饲料加工工艺系列——饲料粉碎

概述
　　粉碎是用机械的方法克服固体物料内聚力而使之破碎的一种操作。饲料原料的粉碎是饲料加工过程中的最主要的工序之一。它是影响饲料质量、产量、电耗和加工成本的重要因素。粉碎机动力配备占饲料厂总功率配备的1/3左右。微粉碎能耗所占比例更大，因此如何合理选用先进的粉碎设备、设计最佳的工艺路线、正确使用粉碎设备，对于饲料生产企业至关重要。
 

一、粉碎的目的与要求
　　饲料粉碎对饲料的可消化性和动物的生产性能有明显影响，对饲料的加工过程与产品质量也有重要影响。适宜的粉碎粒度可显著提高饲料的转化率，减少动物粪便排泄量，提高动物的生产性能，有利于饲料的混合、调质、制粒、膨化等。
 

(一) 粉碎目的
　　1、 增加饲料的表面积，有利于动物的消化和吸收。动物营养学试验证明，减少颗粒尺寸，改善了干物质、蛋白质和能量的消化和吸收，降低了料肉比。
　　2、改善和提高物料的加工性能。通过粉碎可使物料的粒度基本一致，减少混合均匀后的物料分级。对于微量元素及一些小组分物料，只有粉碎到一定的程度，保证其有足够的粒子数，才能满足混合均匀度要求;又如对于制粒加工工艺，粉碎物料的粒度必须考虑粉碎粒度与颗粒饲料的相互作用，粉碎的粒度会影响颗粒的耐久性和水产饲料在水中的稳定性。
 

(二)粉碎粒度要求
　　对于不同的饲养对象、不同的饲养阶段，有不同的粒度要求，而这种要求差异较大。在饲料加工过程中，首先要满足动物对粒度的基本要求，此外再考虑其它指标。
 

猪饲料的适宜粉碎粒度
　　1)仔猪饲料粉碎粒度：各项研究结果表明，仔猪饲料中谷物原料的粉碎粒度以300～500为最佳。其中，断奶仔猪在断奶后0～14天，以300为宜。断奶后15天以后以500为宜。
　　2)育肥猪饲料的粉碎粒度：饲料试验表明，谷物粒度减小会改善体增重和饲料转化率，但小粒度时，出现猪胃肠损伤和角质化现象。试验表明，生长育肥猪的适宜粉碎粒度在600～500。采用粒度小的饲料进行制粒后的饲喂育肥猪，粪内的干物质减少27%。
　　3)母猪饲料的粉碎粒度，适宜的粉碎粒度同样可提高母猪的采食量和营养成分的消化率，减少母猪粪便的排出量，大量试验表明母猪饲料的粉碎粒度以400～500最适宜。
 

