魚蝦等水產(chǎn)品是人們zui喜愛的食品之一，魚蝦不僅營養(yǎng)豐富，氨基酸組成與人體氨基酸組成十分相似，同時味道鮮美。所以，魚蝦等水產(chǎn)品的養(yǎng)殖量逐年增多，到2005年水產(chǎn)品總產(chǎn)量中養(yǎng)殖量已為捕撈量的2倍之多，達(dá)3000萬多噸，年增長率達(dá)15%以上。
　　
　　水產(chǎn)飼料的需求量亦在不斷攀升，2005年已有2000多萬噸，占全國飼料總產(chǎn)量的20%左右，年增長率達(dá)16%以上。特別是擠壓膨化技術(shù)的廣泛運用，為水產(chǎn)飼料的質(zhì)量提升創(chuàng)造了條件。擠壓膨化技術(shù)在飼料運用可以說是飼料工業(yè)發(fā)展*的一個重要的里程碑。不僅為水產(chǎn)飼料品質(zhì)的提高、飼料報酬的提高，飼料資源的利用，改善水質(zhì)等方面提供一個新的平臺。為畜禽飼料原料預(yù)處理及新的加工工藝提供了一組*的新型工藝和設(shè)備。現(xiàn)就水產(chǎn)飼料和擠壓膨化技術(shù)的有關(guān)問題進(jìn)行討論。
　　
　　一、水產(chǎn)飼料與水生動物的特點與要求：
　　
　　水產(chǎn)飼料是喂養(yǎng)魚蝦等水生動物，因此，水產(chǎn)飼料應(yīng)具有適合各種水生動物生活習(xí)性、特點和要求。
　　
　　1、水生動物一生在水中生活。
　　
　　2、不同的水生動物生活習(xí)性多：魚蝦等水生動物有生活在水域上層、中層和下層，因此，要求飼料能適應(yīng)不同水域部位的特性。魚又有要求水溫不同，適合在溫水和冷水里生活等不同的習(xí)性。
　　
　　3、水生動物采食習(xí)性和采食量各不相同：有吞食和抱啃食方式，吞食的采食時間短，如魚類一般在30～40min可完成采食；抱啃食的采食時間長，如蝦類一般在3～6個小時。魚類一般個體大采食較大，顆粒直徑較大可達(dá)在4～5mm以上；蝦類個體小，采食較小，幼蝦以上的食用zui小顆粒僅為0.4～0.5mm。為此，對1～0.5mm以下的小顆粒要達(dá)到全價餌料，組成小顆粒的20多種原料必須粉碎粒很細(xì)，不管組分含量多少，使蝦每天食進(jìn)每種組分的顆粒不能小于8～10粒，才能既保證混合均勻和又能達(dá)到較佳的養(yǎng)殖效果。
　　
　　4、水生動物消化道長度低于陸地動物：一般魚類為體長的3～5倍左右。蝦為體長的1.2～1.6倍左右，陸地動物消化道長度為體長的10倍以上。經(jīng)測定，水生動物因消化道較短，飼料從食后到排出體外時間快，如蝦僅2～3小時，消化吸收率亦就較低。同時是水生動物變溫動物，大多魚類水溫在8～34℃范圍內(nèi)每提高10℃，消化時間可減少30～50%時間。因此，在低水溫時要求飼料更要具有高的消化吸收率，對水生動物的在低溫時的生長極為有利。
　　
　　5、水生動物體內(nèi)重要的消化酶如*、*比陸地動物要少得多。這些酶在魚的不同生長期，這些酶的活性呈現(xiàn)出不盡相同，仔魚時酶的活性較弱，隨著魚體的生長，*、*的活性亦增加，而有些酶反而下降，但生長到一定時間后在開始上升?？傊鷦游矬w消化酶的特性跟隨著品種不同、生長期不同而不同。一般肉食性的魚消化系統(tǒng)短，但蛋白酶的活性較強(qiáng)；草食性的魚消化系統(tǒng)長、*活性較強(qiáng)。所以，飼料加工和配方中如能考慮這些因素，將使飼料能獲得更佳的飼養(yǎng)效果。
　　
　　6、水生動物一般抗病能力差，特別是蝦，蝦屬于蛻殼水生動物，蝦一生要經(jīng)過20次蛻殼。蝦在蛻殼階段抗病能力特別差，為此，要求飼料滅菌效果好。
　　
　　因此，要求水產(chǎn)飼料應(yīng)具有：1、耐水性和穩(wěn)定性好；2、沉性、浮性和半浮性等各種飼料；3、易消化、吸收好；4、要求各種組分的粉碎細(xì)度和成品粒度，應(yīng)根據(jù)不同養(yǎng)殖對象及不同生長期有所不同；5、含菌率低，安全性好等特性。
　　
　　為了生產(chǎn)出符合水產(chǎn)飼料要求，其途經(jīng)主要是：1原料選擇；2加工工藝和設(shè)備；3配方設(shè)計(配方設(shè)計大家比我更清楚，我就不討論了)。
　　
　　1、原料選擇：水產(chǎn)動物因消化系統(tǒng)不及陸地動物。從該點出發(fā)進(jìn)行原料的選擇。
　　
　　1)、在仔魚及幼蝦時的飼料原料，可采用消化酶對飼料的蛋白和能量飼料預(yù)*行體外消化，使蛋白和能量飼料經(jīng)酶化處理后得到降解，有利于仔魚幼蝦的消化吸收。
　　
