優化飼料顆粒的干燥冷卻工藝以提高產品的質量、節約能源

法國飼料中心啟動了“Opsera計劃”以優化飼料生產中的干燥冷卻工藝效果。

中圖分類號：S816.9 文獻標識碼：C 文章編號：1001-0769（2016）12-0047-02

飼料廠生產加工工藝不僅包括粉碎、稱重配料和調質制粒，而且還包括干燥和冷卻工藝。后兩個過程緊接著粉碎之后進行，因為以粉狀混合的飼料原料在制粒之前要借助蒸汽進行混合，以便能使它們進入制粒機模。但是，混合的粉料和蒸汽會產生熱且濕的顆粒，這些顆粒必須進行冷卻和徹底的干燥，以有利于保存（即防止細菌和真菌的生長），同時又符合相關法律規定（根據歐盟法規的要求，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境空氣（標準質量）迅速而又經濟地保持平衡狀態，以滿足儲存要求。

1 環境空氣帶來的難題

干燥冷卻工藝的特殊性正是它需要同時完成干燥和冷卻這兩道工序。另一個難度是由于這兩個環節需要用到相同的載體和環境空氣作為干燥和冷卻的介質。因此，進入干燥冷卻器的空氣流速會對產品的冷卻和干燥質量產生不利影響。確切地說，當進入干燥冷卻器的氣流減慢時，產品的干燥質量將得到提高，但冷卻質量會受到影響。

法國飼料制造商技術中心Tecaliman主管Fabrice Putier說：“飼料廠可以利用兩種類型的機器來確保顆粒的干燥與冷卻，這兩種機器主要分為立式和臥式兩大類，法國約有2/3的飼料廠采用立式干燥冷卻機。這類設備通常有一個全封閉的隔室，內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。”

用于飼料顆粒干燥冷卻的周圍環境空氣來自干燥冷卻器周圍或飼料廠外的空氣，并通過安裝在干燥冷卻機后部的風機進行流動。制粒機源源不斷地產出飼料顆粒，并將顆粒送入冷卻器中。冷卻器通過水平感知器檢測持續的飼料顆粒流：當檢測到飼料顆粒時，水平感知器會自動啟動位于隔室底部的提取系統，后者會將被認為已經進行正確干燥和冷卻的飼料顆粒送出冷卻器。

2 干燥冷卻機的作用

臥式干燥冷卻機的形狀各不相同（圖1）。經制粒機制粒后，飼料顆粒通過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行，將飼料顆粒輸送到下方的另一條金屬傳送帶上。一般來說，臥式干燥冷卻設備有兩層傳送帶，但一些供貨商也會提供帶有四層傳送帶的設備。空氣由干燥冷卻器最底部進風口進入，垂直穿過顆粒層，以對它們進行干燥和冷卻。

Putier說：“現今的干燥冷卻工藝并不是最理想的，大多數干燥冷卻設備不能根據飼料顆粒的特征（干燥冷卻器進口和出口處物料的溫度和濕度特性）和設備的運行參數對生產過程進行實時控制。”

飼料顆粒在進入冷卻器后，可以根據其水分含量對顆粒層的高度進行實時調整。更難得的是，這些數據還可用于調整風機速度。

3 提高生產節能水平

能源成本的上漲和對能源消耗的可持續認識提高，促進飼料廠進一步改善他們的干燥冷卻工藝。

例如，在法國，干燥冷卻機能量消耗大約是 3.9 kWh/t，這就意味著全法國的飼料廠每年需要消耗電能69 GWh（千兆瓦時），總成本約480萬歐元（折合520萬美元），二氧化碳排放當量為4 000 t。

有效控制飼料成品的溫度及水分含量對保證飼料存儲期間的產品品質（脆性/適口性或衛生質量）具有重要意義。此外，歐盟相關法規要求飼料的水分含量需低于14%。然而，飼料的水分含量過低可能會導致收益損失，這些損失甚至會達到飼料廠能源消耗的水平。因此，干燥冷卻工藝是飼料生產中控制水分含量的關鍵環節。

4 旨在優化冷卻過程的研究

為了更好地探索和改進飼料生產中這一重要的環節，Tecaliman發起了一項“Opsera計劃”以優化飼料干燥冷卻工藝，降低能耗。

Putier說道：“Opsera計劃的目的是優化飼料廠生產中的干燥冷卻工藝。這是一項為期3年半的計劃，由法國國家能源局環境與能源控制署資助，項目總投入約為200 000歐元（折合215 266美元）。我們進行了大約30項試驗，包括對飼料廠干燥冷卻工藝流程進行的大量相關測定，以便更好地了解干燥冷卻的物理機制及相關參數。比如，研究發現飼料顆粒的水分必須從顆粒的內部向其表面擴散。飼料廠同意調整其生產工藝參數以符合我們的研究目的；同時通過研究團隊與飼料廠的強力合作，我們已經確定了冷卻工藝的關鍵參數。我們將研究的重點放在優化立式干燥冷卻機的參數上，因為在法國大多數飼料廠使用立式干燥冷卻機。隨后，我們模擬該機理，并在多家工程學校的試驗工廠進行試驗，以獲得一個干燥冷卻模型。”

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

“Opsera計劃”研究旨在提高有關飼料加工過程中干燥冷卻這一單一工藝的認識。一個判斷性支持設備已經進入生產的最后階段，它可以根據進料口飼料顆粒的特性自動預測其在出料口的溫度和水分含量。此類儀器將會通過調整風扇轉速及顆粒層深度對干燥冷卻工藝進行自動控制。

Tecaliman將在2016年年初發布第一款判斷性支持設備。

Putier解釋說：“設備的計算機系統會根據冷卻器進料口處飼料顆粒的溫度和含水量特性、環境中空氣的溫度和濕度特性，對物料高度及風機運行速度給出建議值。由于風機速度對飼料顆粒的干燥冷卻效果影響尚未完全了解，這將只是我們優化的第一步。這種改進將幫助飼料廠通過監管生產流程來更好地控制能耗。這一改進還有助于調整風機大小，因為由于風機太大而不能以其最佳工作狀態運行，進而需要消耗大量能源，且風機自身磨損也會加快。”

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

原作者：Yanne Boloh