水产膨化常见的几种调质器的结构特征与性能比较

■马　亮　周立春　吴　晶

(牧羊有限公司，江苏扬州225009)



水产膨化常见的几种调质器的结构特征与性能比较

■马亮周立春吴晶

(牧羊有限公司，江苏扬州225009)

摘要：文章就水产膨化设备配套的常见的6种调质器的结构形式进行了详细的描述，并对不同调质器在使用过程中的优势和存在的不足进行了探讨。最终指出水产膨化机需要配套一台性能优越的调质器才能最大发挥膨化机的性能和获得高品质的膨化产品。

关键词：调质器；膨化机；单轴调质器；双层单轴调质器；双轴差速调质器；组合调质器；三轴调质器；糊化度；水产饲料

在水产膨化生产线中，调质器作为一种配置在膨化机之前的必备设备，通过向粉状物料中添加水分、蒸汽，使液体成分与粉料充分搅拌混合，并让粉料充分均匀地吸收水分和热量，改善粉料的理化特性，提升粉料的糊化度，有利于提高膨化设备的产能和生产效率，提高挤出产品的品质，降低加工成本，提高饲料利用效率，杀灭有害微生物[1]。

膨化设备的性能不仅和膨化设备本身有很大关系，往往配套调质器的性能也对膨化机的性能有很大的影响。尤其对于加工过程中水分含量比较高的水产膨化而言，配置一台调质效果比较好的调质器，往往能够大幅度的提高水产膨化机的产能，并易获得品质比较高的膨化产品。所以，在水产膨化设备的发展过程中，调质技术和设备也不断得到改进与提升，极大的促进膨化设备性能的提升。

本文主要从水产饲料调质特点和要求的角度，对目前水产膨化设备常见配置的几种调质器的结果特征与性能进行比较，明确各种调质器的优劣势，供读者进行参考。

图1　膨化设备常见的不同调质器

1　单轴桨叶式调质器

单轴桨叶式饲料调质器的应用和发展与制粒机几乎同步，已有70年的历史[2]。单轴调质器也是一种比较简单的调质器，目前几乎所有饲料机械设备的制造商都制造这种调质器。与其它调质器相比，普通的单轴调质器的调质时间一般仅仅为12～20 s。为了提升调质效果，很多厂家也在不断对单筒调质器的性能进行提升。

图1　单轴桨叶式调质器

1.1增加长度和增大内径，延长调质时间

调质时间比较长的调质器往往易获得比较好的调质效果。增加调质器的长度和内径，提供更大内部容积的调质器，有利于调质时间的延长，易得到比较好的调质效果。美国ESE公司开发了一种加长的单轴调质器，该调质器主要用于水产饲料，同时也用于畜禽饲料的生产。该公司的一种型号为THC2416型的调质器长度达到了4.8 m，内径达到了0.61 m。这种内部容积得到增加的调质器配套制粒机时，制粒机产能能够达到30～45 t/h。

但是对于普通的单轴调质器，增加长度和内径的做法也有一定的局限性。首先长度和内径增加后，提升后的调质时间离水产饲料调质的要求一般也差距比较远；其次，单轴调质器长度增加后，为了解决机壳变形量增加的问题，必须让桨叶和壳体之间的间隙增大，这会带来调质器残留增加的问题。

1.2使用夹套加热，减少调质过程中热能的损耗

单轴调质器在工作过程中，调质器的壳体与室外的常温大气直接进行热交换，热量的损失相当大。配置了蒸汽夹套、电热夹的调质器由于内外壳体之间设置了保温层，增大了热阻，有效阻止了调质器与室外常温大气直接进行热交换，从而减少了热损失，使调质器内部持续保持较高的温度[3]。

夹套调质器另外一个作用是，生产结束停机后，夹套可以对调质器继续加热一段时间，让机壳内部残留的物料中的水分得到蒸发，达到安全存储水分，避免了停机过程中细菌的滋生繁衍，保证了饲料的质量稳定。

