1、饲料混合工艺第六章 饲料混合1饲料混合原理饲料混合的主要目的是将按配方配合的各种原料组份混合均匀，使动物采食到符合配方要求的各组份分配均衡的饲料。它是确保配合饲料质量和提高饲料报酬的重要环节。饲料混合机是配合饲料厂的关键设备之一，而且它的生产能力决定着饲料厂的生产规模。1.1 混合的机理根据混合机的型式、操作条件以及粒子的物性等，混合机的混合机理主要存在以下 5种混合方式。1.1.1 体积混合 又称对流混合，移动混合。许多成团的物料在混合过程中从一处移向另一处，相互之间形成相对流动，使物料产生混合作用。体积混合决定着混合速度。1.1.2 扩散混合 混合物料的颗粒，以单个粒子为单元向四周移动，类
2、似分子扩散过程，特别是微粒物料（粉尘） ，在振动下或量流化状态下，其扩散作用极为明显。扩散混合的粒子主要存在于物料中具有压缩性、吸着性及带电性的粉粒体。该种混合影响着物料混合精度。1.1.3 剪断混合 又称剪切混合，指粒子间根据相互滑动，旋转以及冲撞等而产生的局部移动，使物料彼此形成剪切面而产生混合作用。剪切混合主要影响混合精度。1.1.4 冲击混合 当物料与机件壁壳碰击时，往往造成单个物料颗粒的分散，称为冲击混合。1.1.5 粉碎混合 混合物料之间的相互作用，形成变形或搓碎结果，称为粉碎混合。以上 5 种混合方式在同一混合过程中同时存在，单独发生的情况是没有的但起主要作用的是前三者。对于不同
3、结构形式的混合机来说，各种混合方式所起的作用程度不同。如用于微量成分预混合配合饲料工艺图片的旋转滚筒式混合机和 V 型混合机，以扩散混合为主体。螺带式混合机和行星式混合机，体积混合占支配地位。再有，糖蜜混合机和快速混合机等以剪断混合为主。以分批混合机为例，其混合过程主要包括：首先，颗粒成团地由物料中一个部位呈层状地向另一部位渗透滑移，发生对流混合。其次，不同组份的颗粒越过所形成的分界面渐渐离散，进行扩散混合。最后在自重和离心作用下，形状大小和密度近似的颗粒分别集聚于混合机内的不同部位，称为颗粒集聚。前两种作用有利于混合，后者是一种有碍于颗粒均布的分离作用。这三种作用在混合机内是同是发生的，但在
4、不同的混合时间内，各自所起的作用程度不同。1.2 混合工艺混合工艺可分为分批混合（或称批量混合）和连续混合两种。1.2.1 分批混合 分批混合就是将各种混合组分根据配方的比例配合在一起，并将它们送入周期性工作的“批量混合机”分批地进行混合。混合一个周期，即生产出一批混合好的饲料，这就是分批混合工艺。分批混合工艺的每个周期包括配料（称重） 、混合机装载、混合、混合机卸载及空转时间，流程见图61。分批混合机工艺的循环时间包括以上每个操作时间的总和，混合机的生产率可按下式计算：60Q= （Kg/h）t式中，Q ：混合机产量（Kg/h） ；：混合机容积（m 3） ；：物料充满系数，一般取 =0.800
5、.85；：物料容重，Kg/ m3，一般实测，参考值为 400500 Kg/ m 3；t：混合周期需要总时间，min，包括：进料时间、混合时间、卸料时间及空转时间。这种混合方式改换配方比较方便，每批之间的相互混杂较少，是目前普遍应用的一种混合工艺。这种混合工艺的秤量给料设备启闭操作比较频繁，因此大多采用自动程序控制。1.2.2 连续混合 连续混合工艺是将各种饲料组分同时分别地连续计量，并按比例配合成一股含有各种组分的料流，当这股料流进入连续混合机后，则连续混合而成一股均匀的料流，工艺流程如图 62 所示。连续混合工艺包括喂料器、集料输送机和连续混合机三部分组成。喂料器使每种物料连续地按配方比例由
