Екструдування та експандування

Зерна і комбікормів

Екструдування зерна і комбікормів. Технологічний процес екструдування широко застосовується для теплової обробки зерна, а також при виробництві комбікормів для риби, для хутрових звірів, домашніх тварин і при виробництві передстартових і стартових ком­бікормів для курчат і поросят.

Процес екструзії (від лат. extrusio – виштовхування) поля­гає у продавлюванні пластичного матеріалу через отвори певного перерізу. Для того, щоб надати зерну або комбікормам пластичних властивостей, їх обробляють спеціальними способами, в ос­новному зволожуючи водою або водяною парою до вологості 18...28% в залежності від складу композиції. Однорідність екструдату досягається при обробці сировини, попередньо подрібненої до розміру частинок в межах 1,0 мм.

Для обробки зерна застосовують одношнекові екструдери, для отримання комбікормів у вигляді екструдатів застосовують одно- або двошнекові варильні екструдери. Найбільшого поши­рення набули одношнекові екструдери (рис.6.28.).

В.А.Афанасьєв узагальнив основи теорії одно шнекового екструдера, основною умовою стійкої роботи якого є дотримання умови нерозривності

потоку:

Рис. 6.28 Схема одно шнекового прес-екструдера: 1 – вал набірного шнека перемінного поперечного перерізу; 2 – корпус; 3 – гріюча шайба; 4 – виток шнека; 5 – лопатки гомогенізатора; 6 – фільєри; 7 – ніж.

 

Q_ж = Q_ш = Q_м, (6.39.)

 

де Q_ж, Q_ш, Q_м – продуктивність живильника, шнека і матриці.

 

Якщо Q_ж < Q_ш < Q_м, гранули екструдату будуть погано фор­муватися, або не будуть формуватися взагалі. Якщо Q_ж > Q_ш > Q_м, екструдер може заклинити. Рівняння для визначення Q_ж, Q_ш, і Q_м мають вигляд

 

(6.40.)

(6.41.)

 

 

для прямого потоку вздовж шнека – (6.42.)

 

для зворотного потоку вздовж шнека – (6.43.)

для зворотного потоку між шнеком

і циліндричним корпусом – (6.44.)

 

(6.45.)

де D_ж і D_ш – діаметри шнека живильника і шнека екструдера;

n_ж і n_ш – частота обертання шнеків живильника і екструдера;

h_ж і h_ш – глибина нарізання витків шнеків живильника і екструдера;

φ_ж і φ_ш – кути підйому витків шнеків живильника і екструдера;

м – густина суміші на вході в матрицю;

ρ – густина гранул екструдату;

L – довжина шнека екструдера;

δ – зазор між витками шнека і циліндричним корпусом екструдера;

b – товщина виступу шнека екструдера;

z – кількість отворів у матриці;

d – діаметр отворів у матриці;

е – довжина каналу отворів матриці;

Р – різниця тиску в зоні стискання і зоні завантаження.

 

Наведені рівняння використовують при розрахунку параметрів екструдера для екструдування визначеної сировини. Безпосереднє використання наведених рівнянь для практичних розрахунків різноманітних сумішей проблематично, оскільки величини μ і ρ залежать від великої кількості факторів, в першу чергу, від хімічно­го складу і фізичних властивостей компонентів суміші, яка над­ходить в екструдер. Саме цими обставинами можна пояснити зміну режимів стійкої роботи екструдера при обробці сировини або сумішей компонентів різного складу.

За способами екструдування розрізняють звичайну і вариль­ну екструзію. Звичайна екструзія полягає в обробці, як правило, в одношнекових екструдерах зерна сухого або попередньо зволо­женого до вологості 18...22%. В результаті отримують екструдат, вміст вологи в якому не перевищує 13...14%, що дозволяє уникнути застосування технологічного процесу сушіння. В таких екструдерах можна обробляти як ціле зерно, так і подрібнене. При екструдуванні цілого зерна продуктивність екструдера нижча, а питомі витрати електроенергії вищі. Щоправда, наявність мучнистої фракції при екструдуванні подрібненого зерна часто призводить до «запікання» продукту в шнекові екструдера, що унеможливлює його подальшу роботу. Тому доцільно подавати в екструдер подрібнене зерно з розміром частинок понад 1 мм після вилучення мучнистої фракції в просіювальній машині.

