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　　一、行業發展

　　自從 1856 年美國沃德申請了*份有關膨化的以來，許多發達國家對擠壓膨化相關的設備和工藝相繼作了廣泛研究，擠壓膨化技術在工業中的應用越來越受到青睞。
　　擠壓膨化技術應用于飼料工業起始于五十年代的美國，主要用于加工寵物飼料，對動物飼料進行預處理以改進消化性和適口性及生產反芻動物蛋白補充料的尿素飼料。到了八十年代，擠壓技術已經成為國外發展速度zui快的飼料加工新技術，它在加工特種動物飼料、水產飼料、早期斷奶仔豬料及飼料資源開發等方面具有傳統加工方法*的優點。 
　　膨化技術在我國的應用zui早使用于正大集團所屬的飼料加工企業，經過近十幾年的宣傳推廣，膨化料的*性已被廣大的養殖企業所接受，膨化機生產技術也逐步走向成熟。如果按照產業的發展階段（導入期、發展期、高峰期、衰落期）分析，我國膨化機的生產及膨化機的應用目前處于發展期，預計 3 － 5 年將進入高峰期。 
　　二、 膨化機 
　　（一）、膨化機的基本組成 

　　膨化機主要由動力傳動裝置、喂料裝置、預調質器、擠壓部件及出料切割裝置等組成。擠壓部件是核心部件，由螺桿、外筒及模頭組成。一般按外筒內螺桿的數量將擠壓機分為單螺桿擠壓機和雙螺桿擠壓機。由于雙螺桿擠壓機的投資大，除生產某些特種飼料外較少使用。目前，在飼料行業應用zui廣泛的是單螺桿擠壓機，具有投資少、操作簡單的優點。根據在膨化過程中是否向物料中加蒸汽，擠壓機又可分為干法膨化機和濕法膨化機。干法膨化機依靠機械摩擦和擠壓對物料進行加壓加溫處理，這種方法適用于含水和油脂較多的原料的加工，如全脂大豆的膨化。對于其他含水和油脂較少的物料，在擠壓膨化過程中需加入蒸氣或水，常采用濕法膨化機。擠壓機膛一般是組裝成的，便于所需要配置件的更換及保養。機膛節段有直溝型和螺旋溝型。直溝型有剪切、攪拌作用，一般位于擠壓機膛中段；螺旋溝型有助于推進物料，通常位于進料口部位，靠近模板的節段也設計成螺旋溝，使模板壓力和出料保持均勻。單螺桿從喂料端到出料端，螺根逐漸加粗，固定螺距的螺片逐漸變淺，使機內物料容量逐漸減少。同時在螺桿中間安裝一些直徑不等的剪切鎖以減緩物料流量而加強熟化。雙螺桿擠壓機的雙螺桿互相平行，有 4 種形式：非嚙合同向旋轉、非嚙合相對旋轉、嚙合同向旋轉和嚙合相對旋轉。其中非嚙合雙螺桿擠壓機可用作兩個分離的并列螺桿使用，各有不同的充滿度和出料。雙螺桿擠壓機在質量控制及加工靈活性上有其優勢，可以加工粘稠的、多油的或非常濕的原料以及在單螺桿擠壓機中會打滑的原料。
　　（二）、膨化機各組成部分的功能 
　　1 、喂料器 