6、集料输送机均匀地将物料输送到连续混合机，完成连续混合操作。这种工艺的优点是可以连续地进行，容易与粉碎及制粒等连续操作的工序相衔接，生产时不需要频繁地操作。但是在换配方时，流量的调节比较麻烦，而且在连续输送和连续混合设备中的物料残留较多，所以两批饲料之间的互相混合问题比较严重。近年来，由于添加微量元素以及饲料品种增多，连续配料、连续混合工艺的配合饲料厂日趋少见。一般均以自动化程序不同的批量混合进行生产。1.3 混合效果在许多混合过程中，混合效果随着混合时间而迅速增加，达到最佳混合均匀状态，通常称之为“动力学平衡”状态。但当物料已经充分混合时，若再延长混合时间，就有分离倾向，使混合均匀度反而降低，
7、这种现象为过度混合。混合愈充分，则潜在的分离性愈大，所以应在达到最佳混合之前将混合物从混合机内排出，否则将会在以后的输送过程中出现分离现象。对于不同的物料不同的混合机有其最佳混合时间。混合效果的好坏主要通过混合均匀性来反映。物料的物理机械特性（如参与混合的各种物料组份所占的比例粒度、粘附性、形状、容重、含水量、静电效应等）的不同，往往会影响其混合均匀性。在混合物料时，其密度和颗粒大小对混合均匀性有很大影响。重颗粒或小颗粒会在轻的、大的颗粒间滑动，集中在混合机底部。粒径越趋于一致，越容易混合均匀，所需的混合时间也越短。粉料的相对湿度在14%15%以下时，可以得到较适宜的物料密度，有助于达到所要求
8、的混合均匀度。若湿度等于或高于这个范围，则需要增加混合时间或采取其他措施才能达到一定的混合效果。此外，某些微量成分还会产生静电效应附着在机壳上，破坏混合作用。2饲料混合设备2.1 混合机的分类2.1.1 根据容器的状态分类（1）容器固定型混合机：在固定的容器内装有转动的搅拌机构。螺带式混合机、立式螺旋式混合机、行星式混合机等属于这种类型。（2）容器旋转型混合机：通过容器旋转使内部物料混合的型式，如 V 型混合机和滚筒式混合机。2.1.2 根据物料流动情况分类（1）分批式混合机：混合操作分批，反复进行混合的型式。（2）连续式混合机：混合操作不间断地连续进行的型式。2.1.3 根据机器外部形态分类
9、（1）卧式混合机：混合机外形为平卧式，通过机器内的螺旋带或浆叶的旋转，对物料进行混合。（2）立式混合机：混合机外形为立式，通过机器内输送螺旋的转动，使物料达到混合目的。2.2 容器固定型混合机2.2.1 分批式混合机2.2.1.1 卧式螺带式混合机卧式螺带式混合机是配合饲料厂的主流混合机。该机有单轴式和双轴式两种。单轴式的混合室多为U 型，也有 O 型；双轴式则为 W 型。其中 O 型适用于预混合料的制备，亦可用于小型配合饲料加工厂；U 型是普通的卧式螺带混合机，也是目前国内外配合饲料厂应用最广泛的一种混合机；W 型则使用较少，多用于大型饲料加工厂。U 型卧式螺带单轴式混合机的结构示意见图 6
10、3。在卧式混合机的顶部，一般有 14 个进料口。螺带转子是在一根水平转轴上装有几套带状螺旋叶片的物件。为了加强混合能力，多数混合机采用双层螺旋。内外圈叶片分别按左右设置，按照内外叶片的排料能力应相等的原则设计内外叶片宽度。内外叶片的排列形式也有两种：一种是外螺旋叶片将物料从两端往中间推送，内螺旋叶片将物料从中间往两端推送，或外螺旋叶片将物料从中间往两端推送，内螺旋叶片将物料从两端往中间推进；另一种是外螺旋叶片将物料由一端向另一端推送，而内螺旋叶片推送物料的方向与其相反。螺旋有单头的也有双头的。外圈叶片与机壳之间的间隔为 510mm，有的混合机此间隙为 2 mm。这种间隙小的混合机，每批混合 2
