快速優質的混合－簡介「雙軸槳葉式」混合機
本文所描述的雙軸漿葉式(TSP)混合機，係受贈裝在堪薩斯大學(KSU)穀物產業科學系的飼料加工中心作為研究用的福伯格F－500型(Forberg Model F－500)混合機，自從按裝後，該校的師生對該混合機作了800多次以上的試驗。製造飼料的加工過程中，混合是最重要的作業之一，但是卻很少得到應有的重視與關心，製造飼料時，依配方配合的日糧提供一定成份的營養。事實上，飼料製造商在標籤的飼料成份分析上也保證這一點。但是假使這配方中所含的諸多原料若未經適當混合則配方的成效與更重要的品管管制將有所疏失。
飼料混合機有各種不同的大小，形狀，設計及結構。從”一片光滑的地板與一把大鏟”到橫型漿葉式及虹帶式混合機到鼓筒式混合機到豎型螺旋葉混合機到極其複的批次混合機。每一家混合機的製造商皆聲稱其所提供的混合機在混合飼料上極佳的表現，除了賣鏟子的不這麼講，但事實上並非全然如此。 最近在堪薩斯大學(KSU)的飼料製造試驗工廠所測試的混合機是雙軸漿葉式(T-SP)混合機。TSP混合機的設計特點在於其內部混合時產生一”液體化的床”，使得飼料可以迅速混合均勻。TSP混合機最恰當的混合時間，必須由實驗取得。然而在各種不同條件下作更進一步的測試，才更能保證其性能。皮透(Bitel)和里耳滋(Lierz)兩位在1990年描述安裝在堪薩斯州立大學(KUS)的TSP混合機如下： |
混合室的額定容量為500公升。 |
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混合機內部有二根水平軸，每一根軸上各有四排22.86公分乘以20.96公分的漿板，以45度角環繞水平軸。 |
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這四排系葉是以11.43公分長的鋼棒焊於軸上。 |
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每一單軸的外徑，即相對漿葉尖端的距離為73.66公分長。 |
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這雙軸一根順時鐘方向旋轉，另一根逆時鐘方向旋轉，其轉速皆為每分鐘37.14轉，漿葉的頂端速度是每秒145公分。其旋轉橫式看來就像是齒輪一般。 |
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漿葉邊緣與混合機內壁的間隙為0.635公分，而與混合機頂的間隙是30.48公分。 |
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在液體添加方面，於混合機頂偏離中心30.48公分處有三只噴嘴，使得液體可以均勻噴灑在飼料上。 |
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在噴嘴下方有一高速攪拌器，其迴轉的速度是每分鐘轉1311.47轉，(頂端速度是每秒鐘1128公分)此一攪拌器可以將飼料拋在空中，以便噴灑油脂。 |
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混合機底部有活動門，其下則是緩衡筒。緩衝筒配合現場製造，並不附屬混合機。混合機排料時間少於5秒。 |
| 混 合 時 間
(秒)* |
變 異 係 數 玉 米*鹽 混 合 | ** 豬 飼 料*** |
15 30 45 60 120 |
