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昌东机械温馨提示:单螺杆和双螺杆挤压膨化机的一般比较

时间:2022-07-25 14:36:54浏览量:2561次

       随着双螺杆挤压膨化机应用领域的拓宽,双螺杆挤压膨化机也开始用于宠物、水产、特种经济动物和幼畜哺乳期等饲料加工生产。然而, 我国现有的饲料加工仍以单螺杆挤压膨化机为主, 主要是由于进口双螺杆挤压膨化机成本太高, 而国产双螺杆挤压膨化机技术性能和质量等方面尚有不足, 也缺乏针对饲料工业特点应用的大产量机型。尽管从单螺杆和双螺杆的挤压膨化原理及机体结构分析就可看出双螺杆挤压膨化机具有明显的优势并具有更好的性价比, 但相对于食品加工业的应用仍要逊色得多。近年来, 随着国内企业引进、消化吸收国外先进技术, 国产双螺杆挤压膨化机生产技术水平不断提高, 特别是针对水产饲料生产推出了双螺杆挤压膨化专用机型, 使得用投资单螺杆挤压膨化机的资金同样可以选用双螺杆机型, 从而改变了人们以往因成本高而不使用双螺杆机型的观念。为了适应我国饲料工业发展的需要, 很有必要重视和推广双螺杆挤压膨化技术在饲料加工中的应用, 发挥出双螺杆挤压膨化机的原料适应性更宽、产品适应性更广、产品内在和外观质量更好、同等动力下产量更高、熟化均质效果更好、工艺操作更简便、易损件磨损更轻、生产成本更低等诸多优势。本文将从单螺杆和双螺杆挤压膨化机在挤压膨化原理、工作特性、机体结构、工艺操作、原料选择、产品加工等方面进行比较, 供饲料加工企业在新建、扩建水产和宠物等特种饲料生产线的拟定设计方案、选用挤压膨化设备和具体生产实践中作为技术参考。

1,挤压膨化加工工艺过程及分类

      挤压膨化加工定义为这样一种工艺过程即迫使饲料或食品原料在一种或几种工艺条件下如搅拌、加热、剪切流动通过压模使物料成形和喷发汽化 (Rossen  Miller, 1973) 。换句话说挤压膨化加工将几种作业合并一起进行包括搅拌、熟化、揉合、剪切、成形。而在当今饲料和食品工业中挤压膨化机是指一种带螺旋特点即一个带叶片的旋转螺杆十分严密地安装在一个圆筒内输送流体连续地加工一种产品的机器。挤压膨化机可以设计成包括各种作业搅拌、均质、熟化、冷却、抽真空、成形、切割。随着挤压膨化技术的广泛应用和不断发展挤压膨化设备的类型日益增多其分类方法也有多种多样。可以按剪切力强弱程度分为高剪切力、中剪切力、低剪切力挤压膨化机按加热形式分为自热式和外加热式或称为干法和湿法挤压膨化机而最常用、最典型的分类是根据螺杆数目将湿法挤压膨化机分为单螺杆挤压膨化机和双螺杆挤压膨化机。

单螺杆挤压膨化机 

       单螺杆挤压膨化机结构简单通常采用皮带传动方式主轴转速恒定不可调其传动效率低、工艺操控难度大。单螺杆挤压膨化机的螺杆由一根轴把各种结构的螺杆单元连接组成。整个螺杆由三段组成喂料段、揉合段或熔融段和成形段。物料从喂料口进入机筒后在螺杆中经历固体输送、熔融过程使物料从松散状态转变成连续可塑的面团状。

       单螺杆挤压膨化机的物料输送主要是靠拖曳流来完成的。由于单螺杆的结构特性决定了物料在机筒内向前推进时依靠机筒与物料之间相互摩擦力来完摩擦力愈大则向前推进的效率愈高但物料与螺杆的摩擦力愈大则愈会对上述产生的流动起阻滞作从而造成物料粘在螺杆上。若物料粘附在螺杆上则产生堵塞而不能向前输送当物料的水分、油分越这种趋势就越明显这就限制了单螺杆挤压机对粘性原料尤其是高含油脂原料的加工。

