前 言 
    關(guān)于顆粒飼料的優(yōu)越性已經(jīng)充分闡述過(guò)了，顆粒飼料使動(dòng)物（包括肉雞、豬、牛、蛋雞等）的生產(chǎn)效能總體提高5%～10%。顆粒飼料加工成本在美國(guó)是4～15美元/t 范圍不等，因飼料種類(lèi)、加工設(shè)備及生產(chǎn)管理而異，在中國(guó)可能略低一些。魚(yú)類(lèi)飼料，特別是蝦飼料，顆粒飼料加工成本更高，但它帶來(lái)的效益也更高，不論對(duì)水產(chǎn)養(yǎng)殖本身和環(huán)境保護(hù)制粒都成了“必要”手段。在美國(guó)為了更好地控制污染、節(jié)省勞力，從20世紀(jì)80～90年代的10年間，制粒加工的魚(yú)類(lèi)飼料幾乎全被擠壓加工的魚(yú)飼料代替。然而在中國(guó)，仍然以制粒加工的魚(yú)類(lèi)飼料為主，魚(yú)類(lèi)飼料從制粒加工轉(zhuǎn)為擠壓加工可能要花長(zhǎng)得多的時(shí)間；關(guān)于蝦飼料的制粒與擠壓的優(yōu)劣比較問(wèn)題，現(xiàn)在難以得出結(jié)論，制粒的蝦飼料在市場(chǎng)上更為普遍。
    盡管燃料價(jià)格一直在上漲，但顆粒飼料的市場(chǎng)份額30年間在美國(guó)仍從50%提高到了80%（Behnke，1999），在中國(guó)從幾乎為零提高到30%以上（Xiong，2000），這是因?yàn)轭w粒飼料的好處超過(guò)了燃料價(jià)格上漲的影響。 
    Cheng（2004）綜合評(píng)述了顆粒飼料對(duì)不同種動(dòng)物的飼養(yǎng)結(jié)果，得出結(jié)論是動(dòng)物生產(chǎn)效能的提高程度與以顆粒持久性（pellet durabilityindex，PDI）表示的顆粒飼料質(zhì)量密切相關(guān)，而且高PDI-低含粉量更有利于飼料搬運(yùn)。據(jù)生產(chǎn)方面的經(jīng)驗(yàn)，制粒之前的因素如配方、原料、粉碎等，對(duì)顆粒飼料質(zhì)量的影響占60%。但是，從制粒作業(yè)本身來(lái)看，影響顆粒飼料質(zhì)量的主要因素是蒸汽調(diào)制（Behnke，1999）。根據(jù)作者的經(jīng)驗(yàn)，蒸汽系統(tǒng)調(diào)節(jié)得好， 往往可以顯著改善顆粒飼料質(zhì)量，使產(chǎn)量和能效提高20%以上也是很平常的事；并且，由于減少了摩擦，環(huán)模的使用壽命可以延長(zhǎng)1～2倍。本文將從原理和實(shí)際應(yīng)用兩方面討論制粒作業(yè)中的蒸汽調(diào)制。 

