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擠壓膨化技術(shù)目前在食品行業(yè)以及飼料行業(yè)都已經(jīng)得到了更為廣泛的應(yīng)用。近些年在擠壓膨化領(lǐng)域一些新技術(shù)不斷涌出，這些新技術(shù)的應(yīng)用使得擠壓膨化設(shè)備在效率、能耗、可靠性，以及加工產(chǎn)品的品質(zhì)和加工范圍等各個(gè)方面都取得了長足發(fā)展。

濟(jì)南大鵬機(jī)械  亓勇
    1  高熟化強(qiáng)調(diào)質(zhì)技術(shù)
    物料進(jìn)入擠壓機(jī)前需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)的目的使物料得到預(yù)糊化，糊化的好壞直接影響擠壓機(jī)的工作性能，直接影響擠壓產(chǎn)品的品質(zhì)。所以調(diào)質(zhì)技術(shù)是擠壓系統(tǒng)的一個(gè)重要關(guān)鍵技術(shù)。
    普通的調(diào)質(zhì)技術(shù)就是簡(jiǎn)單的讓物料與水、蒸汽進(jìn)行混合：簡(jiǎn)單的混合不能使水和熱量均勻的滲透到物料中；對(duì)于物料，尤其是部分油性物料在調(diào)質(zhì)過程中從微觀顆?？矗捎谒谋砻鎻埩?，水很難滲透到顆粒內(nèi)部，從而很難使顆粒內(nèi)部的糊化度提高。這勢(shì)必需要更多的蒸汽、更長的時(shí)間才能提高調(diào)質(zhì)效果。
    高熟化強(qiáng)調(diào)質(zhì)技術(shù)不再是簡(jiǎn)單的混合，強(qiáng)調(diào)質(zhì)是調(diào)質(zhì)過程中傳熱和傳質(zhì)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和滲透的速度。而傳熱和傳質(zhì)的滲透速度取決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),就提高了溫度梯度、速度梯度、濕度梯度、從而就提高調(diào)質(zhì)效果。
    高熟化強(qiáng)調(diào)質(zhì)技術(shù)設(shè)置了分功能槳葉，讓物料與傳質(zhì)在機(jī)體中形成一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度，形成強(qiáng)接觸、強(qiáng)滲透，減少調(diào)質(zhì)時(shí)間，減少蒸汽量的使用。同時(shí)由于物料在調(diào)質(zhì)過程中沒有全部沉降殼體底部，而是有一部分物料懸浮在殼體內(nèi)部，這樣進(jìn)一步提高了物料在調(diào)質(zhì)器殼體內(nèi)的充滿度，進(jìn)而延長了調(diào)質(zhì)時(shí)間。
高熟化強(qiáng)調(diào)質(zhì)技術(shù)使調(diào)質(zhì)器的充滿度由原來的30～35%提高到55～60%，對(duì)于相同有效容積的調(diào)質(zhì)器在相同產(chǎn)量的前提下調(diào)質(zhì)時(shí)間能由原先的40～45秒提高到180～200秒、糊化度由原先的35～40%提高至50~55%，耗汽量降低20%左右。
    由于物料經(jīng)過強(qiáng)調(diào)質(zhì)，充分預(yù)熟化，與普通調(diào)質(zhì)相比，新技術(shù)能使擠壓機(jī)產(chǎn)量提高10～15%，降低了擠壓機(jī)的能源消耗；同時(shí)物料預(yù)糊化度的提高使擠壓機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，顯著減少對(duì)螺桿、膨化腔內(nèi)襯套的磨損，減少更換易損件的成本，從而實(shí)現(xiàn)在擠壓膨化技術(shù)中的節(jié)能的綠色調(diào)質(zhì)技術(shù)。
    2  穩(wěn)態(tài)化剪切擠壓技術(shù)
    2.1  擠壓過程的穩(wěn)流與穩(wěn)態(tài)化剪切技術(shù)
    擠壓過程是擠壓膨化設(shè)備中zui核心的工藝過程。從提升效率與降低能耗的角度出發(fā)，牧羊擠壓設(shè)備研發(fā)人員提出了擠壓腔中的物流穩(wěn)流有利于提高擠壓產(chǎn)品品質(zhì)的設(shè)想，同時(shí)提出穩(wěn)態(tài)化剪切的理論，進(jìn)而通過試驗(yàn)驗(yàn)證了這一理論。該理論的應(yīng)用能有效提高擠壓機(jī)產(chǎn)量，降低能耗，減少螺桿及腔體的磨損，提高擠壓產(chǎn)品的品質(zhì)。同時(shí)該技術(shù)的應(yīng)用擴(kuò)展了膨化產(chǎn)品的加工范圍，使單螺桿擠壓機(jī)加工1.0mm小顆粒，乃至加工更小顆粒能夠穩(wěn)定長時(shí)間生產(chǎn)。