21.84 4.36 4.04 3.36 4.70 |
－ 7.18 4.00 3.75 － |
*使用福伯格F－500型
**每一次混合試驗，從混合機取樣10加以分析
***豬飼料在15秒及120秒無試驗
表二 TSP混合機的混合品質(變異係數及標準偏差)
| 混 合 時 間* | 變 異 係 數％ | 標 準 偏 差％ |
15 20 25 30 |
4.56 5.45 4.53 4.12 |
0.03592 0.04029 0.03592 0.03273 |
*使用福伯格F－500型在額定容量340公斤充填量下， 將鹽加入玉米粉後，傍在15，20，25，及30秒取樣。 **使用Quantab R氯離子試驗。
混合機測試
標準偏差(SD)及變異係數(CU)兩項數值，可用來衡量混合是否完全，並作為混合能力及混合機有否發揮正常功能的指標，這些數值可以幫助我們測出標的物的分佈情形，並將諸多數據以單一數值表示。為了解釋分析的結果，必須知道分析法本身的變數。例如，我們知道試紙分析法(Quantab method)的變異係數在10％左右，因此假如以試紙分析法分析混合的結果，其變異係數是10％或少些，則我們可以認定混合良好，同樣情況亦適合其他分析法。 魏爾克斯(Wilcox)及包定(Balding)二位於1976年所述，變異係數是在衡量發生在每一組相類似數據的變化情形，諸如微量滴定的讀數，或有顏色記號顆粒的個數，當數據愈平均時，其CU值愈小，通常CU值大於10％時，表示均勻度有待改善。標準偏差(SD)則是測量某一點偏差的變化，也就是一群數據的算術平均數與各數差之平方和之平均值的平方根混合的最大與最小量。 里耳滋(Lierz)與皮透(Bitel)於1990測試TSP混合機在輕與超載情況下之效果，輕載是136公斤，約等於其設計容量的百分之四十，重載是454公斤，約等於其設計容量的百分之一百三十三。超載是680公斤，即為其額定容量之二倍。(表3)
表三 TSP混合機不同充填量不同攪拌時間之混合效果
| 混合時間* | 36公斤測試 |
變異係數％ 454公斤測試 |
**,*** 680公斤測試 |
15 30 45 60 |
8.45 7.36 5.11 7.55 |
25.60 9.23 4.73 5.59 |
34.56 31.10 16.22 6.38 |
*以福伯格F－500混合機測試。 **玉米粉(99.5％)及鹽(0.5％)。 ***使用Quantab R氯離子試驗。而TSP混合機在輕載與超載的情況下，其性能表現亦相當不錯，即使在額定的兩倍容量之下，60秒的攪拌時間內，其均勻度即能達到可接受的地步。 麥克希尼(McEllhiney)於1990年作了另一項試驗，即TSP混合機在攪拌易碎成品後，其成品破碎程度與粉末產生的情形。實驗的內容是將擠出成型的動物園用易碎的動物飼料，在TSP混合機內噴塗油脂。油脂的含量是1％及3％，混合時間是30秒及一分鐘。在二兩不噴塗量之下，30秒的混合時間即顯得很均勻。噴完油質後的成品隨即落入其下之緩衝筒，然後以螺運機輸送到斗升機，升刑到約12公尺高處再落到包裝筒作進一步包裝用。包裝時，該成品以1.27公分網孔的篩網過篩，在每一次試驗，其含粉率皆不超過1％。由測試顯示，TSP混合機效果良好，同時不會傷到易碎的物料，如穀片，粒料及擠壓成品。增加飼料產量。
TSP混合機的優點是快速，混合徹底，分佈均勻混合機本身及其下之緩衝筒所需空間比起標準的橫型混合機少很多。(以產量基礎，約為10％。而每單位產量的耗量亦較省。混合機的驅動馬達是7.5％馬力而攪拌器的驅動馬達是3.24馬力。里耳滋於1990年算過TSP混合機混合每噸飼料的耗電量，比另一部同位在實驗室旁邊雙螺旋板帶模型混合機少64％。
