顆粒飼料水分檢測(cè)控制的研究

顆粒飼料營(yíng)養(yǎng)均衡、適口性好，易于包裝和儲(chǔ)存，是目前最常見的畜禽飼料。水分含量是評(píng)價(jià)顆粒飼料質(zhì)量?jī)?yōu)劣的重要指標(biāo)，水分含量過高，會(huì)導(dǎo)致顆粒飼料易產(chǎn)生霉變，不易儲(chǔ)存，影響畜禽適口性，甚至?xí)剐笄轄I(yíng)養(yǎng)成分缺失或霉菌中毒；水分含量低于合理標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)影響飼料的感觀性和適口性，并產(chǎn)生重量損失，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益損失。在飼料的生產(chǎn)加工工藝中，科學(xué)合理的水分含量是非常必要的，可以保證制粒過程中飼料營(yíng)養(yǎng)的均衡性，提高產(chǎn)品品質(zhì)和效率，降低生產(chǎn)成本。

1 影響顆粒飼料水分含量因素

1.1 粉碎

粉碎物料是顆粒飼料加工的關(guān)鍵，粉碎過程會(huì)對(duì)物料的水分含量產(chǎn)生影響。物料的水分含量會(huì)隨粉碎粒度的減小而降低。而且物料水分含量越高，經(jīng)粉碎后的粉料水分缺失也越明顯，粉碎的效率也會(huì)相應(yīng)降低。

1.2 混合過程

當(dāng)混合后粉料的水分含量遠(yuǎn)＜12.5%時(shí)，可考慮在混合時(shí)噴加霧化水。但目前這方面存在很多問題：添加量＜2%；保水性能差，添加2%的水僅有40%～50%的保水率；最好是使用熱水，可以防霉；要考慮混合時(shí)間和水分添加時(shí)間的一致；為保證均勻，調(diào)整噴頭的位置和噴水口大小；需要添加防霉劑；要注意清理混合機(jī)的內(nèi)壁。諸多因素限制了在混合機(jī)加水，而且添加的游離水會(huì)使飼料的潛在發(fā)霉機(jī)會(huì)增加。

1.3 調(diào)質(zhì)環(huán)節(jié)

顆粒飼料生產(chǎn)過程中水分、溫度和時(shí)間的調(diào)質(zhì)是控制顆粒飼料品質(zhì)優(yōu)劣的關(guān)鍵。在利用蒸汽進(jìn)行調(diào)質(zhì)時(shí)，調(diào)質(zhì)水分含量的高低影響著調(diào)質(zhì)的溫度，調(diào)質(zhì)物料的水分含量是通過調(diào)節(jié)蒸汽的添加量來實(shí)現(xiàn)的，同時(shí)調(diào)質(zhì)時(shí)間決定了蒸汽中水分的添加量和熱能利用效率。因此，調(diào)質(zhì)水分的含量是通過調(diào)節(jié)蒸汽的添加量和調(diào)質(zhì)時(shí)間的長(zhǎng)短進(jìn)行控制，而調(diào)質(zhì)時(shí)間的長(zhǎng)短是通過改變調(diào)質(zhì)器物料的填充系數(shù)實(shí)現(xiàn)的。

1.4 制粒過程

制粒過程中所用的壓模孔徑大小是不同，因此加工出來的顆粒水分含量也不同。壓模的孔徑比較小的時(shí)候，加工出來的顆粒直徑也比較小，冷卻風(fēng)會(huì)比較容易穿透顆粒，因此，冷卻過程中會(huì)帶走比較多的水分，相應(yīng)的顆粒成品水分含量也會(huì)比較低。反之，相應(yīng)的顆粒成品水分含量會(huì)比較高。

1.5 冷卻環(huán)節(jié)

冷卻是顆粒飼料生產(chǎn)過程中控制水分含量的最后工序。在冷卻的過程中，顆粒的水分含量不可以超過最終產(chǎn)品所要求的閘值，同時(shí)要控制顆粒的溫度合理范圍，確保最終產(chǎn)品不會(huì)因溫度過高而帶來質(zhì)量方面的影響。目前，廣泛使用的逆流式冷卻機(jī)在冷卻過程中，水分含量的高低和顆粒溫度的高低是呈線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，溫度每升高或者降低10℃時(shí)，顆粒水分含量將增加或減少約0.6%。