    1 制粒的蒸汽調(diào)制機(jī)理
    談到蒸汽調(diào)制機(jī)理，或者說(shuō)蒸汽調(diào)制是如何改善制粒作業(yè)的，可能需要一個(gè)概念轉(zhuǎn)移。如多數(shù)教科書(shū)所講，傳統(tǒng)看法都強(qiáng)調(diào)淀粉糊化的影響。但是，在傳統(tǒng)或常規(guī)作業(yè)條件下（調(diào)制時(shí)間不到15s，物料溫度不超過(guò)80℃，物料水分不超過(guò)16%），據(jù)筆者多次進(jìn)行的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定結(jié)果，很少能發(fā)生可測(cè)出的淀粉糊化；另一方面，用高蛋白質(zhì)濃縮料和粉碎的飼草（如苜蓿）制成的顆粒飼料（用飼草制粒時(shí)有時(shí)不用蒸汽）幾乎不含淀粉。Wilson（1987）表示，如果以提高調(diào)制物料的溫度和水分來(lái)表示提高調(diào)制程度，則提高調(diào)制程度反倒降低糊化程度（表1）。減少蒸汽量使得制粒溫度（出模時(shí)的顆粒溫度）提高，這是由于顆粒被推出壓模時(shí)加大摩擦而產(chǎn)生的熱所造成的。
    淀粉糊化也隨制粒溫度提高而加強(qiáng)，但這種方式造成的淀粉糊化大部分發(fā)生在顆粒表面（表1），根本不能改善顆粒飼料的質(zhì)量，反而更糟。而且， 摩擦產(chǎn)生的熱量還使維生素、氨基酸等營(yíng)養(yǎng)成分遭到破壞。在濕潤(rùn)的狀態(tài)下，高溫、長(zhǎng)時(shí)間滯留的蒸汽調(diào)制可使得部分淀粉粒水合、膨脹、喪失雙折射現(xiàn)象，也就是所謂糊化顯現(xiàn)的經(jīng)典陳述。這有助于飼料顆粒黏結(jié)一起，加強(qiáng)顆粒持久性，同樣， 小麥面筋或其他功能性蛋白質(zhì)，在蒸汽調(diào)制過(guò)程中也會(huì)水合，起到“膠”的作用，加強(qiáng)顆粒的持久性。這就是不含淀粉的高蛋白質(zhì)濃縮料之所以可以制成良好顆粒飼料的緣故。人工顆粒黏合劑如磺酸木質(zhì)素和某些黏土也可以起這種作用。將飼草（如苜蓿）制粒時(shí)，經(jīng)過(guò)軟化濕潤(rùn)的飼草碎粒在通過(guò)壓模時(shí)被壓在一起，飼草的纖維組分將飼草碎粒聯(lián)結(jié)一起形成顆粒，保持良好的持久性?；谝陨嫌懻摚梢詫?duì)蒸汽調(diào)制的作用或機(jī)理做出更廣泛的描述：蒸汽調(diào)制過(guò)程中，熱交換和水凝結(jié)使物料碎粒軟化，還可使物料碎粒中的淀粉糊化和/或使面筋之類(lèi)的功能性蛋白水合，從而使得物料碎粒在通過(guò)壓模時(shí)壓緊而黏結(jié)一起。正確的蒸汽調(diào)制在提高PDI、減少含粉量的同時(shí)，還降低了電耗，提高了產(chǎn)量，延長(zhǎng)了壓模壽命，并使因磨擦產(chǎn)生過(guò)熱引起的營(yíng)養(yǎng)物損失減少到最小程度。 

表1 調(diào)制溫度對(duì)制粒溫度升幅和淀粉糊化的影響（Wilson，1987）

物料溫度/℃	水份升幅/%	制粒溫度/℃	淀粉糊化/%
			整粒	顆粒外部
23	0	46	41.9	58.3
43	1.3	33	37.1	-
63	2.1	19	33.5	-
80	3.2	4	28.0	25.9

