颗粒饲料水分检测控制的研究

2014-04-05宋文静,李峰

饲料博览 2014年9期

颗粒饲料营养均衡、适口性好，易于包装和储存，是目前最常见的畜禽饲料。水分含量是评价颗粒饲料质量优劣的重要指标，水分含量过高，会导致颗粒饲料易产生霉变，不易储存，影响畜禽适口性，甚至会使畜禽营养成分缺失或霉菌中毒；水分含量低于合理标准，会影响饲料的感观性和适口性，并产生重量损失，导致经济效益损失。在饲料的生产加工工艺中，科学合理的水分含量是非常必要的，可以保证制粒过程中饲料营养的均衡性，提高产品品质和效率，降低生产成本。

1 影响颗粒饲料水分含量因素

1.1 粉碎

粉碎物料是颗粒饲料加工的关键，粉碎过程会对物料的水分含量产生影响。物料的水分含量会随粉碎粒度的减小而降低。而且物料水分含量越高，经粉碎后的粉料水分缺失也越明显，粉碎的效率也会相应降低。

1.2 混合过程

当混合后粉料的水分含量远＜12.5%时，可考虑在混合时喷加雾化水。但目前这方面存在很多问题：添加量＜2%；保水性能差，添加2%的水仅有40%～50%的保水率；最好是使用热水，可以防霉；要考虑混合时间和水分添加时间的一致；为保证均匀，调整喷头的位置和喷水口大小；需要添加防霉剂；要注意清理混合机的内壁。诸多因素限制了在混合机加水，而且添加的游离水会使饲料的潜在发霉机会增加。

1.3 调质环节

颗粒饲料生产过程中水分、温度和时间的调质是控制颗粒饲料品质优劣的关键。在利用蒸汽进行调质时，调质水分含量的高低影响着调质的温度，调质物料的水分含量是通过调节蒸汽的添加量来实现的，同时调质时间决定了蒸汽中水分的添加量和热能利用效率。因此，调质水分的含量是通过调节蒸汽的添加量和调质时间的长短进行控制，而调质时间的长短是通过改变调质器物料的填充系数实现的。

1.4 制粒过程

制粒过程中所用的压模孔径大小是不同，因此加工出来的颗粒水分含量也不同。压模的孔径比较小的时候，加工出来的颗粒直径也比较小，冷却风会比较容易穿透颗粒，因此，冷却过程中会带走比较多的水分，相应的颗粒成品水分含量也会比较低。反之，相应的颗粒成品水分含量会比较高。

1.5 冷却环节

冷却是颗粒饲料生产过程中控制水分含量的最后工序。在冷却的过程中，颗粒的水分含量不可以超过最终产品所要求的闸值，同时要控制颗粒的温度合理范围，确保最终产品不会因温度过高而带来质量方面的影响。目前，广泛使用的逆流式冷却机在冷却过程中，水分含量的高低和颗粒温度的高低是呈线性对应关系，温度每升高或者降低10℃时，颗粒水分含量将增加或减少约0.6%。

2 颗粒饲料水分监测和控制方法

同一批次的生产原料在相同的生产工序其水分变化也不尽相同，成品料含水量与生产流程中原料含水量是非线性相关的，没有特别有效的方法预测出最终产品的水分含量。因此，颗粒饲料生产最有效的水分测控方法是在线水分实时监测和控制，动态报告和调整产品水分含量。颗粒饲料在线水分检测和控制技术包括：反馈型控制，即在线检测已经冷却后的颗粒饲料的水分含量；前馈控制，即在线检测进行调质前粉料的水分含量，两个方法检测出数值后与预设定值进行比较，根据比较结果的差值来控制调质蒸汽时水分的添加量及制粒机内压缩室喷雾过程中的加水量，两种方案都可使颗粒饲料成品含水量保持在预定标准值范围内，有利于成品料水分含量的稳定性，但前馈式比反馈式对最终产品的控制效果更好，实时性更强。

