发酵豆粕粉碎后冷却工艺的应用研究

■王进红 万筱军 吴兆胜 周玉姣

（江西省农业机械研究所，江西南昌 330044）

蛋白质资源紧缺已成为世界性的问题,由于我国人口多,资源有限,蛋白质缺乏尤为严重,每年都要进口大量的鱼粉等动物性蛋白,而发酵豆粕可部分替代鱼粉,可以降低对动物性蛋白的依赖[1]。近几年生物发酵豆粕作为新型高蛋白饲料在我国的发展相当迅速,在湖北、广东、河北等地发酵豆粕饲料的生产已形成相当的规模,从发展趋势上看,发酵豆粕在畜禽、水产养殖应用潜力巨大,前景相当广阔[2]。但是与豆粕发酵工艺的研究重视程度相比，在相关生产设备方面研究的投入很少，与国外的专用发酵豆粕生产技术相比有很大的差距[3]，其中发酵豆粕粉碎后冷却工艺研究是一个薄弱环节。包装前产品未充分冷却，由此产生打包故障、胀包、堆垛结块等现象，一方面会影响生产的连续性、输送、贮存、销售，另一方面会造成饲料质量和口感下降。因此对发酵豆粕粉碎后冷却工艺的研究对产品质量的提高、成本的降低和规模化生产有必要性。

1 发酵豆粕生产工艺

国内生产发酵豆粕质量和规模做得比较好的企业，广泛采用固态发酵生产，在粉碎前进行了冷却，粉碎后直接打包。其基本工艺流程如图1。

图1 发酵豆粕生产工艺流程

2 问题分析及对策

国内某大型发酵豆粕生产公司反映，生产中经常会出现胀包、结块现象，影响了正常生产和销售。我们实地考察了其生产工艺流程：干燥后的豆粕经提升机输送到粉碎机前的流化床进行冷却，冷却后的物料经粉碎缓冲仓进入粉碎机粉碎，粉碎后的物料经气流输送到打包缓冲仓自动打包。粉碎前冷却工艺流程如图2。生产中实测：干燥后物料含水率10%，打包车间环境温度38℃，生产区域环境温度43℃，冷却流化床进料温度为48℃，冷却后出料温度为45℃，粉碎后物料温度52℃，经气流输送至缓冲仓打包口物料温度49℃，高出生产区域环境温度6℃，高出打包车间环境温度11℃。分析认为在安全水分下，包装时产品温度过高，封口后热量无法快速散发，自然冷却后产品有水蒸汽凝出是导致产品胀包、结块的重要原因，同时也会造成风管堵塞、打包秤计量不准等故障。企业采用打包后自然摊凉后再缝包的方法防止胀包、结块，占用了大量的车间面积、降低了生产效率、提高了产品成本。因此包装前产品应充分冷却[4]。

图2 粉碎前冷却工艺流程

3 粉碎前后冷却工艺设计

根据上述情况分析，粉碎前冷却可降低粉碎时物料温度，防止豆粕温升过高影响产品质量，但经粉碎机粉碎后的豆粕仍会升温7℃左右，虽经气流输送、缓冲仓降温，但由于车间环境温度高、管道路径短，降温效果不明显，导致打包时产品温度太高。因此考虑在粉碎后增加冷却设备来降低物料温度。冷却设备要求投资小、见效快、工作可靠、占地面积小、便于改造。

3.1 设备选择

常用的冷却设备有：

①气流冷却：优点是结构简单，冷却快，物料停留时间短，缺点是气流在系统中压降较大，干燥管长，耗能大，同时管壁也极易磨损，分离器的负荷大，发酵豆粕具有黏性和酸性，处理时极易出现积料堵塞等现象[5]。

②滚筒式冷却：优点是可连续操作，处理量大，对物料适应性强，冷却速率大。缺点是设备笨重，黏性物料容易黏附在转筒壁和抄料板上，冷空气不容易接触，占地面积大，造价高[6]。

③叶轮式逆流冷却器：采用冷却风流方向与物料流动方向相反的逆流原理。物料由顶部进入，冷风由穿过底部孔板全方位均匀进入冷却仓内穿过物料，冷风与冷物料先接触并逐渐升温后与热物料接触，在仓内形成物料从上到下温度逐渐降低，空气从下到上温度逐渐上升。改变叶轮电机转速可方便精确地实现排空、减小和增加排料量，排料连续均匀、排空无残留，适合于小颗粒物料的冷却处理。独特的原理使其具有风速均匀、风量大，冷却介质与物料温差小的特点。冷却后料温不超过室温3～5℃，效率高。该设备具有结构简单、自动化控制容易、工作可靠、占地面积少、能耗低、干净卫生的特点[7]。叶轮式逆流冷却器结构示意如图3，叶轮排料机构示意如图4。

图3 叶轮式逆流冷却器结构示意图

图4 叶轮排料机构示意图

对比以上常用冷却设备的优缺点，我们选择叶轮式逆流冷却器作为冷却设备。

3.2 工艺改造

考虑改造成本和空间的影响，根据现场布置情况，第一次改造时将增加的叶轮式逆流冷却器作为粉碎前冷却，将原有流化床冷却作为粉碎后冷却。粉碎前后冷却工艺流程如图5。

图5 粉碎前后冷却工艺流程

设备改造完成投入试生产，叶轮式逆流冷却器工作正常，但流化床出现大量粉尘，无法正常工作，于是关掉流化床正压工作风机，维持上部负压风机工作，生产恢复正常。实测：打包车间温度38.5℃，产品温度43℃。产品经自动打包机正常打包、堆垛后无胀袋、结块现象。试生产一周后，发现冷却效果下降，产品温度逐渐升高，检查设备后发现流化床筛下积累大量物料无法排出造成堵塞，使流化床冷却效果恶化。分析原因，可能是物料颗粒太细，原有的风机系统无法使物料正常流化，造成流化床筛下气体正压，物料外溢。在关掉筛下正压风机工作后，有物料从筛孔下落逐渐积累，造成流化床堵塞，不能正常工作。

3.3 工艺调整

针对以上情况，我们考虑流化床对太细的物料不太适合，需对设备进行调整。将流化床作为粉碎前冷却设备，叶轮式逆流冷却器作为粉碎后冷却设备，并尽量远离车间高温区。调整后工艺流程如图6。

设备改造完成后投入试生产，流化床的上下正负压风机正常开启，没有出现异常现象，叶轮式逆流冷却器工作正常。实测打包车间温度37.5℃，产品温度41℃，比调整前冷却效果更好，产品经自动打包机打包、堆垛后无胀袋、结块现象。经试生产一周后，检查各设备状况良好，投入正常生产。后期依此改造了第二条生产线，也取得了较好的效果。

4 讨论

4.1 发酵豆粕在粉碎前冷却能防止粉碎时物料温度过高影响产品质量；粉碎后冷却能保证产品打包时的温度在许可范围内，防止产品胀包和结块，所以增加粉碎后冷却是有必要的。今后需对冷却设备做进一步的研究，降低企业的投资成本。

图6 调整后工艺流程

4.2 干燥冷却车间总体布置要求空间大、空气流动快、缓冲仓体积不宜过小，利于热量及粉尘的扩散和生产安全。

4.3 粉碎前后冷却设备，粉碎机气流输送等风机尽量引用干燥车间外的冷空气，以利于产品降温。