CN101692927A - 旁通熟化的膨化加工装置及膨化加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了粮食、饲料加工领域内的旁通熟化的膨化加工装置及膨化加工方法，该装置包括内设挤压螺杆的挤压腔，挤压螺杆上设有与挤压腔相配合的阻料环，阻料环将挤压腔分隔成一次挤压腔和二次挤压腔，一次挤压腔与二次挤压腔之间设有旁通管道将两者相连通，旁通管道外设有蒸汽加热腔。该膨化加工方法主要在于将物料经一次挤压腔中挤压后进入旁通管道，物料在旁通管道中被加热熟化，再进入二次挤压腔中挤压，最后出料切割成型。该装置及方法节约了机械能，减少了磨损，可用于粮食、饲料等物料的膨化加工。
Description
技术领域
本发明主要涉及粮食食品饲料加工领域内的成型设备与工艺，特别是涉及挤压膨化加工的装置及膨化加工的方法。
背景技术
现有食品、饲料挤压膨化用的加工装置包括挤压腔，挤压腔内设有挤压螺杆，挤压腔一端设有进料口，另一端设有出料切割装置。工作时，挤压螺杆连续地将物料从进料口推向出料切割装置，物料膨化并被切割成型。在此过程中，物料先后经过了喂料、揉和、最终熟化等几个阶段，物料的压力逐渐增大，温度逐渐升高，在高温、高压、高剪切条件下，物料的物性发生变化。由粉状变成糊状，淀粉糊化，蛋白变性，纤维质部分降解、细化，致病菌被杀死，卫生指标提高，有毒成分失活；最终物料在强大的压力差作用下，物料被膨化、失水、降温，膨化产品结构疏松、多孔、酥脆，且有较好的适口性和风味。但是，物料被挤压、搅拌、剪切、摩擦的所有的能量都是来源于挤压膨化设备的输入的机械能，这些机械能的输入影响到物料的压力和温度，也即影响到物料的熟化度，物料的熟化度不足时，物料的膨化品质将受到影响，因此，为保证产品具有良好的品质，物料本身应具有足够的能量。在现有技术中，为了降低机械能能耗，一些厂家会在喂料末端向物料中添加蒸汽，由于蒸汽的添加能够提高物料的糊化度，降低物料糊化过程中需要的机械能，但是其幅度有限。因为：膨化腔的空间很小，物料在整个膨化腔内的停留时间很短，蒸汽与物料渗透的时间很短，这样，物料因蒸汽的作用提升的熟化程度变得相对有限。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可以降低食品、饲料挤压膨化能耗、并能根据需要控制物料熟化度的旁通熟化的膨化加工装置，同时提供了一种利用该装置进行膨化加工的方法。
为此，本发明提供的旁通熟化的膨化加工装置，其包括挤压腔，挤压腔内设有挤压螺杆，挤压腔一端设有进料口，另一端设有出料切割装置，所述挤压螺杆上设有与挤压腔相配合的阻料环，阻料环将挤压腔分隔成靠近进料口一侧的一次挤压腔和靠近出料切割装置一侧的二次挤压腔，一次挤压腔与二次挤压腔之间设有旁通管道将一次挤压腔与二次挤压腔相连通，所述旁通管道外设有蒸汽加热腔。
本发明提供的膨化加工装置中，阻料环将挤压腔分隔成一次挤压腔和二次挤压腔，物料经初步挤压后，可进入旁通管道中，在压力状态下，物料被通入蒸汽加热腔中的蒸汽所加热，使物料迅速熟化，成为糊状，然后，物料经旁通管道进入二次挤压腔中，被挤压螺杆进一步加压后，从出料切割装置出料，物料瞬间失压膨化，并被切割成型。与现有技术相比，本发明可调节蒸汽加热腔中所通入蒸汽的压力、流量来控制物料的熟化度，以适应不同物料的需求；在旁通管道中，物料被熟化后，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，节约了从挤压螺杆的输入的机械能，减少了挤压螺杆和挤压腔的磨损。物料可形成料封，避免了挤压腔和挤压螺杆之间的间隙造成内泄漏带来的效能降低的问题。该装置节能、高效，可用于粮食、饲料等物料的膨化加工。
为能方便调节物料的含水量，同时，可向物料中直接输入热能，所述一次挤压腔上靠近阻料环位置设有蒸汽补入口。必要时，可通过蒸汽补入口向物料中补入一定压力的蒸汽，促进物料熟化并能加强物料的流动性。
为方便管道布置和加热，所述旁通管道呈U形，蒸汽加热腔的蒸汽进口在U形的开口两侧各设有一个，蒸汽加热腔的蒸汽出口设置在U形的底部。
为便于调节旁通管道内物料的压力，所述旁通管道上设有控制阀。通过控制阀的开度可调节旁通管道内物料的压力。
本发明还提供了一种利用上述装置进行的膨化加工方法：其步骤为：
(1)将经过调质的物料，其糊化度为40～50％，温度为90～100℃、含水率为20～32％，经进料口进入一次挤压腔中，物料被初步挤压后被输送至旁通管道中；
(2)通过蒸汽加热腔给旁通管道中的物料加温，使物料在压力状态下熟化，物料在该旁通管道内停留时间至1～5分钟，所受压力为0.1～1.0MPa；