2.1 颗粒饲料合理的水分含量

生产所用原料的来源及品种的多样性导致颗粒饲料产品含水量的多变性。混合后半成品粉料的水分变化应控制在9%～14%；调质前粉料的水分含量应控制在12.5%，任何时候都＜13%，否则容易发霉变质。要想使加工出来的颗粒饲料质量高，感观性好，粉化率低，成品料的水分含量达到标准要求，那么调质后进入模具的粉料水分含量必须控制在15%～16%。

2.2 颗粒饲料水分含量的调质

在颗粒饲料加工过程中，必须根据粉料原料的含水量来合理调质，使进入模具的粉料达到合理的水分含量和适宜的温度。正常含水量的原料粉料，调质时需要干蒸汽，即不含水的蒸汽，因为含水的蒸汽会影响调质和制粒效果。水分含量偏低的粉料原料，可以通过降低蒸汽的压力、关闭一部分甚至所有的疏水阀、添加定量水分的不饱和蒸汽以及增加调质时间等方法实现增加颗粒饲料水分含量的目的。而水分含量偏高的粉料原料可以利用高压超饱和蒸汽使调质后的物料温度达到标准，而含水量却不会超出标准。制粒后的物料要经过冷却过程来降低温度，使其低于常温3～5℃，同时可以降低颗粒的水分含量，使最终的颗粒饲料水分含量达到规定标准后进行包装，否则颗粒饲料会在贮存过程中产生霉变。因此应根据刚出模颗粒的水分含量、温度、颗粒大小及组成成分来调整冷却风量和冷却的时间，水分含量较低、颗粒较小的物料要冷却风小些、冷却时间短些；水分含量较高、颗粒较大的物料要冷却风大些、冷却时间长些。当原料的含水量非常低，使得混合后的粉料含水率远＜12.5%时，可以在粉料混合时加喷雾化水来提高含水量，减少产品的重量损耗，提高经济效益。

2.3 颗粒饲料水分的添加

常见的水分自动添加系统主要是向混合机内添加水分，增加粉料的水分。水分添加系统由水泵、不锈钢储水罐、防锈电磁阀、防锈流量计及智能流量仪组成，喷水量及喷水时间可在智能流量仪上进行调整设定。系统采用工业PLC自动控制模块，具有人机交互操作方便、自动化控制可靠、添加比例精确等优点，前提是使用颗粒饲料的实时在线水分检测装置，实时调节和控制喷雾量，使最终产品达到高质量水平要求，降低成本，提高效益。

3 颗粒饲料实时在线水分检测

颗粒饲料水分控制精度的高低与在线水分传感器的精度有直接关系。传感器分为静态和实时在线两种。静态传感器已过时淘汰，在较新的饲料生产线中不再使用。在线水分传感器能实时得到水分值，水分值通过4～20mA或0～5 V输出到PLC或其他控制模块，实时在线水分传感器检测时间＜0.03 s，而且精度高、误差小。在线水分传感器又可以分为接触性测量系统和非接触性测量系统。非接触性在线测量系统可以使用微波水分测量和红外水分测量两种方式。微波水分测量方式的误差率约为±0.4%，重复性误差率＜0.2%，瞬时采样读数可以达到10次/s，抗干扰及抗冲击能力较强，可为颗粒饲料生产过程提供全程的水分监控，是非常安全、具有可观性和可控性的系统。微波实时在线水分测量与控制系统包括微波检测单元、测量信号处理单元、系统逻辑控制单元、加水与水量控制单元、显示与监视单元等。红外水分测量方式采用光学转换器和近红外NIR光源实现水分的实时在线检测，检测效果误差小，准确率高。被测物料潮湿，则被反射的光就会越少。红外水分测量系统是通过卤素灯发出的光束经反射镜和透镜的组合分成测量光束及参照光束。两个光束都会通过过滤器过滤，在排除无用的光谱范围的光后，被测物料上突出的红外线区域的光束会被保留，通过将反射光束与参照光束进行对比用来判断物料的含水率。