　　喂料器上方一般接緩沖倉，以儲存一定量的物料，倉內物料在喂料器的推送下，連續均勻的進入調制器。 
　　 膨化機一般采用螺旋喂料器，進料段常采用變徑或變距螺旋，以保證緩沖倉出口均勻卸料。螺旋的直徑和螺距，應與膨化機的生產率相適應，以避免供料波動。
　　 一般喂料器的轉速要高于 100RPM ，盡量減少低速引起的供料波動現象。喂料器的轉速應可調，調速開關應當設置在膨化機的操作現場，操作員可根據膨化機主機電流和工作狀況隨時調整喂料量。 
　　2 、調質器 
　　調質器是一種將蒸汽和液體等添加劑與原料充分混合的機械裝置。 調質器可改善物料的膨化性，提高產量，降低能耗，提高膨化機螺旋、氣塞、膨化腔的壽命。通過調質，物料得以軟化，更具可塑性，避免了在膨化過程中大量的機械能轉變為熱能，同時減緩了螺旋、氣塞、膨化腔的磨損。 
　　調質器品種繁多，有 單軸槳葉式調質器、蒸汽夾套調質器 、雙軸異徑差速漿葉式調質器等。目前市場上的膨化機三種形式的調質器均有。一般膨化機采用單軸槳葉式調質器或蒸汽夾套調質器，水產膨化機采用雙軸異徑差速漿葉式調質器。
　　調質器主要有外腔和漿葉式轉子組成。為了維持調質器內有適量的物料，從而提供足夠的時間使蒸汽與物料充分混合，進而被物料吸收，漿葉的角度應可調， 一般單軸漿葉式調質器轉速不應低于 150r/min ，zui低不低于 100r/min 。
　　雙軸異徑差速漿葉式調質器單獨通過對其漿葉角度的調節可以使調質時間在幾十秒至 240 秒內變動，所以一般工作中不需要改變槳葉軸的轉速，漿葉角度的調節可以從入料口處調質器長度方向上 1/3 以后的漿葉開始，如需增加調質時間，可增加大徑低速正漿葉片與槳葉軸的夾角。雙軸異徑差速漿葉式調質器雖然粘壁滯留現象有所改善，但是有的物料粘壁滯留現象還是比較嚴重，此時可以適當減小小徑高速反漿葉片與攪動軸的的夾角，以此來加劇反漿葉片對粉料的逆向搓動，減少殘留量。
　　3 、擠壓部件 
　　擠壓部件是膨化機的主要工作部件，包括：膨化腔、螺桿、氣塞和揉切塊等機械部件。 在單螺桿擠壓腔中物料基本上緊密圍繞在螺桿的周圍，呈螺旋形的連續帶狀，螺桿轉動時物料沿著螺旋就像螺母一樣向前移動 , 但當物料與螺桿的摩擦力大于物料與機筒的摩擦力時 , 物料將與螺桿產生共轉 , 這就不能實現對物料的向前擠壓和輸送作用了。當物料的水分、油分越高，這種趨勢就越明顯。為避免這些問題，現在大多數的單螺桿擠壓膨化機采用分段式，單、雙螺旋，壓力環與捏合環交錯排列的組合螺桿和內壁開槽機筒，以適應機腔內物料的變化情況。
　　（1）、膨化腔： 

　　為便于所需要配置件的更換及保養，膨化腔 一般是組裝成的。膨化腔為圓筒狀，為增大與物料的摩擦剪切力，與螺桿僅有少量的間隙。膨化腔內壁有直溝型和螺旋溝型。直溝型有剪切、攪拌作用，一般位于擠壓機膛中段；螺旋溝型有助于推進物料，通常位于進料口部位，靠近模板的節段也設計成螺旋溝，使模板壓力和出料保持均勻。膨化腔也可做成夾套型，便于通入蒸汽或冷卻水。為便于操作，一般在膨化腔上安裝壓力傳感器和溫度表。
　　（2）、螺桿： 
　　螺桿是膨化機的zui主要配件之一，螺桿的質量是衡量膨化機質量的主要指標。目前市場上的螺桿材質主要有： 40 鉻鉬鋁、高鉻鑄鐵、不銹鋼及合金鋼滲碳、滲氮、滲碳化鎢處理。不同的材質，耐磨性不同，價格差距很大。
　　表示螺桿結構的參數主要有：直徑、螺距、根徑、螺旋角和葉片斷面結構。
　　 螺桿分單頭螺桿和多頭螺桿。
　　（3）、汽塞： 

　　汽塞沒有傳輸能力，對物料的流動起阻擋作用，當物料從一個螺旋傳送到另一個螺旋時，汽塞可使物料內外翻轉，伴隨著流動和混合。
　　 汽塞可以產生高低不同的剪切區域，有很強的剪切和揉搓效果，對通過的物料有強烈的摩擦作用，升溫*。
　　 通常通過改變汽塞的使用數量和直徑來得到不同膨化度的產品。
　　 （4）、出料裝置 

　　膨化機的出料裝置是產品通過膨化機的zui后關卡，對產品的形狀、質地、密度及外觀特征及其膨化機的生產量有很大影響。
　　膨化機的出料通常有單孔出料、環隙出料及模孔出料三種形式。
　　出料模的特性：
　　飼料用膨化機的出料模常采用經處理的鋼模；
　　飼料用膨化機的工作壓力一般在 21 － 175kgf/cm ；
　　模孔對物料應有適當的控制，以保證足夠長度的膨化腔被充滿。 
　　（5）、切割裝置

