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（一）、擠壓膨化機(jī)加工技術(shù)的特性：

特性：現(xiàn)代擠壓膨化技術(shù)的擠壓膨化腔可認(rèn)為是一個(gè)較為特殊的連續(xù)反應(yīng)器。飼料在反應(yīng)器內(nèi)（擠壓膨化腔內(nèi)），在高溫（120～160℃以上）、高壓（4～10MPa）狀態(tài)下經(jīng)強(qiáng)烈的擠壓、剪切、摩擦、混合、擠出使飼料中的淀粉糊化、蛋白變性，物料之間的各組分產(chǎn)生強(qiáng)烈的物理和物理化學(xué)變化、物料在宏觀和微觀結(jié)構(gòu)上都產(chǎn)生了具大變化。同時(shí)飼料經(jīng)高溫、高壓在擠壓反應(yīng)器內(nèi)有高的水分，使各種抗?fàn)I養(yǎng)因子的活性能得到較有效的鈍化、有害病菌較能*滅活。從而，使擠壓膨化機(jī)的成品具有良好的耐水性和穩(wěn)定性、易消化、吸收效率高、含菌率低、安全性好等特點(diǎn)。調(diào)整擠壓膨化機(jī)有關(guān)參數(shù)可生產(chǎn)出各種性能的沉性、浮性和半浮性等水產(chǎn)飼料，這類飼料符合魚蝦水生動(dòng)物的使用特點(diǎn)和要求。與此同時(shí)，擠壓膨化機(jī)還能用于改善和提高飼料原料的使用價(jià)值。因此，現(xiàn)代擠壓膨化機(jī)所生產(chǎn)的水產(chǎn)飼料質(zhì)量是其他飼料成型機(jī)械*的。可以說(shuō)現(xiàn)代擠壓膨化機(jī)在飼料加工業(yè)中的運(yùn)用前景必將是極為廣闊。

雖然優(yōu)良的擠壓膨化機(jī)設(shè)備投資較其他成型機(jī)械要高，操作管理水平要求嚴(yán)格，動(dòng)耗要高于其他成型機(jī)械。由于，現(xiàn)代擠壓膨化機(jī)的特點(diǎn)和功能相比遠(yuǎn)優(yōu)于其他成型機(jī)械。所以，現(xiàn)代的擠壓膨化機(jī)的得到了廣大飼料工作者，特別是水產(chǎn)飼料的工作者厚愛(ài)。

（二）、擠壓膨化機(jī)工作原理：

擠壓膨化機(jī)的擠壓加工理論自擠壓膨化機(jī)問(wèn)世以來(lái)，國(guó)內(nèi)外科技工作者對(duì)其工作原理就一直不斷的進(jìn)行研究，并得到大量的研究成果，論述了飼料在擠壓腔內(nèi)的擠壓過(guò)程及物理和物理化學(xué)變化。但至今還沒(méi)有一種完整的、全面的、系統(tǒng)的擠壓膨化機(jī)擠壓理論來(lái)指導(dǎo)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。由于飼料擠壓膨化機(jī)工作過(guò)程有三十余個(gè)變量，而且各因素之間又互相影響。為此，飼料在擠壓過(guò)程的變化十分復(fù)雜，難以進(jìn)行較可靠的定量分析，不能用一個(gè)或幾個(gè)公式能完整表達(dá)擠壓膨化機(jī)在擠壓膨化過(guò)程中的理論。目前擠壓膨化機(jī)每一步的發(fā)展，都在現(xiàn)有的擠壓理論基礎(chǔ)上，靠大量的試驗(yàn)才能獲得到該條件下的較好的結(jié)構(gòu)參數(shù)和工藝參數(shù)。雖現(xiàn)有擠壓膨化機(jī)的擠壓理論不夠完整、全面、系統(tǒng)，但對(duì)擠壓膨化機(jī)工作過(guò)程（見(jiàn)圖1）的分析，仍有較好的作用，具有定性的和一定范圍的定量作用，有較好的指導(dǎo)意義?，F(xiàn)有zui常用的擠壓膨化機(jī)的擠壓理論，主要是飼料在擠壓腔內(nèi)經(jīng)擠壓、剪切、摩擦、混合過(guò)程中飼料呈現(xiàn)出塑性流動(dòng)性，使飼料外觀和微觀結(jié)構(gòu)上都產(chǎn)生了具大變化，即產(chǎn)生了物理及物理化學(xué)變化。根據(jù)這變化為依據(jù)，提出以下兩種擠壓膨化理論：1飼料在擠壓腔內(nèi)溶融（揉合）體根據(jù)物料機(jī)械輸送、熱力學(xué)、流變學(xué)為基礎(chǔ)建立和提出的喂料輸送理論、溶融（揉合）理論、溶融（揉合）熟化（組織化）理論。2以螺桿特性線、膜頭特性線及擠壓膨化機(jī)的工作特性圖為基礎(chǔ)的理論。現(xiàn)對(duì)這些理論來(lái)進(jìn)行簡(jiǎn)單討論。