       单螺杆挤压膨化机在高压条件下输送能力较差相对于相同动力的双螺杆挤压膨化机其产量也较低。这主要是因为这种输送方式对于高压很敏感力将产生回流而降低输送效率。由于输送量等于拖曳流减去压力流所以高压常会引起总产量的降低。单螺杆挤压膨化机的大部分能量来自于通过机筒传导的外加热和螺杆转动时由剪切力产生的机械能转化热其中机械能的大小是由螺杆转速和结构所决定的这是因为剪切率与螺杆转速成正比而对于一台确定的挤压膨化机螺杆结构一般是预先配置的修改的可能性很小。对于大型单螺杆挤压膨化机交换及其输送产量和压力的增加都将变得更加困因为挤压膨化机的尺寸越大物料的表面积与体积之比就越小。所以对于较大机型的单螺杆挤压膨化机由于螺杆和机筒的尺寸愈大其单位体积机筒传热面积就愈小导致物料输送、传热及压强的形成十分困难。

       单螺杆挤压膨化机的物料在挤压膨化过程中混合均质效果差是其最大的缺陷其最难的地方就是混合性能的改善往往为了改善其混合均质效果必须对螺杆的螺旋及机筒的结构作一些特殊的设计。除了漏流单螺杆挤压膨化机的结构极大地限制了物料的混合有些挤压膨化机通过将专用的节流元件插入螺杆结构中用来改善其混合特性但这些元件也会引起一个较大的压力降效果是极其有限的且单螺杆挤压膨化机不良的泵送特性也限制了这些混合元件的插入。

双螺杆挤压膨化机

3.1 结构及工作特性

      双螺杆挤压膨化机是在单螺杆挤压膨化机的基础上发展起来的在双螺杆挤压膨化机的机筒中排安放两根螺杆根据螺杆的相对位置和按螺杆转向分为非啮合同向旋转、非啮合相向旋转、啮合同向旋转、啮合相向旋转。完全啮合的同向旋转双螺杆挤压膨化机大大改善了物料的输送、泵出和混合特性。尽管双螺杆挤压膨化机也是一种拖曳流机但由于其二根螺杆同向旋转并完全啮合而具有一种正压泵的附加功能。这使得双螺杆挤压膨化机既可以用来输送高粘性的物料又可以用来输送低粘性的物料能够适应高粘性物料、低粘性物料或高水分、高油脂配方产品的加工。同时具有自清理功能因而在饲料加工过机器就会自动将内部剩余物料挤出机外无需逐一地卸下来清理节省了时间。

       在同向双螺杆挤压膨化机中同向旋转式双螺杆压力区性质不同物料在机筒内腔受螺杆的旋转作产生高压区和低压区。显而易见物料将沿着两个方向由高压区向低压区流动一个是随螺杆旋转方向沿套筒内壁形成左右两个 C 形物料流这是物料的主另一个是通过螺杆啮合部分的间隙形成逆流。产生逆流的原因是左螺杆把物料拉入啮合的间隙而右螺杆又把物料从间隙中拉出结果使物料呈“∞”字形前进。螺杆既产生正向输送又允许物料改变方向不仅有助于物料的混合和均化提供了更好的混合和热交换而且还使螺杆的齿槽间产生研磨(即剪切)滚压作用出现压延效应这个效应与反向螺杆压延效应相比要小得多。当然压延效应小物料对螺杆的磨损也就减小物料就是这样经过输送、剪切、混合和机筒外壳的加热在高温、高压的作用下达到熟化后被挤出筒外。

        双螺杆加工中物料所需要的热量来源除了与单汪沐单螺杆和双螺杆挤压膨化机的一般比较 6 螺杆相同的部分外大部分来自啮合间隙。受啮合螺纹的剪切、挤压和混合而产生热量并使热量均匀化。间隙的大小对挤压膨化质量影响很大间隙小、剪切力大但通过的物料量减少间隙大通过的物料量增加了但剪切力减小。双螺杆强制输送和自洁的特使物料在机筒中停留时间短而均匀。双螺杆良好的混合性能使物料得到的热量及时均匀化加快了物料的熟化程度减少了料温的波动提高了产品的产量和质量。

