1、飼料調(diào)質(zhì)的目的與調(diào)質(zhì)機(jī)理
飼料調(diào)質(zhì)就是飼料熟化過程之一，使生粉料轉(zhuǎn)化為具有一定熟度的粉料，飼料良好的調(diào)質(zhì)工藝和設(shè)備有利于飼料制粒和膨化成型。
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1.1飼料調(diào)質(zhì)的目的
1.1.1有利于飼料制粒成型
使飼料易制粒成型，降低制粒的粉化率。
1.1.2提高飼料的消化吸收率
使蛋白及淀粉等組分的消化吸收率可提高10%～12%。
1.1.3增加水產(chǎn)顆粒飼料在水中的穩(wěn)定性
提高了淀粉的糊化度，使顆粒飼料在水中的穩(wěn)定性可達(dá)30min．最長達(dá)3～6h，其穩(wěn)定性主要是取決于配方和調(diào)質(zhì)性能。當(dāng)然制粒過程亦有助于提高水中穩(wěn)定性。
1.1.4提高制粒機(jī)的產(chǎn)量，降低電耗
提高制粒機(jī)的產(chǎn)量達(dá)25%～50%以上。
1.1.5減少壓模和壓輥的磨損
壓模和壓輥的壽命延長30%～50%。
1.1.6破壞和滅殺有害因子達(dá)20%～60%以上。
1.1.7調(diào)質(zhì)過程中可添加2～3種液態(tài)組分。
由于調(diào)質(zhì)過程是飼料經(jīng)一定時(shí)間的熱量和質(zhì)量（水分）蒸汽處理，所以，高溫的蒸汽對飼料熱敏組分將產(chǎn)生不同程度的損失。如何既能減少熱敏組分的損失，又能使飼料獲得良好調(diào)質(zhì)效果的工藝，至今尚未得到較好的解決，說明在飼料調(diào)質(zhì)工藝和熱敏組分的品種及添加工藝上，還很多課題需進(jìn)行共同研究提高。現(xiàn)就飼料調(diào)質(zhì)工藝設(shè)備進(jìn)行如下分析討論供參考。
1.2飼料調(diào)質(zhì)的機(jī)理和調(diào)質(zhì)過程
飼料調(diào)質(zhì)就是飼料水熱處理的過程，飼料調(diào)質(zhì)實(shí)際是氣相（蒸汽）、液相（細(xì)微水分散的水滴）的熱量、質(zhì)量向固相（粉狀物料）傳遞熱量和質(zhì)量的過程。蒸汽在飼料調(diào)質(zhì)過程中，它既是傳熱體，又是傳濕體。而且，飼料在調(diào)質(zhì)過程中熱量和質(zhì)量不斷地發(fā)生變化，調(diào)質(zhì)亦是蒸汽中的熱量和質(zhì)量通過粉狀顆粒物料的外表面向內(nèi)部轉(zhuǎn)移的過程。
粉狀物料的調(diào)質(zhì)是蒸汽均勻圍繞粉狀物料的周圍，靠近顆粒物料的表面形成界面層的過程。調(diào)質(zhì)過程的傳熱和傳質(zhì)的速度，決定于蒸汽和粉狀顆粒物料內(nèi)部與界面層的溫度梯度、速度梯度、濕度梯度、物料性質(zhì)（密度、顆粒大小、含水量）等因素。
當(dāng)?shù)蜏睾秃州^低的固相粉狀物料進(jìn)入有一定轉(zhuǎn)速的調(diào)質(zhì)器內(nèi)，蒸汽壓力從200~400kpa降為常壓，蒸汽溫度從142.9～158℃降為100℃，這就開始進(jìn)行生粉料的調(diào)質(zhì)熟化。而物料熟化的關(guān)鍵是蒸汽的品質(zhì)（指蒸汽含水量和焓值高低），由于蒸汽分為濕蒸汽，飽和蒸汽（干蒸汽），過熱蒸汽（見圖1）。三者的區(qū)別在于焓值(kj/kg)和溫度不同。濕蒸汽焓值較低，濕蒸汽和飽和蒸汽（干蒸汽）的溫度相同(100℃)，但飽和蒸汽焓值高于濕蒸汽。而過熱蒸汽的焓值、溫度高于前兩者。濕蒸汽是水（細(xì)微分散的水滴）和蒸汽的混合物。