11、t 物料，机内的残留量只有 50g，仅是总重量的四万分之一。这对减少各种配方的饲料相互间的污染，提高混合质量是很有意义的。出料口在机体下部，小型混合机出料活门多用手动控制，大型混合机多用机械控制。排料门的形式有全长排料、端头排料或中部排料。往往料门关闭不严，在混合过程中容易产生漏料现象，这是影响混合均匀度的一大弊端。在批量混合机的下面必须装有缓冲仓，以保证混合料在短时间内排出时不致冲塞机下的输送设备，尤其是全长排料的混合机应注意这一问题。缓冲仓的容积应大于一批料的容积。传动部分由电动机、减速器等组成。它们通过支架直接安装在机体上，由减速器通过联轴器直接带动螺旋轴，也可由减速器经过链轮减速器带动
12、螺旋轴，电动机安装在机体下部或上部视具体情况而定。此外，尚可设自动控制装置。当盖板在开启的情况下，混合机不能启动以保证安全。按生产的需要调整每批产量和混合时间，防止重复进料。混合时间可以预先在控制台上调好，时间一到，混合机就自动打开卸料门，将物料卸入料箱中去。工作时，各种组份的物料按配方比例经过精确计量以后，送入混合机。物料在螺旋叶片的推送下按逆流原理进行充分混合，外圈螺旋叶片若使物料沿螺旋轴的一个方向流动，内圈螺旋叶片则使物料沿着相反方向流动，物料在混合机中不断翻滚、对流，从而达到均匀一致的混合物料。混合时间一般是每批4min，通常在 26min 之间，包括进料、卸料总计在 6min 左右，
13、其长短取决于物料品种、各种物料特性（如水分含量、粒度均匀性等）的差异，油脂、糖蜜的含量多少等等。螺旋轴的转速一般为2560r/min，也有高达 100200 r/min 的，主要视机型的大小和结构的不同而异。多数场合是小容量的混合机转速较高，大容量的混合机转速较低，卸料时适当提高转速，可以获得彻底卸空的效果。卧式螺带混合机的优点是混合速度快，混合质量好，卸料时间短，物料在机内的残留量少，所以，目前在一般加工厂中普遍采用。缺点是占地面积大、动力消耗大。由于混合时间短，故单位产品能量消耗不比立式混合机大。2212双轴浆叶式混合机双轴浆叶式混合机属于混合精度较高的新型混合机，其结构和工作原理如图 6
14、-4 和 6-5 所示。主题结构由传动机构、卧式筒体、双搅拌轴、喷液装置和出料阀六部分组成。其工作原理是通过减速机、链条（或齿轮）带动两根主轴以一定的速度作等速反向转动，以一定角度安装在主轴上的桨叶将一部分物料抛洒在整个容器空间，在一定的圆周速度下，物料在失重的状态下，形成流动层混合，物料被桨叶沿轴向和径向运动，从而在容器内形成复合循环。因此在极短的时间可以达到均匀混合。进行固-液混合时，液体由装在顶端的喷嘴雾化喷入，筒体上部的分散棒可将结固的松散物料打散。WZ 型双轴浆叶式混合机的设备参数见表 6-1。该混合机的特点是： 可进行固固（粉体和粉体）混合、固液（粉体和液体）混合，能在真空下进行混
15、合、干燥作业，也可用作反应设备。物料在机内受机械作用而处于瞬间失重状态，广泛交错产生对流、扩散混合，从而达到均匀混合。对被混合的物料适用范围广，尤其对比重、粒度等物性差异较大的物料混合时不产生偏差，而获得十分均匀的混合物。混合精度高，固固混合在 1：1000 配比时，标准偏差为十万分之三八（0.0030.008%） 。含量波动误差2%（变异因子） 。混合速度快，一般粉体的混合只需 1 分钟左右。混合过程温和，不破坏物料的原始状态。能耗低，是一般混合机的四分之一十分之一。可密闭操作，运转平稳可靠，维修方便。表 6-1 WZ 型双轴浆叶式混合机的设备参数型号 WZ-25 WZ-50 WZ-100