二、粉碎粒度及其测定
　　(一)粒度
　　物料颗粒的大小称之粒度，它是粉碎程度的代表性尺寸。对于球形颗粒来说，其粒度即为直径。对于非球形颗粒，则有的以面积、体积或质量为基准的各种名义粒度表示法。在饲料行业一般采用粒度来表示物料的粒径。
　　(二)粒度分布
　　粉碎后的固体颗粒不仅形状不一致，其大小也不一致。一般采用在全部颗粒中粒度小于d的所有颗粒的粒数、表面积和体积，占全部颗粒的粒数、表面积和体积的百分率，分别称为粒数、表面积与体积的累积分布函数，以符号A(d)表示之。如将累积分布函数对粒度d微分，即得频率分布函数?(d)为：
　　频率分布函数也有粒数?(N)、表面积?(s)和体积?(v)三种，分别表示粒度为d，粒度增量为1个单位范围为颗粒数目、表面积和体积所占的百分率。
       (三)粉碎比
　　物料粉碎前后的粒度比称为粉碎比或粉碎度。它主要是指粉碎前后的粒度变化，同时近似反映出粉碎设备的作业情况。一般粉碎设备的粉碎比为3～30，但微粉碎和超微粉碎远远超过这个范围，达到300～1000以上。对于一定性质的物料来说，粉碎比是确定粉碎作业程度、选择设备类型和尺寸的主要根据之一。
　　对于大颗粒物料粉碎成细粉的粉碎操作，如要通过一次粉碎完成则粉碎比太大，设备的利用率低，故通常分成若干级，每级完成一定的粉碎比。这时可用总粉碎比来表示，它是物料经几道粉碎后各道粉碎比的总和。在水产饲料，特别是甲鱼、鳗鱼饲料粉碎中常采用粗饲料和微粉碎两道工艺组分来达到微粉碎的目的。
　　(四)饲料粉碎粒度的测定
　　确定散粒体的组成，有平面筛筛分法、显微镜法和沉降法等多种方法。在饲料行业，除对个别微小的组分因粒度极微，采用显微镜法外，通常采用筛分法。
　　1、配合饲料粉碎粒度测定法
　　据GB5917-86《配合饲料粉碎粒度测定法》，本法适用于标准编织筛测定配合饲料成品粉碎粒度。使用的仪器包括7层(含底筛一个)标准编织筛，由上至下依序是： 4、6、8、12、16目和底筛;统一型号的电动机、摇筛机和感量为0.01克的天平各一台。测定时，从原始样品中称取试样100克，放入规定筛层的标准编织筛内，开动电动机连续筛理10分钟。筛完后，将各层筛上物分别称重，计算。
　　该层筛上物留存重量
　　该层筛上物留存百分率(%)=
　　试样重量
　　应注意过筛的损失不得超过1%。双试验允许误差不超过1%，双试验两次检验结果得平均数既为检测结果，检验结果计算到小数点后第一位。
　　2、算术平均粒径法
　　又称四层筛法。用10、18、40目和底筛(盲筛)的标准编织筛组成的筛箱，取样100g，用感量为0.01g的天平称重。在振动机上振动筛理10min。按下式计算：
　　mm
　　式中：a0、a1、a2、a3—由底筛上数各层筛子的孔径(mm)(当采用国际标准时，10、16、40目的筛孔尺寸分别为2.0、1.0和0.425mm);
　　a4—假想的10目筛上物能全部通过的孔径(mm)，a4=4mm(5目筛);
　　p0、p1、p2、p3—由底筛向上数各筛子的筛上物重(g)
　　3、饲料粗细度的筛分测定表示方法
　　该法称为对数正态概率纸表示法，也称为十五层筛法。我国的国标《饲料粉碎试验方法》(GB6971-86)粉碎产品粒度测定采用此法，它与美国农业工程协会制定的ASAES319标准《用筛分法测定和表示饲料粒度得方法》几乎相同。
　　该法采用普通振动筛驱动，套筛是直径8英寸(204min)的钢丝标准筛。十五层筛的筛号依次为4、6、8、12、20、30、40、50、70、100、140、200、270和底筛。
　　筛分时，取试样100g，放在最上层筛子的筛面上，后开动振筛机，先筛分10min，以后每隔5min检查称重一次，直到最小筛孔的筛上物重量稳定为止(前后称重的变化为试样重量得0.2%以下)，即认为筛理完成。
　　十五层筛法的概率统计理论基础，是假设被测粉体的重量分布是对数正态分布，粒度大小以重量几何平均直径dgw表示，粒度分布状况以质量几何标准差Sgw表示。
　　式中：di—第i层筛几何尺寸(μm)
　　di+1—比i层筛大一号的筛孔尺寸(μm)
　　i—第i层筛上物得几何平均直径(μm)，
　　(μm)
　　wi—第i层筛上物重(g)
　　通过270目筛的物料(底筛的筛上物)几何平均直径可按44μm计算。
　　因为是对数正态分布，以质量几何平均直径i为横坐标、以累计质量的百分率∑Pi为纵坐标，可在对数概率坐标纸上得到一根直线,图2-1是用孔径为3.17mm筛板的锤片式粉碎机粉碎高粱得样品，得到的粒度对数正态分布图。
 