　　2)、由于某些微量元素如Mg++、Zn++、Fe++、Mn++、Cu++等將抑制消化酶的作用，為此，對這類微量元素盡量采用包被螯合的原料，使這些消化酶延時與微量元素金屬離子直接相遇，減少金屬離子對消化酶抑制作用(抑制率達(dá)50～90%)等。
　　
　　2、加工工藝和設(shè)備；
　　
　　1)、擠壓膨化工藝和設(shè)備是加工水產(chǎn)飼料優(yōu)先選擇的加工工藝和設(shè)備，其中雙螺桿擠壓膨化機(jī)及其生產(chǎn)的飼料，更適合于魚蝦等水產(chǎn)動物的要求。
　　
　　2)、擠壓膨化工藝后的干燥工藝的參數(shù)應(yīng)采用低溫干燥，不能為了加快干燥速度，而采用高溫干燥，當(dāng)干燥溫度達(dá)120℃以上，將影響魚蝦消化吸收率。干燥溫度高于100℃時，即高溫風(fēng)干飼料的消化率將下降10～30%，干燥溫度控制在70～90℃時，飼料干燥品質(zhì)將為*。所以，干燥系統(tǒng)如采用真空干燥(干燥溫度僅為60℃左右，料溫僅為40℃)是更佳的干燥工藝，由于仔魚及幼蝦處氣溫低，體內(nèi)消化酶活性較弱。所以，如消化酶體外消化和該干燥工藝相結(jié)合，更適合于仔魚及幼蝦飼料的加工，提高仔魚及幼蝦的消化吸收率。
　　
　　二、擠壓膨化機(jī)的特性與工作原理：
　　
　　(一)、擠壓膨化機(jī)加工技術(shù)的特性：
　　
　　特性：現(xiàn)代擠壓膨化技術(shù)的擠壓膨化腔可認(rèn)為是一個較為特殊的連續(xù)反應(yīng)器。飼料在反應(yīng)器內(nèi)(擠壓膨化腔內(nèi))，在高溫(120～160℃以上)、高壓(4～10MPa)狀態(tài)下經(jīng)強(qiáng)烈的擠壓、剪切、摩擦、混合、擠出使飼料中的淀粉糊化、蛋白變性，物料之間的各組分產(chǎn)生強(qiáng)烈的物理和物理化學(xué)變化、物料在宏觀和微觀結(jié)構(gòu)上都產(chǎn)生了具大變化。同時飼料經(jīng)高溫、高壓在擠壓反應(yīng)器內(nèi)有高的水分，使各種抗?fàn)I養(yǎng)因子的活性能得到較有效的鈍化、有害病菌較能*滅活。從而，使擠壓膨化機(jī)的成品具有良好的耐水性和穩(wěn)定性、易消化、吸收效率高、含菌率低、安全性好等特點。調(diào)整擠壓膨化機(jī)有關(guān)參數(shù)可生產(chǎn)出各種性能的沉性、浮性和半浮性等水產(chǎn)飼料，這類飼料符合魚蝦水生動物的使用特點和要求。與此同時，擠壓膨化機(jī)還能用于改善和提高飼料原料的使用價值。因此，現(xiàn)代擠壓膨化機(jī)所生產(chǎn)的水產(chǎn)飼料質(zhì)量是其他飼料成型機(jī)械*的。可以說現(xiàn)代擠壓膨化機(jī)在飼料加工業(yè)中的運用前景必將是極為廣闊。
　　
　　雖然優(yōu)良的擠壓膨化機(jī)設(shè)備投資較其他成型機(jī)械要高，操作管理水平要求嚴(yán)格，動耗要高于其他成型機(jī)械。由于，現(xiàn)代擠壓膨化機(jī)的特點和功能相比遠(yuǎn)優(yōu)于其他成型機(jī)械。所以，現(xiàn)代的擠壓膨化機(jī)的得到了廣大飼料工作者，特別是水產(chǎn)飼料的工作者厚愛。
　　
　　(二)、擠壓膨化機(jī)工作原理：
　　
　　擠壓膨化機(jī)的擠壓加工理論自擠壓膨化機(jī)問世以來，國內(nèi)外科技工作者對其工作原理就一直不斷的進(jìn)行研究，并得到大量的研究成果，論述了飼料在擠壓腔內(nèi)的擠壓過程及物理和物理化學(xué)變化。但至今還沒有一種完整的、全面的、系統(tǒng)的擠壓膨化機(jī)擠壓理論來指導(dǎo)設(shè)計和生產(chǎn)。由于飼料擠壓膨化機(jī)工作過程有三十余個變量，而且各因素之間又互相影響。為此，飼料在擠壓過程的變化十分復(fù)雜，難以進(jìn)行較可靠的定量分析，不能用一個或幾個公式能完整表達(dá)擠壓膨化機(jī)在擠壓膨化過程中的理論。目前擠壓膨化機(jī)每一步的發(fā)展，都在現(xiàn)有的擠壓理論基礎(chǔ)上，靠大量的試驗才能獲得到該條件下的較好的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝參數(shù)。雖現(xiàn)有擠壓膨化機(jī)的擠壓理論不夠完整、全面、系統(tǒng)，但對擠壓膨化機(jī)工作過程(見圖1)的分析，仍有較好的作用，具有定性的和一定范圍的定量作用，有較好的指導(dǎo)意義?，F(xiàn)有zui常用的擠壓膨化機(jī)的擠壓理論，主要是飼料在擠壓腔內(nèi)經(jīng)擠壓、剪切、摩擦、混合過程中飼料呈現(xiàn)出塑性流動性，使飼料外觀和微觀結(jié)構(gòu)上都產(chǎn)生了具大變化，即產(chǎn)生了物理及物理化學(xué)變化。根據(jù)這變化為依據(jù)，提出以下兩種擠壓膨化理論：1飼料在擠壓腔內(nèi)溶融(揉合)體根據(jù)物料機(jī)械輸送、熱力學(xué)、流變學(xué)為基礎(chǔ)建立和提出的喂料輸送理論、溶融(揉合)理論、溶融(揉合)熟化(組織化)理論。2以螺桿特性線、膜頭特性線及擠壓膨化機(jī)的工作特性圖為基礎(chǔ)的理論?，F(xiàn)對這些理論來進(jìn)行簡單討論。
