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预处理对于水产饲料生产至关重要

Eugenio 硼通 博士,PAS,Dpl。一个罐头

混合和停留时间是影响水稳定性的重要因素

许多预处理器在注入蒸汽和水的腔室中具有很高的径向混合度。在第二腔室中,发生更多的轴向混合,并且配料粉在那里被水合。图片由Buhler提供。

预处理常用于造粒和挤压水产饲料的生产中。在预处理过程中,将低压蒸汽添加到热量中,并增加了配料混合物的湿度。在制粒过程中,制粒机不发生堵塞所能达到的最大湿度为17%。相反,在挤出过程中,湿度水平可能高达20%,如果将过程强制进入挤出机,则湿度会更高。

挤出过程可以处理的水量更加灵活,从而可以更轻松地将混合物的水分和熟度提高到所需水平。

预处理过程

要了解预处理过程,重要的是要了解其成分,蒸汽和面粉成分的混合物之间的热量和面团传递。预调节器中的介质是气体(蒸汽),液体(水)和固体(面粉混合物)的三相系统。蒸汽通过冷凝将能量转移到颗粒上。面粉颗粒较冷,蒸汽凝结在其上,在颗粒周围形成薄水层。因此,面粉颗粒被热的饱和蒸汽包围,导致温度(传热)和湿度增加。

传热和吸湿率将取决于两个因素。第一个是颗粒表面上薄膜的电阻。固体与流体的接触越多,薄膜的电阻越低。换句话说,材料暴露于蒸汽中的次数越多,颗粒之间的接触就会越多。这可以通过在预调节器中适当混合来实现。

第二个因素是热量和水分以多快的速度进入颗粒内部(成分混合或捣碎),这由傅立叶和菲克第二定律控制。该混合物由对热和湿度具有不同内部电阻的颗粒组成。因此,知道了扩散系数,可以应用物理定律来估计正确的时间(停留时间),以均匀地加热和加湿颗粒。通常,热量和水的扩散率越高,热量和湿气就会越快地流入颗粒中。

淀粉的相关性

大多数水产饲料中都含有大量的小麦粉或小麦副产品,其主要成分之一是淀粉。在室温下,淀粉的热扩散系数为10-7 m2/秒相比之下,水的扩散率为10-5 m2/ s或小于热扩散率的100倍。用简单的话来说,传热要快于水分的内在化。

面筋淀粉相互作用的扫描电子显微照片,显示面筋形成基质的原纤维。

在大多数预处理情况下,可以将混合物加热到目标温度,但是增加湿度也需要更长的时间。后者是为什么在预调节器中具有足够的停留时间以使水分充分渗透颗粒的原因之一。湿度和温度是生产具有高水稳定性的水产饲料的关键因素。

水产养殖饲料的另一个重要方面是其他颗粒的水合,特别是小麦,面筋的蛋白质部分。它由两个蛋白质部分组成,需要水合和混合以形成面筋基质。小麦面筋被认为是天然的粘合剂,在大多数情况下,在水产饲料制造过程中提供适当的水合和混合时,是最好的粘合剂。在大多数一步调节器中,基本上不可能提供足够的混合物以使颗粒暴露于蒸汽或刺激面筋基质的形成。

膜电阻

可以使用无因次比奥数(Bi)来测量颗粒周围薄膜的电阻。当电阻在颗粒周围的薄膜中时(与预调质混合不充分的情况一样),比奥数非常小(<0.1)。在具有良好混合作用的调理剂中,主要阻力是水扩散到颗粒上,比奥数大(>10)。根据这个数字,我们可以将大多数可用于造粒的预处理器归类为混合效率的中间类别,比奥数约为1。薄膜和内阻直接影响水化速度。在粒子中。

粒度和水合

成分的粒径对预处理器中的水合速率有重大影响。最大颗粒(>400微米)需要较小颗粒水化时间的两倍(<200微米)。基于其半径的以下公式用于计算水合成分颗粒所需的时间:

佛 = Dt /(R / 3)2 donde 是傅立叶数 D 是水的扩散率, t 扩散时间和 R 粒子的半径。

解决 t 表明随着粒子半径的增加,需要更长的时间来水合它。因此,粒径不仅需要足够小以提高饲料的消化率,而且还需要提高水合速率,这可以导致最终水产养殖饲料产品的水稳定性更高。如果颗粒具有更均匀的尺寸,则大多数颗粒的水合速率将相似。这是考虑进行后研磨以获得更均一的粒径,从而在混合器和预调节器中获得更好水合速率的另一个很好的理由。

居住时间分配

停留时间分配(RTD)不应与停留时间(RT)混淆。后者可以使用彩色标记来确定,直到标记出现在预调节器的出口为止。 RTD是物料在预处理器中的平均停留时间,并具有典型的钟形曲线。铺展时间越短,则调理剂在更均匀地水合和加热颗粒方面将越均匀和有效。

操作员可以调节大多数预调节器上的拨片,以达到最佳设置。图片由Rosal Agroinstalaciones提供。

有多种类型的预调节器,它们的桨叶设计,轴速度,桨叶角度和容积均不同。了解RTD可以帮助您了解如何改善预处理器中的保湿时间。预调节器中有两种混合类型。一种是轴向混合,这有助于增加预处理室内的颗粒蒸汽/流体接触。第二种是径向混合,它也影响颗粒与蒸气和液体的接触,但更多地取决于轴转速和叶片构造/几何形状。

根据其设计,预调节器可以具有塞流(很少混合)和混合流(高度轴向混合)的特征。这些流量取决于叶片的几何形状,轴的速度和填充程度。

填充率

填充率代表混合物相对于预调节剂总体积的体积。停止预调节器时测量混合物的体积。当今制粒行业中使用的大多数预处理器的填充率都非常低(约30%)。较小的填充率意味着预处理器具有更多的空隙。因为蒸汽是气体,所以它将趋向于填充预处理器中的空隙。当发生这种情况时,可以预期会有更少的蒸汽与混合物接触以加热和水合它。因此,增加填充率不仅改善了停留时间,而且还改善了混合物的温度和水合均匀性。

通过适当调节叶片的设置(角度),可以提高填充度。扭转叶片会增加轴向混合。相反,设置为180度的桨叶可以增加填充率。大多数商用预调节器都配备了可以由操作员调节的拨片。在大多数情况下,良好的桨叶配置将包括反向桨叶,一些向前桨叶和一些平坦桨叶。一些预调节器还结合了固定板,旨在对装置的末端提供障碍,从而增加停留时间。

商业预处理器中混合区(左)和保持区(右)的视图。图片由California Pellet Mill提供。

着色不均

虾饲料制粒过程中的一个常见问题是出现不均匀的彩色颗粒。在大多数情况下,这是由于预调节器中水分分配不当引起的。通过理解RTD,可以更容易地解释这一点。在这种特殊情况下,RTD较宽,这意味着某些颗粒在预调节器中花费的时间很短,因此水分不足。该问题不仅与不正确的叶片配置,轴速或填充度有关,而且与不均匀的粒径有关。即使对预处理器进行了适当的优化,宽的粒度分布也可能导致水分在颗粒之间的分布不均匀。大号的水分较少,而小号的水分较高。因此,粒度必须尽可能均匀,RTD必须尽可能窄。

观点

预处理是水产饲料制造过程中的关键步骤,因为它会增加成分(成分混合颗粒)的温度和水分含量。这对于获得具有所需水稳定性的水产饲料至关重要。预调节器的效率取决于一致的粒径和适当的混合,停留时间和填充比,以及不同的设备制造商提供不同的设计。