单-双螺杆的差别

双螺杆挤压机生产特种饲料的优势
◇武汉工业学院机械工程系李诗龙
◇近二十多年以来，双螺杆挤压机已经被广泛用于食品加工业，他们不仅用于谷物食品的加工，而且也越来越多地用于糖果糕点类产品乃至香料等产品的加工。

随着双螺杆挤压机应用领域的拓广，双螺杆挤压机也开始用于宠物饲料、水产饲料、特种经济动物饲料和幼畜哺乳期饲料等特种饲料的生产。

然而，我国现有的饲料加工仍以单螺杆膨化挤压机为主，尽管双螺杆挤压机在饲料加工业有一些应用，但和食品加工业相比则要逊色得多。

为了适应我国饲料工业发展的需要，很有必要重视双螺杆挤压技术在饲料加工中的应用。

◇为什么加工特种饲料要采用双螺杆挤压机而不是价格便宜的单螺杆挤压机呢?为此本文将介绍双螺杆挤压机的工作特性，供新建、扩建和改建企业在拟定设计方案和生产实践上，用作实用的技术参考。

◇ 1 单螺杆挤压机
◇单螺杆挤压机优于双螺杆挤压机最主要的一点是其结构简单，价格便宜，因此在食品工业领域有着广泛地应用，只有当单螺杆挤压机在生产中不能得到完全令人满意的效果时，才改用双螺杆挤压机。