　膨化機常用的切割裝置有三種 ; 
　同步切刀：裝在膨化機主軸上的切刀； 
　異步切刀：由單獨動力驅動的切刀；
　截斷切刀：用于切段較長或慢速擠壓的場合。
　通常在操作之前就調整好切刀與壓模的間隙，刀片位置可以個別調整；對成型要求較高的場合，一般采用刀片，刀片與模面保持接觸。 
　　（6）、蒸汽系統 
　　蒸汽是調質時水分和熱量的來源，因此其質量的好壞直接影響調質的效果，漿葉式調質器在安裝時必須合理的設計蒸汽管路，使用穩定可靠的蒸汽減壓閥和疏水閥，保證進入調質器的是壓力穩定的干飽和蒸汽；蒸汽應從切線進入調質器，沿軸向噴出使之與粉料混合更強烈；蒸汽方向不可垂直對著調質器軸，那樣不僅達不到好的混和效果，反而使蒸汽對調制質器軸產生 “ 汽蝕 ” 而割斷調質器軸。調質時根據原料和配方以及氣候的變化選用合適的蒸汽壓力和添加量，濕度大的季節、原料水分含量高時應適當提高蒸汽壓力，減少蒸汽添加量；干燥季節、原料水分含量低時應降低蒸汽壓力、增加蒸汽添加量；夏天室溫較高可降低蒸汽壓力，因為低壓蒸汽釋放熱量和水分更為迅速；冬季氣溫低可提高蒸汽壓力，增強調質溫度，減少蒸汽管道中的冷凝水，有助于粉料的熟化。
　　蒸汽壓力不低于 5 － 7kgf/cm ；一般蒸汽供應量為干物料處理量的 10 %。
　　（7）、電控裝置 

