■王進紅 萬筱軍 吳兆勝 周玉姣

（江西省農(nóng)業(yè)機械研究所，江西南昌 330044）

蛋白質(zhì)資源緊缺已成為世界性的問題,由于我國人口多,資源有限,蛋白質(zhì)缺乏尤為嚴(yán)重,每年都要進口大量的魚粉等動物性蛋白,而發(fā)酵豆粕可部分替代魚粉,可以降低對動物性蛋白的依賴[1]。近幾年生物發(fā)酵豆粕作為新型高蛋白飼料在我國的發(fā)展相當(dāng)迅速,在湖北、廣東、河北等地發(fā)酵豆粕飼料的生產(chǎn)已形成相當(dāng)?shù)囊?guī)模,從發(fā)展趨勢上看,發(fā)酵豆粕在畜禽、水產(chǎn)養(yǎng)殖應(yīng)用潛力巨大,前景相當(dāng)廣闊[2]。但是與豆粕發(fā)酵工藝的研究重視程度相比，在相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備方面研究的投入很少，與國外的專用發(fā)酵豆粕生產(chǎn)技術(shù)相比有很大的差距[3]，其中發(fā)酵豆粕粉碎后冷卻工藝研究是一個薄弱環(huán)節(jié)。包裝前產(chǎn)品未充分冷卻，由此產(chǎn)生打包故障、脹包、堆垛結(jié)塊等現(xiàn)象，一方面會影響生產(chǎn)的連續(xù)性、輸送、貯存、銷售，另一方面會造成飼料質(zhì)量和口感下降。因此對發(fā)酵豆粕粉碎后冷卻工藝的研究對產(chǎn)品質(zhì)量的提高、成本的降低和規(guī)模化生產(chǎn)有必要性。

1 發(fā)酵豆粕生產(chǎn)工藝

國內(nèi)生產(chǎn)發(fā)酵豆粕質(zhì)量和規(guī)模做得比較好的企業(yè)，廣泛采用固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)，在粉碎前進行了冷卻，粉碎后直接打包。其基本工藝流程如圖1。

圖1 發(fā)酵豆粕生產(chǎn)工藝流程

2 問題分析及對策

國內(nèi)某大型發(fā)酵豆粕生產(chǎn)公司反映，生產(chǎn)中經(jīng)常會出現(xiàn)脹包、結(jié)塊現(xiàn)象，影響了正常生產(chǎn)和銷售。我們實地考察了其生產(chǎn)工藝流程：干燥后的豆粕經(jīng)提升機輸送到粉碎機前的流化床進行冷卻，冷卻后的物料經(jīng)粉碎緩沖倉進入粉碎機粉碎，粉碎后的物料經(jīng)氣流輸送到打包緩沖倉自動打包。粉碎前冷卻工藝流程如圖2。生產(chǎn)中實測：干燥后物料含水率10%，打包車間環(huán)境溫度38℃，生產(chǎn)區(qū)域環(huán)境溫度43℃，冷卻流化床進料溫度為48℃，冷卻后出料溫度為45℃，粉碎后物料溫度52℃，經(jīng)氣流輸送至緩沖倉打包口物料溫度49℃，高出生產(chǎn)區(qū)域環(huán)境溫度6℃，高出打包車間環(huán)境溫度11℃。分析認(rèn)為在安全水分下，包裝時產(chǎn)品溫度過高，封口后熱量無法快速散發(fā)，自然冷卻后產(chǎn)品有水蒸汽凝出是導(dǎo)致產(chǎn)品脹包、結(jié)塊的重要原因，同時也會造成風(fēng)管堵塞、打包秤計量不準(zhǔn)等故障。企業(yè)采用打包后自然攤涼后再縫包的方法防止脹包、結(jié)塊，占用了大量的車間面積、降低了生產(chǎn)效率、提高了產(chǎn)品成本。因此包裝前產(chǎn)品應(yīng)充分冷卻[4]。

圖2 粉碎前冷卻工藝流程

3 粉碎前后冷卻工藝設(shè)計

根據(jù)上述情況分析，粉碎前冷卻可降低粉碎時物料溫度，防止豆粕溫升過高影響產(chǎn)品質(zhì)量，但經(jīng)粉碎機粉碎后的豆粕仍會升溫7℃左右，雖經(jīng)氣流輸送、緩沖倉降溫，但由于車間環(huán)境溫度高、管道路徑短，降溫效果不明顯，導(dǎo)致打包時產(chǎn)品溫度太高。因此考慮在粉碎后增加冷卻設(shè)備來降低物料溫度。冷卻設(shè)備要求投資小、見效快、工作可靠、占地面積小、便于改造。

3.1 設(shè)備選擇

常用的冷卻設(shè)備有：

①氣流冷卻：優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，冷卻快，物料停留時間短，缺點是氣流在系統(tǒng)中壓降較大，干燥管長，耗能大，同時管壁也極易磨損，分離器的負(fù)荷大，發(fā)酵豆粕具有黏性和酸性，處理時極易出現(xiàn)積料堵塞等現(xiàn)象[5]。

