飼料加工-粉碎系統(tǒng)

IMCTT 2018-1-25 09:54

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簡介

粉碎是用機(jī)械的方法克服固體物料內(nèi)聚力而使之破碎的一種操作。

　　第一節(jié) 概述

　　粉碎是用機(jī)械的方法克服固體物料內(nèi)聚力而使之破碎的一種操作。飼料原料的粉碎是飼料加工過程中的最主要的工序之一。它是影響飼料質(zhì)量、產(chǎn)量、電耗和加工成本的重要因素。粉碎機(jī)動力配備占飼料廠總功率配備的1/3左右。微粉碎能耗所占比例更大，因此如何合理選用先進(jìn)的粉碎設(shè)備、設(shè)計最佳的工藝路線、正確使用粉碎設(shè)備，對于飼料生產(chǎn)企業(yè)至關(guān)重要。

　　一、粉碎的目的與要求

　　飼料粉碎對飼料的可消化性和動物的生產(chǎn)性能有明顯影響，對飼料的加工過程與產(chǎn)品質(zhì)量也有重要影響。適宜的粉碎粒度可顯著提高飼料的轉(zhuǎn)化率，減少動物糞便排泄量，提高動物的生產(chǎn)性能，有利于飼料的混合、調(diào)質(zhì)、制粒、膨化等。

　?。ㄒ唬?粉碎目的

　　1、增加飼料的表面積，有利于動物的消化和吸收。動物營養(yǎng)學(xué)試驗證明，減少顆粒尺寸，改善了干物質(zhì)、蛋白質(zhì)和能量的消化和吸收，降低了料肉比。

　　2、改善和提高物料的加工性能。通過粉碎可使物料的粒度基本一致，減少混合均勻后的物料分級。對于微量元素及一些小組分物料，只有粉碎到一定的程度，保證其有足夠的粒子數(shù)，才能滿足混合均勻度要求；又如對于制粒加工工藝，粉碎物料的粒度必須考慮粉碎粒度與顆粒飼料的相互作用，粉碎的粒度會影響顆粒的耐久性和水產(chǎn)飼料在水中的穩(wěn)定性。

　　（二）粉碎粒度要求

　　對于不同的飼養(yǎng)對象、不同的飼養(yǎng)階段，有不同的粒度要求，而這種要求差異較大。在飼料加工過程中，首先要滿足動物對粒度的基本要求，此外再考慮其它指標(biāo)。

　　1、豬飼料的適宜粉碎粒度

　　1）仔豬飼料粉碎粒度：各項研究結(jié)果表明，仔豬飼料中谷物原料的粉碎粒度以300～500為最佳。其中，斷奶仔豬在斷奶后0～14天，以300為宜。斷奶后15天以后以500為宜。

　　2）育肥豬飼料的粉碎粒度：飼料試驗表明，谷物粒度減小會改善體增重和飼料轉(zhuǎn)化率，但小粒度時，出現(xiàn)豬胃腸損傷和角質(zhì)化現(xiàn)象。試驗表明，生長育肥豬的適宜粉碎粒度在600～500。采用粒度小的飼料進(jìn)行制粒后的飼喂育肥豬，糞內(nèi)的干物質(zhì)減少27%。

　　3）母豬飼料的粉碎粒度，適宜的粉碎粒度同樣可提高母豬的采食量和營養(yǎng)成分的消化率，減少母豬糞便的排出量，大量試驗表明母豬飼料的粉碎粒度以400～500最適宜。

　　2、雞飼料粉碎粒度要求

　　通過大量綜合研究結(jié)果，雞采食小粒度飼料的增重顯著高于采食大粒度。肉雞飼料中谷物的粉碎粒度在700～900為宜。產(chǎn)蛋雞對飼料的粉碎度反應(yīng)不敏感，一般控制在1000為宜。

　　3、魚蝦飼料對粉碎粒度的要求

　　NRC（1993）的魚類營養(yǎng)需要標(biāo)準(zhǔn)中推薦魚配合飼料的粒度應(yīng)小于等于0.5mm。一般魚用配合飼料的原料的粉碎要求全部通過40目篩（0.425mm篩孔），60目篩（0.250mm篩孔）篩上物不大于20%。魚飼料的對數(shù)幾何平均粒徑應(yīng)在200以下。我國水產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)（SC2002-94）對中國對蝦配合飼料粉碎粒度要求是全部通過40目篩（0.425mm篩孔），60目篩（0.250mm篩孔）篩上物不大于20%，其粒徑在200以下。鰻魚、甲魚飼料要求粉碎的要求很細(xì)，一般仔鰻和稚鱉要求98%的過100目篩，平均粒徑小于100；成鰻和成鱉飼料，一般控制98%的過80目篩，粒徑控制在150以下。

　　二、粉碎粒度及其測定

　?。ㄒ唬?粒度

　　物料顆粒的大小稱之粒度，它是粉碎程度的代表性尺寸。對于球形顆粒來說，其粒度即為直徑。對于非球形顆粒，則有的以面積、體積或質(zhì)量為基準(zhǔn)的各種名義粒度表示法。在飼料行業(yè)一般采用粒度來表示物料的粒徑。

