压进足够的粉料时,采用末端开放拉丝辊,粉料就能从旁边开路挤出。这是假定要保持有一个全部装满了粉料的压模表面的情况。但是也有出现粉料从方便的途径流出使压模难以正常地装满粉料的情况,这时,采用末端封闭的拉丝辊是合理的。
波纹辊体用于易损的组分。压模和压辊之间的摩擦力会对正在加工的组分造成危害。幼小猪仔的日粮含有大量牛乳就是一个典型的例子。
为了防止压辊滑动并能生产出坚固的颗粒,布雷德肖通常优先选择如下辊体:
开启式细拉丝型用于高百分率谷物含量;
封闭式粗拉丝型用于中等百分率谷物含量;
波纹辊体用于低百分率谷物含量。
7.4压辊定位
当压模旋转时,压辊及时赶上压模突出部分,压辊这样定位总是最好的。
通常,用一细条卡片在压辊和压模之间穿过,以确定压辊的位置,是大致正确的。但只有察看压模旋转,才能真正说压辊定位正确。如果压辊太紧,压模弯曲并迟早会破裂;如果压辊太松,粉料会在压辊打滑时堆积,引起制粒机堵塞。
并非所有制粒机都采用刀具,但只要装了刀具,这些刀具显然应当装得能生产出要求长度的颗粒。从压模表面一定距离安装每一个刀具通常是不成问题的。更需研究的是:使用了多少刀具?是否实际上在刀座上都装了一个刀片?
8、水分调节与冷却
制粒以前的水分调节和制粒以后的冷却过程对最终饲料产品有较大影响。最初的制粒机极少包括粉料进入压模前的水分调节,如果有的话,偶尔加了一些水,但其他几乎什么也不做。在为改进性能进行的探索中,注意到当添加了较高含量的水分时,水分在以水蒸汽的形式穿过压模的情况下是被分离的,而能耗量则同时降低了。从此开始了将水蒸汽作为润滑剂的使用。
现在,水蒸汽几乎在每一台制粒设备中都使用了。
8.1水分调节
目前使用了好几种不同型式的水分调节器。最常用的是筒式的,通常称作湍流器水分调节器( turbulator Condition-er),筒式水分调节器已逐渐成为更大更长,并有二个甚至三个搅拌轴穿过机筒。
但使用最广泛的,是简单的、内部有一根在200 r/min和500 r/min之间旋转的搅拌杆的那一种。其最高点的表面上有一个单独的进料口,而在对端的底部有一个单独的出料口。水蒸汽是穿过简体侧面的、靠近进料点的一根管道注入的。这就是添加像糖蜜或葡萄糖浆之类液体的地方。
水分调节器的进料来自一台变速螺旋喂料器,该喂料器对从制粒机上方一小型储仓进入筒体的粉料进行计量。粉料的流量通常是受制粒机主要驱动电动机消耗的安培数限制的。这是一个使进料率快速上下升降的自动环节,为的是将制粒机保持在或接近于最高的设计生产能力。
这种水分调节法的目的是提高颗粒的温度,并使食料中含有的任何一些淀粉质开始其凝胶化过程。这种凝胶化的重要性:提高制成品的消化率,并在穿过压模以后加速整个颗粒的紧固结合;稍微提高成品饲料中的水分含量,那是重要的,因为饲料生产者总想让他们的产品能在最佳的水分含量范围内出厂,鉴于做不到这一点就不会有成本效益。
产品离开水分调节器时,水分通常在17%左右。由于压模用摩擦热的方法去掉水分约3个百分点,从冷却器排出的最终产品可能是14%左右的含水量。
对湍流器水分调节器来说,粉料保持在那里的时间相对短暂(最佳30 s)那是远不足以进行任何持续工作的。因此,温度应该尽可能提高以获得最好的结果。
这对谷物含量高、对热量反应相当快的饲料来说,加工处理正确,但对带有高纤维含量的组分来说,更加稳定不变的、延长的热量是所要求的。因此,许多“水锅”( kettie)仍然在使用。水锅是一种较大的有蒸汽套筒(steam jacket)的圆形容器,带有若干蒸汽喷入点( injection point)和一个使粉料移动的大型搅拌器。