2 顆粒飼料水分監(jiān)測(cè)和控制方法

同一批次的生產(chǎn)原料在相同的生產(chǎn)工序其水分變化也不盡相同，成品料含水量與生產(chǎn)流程中原料含水量是非線性相關(guān)的，沒有特別有效的方法預(yù)測(cè)出最終產(chǎn)品的水分含量。因此，顆粒飼料生產(chǎn)最有效的水分測(cè)控方法是在線水分實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，動(dòng)態(tài)報(bào)告和調(diào)整產(chǎn)品水分含量。顆粒飼料在線水分檢測(cè)和控制技術(shù)包括：反饋型控制，即在線檢測(cè)已經(jīng)冷卻后的顆粒飼料的水分含量；前饋控制，即在線檢測(cè)進(jìn)行調(diào)質(zhì)前粉料的水分含量，兩個(gè)方法檢測(cè)出數(shù)值后與預(yù)設(shè)定值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果的差值來控制調(diào)質(zhì)蒸汽時(shí)水分的添加量及制粒機(jī)內(nèi)壓縮室噴霧過程中的加水量，兩種方案都可使顆粒飼料成品含水量保持在預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，有利于成品料水分含量的穩(wěn)定性，但前饋式比反饋式對(duì)最終產(chǎn)品的控制效果更好，實(shí)時(shí)性更強(qiáng)。

2.1 顆粒飼料合理的水分含量

生產(chǎn)所用原料的來源及品種的多樣性導(dǎo)致顆粒飼料產(chǎn)品含水量的多變性。混合后半成品粉料的水分變化應(yīng)控制在9%～14%；調(diào)質(zhì)前粉料的水分含量應(yīng)控制在12.5%，任何時(shí)候都＜13%，否則容易發(fā)霉變質(zhì)。要想使加工出來的顆粒飼料質(zhì)量高，感觀性好，粉化率低，成品料的水分含量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，那么調(diào)質(zhì)后進(jìn)入模具的粉料水分含量必須控制在15%～16%。

2.2 顆粒飼料水分含量的調(diào)質(zhì)

在顆粒飼料加工過程中，必須根據(jù)粉料原料的含水量來合理調(diào)質(zhì)，使進(jìn)入模具的粉料達(dá)到合理的水分含量和適宜的溫度。正常含水量的原料粉料，調(diào)質(zhì)時(shí)需要干蒸汽，即不含水的蒸汽，因?yàn)楹恼羝麜?huì)影響調(diào)質(zhì)和制粒效果。水分含量偏低的粉料原料，可以通過降低蒸汽的壓力、關(guān)閉一部分甚至所有的疏水閥、添加定量水分的不飽和蒸汽以及增加調(diào)質(zhì)時(shí)間等方法實(shí)現(xiàn)增加顆粒飼料水分含量的目的。而水分含量偏高的粉料原料可以利用高壓超飽和蒸汽使調(diào)質(zhì)后的物料溫度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，而含水量卻不會(huì)超出標(biāo)準(zhǔn)。制粒后的物料要經(jīng)過冷卻過程來降低溫度，使其低于常溫3～5℃，同時(shí)可以降低顆粒的水分含量，使最終的顆粒飼料水分含量達(dá)到規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)后進(jìn)行包裝，否則顆粒飼料會(huì)在貯存過程中產(chǎn)生霉變。因此應(yīng)根據(jù)剛出模顆粒的水分含量、溫度、顆粒大小及組成成分來調(diào)整冷卻風(fēng)量和冷卻的時(shí)間，水分含量較低、顆粒較小的物料要冷卻風(fēng)小些、冷卻時(shí)間短些；水分含量較高、顆粒較大的物料要冷卻風(fēng)大些、冷卻時(shí)間長(zhǎng)些。當(dāng)原料的含水量非常低，使得混合后的粉料含水率遠(yuǎn)＜12.5%時(shí)，可以在粉料混合時(shí)加噴霧化水來提高含水量，減少產(chǎn)品的重量損耗，提高經(jīng)濟(jì)效益。