　?。ǘ┝６确植?/strong>

　　粉碎后的固體顆粒不僅形狀不一致，其大小也不一致。一般采用在全部顆粒中粒度小于d的所有顆粒的粒數(shù)、表面積和體積，占全部顆粒的粒數(shù)、表面積和體積的百分率，分別稱為粒數(shù)、表面積與體積的累積分布函數(shù)，以符號A(d)表示之。如將累積分布函數(shù)對粒度d微分，即得頻率分布函數(shù)?(d)為：頻率分布函數(shù)也有粒數(shù)?(N)、表面積?(s)和體積?(v)三種，分別表示粒度為d，粒度增量為1個單位范圍為顆粒數(shù)目、表面積和體積所占的百分率。

　?。ㄈ?粉碎比

　　物料粉碎前后的粒度比稱為粉碎比或粉碎度。它主要是指粉碎前后的粒度變化，同時近似反映出粉碎設(shè)備的作業(yè)情況。一般粉碎設(shè)備的粉碎比為3～30，但微粉碎和超微粉碎遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這個范圍，達(dá)到300～1000以上。對于一定性質(zhì)的物料來說，粉碎比是確定粉碎作業(yè)程度、選擇設(shè)備類型和尺寸的主要根據(jù)之一。對于大顆粒物料粉碎成細(xì)粉的粉碎操作，如要通過一次粉碎完成則粉碎比太大，設(shè)備的利用率低，故通常分成若干級，每級完成一定的粉碎比。這時可用總粉碎比來表示，它是物料經(jīng)幾道粉碎后各道粉碎比的總和。在水產(chǎn)飼料，特別是甲魚、鰻魚飼料粉碎中常采用粗飼料和微粉碎兩道工藝組分來達(dá)到微粉碎的目的。

　?。ㄋ模?飼料粉碎粒度的測定

　　確定散粒體的組成，有平面篩篩分法、顯微鏡法和沉降法等多種方法。在飼料行業(yè)，除對個別微小的組分因粒度極微，采用顯微鏡法外，通常采用篩分法。

　　1、配合飼料粉碎粒度測定法

　　據(jù)GB5917-86《配合飼料粉碎粒度測定法》，本法適用于標(biāo)準(zhǔn)編織篩測定配合飼料成品粉碎粒度。使用的儀器包括7層（含底篩一個）標(biāo)準(zhǔn)編織篩，由上至下依序是： 4、6、8、12、16目和底篩；統(tǒng)一型號的電動機(jī)、搖篩機(jī)和感量為0.01克的天平各一臺。測定時，從原始樣品中稱取試樣100克，放入規(guī)定篩層的標(biāo)準(zhǔn)編織篩內(nèi)，開動電動機(jī)連續(xù)篩理10分鐘。篩完后，將各層篩上物分別稱重，計算。該層篩上物留存重量該層篩上物留存百分率（%）= 試樣重量應(yīng)注意過篩的損失不得超過1%。雙試驗允許誤差不超過1%，雙試驗兩次檢驗結(jié)果得平均數(shù)既為檢測結(jié)果，檢驗結(jié)果計算到小數(shù)點(diǎn)后第一位。

　　2、算術(shù)平均粒徑法

　　又稱四層篩法。用10、18、40目和底篩（盲篩）的標(biāo)準(zhǔn)編織篩對數(shù)正態(tài)分布，粒度大小以重量幾何平均直徑dgw表示，粒度分布狀況以質(zhì)量幾何標(biāo)準(zhǔn)差Sgw表示。式中：di—第i層篩幾何寸（μm） di+1—比i層篩大一號的篩孔尺寸（μm） i—第i層篩上物得幾何平均直徑（μm），（μm） wi—第i層篩上物重（g）通過270目篩的物料（底篩的篩上物）幾何平均直徑可按44μm計算。

　　因為是對數(shù)正態(tài)分布，以質(zhì)量幾何平均直徑i為橫坐標(biāo)、以累計質(zhì)量的百分率∑Pi為縱坐標(biāo)，可在對數(shù)概率坐標(biāo)紙上得到一根直線,圖2-1是用孔徑為3.17mm篩板的錘片式粉碎機(jī)粉碎高粱得樣品，得到的粒度對數(shù)正態(tài)分布圖。