三、粉碎方法和粉碎理论
　　(一)粉碎方法
　　在饲料加工过程中，对于谷物和饼粕等饲料，常用击碎、磨碎、压碎与劈碎的方式将其粉碎
　　a. 击碎粉碎——物料在瞬间受到外来的冲击而粉碎，它对于粉碎脆性物料最为有利，因其适应性广、生产率高，在饲料厂广泛被应用。
　　b. 磨碎——物料与运动的表面之间受一定的压力和剪切力作用，当剪应力达到物料的剪切强度极限时物料被破碎。
　　c. 压碎——物料置于两个粉碎面之间，施加压力后粉料因压应力达到其抗压强度极限而被粉碎，所以粉碎效果较好。
　　d.e 锯切碎——用一个平面和一个带尖棱的工作表面挤压物料时，物料沿压力作用线的方向劈裂，当劈裂平面上的拉应力达到或超过物料拉伸强度极限时物料破碎。(二)物料的力学性质
　　物料的力学性质与所要选择的粉碎方式有很大的关系。根据物料应变与应力的关系，以及极限应力的不同，其力学性质包括以下5种：
　　a. 强度——物料的强度是指其对外力的抵抗能力。通常以材料破坏时单位面积上所受的力即或Pa来表示，按受力破坏的方式不同，可分为压缩强度、拉伸强度、扭曲强度、弯曲强度和剪切强度等。
　　b. 硬度——硬度表示物料抵抗其它物料刻划或压入其表面的能力，也可理解为在固体表面产生局部变形所需的能量。
　　c. 脆性——脆性是与塑性相反的一种性质，从变形方面看，脆性材料受力破坏时直到断裂前只出现极小的弹性变形，而不出现塑性变形，因此其极限强度一般不超过弹性极限。
　　d. 韧性——材料的韧性是指在外力的作用下，塑性变形过程中吸收能量的能力。吸收能量越大，韧性越好，反之亦然。
　　e. 易磨(碎)性——仅用强度和硬度还不足以全面精确地表示材料粉碎的难易程度，因为粉碎过程除决定于材料物理性能外，还受物料粒度、粒形、粉碎方法等诸多因素的影响。所谓易碎性即在一定粉碎条件下将物料从一定粒度粉碎至某一指定粒度所需要的功耗比。
　　对一种具体的物料来说，上述5种力学特性之间有内在的联系，导致物料综合性质的复杂化，这些对于粉碎时所需要的变形力均有影响。总的来说，凡是强度越强、硬度越小，脆性越小而韧性越大的物料，其所需要的变形能就越多。选择粉碎方法的重要依据是被粉碎物料的物理性质。其中，被粉碎物料的强度和破裂性是两个主要指标，对于坚而不韧的物料，撞击和挤压较有效;对于韧性物料以剪切较好，对脆性物料以撞击破碎为宜。在饲料加工中，谷物原料的粉碎一般用锤片式粉碎机，以撞击粉碎作用为主，含纤维多的如砻糠等原料则以剪切和磨碎为主。总之，根据物料的物理和机械特性，正确选择粉碎方法，对提高粉碎效能，节约能耗具有重要意义。
　　(三)粉碎模型
　　Rosin-Rammler等认为：粉碎产物的粒度分布具有二成分性，即合格的细粉和不合格的粗粉。根据这种双成分析，可以推论，颗粒的破坏与粉碎并非由一种破坏形成所致，而是由二种或二种以上破坏作用所共同构成的。
　　a.体积粉碎模型——整个颗粒均受到破坏，粉碎后生成物多为粒度大的中间颗粒。随着粉碎过程的进行，这些中间颗粒逐渐被粉碎成细粉成分，撞击粉碎和挤压粉碎于此模型较为接近。
　　b.表面粉碎模型——在粉碎的某一时刻，仅是颗粒的表面产生破坏，被磨削下微粉成分，这一破坏作用基本不涉及颗粒内部。这种情形是典型的磨碎和研磨粉碎方式。
　　a. 均一粉碎模型——施加于颗粒的作用力使颗粒产生均匀的分散性破坏，直接粉碎成微粉。均一粉碎模型仅符合结构极其不紧密的颗粒粉碎。
　　实际粉碎过程往往是前几工种粉碎模型的综合，前者构成过度成分，后者形成稳定成分。体积粉碎与表面积粉碎所得的粉碎产物的粒度分布有所不同，体积粉碎后的粒度较窄较集中，但细颗粒比例较小，表面粉碎后细粉粒较多，但粒度分布范围较宽，即粗颗粒也较多。
 

责任编辑：龚胡