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濟南AG放水單雙螺杆比較
2017-2-16

  擠壓膨化加工技術,早期主要用於食品加工行業。20世紀60年代才逐步引用到用於生產寵物食品、水產飼料和畜禽飼料加工領域。近二十多年以來,雙螺杆擠壓膨化機已經被廣泛用於食品工業,它們不僅用於穀物食品、植物組織蛋白的加工,而且也越來越多地用於糖果糕點類產品乃至香料等產品的加工。隨著雙螺杆擠壓膨化機應用領域的拓廣,雙螺杆擠壓膨化機也開始用於寵物食品、水產飼料、特種經濟動物飼料和幼畜哺乳期飼料等飼料加工的生產。然而,在我國現有的飼料加工中仍以單螺杆擠壓膨化機為主,主要是由於進口雙螺杆擠壓膨化機投資成本太高,而國產雙螺杆擠壓膨化機技術性能和質量等方麵尚有差距、也缺乏針對飼料工業特點應用的大產量機型,盡管從單螺杆和雙螺杆的擠壓膨化原理及機體結構分析就可看出雙螺杆擠壓膨化機具有明顯的優勢並具有更好的性價比,但相對於食品加工業的應用仍要遜色得多。近年來,隨著國內企業引進、消化吸收國外先進技術使國產雙螺杆擠壓膨化機生產技術水平不斷提高,特別是針對水產飼料生產推出了雙螺杆擠壓膨化專用機型,使用單螺杆擠壓膨化機的投資同樣可以選用雙螺杆機型,從而改變了人們以往以投資成本高阻礙使用雙螺杆機型的觀念。為了適應我國飼料工業發展的需要和提高產品質量,很有必要重視和推廣雙螺杆擠壓膨化技術在飼料加工中的應用,發揮出雙螺杆擠壓膨化機的原料適應性更寬、產品適應性更廣、產品內在和外觀質量更好、同等動力下產量更高、熟化均質效果更好、工藝操作更簡便、易損件磨損更輕、生產成本更低的諸多優勢,本文將從單螺杆和雙螺杆擠壓膨化機在擠壓膨化原理、工作特性、機體結構、工藝操作、原料選擇、產品加工等方麵進行比較,供飼料加工企業在新建、擴建水產飼料、寵物食品等特種飼料生產線擬定設計方案、選用擠壓膨化設備時和具體生產實踐中作實用的技術參考。
     
擠壓膨化加工定義為這樣一種工藝過程,即:迫使飼料/食品原料在一種或幾種工藝條件下(如攪拌、加熱、剪切)流動通過壓模,令物料成形和/或噴發汽化(Rossen and Miller,1973)。換句話說,擠壓膨化加工將幾種作業合並一起進行,包括攪拌、熟化、揉合、剪切、成形、成粒。而在當今飼料和食品工業中,擠壓膨化機是指一種帶螺旋特點(即一個帶葉片的 旋轉螺杆,十分嚴密地安裝在一個圓筒內輸送流體)連續地加工一種產品的機器。擠壓膨化機可以設計成包括各種作業,如粉碎、攪拌、勻質、熟化、冷卻、抽真空、成形、切割。隨著擠壓膨化技術的廣泛應用和發展,擠壓膨化設備的類型日益增多,其分類方法也有多種多樣。可以按剪切力強弱程度分為高剪切、中剪切、低剪切力擠壓膨化機,按加熱形式分為自熱和外加熱式或稱為幹法和濕法擠壓膨化機,而最常用、最典型的分類是根據螺杆數目將濕法擠壓膨化機分為單螺杆擠壓膨化機和雙螺杆擠壓膨化機。
 
單螺杆擠壓膨化機結構簡單,通常采用皮帶傳動方式,主軸轉速恒定不可調,其傳動效率低、工藝操控難度大。單螺杆擠壓膨化機的螺杆由一根軸把各種結構的螺杆單元連接組成。整個螺杆由三段組成:喂料段、揉合段或熔融段和成形段。物料從喂料口進入機筒後,在螺杆中經曆固體輸送、熔融過程,使物料從鬆散狀態轉變成連續可塑的麵團狀。
  
單螺杆擠壓膨化機主要是靠拖曳流來完成輸送的裝置。由於單螺杆的結構特性決定了物料在機筒內向前推進時依靠機筒與物料之間相互摩擦力來完成 ,摩擦力愈大,則向前推進的效率愈高,但物料與螺杆的摩擦力愈大,則會對上述產生的流動起阻滯作用而造成物料粘在螺杆上,若物料粘附在螺杆上,則不能向前輸送而產生堵塞,當物料的水分、油分越高,這種趨勢就越明顯,這就限製了單螺杆擠壓機對低粘性原料尤其是高含油脂原料的加工。
  