　　由于膨化原料的特性不同，膨化機的產量差距很大，喂料器和切刀的轉速應可調。
　　控制柜應安裝在現場，便于操作員隨時調整。 
　　（三）、膨化機的工作參數 
　　1 、喂料量
　　通常情況下，喂料量要小到使膨化機處于“欠喂入”狀態，即保持喂料段的螺旋葉片間隙不*被物料充滿，隨著過渡段螺旋根徑的增大以及膨化腔尺寸的減小，當物料進入均質段時，螺旋葉片間隙被*充滿。
　　2 、螺旋轉速
　　螺旋轉速直接影響膨化腔的充滿度、物料在膨化腔不同區域的滯留時間、熱傳導率、膨化機的機械能輸入以及施予物料的力。
　　通常螺桿轉速在 100 － 700 轉 / 分的范圍內。
　　3 、比機械能 
　　所謂的比機械能是指單位產量所消耗的電能。比機械能與螺旋轉速和主軸扭矩成正比，與喂料量成反比。膨化不同的物料所要求的比機械能差距很大。
　　4 、膨化腔溫度
　　膨化機工作時大多需要控制溫度，工作時，由于傳導對流，熱能逐步由膨化腔的物料充滿區向非充滿區擴散。
　　具體的熱交換方式，不但取決于物料的物理特性（如比熱、相變溫度、濕度、比重、粒徑）和流變學特性，而且也受制于膨化機的結構配置和電機功率。
　　直接膨化谷物原料，隨糖份和脂肪含量的變化，腔內水分通常在 12 － 18%之間，物料溫度可達 180 度。
　　為防止物料被膨化腔內表面燒焦而過分褐變或限制蛋白變性程度，也可以在膨化腔隔層內加注冷水。
　　增加水分或油的含量，或通過降低螺桿轉速或改變螺旋配置來降低剪切程度可以降低物料的溫度。
　　膨化機溫度的穩定性，直接影響其出料的連續性和產品質量。
　　影響膨化機溫度的因素：
　　膨化腔內部結詬；
　　易損件磨損程度；
　　原料； 
　　控制參數設置； 
　　熱能輸入變化； 
　　環境溫度波動。
　　5 、膨化腔壓力
　　膨化腔壓力與物料特性有關，一般粘度越大，膨化腔壓力越大；一般膨化腔溫度越高，膨化腔壓力越大；一般膨化腔壓力越大，功耗越大；膨化腔壓力越大，磨損越嚴重。
　　6 、壓模壓力
　　壓模壓力越大，成型狀況越差；壓模開空面積越大，壓模壓力越小；膨化機模孔內側壓力一般約為 25 － 40 巴；壓模壓力越大，膨化越強烈，閃蒸越嚴重，水分損失越大；壓模壓力越大，功耗越大；壓模壓力越大，壓模損失越嚴重。
　　 　　三、膨化的綜合影響分析 
　　1 、膨化加工改變了飼料原料中各成分的物理結構和化學特性，尤其是其中的淀粉和蛋白成分。 
　　2 、糊化淀粉具有很強的吸水性和粘接功能。由于它的高度吸水性，使得我們可向產品中添加更多的液體成分（油脂、糖蜜等），同時，因為它具有比普通淀粉強的多的粘接功能，膨化過程淀粉的添加量可大大的減少。這為其他 O 原料的選擇提供了更多的余地，生產商可選擇更多的廉價原料替代那些昂貴的料，可以降低成本而不會影響產品品質。
　　3 、由于淀粉基質與蛋白質結合在一起，因此飼喂時不易流失，只有當動物體內消化酶分解淀粉時才將蛋白質釋放出來，提高了蛋白質的效價。 
　　4 、膨化過程使蛋白質發生變性，鈍化了許多抗營養因子，同時改變了蛋白質的三級結構，縮短了蛋白質在腸道中的水解時間。
　　5 、膨化處理將原料分子中囊化油脂釋放出來，提高了脂肪的熱能值。
　　6 、膨化將脂肪、淀粉、蛋白一起形成復合產物脂蛋白或脂多糖，降低了游離脂肪酸含量，鈍化了脂酶，抑制了油脂的降解，減少了產品儲存與運輸過程中油脂成分的酸敗。
　　7 、膨化處理減少了原料中細菌、霉菌和真菌含量，提高了飼料的衛生品質，改善了適口性。膨化飼料經過比制粒更高的溫度，壓力處理后，飼料中的致病微生物被殺滅（大腸桿菌、沙門氏菌、原蟲菌、殘留農藥等），能有效防止豬白痢、黃痢和水腫，提高幼崽成活率，有益畜禽健康。
　　8 、膨化飼料具有*的香味和蓬松感等優點，適口性好，糊化度高，具有很好的誘食效果。 
　　9 、顆粒飼料因環模的工作特點決定，難以生產高油脂含量的飼料，并且對飼料原料水分含量要求嚴，膨化飼料對油脂、水分含量要求放寬，能生產高能量飼料，充分滿足畜禽需要。
　　五、膨化加工的優缺點比較 
　　（一）、膨化加工的優點 
　　•  熟化：物料在 10 秒左右*熟化，膨化溫度視原料不同而不同，一般在 120 ℃ 到 175 ℃ 不等。熟化能破壞生長抑制因子在極短的時間內，于無氧狀態下完成加工，有助于保存蛋白質、能量和維生素的含量，也能降低產品因氧化而褐變；能提高產品的消化率和適口性。
　　•  滅菌、去度：高溫、高壓處理后，物料中的致病微生物被大量殺滅（諸如大腸桿菌、沙門氏菌、原蟲菌、殘留農藥等），能有效防止豬白痢、黃痢和水腫，提高幼崽成活率，有益畜禽健康。 
　　•  膨化成型：原料經連續高壓后突然降壓，可造成淀粉細胞的膠質化、油細胞的破裂，并可加工成所需要的產品現狀。
　　•  產品均質：物料在膨化前已先行做過粉碎或混合，膨化腔內螺桿、汽塞的摩擦、剪切作用將物料再進一步混合、破碎，有助于zui終產品的均質化。
　　•  脫水：在膨化料離開膨化機時，由于腔內的高溫高壓，其內部水分立即瞬時蒸發（閃蒸），對于儲存非常有益。
　　•  增強穩定性：膨化腔內的高溫高壓可以鈍化物料中引起*的酵素，免于在短期內造成物料中營養成分的迅速破壞，可增強產品儲存過程的穩定性。
　　•  適口性好：膨化料具有*的香味和蓬松感等特點，適口性好，糊化度高，具有很好的誘食作用。 
　　•  原料使用范圍廣：顆粒飼料因環模的工作特點決定，難以生產高油脂含量的飼料，并且對飼料原料水分含量要求嚴，膨化飼料對油脂、水分含量要求放寬，能生產高能量飼料，充分滿足畜禽需要。 
　　•  效益顯著：國內外飼養專家的研究表明，膨化飼料與顆粒飼料相比，料肉比可降低 8 － 10 %，這樣就會降低飼養成本，縮短育肥時間，提高經濟效益。
　　（二）、膨化加工的缺點： 
　　•  電耗高：膨化加工屬于摩擦生熱，另外加工時需*打破物料的組織結構，因此能耗一般較高。
　　膨化玉米：一般 80kw.h/t 左右；
　　膨化大豆：一般 40kw.h/t 左右； 
　　膨化配合料：一般 30kw.h/t 左右。 
　　但由于膨化過程已對物料進行充分的調質，對后續的制粒工序有很大好處，可提高制粒機產量 30 － 60%。
　　•  操作難度高：膨化加工涉及溫度、壓力、濕度、負荷等多種工作參數，操作員不但了解各種工藝參數，還需要掌握各種原料的特性，需要較全面的專業知識和工作經驗。
　　•  預熱：膨化加工屬熱加工，需要一定的溫度，冷機啟動時往往性能不太穩定，因此一般不宜停機。 
　　•  損失熱敏元素：由于高溫高壓，加工過程會損失熱敏元素。

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