TSP混合機較明顯的缺點是在生產流程中，所用時間的匹配上，特別是使用批式磅秤的飼料製造業，在大多以動物配方中需使用許多不同的原料。假如某一種飼料，其混合時間是25秒，則包括進料與卸料時間，即混合循環大約是40秒。在那種情況下，秤完一次所有乾原料的時間應小於35秒。若效率因率為80％，則TSP混合機之能力約為每小時27公噸。因此，其能力超過傳統容量為3T，混合循環為6小鐘效率為80％的混合機。
解決此一問題的可能答案是使用多部的配料秤，每種原料一部磅秤，或每一種主原料或大宗原料一部磅秤(穀物，蛋白質粉類，二磷，鈣，鹽)以及少量原料的快速秤量(維他命，微量礦物質及藥品)。此種快速且精確的秤量技術已可應用，只是尚未廣泛使用。
在混合的過程中加入”黏的”液體，像是植物油，液狀油脂或糖蜜等，可以幫助粉末附著在較大的顆粒上，此點可以減少飼料分離，以得到較佳的質。可是黏液也會塗佈在混合機內一些重要的部位，使該處積蓄飼料，降低混合機的性能。若注意到混合的方法與設備的維修及良好的設計，則能大為減低”黏液”所帶來的困擾。
避免混合物的分離
大部份粉狀飼料經過篩分，其粒子大小變化很大。因為粒子大小及密度不同，這些粒子在混合機內就會分離狀。任何的飼料分離的皆會導至一些重要的微量原料不同的集中現象。
例如硒在許為飼料中的推荐量是百萬分之(0.4，0.4ppm即每噸飼料中含0.4公克的硒)此一劑量的4倍，即10ppm即可使一些動物中毒。因此極微量的細末硒的分佈必須非常精確。為了達這個目的，通常硒是在混合之前即加入於微量礦物質或維他命的預拌劑中即使如此，在預拌劑中微量原料的混合物仍需有良的品質，而預拌劑本身在混合機內的飼料原料混合後，亦需分佈完全。
混合完畢之後，並不意謂飼料原料分離的困擾已告結束。混合機內飼料的排空亦很重要。混合機底部全開的設計可以減少排料過程的飼料分離。粉狀飼料或未粒化的濃縮料落到筒倉時亦有分離現象發生。飼料應避免造笠狀堆積。
筒倉內的笠狀堆積曾使得粉末沉積在中間。假如筒倉的出口呈現一種核心流出的方式，則筒倉中間的料先行排出。因此即使中於中心的粉末礦物質或藥物的劑量不至於毒害動物，對於動物的成長表現亦將降低。
巨流式的新型筒倉設計，可以使物流有先進先出的功能，但是因這價較高而較少人用。同時，此型筒倉如何去影響粒子分離的報導亦幾近沒有。
黏的液體如何作功
另一避免飼料分離的方法是添加少量的油脂或糖蜜。此舉在較大粒子的表面塗上黏的液體，使之變成黏性並附為一些較細的粒子。因之飼料落入筒倉時，細的粒子會隨著較粒子滾到筒壁，結果使混合飼料，此未添加液體時要較均勻。
美國的堪薩斯大學在許多次的試驗中，皆定黏性液體對混合效果的正面影響。但是，添加液體時，不管是糖蜜，植物油式液化獸脂，皆不可以使混合機內因此積聚飼料，特別是漿葉等部品，假如有積聚飼料的情形發生，則混合機的混合功能不能正常發揮，即攪拌部品移動，但是沒有混合現象發生。
黏滯問題之解答
挪威最近有一家預拌劑製造商，使用螺旋板帶，混合機去混合預拌劑，並以糖蜜作為預拌劑的黏劑，而當螺旋板帶在飼料中移動時，混合的機能在螺旋板帶的後方發生。此乃螺旋板帶的混合原理。問題是在糖蜜會附著在螺旋板帶的背面，積聚到一定程度後，就好像飛機翼一般。