②滾筒式冷卻：優(yōu)點是可連續(xù)操作，處理量大，對物料適應(yīng)性強，冷卻速率大。缺點是設(shè)備笨重，黏性物料容易黏附在轉(zhuǎn)筒壁和抄料板上，冷空氣不容易接觸，占地面積大，造價高[6]。

③葉輪式逆流冷卻器：采用冷卻風(fēng)流方向與物料流動方向相反的逆流原理。物料由頂部進入，冷風(fēng)由穿過底部孔板全方位均勻進入冷卻倉內(nèi)穿過物料，冷風(fēng)與冷物料先接觸并逐漸升溫后與熱物料接觸，在倉內(nèi)形成物料從上到下溫度逐漸降低，空氣從下到上溫度逐漸上升。改變?nèi)~輪電機轉(zhuǎn)速可方便精確地實現(xiàn)排空、減小和增加排料量，排料連續(xù)均勻、排空無殘留，適合于小顆粒物料的冷卻處理。獨特的原理使其具有風(fēng)速均勻、風(fēng)量大，冷卻介質(zhì)與物料溫差小的特點。冷卻后料溫不超過室溫3～5℃，效率高。該設(shè)備具有結(jié)構(gòu)簡單、自動化控制容易、工作可靠、占地面積少、能耗低、干凈衛(wèi)生的特點[7]。葉輪式逆流冷卻器結(jié)構(gòu)示意如圖3，葉輪排料機構(gòu)示意如圖4。

圖3 葉輪式逆流冷卻器結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 葉輪排料機構(gòu)示意圖

對比以上常用冷卻設(shè)備的優(yōu)缺點，我們選擇葉輪式逆流冷卻器作為冷卻設(shè)備。

3.2 工藝改造

考慮改造成本和空間的影響，根據(jù)現(xiàn)場布置情況，第一次改造時將增加的葉輪式逆流冷卻器作為粉碎前冷卻，將原有流化床冷卻作為粉碎后冷卻。粉碎前后冷卻工藝流程如圖5。

圖5 粉碎前后冷卻工藝流程

設(shè)備改造完成投入試生產(chǎn)，葉輪式逆流冷卻器工作正常，但流化床出現(xiàn)大量粉塵，無法正常工作，于是關(guān)掉流化床正壓工作風(fēng)機，維持上部負(fù)壓風(fēng)機工作，生產(chǎn)恢復(fù)正常。實測：打包車間溫度38.5℃，產(chǎn)品溫度43℃。產(chǎn)品經(jīng)自動打包機正常打包、堆垛后無脹袋、結(jié)塊現(xiàn)象。試生產(chǎn)一周后，發(fā)現(xiàn)冷卻效果下降，產(chǎn)品溫度逐漸升高，檢查設(shè)備后發(fā)現(xiàn)流化床篩下積累大量物料無法排出造成堵塞，使流化床冷卻效果惡化。分析原因，可能是物料顆粒太細，原有的風(fēng)機系統(tǒng)無法使物料正常流化，造成流化床篩下氣體正壓，物料外溢。在關(guān)掉篩下正壓風(fēng)機工作后，有物料從篩孔下落逐漸積累，造成流化床堵塞，不能正常工作。

3.3 工藝調(diào)整

針對以上情況，我們考慮流化床對太細的物料不太適合，需對設(shè)備進行調(diào)整。將流化床作為粉碎前冷卻設(shè)備，葉輪式逆流冷卻器作為粉碎后冷卻設(shè)備，并盡量遠離車間高溫區(qū)。調(diào)整后工藝流程如圖6。

設(shè)備改造完成后投入試生產(chǎn)，流化床的上下正負(fù)壓風(fēng)機正常開啟，沒有出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，葉輪式逆流冷卻器工作正常。實測打包車間溫度37.5℃，產(chǎn)品溫度41℃，比調(diào)整前冷卻效果更好，產(chǎn)品經(jīng)自動打包機打包、堆垛后無脹袋、結(jié)塊現(xiàn)象。經(jīng)試生產(chǎn)一周后，檢查各設(shè)備狀況良好，投入正常生產(chǎn)。后期依此改造了第二條生產(chǎn)線，也取得了較好的效果。

4 討論

4.1 發(fā)酵豆粕在粉碎前冷卻能防止粉碎時物料溫度過高影響產(chǎn)品質(zhì)量；粉碎后冷卻能保證產(chǎn)品打包時的溫度在許可范圍內(nèi)，防止產(chǎn)品脹包和結(jié)塊，所以增加粉碎后冷卻是有必要的。今后需對冷卻設(shè)備做進一步的研究，降低企業(yè)的投資成本。

圖6 調(diào)整后工藝流程

4.2 干燥冷卻車間總體布置要求空間大、空氣流動快、緩沖倉體積不宜過小，利于熱量及粉塵的擴散和生產(chǎn)安全。

4.3 粉碎前后冷卻設(shè)備，粉碎機氣流輸送等風(fēng)機盡量引用干燥車間外的冷空氣，以利于產(chǎn)品降溫。