第十四章-膨化工艺

膨化工艺

2021/6/271概论膨化加工设备与机械挤压膨化产品的加工质量指标膨化对饲料养分的影响2021/6/272一、概论1、概念：是将配合好的粉状原料或单一原料（如大豆），由蒸汽调质后，经膨化机挤压，在物料从模孔中排出的一瞬间迅速膨胀，并被切断成为一种多孔的颗粒饲料制品的过程。2、原理：膨化过程是物料在挤压机中，由于螺杆的作用，物料受到了强烈的挤压力和剪切力，部分机械能在此期间转换成热能，使物料迅速升温，达到了较高的温度，但在这样的高温下滞留时间极短。当物料被很大压力挤出模孔时，由于突然离开机体进入大气，温度和压力骤降，使物料中水分快速蒸发，饲料体积迅速膨胀，形成多孔性结构。3、膨化方法分类：

膨化挤压膨化气体热压膨化干法挤压湿法挤压湿法挤压干法挤压连续式(间歇式)(间歇式、连续式)2021/6/2734、挤压膨化特点对饲料进行有效灭菌、消毒，并去除某些有害物质大大提高淀粉消化率使蛋白质变性便于更换不同性状的模孔改变某些饲料组分分子结构，变非营养或抗营养因子为营养因子5、湿法膨化相对干法膨化优点增设蒸汽预处理有助于饲料异味挥发和去除提高膨化生产率降低原料损失延长易损件使用寿命2021/6/2746、膨化的优点：适口性好、避免饲料分级、便于运输和喂饲、减少采食过程中饲料浪费提高饲料的消化率和利用率高温、高压膨化可杀死多种细菌，预防动物消化道疾病可得到质松、多孔的水浮颗粒料模板可制成不同形状的模孔——不同形状、动物所喜爱的膨化颗粒料针对幼畜，可提高饲料香味和消化率在饲料资源开发上具有特殊作用含水量低，可较长时间储藏2021/6/2757、膨化料的缺点对维生素C和氨基酸等有一定破坏作用，故一般在膨化后再添加电耗大、产量低