a

b
圖1 a，b 擠壓膨化機(jī)工作過(guò)程

1、擠壓膨化機(jī)輸送溶融揉合工作原理：

從圖1看出飼料在擠壓膨化機(jī)的工作過(guò)程，分為喂料（固體）輸送區(qū)、揉合（溶融）區(qū)及揉合（溶融）熟化（組織化）成型區(qū)。為此，擠壓膨化機(jī)工作原理從這三個(gè)區(qū)為單位進(jìn)行討論。

1）、喂料（固體）輸送區(qū)及其理論分析：

調(diào)質(zhì)后的飼料進(jìn)入膨化腔內(nèi)的螺桿輸送區(qū)，該區(qū)主要功能為：（1）、是向溶融區(qū)輸送飼料，物料處于固體狀態(tài)。（2）、對(duì)飼料壓縮，加熱，飼料密度開始增加。飼料在進(jìn)入膨化腔內(nèi)的螺桿輸送區(qū)，飼料開始向揉合區(qū)方向輸送，飼料在螺桿螺紋斜面推力下既作軸向運(yùn)動(dòng)，又作周向運(yùn)動(dòng)，實(shí)際飼料運(yùn)動(dòng)軌跡是作螺旋運(yùn)動(dòng)。由于螺桿螺距由大變小，所以，飼料既有螺旋運(yùn)動(dòng)又在逐步壓縮。

喂料（固體）輸送段輸送產(chǎn)量的關(guān)系式如下：

QS=π2 nh1D（D－h(huán)1）（b/b+e）tanψtanφ/tanψ+tanφ

QS：螺桿對(duì)固體物料在進(jìn)料段的輸送量m3/s；
n：螺桿轉(zhuǎn)速r/s； h1：螺桿螺紋槽的深度m
D：螺桿外直徑mb：螺紋槽的寬度m
e：螺凌的寬度mψ：螺桿螺旋角（ °）
φ：物料輸送角（ °）
物料物料輸送角φ，φ=arccos（Ksimφ+ M）
K：為作用在物料上的力比，M：螺紋槽中的集合項(xiàng)
M 、K 值與進(jìn)料段的開始和末端的壓力、物料與螺桿及機(jī)筒的摩擦系數(shù)，螺桿內(nèi)、外直徑、螺旋寬度、螺桿平均螺旋角、進(jìn)料段長(zhǎng)度等因素有關(guān)。

