鑄模後段之打粒作業(上)
粒料在脫離模孔時，最易破碎，雖然粒料已經成型，但在此時卻是一種軟塑性，很容易變形的產品。在這段時間，粒料的運送需要小心輕移，直到其冷卻、乾燥並硬化為止。由整個系統看來，粒料最好直接由打粒機落入冷卻器，因為任何形式的機械處理，都很可能產生粉末。假如為了機械配置上的理由，打粒機出來的粒料無法直接落入冷卻器，則必需考慮將粒料由打粒機運到冷卻器，避免可能造成粒料的破碎。例如，使用皮帶型輸送機，已經證實為輸送熱粒料到遠處冷卻器的最好方式。
A、冷卻設備─理論與操作
今日飼料工業所用的冷卻器有兩種基本型式，即橫臥式與直立式。兩種各有其優點，但冷卻的原理卻是一樣。
1.精料如何冷卻
冷卻器有兩種功能使粒料冷卻。當熱粒料進入工作區，水份與熱量同時被移去。不論熱量或水份，若缺乏其中一樣，皆會影響冷卻器的性能。在調質過程中的基本變數也同為冷卻器中之媒介變數。因此，假如我們將粒料溫度降低20℉ (11.1℃)，則粒料的水份應該降低1％。粒料冷卻器能夠移走大部份在調質器內加入的水份與熱，以及主馬達所帶動鑄模與粒料間的摩擦熱。
我們底下將逐步地探究冷卻的過程。
(a)在調質室的蒸汽凝結在粉料，使得粉料的水份含量平均增加在3∼5％。在蒸汽凝結時，粉料得到大量的熱之後隨即將粉料打成粒狀，而經由機械性的磨擦得到更多的熱。此時排出的粒料溫度大約是140℉ (60℃)到200℉ (93.3℃)，因此需要冷卻與乾燥，以得到能耐久藏的產品。
(b)當粒料剛脫離鑄模，其結構很像纖維組織，經由毛細現象，可使水份移動。正像是以紙巾吸水或墨汁被吸乾。
(c)粒料冷卻器的設計係使周圍的空氣與粒料的表面能直接接觸，不飽和的空氣可以利用蒸發作用，帶走粒料表面的水份，而表面水份蒸發的結果，使粒料冷卻下來。
(d)空氣帶走的熱量，增加了空氣的溫度，於是又增強空氣合水的能力。相反地，此一熱量也是可以避免因為水份的增加而導致空氣系統中的水份凝結。例如，假設冷卻器的空氣是70℉ (21.1℃)，其相對濕度為85％，藉著通過熱粒料堆，加溫到120℉ (48.8℃)，此時空氣攜帶水份的能力比原來的狀態增加5倍。然而在冷卻器時空氣就吸收入足夠的水份，也維持了微妙的熱量與溫度之平衡。
(e)當粒料表面的水份被冷空氣吸走了，就成為不平衡狀態。粒料的中心水份比表面多。內外水份不平衡的狀態，使粒料中心的水份隨著熱向外移動，就像蠟燭的燈心一樣。移到表面的水份又可以被冷空氣給攜走。
(f)以上的程序繼續進行，直到在調質階段所加入的水份隨著熱量移走為止。此時留在粒料內部的水份，就差不多與進入調質機前粉料的內含水份一樣，或是多一點點。在一般的情況下冷卻器周圍的空氣無法將內含水份移走。但有一點例外，就是當大量極其乾燥的空氣進入冷卻器，而導致水份的喪失，當然這種情況是很特殊。
(g)有些時候，當非常冷的空氣流過粒料，冷卻器會產生完全相反的效果。冷空氣會使粒料表面結冰，而阻礙了水份移動，之後，粒料的熱量使冰融化，反而增加了粒料的水份，而非移走它。事實上，冷卻器不可能發揮100％的效率，除非進來的空氣溫度是50℉ (10℃)以上。在寒冷的冬天氣溫在冰點與0℉ (－17°)時，我們一方面要阻絕外頭的冷空氣，同時要加熱室內的空氣。例如，將外頭的空氣抽入較冷的室內時，事先使用熱交換器溫暖之。
(h)同樣地，在很濕的區域，熱交換器可以裝在冷卻器的空氣入口使空氣變得乾燥些。含有大量尿素的粒料，往往會過濕，而無法在一般的冷卻情況下變乾，因此會在包裝袋內，散裝筒倉內黏在一起，或出廠後在卡車或散裝火車廂內黏在一起。這些粒料在冷卻後可以𤪱上一層火山土或細石粉，以克服此一問題。然而有些情況下，儘管我們也加以塗粉的過程，黏著的情形依然存在，因此在冷卻器的空氣入口仍有加裝熱交換器的必要，使得加熱過的乾空氣有較大的能力移走含尿素粒料的高水份。假如旋風分離器置於寒冷的室外，則旋風器與相關的風道也會產生凝結水的問題。這種情況下，將旋風器與風道保溫有助於解決此一問題。此外，當冷卻器關機後，風扇仍需運轉一會兒，以清除旋風器及風道內熱、濕、及含粉末的空氣，以免堆積與凝結。