总的来说，单轴桨叶式调质器在早期的水产膨化设备上进行使用，目前已经几乎没有厂家仅仅配套一层单轴调质器用于水产膨化机上了。

2　双层单轴桨叶式调质器

目前在水产膨化领域，使用双层单轴桨叶式调质器还是比较常见。但是根据不同的设计理念可以分为简单叠加型的双层单轴桨叶式调质器和分功能型的双层单轴桨叶式调质器。

图2　普通双层单轴桨叶式调质器

2.1简单叠加型的双层单轴桨叶式调质器

简单叠加型的双层单轴桨叶式调质器是指把两个单轴调质器叠加在一起，物料在上层调质器中调质完毕后进入下层调质器中继续调质。在生产过程中，向物料中添加的水一般全部从上层的调质器中添加；蒸汽也是更多的从上层调质器中添加，而下层调质器中添加的蒸汽仅仅作为一种补充，主要避免因环境温度导致的调质温度的下降。该类型调质器常见的主要特征在于上下两层调质器的内径一致、转速一致或桨叶排布一致。

由于这样的双层调质器的有效容积提升了一倍，调质时间一般可以达到24～40 s。这样的一种调质器目前也极少有厂家使用。

2.2分功能型的双层单轴桨叶式调质器

作为一种改良型的调质器，分功能型的双层单轴桨叶式调质器主要的改进点在于根据物料在上下层调质位置的要求，区分上下层调质器的不同功能。牧羊有限公司制造的一种型号为“SLTZ系列高效调质器”就是这样一种典型调质器[4]。

图3　SLTZ系列高效调质器

该调质器最大的特征在于：上层调质器采用高转速、小桨叶转子；下层调质器采用大筒径、低转速、大桨叶的转子。上层转子的转速达到450～600 r/min，高转速的桨叶具有更好的强力打击作用，小桨叶具有更好的混合作用，这样的配置能够快速让水、蒸汽与物料进行充分渗透，达到调质均匀的目的。调质均匀的物料进入下层调质器中，主要目的是能够保持一定的调质时间。故下层采用了大筒径的设计，提供了足够的空间用于填充物料，低转速的设计能够让物料在机壳内达到比较高的充满度，这可以充分利用下层调质器的空间，达到比较长的调质时间。另外，下层调质器中采用了大桨叶的设计，能够确保物料的先进先出，保证了调质时间的一致性。

SLTZ系列高效调质器调质时间可以达到1～3 min，针对畜禽料领域，这是一个性能优越的调质器，能够显著提升配套主机设备的产能和提高颗粒的品质。但是，在水产膨化领域其优势就不那么突出，在调质高水分物料的时候，部分物料易成团，且调质温度有所差异。

问题的原因是，水产膨化调质过程中需要向调质器中添加水，调质后的水分一般不会低于23%，而畜禽料调质时仅仅添加蒸汽，调质后的水分不会高于18%。高水分的物料在上层调质过程中不存在上面的问题，但当物料进入下层调质器中时，问题就相对比较突出。

高水分的物料进入下层调质器后，物料处于一个大筒径的流动比较慢的密闭空间内，物料随着转子的作用整体向前缓慢推进。经过一段时间的保持后，靠近外侧壳体物料更易与外界进行热交换，这样外侧物料的温度相对比芯部物料的温度低。另外，由于高水分物料流动性弱，靠近机壳外侧的物料和芯部的物料混合均质的作用相对很弱。即，调质过程中存在物料之间温度的差异，同时得不到好的混合均质，最终导致调质的不均一。

另一方面，也是由于物料水分含量高，物料的附着力增强，在调质器运行过程中，主轴、桨叶和机壳的内壁上不断粘结物料，且这些物料不断增大形成块状。块状的物料增大到一定的程度会自行剥落，这些块状的物料往往是含水分更高、调质时间更长的物料，这些块状的物料进入料流中，得到混合均质的几率很小，往往离开调质器时还呈团状。

这样调质不均一、夹杂着团状物料的料流进入膨化机进行挤压，对最终产品的颗粒均匀度、色泽差异都有影响。尤其对于加工品质要求比较高的高档水产饲料而言，这样的调质器配置就存在一定的局限性。

所以，该调质器目前在低水分的畜禽料领域应用比较多，而膨化水产饲料领域应用比较少的一个重要原因。

3　双轴差速调质器

双轴差速调质器（US patent NO. 4752139）是于1988年由美国Wenger公司发明，经过20多年的技术推广与发展，该设备已在饲料、宠物食品、食品加工业中广泛应用。双轴差速调质器（也称DDC）内部有两个搅拌转子并呈水平平行排列，直径一大一小，大转子转速通常为小转子转速的1/2，两个转子上分别安装60个桨叶，调质时间为1.5～3 min。