　　
　　a
　　
　　b
　　
　　圖1a，b擠壓膨化機(jī)工作過程
　　
　　1、擠壓膨化機(jī)輸送溶融揉合工作原理：
　　
　　從圖1看出飼料在擠壓膨化機(jī)的工作過程，分為喂料(固體)輸送區(qū)、揉合(溶融)區(qū)及揉合(溶融)熟化(組織化)成型區(qū)。為此，擠壓膨化機(jī)工作原理從這三個區(qū)為單位進(jìn)行討論。
　　
　　1)、喂料(固體)輸送區(qū)及其理論分析：
　　
　　調(diào)質(zhì)后的飼料進(jìn)入膨化腔內(nèi)的螺桿輸送區(qū)，該區(qū)主要功能為：(1)、是向溶融區(qū)輸送飼料，物料處于固體狀態(tài)。(2)、對飼料壓縮，加熱，飼料密度開始增加。飼料在進(jìn)入膨化腔內(nèi)的螺桿輸送區(qū)，飼料開始向揉合區(qū)方向輸送，飼料在螺桿螺紋斜面推力下既作軸向運動，又作周向運動，實際飼料運動軌跡是作螺旋運動。由于螺桿螺距由大變小，所以，飼料既有螺旋運動又在逐步壓縮。
　　
　　喂料(固體)輸送段輸送產(chǎn)量的關(guān)系式如下：
　　
　　QS=π2nh1D(D－h(huán)1)(b/b+e)tanψtanφ/tanψ+tanφ
　　
　　QS：螺桿對固體物料在進(jìn)料段的輸送量m3/s；
　　
　　n：螺桿轉(zhuǎn)速r/s；h1：螺桿螺紋槽的深度m
　　
　　D：螺桿外直徑mb：螺紋槽的寬度m
　　
　　e：螺凌的寬度mψ：螺桿螺旋角(°)
　　
　　φ：物料輸送角(°)
　　
　　物料物料輸送角φ，φ=arccos(Ksimφ+M)
　　
　　K：為作用在物料上的力比，M：螺紋槽中的集合項
　　
　　M、K值與進(jìn)料段的開始和末端的壓力、物料與螺桿及機(jī)筒的摩擦系數(shù)，螺桿內(nèi)、外直徑、螺旋寬度、螺桿平均螺旋角、進(jìn)料段長度等因素有關(guān)。
　　
　　2)、揉合區(qū)及其理論分析：
　　
　　(1)、揉合(溶融)過程的物理模型和溶融基理：
　　
　　揉合(溶融)過程的物理模型見圖2
　　
　　圖2揉合(溶融)過程的物理模型
　　
　　喂料(固體)輸送區(qū)飼料仍處于固體狀態(tài)，而揉合(溶融)過程飼料經(jīng)螺桿的螺旋及揉合塊的作用下使飼料受到強(qiáng)力擠壓壓力、揉合、加溫、加濕，飼料開始從粉狀單粒固體向塑性溶融體轉(zhuǎn)變，在高溫和強(qiáng)力的擠壓下飼料雖然密度進(jìn)一步提高，并在揉合區(qū)中后部逐步整體呈現(xiàn)出塑性流動性。
　　
　　(2)、揉合(溶融)理論：
　　
　　飼料在從喂料(固體)輸送區(qū)進(jìn)入溶融區(qū)揉合(溶融)理論是建立在揉合(溶融)數(shù)學(xué)模型、熱力學(xué)、流變學(xué)的基礎(chǔ)上。
　　
　　揉合區(qū)的主要關(guān)系式：
　　
　　α揉合溶融系數(shù)：α=(Rh1b1/2/QSρS)；
　　
　　ρS固體粉狀物料的密度(即被溶物料的密度)，kg/m3；
　　
　　R物料揉合(溶融)時供熱量與需要熱量的比值，kg/m1.5s；
　　
　　R=(Vbxρm/2)1/2{λm(Tb‐Tm)+ηvj2/2)/CS(Tb‐Ts)+i}1/2；
　　
　　Vbx機(jī)筒內(nèi)表面垂直螺凌方向上的分速m/s；
　　
　　Vj機(jī)筒內(nèi)表面運動速度Vb與飼料固體運動速度VSZ的合速度m/s；
　　
　　ρm揉合(溶融)物料的密度kg/m3；λm揉合(溶融)物料的熱導(dǎo)率J/mt；
　　
　　CS粉狀飼料的比熱J/kgt；i粉狀飼料的比能J/kg；
　　
　　η揉合物料表觀粘度Pas；Tb揉合溶融溫度t℃；
　　
　　Tm揉合溶融區(qū)機(jī)筒的溫度t℃；Ts進(jìn)入揉合區(qū)粉狀飼料溫度t℃
　　
　　揉合內(nèi)*溶融段長度L2，L2=(h1/α)(2‐A/α)m；
　　
　　螺桿螺槽底部斜度A，A=2(h1‐h3)Dsimψ/{2D‐(h1+h3)}L1
　　
　　h3揉合溶融區(qū)螺槽深度mL1揉合溶融區(qū)長度m
