近二十多年以來，雙螺桿擠壓機已經被廣泛用于食品加工業，他們不僅用于谷物食品的加工，而且也越來越多地用于糖果糕點類產品乃至香料等產品的加工。隨著雙螺桿擠壓機應用領域的拓廣，雙螺桿擠壓機也開始用于寵物飼料、水產飼料、特種經濟動物飼料和幼畜哺乳期飼料等特種飼料的生產。然而，我國現有的飼料加工仍以單螺桿膨化擠壓機為主，盡管雙螺桿擠壓機在飼料加工業有一些應用，但和食品加工業相比則要遜色得多。為了適應我國飼料工業發展的需要，很有必要重視雙螺桿擠壓技術在飼料加工中的應用。 為什么加工特種飼料要采用雙螺桿擠壓機而不是價格便宜的單螺桿擠壓機呢?為此本文將介紹雙螺桿擠壓機的工作特性，供新建、擴建和改建企業在擬定設計方案和生產實踐上，用作實用的技術參考。 1 單螺桿擠壓機 單螺桿擠壓機優于雙螺桿擠壓機最主要的一點是其結構簡單，價格便宜，因此在食品工業領域有著廣泛地應用，只有當單螺桿擠壓機在生產中不能得到完全令人滿意的效果時，才改用雙螺桿擠壓機。 單螺桿擠壓機主要是靠拖曳流來完成輸送的裝置。物料只有粘附在筒壁上才能向前輸送，摩擦力越大，則泵送效率越高。若物料粘附在螺桿上，則不能向前輸送。這就限制了單螺桿擠壓機對低粘性原料尤其是高含油脂原料的加工。單螺桿擠壓機的這種輸送方式對于高壓也很敏感。壓力將產生回流，降低輸送效率。由于輸送量等于拖曳流減去壓力流，所以高壓常會引起總產量的降低。 在單螺桿擠壓機中，大部分能量在機筒上傳導。這些能量既有通過機筒外熱的傳導，也有由于螺桿本身的剪切作用所產生的機械能。其中機械能的大小是由螺桿轉速和螺桿結構所決定的，這是因為剪切率與螺桿轉速成正比，而對于一臺確定的擠壓機，螺桿結構一般是預先確定的，修改的可能性很小。對于大型單螺桿擠壓機，熱交換及其輸送產量和壓力的增加都將變得更加困難，因為擠壓機的尺寸越大，物料的表面積與體積之比就越小。 在單螺桿擠壓機中，最難的地方還是混合性能的改善，良好的混合需要物料在擠壓過程中頻繁地翻動。除了漏流，單螺桿擠壓機的結構則極大地限制了物料的混合。有些擠壓機通過采用專用的節流元件插入螺桿結構中來用改善其混合特性，但效果是極其有限的。由于這些混合元件也會引起一個較大的壓力降，且單螺桿擠壓機不良的泵送特性也限制了這些混合元件的長度。 2 雙螺桿擠壓機 完全嚙合的同向雙螺桿擠壓機則大大改善了物料的輸送、泵出和混合特性。盡管雙螺桿擠壓機也是一種拖曳流機，但由于其啃合的螺旋結構，所以它具有一種正壓泵的附加功能。這使得雙螺桿擠壓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，并具有自清理功能。飼料生產過后，機器就會自動將內部剩余物料擠出機外，無須逐一地卸下來清理，節省了時間。 在同向雙螺桿擠壓機中，物料沿著一個“∞”形通道推進，其嚙合區是兩螺旋最重要的部位。螺棱既產生正向輸送，又允許物料改變方向，提供了更好的混合和熱交換。 組合式的螺桿結構與分段剖分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桿擠壓機。組成螺桿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。這些元件沿螺桿長度方向的合理組合可對加工條件進行精確控制，為該系統提供各種不同的優勢。 揉捏鎖是組成螺桿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。采用何種形式的揉捏鎖將視終產品的要求而定。窄的揉捏鎖用于使單位長度的流動分隔數最大，而寬的盤式揉捏鎖則用于高剪切和擴散式混合。 雙螺桿互相揉捏和摩擦，使能耗比單螺桿低。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24h以上，同時顆粒的表面光潔度和顆粒均勻度也更好。膨化飼料充分熟化了以后，魚兒吃起來不但口感好，而且營養易于吸收。所以在購買飼料膨化機時，一定要考慮到物料的熟化程度能否達到90%。 3 流變學的影晌 評價不同的物料在擠壓過程中是怎樣受影響的一個簡便方法就是看其流變學的影響。 