2.3 顆粒飼料水分的添加

常見的水分自動(dòng)添加系統(tǒng)主要是向混合機(jī)內(nèi)添加水分，增加粉料的水分。水分添加系統(tǒng)由水泵、不銹鋼儲(chǔ)水罐、防銹電磁閥、防銹流量計(jì)及智能流量?jī)x組成，噴水量及噴水時(shí)間可在智能流量?jī)x上進(jìn)行調(diào)整設(shè)定。系統(tǒng)采用工業(yè)PLC自動(dòng)控制模塊，具有人機(jī)交互操作方便、自動(dòng)化控制可靠、添加比例精確等優(yōu)點(diǎn)，前提是使用顆粒飼料的實(shí)時(shí)在線水分檢測(cè)裝置，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)和控制噴霧量，使最終產(chǎn)品達(dá)到高質(zhì)量水平要求，降低成本，提高效益。

3 顆粒飼料實(shí)時(shí)在線水分檢測(cè)

顆粒飼料水分控制精度的高低與在線水分傳感器的精度有直接關(guān)系。傳感器分為靜態(tài)和實(shí)時(shí)在線兩種。靜態(tài)傳感器已過時(shí)淘汰，在較新的飼料生產(chǎn)線中不再使用。在線水分傳感器能實(shí)時(shí)得到水分值，水分值通過4～20mA或0～5 V輸出到PLC或其他控制模塊，實(shí)時(shí)在線水分傳感器檢測(cè)時(shí)間＜0.03 s，而且精度高、誤差小。在線水分傳感器又可以分為接觸性測(cè)量系統(tǒng)和非接觸性測(cè)量系統(tǒng)。非接觸性在線測(cè)量系統(tǒng)可以使用微波水分測(cè)量和紅外水分測(cè)量?jī)煞N方式。微波水分測(cè)量方式的誤差率約為±0.4%，重復(fù)性誤差率＜0.2%，瞬時(shí)采樣讀數(shù)可以達(dá)到10次/s，抗干擾及抗沖擊能力較強(qiáng)，可為顆粒飼料生產(chǎn)過程提供全程的水分監(jiān)控，是非常安全、具有可觀性和可控性的系統(tǒng)。微波實(shí)時(shí)在線水分測(cè)量與控制系統(tǒng)包括微波檢測(cè)單元、測(cè)量信號(hào)處理單元、系統(tǒng)邏輯控制單元、加水與水量控制單元、顯示與監(jiān)視單元等。紅外水分測(cè)量方式采用光學(xué)轉(zhuǎn)換器和近紅外NIR光源實(shí)現(xiàn)水分的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，檢測(cè)效果誤差小，準(zhǔn)確率高。被測(cè)物料潮濕，則被反射的光就會(huì)越少。紅外水分測(cè)量系統(tǒng)是通過鹵素?zé)舭l(fā)出的光束經(jīng)反射鏡和透鏡的組合分成測(cè)量光束及參照光束。兩個(gè)光束都會(huì)通過過濾器過濾，在排除無用的光譜范圍的光后，被測(cè)物料上突出的紅外線區(qū)域的光束會(huì)被保留，通過將反射光束與參照光束進(jìn)行對(duì)比用來判斷物料的含水率。

4 小結(jié)

顆粒飼料非接觸性實(shí)時(shí)在線水分檢測(cè)控制的研究是關(guān)系到飼料成本、質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的重要環(huán)節(jié)，通過高精度的水分檢測(cè)和控制來影響顆粒料的水分，現(xiàn)代飼料工業(yè)都是依靠PLC調(diào)節(jié)變頻器動(dòng)作達(dá)到控制水失重的瞬時(shí)流量，從而實(shí)現(xiàn)最大的投入產(chǎn)出比和最佳的產(chǎn)品質(zhì)量。