如果對其繼續(xù)加熱量，焓值增加，蒸汽溫度并不升高，該熱能供給細(xì)微分散的水滴汽化的熱能（汽化潛熱），供熱能越多，焓值越高，蒸汽含水量越低，蒸汽含量越高。含蒸汽的程度為蒸汽的飽和度（干度），如蒸汽的飽和度（干度）x=0.8說明80%是蒸汽．20%是細(xì)微分散的水滴。在常壓下蒸汽含量達(dá)到100%，即在100℃飽和溫度下，蒸汽就成為不含有水的蒸汽，這蒸汽就是飽和蒸汽。當(dāng)對該飽和蒸汽繼續(xù)加熱，飽和蒸汽的焓值和溫度繼續(xù)增加，該蒸汽成為過熱蒸汽，這過熱蒸汽是制粒需要的蒸汽品質(zhì)。如果隨著蒸汽壓力的增加，水的汽化溫度亦隨之提高，同樣形成濕蒸汽，飽和蒸汽，過熱蒸汽的需要溫度亦相應(yīng)提高（見圖1曲線上移）。
高溫的過熱蒸汽，焓值高，熱量多，無含水，過熱蒸汽進(jìn)入調(diào)質(zhì)器內(nèi)壓力從200～400kpa降為常壓，溫度從142.9～158℃降為100℃后，轉(zhuǎn)化為飽和蒸汽或濕蒸汽。同時(shí)蒸汽釋放熱量，飽和蒸汽的飽和度亦逐漸下降，飽和蒸汽中含水量逐漸增加，并繼續(xù)釋放熱量，但蒸汽溫度仍保持100℃。此時(shí)，熱蒸汽和冷的固相粉狀物料相遇，由于熱蒸汽和粉狀物料之間既有溫度梯度（溫度差），又有濕度梯度（濕度差）。所以，熱蒸汽和冷固相粉狀物料之間就既產(chǎn)生熱量傳遞，又有質(zhì)量（水分）的傳遞，熱蒸汽與和固相粉狀物料之間的焓值差，就是熱量和質(zhì)量傳遞的推動力。調(diào)質(zhì)過程是蒸汽的熱量、質(zhì)量同時(shí)、同向經(jīng)粉狀物料的外表面向內(nèi)部傳熱和傳質(zhì)的過程。而且，熱蒸汽和粉狀物料之間熱量和質(zhì)量在傳遞過程中總量是平衡的（略去調(diào)質(zhì)器內(nèi)空氣溫度上升和調(diào)質(zhì)器機(jī)筒散發(fā)的熱量）。在傳熱和傳質(zhì)過程中，蒸汽熱量釋放，使粉狀物料溫度上升到調(diào)質(zhì)所需的溫度（制粒80～85C，膨化95℃以上），飽和蒸汽的飽和度繼續(xù)下降，飽和蒸汽中逐漸增加的含水量。當(dāng)調(diào)質(zhì)器常用的粉狀物料調(diào)質(zhì)溫度為80～85。C和蒸汽的飽和度（干度）X=0.6—0.9時(shí)，在該條件下，大致可認(rèn)為粉狀物料每升高11℃，其水分增加1%。使粉狀物料吸收或外加水分后達(dá)到制粒、膨化所需含水量（制粒17%—18%．膨化28%—30%）。為了確保制粒要求水分低，所以，采用過熱蒸汽是合理的，如采用濕蒸汽易析出過多的水分，影響制粒。膨化宜用供汽量較多的飽和度（干度）較高的飽和蒸汽或較低的過熱蒸汽，使粉狀顆粒物料既能得到較多水分，又能得到較高溫度，就符合了物料膨化的要求。在結(jié)構(gòu)上制粒的調(diào)質(zhì)器應(yīng)隔熱保溫好，膨化調(diào)質(zhì)器可以無隔熱保溫處理。
調(diào)質(zhì)的目標(biāo)和要求：飼料粉料在調(diào)質(zhì)過程中水和熱共同作用下，使粉狀顆粒物料軟化。調(diào)質(zhì)軟化要求是，能使顆粒物料中心都達(dá)到軟化為最佳，是調(diào)質(zhì)的目標(biāo)和要求。
調(diào)質(zhì)過程中蒸汽中的水蒸汽分壓高于粉狀顆粒物料表面水蒸汽分壓，為此，粉狀顆粒物料表面不斷地吸收水蒸汽中的水分（見圖2，從1～4為物料吸收水的過程）。此時(shí)，粉狀物料表面水分高子物料的內(nèi)部水分（即濕度梯度）。為此，物料表面水分和內(nèi)部水分之間有水分壓差，并遵循水分壓高的區(qū)域向水分壓低的區(qū)域流動的規(guī)律。所以，粉狀顆粒物料不僅表面吸附水分，而且，向內(nèi)部轉(zhuǎn)移。