在動物飼料和小吃食品的擠壓加工中，其加工工藝和流變學特性差異很大。為了定量區別不同產品在擠壓加工中的流動曲線，一般可采用窄縫式在線或旁路流變儀來確定。實際測試時，可在擠壓機的出口安裝一個裝有四個傳感器的窄縫式模頭，通過改變其產量來測量兩傳感器之間的壓力降Δp。根據壓力降ΔP和間距l以及窄縫高度H可以計算真實剪切應力：τ=H/2×Δp/l 表觀剪切率γ可由體積流量Q和窄縫寬度W得出：γ=(6×Q)/(W×H2) 考慮到由于淀粉分子隨其大分子量的改變而重排，呈拋物線速度分布的牛頓流體將完全變成了一個平頂的塞流，這可以通過冪律流體的流動指數方程來進行修正。 M.S.Starer通過對干法玉米小吃食品加工、狗飼料的常規加工和狗飼料的蒸汽注入法加工這三種不同擠出方式進行了比較試驗，其試驗的結果表明，對于玉米小吃食品，在干擠壓過程中，冪律特性只有在高剪切率時才能觀察到，這說明當擠壓機在較高的產量和較短的停留時間時，淀粉分子存在明顯的差異。添加有19%的含水量的狗飼料也有類似塑料擠出的冪律特性。但是，當注入6%的蒸汽時，這種粘滯特性就完全變成了非牛頓特性，這說明分子鏈仍保持足夠長，從而在模頭處的壓力降不再依賴于模孔結構和擠壓機產量，模頭長度對壓力的變化變得非常敏感。因此，要求模頭有一個較長的擠出長度。 4 可加工飼料的種類多 雙螺桿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，像谷物、豆粉、動物粉、鮮肉、脂肪、營養素、蛋白質、維生素、淀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。因此雙螺桿擠壓機加工飼料的種類多，除了用于寵物飼料的加工，也可用在水產飼料方面，像魚、蝦飼料，還有河鰻、高檔觀賞魚飼料等。 寵物飼料的主要成分一般都是由谷物粉(如小麥粉)和含量較高的動物粉、鮮肉和脂肪等組成的。在干法寵物飼料加工過程中，當鮮肉含量高達20%~30%時，擠壓時需要強烈地混合和揉捏，這只有雙螺桿擠壓機才能完成。因為雙螺桿的相互揉搓、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，與單螺桿擠壓機相比，在雙螺桿擠壓機中可以添加幾乎兩倍含量的脂肪到寵物飼料中，所以飼料配方含油脂可達到12%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。而單螺桿的飼料膨化機就做不到這一點，在單螺桿擠壓機中，脂肪含量受到限制，因為如果脂肪含量太高，導致擠壓機劇烈地波動，并因此導致產品質量的不穩定。一旦飼料油脂含量過高，就會造成飼料黏著，機器無法運行。 此外，還可用于色彩的識別，因為雙螺桿擠壓機在30s的時間內即可完成原料的改變，這就允許多色混合物的產品直接在擠壓機中加工。 5 經濟性分析 經濟性分析不應只看到雙螺桿擠壓機比單螺桿擠壓機的價格高，而應考慮生產每噸產品的費用。隨著蒸汽注入法的出現，在
雙螺桿擠壓機中可獲得更大的效率。螺桿直徑在80mm的膨化機，每小時可以生產150～200kg；螺桿直徑為90mm的膨化機，每小時的生產能力為500～800kg；螺桿直徑在110mm的膨化機，生產能力就更高了，每小時可以達到1000～1500kg。每噸飼料的生產成本約在200元左右。(編者按：牧羊MY146×2雙螺桿擠壓膨化機其螺桿直徑為146mm，每小時可達5000～10000kg。) 隨著大扭矩的新型擠壓機的出現，其螺桿的最大轉速可達到1000rpm，甚至更高。在以往需要大型號擠壓機的地方，今后可能只需要采用較小型號的擠壓機。隨著新材料新技術在擠壓機中的應用，螺桿的磨損將越來越小，即使加工帶有骨粉或其他磨損較大成分的原料，其機筒的使用壽命也可以達到15000～20000h以上。 由此可見，雙螺桿擠壓機不僅能夠生產出更一致性的產品和更多樣化的產品，而且大扭矩高轉速的雙螺桿擠壓機將產生更大的經濟效益。
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