　　三、粉碎方法和粉碎理論

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　　在飼料加工過程中，對于谷物和餅粕等飼料，常用擊碎、磨碎、壓碎與劈碎的方式將其粉碎

　　a. 擊碎粉碎——物料在瞬間受到外來的沖擊而粉碎，它對于粉碎脆性物料最為有利，因其適應(yīng)性廣、生產(chǎn)率高，在飼料廠廣泛被應(yīng)用。

　　b. 磨碎——物料與運(yùn)動的表面之間受一定的壓力和剪切力作用，當(dāng)剪應(yīng)力達(dá)到物料的剪切強(qiáng)度極限時物料被破碎。

　　c. 壓碎——物料置于兩個粉碎面之間，施加壓力后粉料因壓應(yīng)力達(dá)到其抗壓強(qiáng)度極限而被粉碎，所以粉碎效果較好。

　　d. 鋸切碎——用一個平面和一個帶尖棱的工作表面擠壓物料時，物料沿壓力作用線的方向劈裂，當(dāng)劈裂平面上的拉應(yīng)力達(dá)到或超過物料拉伸強(qiáng)度極限時物料破碎。

　?。ǘ┪锪系牧W(xué)性質(zhì)

　　物料的力學(xué)性質(zhì)與所要選擇的粉碎方式有很大的關(guān)系。根據(jù)物料應(yīng)變與應(yīng)力的關(guān)系，以及極限應(yīng)力的不同，其力學(xué)性質(zhì)包括以下5種：

　　a. 強(qiáng)度——物料的強(qiáng)度是指其對外力的抵抗能力。通常以材料破壞時單位面積上所受的力即或Pa來表示，按受力破壞的方式不同，可分為壓縮強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、扭曲強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度等。

　　b. 硬度——硬度表示物料抵抗其它物料刻劃或壓入其表面的能力，也可理解為在固體表面產(chǎn)生局部變形所需的能量。

　　c. 脆性——脆性是與塑性相反的一種性質(zhì)，從變形方面看，脆性材料受力破壞時直到斷裂前只出現(xiàn)極小的彈性變形，而不出現(xiàn)塑性變形，因此其極限強(qiáng)度一般不超過彈性極限。

　　d. 韌性——材料的韌性是指在外力的作用下，塑性變形過程中吸收能量的能力。吸收能量越大，韌性越好，反之亦然。

　　e. 易磨（碎）性——僅用強(qiáng)度和硬度還不足以全面精確地表示材料粉碎的難易程度，因為粉碎過程除決定于材料物理性能外，還受物料粒度、粒形、粉碎方法等諸多因素的影響。所謂易碎性即在一定粉碎條件下將物料從一定粒度粉碎至某一指定粒度所需要的功耗比。

　　對一種具體的物料來說，上述5種力學(xué)特性之間有內(nèi)在的聯(lián)系，導(dǎo)致物料綜合性質(zhì)的復(fù)雜化，這些對于粉碎時所需要的變形力均有影響?？偟膩碚f，凡是強(qiáng)度越強(qiáng)、硬度越小，脆性越小而韌性越大的物料，其所需要的變形能就越多。選擇粉碎方法的重要依據(jù)是被粉碎物料的物理性質(zhì)。其中，被粉碎物料的強(qiáng)度和破裂性是兩個主要指標(biāo)，對于堅而不韌的物料，撞擊和擠壓較有效；對于韌性物料以剪切較好，對脆性物料以撞擊破碎為宜。在飼料加工中，谷物原料的粉碎一般用錘片式粉碎機(jī)，以撞擊粉碎作用為主，含纖維多的如礱糠等原料則以剪切和磨碎為主?？傊?，根據(jù)物料的物理和機(jī)械特性，正確選擇粉碎方法，對提高粉碎效能，節(jié)約能耗具有重要意義。

　?。ㄈ┓鬯槟Ｐ?/strong>

　　Rosin-Rammler等認(rèn)為：粉碎產(chǎn)物的粒度分布具有二成分性，即合格的細(xì)粉和不合格的粗粉。根據(jù)這種雙成分析，可以推論，顆粒的破壞與粉碎并非由一種破壞形成所致，而是由二種或二種以上破壞作用所共同構(gòu)成的。

　　a.體積粉碎模型——整個顆粒均受到破壞，粉碎后生成物多為粒度大的中間顆粒。隨著粉碎過程的進(jìn)行，這些中間顆粒逐漸被粉碎成細(xì)粉成分，撞擊粉碎和擠壓粉碎于此模型較為接近。

　　b.表面粉碎模型——在粉碎的某一時刻，僅是顆粒的表面產(chǎn)生破壞，被磨削下微粉成分，這一破壞作用基本不涉及顆粒內(nèi)部。這種情形是典型的磨碎和研磨粉碎方式。

　　a. 均一粉碎模型——施加于顆粒的作用力使顆粒產(chǎn)生均勻的分散性破壞，直接粉碎成微粉。均一粉碎模型僅符合結(jié)構(gòu)極其不緊密的顆粒粉碎。

　　實際粉碎過程往往是前幾工種粉碎模型的綜合，前者構(gòu)成過度成分，后者形成穩(wěn)定成分。體積粉碎與表面積粉碎所得的粉碎產(chǎn)物的粒度分布有所不同，體積粉碎后的粒度較窄較集中，但細(xì)顆粒比例較小，表面粉碎后細(xì)粉粒較多，但粒度分布范圍較寬，即粗顆粒也較多。

　　來源：飼料機(jī)械與加工

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