成本2021/6/276二、膨化加工设备与工作条件(4.27)1、膨化工艺1．斗式提升机2．给料器3．粉碎机4．膨化机5．切割机6．干燥机7．破碎机8．分级机9．外涂机10．打包秤11．热风机12．冷却器2021/6/2772、膨化基本过程将物料从缓冲仓喂入，通过一个搅拌滚筒后进入膨化腔膨化腔是由螺杆、螺筒、压模等组成从入口至出口摩擦力越来越大的通道被膨化的物质受到递增的压力、相互的摩擦力以及通过膨化腔而产生的压力，在少于30秒内、1.5~4.0MPa压力下从室温加热至135~160℃当被膨化物质从膨化机出口挤出时，突然下降的气压使物质迅猛膨胀，同时蒸汽从产品中逸出从营养角度出发，各种膨化机通常能起有益效果：淀粉的剪切与糊化、蛋白质变性与剪切、破坏微生物和一些毒素、脱水作用2021/6/2782、膨化加工设备及工作条件(1)膨化机基本组成2021/6/2792021/6/2710(2)膨化系统原理喂料阶段—输送阶段—成形阶段—压模2021/6/2711喂料阶段膨化系统的第一部分将已调质好的物料进行输送并压缩，使物料充满螺旋槽内此段螺杆为单头螺纹，占螺杆的总长为10~25%水和蒸汽通常在此处注入，因为其内压力相对较低，且有足够长的输送时间，以保证物料与水充分混合2021/6/2712输送阶段物料从这一区域向前输送螺杆为双头螺纹，等直径，螺槽沿着物料推移方向由深变浅，对物料形成压缩，这段距离较长，占螺杆总长的50%在多数情况下，被送入的物料具有粉料的物理特性；在输送过程中，与水混合后形成面团状物体2021/6/2713成形阶段从物理的角度看，大量的“工作”在成形段里完成亦为双头螺纹等直径，螺槽更浅，挤压力可达30~100kg/cm2，温度可达120~170℃（压力最大、温度最高，因此此段螺杆、螺套磨损亦最严重）。此段长度占螺杆总长的15~30%温度和压力迅速上升，剪切力大大增加如果各条件得以满足，最终产品即膨化料将具有良好结构、密度、色泽、形状和特性2021/6/2714“剪切”在膨化过程中起极其重要的作用产品通过筒体时，受到剪切作用，并与筒体和螺杆发生相互摩擦，产生摩擦热，引起物料温度上升输送段的剪切作用比成形段的温和在输送段和成形段进行的揉搓（混合）动作可确保产品均匀一致由于螺杆结构以及压模对物料流动产生的阻力，物料受到的压力在成形段最终部分，即压模前面是最大的2021/6/2715压模膨化机的最后一部分在大多数情况下主要用于为膨化机提供一个阻力许多膨化机的压模是一块平板，上面开一个或几个孔，物料必须从孔内挤压过去开孔的数量与膨化机产量有关第二个重要用途是使产品成形物料从模板的模孔中挤出，从模孔中出来的物料进入大气，而压力和温度骤降，使其体积迅速膨胀，水分快速蒸发，脱水凝固，即成膨化料经膨化后的体积，要比原体积增大9~13倍在许多情况下，形状是用来吸引用户的，其本身对产品的功能性和实用性不一定重要2021/6/2716(3)膨化机的分类按结构特征单螺杆膨化机和双螺杆膨化机两类按调质机理湿法膨化机和干法膨化机两类目前较常用的膨化机是单螺杆湿法膨化机压力和流量稳定性2021/6/2717(4)单螺杆湿法膨化机设计较为简单，功能的多样性——低成本目前90%的宠物饲料和畜禽饲料所用的膨化大豆都由单螺杆膨化机生产结构：缓冲仓、喂料器、调质器、膨化机构、模板、切刀装置、传动装置2021/6/27182021/6/27192021/6/27202021/6/27212021/6/27222021/6/27232021/6/27242021/6/2725筒体内壁开有若干个直槽和螺旋线槽螺旋线槽有助于推动料液向前运动，而直槽则有阻止料流向前运动的作用物料在开有螺旋线槽内壁的筒体内前移较快，而在开有直槽内壁的筒体内前移较慢，这时物料所受的机械剪切力较大应当根据挤压膨化具体要求，选用相应槽形内壁的筒体2021/6/27262021/6/27272021/6/2728成型模板（压模）安装于筒体末端阻流器的作用，用来增大成形区/熟化区段内物料的压力单式/复式单式成型模主要有圆柱孔、窄缝孔和环形孔３种型式，饲料工业上主要应用单式成型模复式成型模，由单式成型模配合而组成的多相料成型模，用于生产双重特性的制品，如双色或多味制品，主要用于膨化食品生产2021/6/2729（5）单螺杆干法膨化机也由喂料段、输送段和成形段组成与湿法膨化机最大的区别是不需要调质器，因此不需要的蒸汽管道系统，而只需简单的加水管道，将具有一定压力的水加到膨化系统的喂料段即可2021/6/27302021/6/2731喂料系统中的缓冲仓和喂料器是一体的，仓内有破拱装置，底部为螺旋喂料器，由无级调速电机带动膨化系统与湿法膨化机相似，由螺杆、套筒、阻力圈、压模、主轴及温度传感器装置等组成不同的是不用蒸汽加热，只加水进行增湿，套筒不是夹套式的2021/6/27322021/6/27332021/6/2734（6）双螺杆膨化机结构复杂，能膨化粘稠状物料，出料稳定，不受供料波动影响;主要在脂肪添加在17％以上、新鲜肉汁或其他湿原料占35％以上、且制粒直径为1.5mm以下时2021/6/2735为分段结构根据水生动物饲料和庞物饲料调质要求，可增减挤压螺套长度，以改变挤压物在机内的逗留时间一般要求挤压螺杆长度与其直径之比的范围为10~20：1通过螺杆的物流量稳定，一般不会出现断流或波涌现象，生产过程稳定可靠双螺杆膨化机运转过程中机械转化的热量，可以提供膨化所需热量的大部分，少量热量来自加热夹套单螺杆膨化机往往需要加设调质设备预热物料双螺杆膨化机主要特性2021/6/2736物料在机内滞留时间分布范围比较窄，温度比较容易控制，能量利用充分，产量和质量均很稳定有自清螺杆表面的作用，输送物料稳定，工作完毕腔内物料残留量极少；若要变换生产品种，不必停机清理生产率较大，适应加工含高油物料（＞17%）和高湿度物料（超过35%含水量）双螺杆膨化机构造较复杂，机械加工精度要求高，选用这种机型时投资大；但在产品效益中能得到补偿2021/6/2737（7）湿法膨化机内压力、温度的变化物料在通过膨化机筒体过程中压力和温度变化对膨化料生产有较大的影响在喂料口物料受到的压力为零，随着物料充满筒体压力开始逐渐增大物料在进入膨化区前，压力也相当缓慢地呈线性关系上升物料一进入膨化区，其所受的压力迅速提高完全取决于机器的安装、压模、布置、操作的条件和物料2021/6/2738产品的温度变化趋势与压力的相似，但通常不那么迅速如果采用水分调节，物料进膨化机的温度在70~90℃在穿过筒体过程中，摩擦力和剪切力把螺杆旋转所提供的能量转变成热能，被物料吸收需增加的热可利用夹套蒸汽加热提供2021/6/2739物料在输送过程中通常在即将进入压模前达到最高温度，可达130~150℃由于在最高温度下停留时间短，营养成分如维生素、蛋白质和脂肪的破坏通常在允许范围内必须注意不允许持续时间过长膨化机内压模前，压缩料中的水是为液态的，但存在着大量的潜热随着压缩物料通过压模，压力得到释放，此时水立即汽化汽态水所占体积是液态水的很多倍。当水蒸气膨胀时，压缩料膨胀，在产品内部形成面包那样的多孔结构产品比它所经过模孔的直径大许多倍膨化机的膨化原理基本与爆玉米花相同2021/6/2740（8）物料膨化的条件压力通常为3.0~20.0MPa温度筒体内的温度一般为120~170℃