2）、揉合區(qū)及其理論分析：

（1）、揉合（溶融）過(guò)程的物理模型和溶融基理：

揉合（溶融）過(guò)程的物理模型見(jiàn)圖2

圖2揉合（溶融）過(guò)程的物理模型

喂料（固體）輸送區(qū)飼料仍處于固體狀態(tài)，而揉合（溶融）過(guò)程飼料經(jīng)螺桿的螺旋及揉合塊的作用下使飼料受到強(qiáng)力擠壓壓力、揉合、加溫、加濕，飼料開始從粉狀單粒固體向塑性溶融體轉(zhuǎn)變，在高溫和強(qiáng)力的擠壓下飼料雖然密度進(jìn)一步提高，并在揉合區(qū)中后部逐步整體呈現(xiàn)出塑性流動(dòng)性。

（2）、揉合（溶融）理論：

飼料在從喂料（固體）輸送區(qū)進(jìn)入溶融區(qū)揉合（溶融）理論是建立在揉合（溶融）數(shù)學(xué)模型、熱力學(xué)、流變學(xué)的基礎(chǔ)上。

揉合區(qū)的主要關(guān)系式：

α揉合溶融系數(shù)：α=（ Rh1 b1/2/QSρS） ；

ρS固體粉狀物料的密度（即被溶物料的密度）， kg/m3；
R物料揉合（溶融）時(shí)供熱量與需要熱量的比值，kg/m1.5s ；

R=（Vbxρm/2）1/21/2 ；

Vbx機(jī)筒內(nèi)表面垂直螺凌方向上的分速m/s ；
Vj機(jī)筒內(nèi)表面運(yùn)動(dòng)速度Vb與飼料固體運(yùn)動(dòng)速度VSZ的合速度m/s；
ρm揉合（溶融）物料的密度kg/m3；λm揉合（溶融）物料的熱導(dǎo)率J/ mt；
CS粉狀飼料的比熱J/kgt ；i粉狀飼料的比能J/kg ；
η 揉合物料表觀粘度Pas；Tb揉合溶融溫度t℃ ；
Tm揉合溶融區(qū)機(jī)筒的溫度t ℃； Ts進(jìn)入揉合區(qū)粉狀飼料溫度t ℃
揉合內(nèi)*溶融段長(zhǎng)度L2，L2= （h1/α）（ 2‐A/α） m；
螺桿螺槽底部斜度A， A=2（h1‐h3） Dsimψ/L1
h3揉合溶融區(qū)螺槽深度mL1揉合溶融區(qū)長(zhǎng)度m

由加料段送來(lái)的料已被壓到有較高密度的固體料，進(jìn)入溶融區(qū)的物料受到與機(jī)筒、螺桿及物料之間的剪切、摩擦和外部加熱的共同作用下先在機(jī)筒內(nèi)壁溶融成溶膜。隨著物料的推進(jìn)，溶膜厚度增加到整個(gè)螺槽。

該理論中對(duì)物料的擠壓，揉合過(guò)程的力的關(guān)系未能直接的表達(dá)出來(lái)。為此，該區(qū)的關(guān)系式在飼料揉合（溶融）區(qū)的理論上還不夠完整，全面。

3）、揉合（溶融）熟化（組織化）區(qū)及其擠壓理論分析：

揉合（溶融）熟化（組織化）成型區(qū)的理論是建立在流體（粘性）動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)上，是研究飼料在該區(qū)域如何達(dá)到理想的溶融、塑性流動(dòng)及其飼料的定溫、定壓、定量、連續(xù)地?cái)D壓條件。

飼料在該區(qū)域內(nèi)在高溫、高壓的擠壓條件下，按流體（粘性）動(dòng)力學(xué)理論導(dǎo)出飼料在該區(qū)域擠壓成型產(chǎn)量及其膜頭處壓力，即擠壓成型的壓力。

該區(qū)域螺桿擠壓成型量：

Qm=（π2D2h3cosψsimψ）n/2—（πDh33sim2ψ）p/12η1L3
—（π2D2δ3tanψ） p/10η2 L3m3/s

擠壓成型膜頭處壓力：p= p2—p1Pa

Qm：揉合（溶融）熟化成型輸送量，m3/s；
L3：揉合（溶融）熟化（組織化）成型區(qū)長(zhǎng)度，m ；
η1：螺槽內(nèi)溶融物料的粘度，Pas ；
η2：螺桿與機(jī)筒的間隙中物料的粘度，Pas ；
p：膜頭處壓力Pa ；δ：螺桿與機(jī)筒的間隙，m ；
p1：揉合（溶融）開始處溶融物料的壓力Pa ；
p2：揉合（溶融）末端處溶融物料的壓力Pa 。

