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双螺杆膨化机在食品工业中的应用有哪些-济南大鹏机械

来源：济南大鹏机械设备有限公司2024/11/1 7:50:057

导读:

挤压技术作为一种经济的加工方法近年来在食品以及饲料行业中越来越广泛的得到应用。而双螺杆挤压机相对于单螺杆挤压机有着不可比拟的优势，其加工范围广、高熟化、自清洁能力强、操作控制稳定等优势逐渐被大家认可。对于要求比较高的食品行业来说双螺杆挤压机的这些优势可以得到更好的发挥，目前在早餐谷物、组织蛋白、膨化米粉、休闲食品等膨化产品的加工中，众多厂家都逐渐倾向于使用双螺杆挤压机。

目前市场上的各种类型的双螺杆挤压机很多，但其性能却相差比较大。作为食品行业的生产厂家如何选择一台适合于自身的双螺杆挤压机？一台高标准的、性能*的、能给使用厂家带来*的双螺杆挤压机具有哪些特征？本文主要从双螺杆挤压设备各方面的特征与相应的应用来探讨该问题，同时给食品行业中厂家对双螺杆挤压机的选择作出参考。

1. 调质设备是高性能双螺杆挤压机系统中*的配置

1.1 调质设备使挤压机的生产能力得到提高

从20世纪30年代*台挤压机用于膨化玉米以来，伴随着挤压技术的发展，挤压机的产量有了很大幅度的提升，挤压机的一个重要的性能指标——吨料电耗量与zui初的挤压机相比已有成倍的下降。究其原因，这固然和挤压技术的提升有关，但另外一个重要的因素是使用了调质设备，以及调质技术在在这些年的发展中也得到了快速的提升。

研究膨化产品在先调质后挤压zui后烘干的这样的一个工艺流程中各种能量对膨化产品的作用比例时，我们可以以下为例。经过粉碎一定细度（98%过80目）的淀粉含量在20%以上的物料在调质器中首*行预调质3~3.5分钟，调质温度达到95℃，经调质后物料水分达到26%，保证物料达到*的水合程度；调质后使用双螺杆挤压机进行挤压膨化，物料在挤压机中停留时间25秒，模板前的物料压力为39bar，同时保持135℃的温度；物料进入烘干设备烘干后水分为9%。在这一个过程中产品在各个工段中得到的能量作用大致如图1。可以看出物料在调质器中得到的能量达到占总能量的50%。

没有调质器的发展，今日难以造出大产量的挤压机。调质通过蒸汽提高物料温度，软化物料，降低物料摩擦阻力，由此降低挤压能耗，提高产量，提升挤压机运行的平稳性，也延长挤压机各部件的使用寿命。

1.2 调质设备使挤压机加工产品品质得到提升

由上可知物料的熟化主要在调质设备和挤压机中完成，调质设备中的熟化主要与水分、温度和时间有关，而对于挤压机，物料的熟化程度主要依赖于在挤压腔内部的剪切程度。在调质与挤压中，这四种因素相互影响，共同促进物料的熟化。

可以简单的把物料的熟化过程分为两种：一为弱调制、高剪切；二为强调制、低剪切。G.J.Rokey曾对这两种不同加工工艺的膨化产品作出比较，其使用的原料为玉米片。结果发现前者使物料过度的剪切、产品焦味与苦味特征扁高，而后者属于一种温和的加工方式，其产品基质较佳，从感官评估和物理结构分析都优于前者。因此配置性能*的调质设备能提升产品的品质。

1.3 性能*的调质设备具备的特征

对挤压机来说物料在调质器中进行调质就是对物料进行预熟化，而熟化的程度是衡量一台调质器性能的重要的指标，在熟化的过程中同时要考虑到物料熟化程度的均一性。

在调质器中物料可以简单看作一个蒸煮过程，蒸煮的程度主要指标是淀粉的糊化程度，及淀粉的糊化度，淀粉的糊化度主要通过时间、温度及水分来保证。在调质过程中温度和水分可以根据实际情况进行调节，而调质时间是一个固有因素，调质时间的长短也是衡量一台调质设备重要的指标。

调质设备在物料调质过程中与水和蒸汽的水合能力是衡量一台调质器性能的另外一项重要指标。即物料在调质过程中能和水及蒸汽进行充分的吸收及渗透，在一些有着特别要求的场合，如需要在调质其中添加其它液体或粉体，侧需要调质设备具有使物料与被添加物混合均匀的能力。