(i)粒料冷卻器是靠周圍空氣來冷卻的，因此冷卻過的粒料，其溫度都比進入冷卻器的溫度高10∼15℉(5.6∼8.4℃)，意即進入冷卻器的空氣是60℉ (15.5℃)時，經過冷卻器出來的粒料溫度在70℉ (21.1℃)及75℉ (23.9℃)之間。
2.粒料溫度
一般熟知的事實是進入冷卻器的粒料愈熱，乾燥的過程愈有效。高溫粒料有三個現象；
▲加熱空氣，使有更大的包容力能攜走更多的水份。
▲粒料所含的熱量，使其內部水份向表面移動的速度增快。
▲水份由熱的表面移去的速度比冷的表面快，因為水份本身的溫度較高。
3.冷卻器的選擇
冷卻器的選擇有下列步驟：
▲決定冷卻器的形式─橫臥式或直立式。
▲決定粒料滯留時間。
▲根據滯留時間，決定冷卻機大小尺寸。
▲決定所需空氣量。
(a)冷卻器的形式：
不論是直立式或橫臥式，其冷卻效果都不錯。工廠的佈置與產品的組合決定冷卻器的形式。很明顯的，若地坪受限，則選用直立式，若空間高度受限而地面夠大的話，則選用橫臥式。以下是兩者的特色。
(1)直立式冷卻器：
假如空間高度夠的話，對小直徑的粒料，通常選用直立式冷卻器，最明顯的好處是，直立式的設計較為簡單，保養費低，也較省電。粒料直接由冷卻器的頂端，經由一簡單的分配器落入約9英寸寬的空欄。粒料將此二空欄填滿，直到碰及頂端的開關葉，帶動排料機構。粒料往下流的當中，高速的空氣流過粒料，將之冷卻乾燥，風扇由風管連到兩欄之中間部份，由此透過粒料吸走空氣。粒料的排出很穩定，因此底下接著碾碎滾筒、非常理想。
(2)橫臥式冷卻器：
此形冷卻器是移動圍壠式的冷卻器。其基本結構與直立式不同，因為粒料是靜置於圍壠上而隨之於冷卻器內移動。但是在直立式冷卻器，粒料卻是藉著重力在欄內往下翻滾。其他較明顯的區別當然是在橫臥式冷卻器，粒料移動方向係水平的，而直立式冷卻器粒料的移動是垂直的。
橫臥式冷卻器基本上也有兩種形式。
▲單程流動。
▲雙程流動。
單程有一移動圍壠或皮帶，粒料的排出口與進料口不在同一端，而雙程的冷卻器，有二組移動圍壠，粒料由上層圍壠掉入下層圍壠，而排出口與進料口在同一端。
橫臥式冷卻器之冷卻空氣是由底部往上吹過移動的圍壠，而被吸住頂罩的風道直到風扇。
粒料進入移動的圍壠有多種方式。有些情形下，粒料只是直接填塞入移動的圍壠，而有些時候，則利用震動給粒器在半圓的範圍移動，使粒料佈滿整個圍壠面。
當橫臥式冷卻器內的粉末掉入底盤，則會很平均地堆積在冷卻器底部。則有一橡皮製粉末掃把將其刮到一端，掉入斜槽而與粒料一起在冷卻器的出口端排走。
橫臥式冷卻器很適用於較易碎的粒料或大塊粒。為了使大塊粒能有適當的乾燥冷卻，其滯留時間要長些，所以需較大的空間。而且大塊粒在橫臥式冷卻器內運送時所碰到的機械性問題也比較少。大塊粒或較長的粒料在直立形的冷卻器之排料機構中比較有懸空的傾向。
橫臥式冷卻器比較不會將粉末帶到抽風系統。因為頂部罩蓋開闊的空間，使空氣速度降低，因此較大的粉末顆粒會掉回圍壠。
從機械的立場來看，橫臥式冷卻器是較為人注目。較多可動的部份意味更高的保養費用。盤式的橫臥式冷卻器其排料特性常有湧至的現象。因此會造成其後碾碎筒的困擾。為了使碾、碎粒機的運轉順暢，對於冷卻器之進料斜槽，速度調整、粒料在圍床的厚度等等，應加以注意。
(b)滯留時間：
粒料中心的水份移到表面再加以蒸發，此一段時間，可稱為滯留時間，冷卻粒料所需的滯留時間，隨著粒料的大小及組成而定。
在冷卻器內的滯留時間是由冷卻器的容積，打粒機的產量、粒料的容積密度而定。此可由以下公式表示
T＝((V) (D) 60)／R
此處：T＝滯留時間(分)；V＝冷卻器容積(立方英尺)或(立方公尺)；D＝粒料的空積密度(磅／立方英尺)或(公斤／立方公尺)；R＝產量(磅／時)或(公斤／時)
表一的數字是不同大小粒料所需要的滯留時間。這些數據是根據現場的實驗得來，因此不同操作條件下應該有所變化。