Рис. 6.29 Екструдер варильного типу: 1 – горловина для завантаження комбікорму; 2 – паровий кондиціонер; 3 – форсунки для подачі водяної пари; 4 – корпус екструдера; 5 – система подачі водяної пари високого тиску; 6 – матриця; 7 – ніж у кожусі; 8 – привід; 9 – станина; 10 – пульт управління.

 

При виробництві спеціальних видів комбікормів (для лосо­ся, для собак і кішок і т.д.) застосовують варильну екструзію (рис.6.29.). Розсипний комбікорм попередньо подрібнюють до розміру частинок від 0,2 до 0,5 мм і подають в горловину 1 варильного екструдера. Комбікорм надходить в кондиціонер 2, в який подається водяна пара з тиском 0,1...0,2 МПа. Розігрітий і зволожений комбікорм надходить в корпус екструдера 4, в якому, як правило, розташовані два шнеки, що обертаються на­зустріч один одному. В робочу зону подається водяна пара (5) з тиском від 0,2 до 0,8 МПа. Комбікорм випресовується через матрицю 6. Гранули екструдату зрізають ножами 7, встановле­ними в захисному кожусі. Гранули екструдату, отримані у варильному екструдері, мають високий вміст вологи (22...25%) і потребують суші­ння. Такий процес екструдування більш витратний, проте дозволяє отримувати гранули екструдату будь-якої форми та густини (рис.6.30.).

 

 

Експандування кормової сировини і комбікормів. Тех­нологічний процес експанду­вання набув широкого застосування при запровадженні більш жорстких вимог до санітарної якості комбікормів в ЄС, США та інших країнах. Підвищення санітарної якості можна досягти, насамперед, застосовуючи процес екструдування. Проте він при­значений в першу чергу для підвищення поживної цінності кор­мової сировини і характеризується невисокою продуктивністю. Процес експандування за своєю суттю практично ідентичний процесу екструдування і поєднує як функцію підвищення по­живної цінності сировини і комбікормів, так і підвищення їх санітарної якості.

Експандер відрізняється від екструдера, в першу чергу, кон­струкцією пресуючої матриці. На відміну від екструдера, в екс­пандері процес пресування обробленої сировини відбувається через щільову матрицю кільцевого типу (рис.6.31.). Оскільки майже половина поверхні тертя набуває руху під дією окремого приво­ду, то питомі витрати електроенергії суттєво знижуються. Так, на екструдування подрібненого зерна при попередньому зволо­женні парою до 18...22% витрачається від 70 до 120 кВт∙год/т, а при його експандуванні – від 15 до 35 кВт∙год/т. Робочий зазор регулюється завдяки гідравлічній системі наближення або відда­лення робочого конуса.

Рис. 6.31 Конструктивні особливості експандера: 1 – шнек змінного кроку; 2 – система подачі пари; 3 – щільова матриця кільцевого типу; 4 – робочий конус; 5 – пластини для розсікання; 6 – ніж; 7 – привід.

Вологість продукту в експандері становить 16...22%, а тем­пература – до 120 °С. Отриманий продукт (експандат) має вологість 13...14%, його температура становить 90...95 °С. Експандат має вигляд кусків розміром від 20 до 50 мм. Його под­рібнюють і просіюють для отримання комбікормової крупки, або для подальшого гранулювання.

В продукт, який обробляється в експандері, можна добавляти велику кількість рідких компонентів (до 20%), при цьому іноді виникає необхідність сушіння обробленого продукту. При подальшому гранулюванні подрібненого експандату продуктивність преса-гранулятора зростає майже на 100%. Причому міцність гранул можна рогулювати шляхом зміни робочого зазору в щільовій матриці експандера.

За даними компанії Amandus KAHL GmbH (Німеччина) застосування експандерів дозволяє отримувати комбікорми висо­кої санітарної якості для подальшого виробництва високоякіс­ної продукції тваринництва і птахівництва (табл.6.6.).

Завдяки великій продуктивності і значним перевагам процес експандування набув поширення при виробництві комбікормів для промислового вирощування бройлерів і молодняка птиці, а також для тварин, що утримуються в умовах тваринницьких комплексів.

Таблиця 6.6 – Деякі показники санітарної якості комбікормів

Зараженість	Комбікорм для бройлерів	Комбікорм для свиней
Розсипний комбікорм	Експандат (100 °С)	Розсипний комбікорм	Експандат (100 °С)
Загальна, КОО/г
Колібактерії к-сть/г
Е-колібактерії, к-сть/г
Плісеневі гриби, к-сть/г
Сальмонели, к-сть/г	+	Не виявл.	Не виявл.	Не виявл.