16、WZ-150 WZ-300 WZ-500 WZ-750装填系数 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6 0.6每批混合量（Kg）（物料比重为0.5）25 50 100 150 300 500 750装机功率（KW） 3 4 5.5 7.5 1115 15 18.52.2.1.3 立式螺旋混合机立式螺旋混合机，又叫立式绞龙混合机，主要由螺旋部分机体、进出口和传动装置构成，如图 66所示。混合筒是一只锥底圆筒，锥底母线与水平面的夹角应在 60 以上，以保证物料均匀地自然下落，壳体直径与高度之比为 1：25 ，壳体正中装一根垂直绞龙，用作提开筒体下部的物料使之在筒内产生上下对流及扩散作用。绞
17、龙的直径与筒体直径 D 之比为 1：（34.5）左右，绞龙转速 n 在 120140r/min。为了改善提升的效果，可在垂直绞龙外面设置套管，以利于下部物料输送到绞龙的顶部，以提高混合速度。物料可由下部进料口进入混合筒，对于由上面落下的物料亦可由混合筒顶部的进料口落入机内。卸料口大多设在混合机的下部，以减小卸料后的机内残留量。工作时，将定量的物料依次倒入进料口进入筒内，进料的次序一般按配料量比例的多少先多后少，顺次进料，物料由下部进料口进入料斗后，即由垂直绞龙垂直送到绞龙的顶部，抛出绞龙面撒泼在混合筒内。当全部物料进入混合筒体之后，筒内的物料继续由垂直绞龙的下部绞送到顶部。再次泼撒在筒内物料的
18、上面，这样经过多次反复循环，即起到均匀混合的目的。当混合均匀后，即可打开排料口的活门而将物料自流排出机外。立式螺旋混合机具有配备动力小、占地面积小、结构简单、造价低的优点。但混合均匀度低，混合时间长，效率低，且残留量大，易造成污染，如更换配方必须彻底清除筒底残料，甚为麻烦。一般适于小型饲料厂的干粉混合或一般配合饲料的混合，不适用于预混合饲料厂。2.2.1.4 立式行星锥形混合机该机结构如图 67 所示。由圆锥形壳体，螺旋工作部件，曲柄，减速电机，出料阀等组成。传动系统主要是将减速器的运动径齿轮变速传递给两悬臂螺旋。实现公转、自转两种运动形式。工作时由顶端的电动机减速器输出两种不同的速度，经传动
19、系统使双螺旋轴作行星式的运转，物料在机内的流动型式如图 68 所示。由于有螺旋公、自转的运动形式存在，物料在锥筒内有沿着锥体壁的圆周运动，有沿着圆锥直径向内的运动，也有物料上升与物料下落等几种运动形式存在。螺旋的公、自转造成物料作四种流动形式：对流、剪切、扩散、掺和。而且四种形式又相互渗透与复合，因而使混合料在较短的时间内均匀混合。DSH 型立式行星锥形混合机主要技术特性参数见表 62。表 62 DSH 型立式行星锥形混合机主要技术特性参数型 号 全 容 积（m 3） 装 载 系 数DSH0.5DSH1DSH2DSH4DSH6DSH10DSH0.050.51246100.050.60.60.6
20、0.60.60.60.62.2.1.5 螺带式锥形混合机：螺带式锥形混合机是一种较先进高效的粉体混合设备。该机结构紧凑、外形美观、占地面积小，混合速度快，出料迅速、干净，安装方便。该设备主要由减速器、筒体、螺带搅拌机构和出料机构组成。设备由摆针叶轮减速机直接带动，螺带搅拌机构实施混合。运转时中心部位的螺旋轴使一部分物料由下向上提升，一部分向螺柱体外抛出进入外圈的螺带面，与此同时，螺带也作快速旋转，使物料沿螺带面向上倾斜或抛出上升到顶端的物料靠自重向下流动，使锥体内的物料互相掺和、错位、剪切、扩散、对流，达到全圆周方位的不规则运动，从而在极短的时间内获得均匀混合的目的。SCH 型螺带式锥形混合机
