優(yōu)化飼料顆粒的干燥冷卻工藝以提高產(chǎn)品的質(zhì)量、節(jié)約能源

法國(guó)飼料中心啟動(dòng)了“Opsera計(jì)劃”以優(yōu)化飼料生產(chǎn)中的干燥冷卻工藝效果。

中圖分類號(hào)：S816.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：C 文章編號(hào)：1001-0769（2016）12-0047-02

飼料廠生產(chǎn)加工工藝不僅包括粉碎、稱重配料和調(diào)質(zhì)制粒，而且還包括干燥和冷卻工藝。后兩個(gè)過(guò)程緊接著粉碎之后進(jìn)行，因?yàn)橐苑蹱罨旌系娘暳显显谥屏Ｖ耙柚羝M(jìn)行混合，以便能使它們進(jìn)入制粒機(jī)模。但是，混合的粉料和蒸汽會(huì)產(chǎn)生熱且濕的顆粒，這些顆粒必須進(jìn)行冷卻和徹底的干燥，以有利于保存（即防止細(xì)菌和真菌的生長(zhǎng)），同時(shí)又符合相關(guān)法律規(guī)定（根據(jù)歐盟法規(guī)的要求，顆粒飼料的水分含量必須低于14%）。

干燥冷卻的主要目的是將熱和潮濕的顆粒飼料在溫度和水分含量上與環(huán)境空氣（標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量）迅速而又經(jīng)濟(jì)地保持平衡狀態(tài)，以滿足儲(chǔ)存要求。

1 環(huán)境空氣帶來(lái)的難題

干燥冷卻工藝的特殊性正是它需要同時(shí)完成干燥和冷卻這兩道工序。另一個(gè)難度是由于這兩個(gè)環(huán)節(jié)需要用到相同的載體和環(huán)境空氣作為干燥和冷卻的介質(zhì)。因此，進(jìn)入干燥冷卻器的空氣流速會(huì)對(duì)產(chǎn)品的冷卻和干燥質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。確切地說(shuō)，當(dāng)進(jìn)入干燥冷卻器的氣流減慢時(shí)，產(chǎn)品的干燥質(zhì)量將得到提高，但冷卻質(zhì)量會(huì)受到影響。

法國(guó)飼料制造商技術(shù)中心Tecaliman主管Fabrice Putier說(shuō)：“飼料廠可以利用兩種類型的機(jī)器來(lái)確保顆粒的干燥與冷卻，這兩種機(jī)器主要分為立式和臥式兩大類，法國(guó)約有2/3的飼料廠采用立式干燥冷卻機(jī)。這類設(shè)備通常有一個(gè)全封閉的隔室，內(nèi)部是存放飼料顆粒的烘干床，床位深度可能有所不同，但通常約為50 cm?！?/p>

用于飼料顆粒干燥冷卻的周圍環(huán)境空氣來(lái)自干燥冷卻器周圍或飼料廠外的空氣，并通過(guò)安裝在干燥冷卻機(jī)后部的風(fēng)機(jī)進(jìn)行流動(dòng)。制粒機(jī)源源不斷地產(chǎn)出飼料顆粒，并將顆粒送入冷卻器中。冷卻器通過(guò)水平感知器檢測(cè)持續(xù)的飼料顆粒流：當(dāng)檢測(cè)到飼料顆粒時(shí)，水平感知器會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)位于隔室底部的提取系統(tǒng)，后者會(huì)將被認(rèn)為已經(jīng)進(jìn)行正確干燥和冷卻的飼料顆粒送出冷卻器。

2 干燥冷卻機(jī)的作用

臥式干燥冷卻機(jī)的形狀各不相同（圖1）。經(jīng)制粒機(jī)制粒后，飼料顆粒通過(guò)出料口被卸載到帶有篩孔的金屬傳送帶上，傳送帶按一定速度運(yùn)行，將飼料顆粒輸送到下方的另一條金屬傳送帶上。一般來(lái)說(shuō)，臥式干燥冷卻設(shè)備有兩層傳送帶，但一些供貨商也會(huì)提供帶有四層傳送帶的設(shè)備?？諝庥筛稍锢鋮s器最底部進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入，垂直穿過(guò)顆粒層，以對(duì)它們進(jìn)行干燥和冷卻。

Putier說(shuō)：“現(xiàn)今的干燥冷卻工藝并不是最理想的，大多數(shù)干燥冷卻設(shè)備不能根據(jù)飼料顆粒的特征（干燥冷卻器進(jìn)口和出口處物料的溫度和濕度特性）和設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)控制?！?/p>

飼料顆粒在進(jìn)入冷卻器后，可以根據(jù)其水分含量對(duì)顆粒層的高度進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。更難得的是，這些數(shù)據(jù)還可用于調(diào)整風(fēng)機(jī)速度。

3 提高生產(chǎn)節(jié)能水平

能源成本的上漲和對(duì)能源消耗的可持續(xù)認(rèn)識(shí)提高，促進(jìn)飼料廠進(jìn)一步改善他們的干燥冷卻工藝。

例如，在法國(guó)，干燥冷卻機(jī)能量消耗大約是 3.9 kWh/t，這就意味著全法國(guó)的飼料廠每年需要消耗電能69 GWh（千兆瓦時(shí)），總成本約480萬(wàn)歐元（折合520萬(wàn)美元），二氧化碳排放當(dāng)量為4 000 t。

