CN101664658B - 生产高熟化挤压产品的设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粮食饲料机械领域的高熟化挤压产品的生产设备及生产方法，以降低挤压机械能输入，提高相对便宜的热能输入。生产高熟化挤压产品的设备的挤压腔前部设有锥形放大段、大直径段及锥形缩小段，对应的螺杆分别为锥形放大螺杆、大直径螺杆及锥形缩小螺杆，进料腔后部及放大熟化区的外周壁上分别设有蒸汽接口。生产高熟化挤压产品的方法中，物料先经调质，分别在喂料区后部及放大熟化区添加蒸汽，在尾部熟化区，物料的压力及温度得到提高，进而实现高糊化度，最后从出料模的模孔被挤压出来并切割成粒状。该生产设备及生产方法使物料在熟化过程中对机械能的依赖变小，在机械能输入不变的情况下可以提高产能。

Description

生产高熟化挤压产品的设备及方法

技术领域

本发明涉及一种生产膨化产品的设备，尤其是涉及一种生产高熟化挤压产品的设备；本发明还涉及一种膨化产品的生产方法，尤其是涉及一种生产高熟化挤压产品的方法。

背景技术

现有技术中，为了得到高糊化度的挤压产品，物料首先通过调质器使用水和蒸汽进行调质，物料在调质器中与水、蒸汽充分的接触渗透，经过一段时间，物料得到一定的预糊化，此时物料的糊化度一般在35～50％之间，预糊化后的物料再进入螺旋挤压机中进行挤压。

中国发明专利申请公布说明书，公开号为CN101057702A，公开日为2007年10月24日，公开了一种用于高淀粉类原料膨化的膨化机，包括进料腔及挤压腔，进料腔连接在挤压腔的一端，出料模连接在挤压腔的另一端，进料腔的前部设有进料口，进料腔与挤压腔内设有首尾相接的螺杆转子，各段螺杆的外径均相等。物料从进料口进入进料腔，在螺杆的旋转挤压下沿挤压腔向出料模方向运动，在此过程中，物料受到螺杆强大的机械能作用，物料的温度、压力逐渐提升，到达出料模孔前，物料的糊化度达到最高状态，随后从出料模的模孔中被挤压出来，经切刀切割得到高糊化度的挤压颗粒产品。

中国实用新型专利说明书，公告号为CN2437152Y，公告日为2001年7月4日，公开了一种膨化制粒机，蒸汽调质装置通过管道与喂料装置的出口相连接，蒸汽调质装置配有径向蒸汽进口和加水口。为调节膨化温度，膨化筒的夹层中加冷却水或蒸汽。

以上膨化机从进料口到出料模之间的可被物料填充的截面积都是逐渐变小或者是不变的，物料在整个熟化过程中能量的输入主要来源于两部分：一是在调质器中通过蒸汽和水的调质，使物料得到一定的预熟化；二是物料在挤压机中被完全熟化，这一部分能量依靠机械能的输入。现有技术中物料在调质器中得到的预熟化的程度不是很高，一般仅仅达到35～50％，也就是如果要求最终挤出物的糊化度达到100％，那物料熟化需要的其余能量输入主要依赖于机械能，而机械能的输入依赖于挤压机的主电机。所以在膨化机主电机的功率确定后，要想使物料达到高糊化度，膨化机的产能将较低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种降低对食品、饲料挤压机械能输入，提高热能输入的生产高熟化挤压产品的设备，以解决现有技术中物料膨化机械能消化大、产能低的问题。

本发明另一个要解决的技术问题是，提供一种降低对食品、饲料挤压机械能输入，提高热能输入的生产高熟化挤压产品的方法。

对于降低对食品、饲料挤压机械能输入，提高热能输入的生产设备来说，本发明的技术方案为，提供一种生产高熟化挤压产品的设备，包括进料腔及挤压腔，进料腔连接在挤压腔的一端，出料模连接在挤压腔的另一端，进料腔的前部设有进料口，进料腔与挤压腔内设有首尾相接的螺杆转子，螺杆转子的外廓形状分别与所在腔体的形状相适配，所述挤压腔前部设有大直径段，大直径段的一端通过锥形放大段与进料腔相连接，另一端通过锥形缩小段与挤压腔的尾部相连接，所述锥形放大段和/或大直径段的外周壁上设有与其内腔相通的蒸汽接口。