粉狀顆粒物料在調(diào)質(zhì)器的打板打擊和翻動下，使蒸汽流動的速度梯度在物料顆粒表面和顆粒不同位置的表面明顯增加。由于，物料顆粒表面不同部位的速度梯度不同，使物料顆粒表面的溫度梯度和濕度梯度都增加。所以，加速了蒸汽與物料之間和物料表面與物料內(nèi)部之間的傳熱和傳質(zhì)過程。同時(shí)打板對物料顆粒有一定的擠壓，增加了水分向顆粒內(nèi)部轉(zhuǎn)移。水分轉(zhuǎn)移的速度除水蒸汽分壓外，還與顆粒的大小、顆粒密度、顆粒狀態(tài)及調(diào)質(zhì)器轉(zhuǎn)速等因素有關(guān)。如調(diào)質(zhì)器轉(zhuǎn)速高，粉狀顆粒翻動激烈，速度梯度增加得更多，蒸汽與物料接觸均勻度好。打擊力大，蒸汽與粉狀顆粒接觸充分，水分向顆粒內(nèi)部轉(zhuǎn)移快，水分的添加量亦可增多。該水分的轉(zhuǎn)移稱之水分的內(nèi)擴(kuò)散，使粉狀顆粒物料增加水分。該增加的水分為物理化學(xué)結(jié)合水和機(jī)械結(jié)合水（游離水亦稱自由水）．當(dāng)物料調(diào)質(zhì)水分在18%時(shí)，其中以物理化學(xué)結(jié)合水（滲透結(jié)合水）是粉狀顆粒增加水分的主體。此外，有部分蒸汽水滴吸附在粉狀顆粒表面而形成的機(jī)械結(jié)合水（游離水，自由水）。粉狀顆粒原有的化學(xué)結(jié)合水（結(jié)晶水）與物理化學(xué)結(jié)合水及調(diào)質(zhì)增加的物理化學(xué)結(jié)合水，就成為粉狀顆粒物料在該溫度下，相對濕度下的平衡水分（見圖3），該平衡水分隨溫度和相對濕度變化而變化。粉狀物料的平衡水分隨溫度增加而下降，隨相對濕度升高而增加。由于物料的物理化學(xué)結(jié)合水和適量表面的機(jī)械結(jié)合水（游離水即自由水2%~3%）對制粒十分有利，從而能獲得良好的制粒效果。粉狀顆粒物料在調(diào)質(zhì)器內(nèi)的高溫和水分兩因素的共同作用下，經(jīng)過適當(dāng)時(shí)間的調(diào)質(zhì)保溫，淀粉糊化，蛋白變性，有害因子得到破壞和滅活，粉狀顆粒物料軟化，達(dá)到較佳的制粒效果。可以說，飼料調(diào)質(zhì)是飼料制粒和膨化過程的十分關(guān)鍵工序，沒有優(yōu)良調(diào)質(zhì)工藝和設(shè)備，就難以獲得高產(chǎn)量、優(yōu)質(zhì)、低能耗的制粒、膨化效果。
由于制粒、膨化工序中要求物料的含水率不同，制粒一般在17%—18%，而膨化要求在28%—30%。調(diào)質(zhì)溫度一般在80～90C，一般情況下，調(diào)質(zhì)器內(nèi)的蒸汽的飽和度在65%—95%。此時(shí)，物料亦應(yīng)有對應(yīng)的平衡水分f達(dá)到調(diào)質(zhì)條件下的平衡水分需要時(shí)間，否則不能達(dá)到其平衡水分的量），制粒、膨化在調(diào)質(zhì)后的物理化學(xué)結(jié)合水的水分須在16%和22%~25%左右，而機(jī)械結(jié)合水（游離水，自由水）有2%—30/0和3%一5%左右。為此，兩者對物料含水率要求不同，顯然對蒸汽要求有所不同，兩者調(diào)質(zhì)的工藝參數(shù)亦就不同，才能保證調(diào)質(zhì)后的物料具有不同的水分增加量。對制粒要求的蒸汽是過熱蒸汽為好，但蒸汽用量少。而膨化需要的蒸汽用量比制粒所用蒸汽量多，才能確保膨化物料調(diào)質(zhì)后的高溫和高水分（由于蒸汽調(diào)質(zhì)時(shí)間較短，蒸汽調(diào)質(zhì)后增加水分不夠，難以達(dá)到該條件下的平衡水分，需在混合工段內(nèi)加入水分）的要求。以上分析，尚未考慮蒸汽的利用率，制粒過程蒸汽耗量為調(diào)質(zhì)物料流量的3.5qo—4%（包括其它加熱和損耗達(dá)5%）左右。