◇单螺杆挤压机主要是靠拖曳流来完成输送的装臵。

物料只有粘附在筒壁上才能向前输送，摩擦力越大，则泵送效率越高。

若物料粘附在螺杆上，则不能向前输送。

这就限制了单螺杆挤压机对低粘性原料尤其是高含油脂原料的加工。

单螺杆挤压机的这种输送方式对于高压也很敏感。

压力将产生回流，降低输送效率。

由于输送量等于拖曳流减去压力流，所以高压常会引起总产量的降低。

◇在单螺杆挤压机中，大部分能量在机筒上传导。

这些能量既有通过机筒外热的传导，也有由于螺杆本身的剪切作用所产生的机械能。

其中机械能的大小是由螺杆转速和螺杆结构所决定的，这是因为剪切率与螺杆转速成正比，而对于一台确定的挤压机，螺杆结构一般是预先确定的，修改的可能性很小。

对于大型单螺杆挤压机，热交换及其输送产量和压力的增加都将变得更加困难，因为挤压机的尺寸越大，物料的表面积与体积之比就越小。

◇在单螺杆挤压机中，最难的地方还是混合性能的改善，良好的混合需要物料在挤压过程中频繁地翻动。

除了漏流，单螺杆挤压机的结构则极大地限制了物料的混合。

有些挤压机通过采用专用的节流元件插入螺杆结构中来用改善其混合特性，但效果是极其有限的。

由于这些混合元件也会引起一个较大的压力降，且单螺杆挤压机不良的泵送特性也限制了这些混合元件的长度。

◇ 2 双螺杆挤压机
◇完全啮合的同向双螺杆挤压机则大大改善了物料的输送、泵出和混合特性。

尽管双螺杆挤压机也是一种拖曳流机，但由于其啃合的螺旋结构，所以它具有一种正压泵的附加功能。

这使得双螺杆挤压机既可以用来输送高粘性的物料，也可以用来输送低粘性的物料，并具有自清理功能。

饲料生产过后，机器就会自动将内部剩余物料挤出机外，无须逐一地卸下来清理，节省了时间。

◇在同向双螺杆挤压机中，物料沿着一个“∞”形通道推进，其啮合区是两螺旋最重要的部位。

螺棱既产生正向输送，又允许物料改变方向，提供了更好的混合和热交换。

◇组合式的螺杆结构与分段剖分式的机筒一起可满足各种特殊的加工要求，组合成各种结构形式的双螺杆挤压机。

组成螺杆的每一个元件可设计成具有专门的输送、揉捏、混合、剪切和提高压力的功能。

这些元件沿螺杆长度方向的合理组合可对加工条件进行精确控制，为该系统提供各种不同的优势。

◇揉捏锁是组成螺杆构件的最重要的混合元件，它用来将所增加的机械能输入到产品中。

不同的混合元件将影响物料的扩散和混合分布程度。

采用何种形式的揉捏锁将视终产品的要求而定。

窄的揉捏锁用于使单位长度的流动分隔数最大，而宽的盘式揉捏锁则用于高剪切和扩散式混合。

◇双螺杆互相揉捏和摩擦，使能耗比单螺杆低。

这样可使物料揉合和熟化更充分，其整体的熟化度能够达到95%以上，产品在水中的稳定性能保持在24h以上，同时颗粒的表面光洁度和颗粒均匀度也更好。

膨化饲料充分熟化了以后，鱼儿吃起来不但口感好，而且营养易于吸收。

所以在购买饲料膨化机时，一定要考虑到物料的熟化程度能否达到90%。

◇ 3 流变学的影晌
◇评价不同的物料在挤压过程中是怎样受影响的一个简便方法就是看其流变学的影响。

◇在动物饲料和小吃食品的挤压加工中，其加工工艺和流变学特性差异很大。

为了定量区别不同产品在挤压加工中的流动曲线，一般可采用窄缝式在线或旁路流变仪来确定。

实际测试时，可在挤压机的出口安装一个装有四个传感器的窄缝式模头，通过改变其产量来测量两传感器之间的压力降Δp。

根据压力降ΔP和间距l以及窄缝高度H可以计算真实剪切应力：τ=H/2×Δp/l
◇表观剪切率γ可由体积流量Q和窄缝宽度W得出：γ=(6×Q)/(W×H2) ◇考虑到由于淀粉分子随其大分子量的改变而重排，呈抛物线速度分布的牛顿流体将完全变成了一个平顶的塞流，这可以通过幂律流体的流动指数方程来进行修正。

◇M.S.Starer通过对干法玉米小吃食品加工、狗饲料的常规加工和狗饲料的蒸汽注入法加工这三种不同挤出方式进行了比较试验，其试验的结果表明，对于玉米小吃食品，在干挤压过程中，幂律特性只有在高剪切率时才能观察到，这说明当挤压机在较高的产量和较短的停留时间时，淀粉分子存在明显的差异。

添加有19%的含水量的狗饲料也有类似塑料挤出的幂律特性。

但是，当注入6%的蒸汽时，这种粘滞特性就完全变成了非牛顿特性，这说明分子链仍保持足够长，从而在模头处的压力降不再依赖于模孔结构和挤压机产量，模头长度对压力的变化变得非常敏感。

因此，要求模头有一个较长的挤出长度。

◇ 4 可加工饲料的种类多
◇双螺杆挤压机最大的特点就是它能够对各种原料进行混合而不考虑其构成。

因此，像谷物、豆粉、动物粉、鲜肉、脂肪、营养素、蛋白质、维生素、淀粉以及湿鱼渣等如此多样化的组分都能很容易地进行加工。

因此双螺杆挤压机加工饲料的种类多，除了用于宠物饲料的加工，也可用
在水产饲料方面，像鱼、虾饲料，还有河鳗、高档观赏鱼饲料等。

◇宠物饲料的主要成分一般都是由谷物粉(如小麦粉)和含量较高的动物粉、鲜肉和脂肪等组成的。

在干法宠物饲料加工过程中，当鲜肉含量高达20%~30%时，挤压时需要强烈地混合和揉捏，这只有双螺杆挤压机才能完成。

因为双螺杆的相互揉搓、挤压，即使在原料高油脂的情况下也不会粘在一起而影响机器的运转，与单螺杆挤压机相比，在双螺杆挤压机中可以添加几乎两倍含量的脂肪到宠物饲料中，所以饲料配方含油脂可达到12%以上。

这样不仅提高了配方的质量，也减缓了零件的磨损和阻力，降低了生产成本。

而单螺杆的饲料膨化机就做不到这一点，在单螺杆挤压机中，脂肪含量受到限制，因为如果脂肪含量太高，导致挤压机剧烈地波动，并因此导致产品质量的不稳定。

一旦饲料油脂含量过高，就会造成饲料黏着，机器无法运行。

◇此外，还可用于色彩的识别，因为双螺杆挤压机在30s的时间内即可完成原料的改变，这就允许多色混合物的产品直接在挤压机中加工。

◇ 5 经济性分析
◇经济性分析不应只看到双螺杆挤压机比单螺杆挤压机的价格高，而应考虑生产每吨产品的费用。

随着蒸汽注入法的出现，在双螺杆挤压机中可获得更大的效率。

螺杆直径在80mm的膨化机，每小时可以生产150～200kg；螺杆直径为90mm的膨化机，每小时的生产能力为500～800kg；
螺杆直径在110mm的膨化机，生产能力就更高了，每小时可以达到1000～1500kg。

每吨饲料的生产成本约在200元左右。

(编者按：牧羊MY146×2双螺杆挤压膨化机其螺杆直径为146mm，每小时可达5000～10000kg。

) ◇随着大扭矩的新型挤压机的出现，其螺杆的最大转速可达到1000rpm，甚至更高。

在以往需要大型号挤压机的地方，今后可能只需要采用较小型号的挤压机。

随着新材料新技术在挤压机中的应用，螺杆的磨损将越来越小，即使加工带有骨粉或其他磨损较大成分的原料，其机筒的使用寿命也可以达到15000～20000h以上。

由此可见，双螺杆挤压机不仅能够生产出更一致性的产品和更多样化的产品，而且大扭矩高转速的双螺杆挤压机将产生更大的经济效益。