该生产设备发明的有益效果是，锥形放大段和大直径段构成放大熟化区，通过在放大熟化区设置蒸汽接口，可以方便地向物料中添加蒸汽，放大熟化区能够使物料停留较长的时间，使物料得到进一步熟化。

作为该生产设备发明的改进，所述大直径螺杆的螺旋围绕螺杆轴间断设置。间断设置螺旋可以降低该段的输送能力，使物料在该区域停留更长的时间，得到深度熟化。

作为该生产设备发明的进一步改进，所述锥形缩小段螺杆与挤压腔的尾部螺杆之间设有压力环。由于压力环的存在，物料通过放大熟化区进入末端熟化区变得不太容易，使物料在放大熟化区域能够建立一定的压力，利于物料的熟化。

作为该生产设备发明的另一种改进，所述进料腔后部的外周壁上设有与其内腔相通的蒸汽接口。通过该蒸汽接口可以在进料腔即向物料输入蒸汽。

对于降低对食品、饲料挤压机械能输入，提高热能输入的生产方法来说，本发明的技术方案为，提供一种生产高熟化挤压产品的方法，包括如下步骤：(1)物料先经调质器调质，使其预糊化，调质后的糊化度为35～50％，温度为90～100℃、含水率为18～32％；然后由进料口进入挤压机中并形成初步挤压，在进料腔后部向物料添加1～5％(重量)的蒸汽，物料的温度升高至100～115℃；再将物料输送至锥形放大段及大直径段；(2)在锥形放大段及大直径段继续向物料添加1～10％(重量)的蒸汽，同时物料在该区域中建立起一定的压力，通过更换不同直径的压力环，调节压力值的高低，将压力调节为0.5～2.0兆帕，物料在该区域停留20～60秒，温度为120～150℃，糊化度得到提高；(3)物料进入挤压腔尾部，压力及温度得到提高，压力达到3.5～5.5兆帕之间，温度达到140～170℃之间；进而得到高糊化度的物料，由出料模的模孔被挤压出来，接着被切刀切割成粒状。

该生产方法发明的有益效果是，锥形放大段和大自径段构成的放大熟化区，通过向进料腔后部、放大熟化区的物料中添加蒸汽，可以增加物料的热能，热能相对于机械能价格较低；大直径段可以使物料停留较长的时间，使物料得到进一步熟化；物料在一定的压力下使用蒸汽熟化的熟化效果比常压下使用蒸汽的熟化效果大大提高。大直径段的螺旋间断设置可以降低该段的输送能力，使物料在该区域停留更长的时间，提高压力和温度。物料经过放大熟化区后的糊化度可达到45～70％，最终由出料模的模孔被挤压出来时的糊化度可达到98～100％。

作为该生产方法发明的一种进一步的优选方案，物料经调质后的糊化度为45％，温度为95℃，含水率为19％；在进料腔及放大熟化区向物料内部添加6％(重量)的蒸汽，蒸汽的压力为0.8兆帕，在物料在放大熟化区内停留时间为35秒，最大压力为1.0兆帕。最终产品的糊化度可以达到100％。