2、調(diào)質(zhì)工藝與設(shè)備的發(fā)展過程
飼料調(diào)質(zhì)工藝與設(shè)備中對水和熱作用的認(rèn)識是逐步加深。所以，調(diào)質(zhì)工藝與設(shè)備一直在發(fā)展，而且是形式繁多，雖然水和熱處理對制粒和膨化的重要性，目前已得到了比較廣泛的共識，使飼料水和熱處理工序得到了空前的加強(qiáng)，調(diào)質(zhì)效果明顯提高。但至今飼料調(diào)質(zhì)理論報(bào)道極少，大都是從宏觀上和概念上來論說。這對調(diào)質(zhì)效果優(yōu)劣的分析難以確切。
調(diào)質(zhì)工藝和設(shè)備在20世紀(jì)50～60年代以前大都是給料和調(diào)質(zhì)同軸組合，60年代末到70年代給料和調(diào)質(zhì)就分開，80~90年代相繼出現(xiàn)二、三級調(diào)質(zhì)、等直徑水平雙筒調(diào)質(zhì)、雙筒差動調(diào)質(zhì)和釜式調(diào)質(zhì)、高壓調(diào)質(zhì)等多種調(diào)質(zhì)工藝和設(shè)備，取得了不同的調(diào)質(zhì)效果。從表面看各種調(diào)質(zhì)工藝和設(shè)備基本都能符合制粒或膨化要求，實(shí)際上不同的調(diào)質(zhì)工藝和設(shè)備，其調(diào)質(zhì)的工藝參數(shù)（調(diào)質(zhì)器轉(zhuǎn)速、調(diào)質(zhì)時(shí)間等）有所不同，為此調(diào)質(zhì)熟化效果亦有較大的差別，不同的調(diào)質(zhì)熟化效果來適應(yīng)不同物料調(diào)質(zhì)的要求。現(xiàn)作如下討論。
2.1 給料和調(diào)質(zhì)同軸組合的調(diào)質(zhì)工藝和設(shè)備
20世紀(jì)50～60年代制粒機(jī)的給料是連續(xù)螺旋式的，調(diào)質(zhì)是槳葉式的，由于給料量根據(jù)制粒的顆粒大小，給料量須變化，轉(zhuǎn)速必需調(diào)速，但為了保證調(diào)質(zhì)效果，調(diào)質(zhì)器轉(zhuǎn)速必須恒定，為此，兩者不能兼顧。因而，給料和調(diào)質(zhì)同軸組合的調(diào)質(zhì)工藝其調(diào)質(zhì)效果較差。為此，到60年代末到70年代初給料和調(diào)質(zhì)同軸組合的調(diào)質(zhì)工藝，就被給料和調(diào)質(zhì)獨(dú)立的工藝設(shè)備所取代。
2.2給料和調(diào)質(zhì)分開的工藝和設(shè)備
由于人們認(rèn)識到給料和調(diào)質(zhì)同軸組合的不利因素，所以，開始將給料和調(diào)質(zhì)分開傳動。此時(shí)，調(diào)質(zhì)器的長度一般較短，略超過壓制室和主傳動的長度之和．一般在2 000mm以內(nèi)。調(diào)質(zhì)器直徑一般在300~400mm以內(nèi)，轉(zhuǎn)速為200r/min左右，物料在停留調(diào)質(zhì)器時(shí)間在15~30s以內(nèi)。由于給料和調(diào)質(zhì)功能已分工明確，調(diào)質(zhì)器為槳葉，為此，物料調(diào)質(zhì)效果改善，制粒后的淀粉的糊化度可達(dá)25%，所以，調(diào)質(zhì)后的淀粉的糊化度亦能在15%～20%以內(nèi)，并可添加多種液體。由于淀粉的糊化度不高，顆粒耐水性就差，因此該調(diào)質(zhì)工藝只能用于禽畜飼料生產(chǎn)，而不能用于耐水要求較高的水產(chǎn)飼料。