物料在筒体内的停留时间

一般为30秒左右2021/6/2741水分含量湿法膨化机进料水分＞20%干法膨化机进料水分＜20%水分过低，则物料温升过高，色泽变深，气孔减少，膨化系数小，出料量易波动，并容易产生阻塞，造成淀粉碳化水分过高，因汽化过度，制品外表粗糙，同时因料温过低，会导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之间为宜粒度过粗，容易损伤螺杆，不易糊化粒度过细，因摩擦力小而易“打滑”，致使压力减小，导致停留时间过长，而造成淀粉碳化粒度小的物料，膨化后产生的气泡少，其制品密度高，膨化率低。2021/6/27431、全脂大豆膨化工艺清理、粉碎、配料、混合、挤压膨化、冷却、包装大豆首先应该去皮，清理混在大豆中的土、石、铁等杂质，防止磨损螺杆和螺套以及堵塞出料模孔清理后的大豆进入锤片式粉碎机进行粗粉碎，粉碎机一般配Φ3mm的筛板。各种料经配料混合后进入膨化机，在绞龙的推运下均匀地把物料喂入膨化机螺套进行膨化膨化出来的大豆由于温度比较高，必须进行冷却三、典型膨化饲料产品加工工艺2021/6/27442、鱼、虾类膨化饲料加工工艺用挤压膨化机可生产浮性、悬浮性、沉性等鱼虾膨化饲料工艺流程：清理除杂、除铁、微粉碎、筛分、配料、混合、调质、挤压膨化、切段、干燥、冷却、微量养分喷涂、油脂喷涂和成品包装等阶段2021/6/27452021/6/2746清理过的物料以及其他原料必须经微粉碎机粉碎粉碎粒度要求较细，孔直径约等于1mm筛上物低于9％为宜若模孔直径在1.5mm以下，粉碎粒度应达到90%以上通过80目要使物料在膨化机内获得充分的膨化和均匀一致的组织结构，避免夹生、堵塞模孔等现象，必须在物料进入膨化机螺套之前进行处理去除杂质特别是铁质等其他硬物，铁质对微粉碎机的刀片、膨化机的螺杆、螺套以及出料模孔危害极大，一般必须用永磁筒去除2021/6/2747四、膨胀工艺粉状饲料“压力调质”和“高温短时调质”粉料调质后喂入搅拌和输送螺旋，蒸汽经筒壁或空心混合螺栓加入与物料混合；膨胀腔内高温高湿条件下，物料在螺杆螺套之间受挤压、摩擦、剪切等作用；到达膨胀筒末端经锥形排料阀挤出膨胀器厚壁搅拌筒、厚重螺旋、蒸汽与水分添加装置、出料口锥形排料阀等2021/6/27482021/6/27492021/6/27502021/6/27511、膨胀器主要结构与膨化机很相似不同之处在于膨胀器的出料口开度可在一定范围内任意调节，使螺杆对物料的挤压力在一定范围内调整，因而可根据需要生产各种膨化率不同的膨胀料膨胀器可以直接生产膨胀粗屑料，也可作为制粒前的热处理专用设备，即生产膨胀颗粒料2021/6/27522、膨胀器的工作原理有一副螺杆和螺套，具有混合和揉搓的功能在螺套的外壳上备有蒸汽喷射阀和油脂喷射阀，用于添加蒸汽和油脂出料口的开度由液压系统驱动的滑阀机构来任意调节经调质后的物料温度应控制在70~90℃，水分应在17~21%被喂入膨胀器后，物料在螺杆螺套之间受挤压、摩擦、剪切等作用，其内部压力不断升高，最大达4MPa，温度也不断升高，最高可达140℃3~7秒的时间内温度和压力的急剧升高使物料的组织结构发生变化，淀粉进一步糊化，蛋白质变性，粗纤维被破坏，杀死沙门氏菌等有害菌高温高压的物料从出料口出来，其压力在瞬间突然释放，冷却后物料呈疏松多孔的结构，膨胀后的物料呈团状、絮状或粗屑状