有效控制飼料成品的溫度及水分含量對(duì)保證飼料存儲(chǔ)期間的產(chǎn)品品質(zhì)（脆性/適口性或衛(wèi)生質(zhì)量）具有重要意義。此外，歐盟相關(guān)法規(guī)要求飼料的水分含量需低于14%。然而，飼料的水分含量過(guò)低可能會(huì)導(dǎo)致收益損失，這些損失甚至?xí)_(dá)到飼料廠能源消耗的水平。因此，干燥冷卻工藝是飼料生產(chǎn)中控制水分含量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

4 旨在優(yōu)化冷卻過(guò)程的研究

為了更好地探索和改進(jìn)飼料生產(chǎn)中這一重要的環(huán)節(jié)，Tecaliman發(fā)起了一項(xiàng)“Opsera計(jì)劃”以優(yōu)化飼料干燥冷卻工藝，降低能耗。

Putier說(shuō)道：“Opsera計(jì)劃的目的是優(yōu)化飼料廠生產(chǎn)中的干燥冷卻工藝。這是一項(xiàng)為期3年半的計(jì)劃，由法國(guó)國(guó)家能源局環(huán)境與能源控制署資助，項(xiàng)目總投入約為200 000歐元（折合215 266美元）。我們進(jìn)行了大約30項(xiàng)試驗(yàn)，包括對(duì)飼料廠干燥冷卻工藝流程進(jìn)行的大量相關(guān)測(cè)定，以便更好地了解干燥冷卻的物理機(jī)制及相關(guān)參數(shù)。比如，研究發(fā)現(xiàn)飼料顆粒的水分必須從顆粒的內(nèi)部向其表面擴(kuò)散。飼料廠同意調(diào)整其生產(chǎn)工藝參數(shù)以符合我們的研究目的；同時(shí)通過(guò)研究團(tuán)隊(duì)與飼料廠的強(qiáng)力合作，我們已經(jīng)確定了冷卻工藝的關(guān)鍵參數(shù)。我們將研究的重點(diǎn)放在優(yōu)化立式干燥冷卻機(jī)的參數(shù)上，因?yàn)樵诜▏?guó)大多數(shù)飼料廠使用立式干燥冷卻機(jī)。隨后，我們模擬該機(jī)理，并在多家工程學(xué)校的試驗(yàn)工廠進(jìn)行試驗(yàn)，以獲得一個(gè)干燥冷卻模型?！?/p>

研究表明，氣流變化對(duì)飼料顆粒的水分含量?jī)H有較小的影響（0.3%或0.4%）。飼料顆粒層的深度也會(huì)影響烘干效果，但對(duì)立式機(jī)中飼料顆粒干燥冷卻效果的影響小于對(duì)臥式機(jī)中飼料顆粒的干燥冷卻效果的影響。冷卻工藝的一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)是顆粒在制粒機(jī)出口水平面與干燥冷卻機(jī)中烘干床頂部之間的飼料顆粒高度落差。此計(jì)劃會(huì)幫助研究人員更好地了解了干燥冷卻機(jī)中發(fā)揮干燥和冷卻這兩大功能的部位。

“Opsera計(jì)劃”研究旨在提高有關(guān)飼料加工過(guò)程中干燥冷卻這一單一工藝的認(rèn)識(shí)。一個(gè)判斷性支持設(shè)備已經(jīng)進(jìn)入生產(chǎn)的最后階段，它可以根據(jù)進(jìn)料口飼料顆粒的特性自動(dòng)預(yù)測(cè)其在出料口的溫度和水分含量。此類儀器將會(huì)通過(guò)調(diào)整風(fēng)扇轉(zhuǎn)速及顆粒層深度對(duì)干燥冷卻工藝進(jìn)行自動(dòng)控制。

Tecaliman將在2016年年初發(fā)布第一款判斷性支持設(shè)備。

Putier解釋說(shuō)：“設(shè)備的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)冷卻器進(jìn)料口處飼料顆粒的溫度和含水量特性、環(huán)境中空氣的溫度和濕度特性，對(duì)物料高度及風(fēng)機(jī)運(yùn)行速度給出建議值。由于風(fēng)機(jī)速度對(duì)飼料顆粒的干燥冷卻效果影響尚未完全了解，這將只是我們優(yōu)化的第一步。這種改進(jìn)將幫助飼料廠通過(guò)監(jiān)管生產(chǎn)流程來(lái)更好地控制能耗。這一改進(jìn)還有助于調(diào)整風(fēng)機(jī)大小，因?yàn)橛捎陲L(fēng)機(jī)太大而不能以其最佳工作狀態(tài)運(yùn)行，進(jìn)而需要消耗大量能源，且風(fēng)機(jī)自身磨損也會(huì)加快。”

原題名：Optimizing pellet cooling for quality， energy savings（英文）

原作者：Yanne Boloh