　　
　　由加料段送來的料已被壓到有較高密度的固體料，進(jìn)入溶融區(qū)的物料受到與機(jī)筒、螺桿及物料之間的剪切、摩擦和外部加熱的共同作用下先在機(jī)筒內(nèi)壁溶融成溶膜。隨著物料的推進(jìn)，溶膜厚度增加到整個螺槽。
　　
　　該理論中對物料的擠壓，揉合過程的力的關(guān)系未能直接的表達(dá)出來。為此，該區(qū)的關(guān)系式在飼料揉合(溶融)區(qū)的理論上還不夠完整，全面。
　　
　　3)、揉合(溶融)熟化(組織化)區(qū)及其擠壓理論分析：
　　
　　揉合(溶融)熟化(組織化)成型區(qū)的理論是建立在流體(粘性)動力學(xué)理論基礎(chǔ)上，是研究飼料在該區(qū)域如何達(dá)到理想的溶融、塑性流動及其飼料的定溫、定壓、定量、連續(xù)地擠壓條件。
　　
　　飼料在該區(qū)域內(nèi)在高溫、高壓的擠壓條件下，按流體(粘性)動力學(xué)理論導(dǎo)出飼料在該區(qū)域擠壓成型產(chǎn)量及其膜頭處壓力，即擠壓成型的壓力。
　　
　　該區(qū)域螺桿擠壓成型量：
　　
　　Qm=(π2D2h3cosψsimψ)n/2—(πDh33sim2ψ)p/12η1L3
　　
　　—(π2D2δ3tanψ)p/10η2L3m3/s
　　
　　擠壓成型膜頭處壓力：p=p2—p1Pa
　　
　　Qm：揉合(溶融)熟化成型輸送量，m3/s；
　　
　　L3：揉合(溶融)熟化(組織化)成型區(qū)長度，m；
　　
　　η1：螺槽內(nèi)溶融物料的粘度，Pas；
　　
　　η2：螺桿與機(jī)筒的間隙中物料的粘度，Pas；
　　
　　p：膜頭處壓力Pa；δ：螺桿與機(jī)筒的間隙，m；
　　
　　p1：揉合(溶融)開始處溶融物料的壓力Pa；
　　
　　p2：揉合(溶融)末端處溶融物料的壓力Pa。
　　
　　從上各關(guān)系式可知：
　　
　　1)、擠壓膨化機(jī)產(chǎn)量取決于喂料(固體)輸送段輸送量、而揉合(溶融)和揉合(溶融)熟化區(qū)的效果是保證擠壓膨化機(jī)產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)鍵。而三區(qū)域內(nèi)須匹配。為此，高速擠壓膨化機(jī)建立在該基礎(chǔ)之上。
　　
　　2)、在結(jié)構(gòu)不變的情況下，擠壓成型區(qū)的產(chǎn)量Qm隨物料粘度增加而增加，螺桿轉(zhuǎn)速增加而提高，但機(jī)內(nèi)擠壓壓力將下降。所以，螺桿轉(zhuǎn)速增加而提高時，為了確保擠壓膨化質(zhì)量，須增加合理的揉合塊或減少螺槽截面。
　　
　　3)、初步揭示了擠壓膨化輸送段輸送量、而揉合(溶融)和揉合(溶融)熟化與飼料的性能、螺桿、螺筒及工藝各參數(shù)之間的關(guān)系。是改進(jìn)、提高擠壓膨化性能和工藝操作條件。
　　
　　4)、適當(dāng)提高揉合(溶融)的溫度有利于飼料揉合(溶融)效果等。
　　
　　2、螺桿特性線、膜頭特性線及擠壓工作特性線理論
　　
　　1)、螺桿特性線：螺桿輸送量Q1與揉合(溶融)輸送量Qm關(guān)系為：
　　
　　Q1螺桿輸送量，kg/hQm揉合(溶融)輸送量kg/h
　　
　　ρm揉合(溶融)料的密度kg/m3n螺桿轉(zhuǎn)速r/s
　　
　　α、β、γ為螺桿的幾何參數(shù)有關(guān)系數(shù)。η溶融料的粘度Pas
　　
　　具體螺桿的幾何參數(shù)引入后螺桿輸送量Q1為：
　　
　　Q1=0.06π(D－h(huán)3)(scosψ－e)h3ρmnγ/cosψkg/h
　　
　　D螺桿直徑cmh3揉合(溶融)熟化段螺槽深度cm
　　
　　s螺距cme螺凌的寬度cm
　　
　　ψ螺桿螺旋角(°)γ傳送系數(shù)一般取0.2～0.5
　　
　　2)、膜頭特性線：膜頭溶融料輸送量Q2=Q1
　　
　　Q2=Q1=Kp/η=3600ρmKp/ηkg/h
　　
　　K膜孔形狀、尺寸系數(shù)p膜頭壓力Pa
　　
　　3)、螺桿、膜頭特性線見工作特性圖3：擠壓膨化機(jī)產(chǎn)量應(yīng)Q3=Q2=Q1
　　
　　圖3擠壓膨化機(jī)工作特性圖
　　
　　從上式中擠壓膨化機(jī)產(chǎn)量Q與螺桿轉(zhuǎn)速、螺桿、膜頭的結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)，與物料粘度無關(guān)(在膜頭結(jié)構(gòu)尺寸不變時)。粘度大機(jī)頭處壓力高，。粘度小機(jī)頭處壓力低。所以，溶體物料通過時膜頭產(chǎn)量Q不變。