    2.1.1　擠壓過程中的物流穩(wěn)流技術(shù)
    在擠壓過程中由于壓力差的存在，物料在螺桿中有多種流動(dòng)形式，如圖一所示，其中物料的滲漏、錯(cuò)流的存在對(duì)物料品質(zhì)的影響zui大。在擠壓腔中滲漏和錯(cuò)流的物流與順流的物流在擠壓腔內(nèi)的停留時(shí)間存在很大的差異，這直接引起飼料或食品在擠出后的膨脹系數(shù)存在差異，zui終影響到擠壓產(chǎn)品品質(zhì)，如顆粒不均勻、糊化度不一致等。
    在新技術(shù)中通過螺桿的配置，同時(shí)設(shè)計(jì)了螺桿與擠壓膨化腔"零"間隙，一方面盡力減少物料的滲漏，同時(shí)使用細(xì)分混合結(jié)構(gòu)使?jié)B漏的物流與其它物流充分混合，做到擠出的物料熟化均一，擠壓切割后的顆粒均勻美觀，有效地節(jié)約了由于滲漏物料在擠壓腔內(nèi)停留時(shí)間過長而造成的能源浪費(fèi)。
    2.1.2  擠壓過程中的穩(wěn)態(tài)化剪切技術(shù)
    飼料與食品的擠壓技術(shù)中，物料熟化一般要求提高擠壓腔體內(nèi)的剪切程度。目前的技術(shù)中物料從擠壓主機(jī)進(jìn)料口進(jìn)料到模板出料是一種急速剪切的過程，急速剪切伴隨著高壓、高能耗、高磨損，同時(shí)帶來物流的不穩(wěn)定，所以這樣的方式對(duì)擠壓機(jī)的出料模具的技術(shù)要求很高。只有好的出料模具才能緩解物流的不穩(wěn)定，才能讓物流變成顆粒均一的膨化顆粒。
    而穩(wěn)態(tài)化剪切強(qiáng)調(diào)的是一個(gè)剪切過程，是一種平穩(wěn)剪切的過程。在這過程中，剪切的峰值比急速剪切小，但是通過螺桿配置的合理設(shè)置，讓經(jīng)過穩(wěn)態(tài)化剪切的物料的糊化度和急速剪切保持一致，甚至可以進(jìn)一步提高糊化度。
    由于在剪切過程中剪切峰值比急速剪切小很多，螺桿及腔體的磨損隨之減少。一方面提高了易損件的使用壽命，更重要的是提高了擠壓膨化食品的安全可靠性。由于穩(wěn)態(tài)化剪切是一種前后落差變化不是很大的過程，所以在這整個(gè)過程中物料的滲漏相對(duì)減少，擠壓腔中的物性均一，設(shè)備運(yùn)行更穩(wěn)定，zui終擠出的膨化產(chǎn)品的顆粒均勻度、美觀性更好。實(shí)踐證明穩(wěn)態(tài)化剪切也是一種節(jié)省能耗的剪切，應(yīng)用穩(wěn)態(tài)化剪切的擠壓機(jī)能提高產(chǎn)量15%左右，擠壓機(jī)系統(tǒng)的噸料電耗可以降低12%左右。穩(wěn)態(tài)化剪切是一種經(jīng)濟(jì)的、穩(wěn)定的、zui節(jié)省能耗的方式。
    2.2　出料過程的穩(wěn)流技術(shù)
    出料模具技術(shù)是食品和飼料擠壓領(lǐng)域核心技術(shù)之一。這直接關(guān)系到膨化產(chǎn)品的應(yīng)用范圍，而且影響到膨化產(chǎn)品的品質(zhì)。
    在螺桿擠壓末端，物料是以一定速度旋轉(zhuǎn)且不穩(wěn)定，這樣的物流直接進(jìn)入模具成型，不利于成型，不利于膨化顆粒的均一性。穩(wěn)流技術(shù)就是解決這樣一種不穩(wěn)定物流的一種技術(shù)。
    通過在擠壓腔末端與出料模具之間增設(shè)具有導(dǎo)向型的穩(wěn)流裝置，首先讓旋轉(zhuǎn)的物流停止旋轉(zhuǎn)，接著讓物流形成一種環(huán)形擠壓區(qū)域，這個(gè)區(qū)域的環(huán)面與模具的區(qū)域一致，之后物流的約束力緩慢放大、流速減慢，zui終物流平穩(wěn)的均勻分布至模具的開孔區(qū)域的正前方。這樣的物流確保了物料能夠均勻地進(jìn)入出料模具中，保證了物料成型的均勻性。同時(shí)，由于物流從螺桿中擠壓出來首*入環(huán)形擠壓區(qū)域，使物流對(duì)模具的沖擊力大大降低，減少對(duì)模具的沖擊力，zui大限度降低模具的損壞程度，提高模具的使用壽命。
    3  模塊化柔性化螺桿組合及加工工藝參數(shù)優(yōu)化技術(shù)
    3.1　螺桿組合的模塊化及柔性化
    螺桿組合是擠壓設(shè)備另一核心技術(shù)。對(duì)于不同原料和不同擠壓膨化要求的場(chǎng)合應(yīng)根據(jù)物料的物性配置不同形式的螺桿配置，同時(shí)這不同形式的螺桿配置必需和擠壓機(jī)的加工工藝參數(shù)結(jié)合起來，共同作用才能生產(chǎn)出高品質(zhì)的膨化產(chǎn)品。