粉料从顶部喂入并在容器内保持10~15 min,然后穿过底部的一个孔到达振动喂料器上,引导粉料向下进入压模腔。这些机器在外形上多少有点老式,而且也不如湍流器式那样干净卫生,但他们确实为达到较长时间比较高的温度创造了条件。从这样的容器排出的粉料,水分是调节得非常好的,当用于高纤维素含量的组分如小麦饲料、麸皮和其他副产品时,颗粒质量会显著地改善。
上述两种型式的水分调节器都需要进行常规的检查,并需将环绕在调节器侧壁上凝固粘结的常有的粉料积累物除去。湍流器的桨叶要做常规的磨损检查,因为当磨损太多而筒体有效直径减缩时,生产率和效率两者都要受到影响。
温度传感器需要保持清洁,而在水锅的壳体内需要对汽压表作相当定期的较准。因为根据其构成外壁的蒸汽套,这种型式的水分调节器已被列为压力容器。糖蜜也能添加到水锅里去,尽管为了缓解糖蜜在液位和温度传感器上凝固粘结,选择添加地点是重要的。
使用热敏感的组分时,常常以使用水锅为好。这是因为蒸汽套能够是一种暖和的源头,并能排除某些组分同蒸汽直接接触可能引起的种种问题。
8.2冷却
目前在工厂内使用的冷却器主要有三种:
(1)立式或塔式冷却器。常常在出料口处装有一台为构成整体所需的筛子;
(2)卧式冷却器。常常装有多个平台,饲料在平台上借助链条向前推移;
(3)箱形或逆流式冷却器。似乎是新的成套设备选用的形式,主要因为他比其他两种有更高的能源效率。
立式冷却器因为冷却用的空气占用最省力的途径,在进料和排料时是有疑问的。只要产品有可能位于下半截,空气就会穿过上半截吸出。在全部装满产品以前,冷却器是不会真正开始工作的。
卧式冷却器通常比立式的有大得多的生产能力,而且还能穿过房屋侧面向外延伸。由于机器总是多层的,正在被冷却的产品通常从进料端转运下去,并在下一层平台上重新运回刭位于进料点下方的出料点处。
这些机器在20世纪70和80年代中欧洲非常受欢迎,并在目前仍有不少还在使用。他们的缺点之一是移动缓慢的链子要求充分维护,如果链子断裂并卷绕在终端轴上,想在一个封闭的范围内将他抽出,将会非常困难。
然而,在能够抑制冷却器细粉的工厂里,在冷却器平台上留下一条容易看到的缝隙,然后在恰当的时机相应地转接去成品仓的通路,使用这种冷却器能将一种规定的食物比较快速地转换成另一种。
使用最广泛的冷却器是箱形冷却器。产品由一个搅拌臂或一组链条机构推动,从冷却器的顶部进入,并呈瀑布状落下穿过多个不同的腔室。箱形逆流式冷却器的主要好处是,当产品向下跌落时,空气流从底部进入并向上抽吸。这时产品从冷却器排出之前是处于最冷的空气影响之下,而进入冷却器的产品则接触到最暖和的空气,从而使产品渐渐冷却。就一切情况而言,适用于冷却法的有若干基本原则。流动太快的空气不可能有效地积聚水分,也不会吸收热量达到其最大可能程度。
所要求的空气比容( Speeifie air volume)是将用于冷却颗粒的空气总量除以物料通过量。知道空气比容以后,你就能判断在冷却器内滞留的时间应当多久,并决定工厂总的生产率应该有多少。
许多缺乏经验的制粒师们试图提高空气流量以改善冷却效果,特别是在暖和的气候条件下。但在多数场合,他们应当降低空气流量,并让空气在穿过正在冷却物料的平台时,能有足够时间聚集尽可能多的热量和水分。
直径较大的颗粒冷却的时间较长,因为热量不仅从颗粒的外表而且还要从颗粒的中心转移。常常看到制造成手提袋的产品,留下了一个封闭的顶部,仅仅24 h以后,就发现袋的顶部有过多的冷凝水和霉菌生长。这就用实验证明了成品库对恰当通风的需要,冷却和蒸发过程在传统的制粒和冷却结束以后还要进行很久。这是一种自然现象,是不能加以简化的。
三门峡富通新能源生产销售颗粒机、
秸秆压块机、饲料颗粒机、木屑颗粒机等生物质燃料饲料成型机械设备。