　　
　　綜上所述三區(qū)域溶融理論三者相對獨立，*、二區(qū)有關(guān)系，與第三區(qū)尚未統(tǒng)一起來分析，該理論有一定不完整性。而螺桿特性線、膜頭特性線及工作特性線的擠壓理論。三區(qū)域已起來，但該理論中，物料的流變特性未能充分表達(dá)出來，因此，該理論仍有一些不足。
　　
　　(三)、擠壓膨化機(jī)的分類：
　　
　　按功能特性分：高剪切蒸煮擠壓膨化機(jī)、中等剪切蒸煮擠壓膨化機(jī)、低剪切蒸煮擠壓膨化機(jī)、高壓成型擠壓膨化機(jī)等。高剪切是用于生產(chǎn)膨化率高的產(chǎn)品，中等剪切蒸煮擠壓膨化機(jī)適合于生產(chǎn)水產(chǎn)飼料。
　　
　　按熱力學(xué)特性分：自熱式擠壓膨化機(jī)、等溫式擠壓膨化機(jī)等。
　　
　　按螺桿數(shù)量分：單螺桿擠壓膨化機(jī)、雙螺桿擠壓膨化機(jī)。其中按螺桿裝配方式分整體式和裝配式。
　　
　　按擠壓過程是否加濕分：濕法擠壓膨化機(jī)、干法擠壓膨化機(jī)。
　　
　　實際一臺擠壓膨化機(jī)具有以上各種特性的組合。
　　
　　按螺桿數(shù)量分是zui常用的分類法。其性能的特性區(qū)別zui為突出，現(xiàn)就按螺桿數(shù)量分進(jìn)行討論
　　
　　1、單螺桿擠壓膨化機(jī)見圖4：
　　
　　圖4單螺桿擠壓膨化機(jī)
　　
　　單螺桿擠壓膨化機(jī)根據(jù)螺桿結(jié)構(gòu)不同分為：等距變深螺桿、等深變距螺桿、變距變深螺桿。第三類較類壓縮比大(1：8)，但機(jī)械加工較復(fù)雜。
　　
　　單螺桿擠壓膨化機(jī)是利用螺桿螺距的變化，物料受到強(qiáng)力擠壓增加了物料與機(jī)筒及螺桿摩擦作用，在揉合塊(環(huán))作用下提高了剪切力，從而轉(zhuǎn)化為熱量。使飼料獲得高溫和高壓，在該狀態(tài)下，經(jīng)一定的揉合(溶融)，具有使溶融飼料在高壓條件下呈現(xiàn)出一定的流動性。
　　
　　單螺桿擠壓飼料時是物料與螺桿的摩擦力應(yīng)小于物料與機(jī)筒摩擦力，確保物料能軸向擠壓輸送、擠壓。單螺桿擠壓機(jī)為了物料順利的擠壓輸送，應(yīng)適當(dāng)降低物料的水分和含油量。所以，擠壓性能對物料流變特性的改變較為敏感。為此，單螺桿擠壓機(jī)只要原料有較好的預(yù)處理，在某些仍能較好發(fā)揮作用。
　　
　　2、雙螺桿擠壓膨化機(jī)見圖5：
　　
　　圖5雙螺桿擠壓膨化機(jī)
　　
　　圖5螺桿按裝相對位置
　　
　　(a)非嚙合型，(b)部分嚙合型道(c)全嚙合型
　　
　　由于單螺桿擠壓膨化機(jī)在工作中存在很多缺陷，已顯露出它具有較大的局限性。為此，促使雙螺桿擠壓膨化機(jī)的出現(xiàn)和發(fā)展。雙螺桿擠壓膨化機(jī)無論在原料適應(yīng)面、產(chǎn)品質(zhì)量、還是操作方便程度，單螺桿擠壓膨化機(jī)是*。使雙螺桿擠壓膨化機(jī)在水產(chǎn)飼生產(chǎn)中越來越得到廣泛運用。
　　
　　1)、雙螺桿擠壓膨化機(jī)螺桿旋轉(zhuǎn)的分類：
　　
　　根據(jù)螺桿按裝相對位置分為：嚙合型和非嚙合型。嚙合型又分為全嚙合型和部分嚙合型見圖6。按螺桿轉(zhuǎn)向分為同向旋轉(zhuǎn)和反向旋轉(zhuǎn)。反向旋轉(zhuǎn)又分為向內(nèi)反向旋轉(zhuǎn)和向外反向旋轉(zhuǎn)見圖6。
　　
　　圖6(a)向內(nèi)反向旋轉(zhuǎn)，(b)同向旋轉(zhuǎn)(c)向外反向旋轉(zhuǎn)
　　
　　2)、螺桿特性比較表1
　　
　　表1螺桿特性比較表
　　
　　實際運用中向內(nèi)反向旋轉(zhuǎn)不利于進(jìn)料，一般不采用，僅用于非嚙合型雙螺桿擠壓膨化機(jī)。同時不難看出：各種螺桿組合都有不同的特點，應(yīng)根據(jù)物料的特性，確定合適的螺桿組合。雙螺桿同向旋轉(zhuǎn)是常被水產(chǎn)飼料所采用，雖有一些不足，但在結(jié)構(gòu)上作一些特殊處理，這些不足仍可得到改善。
　　
　　(四)、單螺桿與雙螺桿擠壓膨化機(jī)的性能比較
　　
　　表2單螺桿與雙螺桿擠壓膨化機(jī)的性能比較
　　