作为该生产方法发明的另一种进一步的优选方案，物料经调质后的温度为95℃，含水率为18％；在进料腔和放大熟化区向物料添加3％(重量)的蒸汽，物料在放大熟化区的温度达到132℃，停留时间达到30～45秒。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图中：1进料口，2进料腔，3a进料腔蒸汽接口，3b锥形放大挤压腔蒸汽接口，3c大直径挤压腔蒸汽接口，4锥形放大段，6大直径段，7锥形缩小段，8尾部熟化段，9出料模，10切刀，11进料螺杆，12锥形放大螺杆，13大直径螺杆，14锥形缩小螺杆，15压力环，16尾部螺杆。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一种生产高熟化挤压产品的设备，包括进料腔2及挤压腔，进料腔2连接在挤压腔的一端，出料装置连接在挤压腔的另一端，进料腔2与挤压腔内设有首尾相接的螺杆转子，进料腔2的前部设有进料口1，进料腔2后部的外周壁上设有与进料腔内部相通的蒸汽接口。挤压腔包括依次连接的锥形放大段4、大直径段6、锥形缩小段7及尾部熟化段8，与挤压腔各段相对应的螺杆分别为锥形放大螺杆12、大直径螺杆13、锥形缩小螺杆14及尾部螺杆16。大直径螺杆13的螺旋围绕螺杆轴间断设置，即螺旋不是连续的，有些位置是断开的。锥形缩小螺杆14与尾部螺杆16之间设有压力环15。锥形放大段及大直径段的外周壁上均设有与挤压腔相通的蒸汽接口。

膨化机主要分为三个区域：喂料区、放大熟化区和尾部熟化区，喂料区由进料腔2与进料螺杆11组成，放大熟化区包括锥形放大段及大直径段，之后连接一个锥形缩小的挤压腔，最后连接尾部熟化区，尾部熟化区包括挤压腔的尾部熟化段8和尾部螺杆16。挤压腔的出口处安装有出料模9，出料模9后安装有切刀10，切刀10由切割电机驱动。

在生产过程中，物料先经调质器调质，其糊化度为35～50％，温度为90～100℃、含水率为18～32％，首先通过进料腔2的进料口1进入膨化机，并形成初步挤压，通过进料螺杆11的旋转向出料模9方向运行，物料到达进料腔后部，通过进料腔蒸汽接口3a向该位置的物料添加1～5％(重量)的蒸汽，物料的温度升高至100～115℃；

然后物料进入放大熟化区，物料在放大熟化区通过锥形放大挤压腔蒸汽接口3b、大直径挤压腔蒸汽接口3c进一步向物料中添加1～10％(重量)的蒸汽，同时物料在该区域中建立起一定的压力，通过压力环将压力调节为0.5～2.0兆帕，由于该区域有一个比较大的空间，同时大直径螺杆13的螺旋是非连续结构，其输送能力不是很强，所以物料在该区域能够停留20～60秒，且能够充满整个空间，温度为120～150℃，物料经过该区域后的糊化度达到45～70％。另外由于压力环15的存在，物料通过放大熟化区进入尾部熟化区变得不太容易，这样物料在放大熟化区域能够建立一定的压力，通过调整压力环直径的大小，将压力调节为0.5～2.0兆帕。物料在此压力下，经过足够长的时间，加上向物料添加蒸汽的条件下，物料会进一步熟化，尤其重要的是，在这种工况下物料熟化的能量输入主要来源于热能，而非机械能。这样物料在整个熟化的过程中对机械能的依赖会变小，可以在机械能输入不变的情况下，提高挤压机加工的产能。

然后物料进入尾部熟化区，压力达到3.5～5.5兆帕之间，温度达到140～170℃之间，最终物料由出料模的模孔被挤压出来，接着被切刀切割成粒状，物料的糊化度达到98～100％。物料在放大熟化区进一步熟化后，其呈流质或半流质状态，物料的流动性好，机械阻力小，减少了机械摩擦，节约了从挤压螺杆输入的机械能，减少了挤压螺杆和挤压腔的磨损。该膨化机节能、高效，可用于粮食、饲料等物料的膨化加工。

实施例1

通过设有放大熟化区的挤压膨化加工设备进行膨化混合物料。

实施例1对比试验：

A)利用一台现有技术的单螺杆膨化机进行生产试验，获得相关参数。现有技术膨化机的主电机功率为160千瓦，螺杆直径165毫米，螺杆的长径比为13∶1，螺杆配置区域分为喂料区、揉和区、最终熟化区；