       组合式的螺杆与分段式的机筒结构可满足各种特殊的加工要求组合成各种结构形式的双螺杆挤压膨化机。组成螺杆的每一个元件可设计成具有专门的输送、揉捏、混合、剪切和提高压力的功能。这些元件沿螺杆长度方向的合理组合可对加工条件进行精确控制为该系统提供各种不同的优势。剪力环剪力锁是组成螺杆构件最重要的混合元件它用来将所增加的机械能输入到产品中。不同的混合元件将影响物料的扩散和混合分布程度。采用何种形式的剪力环将视最终产品的要求而定。窄的剪力环用于使单位长度的流动分隔数最大的方式而宽的盘式剪力环则用于高剪切和扩散式混合。 

        双螺杆互相揉捏和摩擦使能耗比单螺杆低。这样可使物料揉合和熟化更充分其整体的熟化度能够达到 95%以上产品在水中的稳定性能保持在 24 h 以上同时颗粒的表面光洁度和颗粒均匀度也更好。挤压膨化饲料充分熟化了以后动物吃起来不但口感而且消化率高易于营养吸收。所以在购买挤压膨化机时一定要考虑到物料的熟化程度能否达到 90%以上。

3.2 双螺杆挤压机的特点及应用 

      双螺杆挤压机最大的特点就是它能够对各种原料进行混合而不考虑其构成。因此像谷物、豆粉、动物粉、鲜肉、脂肪、营养素、蛋白质、维生素、淀粉以及湿鱼渣等如此多样化的组分都能很容易地进行加工。双螺杆挤压膨化机加工饲料的种类多能够适应高粘性物料、低粘性物料或高水分、高油脂配方产品的加工。在水产饲料方面像鱼、虾饲料还有河鳗、高档观赏鱼饲料等均需用双螺杆挤压膨化机特别是颗粒水产饲料直径为 0.51.5 mm) 、高脂肪水产饲料及生产量小但配方常变的饲料必须采用双螺杆挤压膨化机进行生产。在宠物饲料加工中宠物饲料的主要成分一般都是由谷物粉(如小麦粉)和较高蛋白含量的动物粉、鲜肉和脂肪等组成的。在干宠物饲料加工过程中当鲜肉含量高达 20%30%挤压时就需要强烈地混合和揉捏这只有双螺杆挤压膨化机才能完成。因为双螺杆的相互揉搓、挤压即使在原料高油脂的情况下也不会粘在一起而影响机器的运转与单螺杆挤压膨化机相比在双螺杆挤压膨化机中可以添加几乎两倍含量的脂肪到宠物饲料配方中所以配方含油脂可达到 20%以上。这样不仅提高了配方的质量也减缓了零件的磨损和阻力降低了生产成本。而单螺杆挤压膨化机就做不到这一点在单螺杆挤压膨化机中脂肪含量受到限制因为如果脂肪含量太高将引起挤压膨化机剧烈地波动并因此导致产品质量的不稳定。一旦物料中油脂含量过高就会造成物料黏着机器无法运行。此外双螺杆挤压膨化机在 30 s 内即可完成原料的改变这就可用于色彩的识别和允许多色混合物的产品直接在挤压膨化机中加工。

       双螺杆挤压膨化机采用直联变频电机传动方式主轴转速可根据加工产品需求进行调节在不停机状态下不改变螺杆参数设置即可更换产品品种或生产浮性、沉性水产饲料其操作特别方便并得到完全令人满意的效果。 