　　單螺桿擠壓膨化機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，造價低等特點，生產(chǎn)水產(chǎn)飼料其性能不及雙螺桿，但單螺桿擠壓膨化機(jī)經(jīng)科技工者對其不足之處進(jìn)行了一些改進(jìn)，如進(jìn)料方式，螺桿結(jié)構(gòu)，加熱方式、膜頭形式等。使其性能都得到完善，使產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量等擠壓性能亦得到了提高。但與新型的雙螺桿擠壓膨化機(jī)加工飼料成品相比，仍有一定的差距。但單螺桿擠壓膨化機(jī)有自已的運用領(lǐng)域，目前認(rèn)為不同類型的擠壓膨化機(jī)，應(yīng)在飼料加工中有自己不同適應(yīng)的范圍，使其達(dá)到物盡其用，發(fā)揮各自的優(yōu)勢。
　　
　　實際使用中認(rèn)為單螺桿擠壓膨化機(jī)宜用于原料預(yù)處理的加工，對單螺桿高剪切擠壓膨化機(jī)(4Mpa以上)更適合于生產(chǎn)高膨化率的物料，水產(chǎn)飼料需用中等剪切(1.5～4Mpa)的機(jī)型就符合使用要求。如北京金地三福膨化機(jī)制造有限公司生產(chǎn)的GCI(SSP)型雙螺桿濕法膨化機(jī)，該公司經(jīng)過大量的試驗，其結(jié)構(gòu)參數(shù)的合理；擠壓膨化的工藝效果優(yōu)良；可生產(chǎn)難度較大的0.4～0.5mm顆粒，能否生產(chǎn)0.4～0.5mm的小顆粒是擠壓膨化機(jī)綜合性能是否的表現(xiàn)，說明了該擠壓膨化機(jī)zui核心部件螺桿的關(guān)鍵性能須優(yōu)良如：揉合(溶融)性能能使物料較*溶融；膜頭處壓力分布均勻等；操作性能以及關(guān)鍵零部件的耐磨程度等均為上乘。所以可以說其整機(jī)性能可與國外雙螺桿濕法膨化機(jī)媲美。但其性價比遠(yuǎn)優(yōu)于進(jìn)口的雙螺桿濕法膨化機(jī)。為此，該公司這類擠壓膨化機(jī)已得到國內(nèi)用戶的認(rèn)可和好評。
　　
　　三、影響擠壓膨化機(jī)工作的主要因素
　　
　　影響擠壓膨化機(jī)工作因素主要有眾多，而且是相互影響，具有自變量和應(yīng)變量的關(guān)系。因此，如何統(tǒng)盤考慮是一個較為復(fù)雜的問題。為此，同一臺擠壓膨化機(jī)要達(dá)到同一個質(zhì)量的產(chǎn)品，可用不同的工藝參數(shù)即不同的操作方來獲得相同產(chǎn)品。所以，將擠壓膨化機(jī)操作稱之是一種藝術(shù)一點多不過分。該機(jī)是飼料加工廠設(shè)備中操作水平要求zui高一種機(jī)型?？偟脕碚f：影響擠壓膨化機(jī)工作因素主要是：1原料；2擠壓膨化機(jī)性能；3操作。
　　
　　這些因素主要是影響產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)品生產(chǎn)率、操作穩(wěn)定性等。
　　
　　現(xiàn)僅對原料、擠壓膨化機(jī)性能中有關(guān)問題進(jìn)行討論：
　　
　　(一)、原料：由于飼料原料有能量、蛋白、維生素、微量元素及添加劑等數(shù)十種組分組成。而影響擠壓膨化機(jī)加工性能的主要是能量、蛋白。影響?zhàn)B殖效果不僅是與能量、蛋白的組分有關(guān)，而且與添加量微量的維生素、微量元素及添加劑等組分更為重要?，F(xiàn)就擠壓膨化機(jī)的原料影響加工性能和加工引起的養(yǎng)殖性能的有關(guān)問題進(jìn)行討論：
　　
　　1)、飼料的組份種類很多，其物料性質(zhì)不相同，影響調(diào)質(zhì)效果亦不同。
　　
　　根據(jù)其主體的組份及物料性質(zhì)分為蛋白型、淀粉型、纖維型、肪脂型、熱敏型等，不同特性的原料應(yīng)選擇機(jī)型不同或擠壓膨化機(jī)操作的工藝參數(shù)應(yīng)不相同。這方面大家都比較了解，亦就不作贅述。
　　
　　2)、飼料的含水量及含脂肪量
　　
　　單螺桿擠壓膨化機(jī)當(dāng)飼料含水量不能大于30%、脂肪含量不大于10%否則單螺桿無法正常工作。
　　
　　如含水量大于30%、脂肪含量大于17%，需用雙螺桿擠壓膨化機(jī)。
　　
　　同時飼料含水量高對于飼料滅菌有利，所以。在相同調(diào)質(zhì)效果時，雙螺桿擠壓膨化機(jī)的飼料滅菌效果優(yōu)于單螺桿擠壓膨化機(jī)。原因見后面物料的水分分析。
　　
　　飼料有一定的含脂量可減少飼料對螺桿、機(jī)筒的磨損，由于雙螺桿擠壓膨化機(jī)可大于脂肪含量大于17%，為此，雙螺桿擠壓膨化機(jī)在加工高脂肪時螺桿、機(jī)筒的磨損可優(yōu)于單螺桿小。
　　
　　3)、水產(chǎn)飼料的粉碎細(xì)度：
　　
　　水產(chǎn)飼料原料的粉碎細(xì)度主要是能量、蛋白原料及微量元素的粉碎。
　　