21、结构式意图见图 6-9，主要设备参数见表 6-3。表 6-3 SCH 型螺带式锥形混合机主要设备参数指标 SCH-0055 SCH-0。12全容量（m 3） 0.055 0.12装填系数（密度 100kg/m3） 0.6 0.6物料细度(um) 38-425 40-300每小时产量（kg） 66-99 144-216工作压力 常压或微压 常压或微压装机功率（KW） 0.8 1.52.2.2 连续式混合机2.2.2.1 卧式桨叶连续混合机卧式桨叶连续混合机的结构示意见图 610。在混合机的轴上安装有三段形状结构不同的搅拌叶片。第一段是物料进口段，为 2 个螺距的满面螺旋，主要起推进物料的作用。第
22、二段为物料的混合段，为多个窄形桨叶按螺旋线间接排列，安装角 40。在此段上减弱物料的轴向推进速度而增加横向的搅拌渗合作用。第三段为物料的出口段， 有 6 个宽形桨叶片按螺旋线间隔排列， 安装角也为 40。此段除继续搅拌外，还加大了轴向推进作用，加快了出料速度。这种混合机物料的混合均匀度 CV10%。 2.2.2.2 绞带型连续式混合机绞带型连续式混合机（如图 611）具有较好的混合机的带状叶片和反向桨叶板对物料有较好的剪切和楔入作用，而且促使物料逆向运动的反向桨叶板对于提高边连续式混合机的纵向混合能力也较理想。当物料湿度在 12.1%17.8%时，这种混合机对于大配比物料的混合均匀度 CV 可
23、以控制在 11.9%18.1%的范围内。这样的混合质量，对于生产没有矿物质添加剂的混合饲料来说，是可以满足生产需要的。2.2.2.3 行星搅拌器型连续式混合机行星搅拌器型连续式饲料混合机（图 612）是一种比较理想的机型。其行星搅拌器除自转外还随其主轴进行公转，因此，它具有强烈的混合作用。这种混合机的混合机的混合均匀度可以控制在5.6%10.8%左右，如果控制好机内的物料充填量，其混合质量也比较稳定。2.3 容器旋转型混合机2.3.1 分批式混合机 此种混合机混合精度高。但物料的投入和排出比较繁忙，所以配合饲料厂不将其作为主混机利用，常作为维生素、药物等极微量添加剂的第一级预混。此类混合机目前
24、较常用的是 V 型混合机。V 型混合机的结构外型如图 613。V 型混合机工作时，装在容器最下面的物料随旋转 V 型容器上升，到一定高度后，物料受重力的作用沿筒内壁面扩展、滑移、下落而分成左右两部分，随着容器的继续旋转，分成左右两部分的物料又向两圆筒接合部位滑落而汇合，完成一个基本左右对称的循环混合过程。如此不断反复，使容器内物料达到均匀的混合。容器转动型混合机与容器固定型相比，往往混合速度要慢得多。但是最终的混合均匀度较好，因此适用于高浓度微量成分的第一级混合，在容器转动型中则以 V 型及带搅拌叶片的圆筒混合速度较快，比较适用于饲料厂。V 型混合机的充满系数较小，而且对混合速度的影响较大；充
25、满系数小，混合快、速度快；当充满系数=30%时速度更快。2.3.2 连续式混合机即旋转滚筒式混合机。这类混合机由圆形滚筒、框架、叶片、转子等传动装置和控制装置组成。该机的工作过程是一面使容器旋转，一面进行连续混合，构造上只限于旋转圆筒型。这种型式，就是从圆筒型混合机的一端装入物料。从另一端连续排出混合好的物料。为了改善混合度，在容器内壁附加反向板，如图 614 所示。3混合质量的评价3.1 混合质量的评价原理把各种组分的混合物完全混合均匀，这好象是要把各种组分的每一个分子均匀地、按比例地镶嵌成有规律的结构体，也就是说在混合物的任何一个部位截取一个很小的容积的样品，在其中也应该按比例地包容每一个