    2 蒸汽質(zhì)量 
    蒸汽質(zhì)量對(duì)進(jìn)行成功的蒸汽調(diào)制至關(guān)重要。廣義地說(shuō)，高質(zhì)量蒸汽應(yīng)是在使用時(shí)能按正確的量、在正確的溫度和壓力下獲得的蒸汽，其中沒(méi)有空氣，清潔而干燥。
    下面討論在飼料廠(chǎng)蒸汽調(diào)制中常見(jiàn)的蒸汽質(zhì)量問(wèn)題。 
    2.1 濕蒸汽
    濕蒸汽一般指的是混有懸浮水滴的蒸汽。水滴往往來(lái)自鍋爐（如果未安裝有效的蒸汽分離器或沒(méi)有進(jìn)一步加熱）。蒸汽到達(dá)調(diào)制器之前，中途也會(huì)凝結(jié)水滴。水滴使蒸汽的熱能減少，因?yàn)樗缓瑵摕?，而潛熱占蒸汽能量的一大部分。假定蒸汽中?0%（重量）水滴，在1kg/cm2 蒸汽壓時(shí)總能量就會(huì)從646kcal/kg降到593kcal/kg。濕蒸汽含熱能較少，還導(dǎo)致物料水分分布不均， 使物料容易打滑、堵塞環(huán)壓模，造成塞機(jī)。水滴還會(huì)腐蝕管道和蒸汽系統(tǒng)的相應(yīng)部件。系統(tǒng)中凝結(jié)過(guò)多水滴會(huì)積聚起來(lái)被高速流動(dòng)的蒸汽推動(dòng)變成所謂的“水錘”，會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞調(diào)制系統(tǒng)的閥門(mén)和其他部件。出現(xiàn)水錘的信號(hào)是有撞擊聲，蒸汽管道發(fā)生顫動(dòng)。為了防止出現(xiàn)過(guò)多水滴，必須令整個(gè)蒸汽管線(xiàn)良好隔熱；為了將水滴從蒸汽中分離排出，必須沿蒸汽管線(xiàn)安裝相應(yīng)的硬件設(shè)施（后詳）。 
    蒸汽質(zhì)量指標(biāo)（Steam Quality Index，SQI）是飼料工業(yè)用來(lái)表示飽和蒸汽干燥程度的用語(yǔ)，其定義是蒸汽混合物中“真蒸汽”或氣態(tài)H2O百分率。
    飼料工業(yè)中說(shuō)的“濕蒸汽”往往是指含相當(dāng)多水滴的蒸汽（SQI不到90%）， 這樣的蒸汽使蒸汽調(diào)制和制粒效果明顯惡化。如果，物料溫度達(dá)不到預(yù)期水平，注入的蒸汽稍微多一點(diǎn)制粒機(jī)即堵塞，這種情況即表明是濕蒸汽。
    2.2 過(guò)熱蒸汽
    蒸汽溫度高于飽和蒸汽表格中一定蒸汽壓力下的蒸汽溫度（表2）時(shí)， 這樣的蒸汽稱(chēng)作過(guò)熱蒸汽。將鍋爐蒸汽經(jīng)熱交換器加熱可以產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽。
    過(guò)熱蒸汽有其用途，例如用于發(fā)電廠(chǎng)的渦輪發(fā)電，利用過(guò)熱蒸汽的動(dòng)能使渦輪的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電。在這樣的能量轉(zhuǎn)移過(guò)程中，過(guò)熱蒸汽的溫度相應(yīng)下降，但出渦輪時(shí)仍高于飽和蒸汽。這種情況下如用的是飽和蒸汽，就會(huì)發(fā)生凝結(jié)，水的凝結(jié)會(huì)產(chǎn)生水錘，水滴會(huì)使渦輪內(nèi)部嚴(yán)重腐蝕；而且能效也遠(yuǎn)低于過(guò)熱蒸汽，因?yàn)獒尫诺臐摕岣静荒芡苿?dòng)轉(zhuǎn)子，完全是一種浪費(fèi)。過(guò)熱蒸汽實(shí)際上是不飽和蒸汽，當(dāng)一種過(guò)熱蒸汽的溫度降到其飽和點(diǎn)或“露點(diǎn)”時(shí)，就變成了飽和蒸汽，并可能開(kāi)始凝結(jié)。這就是為什么發(fā)電廠(chǎng)必須用過(guò)熱蒸汽注進(jìn)渦輪的入口，出渦輪機(jī)時(shí)蒸汽溫度必須略高于飽和蒸汽的緣故。

表2 簡(jiǎn)化的蒸汽表（飽和蒸汽）

蒸汽表壓力/（kg/cm2）	溫度/℃	顯熱/(Kcal/kg)	潛熱，hfg/(Kcal/kg)	總熱量/(Kcal/kg)
0.5	112	112	531	643
1	120	120	526	646
2	134	134	517	651
4	151	152	504	656
6	164	166	494	660
8	175	177	485	662