　　(1)、能量、蛋白原料的粉碎細(xì)度：
　　
　　魚蝦飼料原料粉碎細(xì)度常用的能量、蛋白原料粉碎細(xì)度魚為40目左右，蝦為95%通過80目、粒度為0.237mm。由于魚體內(nèi)的消化系統(tǒng)優(yōu)于蝦體，所以，魚的現(xiàn)用的粉碎細(xì)度能符合養(yǎng)殖要求。而蝦的粉碎原料的細(xì)度尚可商榷，粉碎細(xì)度的確定，應(yīng)根據(jù)水生動物的消化特性和擠壓加工中粉料所處的溶融狀態(tài)，只要經(jīng)擠壓膨化機(jī)的調(diào)質(zhì)、揉合后，能使粉料粒度水生動物的消化系統(tǒng)能適應(yīng)，調(diào)質(zhì)、揉合后使粉料粒度能處于溶融狀態(tài)，物料能均勻地從膜孔中擠出為準(zhǔn)。顯然粉碎粒度決定于溶融效果，即淀粉和蛋白是否完變性有關(guān)與其他因素基本無關(guān)。只要擠壓膨化機(jī)的調(diào)質(zhì)和揉合溶融效果好的機(jī)型，粉碎細(xì)度粗一些亦無妨。但過粗的顆粒，調(diào)質(zhì)器調(diào)質(zhì)效果又不好，在進(jìn)料段的物料尚未進(jìn)入溶融狀態(tài)，粒度越粗螺桿和機(jī)筒磨損越大，為安全、可靠、減少過粗的粒度對螺桿和機(jī)筒磨損，過粗的粒度仍不宜采用。粉碎細(xì)度的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)與擠壓膨化機(jī)擠壓螺桿揉合溶融性能及調(diào)質(zhì)器調(diào)質(zhì)性能來確定。以獲得粒度。如果調(diào)質(zhì)器調(diào)質(zhì)性能好、螺桿揉合溶融性能強(qiáng)的擠壓膨化機(jī)進(jìn)能量、蛋白飼料的粉碎粒度在魚飼料為40目左右，蝦飼料為60～70目已滿足使用要求。對人家的經(jīng)驗需了解該經(jīng)驗是在什么條件下形成的，自已與他有什么差別，自已要做到心中有數(shù)。
　　
　　(2)、微量元素的粉碎細(xì)度
　　
　　現(xiàn)對微量元素的粉碎粒度進(jìn)行討論：目前飼料廠各類微量元素等組分的細(xì)度大多在左右100目左右，粒徑在0.18mm。微量元素在擠壓過程中難以
　　
　　實現(xiàn)溶融效果，仍以顆粒狀態(tài)出現(xiàn)。對幼小水產(chǎn)養(yǎng)殖對象而言，如要在混合均勻的前提下確保每天食進(jìn)的每種微量元素的顆粒應(yīng)符合概率誤差要求，食進(jìn)的微量元素zui小顆粒數(shù)不應(yīng)少于8～10粒。
　　
　　對于蝦而言每天投餌料量應(yīng)與體長有關(guān)。按蝦的體長日投餌料量為：Qe=0.017L1.5g，L為體長(cm)?，F(xiàn)根據(jù)蝦的體長來計算日投餌料量如下：體長為1cm、2cm、3cm、5cm分別進(jìn)行計算得：0.017g、0.038g、0.088g、0.19g。
　　
　　蝦長1cm、2cm、3cm、5cm時微量元素粉碎粒徑計算：蝦飼料組分中能量、蛋白組分占95～98%。常量占2～3%(維生素等熱敏組分為擠壓膨化后加入)，微量元素(預(yù)混合飼料其中微量元素占10%)占1%左右。
　　
　　蝦長1cm時，蝦每天食進(jìn)的微量元素總重量分為：0.000017g、0.000038g、0.000088g、0.00019g。
　　
　　蝦的微量元素常用品種有6～8種，為了混合均勻，每天食進(jìn)各種微量元素至少應(yīng)有8～10粒，才能滿足食進(jìn)營養(yǎng)誤差的要求，為此，1cm、2cm、3cm、5cm蝦每天食進(jìn)每粒微量元素的平均重量分別為：0.00000035g。0.00000079g、0.0000018g、0.00000395g。
　　
　　蝦長2cm、3cm、5cm時食進(jìn)時微量元素的粉碎粒徑應(yīng)分別為：0.087mm、0.11mm、0.15mm、0.196mm。
　　
　　從上分析可知蝦長在3cm以下時微量元素粉碎粒徑在100目不*符合要求，粒徑應(yīng)小于180～200目才能滿足使用要求。對蝦長在3cm以上的微量元素粉碎粒徑在100目已滿足要求。微量元素添加量小于20g/t的物料粒徑來看，100目細(xì)度更不符合要求，必須小于180～200目。
　　
　　(二)、擠壓膨化機(jī)性能
　　