由于双轴搅拌能力强的作用，在调质的过程中可以形成一种“搓揉”调质的效果，可以让蒸汽、水分更充分地渗入到饲料中去，即使高水分的场合，都能够实现物料场、湿度场、温度场的均一化，提高淀粉糊化度，改善饲料的理化性能，显著提高挤压膨化的生产效率。正是由于双轴差速调质器有着如上的特点和优势，在水产膨化领域，目前双轴差速调质器已经作为膨化机的一种标准配置在广泛使用。

图4　双轴差速调质器

但是双轴差速调质器也存在不足。不足主要有两点：

①物料的充满度最高为40%～50%，难以提升双轴差速调质器最大的不足之处在于物料在调质器中的充满度最大只能控制在40%～50%之间，机壳中还有50%～60%的空间还处于“浪费”状态。而一台性能优越的调质器的充满度应该可以达到70%～75%或以上，只有这样才能最大发挥调质器的最大价值。

为了减少被“浪费”的空间，通过调整桨叶或者采取其它一些措施，提高物料在双轴差速调质器机壳内的充满度，调质的时间也可以进一步延长，但是调质效果反而会下降。主要表现的现象为：调质器出料口物料含团状颗粒；调质后的物料立即平摊晾干过程中，物料水分蒸发的速率不一致导致色泽呈现差异；配套膨化机的主机负载率没有下降，甚至存在颗粒均匀度差异变大、膨化颗粒色泽差异的情况。

图5　双轴差速调质器：两种充满度时物料在机壳中的位置

主要原因是当物料的充满度提升后，水、蒸汽添加位置的物料会塞的很满，这样水汽和物料之间就缺少混合空间，就不能达到好的混合效果。没有好的混合，即使调质时间再长，调质效果也会很差。所以，对于双轴差速调质器来讲，在满足混合效果的前提下，最佳的物料充满度为40%～50%。

②实际的有效调质时间仅仅为1～2 min，在计算物料的调质时间时，一般以物料进入调质器的时间作为起始点，物料离开调质器的时间作为调质时间的终止点，两者之间的时间差为调质时间。对于DDC，这样计算的调质时间范围为1.5～3 min。调质时间的长或短与配套主机设备的产能有关，产能最高的时候，调质时间为1.5 min，产能最低的时候，调质时间为3 min。

但是这样的调质时间不等于物料的有效调质时间。因为，假设物料进入调质器至离开调质器时有3分钟时间，仅仅在最后一分钟才添加水和蒸汽，并让水汽和物料混合均匀，这样的情况我们不能认为有效的调质时间为3 min，而是1 min。

所以我们需要了解物料与水汽在什么位置开始充分接触。因为，只有物料与水汽充分接触后，我们才能认为其后的时间为有效的调质时间。从这个角度来考虑DDC，由于DDC为了让水和蒸汽添加均匀，采用了多点添加的设计，但这也耗费一定的调质器的长度。物料与水汽充分接触时几乎已经耗费了调质器总长度的1/3至更多。所以DDC的有效调质时间仅仅为1～2 min。

总之，双轴差速调质器最大的亮点在于有着“搓揉”调质的效果，但是其空间利用率不高，同时有效调质时间不足。

4　组合调质器

近两年膨化水产饲料市场竞争更趋激烈，颗粒均匀、表面光滑的膨化颗粒更容易获得市场的认可。尤其对于一些纤维含量比较高的配方，如罗非鱼、草鱼和混养鱼，该类配方的膨化颗粒如需获得好的外观，那使用更长的调质时间和更强的“搓揉”效果的调质器是一个好的解决方案。

4.1组合调质器一：上层为双轴差速调质器，下层为单轴调质器

为了提升调质效果，一种最简单的做法是在原有的双轴差速调速器下方增加一层单轴调质器。这样的做法会比使用一层双轴差速调质器好一些，但是提升的幅度不是很大，甚至还会有一些问题。其中最为关键的因素是，在下层增加一层调质器后，和上述原因一样，上层的双轴调质器的充满度不会因此由原先的40%～50%增加到70%以上，还会存在50%～60%的空间处于“浪费”的问题。