    為了適應(yīng)不同原料的物性以及適應(yīng)各種膨化產(chǎn)品的不同膨脹要求，螺桿元件設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)的可自由組合模塊化的形式。這樣在生產(chǎn)中通過調(diào)整螺桿配置，再配以不同的加工工藝參數(shù)，能讓同一臺(tái)擠壓機(jī)適應(yīng)食品、飼料行業(yè)中的不同場(chǎng)合不同產(chǎn)品要求的膨化。
    模塊化柔性化的螺桿組合能極大的節(jié)省資源，使一條生產(chǎn)線能加工多種形式的膨化產(chǎn)品，避免了重復(fù)投資。
    3.2　加工工藝參數(shù)控制與優(yōu)化技術(shù)
    合適的螺桿配置僅僅是加工高品質(zhì)膨化產(chǎn)品的重要的必要條件之一，合適的加工工藝是另外一個(gè)重要的必要條件。
    擠壓機(jī)的應(yīng)用范圍廣，以及膨化產(chǎn)品要求的技術(shù)參數(shù)不一樣決定了擠壓機(jī)需要使用不同的加工工藝參數(shù)；在各個(gè)廠家，無論食品行業(yè)還是飼料行業(yè)，加工膨化產(chǎn)品的配方一直是根據(jù)市場(chǎng)的要求在不斷調(diào)整，這直接影響到需要及時(shí)調(diào)整擠壓機(jī)的加工工藝參數(shù)；甚至有時(shí)不同產(chǎn)地的原料也會(huì)對(duì)膨化產(chǎn)品有一定影響，所以這一切就決定了擠壓機(jī)加工工藝參數(shù)的千差萬別。
    目前擠壓機(jī)的加工工藝參數(shù)的控制一般還依賴于有經(jīng)驗(yàn)的操作人員，操作人員水平的高低直接影響到膨化產(chǎn)品的品質(zhì)，這也是目前很多擠壓機(jī)應(yīng)用廠家使用同一擠壓機(jī)制造商的同一種型號(hào)的擠壓機(jī)設(shè)備，但是各個(gè)廠家的使用效果不一樣的根本原因。
    加工工藝參數(shù)控制與優(yōu)化技術(shù)首先為這千差萬別的工藝參數(shù)提供了一種標(biāo)準(zhǔn)紀(jì)錄的方法，這種標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)能夠讓擠壓機(jī)的控制系統(tǒng)能夠讀取，在擠壓機(jī)操作人員的執(zhí)行下能夠指導(dǎo)擠壓機(jī)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。
    加工工藝參數(shù)控制與優(yōu)化技術(shù)包含一個(gè)數(shù)據(jù)化庫。該數(shù)據(jù)化庫中數(shù)據(jù)首先來源于試驗(yàn)過程中經(jīng)過不斷調(diào)整、不斷摸索得到的一個(gè)在加工某一配方、膨化產(chǎn)品的技術(shù)要求一定的前提下得到的一個(gè)*數(shù)據(jù)。
    其次來源于對(duì)這*數(shù)據(jù)的配方成分分析和膨化產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)的分析。配方成分分析，如配方中淀粉含量、油脂含量、蛋白含量，其中蛋白中植物蛋白與動(dòng)物蛋白各占多少等等；膨化產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)的分析，如膨脹系數(shù)、糊化度、出料溫度、出料水分等等，把這些數(shù)據(jù)與加工工藝參數(shù)鏈接形成“組數(shù)據(jù)”，通過試驗(yàn)的積累形成不同物性的配方對(duì)應(yīng)有不同“組數(shù)據(jù)”，這樣形成一個(gè)完整的加工工藝參數(shù)的數(shù)據(jù)庫。
    在應(yīng)用過程中，當(dāng)遇到一新配方時(shí)，首先通過成分的化驗(yàn)與分析，找出數(shù)據(jù)庫中相近的配方，通過數(shù)據(jù)優(yōu)化技術(shù)得到一個(gè)合適的加工工藝參數(shù)，在工藝參數(shù)的控制下指導(dǎo)擠壓機(jī)進(jìn)行生產(chǎn)，*避免操作人員的非主觀因素的影響，能夠做到膨化產(chǎn)品品質(zhì)長期穩(wěn)定一致。
    4  結(jié)束語
    擠壓膨化的應(yīng)用越廣泛勢(shì)必使擠壓膨化技術(shù)提升越迅速。相信在今后的應(yīng)用中，擠壓膨化技術(shù)會(huì)得到更迅猛的發(fā)展