一台性能优良的调质器还应该具备*先出的特点，通过*先出可以保证物料在调质过程中均一性。当然一台性能优良的调质器也应该具备便于操作、便于清理、残留量小和电耗低等特征。

1.4 双轴差速调质器

双轴差速调质器的设计首先得符合物料在达到一定的湿度后再进行蒸汽调质的这个基本的要求，即先加水后加蒸汽。同时要求蒸汽使用尽量远离出料口，延长物料被蒸汽作用的时间。如图2所示，一般添加水被雾化后从壳体上方添加，蒸汽从下方添加。物料在调质机体内部呈堆积状，在堆积位置处需要足够的混合搅拌强度来保证物料与水及蒸汽的渗透程度，同时需要合适的浆叶配置保证物料的*先出。如图2中机体内部的深色区域表示调质器在正常运转过程中突然停止运转后物料在机体内部堆积的程度，该堆积的程度即为物料的充满度。

在实际应用中物料的充满度可以在40～60%之间进行调整。使用该调质器进行调质时，当调质后水分达到16%以上、调质时间为180秒时，物料中淀粉的糊化度可以达到45%~50%。图3表示双轴差速调质器调质时间与淀粉糊化度的关系。

物料预熟化能力达到45%以上的调质设备配套双螺杆挤压机，对于食品行业不管是早餐谷物、组织蛋白、米粉、休闲食品等绝大多数应用来说已经能满足其要求。

1.5 调质器

调质器是另外一种符合食品行业配套双螺杆挤压机要求的调质设备，如牧羊生产的SLTZ型调质器。该调质器经过大量试验，物料经调质后糊化度能达到50%以上。

调质器使高速调质与保温均质分开，二者功能分工明确,效果明显。上筒是高速调质，使添加蒸汽、水能够充分与物料混合、渗透，提高调质效果。下筒是保温均质，使物料调质更均匀，利用其大容积、底速输送的特征保证足够的调质时间。

2. 高性能双螺杆挤压机主机的特征

衡量一台双螺杆挤压机性能的主要指标是能否稳定的加工出品质均一的合格的膨化产品，以及其产量、单位产量电耗量等指标是否*。对于食品行业，品质均一的主要指标是要求膨化产品的容重控制在±5克/升以内，膨化颗粒大小色泽一致，以及膨化颗粒内部的气孔大小一致并分布均匀。挤压主机的特征和膨化产品的品质有直接关系。

如图4所示，典型双螺杆主机主要由主电机、传动箱、控制系统、底座、挤压腔、出料模板和切割等组成。

2.1 主电机为挤压提供机械能

为了提高挤压机的可控性以及增加产品的加工范围，一般双螺杆挤压机的主电机都配置可调速的变频电机。物料在挤压腔内所进行的剪切与摩擦是由挤压机的机械能提供，机械能的大小由主电机的功率决定。

对于双螺杆挤压机，配置的主电机的功率越大，其受到很多方面的限制，如传动箱的限制、主轴强度的限制。

主要的原因是当双螺杆挤压机螺杆直径确定后，两根主轴之间的中心距会得到限制。对于传动箱来说，当两个输出轴的的中心距限制后，轴承的选择、输出轴直径的大小会得到一个比较苛刻的约束；对于膨化腔内的主轴来说同样如此，中心距限制了主轴的zui大直径，即限制了主轴zui大转矩的提高。

对于大直径螺杆配置小功率的挤压机，会产生“大马拉小车”的现象，物料的膨化效果得不到保证，同时对于产量的提升会受到限制。所以目前国内外的双螺杆挤压机都在从挤压机的设计、材料的选择和加工工艺等方面寻求突破空间的限制，尽可能配置大功率的电机。目前*双螺杆挤压机不同螺杆直径配置主机功率情况如表1。

2.2 挤压腔是挤压机的核心部分

膨化产品的品质主要由挤压腔决定，挤压腔主要由挤压筒体和挤压转子组成。

2.2.1 挤压筒体

挤压筒体有整体式和分段式两种。目前双螺杆挤压机一般都是采用分段式挤压筒体。分段式挤压筒体就是把整个筒体纵向分为多段，每段筒体使用螺栓或抱箍紧固。

分段式筒体的优势是可以通过蒸汽加热的方式对特定区域被挤压的物料带来足够的能量，或通过水冷却的方式对特定区域被挤压的物料带走多余的能量。这正符合挤压机加工工艺的要求，分别可以控制不同位置筒体的温度，而控制不同挤压区域物料

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亓勇

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