2.3等直徑水平雙筒調(diào)質(zhì)工藝和設(shè)備
實(shí)際上兩個(gè)單筒調(diào)質(zhì)的組合，僅中間無筒壁，該結(jié)構(gòu)使物料可相互翻動，部分槳葉反向旋轉(zhuǎn)，延長物料在機(jī)內(nèi)停留時(shí)間，增強(qiáng)了調(diào)質(zhì)強(qiáng)度，機(jī)內(nèi)停留時(shí)間最長達(dá)1min．淀粉的糊化度可達(dá)20%．調(diào)質(zhì)器轉(zhuǎn)速為100～200r/min．以內(nèi)，調(diào)質(zhì)器為槳葉。可添加多種液體，該機(jī)可用于禽畜飼料生產(chǎn)，亦能用于耐水性要求不高的魚飼料生產(chǎn)。
2.4二、三級調(diào)質(zhì)工藝和設(shè)備
由于水產(chǎn)飼料耐水性特殊要求，為了增強(qiáng)調(diào)質(zhì)器的調(diào)質(zhì)效果，所以采用了加長二、三級調(diào)質(zhì)工藝與設(shè)備，調(diào)質(zhì)器長度達(dá)3 000-4 000mm；調(diào)質(zhì)器直徑仍在300～400mm左右，調(diào)質(zhì)器為槳葉，槳葉排列形式多種。①前半槳葉與軸夾角成45。，后半槳葉與軸平行。②相鄰兩個(gè)槳葉與軸夾角成左旋右旋各75。。轉(zhuǎn)速低速為100~200r/min高速為300r/min，由于增加了調(diào)質(zhì)器長度，高速槳葉增強(qiáng)了調(diào)質(zhì)強(qiáng)度。有些調(diào)質(zhì)器為長簡體還進(jìn)行保溫以減少熱量無形損耗，物料在機(jī)內(nèi)停留時(shí)間大幅度增加達(dá)1～2min，使調(diào)質(zhì)效果得到了改善，調(diào)質(zhì)后淀粉的糊化度可達(dá)25%左右，可添加多種液體，基本符合耐水要求較高的水產(chǎn)飼料使用。
2.5水平雙筒差動調(diào)質(zhì)工藝和設(shè)備
調(diào)質(zhì)器為雙筒差動調(diào)質(zhì)器，小筒槳葉轉(zhuǎn)速高于大筒槳葉轉(zhuǎn)速1～2倍，為200—300r/nun左右，其槳葉全部反向推進(jìn)，將物料推向進(jìn)口，簡體直徑為420—480mm。大筒槳葉轉(zhuǎn)速為100r/min左右，槳葉進(jìn)口處有3—4組將物料推向出口方向，中部槳葉與軸平行，僅起翻動作用，無推進(jìn)功能，出口處槳葉有2~3組將物料推向進(jìn)口方向，但槳葉推向方向根據(jù)物料性質(zhì)可進(jìn)行調(diào)整，物料推進(jìn)主要由進(jìn)口槳葉推進(jìn)力大于出口槳葉來決定，同時(shí)調(diào)整槳葉的角度來調(diào)整推進(jìn)速度即物料調(diào)質(zhì)時(shí)間。大筒體直徑為520~560mm。大、小槳葉在直徑方向相交，相交量近小槳葉葉片的長度，槳葉端部和槳葉桿部形狀大小相同。所以，該機(jī)型調(diào)質(zhì)時(shí)間可達(dá)一般為2—3mm，最長達(dá)20min．調(diào)質(zhì)效果較好，調(diào)質(zhì)后淀粉糊化度一般30%，最高的糊化度可達(dá)40%—50%以上，而且可添加多種液體，雙筒差動調(diào)質(zhì)工藝和設(shè)備能適應(yīng)各種水產(chǎn)飼料的調(diào)質(zhì)之用，但造價(jià)較高，該調(diào)質(zhì)開始主要用于膨化的調(diào)質(zhì)，現(xiàn)已開始用于制粒的調(diào)質(zhì)。2.6高速調(diào)質(zhì)，低速保溫均質(zhì)上下雙筒調(diào)質(zhì)器