　　擠壓膨化機(jī)主要有喂料系統(tǒng)、調(diào)質(zhì)器、擠壓膨化系統(tǒng)、割刀系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、機(jī)座等幾部分組成。螺桿、機(jī)筒無疑zui為重要部分，是決定擠壓膨化機(jī)性能的主體。由于擠壓膨化機(jī)螺桿、機(jī)筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)是影響擠壓膨化機(jī)影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量zui關(guān)鍵的因素，加工不同原料，螺桿的參數(shù)或螺桿的組合應(yīng)跟隨變化，才能獲得較理想的擠壓膨化效果。但調(diào)質(zhì)器的性能優(yōu)劣，同樣嚴(yán)重影響擠壓膨化技術(shù)能否得到充分發(fā)揮的關(guān)鍵。亦是確保擠壓膨化機(jī)性能的重要因素。由于螺桿、機(jī)筒等部分其他專家談得較為全面，我就不多贅述，現(xiàn)就調(diào)質(zhì)器對的擠壓膨化機(jī)擠壓效果進(jìn)行討論：
　　
　　1、飼料調(diào)質(zhì)的機(jī)理：飼料調(diào)質(zhì)就是飼料水熱處理的過程，飼料調(diào)質(zhì)實際是氣相(蒸汽)、液相(細(xì)微水分散的水滴)的熱量、質(zhì)量(水分)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，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。
　　
　　2、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*,只是調(diào)質(zhì)的目標(biāo)和要求。
　　
　　4、飼料調(diào)質(zhì)過程:
　　
　　當(dāng)?shù)蜏睾秃葺^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200kpa~400kpa降為常壓，蒸汽溫度為120℃~143℃降為100℃，這就開始進(jìn)行生粉料的調(diào)質(zhì)熟化的過程。
　　
　　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份(見圖7是從1---4為物料吸收水的過程)。此時，粉狀物料表面水份高于物料的內(nèi)部水份(即濕度梯度)。物料表面水份和內(nèi)部水份之間有水分壓差，并遵循水分壓高物料表面水份和內(nèi)部水份之間有水分壓差，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份，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，達(dá)到調(diào)質(zhì)的目的。
　　
　　圖7物料吸收水的過程
　　
　　5、調(diào)質(zhì)器的結(jié)構(gòu)
　　
　　1)、zui常用有雙筒差速調(diào)質(zhì)器是高速調(diào)質(zhì)和低速保溫相結(jié)合，其結(jié)構(gòu)基本符合上述調(diào)質(zhì)的基理，調(diào)質(zhì)性能較好，但由于雙筒差速調(diào)質(zhì)器的結(jié)構(gòu)及工藝參數(shù)不同其調(diào)質(zhì)效果仍有差別。
　　
　　2)、物料的水份:是影響調(diào)質(zhì)效果的重要因素，在調(diào)質(zhì)溫度，調(diào)質(zhì)時間相同情況下，物料的水份含量高，其調(diào)質(zhì)效果優(yōu)于水份低的物料，由于微生物對濕熱的抗性較差，在蒸汽的作用下微生物能在周圍介質(zhì)中吸取高溫的水份，因而，對微生物細(xì)胞蛋白質(zhì)的凝固有促進(jìn)作用，加速微生物死亡(濕熱物料微生物死亡時間為較低水份物料的1/3)。所以，在物料的水份含量高的條件下沙門氏菌等霉菌及致病菌和植物血球凝結(jié)素、蛋白酶抑制劑有害因子破壞和滅活度高，同時淀粉糊化度亦高。為此，物料水分高的雙螺桿擠壓膨化機(jī)對有害因子破壞和有害微生物滅活度均優(yōu)于單螺桿擠壓膨化機(jī)。
　　
　　以上討論可知要獲得較好的擠壓膨化效果，因素眾多，應(yīng)必須根據(jù)產(chǎn)品要求，原料的特性，調(diào)整擠壓膨化機(jī)螺桿組合，控制調(diào)質(zhì)器有關(guān)參數(shù)，確定調(diào)質(zhì)的參數(shù)。才能獲得較好得擠壓膨化效果。
　　
　　2006.10
　　
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