国内外膨化饲料真空喷涂技术的研究现状

饲料加工液体添加技术出现于19世纪末期，液体组分种类较多，有油脂、维生素、风味物质、防腐剂、氨基酸等。

液体添加在饲料中有较多优点：①可以满足某些动物对脂肪需求量高的要求；②可以满足某些动物对高能量饲料的需求；③减少饲料机械磨损，提高制粒生产效率；④以适当的比例添加可减少饲料混合后的分级，保持营养丰富均衡；⑤减少饲料运输中的粉尘等。

目前在饲料加工生产过程中采用的液体组分添加方式有以下几种：

①前置液体添加，即在混合机、调制器或熟化罐中添加液体成分，多用在挤压膨化水产料的生产过程中，此类方式会导致多种维生素严重损失，后来为了克服这一缺点，就会根据配方多补充其用量，但这样增加了原料成本；

②后置常规液体添加，即在制粒机的环模外、后熟化或者冷却筛分后进行常规表面喷涂，由于此类生产方式使得液体组分大部分附在颗粒表面，在后续的包装储运过程中，由于颗粒间的作用力，使得液体组分大量脱离，且包裹在颗粒表面的液体组分易与空气产生氧化作用，进而导致营养成分损失或配方失真，有研究表明，液体组分损失率高达80%；

③液体真空喷涂，也称“液体渗透”和“核心喷涂”，适用于生产高能量的膨化饲料。此类方式最大的优点是可以使液体组分深入颗粒内部，使得液体组分被充分保存，不易遭损失和破坏，且添加量大。

其中真空喷涂具有优点：①液体组分添加量大幅提高，油脂添加量最高可达35%；②液体组分即使经过颗粒间剧烈碰撞也不易被剥离，降低了成本；③省去液体组分的干燥工艺这一过程，节省了加工成本；④具有良好的流动性和外观等。

1.真空喷涂机设备

目前国外真空喷涂设备主要有双轴桨叶式、旋转式、立式三种形式的真空喷涂机：

①双轴桨叶式真空喷涂机

加拿大A&J公司的Phlauer真空喷涂机使用的就是双轴桨叶式混合机，该机要求其外壳能耐受的压力为120kpa，而且该设备装有传感器，为其配备专用的液体配料罐，有单、双两种形式的出料口；采用双出口则具有排料快、机内积料少、清空效果好等优点。为减少颗粒的破损，该设备对混合机的转速等工作参数可以进行调整；同时为了能加工不同颗粒大小的饲料，将桨叶做成可调的，从而调整桨叶与混合室侧板和底板的间隙。

②旋转式真空喷涂机

挪威Forberg公司对其双轴桨叶式混合机进行改进后，推出了第三代旋转式真空喷涂机RVC(Rota-tingvacuum coater)。该机混合室配备称重传感器，有单独的颗粒称重系统；特点是通过加强机电控制，提高了设备的可靠性和加工精度，最大限度减少了设备的维护：进出口合一，只用一个碟阀，轴端进行气密性处理，大大减少了泄漏。

③立式真空喷涂机

丹麦Sprout-Matador公司根据立式混合机的构思，推出了VAC真空喷涂机。该机通过中间的垂直螺旋搅拌轴将颗粒料不断地向上提起至分料筒顶部，经分配环的作用后使颗粒从分料筒顶部向四周抛洒，使颗粒料形成较薄的物料层。此时，喷嘴喷出的液体恰好与拋洒在混合室顶部的颗粒结合，然后在垂直螺旋搅拌轴的作用下，由混合机内壁四周向下流动并进一步混合。

混合机内的颗粒经多次重复上述过程，反复混合，达到液体均匀喷涂的目的。VAC真空喷涂机采用锥形罐体作为混合室，并设置传感器。该系统能灵活根据物料的吸收渗透能力，进而准确控制真空压力、液体添加量及生产周期。

国内的真空喷涂设备：

国内在饲料行业里的真空喷涂工艺虽然应用时间短，但是取得了长足的进步和发展。目前在国内市场上已经成熟应用的真空喷涂机代表机型主要有三种：HRYTZ系列真空喷涂机、PTZL系列真空喷涂机、SYPZ 型真空喷涂机。

其中SYPZ型真空喷涂机采用批量性的作业方式，主要应用于对制粒后的膨化料或者颗粒饲料喷涂油脂和脂溶性维生素、氨基酸等液体原料。一般在其前面都会设置制粒机、称量装置、微量液体添加设备。它的工作流程：配料→抽真空→喷涂混合→压入外界大气→卸料。其产品特点是：全程由计算机全自动控制，自动化程度高、运行参数较少、制造成本低、操作筒单灵活，且喷涂均匀。

2.喷嘴

1892年，德国工程师迪塞尔首次将直射式喷嘴用于柴油机。世界各国工程人员开始了对雾化方式的大量实验与理论研究，发明了各种类型的喷嘴，使用普遍的有这些类型：

①离心式喷嘴，主要用于动力锅炉装置上，优点是雾化效果好、火焰稳定等，缺点是低油时雾化质量差等；直射式喷嘴，主要用于冲压发动机燃烧室内，优点是穿透性强、燃油比较密集等，缺点是雾化角小等；

②气动喷嘴，主要用于加热炉等高黏度液体燃料的动力装置中，优点是雾化质量好、喷雾均匀等，缺点是雾化效果受气体速度影响大等；

③超声雾化喷嘴，由于其雾化机理及对液体流变性影响等特性，使其在高黏度液体雾化过程中逐步显示出优越性，优点是雾化颗粒直径小、均匀性好等，但其雾化机理较复杂；

④另外还有静电式喷嘴、同轴式喷嘴、撞击式喷嘴等。

3.螺旋输送装置

1887年，美国出现了第一台螺旋输送装置，此后，由于工业的大量需求，此类装置不断完善，逐渐研制出了多种类型的螺旋输送装置。随着螺旋输送装置的普及，人们对其性能要求也越来越高，可靠性高、节能环保、功耗低、功率高等优点已成为今后螺旋输送装置的主要发展方向。理论研究方面，国外Chris Rorrres等人研究了机器本身结构参数对输送性能的影响；Philip J.0WEN，Paul W.CLEARY等人研究了输送对象的特性对输送性能的影响。在设计制造方面，国外根据不同场合设计出几类特种结构类型，如锥形直径螺旋、锥形轴、变螺距螺旋和锥形轴变螺距螺旋等。

4.喷涂仿真研究

国外仿真研究较国内起步较早，上世纪70年代，国外Cundall博士开发出了离散元法，已能准确模拟仿真颗粒在系统内部的运动情况。随后，OWEN等人利用离散单元法对不同形状的颗粒物进行仿真研究，验证他们所采取的方法是可行的。Jigar Patel等利用离散单元法对螺旋输送过程进行了仿真研究，定下有限元分析的基础。

随着计算机技术的飞速发展，各种仿真软件也相继问世。在国内孟文俊等对垂直螺旋输送机内散体物料的分布情况进行了分析，并利用FLUENT软件对输送过程进行模拟，得到物料运动的密度分布规律；彭飞等通过建立与颗粒饲料形态相近的离散元模型，借用GEMM数据库获得离散元模型参数范围，利用DesignExpert 8.0.6软件回归分析法和响应面分析法，以此优化解进行仿真实验，结果证明基于注入截面法的颗粒饲料离散元建模与休止角测定实验的有效性和可行性。