在2003—2004年與水平雙筒差動調(diào)質(zhì)器結(jié)構(gòu)相似的上下雙筒調(diào)質(zhì)器已問世，其性能的原理來看高速調(diào)質(zhì)與保溫均質(zhì)分開，功能分工明確，為此，調(diào)質(zhì)效果將優(yōu)于水平雙筒差動調(diào)質(zhì)器。
上筒是高速調(diào)質(zhì)，由于調(diào)質(zhì)效果一定程度上取決于調(diào)質(zhì)過程中傳熱和傳質(zhì)的速度，傳熱和傳質(zhì)的速度而決定于蒸汽和粉狀顆粒物料內(nèi)部與界面層的溫度梯度、速度梯度、濕度梯度、物料性質(zhì)（密度、顆粒大小、含水量）等因素。而高速調(diào)質(zhì)，就增加了粉狀物料和蒸汽、粉狀物料表面與物料內(nèi)部的溫度梯度、速度梯度、濕度梯度，從而就提高調(diào)質(zhì)效果。其直徑在400~480mm．轉(zhuǎn)速在450~500r/min。
下筒是保溫均質(zhì)，由于要達(dá)到調(diào)質(zhì)要求，須要有一定的時(shí)間，才能使物料調(diào)質(zhì)更均勻，確保了調(diào)質(zhì)性能的優(yōu)良。所以，上下高速調(diào)質(zhì)，均質(zhì)保溫的雙筒調(diào)質(zhì)器的調(diào)質(zhì)效果必將優(yōu)于水平雙筒差動調(diào)質(zhì)器。其直徑在500～560mm轉(zhuǎn)速在50～100r/min。該調(diào)質(zhì)器液體添加量可達(dá)10%以上。
2.7 釜式調(diào)質(zhì)工藝和設(shè)備
釜式調(diào)質(zhì)種類較多，其中較好的釜式調(diào)質(zhì)是物料調(diào)質(zhì)時(shí)間達(dá)20min左右，可添加多種液體，液體添加量可達(dá)10%—25%，可調(diào)節(jié)釜式罐層數(shù)來滿足不同產(chǎn)量的要求。該調(diào)質(zhì)器的排料由行星螺旋輸送機(jī)即清倉螺旋輸送機(jī)，釜式調(diào)質(zhì)器直徑1600—2 700mm。
2.8高壓調(diào)質(zhì)工藝和設(shè)備
上面所說的調(diào)質(zhì)器都為常壓下作業(yè)，達(dá)到同樣效果，相對于高壓調(diào)質(zhì)時(shí)間較長，特別是難以調(diào)質(zhì)的顆粒物料，宜用高壓調(diào)質(zhì)。調(diào)質(zhì)溫度可達(dá)100℃以上，調(diào)質(zhì)時(shí)間可較長，但調(diào)質(zhì)器是受壓容器，其壓力為20～80kpa，該調(diào)質(zhì)器使蒸汽中的水和熱更容易進(jìn)入物料內(nèi)部．而且調(diào)質(zhì)效果較為均勻。以前高壓調(diào)質(zhì)特別適用于大顆粒的原料調(diào)質(zhì)處理，如壓片原料的調(diào)質(zhì)處理。今后如將高壓調(diào)質(zhì)器用于粉狀飼料的調(diào)質(zhì)處理，能使調(diào)質(zhì)效果優(yōu)于常壓調(diào)質(zhì)。
三門峽富通新能源主要生產(chǎn)銷售顆粒機(jī)、秸稈顆粒機(jī)、木屑顆粒機(jī)等生物質(zhì)燃料飼料成型機(jī)械設(shè)備。