       从以上单螺杆和双螺杆挤压膨化的特性分析可以看出双螺杆挤压膨化机具有以下优势。

       原料适应性更广可以适应高粘性、低粘性、高油脂含量、高水分或粘稠、多油的、非常湿的原料及其它一些在单螺杆( SSE) 中会打滑的原料加工。 

       对原料的粒度限制更少可以适应从微粉料到粗粉料颗粒的原料和单螺杆加工特定范围以外粒度的原料加工。 

       物料流在机筒内更均匀可以添加蒸汽、水使产品达到需求的效果。

      产品内在和外观质量更好可以达到非常好的均质状态并使得物料分子结构排布均匀、在挤压出模过程中表面光滑产品颗粒整齐度高、均匀性好。

       熟化均质效果更好通常淀粉熟化度可达 95%以上使得所加工的水产饲料能够在水中保持稳定和产品营养成分不流失并易于消化吸收。

       同等动力下产量更高。良好的混合性能使物料得到的热量及时均匀化加快了物料的熟化程度减少了料温的波动提高了挤压膨化产品的产量。 

       产品多样性和适应性更宽可以加工微粒水产饲料及高油配方、高水分、高粘结性产品和多色彩、夹心类、特殊形状的产品。 

       工艺操作更简便可以根据加工产品需求调节主轴转速由于自清特点清理很方便每次加工后无需拆装设备。 

       易损件磨损更轻。通常一种错误观念认为单螺杆的磨损少实际上在双螺杆挤压过程中由于稳定的物料输送和物料流的特性决定了物料对螺杆和机筒内套的磨损要比单螺杆小尽管螺杆数量多出一但其配件成本仍比单螺杆低。 

       生产成本更低由于双螺杆机型具有良好的操作稳定性在饲料加工过程中开机费料少、水气浪费少、工时费少、传热效率高、成品率高、度电产量指标高加上配件成本也低其最终生产成本相对于单螺杆仍要低得多。

到目前为止美国 70%水产饲料生产、韩国 100% 水产饲料生产采用挤压膨化加工技术。在我国越来越多的饲料加工企业逐步用挤压膨化机替代传统的制粒机生产水产饲料和其它特种饲料。在目前中国水产饲料市场由于大部分水产饲料生产企业受到资金的限制通常选用价格较低的国产单螺杆挤压膨化但因其结构简单和技术水平、制造水平不够高能在水产饲料加工中用于生产较低档的淡水鱼浮性难于生产沉性料和其它高档水产饲料产品。有些进口单螺杆机型虽能满足生产高档沉性饲料产品其价格太高已没有很好的性价比。我们选择挤压膨化设备不应只看到双螺杆挤压膨化机比单螺杆挤压膨化机的价格高而更应考虑综合性价比和产品生产成本。国产优质的双螺杆挤压膨化机技术性能已达到一定的先进水平虽然价格要高于国产单螺杆挤压膨化机但要远远低于进口单螺杆机型的价格其生产性能已超过进口单螺杆机型并可以完全替代进口双螺杆机型不仅能满足养殖业中高档水产饲料的需而且能达到很高的性价比应该是目前水产饲料加工业的最好选择。随着大规格、大产量和专用型双螺杆机型的出现使用双螺杆挤压膨化机可获得更大的效益能更充分发挥出挤压膨化加工技术所具有原料使用范围广淀粉的糊化程度高水中稳定性远远高于普通颗粒饲料产品密度可调可加工浮性、慢沉、快沉料和高水分、高油脂饲料颗粒的结构比较疏松有利于采用后喷涂技术避免热敏性原料的损失防止污染环境和防病、抗病提高饲料营养价值降低生产成本等独特的优势。

双螺杆挤压膨化机的开发与展望

    目前第三代新型 GCISSP 系列双螺杆挤压膨化机已经面市其动力配置从 22 kW  315 kW, 加工水产饲料产量从 150 kg/h  12 t/h, 共有 10 个规格的产完全能够满足当前国内水产饲料加工浮性料、慢沉料、快沉料和高油含量料、湿性料等、各类宠物饲料和食品工业中植物组织蛋白、休闲食品、营养食品等的生产需求主机采用变频主电机传动系统强劲、平稳、可靠机筒加热和冷却层为一体式锻造结构筒内套和螺杆元件采用高耐磨合金钢材质模板采用新型材质和科学布孔工艺调质系统采用加长不锈钢双轴差速调质器设备结构合理、外形美观其产品技 Wenger、瑞士 Buhler 等进口双螺杆挤压膨化机水平但其价格仅为进口产品价格的三分之一为国内饲料和食品加工企业提供了低价格、性能完善的高性价比双螺杆挤压膨化设备。尤其是针对目前国内水产饲料加工以浮性料为主导产品的实际状况某公司又开发出既能充分发挥双螺杆挤压膨化机的优势又能尽量降低投资成本加工水产浮性饲料的 GCISSPF 系列双螺杆挤压膨化机专用机型其价格远远低于进口单螺杆挤压膨化机而且仅与国产单螺杆挤压膨化机的价格相当可以说用单螺杆的投资就能选用双螺杆挤压膨化机,能够生产出整齐度好和更多样化的产品产量、专业化的双螺杆挤压膨化机将会产生更大的经济效益。


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