(3)物料经过旁通管道后进入二次挤压腔，经挤压螺杆二次挤压至出料切割装置出料后，物料膨化并被切割成型。
上述步骤(1)中，可向一次挤压腔内的物料中添加蒸汽，蒸汽与物料的质量比为0～20％。可促进物料熟化并能加强物料的流动性。
所述蒸汽加热腔内的蒸汽压力为0.1～1.0MPa。旁通管道内物料的压力可通过旁通管道上设置的控制阀的开度进行控制。
附图说明
图1为本发明所述的装置的结构示意图。
图中，1出料切割装置，2二次挤压腔，3控制阀，4挤压螺杆，5阻料环，6蒸汽补入口，7一次挤压腔，8进料口，9传动系统，10、14蒸汽进口，11蒸汽出口，12蒸汽加热腔，13旁通管道。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，为旁通熟化的膨化加工装置，包括挤压腔，挤压腔内设有挤压螺杆4，挤压腔一端设有进料口8，另一端设有出料切割装置1，挤压螺杆4上设有与挤压腔相配合的阻料环5，阻料环5将挤压腔分隔成靠近进料口8一侧的一次挤压腔7和靠近出料切割装置1一侧的二次挤压腔2，一次挤压腔7上靠近阻料环5位置设有蒸汽补入口6；一次挤压腔7与二次挤压腔2之间设有旁通管道13将一次挤压腔7与二次挤压腔2相连通，旁通管道13外设有蒸汽加热腔12；旁通管道13呈U形，蒸汽加热腔12的蒸汽进口10、14在U形的开口两侧各设有一个，蒸汽加热腔12的蒸汽出口11设置在U形的底部，在旁通管道13上还设有一个控制阀3。
挤压螺杆4与传动系统9相连，传动系统9中电机的功率为15KW，挤压螺杆4直径为60mm；以往同样直径的挤压螺杆4需配置30KW的电机；经实践验证，由于有旁通管道13的设置，可明显降低电机的功率，相比较增加的热能，降低电机功率具有明显的经济性。
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160KW，螺杆直径165mm，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℃，物料的水分为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3.0mm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27.3kW·h/t。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160Kw，螺杆直径165mm，螺杆的长径比为13∶1。
从进料口喂料，在物料达到一次挤压腔末端时向物料内部添加蒸汽4％，在旁通管道内停留时间为5分钟，该区域内的压力为0.6Mpa，蒸汽加热腔中蒸汽压力为0.6Mpa。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11.5吨/小时，起吨料电耗为13.2KW·h/t。最终得到的膨化产品糊化度为100％，膨化颗粒饱满、美观。
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(KW) | 160 | 160 | / |
| A | B | 变化 | |
| 膨化产品的糊化度(％) | 100 | 100 | / |
| 膨化机的产量(t/h) | 5.5 | 11.5 | 提高209％ |
| 吨料电耗(KW·h/t) | 27.6 | 13.2 | 下降至47.8％ |
将A、B两组试验相比较，本发明中物料的熟化过程主要在不需要输入过多机械能的“旁通管道”内完成。该部分的熟化主要来自于物料在一定的温度及一定的压力下保持一定的时间，其外输入的能源主要是相对价值便宜的蒸汽。所以，利用本发明，在机械能输入不变的情况下，在物料的膨化后糊化度同样达到100％的前提下，膨化机的产能提升1.5～3倍，主电机吨料电耗仅仅是现有技术的33～67％。
实施例2
一种利用实施例1中的加工装置进行膨化大豆物料的加工方法，包括以下步骤：
(1)将经过调质的物料，其糊化度为40％，温度为90℃、含水率为20％，经进料口进入一次挤压腔7中，向一次挤压腔7内的物料中添加蒸汽，使蒸汽与物料的质量比为20％，物料被初步挤压后被输送至旁通管道13中；
(2)通过蒸汽加热腔给旁通管道13中的物料加温，蒸汽加热腔内的蒸汽压力为0.1Mpa，使物料在压力状态下熟化，物料在该旁通管道13内停留时间至1分钟，所受压力为0.1Mpa，旁通管道13内物料的压力通过控制阀的开度进行控制；
(3)物料经过旁通管道13后进入二次挤压腔2中，经挤压螺杆二次挤压至出料切割装置出料后，物料膨化并被切割成型。
实施例3
一种利用实施例1中的加工装置进行膨化玉米物料的加工方法，包括以下步骤：