從上各關(guān)系式可知：

1）、擠壓膨化機(jī)產(chǎn)量取決于喂料（固體）輸送段輸送量、而揉合（溶融） 和揉合（溶融）熟化區(qū)的效果是保證擠壓膨化機(jī)產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)鍵。而三區(qū)域內(nèi)須匹配。為此，高速擠壓膨化機(jī)建立在該基礎(chǔ)之上。

2）、在結(jié)構(gòu)不變的情況下，擠壓成型區(qū)的產(chǎn)量Qm隨物料粘度增加而增加，螺桿轉(zhuǎn)速增加而提高，但機(jī)內(nèi)擠壓壓力將下降。所以，螺桿轉(zhuǎn)速增加而提高時(shí)，為了確保擠壓膨化質(zhì)量，須增加合理的揉合塊或減少螺槽截面。

3）、初步揭示了擠壓膨化輸送段輸送量、而揉合（溶融） 和揉合（溶融）熟化與飼料的性能、螺桿、螺筒及工藝各參數(shù)之間的關(guān)系。是改進(jìn)、提高擠壓膨化性能和工藝操作條件。

4）、適當(dāng)提高揉合（溶融）的溫度有利于飼料揉合（溶融）效果等。

2、螺桿特性線、膜頭特性線及擠壓工作特性線理論

1）、螺桿特性線：螺桿輸送量Q1與揉合（溶融）輸送量Qm關(guān)系為：

Q1螺桿輸送量，kg/h Qm揉合（溶融）輸送量kg/h
ρm揉合（溶融）料的密度kg/m3n螺桿轉(zhuǎn)速r/s
α、β、γ為螺桿的幾何參數(shù)有關(guān)系數(shù)。η溶融料的粘度Pas

具體螺桿的幾何參數(shù)引入后螺桿輸送量Q1為：

Q1=0.06π（D－h(huán)3）（scosψ－e） h3ρmnγ/cosψkg/h

D螺桿直徑cmh3揉合（溶融）熟化段螺槽深度cm
s螺距cme螺凌的寬度cm
ψ螺桿螺旋角（ °）γ傳送系數(shù)一般取0. 2～0. 5

2）、膜頭特性線：膜頭溶融料輸送量Q2=Q1

Q2 =Q1 =Kp/η=3600ρm Kp/ηkg/h

K膜孔形狀、尺寸系數(shù)p膜頭壓力Pa

3）、螺桿、膜頭特性線見(jiàn)工作特性圖3：擠壓膨化機(jī)產(chǎn)量應(yīng)Q3=Q2=Q1

圖3 擠壓膨化機(jī)工作特性圖

從上式中擠壓膨化機(jī)產(chǎn)量Q與螺桿轉(zhuǎn)速、螺桿、膜頭的結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)，與物料粘度無(wú)關(guān)（在膜頭結(jié)構(gòu)尺寸不變時(shí)）。粘度大機(jī)頭處壓力高，。粘度小機(jī)頭處壓力低。所以，溶體物料通過(guò)時(shí)膜頭產(chǎn)量Q不變。

綜上所述三區(qū)域溶融理論三者相對(duì)獨(dú)立，*、二區(qū)有關(guān)系，與第三區(qū)尚未統(tǒng)一起來(lái)分析，該理論有一定不完整性。而螺桿特性線、膜頭特性線及工作特性線的擠壓理論。三區(qū)域已起來(lái)，但該理論中，物料的流變特性未能充分表達(dá)出來(lái)，因此，該理論仍有一些不足。