單螺杆擠壓膨化機在高壓條件下輸送能力較差,相對於相同動力的雙螺杆擠壓膨化機,其加工產量也較低。這主要是因為這種輸送方式對於高壓很敏感,壓力將產生回流,而降低輸送效率。由於輸送量等於拖曳流減去壓力流,所以高壓常會引起總產量的降低。單螺杆擠壓膨化機的大部分能量來自於通過機筒傳導的外加熱和螺杆轉動時由剪切力產生的機械能轉化熱,其中機械能的大小是由螺杆轉速和螺杆結構所決定的,這是因為剪切率與螺杆轉速成正比,而對於一台確定的擠壓膨化機,螺杆結構一般是預先配置的,修改的可能性很小。對於大型單螺杆擠壓膨化機,熱交換及其輸送產量和壓力的增加都將變得更加困難,因為擠壓膨化機的尺寸越大,物料的表麵積與體積之比就越小。所以對於較大機型的單螺杆擠壓膨化機,由於螺杆和機筒的尺寸愈大,其單位體積機筒傳熱麵積占有率就愈小,則導致物料輸送、傳熱及壓強的形成十分困難。
  
單螺杆擠壓膨化機的物料在擠壓膨化過程中混合均質效果差是其最大的缺陷,其最難的地方就是混合性能的改善,往往為了改善其混合均質效果必須對螺杆的螺旋及機筒的結構作一些特殊的設計。良好的混合需要物料在擠壓過程中頻繁地翻動。除了漏流,單螺杆擠壓膨化機的結構則極大地限製了物料的混合,有些擠壓膨化機通過采用專用的節流元件插入螺杆結構中用來改善其混合特性,但效果是極其有限的。由於這些混合元件也會引起一個較大的壓力降,且單螺杆擠壓膨化機不良的泵送特性也限製了這些混合元件的長度。
   
雙螺杆擠壓膨化機是在單螺杆擠壓膨化機的基礎上發展起來的,在雙螺杆擠壓膨化機的機筒中,並排安放兩根螺杆,根據螺杆的相對位置和按螺杆轉向分為非齧合同向旋轉、非齧合相對旋轉、齧合同向旋轉、齧合相對旋轉。完全齧合的同向雙螺杆擠壓膨化機則大大改善了物料的輸送、泵出和混合特性。盡管雙螺杆擠壓膨化機也是一種拖曳流機,但由於其二根螺杆同向旋轉並完全齧合而具有一種正壓泵的附加功能。這使得雙螺杆擠壓膨化機既可以用來輸送高粘性的物料,也可以用來輸送低粘性的物料,能夠適應高粘性物料、低粘性物料或高水分、高油脂配方產品的加工。同時具有自清理功能,因而在飼料加工生產過後,機器就會自動將內部剩餘物料擠出機外,無須逐一地卸下來清理,節省了時間。
  
在同向雙螺杆擠壓膨化機中,同向旋轉式雙螺杆壓力區性質不同,物料在套筒內腔受螺杆的旋轉作用,產生高壓區和低壓區,顯而易見,物料將沿著兩個方向由高壓區向低壓區流動。一是隨螺杆旋轉方向沿套筒內壁形成左右兩個C形物料流,這是物料的主流,另一個是通過螺杆齧合部分的間隙形成逆流。產生逆流的原因是左螺杆把物料拉入齧合的間隙,而右螺杆又把物料從間隙中拉出,結果使物料呈“∞”字形前進,螺棱既產生正向輸送,又允許物料改變方向,這不僅有助於物料的混合和均化,提供了更好的混合和熱交換,而且還使螺杆的齒槽間產生研磨(即剪切)與滾壓作用,出現壓延效應,這個效應與反向螺杆壓延效應相比要小得多。當然,壓延效應小,物料對螺杆的磨損也就減小,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,最後被擠出筒外。
  
物料所需要的熱量來源,除了與單螺杆相同的部分外,大部分來自齧合間隙。受齧合螺紋的剪切、擠壓和混合而產生熱量並使熱量均勻化。間隙的大小對擠壓膨化質量影響很大,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。雙螺杆強製輸送和自潔的特性,使物料在機筒中停留時間短而均勻。雙螺杆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,提高了擠壓膨化產品的產量和質量。
  
