基于双螺杆挤压膨化技术的含秸秆浮性水产饲料制备研究

发布时间：2020-07-08 13:56

【摘要】：中国水产养殖规模近年来不断扩大,饲料原料供不应求的情况逐渐加重,而农作物秸秆具有数量多、来源广、成本低的特性,是一种很好的饲料原料,但因为秸秆含有大量纤维素类物质,存在适口性差和难于消化等问题,无法直接用于生产饲料。双螺杆相较于传统单螺杆具有更强的混合、剪切作用,可有效破坏秸秆的纤维组织结构,但目前将双螺杆挤压膨化技术应用于制备含农作物秸秆颗粒饲料的相关研究却很少,本文针对我国水产饲料行业及农作物秸秆饲料化利用现状,开展基于双螺杆挤压膨化技术的含秸秆浮性水产饲料制备研究,为缓解水产养殖业饲料原料紧张的现状,解决农作物秸秆处理问题提供参考。本文对同向啮合双螺杆挤压膨化机理进行了分析,将膨化过程分为混料输送、熔融和熔体输送三个部分进行研究。以非塞流颗粒体系分别建立非啮合区和啮合区的混料输送模型并进行相应求解,得到统一的固体混料输送率Qs,建立非啮合区混料熔融模型,得到固相质量平衡方程、熔膜温度分布方程、熔融热量平衡方程并求解,再建立啮合区混料熔融模型,得出经过一次啮合区混料熔融总变形比能dw'p,将啮合区与非啮合区混料熔融理论结合分析,得出混料熔融段长度Zτ,以幂律流体分析熔融段数学模型,建立连续性方程、运动方程和Bird-Carreau本构方程,完成番茄秸秆混料挤压膨化过程流场分析准备工作。本文基于理论分析结果并结合MATLAB进行方程计算,完成了螺杆结构设计,同时采用SOLIDWORKS建立相应的同向啮合双螺杆挤出模型,将三维模型导入PolyFlow生成流体,设置好相应参数和边界条件后进行了流场模拟分析,得到了含秸秆混料在双螺杆挤出腔体中的压力、迹线、剪切速率分布图,验证了该双螺杆挤出模型设计的合理性。本文参考中国水产行业鲤鱼成鱼饲料营养成分要求,以番茄秸秆粉、鱼粉、标粉为主要原料,以喂料速度、螺杆转速、熔体输送段温度、混料含水率为变量,以试验饲料颗粒膨化度、质构特性、成型质量、含粉率、水中稳定性为鲤鱼饲料品质评判依据,进行同向啮合双螺杆挤压膨化含番茄秸秆鲤鱼饲料单因素试验与准备,并搭建了相应的鲤鱼饲料品质检测平台。本文从上述五个鲤鱼饲料品质方面对不同喂料速度、螺杆转速、熔体输送段温度、混料含水率下的含秸秆鲤鱼饲料品质进行了较全面的评估,通过数据、图表、SEM电镜图片的形式清楚的分析出鲤鱼饲料品质和各变量之间的关系,得到优化后的双螺杆挤压膨化喂料速度为50r/min、螺杆转速为100r/min、熔体输送段温度为120℃、混料含水率为24%,最后进行试验验证得出此工艺参数下的含秸秆鲤鱼饲料各项品质指标都表现较优异。
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：S963
【图文】：

示意图,流体运动,轨迹,示意图

逦ｍ逡逑２００６邋２００７邋２００８邋２００９邋２０１０邋２０１１邋２０１２邋２０１３邋２０１４邋２０１５邋２０１６逡逑图１－１邋２００６－２０１６年中国水产饲料产量情况逡逑１．２农作物秸秆饲料化的现状逡逑农作物秸秆具有数量多、来源广、成本低的特性，是一种很好的饲料原料，但由于秸逡逑杆含有大量纤维素类物质，存在适口性差和难于消化的问题ｍ，美国、日本等发达国家普逡逑遍采用大型粉碎机构和平模制粒机生产颗粒词料，每年大约有１／５左右的秸杆被用来制作逡逑饲料。美国威猛公司［８］生产的ＨＧ３６５Ｅ型多功能生物质粉碎机，整机适用性强，同一台粉逡逑碎机可以加工多种生物质材料，物料经粉碎加工后的粒度一般可以达到几厘米，根据粉碎逡逑面对的材质多样性、含水量差异性以及粉碎成品粒度的要求，机器粉碎效率一般在逡逑５？１７５ｔ／ｈ。德国卡尔公司研发的３８－７８０型颗粒饲料平模制粒机［＇为了改进颗粒质量和词逡逑料的营养价值，提高农作物秸秆的制粒效果，根据原料品种的变化，设计出制粒机压辊压逡逑模间隙的在线压辊调节系统

示意图,双螺杆挤压,示意图,篱架

１．４论文研究意义逡逑随着我国设施农业的迅猛发展，设施蔬菜秸秆处理问题也越发严峻，处理不当很容易逡逑引发土壤病虫害爆发以及作物连作障碍问题，造成严重的经济损失和环境污染问题，而将逡逑篱架型蔬菜秸秆进行饲料化处理可实现废弃秸秆的高附加值利用，同时可以有效解决废弃逡逑篱架型蔬菜秸秆的处理问题。目前国内水产饲料制造行业普遍采用的是单螺杆挤压膨化装逡逑置生产饲料，单螺杆挤压膨化的水产饲料具有水中稳定性好、含粉率低等优点，但由于篱逡逑架型蔬菜秸杆纤维素类物质含量高容易堵塞单螺杆腔体，而同向啮合的双螺杆挤压膨化相逡逑较于单螺杆拥有更强的混合和剪切作用，可有效破坏篱架型蔬菜秸秆的纤维组织结构，还逡逑能降低水产饲料原料在挤压腔体中的倒流现象，促使混料中淀粉发生糊化反应，蛋白质、逡逑脂肪发生变性，更加适合篱架型蔬菜秸秆等硬质颗粒的挤压加工，从而提高含秸秆水产词逡逑料的利用率。然而，水产饲料领域还没有以农作物秸秆为原料批量生产颗粒饲料的报道，逡逑目前也未见将双螺杆挤压膨化机应用于制备含农作物秸秆颗粒饲料的相关研宄，因此为了逡逑解决严峻的设施蔬菜秸秆处理问题，缓解水产养殖业词料原料紧张的现状，有必要开展双逡逑

混料,同向啮合,双螺杆,秸秆

熔体混料发生熟化，组织逐渐均化；最后从相应的模具模口中挤出，由于模具模逡逑口内部高温高压状态瞬间降至常温常压，物料中游离液态水分子急剧汽化，使物料体积膨逡逑胀，而温度骤降，熔体混料发生膨化成型，如图２－１所示。逡逑加热片逦：逡逑？逦＼逦＼邋＼邋．邋．邋Ａ邋＼邋■邋－Ａ邋Ｖ邋＼Ｖ－７＾邋Ｖ邋＼邋ＶＡ邋Ｖ￣Ａ＼逦／，逡逑入料口Ｉ逦模ｆｔ逡逑混料输歐逦培融６逦ｉ邋■输送段＾逡逑图２－１番茄秸秆混料膨化鲤鱼饲料加工示意图逡逑２．２同向啮合双螺杆混料输送段理论分析逡逑番茄秸秆混料在同向啮合双螺杆混料输送段由松散的颗粒被压紧压实为体积不变的逡逑紧密体，这是一种非线性变化，是一种非塞流输送过程。非塞流体系是一种介于液体和固逡逑

【相似文献】