26、组分。实际上这种理想的完全混合状态是达不到的，也是不存在的。处在混合物整体中不同部位的各个小容器中所含各组分的比例不可能绝对相等，而往往都是与规定的标准量有一定的差异。因此，对混合均匀度的评定只能是基于统计分析方法的基础上。在多组份混合时，这是一个多变量的概率系统，在数学运算中就显得过于复杂。所以在实践中不采用这种系统。而是把多组份的混合简化为两种组分的混合：一是准备作为定量统计的组分，暂称为“检测组分”而其他所有的组分都看成一个均匀的同一组分，暂称为“基本组分” 。在实践中，常以“检测组分”的分布情况来代表所有组份的混合情况，这样就可以用概率和统计的方法来解决这个具体的评定问题。首先把参加混
27、合的两种组分都看成是以颗粒参加混合，并假设混合组分的所有颗粒的形状、大小相同。当物料的粒子随意地分布在混合机的整个底部空间时，根据数字分析，这些粒子在某个特定的底部空间的分布将是一种泊松分布。其数学式为： e-m()= L式中 () 在多个子空间内发现 个粒子的概率；某个子空间中含有检测组分的粒子数；全部子空间内的检测组份粒子的平均数； L子空间混合物料所占的整个容积中的某一个（取样的）小容积。上式计算繁杂，而且必需使用大数量的粒子数才能防止每个抽样的偏差过大。所以人们利用计算比较方便的正态分布来解决这一问题。当20 时，泊松分布便接近于正态分布而不致有太大的误差，因此可改用正态分布，其公式如
28、下：1()= -（ -） 2/22一般混合均匀度的评定方法是，在混合机内若干指定的位置或是在混合机出口（或成品仓进口）以一定的时间间隔截取若干个一定数量的样品，分别测得每个样品所含检测成分的含量，然后，用统计学上的变异系数作为表示混合均匀度的一种指标，具体计算方法如下： n i 1+ 2+ n i=1平均值= = n n式中： i测得第 I 个样品中检测组份量；n测定的样品数。n( i-m )2 ( 1-m)2 +( 2-m)2+( n-m)2 i=1标准差S= = n nS变异系数 CV= 100%m根据国家标准规定：对配合饲料：CV 10%对预混合饲料：CV5%3.2 混合均匀度的测定饲料
29、混合均匀度的测定方法主要有示踪剂法和沉淀法。详细测定的过程详见第十一章。4影响混合工艺效果的因素及混合机的合理利用4.1 影响混合工艺效果的因素混合工艺效果主要是指混合速度与混合均匀度两个方面。混合过程实际上是由对流、扩散、剪切等混合作用和分离作用同时并存的一个过程，所以凡是影响这些混合作用的因素将影响混合工艺效果。4.1.1 混合机型的影响 混合机的机型不同，混合机内的主要混合作用不相同，从而影响到混合速度和混和混匀度。对流混合是将物料成团地从料堆的一处移向另一处的过程，因此，它可以很快地达到粗略的、团块状的混合。而且在此基础上可以有较多的表面进行细致的、颗粒间的混合。故以对流作用为主的混合
30、机其混合速度快。例如卧式带状螺旋混合机就是这种形式。以对流作用为主的混合，各组份的物理机械性质对混合质量的影响比以扩散作用为主的机型要小。以扩散作用为主的机型（如滚筒型连续式混合机等） ，其混合作用缓慢。要求的混合时间一般较长，物料的物理机械性质（如粒度、粒形、比重及表面粗糙程度等）的差异对混合效果的影响较大。但是颗粒之间的混合可以进行得比较细致。立式搅拌型混合机的混合作用处于上述二者之间。混合机的设计结构要求无死角，物料不飞扬，设备的各部分应保证产生良好的对流、扩散作用。例如，卧式分批混合机不要使物料一端集聚；立式混合机的上部能够均匀地喷散等。为此，往往对桨叶或绞龙的斜度、宽度、直径、转速以及物料在机内的充满度等都有一个适宜的要求。此外，还希望尽量减少自动分级的产生，如减少机械振动及物料散落高度等。4.1.2 混合机混合时间和转速的影响 多种试验证明批量混合机的混合速度、混合质量与混合机的转速和混合时间有关。不同规格的混合机都有其适宜转速和最佳混合时间。 4.1.3 操作的影响 对卧式螺旋混合机及立式绞龙混合机来讲，应先将配比率大的组分全部进入混合