物料的配方见表一，物料的粉碎细度为95％通过80目筛，99.5％过60目筛，100％过50目筛。物料首先在一个普通的调质器中进行预熟化，经过调质器后物料的糊化度为45％，物料的温度为95℃，物料的含水率为19％。

表一物料的配方(重量百分含量)

豆粕	27
		小麦粉	25
麦麸	18
		菜仔饼	27
油脂	3
		合计	100

物料进入膨化机中挤压，出料切割装置中的出料模孔使用3.0毫米直径。生产时尽量增加喂料量以提高主电机负载，当主电机负载率为95％时，膨化机产量为5.5吨/小时，此时，该膨化机的吨料电耗为27.3千瓦时/吨，最终得到的膨化产品糊化度为100％，膨化颗粒饱满、美观。

B)利用本发明技术在该单螺杆膨化机进行改进，并进行生产试验，获得相关参数。同样，该台单螺杆膨化机，主电机功率为160千瓦，螺杆直径165毫米，螺杆的长径比为13∶1。

从进料口喂料，在喂料区和放大熟化区向物料内部添加蒸汽6％，添加蒸汽的压力为0.8兆帕。在物料在放大熟化区内停留时间为35秒，该数据指喂料量在6.8吨/小时的停留时间，物料在放大熟化区的最大压力为1.0兆帕。其余工艺参数不变。

生产时尽量增加喂料量以提高主电机负载，当主电机负载率为95％时，该装置的产量为6.8吨/小时，起吨料电耗为22.0千瓦时/吨。最终得到的膨化产品糊化度为100％，膨化颗粒饱满、美观。

实施例1的对比试验相关参数见表二

表二生产控制参数与检测结果参数

	A	B	变化
				主电机功率(千瓦)	160	160	/
膨化产品的糊化度(％)	100	100	/
				膨化机的产量(吨/时)	5.5	6.8	提高123.6％
吨料电耗(千瓦时/吨)	27.3	22.0	下降至80.6％

将A、B两组试验相比较，首先比较物料消耗的机械能，A组试验是27.3千瓦时/吨，B组试验是22.0千瓦时/吨，B组试验消耗的机械能小了，但是最终物料的糊化度还是达到了全糊化的程度。在本发明的装置中，物料在放大熟化区域内有效的利用了热能，比较明显的提高了物料的糊化度。最终达到了降低机械能、提高产量的目的。

实施例2

利用实施例1中的加工设备进行膨化大豆物料。

实施例2对比试验：

C)利用一台现有技术的单螺杆膨化机进行生产试验，获得相关参数。现有技术膨化机的主电机功率为110千瓦，螺杆直径200毫米，螺杆的长径比为8∶1，螺杆配置区域分为喂料区、揉和区、最终熟化区；物料采用全脂大豆，经过3.0毫米筛片进行粉碎。

物料首先在一个普通的调质器中进行预调质，调质后物料温度为95℃、含水率为18％，然后物料由进料口进入普通的单螺杆膨化机进行挤压。

当开机膨化机运行一段时间后，逐步提高喂料量。在这一个过程中由于产量的提高，物料在挤压腔中的停留时间降低，物料的尿酶活性指标是增大的，同时膨化机的主电机的负载也在增加。

在增加喂料量的过程中，当膨化大豆的尿酶活性达到0.15时，此时膨化机的喂料量是3.2吨/小时，主电机的负载率是80％；此后进一步逐步提高膨化机的喂料量，当膨化大豆的尿酶活性达到0.2时，此时膨化机的喂料量是3.8吨/小时，主电机的负载率是90％。

D)利用本发明技术在该单螺杆膨化机进行改进，并进行生产试验，获得相关参数。同样，该台单螺杆膨化机，主电机功率为110千瓦，螺杆直径200毫米，螺杆的长径比为8∶1。