(1)将经过调质的物料，其糊化度为50％，温度为100℃、含水率为32％，经进料口进入一次挤压腔7中，物料被初步挤压后被输送至旁通管道13中；
(2)通过蒸汽加热腔给旁通管道13中的物料加温，蒸汽加热腔内的蒸汽压力为1.0Mpa，使物料在压力状态下熟化，物料在该旁通管道13内停留时间至5分钟，所受压力为1.0Mpa，旁通管道13内物料的压力可通过调节控制阀的开度进行控制；
(3)物料经过旁通管道13后进入二次挤压腔2中，经挤压螺杆二次挤压至出料切割装置出料后，物料膨化并被切割成型。
实施例4
一种利用实施例1中的加工装置进行膨化大豆物料的加工方法，包括以下步骤：
(1)将经过调质的物料，其糊化度为45％，温度为95℃、含水率为25％，经进料口进入一次挤压腔7中，必要时可向一次挤压腔7内的物料中添加蒸汽，使蒸汽与物料的质量比为10％，物料被初步挤压后被输送至旁通管道13中；
(2)通过蒸汽加热腔给旁通管道13中的物料加温，蒸汽加热腔内的蒸汽压力为0.5Mpa，使物料在压力状态下熟化，物料在该旁通管道13内停留时间至3分钟，所受压力为0.5Mpa，旁通管道13内物料的压力通过调节控制阀的开度进行控制；
(3)物料经过旁通管道13后进入二次挤压腔2中，经挤压螺杆二次挤压至出料切割装置出料后，物料膨化并被切割成型。
实施例5
一种利用实施例1中的加工装置进行膨化物料的加工方法，包括以下步骤：
(1)将经过调质的物料，其糊化度为40～50％，温度为90～100℃、含水率为20～32％，经进料口进入一次挤压腔7中，必要时可向一次挤压腔7内的物料中添加蒸汽，使添加的蒸汽与物料的质量比为0～20％，物料被初步挤压后被输送至旁通管道13中；
(2)通过蒸汽加热腔给旁通管道13中的物料加温，蒸汽加热腔内的蒸汽压力为0.1～1.0Mpa，使物料在压力状态下熟化，物料在该旁通管道13内停留时间至1～5分钟，所受压力为0.1～1.0Mpa，旁通管道13内物料的压力可控制阀的开度进行控制；
(3)物料经过旁通管道13后进入二次挤压腔2中，经挤压螺杆二次挤压至出料切割装置出料后，物料膨化并被切割成型。
实施例6
一种利用实施例1中的装置进行膨化物料的加工方法，包括以下步骤：
(1)将经过调质的大米，其糊化度为44％，温度为96℃、含水率为28％，经进料口进入一次挤压腔7中，物料被初步挤压后被输送至旁通管道13中；
(2)通过蒸汽加热腔给旁通管道13中的物料加温，使物料在压力状态下熟化，物料在该旁通管道13内停留时间至2.5分钟，所受压力为0.6Mpa，旁通管道13内的物料的压力可通过改变挤压螺杆的转速来实现；
(3)物料经过旁通管道13后进入二次挤压腔2中，经挤压螺杆二次挤压至出料切割装置出料后，物料膨化并被切割成型。
Claims (8)
1.旁通熟化的膨化加工装置，包括挤压腔，挤压腔内设有挤压螺杆，挤压腔一端设有进料口，另一端设有出料切割装置，其特征在于所述挤压螺杆上设有与挤压腔相配合的阻料环，阻料环将挤压腔分隔成靠近进料口一侧的一次挤压腔和靠近出料切割装置一侧的二次挤压腔，一次挤压腔与二次挤压腔之间设有旁通管道将一次挤压腔与二次挤压腔相连通，所述旁通管道外设有蒸汽加热腔。
2.根据权利要求1所述的旁通熟化的膨化加工装置，其特征在于所述一次挤压腔上靠近阻料环位置设有蒸汽补入口。
3.根据权利要求1或2所述的旁通熟化的膨化加工装置，其特征在于所述旁通管道呈U形，蒸汽加热腔的蒸汽进口在U形的开口两侧各设有一个，蒸汽加热腔的蒸汽出口设置在U形的底部。
4.根据权利要求3所述的旁通熟化的膨化加工装置，其特征在于所述旁通管道上设有控制阀。
5.一种用权利要求1或2所述的加工装置进行的膨化加工方法，包括以下步骤：
(1)将经过调质的物料，其糊化度为40～50％、温度为90～100℃、含水率为20～32％，经进料口进入一次挤压腔中，物料被初步挤压后被输送至旁通管道中；
(2)通过蒸汽加热腔给旁通管道中的物料加温，使物料在压力状态下熟化，物料在该旁通管道内停留时间至1～5分钟，所受压力为0.1～1.0MPa；
(3)物料经过旁通管道后进入二次挤压腔，经挤压螺杆二次挤压至出料切割装置出料后，物料膨化并被切割成型。
6.根据权利要求5所述的膨化物料的加工方法，其特征在于：步骤(1)中，向一次挤压腔内的物料中添加蒸汽，蒸汽与物料的质量比为0～20％。
7.根据权利要求5所述的膨化物料的加工方法，其特征在于：所述蒸汽加热腔内的蒸汽压力为0.1～1.0MPa。
8.根据权利要求5所述的膨化物料的加工方法，其特征在于所述旁通管道内物料的压力通过旁通管道上设置的控制阀的开度进行控制的。
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