組合式的螺杆結構與分段式的機筒一起可滿足各種特殊的加工要求,組合成各種結構形式的雙螺杆擠壓膨化機。組成螺杆的每一個元件可設計成具有專門的輸送、揉捏、混合、剪切和提高壓力的功能。這些元件沿螺杆長度方向的合理組合可對加工條件進行精確控製,為該係統提供各種不同的優勢。剪力環(剪力鎖片)是組成螺杆構件的最重要的混合元件,它用來將所增加的機械能輸入到產品中。不同的混合元件將影響物料的擴散和混合分布程度。采用何種形式的剪力環(剪力鎖片)將視最終產品的要求而定。窄的剪力環用於使單位長度的流動分隔數最大,而寬的盤式剪力環則用於高剪切和擴散式混合。
雙螺杆互相揉捏和摩擦,使能耗比單螺杆低。這樣可使物料揉合和熟化更充分,其整體的熟化度能夠達到95%以上,產品在水中的穩定性能保持在24小時以上,同時顆粒的表麵光潔度和顆粒均勻度也更好。擠壓膨化飼料充分熟化了以後,動物吃起來不但口感好,而且消化率高、易於營養吸收。所以在購買擠壓膨化機時,一定要考慮到物料的熟化程度能否達到90%以上。
  
雙螺杆擠壓機最大的特點就是它能夠對各種原料進行混合而不考慮其構成。因此,像穀物、豆粉、動物粉、鮮肉、脂肪、營養素、蛋白質、維生素、澱粉以及濕魚渣等如此多樣化的組分都能很容易地進行加工。因此雙螺杆擠壓膨化機加工飼料的種類多,能夠適應高粘性物料、低粘性物料或高水分、高油脂配方產品的加工。在水產飼料方麵,像魚、蝦飼料,還有河鰻、高檔觀賞魚飼料等均需用雙螺杆擠壓膨化機,特別是微粒水產飼料(直徑為0.51.5mm)、高脂肪水產飼料及生產量小但配方常變的飼料更必須采用雙螺杆擠壓膨化機進行生產。在寵物食品加工中,寵物食品的主要成分一般都是由穀物粉(如小麥粉)和較高蛋白含量的動物粉、鮮肉和脂肪等組成的。在幹寵物食品加工過程中,當鮮肉含量高達20%-30%時,擠壓時就需要強烈地混合和揉捏,這隻有雙螺杆擠壓膨化機才能完成。因為雙螺杆的相互揉搓、擠壓,即使在原料高油脂的情況下也不會粘在一起而影響機器的運轉,與單螺杆擠壓膨化機相比,在雙螺杆擠壓膨化機中可以添加幾乎兩倍含量的脂肪到寵物食品配方中,所以配方含油脂可達到20%以上。這樣不僅提高了配方的質量,也減緩了零件的磨損和阻力,降低了生產成本。而單螺杆擠壓膨化機就做不到這一點,在單螺杆擠壓膨化機中,脂肪含量受到限製,因為如果脂肪含量太高,導致擠壓膨化機劇烈地波動,並因此導致產品質量的不穩定。一旦物料中油脂含量過高,就會造成物料黏著,機器無法運行。此外,雙螺杆擠壓膨化機在30秒的時間內即可完成原料的改變,這就可用於色彩的識別和允許多色混合物的產品直接在擠壓膨化機中加工。
  
雙螺杆擠壓膨化機采用直聯變頻電機傳動方式,主軸轉速可根據加工產品需求進行調節,可以在不停機狀態下、不改變螺杆參數設置即可更換產品品種或生產浮水、沉水飼料,其操作特別方便並得到完全令人滿意的效果。
 
從以上單螺杆和雙螺杆擠壓膨化的特性分析可以看出雙螺杆擠壓膨化機具有以下優勢:
1.
原料適應性更廣,可以適應高粘性、低粘性、高油脂含量、高水分或粘稠、多油的、非常濕的和其他一些在單螺杆(SSE )中會打滑的原料加工。
2.
對原料的粒度限製更少,可以適應粒度很寬或從微粉料到粗粉料顆粒的原料和單螺杆加工特定範圍以外粒度的原料加工。
3.
物料流在機筒內更均勻,可以無論添加蒸汽、水和其他輔助加工過程中得到更精確地比例並達到實際需求效果。
4.
產品內在和外觀質量更好,可以達到非常好的均質狀態並使得物料分子結構排布均勻、在擠壓出模過程中表麵光滑、產品顆粒整齊度高、均勻性好。
5.
熟化均質效果更好,通常澱粉熟化度可達95%以上使得所加工的水產飼料能夠在水中保持穩定和產品營養成分不流失並易於消化吸收。
6.
同等動力下產量更高,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,提高了擠壓膨化產品的產量。
7.
產品多樣性和適應性更寬,可以加工微粒水產飼料、高油配方、高水分、高粘結性產品和多色彩、夾心類、特殊形狀的產品。
8.
工藝操作更簡便,可以根據加工產品需求調節主軸轉速,由於自清特點,清理很方便,每次加工後無需拆裝設備。
9.
易損件磨損更輕,通常一種錯誤觀念認為單螺杆的磨損少,實際上在雙螺杆擠壓過程中由於穩定的物料輸送和物料流的特性,決定了物料對螺杆和機筒內套的磨損要比單螺杆要小,盡管比螺杆數量多出一套,但其配件成本仍比單螺杆低。
10.
生產成本更低,由於雙螺杆機型具有良好的操作穩定性,在飼料加工過程中開機費料少、水氣浪費少、工時費少、傳熱效率高、成品率高、度電產量指標高,加上配件成本也低,其最終生產成本相對於單螺杆仍要低得多。,
以下將單螺杆和雙螺杆擠壓膨化機列表比較:


單螺杆

雙螺杆

結構

簡單

複雜

主軸轉速

不可調

可調

價格

較高

自清功能

工藝操作

困難

簡單

浮水料

沉水料

小顆粒

>1.8mm

>0.8mm

混合效果

熟化均勻度

油脂含量

<12%

<20%

產量

產品質量

產品適應性

原料適應性

水份水平

油脂水平

纖維水平

蛋白質水平

機械能輸入

耐磨損性

產品規格

加工可運行範圍

   到目前為止,美國70%水產飼料、韓國100%水產飼料生產全部采用擠壓膨化加工技術,中國也是越來越多的飼料加工企業逐步用擠壓膨化機替代傳統的製粒機生產水產飼料和其他特種飼料。在目前中國水產飼料市場,由於大部分水產飼料生產企業受到投資資金的限製,通常選用價格較低的國產單螺杆擠壓膨化機,但因其結構簡單和技術水平、製造水平不夠高,隻能在水產飼料加工中用於生產較低檔的淡水魚浮水料,難於生產沉水料和其他高檔水產飼料產品。有些進口單螺杆機型(如WENGER產品)雖能滿足生產高檔沉水飼料產品,但其價格太高,已沒有很好的性價比。我們選擇擠壓膨化設備不應隻看到雙螺杆擠壓膨化機比單螺杆擠壓膨化機的價格高,而更應考慮綜合性價比和生產每噸產品的費用。國產優質的雙螺杆擠壓膨化機技術性能和製造水準已達到一定的先進水平,雖然價格要高於國產單螺杆擠壓膨化機,但價格要遠遠低於進口單螺杆機型,其生產性能已超過進口單螺杆機型並可以完全替代進口雙螺杆機型,不僅能滿足養殖業中高檔水產飼料的需求,而且能達到很高的性價比,應該是目前水產飼料加工業的最好選擇。隨著大規格、大產量和專用型雙螺杆機型的出現,使用雙螺杆擠壓膨化機可獲得更大的效率,能更充分發揮出擠壓膨化加工技術所具有原料使用範圍廣,澱粉的糊化程度高,水中穩定性遠遠高於普通顆粒飼料,產品密度可調可加工浮水、慢沉、快沉料和高水分、高油脂飼料,顆粒的結構比較疏鬆有利於采用後噴塗技術、避免熱敏性原料的損失,防止汙染環境和防病抗病,提高飼料營養價值,降低生產成本等獨特的優勢。
北京金地三福膨化機製造有限公司在消化吸收國外先進技術基礎上已開發出第三代新型GCISSP係列雙螺杆擠壓膨化機,其動力配置從22KW315KW、加工水產飼料產量從150公斤/小時到12/小時共有10個規格產品,完全能夠滿足當前國內水產飼料加工(浮水料、慢襯料、快沉料和高油含量、濕性料等)、各類寵物食品和食品工業中植物組織蛋白、休閑食品、營養食品等生產需求,主機采用變頻主電機,傳動係統強勁、平穩、可靠,機筒加熱和冷卻層為一體式鍛造結構,機筒內套和螺杆元件采用高耐磨合金鋼材質,模板采用新型材質和科學布孔工藝,調質係統采用加長不鏽鋼雙軸差速調質器,設備結構合理、外形美觀,其產品技術性能已接近或基本達到國際知名品牌如美國Wenger、瑞士Bühler等進口雙螺杆擠壓膨化機水平,但其價格僅有進口產品價格的三分之一,為國內飼料和食品加工企業提供了低價格、性能完善的高性價比雙螺杆擠壓膨化設備。尤其是針對目前國內水產飼料加工以浮水料為主導產品的實際狀況,北京金地三福膨化機製造有限公司又開發出既能充分發揮雙螺杆擠壓膨化機的優勢、又能盡量降低投資成本加工水產浮水飼料的GCISSPF係列雙螺杆擠壓膨化機專用機型,其價格遠遠低於進口單螺杆擠壓膨化機、而且僅與國產單螺杆擠壓膨化機的價格相當,可以說用單螺杆的投資就能選用雙螺杆擠壓膨化機,能夠生產出更一致性的產品和更多樣化的產品,大產量、專業化的雙螺杆擠壓膨化機將會產生更大的經濟效益。