    然而，大多數(shù)熱交換作業(yè)，如飼料廠(chǎng)的蒸汽調(diào)制，不適合用過(guò)熱蒸汽。這是因?yàn)檫^(guò)熱蒸汽需要過(guò)多的熱交換空間，凝結(jié)釋放潛熱(蒸汽調(diào)制中是主要熱源)也要更長(zhǎng)時(shí)間，盡管在同樣蒸汽壓力下過(guò)熱蒸汽比飽和蒸汽含有的能量（顯熱）略多。
    當(dāng)發(fā)現(xiàn)蒸汽溫度高于所觀察的蒸汽壓力下的列表蒸汽溫度時(shí)，這就是過(guò)熱蒸汽。在飼料廠(chǎng)出現(xiàn)蒸汽壓力驟降，而壓力下降前蒸汽質(zhì)量已經(jīng)很高（SQI=99%） 的情況時(shí)，可能發(fā)現(xiàn)過(guò)熱蒸汽。另一方面，在蒸汽較濕的情況下，蒸汽壓力下降有助于水滴轉(zhuǎn)回成蒸汽。下面事例量化解釋以上的討論。 
    例：飽和蒸汽在6kg/cm2蒸汽壓力時(shí)的蒸汽溫度為164℃，顯熱是166kcal/kg（表 2），SQI=99.5%，其潛熱和總熱量分別是492kcal/kg（494×0.995）和658kcal/kg（166+492）（表2）。當(dāng)蒸汽壓力從6kg/cm2降到1kg/cm2時(shí)，對(duì)于100%干燥的飽和蒸汽而言，其飽和蒸汽溫度、顯熱、潛熱和總熱量分別變成120℃、120kcal/kg、526kcal/kg和 646kcal/kg；這多出的12kcal/kg“總熱量”（或比焓）將使蒸汽溫度提高大約12℃ ，實(shí)際的蒸汽溫度將變成132℃。過(guò)熱溫度為12℃的過(guò)熱蒸汽就這樣產(chǎn)生了。對(duì)于蒸汽調(diào)制這樣的熱交換作業(yè)來(lái)說(shuō)，10℃以上的過(guò)熱溫度是不可取的，會(huì)降低作業(yè)效果。蒸汽調(diào)制中，相當(dāng)一部分過(guò)熱蒸汽會(huì)徑直通過(guò)調(diào)制器逸散到空氣中；另一方面，物料溫度和水分達(dá)不到預(yù)期水平， 因?yàn)闆](méi)有足夠的空間和時(shí)間讓蒸汽凝結(jié)實(shí)現(xiàn)熱交換。糾正這種情況的一個(gè)辦法是減少壓力下降幅度。 
    2.3 蒸汽中的空氣
    蒸汽系統(tǒng)從一開(kāi)始就有空氣，即使上次作業(yè)過(guò)程在系統(tǒng)中充滿(mǎn)的是純蒸汽，在作業(yè)停機(jī)時(shí)蒸汽會(huì)凝結(jié)而形成真空，空氣就會(huì)被吸入。下次作業(yè)一開(kāi)始，蒸汽即進(jìn)入系統(tǒng)，迫使空氣移向系統(tǒng)的排水點(diǎn)或系統(tǒng)的遠(yuǎn)端。必須在這些部位安裝合適的設(shè)備（例如排氣孔）讓空氣釋放。 
    蒸汽可能因?yàn)槟撤N紊流而混入空氣。這時(shí)，表壓（蒸汽表壓力，下同）實(shí)則是蒸汽分壓與空氣分壓之和，因此，真實(shí)或有效的蒸汽壓（蒸汽分壓）低于表壓。
    有效蒸汽壓=[ 蒸汽份額（容積）] ×表壓
    當(dāng)發(fā)現(xiàn)蒸汽溫度低于蒸汽表格所列一定蒸汽壓時(shí)的溫度時(shí)，說(shuō)明蒸汽中有空氣。蒸汽有空氣混入不僅降低蒸汽能量，還會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成其他損害。空氣中的氧和二氧化碳可以溶解到凝結(jié)水中，腐蝕系統(tǒng)中的鍋爐、管道及其他金屬部件。 
    2.4 粉塵或固體顆粒
    可能由于生銹或使用硬水時(shí)碳酸鹽沉積，管壁會(huì)有一層層的鐵鱗，還可能發(fā)現(xiàn)其他污垢，如焊渣及附著很緊的金屬等。這些固體污垢會(huì)加速系統(tǒng)部件的腐蝕，必須從蒸汽流中清除，以保證蒸汽清潔。正確的水處理可以將系統(tǒng)中的碳酸鹽積累減少到最小限度。 
    總之，理想的蒸汽是100%飽和的“純”或“凈”（沒(méi)有空氣和固體物）蒸汽。過(guò)熱或不飽和蒸汽對(duì)制粒作業(yè)的蒸汽調(diào)制一般是不適合的。純而干的飽和蒸汽必須以正確的數(shù)量和正確的壓力輸送到使用位置。 
    （未完待續(xù)）