下层增加的单轴调质器或是一条普通的内径为450～550 mm单轴调质器，或是内径达到550～800 mm甚至以上的“保持器”，都会存在物料在下层调质器中混合不均匀的问题。对于前者，为了解决主轴、桨叶和机壳的内壁上不断粘结物料并脱落，影响调质效果的问题，其转子转速一般比较高，用于增加物料的混合。为了达到一定混合能力的高转速的调质器内部物料的充满度一般不会很高，故其调质时间仅仅增加20～30 s。对于后者，由于其直径比较大，为了得到一定的充满度，其转速不会太高，如前所述，该调质器同样存在芯部和外部物料温度差异、调质不均一和夹杂着团状物料的问题。

也有一种观点：双轴差速调质器出料不稳定，出料口的料流是呈波浪状态流出的，下层采用单轴调质器能够很好的缓解出料的不稳定。之所以存在不稳定，是双轴差速调质器配置参数不正确的问题导致的，我们可以通过对设备本身的调整来解决这个问题，而不是简单的增加一个调质器来解决这个问题。

4.2组合调质器二：上层为单轴调质器，下层为双轴差速调质器

目前牧羊有限公司的水产膨化机配套的SPTZ系列三轴调质器是另外一种组合调质器（中国专利ZL200920283434.1、中国专利ZL201420658619.7)，该调质器把单轴调质器放在上层，双轴差速调质器放在下层，是一种不仅能够避免如上问题的，同时能够获得更长调质时间和更好调质效果的调质器。

注：DDC在上层，单轴调质器在下层。图6　组合调质器一

该组合调质器上层采用高转速、小桨叶的单轴调质器，转子的转速达到500～650 r/min，高转速的小桨叶不仅具有更好的强力打击和增强混合作用，达到充分调质均匀的目的，而且高速的转子带动物料呈高速离散运动，能够冲刷任何位置的停留物料，避免物料粘结在桨叶表面、机壳的内表面和主轴表面，从而避免单轴调质器常见的高水分物料成团的问题。

图7　SPTZ系列三轴调质器

当然，这样一种高转速调质器的充满度不会太高，不会达到70%。但是上层单轴调质器的核心作用不是为了获得更长的调质时间，而是让物料与水汽充分混合渗透。下层的双轴差速调质器有着更大的空间，获得更长的调质时间主要由下层的调质器来完成。

混合好的物料进入下层改良的双轴调质器中后，物料的充满度达到75%甚至更高。由于物料在上层已经充分混合均匀，我们可以不用考虑“混合空间”的问题。另外由于双轴调质器特有“搓揉”调质的效果，避免了其它一些调质器存在的“高水分物料成团”的问题。

表1　水产膨化常见的6种调质器的比较

SPTZ系列三轴调质器调质时间在3.5～6 min之间。在同样工况下，使用该组合调质器，物料的糊化度比普通的双轴差速调质器高10个百分点左右。配套该调质器能够让膨化机的产能提升20%～ 30%，同时能够获得颗粒表面更光滑、颗粒更均匀的膨化产品。

综上所述，调质技术不断在发展与提升，水产膨化机需要配套一台性能优越的调质器才能最大发挥膨化机的性能和获得高品质的膨化产品。

参考文献

[1]王卫国,等.双轴桨叶式饲料调质器国内外概况.饲料工业，2012，33（3）9-11.

[2]闫飞,等.饲料调质器热损失的研究.饲料工业,2010,31(11):10-13.

[3]李令芳,陈震.SLTZ型系列搞笑调质器及其使用.饲料工业,2005, 26(21):8-10.

（编辑：崔成德，cuichengde88@sina.com）

Comparisons among several common pre-conditioners of structures and performances for aquatic extrusion

Ma Liang, Zhou Lichun, Wu Jing

Abstract：This paper described six different structures of pre- conditioners associate with common aquatic extrusion equipment, and discussed the advantages and disadvantages of different pre-condi⁃tioners during utilization. Finally concluded that only whenassociates with superior-performed pre-con⁃ditioner can the extruder has best performance and obtains high-quality extruded products.

Key words：pre-conditioner；extruder；single-shaft pre-conditioner；double single-shaft pre-condition⁃er；double-shaft differential pre-conditioner；complex pre-conditioner；triple-shaft pre-conditioner；de⁃gree of gelatinization；aquatic feed

收稿日期：2015-07-31

作者简介：马亮，硕士，高级工程师，研究方向为饲料与食品挤压膨化设备及其应用。

中图分类号：S816.34

文献标识码：A

文章编号：1001-991X（2016）01-0007-05

doi:10.13302/j.cnki.fi.2016.01.002