因此，經過一段時間，混合機就沒有合作用，每一次碰到這種情況，就必須派二個人用上將近2小時的時間去清除糖蜜及附著物。清畢再用上數小時後，又須再停機清除。因為該公司以石灰粉作為預拌劑的賦形劑，螺旋板帶的摩損與撕裂也就特別嚴重。該部混合機目前也已經更新。而該挪威人公司也得到一個教訓，即添加黏的液體於混合機內，不應該破壞該機械的功能。 相反地，丹麥的一家預拌劑製造商使用雙軸漿葉(TSP)混合機或福伯格混合機去添加類似的糖蜜濃縮物。TSP混合機為了防範漿葉積附太多物質，也是每週清理一次。然而，TSP混合機的混合作用是發生在混合機的中間地帶，而不是像螺旋板帶式混合機發生的旁邊。結果，即使漿葉上附著許多糖蜜，混合的機能仍在。 噴入黏的液體原料在TSP混合機內，的最佳方法以避免太多物料積附在混合機的部件上。 經由流動歪曲棒(FDB)所反彈的飼料流可以作為漿葉系統免遭液體直接噴灑的遮覆。糖蜜或其他黏的液體原料在接觸到漿葉系統前，會先碰到飼料，預拌劑或飼料的粉粒子包覆糖蜜，因此在混合機底部或內壁形成黏塊的機會為之減少。 以糖蜜為例，糖蜜是普遍用於飼料的黏稠性原料之一，其添加方式通常為自動噴灑。為使噴灑更有效率，有兩種方式：第一是將糖蜜加熱以增進其流動性，易於自動化，但不能加熱到使之焦化。其之是加入約10％的水，以稀釋之。而不管以那一種方法，噴咀噴出糖蜜時都應使之成為扁平扇形的噴霧。自動噴灑的功能愈健全，則糖蜜滲入飼料的程度愈佳，而添附在機件上的情況愈少。 然而，為達到最佳的噴灑效果，必須使TSP混合機超載使用，亦即將填充於混合機內的飼料量超過其額定容量。其超過量應為40％，例如2000公升的福伯格(Forberg)混合機，其額定容量是1.2噸的典型粉狀飼料。在添加黏稠性的液體，其內部的飼料應超量到1.7噸。超量裝填即超載使用，混合機攪拌的時間也該延長。而因為添加液體，原來也必須增加攪拌時間。假如添加液體的目的只是在於使大小粒子相結合，那麼只要添加2％即已足夠。混合循環約需90秒，此一時間包括裝填飼料，攪拌，噴灑液體，及排卸飼料。 理論上此一型混合機的能力是每小時67噸，但是在生產線上，要完全發揮此一能力，必須將配料系統分散使得原料並不都秤入一個大磅，而是至少使用3到4個以上配料秤。此舉也可使得配料更為準確，因為如此一來，才可能使得用量多的原料以大秤，用量少的原料也用小秤來秤。混合機內的流動歪曲棒撥散原料，使成一反彈的原料流，此舉也使得混合料中的小粒子與液體等，更徹底分散。 有些相對較大粒子的石灰粉(大於850微米)，在攪拌時的內部摩擦較厲害，此類原料在添加液體時，可以直接噴入混合機中心，而不使用流動歪曲棒來撥散料。然而內部摩較厲害的原料，攪拌時所需的動力較高，而加入黏稠性的液體後，更大大地增加其所需的動力。不管混合機內攪拌的是什麼原料，添加液體時要注意不要噴到混合機的內壁，特別是兩邊的端板，只是不違這原則，添加液體的噴多一兩個亦無妨。
液體添加的限量混合機內糖蜜的添加量受到原料吸收糖蜜的能力所限制。假如糖蜜一直留在飼料粒子的外面，則該粒子將具黏性，特別是像粒狀飼料等大的顆粒。然而在小粒的情形下，像某些預拌劑，其外表吸收糖蜜的能力很大，道理很簡單，因為預拌劑磨得夠細，總表面積非常大。
一般動物飼料也是同樣情形，混合物的原料愈細，吸收液體的能力愈大。然而攪拌的時間也要愈長，因之降低混合機的能力。
目前有許多TSP混合機應用於打粒機上頭，將粉狀飼料添加7％的糖蜜，然後直接排料入打粒機。另外也有一些混合機，添加2∼3％的糖蜜入飼料，其作用僅是將大小粒子互相結合一起，使成品較少分離作用。不管那一種情況，黏稠性液體的添加，對整體混合系統的效率以及最終的飼料品質都扮演很重要的角色。
譯自”國際飼料”1991四月號
飼料營養雜誌(13~20)
92年．第五期─許樂譯
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