物料的粉碎细度和调质等工艺参数和C组试验一致。

经过同样方法调质后的物料经进料口进入喂料区中，并通过螺杆输送，物料到达放大熟化区。在喂料区和放大熟化区，添加3％的蒸汽，物料在放大熟化区的温度达到132℃，停留时间达到30～45秒，停留时间随着喂料量变化而变化，然后物料通过尾部熟化区挤压出来。

当开机膨化机运行一段时间后，逐步提高喂料量。在这一个过程中由于产量的提高，物料在挤压腔中的停留时间降低，物料的尿酶活性指标也是相应增大，同时膨化机的主电机的负载也在增加。

在增加喂料量的过程中，当膨化大豆的尿酶活性达到0.15时，此时膨化机的喂料量是3.7吨/小时，主电机的负载率是82％；此后进一步逐步提高膨化机的喂料量，当膨化大豆的尿酶活性达到0.2时，此时膨化机的喂料量是4.2吨/小时，主电机的负载率是93％。

表三实施例二的对比数据

将C、D两组试验相比较，首先比较在同品质情况下的喂料量，利用本发明应用的膨化机生产能力大大提升。再比较在同品质情况下的吨料电耗，吨料电耗也下降很多。

Claims (7)

1.一种生产高熟化挤压产品的设备，包括进料腔及挤压腔，进料腔连接在挤压腔的一端，出料模连接在挤压腔的另一端，进料腔的前部设有进料口，进料腔与挤压腔内设有首尾相接的螺杆转子，螺杆转子的外廓形状分别与所在腔体的形状相适配，其特征是，所述挤压腔前部设有大直径段，大直径段的一端通过锥形放大段与进料腔相连接，另一端通过锥形缩小段与挤压腔的尾部相连接，所述锥形放大段和/或大直径段的外周壁上设有与其内腔相通的蒸汽接口。

2.根据权利要求1所述的生产高熟化挤压产品的设备，其特征是，所述大直径段螺杆的螺旋围绕螺杆轴间断设置。

3.根据权利要求2所述的生产高熟化挤压产品的设备，其特征是，所述锥形缩小段螺杆与挤压腔的尾部螺杆之间设有压力环。

4.根据权利要求3所述的生产高熟化挤压产品的设备，其特征是，所述进料腔后部的外周壁上设有与其内腔相通的蒸汽接口。

5.一种利用权利要求4的设备生产高熟化挤压产品的方法，其特征是，该方法包括如下步骤：

(1)物料先经调质器调质，使其预糊化，调质后的糊化度为35～50％，温度为90～100℃、含水率为18～32％；然后由进料口进入挤压机中并形成初步挤压，在进料腔后部向物料添加1～5％(重量)的蒸汽，物料的温度升高至100～115℃；再将物料输送至锥形放大段及大直径段；

(2)在锥形放大段及大直径段继续向物料添加1～10％(重量)的蒸汽，同时物料在该区域中建立起一定的压力，通过更换不同直径的压力环，调节压力值的高低，将压力调节为0.5～2.0兆帕，物料在该区域停留20～60秒，温度为120～150℃，糊化度得到提高；

(3)物料进入挤压腔尾部，压力及温度得到提高，压力达到3.5～5.5兆帕之间，温度达到140～170℃之间；进而得到高糊化度的物料，由出料模的模孔被挤压出来，接着被切刀切割成粒状。

6.根据权利要求5所述的生产高熟化挤压产品的方法，其特征是，物料经调质后的糊化度为45％，温度为95℃，含水率为19％；在进料腔、锥形放大段及大直径段向物料内部添加6％(重量)的蒸汽，蒸汽的压力为0.8兆帕，在物料在锥形放大段及大直径段停留时间为35秒，最大压力为1.0兆帕。

7.根据权利要求5所述的生产高熟化挤压产品的方法，其特征是，物料经调质后的温度为95℃，含水率为18％；在进料腔、锥形放大段及大直径段向物料添加3％(重量)的蒸汽，物料在锥形放大段及大直径段的温度达到132℃，停留时间达到30～45秒。

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