表一 大 多 數 公 司 飼 料 所 需 的 起 碼 滯 留 時 間 |
|
粒 料 大 小 |
滯 留 時 間 |
| 10"／64到12"／64(3.9∼4.7mm) 1"／4 (6.5mm) 3"／8 (9.5mm) 1"／2 (12.7mm) 3"／4 (19mm) 7"／8 (22.2mm) 1"／4 (6.35mm)苜蓿粒 |
5∼6分 6∼8分 7∼8分 8∼10分 12分 15分 8分 |
有些原料需要較長的滯留時間。飼料所含糖蜜若超過10％，則所需時間比上述約增長20％。
選擇冷卻器之前，應檢查所有配方冷卻所需之資料。例如，假如我們同時要生產大粒與小粒飼料，則應以大粒料所需的冷卻時間為準。
表一的滯留時間是以一般配方的飼料為準，其所含液體原料不應超過5∼10％。一般小粒料所需滯留時間為6分。有些時候，粒料在冷卻器內的滯留時間降到5分鐘，實際上這已是最低界限，而為了在這種情況下得到乾冷的粒料，粉料的條件要配合得很好。此外，粉末必須保持很少。如果不是這樣，滯留時間還是要保持6分鐘以上。當然也有些例外情形。如1／4" (6.35mm)的苜蓿粒，就應該有8分鐘的滯留時間。在含有10％以上糖蜜的粒料，最少必須增加滯留時間20％。使用這些滯留時間的大前題是必須有適當的空氣量。
(c)空氣量：
冷卻所需的空氣量與粒料經過冷卻器的量有密切的關係，而與冷卻器的大小及打粒機之大小無關。冷卻所需空氣量與粒料大小關係如表二。
表二 最 低 冷 卻 空 氣 需 量 |
|
粒 料 大 小 |
空氣量(立方英尺／分)／噸／時 |
| 10"／64∼12"／64(3.9∼4.76mm) 1"／4 (6.35mm) 3"／8 (9.5mm) 1"／2∼3"／4 (12.7∼19mm) 7"／8∼1" (22.2∼25.4mm) |
800 900 1000 1100 1200 |
空氣系統之凝結水問題與冷卻粒料所使用空氣量有直接的關係。進到冷卻器的空氣之相對溫度或有很大的變化，因此使用時要多留餘裕以供變化。
已經有了空氣需要量之後，接著要再看一看冷卻器，要計算如此之空氣量，其速度是否在粒料床的限速之內。對任何冷卻器而言，冷卻空氣速度皆不能超過其限速。
由經驗得知，在直立式冷卻器，空氣速限為350英尺／分(106.7公尺／分)。在橫臥式冷卻器，空氣速限可提高到580英尺／分(176.8公尺／分)。要注意的是這些速度是指經過開口處的速度，是經過直立式冷卻器的篩網孔或橫臥式冷卻器的板孔的速度，而與整體的截面積無關。
如前所述，基本上橫臥式冷卻器比直立式冷卻器較少有攜帶粉末的問題。因為在橫臥式冷卻器粉末要隨風進到空氣系統前，必須先由粒床往上吹。然而在直立式冷卻器，任何顆粒掉出篩網後，即被納入空氣系統。正確地橫臥式冷卻器頂罩的設計不允許空氣速度過快，以免帶走粒料。
此外，潛在的趨勢會使粉末及粒料附著在直立式冷卻器之交叉網際，而前述的空氣速度可避免此種情形，也不會使之阻塞於空氣系統。
同時要注意到，我們在冷卻器所處理的量是指通過冷卻器的產品數量，而非指最終產量，因此若有過多重覆回收的粉末，通過冷卻器的多餘量，會導致最終粒料溫度增加。一般的滯留時間及空氣流量只能處理一般平均的粉末情況，但假如在冷卻器的排料口粒料過熱，則必須檢查經過打粒機的整體產量。
熱粒料進入冷卻器所夾帶的粉末應該分佈很均勻，若粉末很集中在某一區域，則將填滿該區域粒料間的所有空隙，而使得空氣無法流通。
粒料進入冷卻器的斜槽便應特別注意。有角度的入口會使粉末集中，因此粒料最好由冷卻器的中間進入，如此粉末的分佈會較平均，冷卻器的出口才不會有熱點出現。
(譯自「Pelleting-After the die」by Carl Stevens. Kansas State University)
飼料營養雜誌(67~73)－許福來．八六年十期
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