《Animal Feed Science and Technology》：Measuring the residence time of feed mash in the conditioner
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饲料颗粒制造中 conditioning 网络驻留时间测量方法及桨叶角度影响研究，采用脉冲批次含不同性质示踪剂（水溶性、粒径差异）在 pilot 尺寸工厂验证，发现短采样间隔（<20s）提升测量精度，桨叶角度由70.7°降至69.0°使平均驻留时间减少24秒（P=0.055）。
T.M.M. Bastiaansen | M. Thomas | S. de Vries | G. Bosch
Zetadec, 瓦赫宁根, 荷兰
摘要
在调质器中，麦芽的停留时间对于生产耐用的饲料和生物质颗粒至关重要，因为它决定了水分向麦芽颗粒内部扩散的程度。然而，目前仍不清楚如何测量停留时间，更不用说在无法直接将示踪剂加入调质器的生产工厂中如何对其进行调控了。我们利用一个中试规模的颗粒制造工厂，探讨了如何使用含有不同性质示踪剂（例如水溶性、颗粒大小）的大批量麦芽来测量其在调质器中的停留时间。此外，我们还评估了旋转轴上桨叶的角度（69.0°和70.7°）对停留时间的影响。示踪剂浓度符合双S形模型（残差均方误差<0.008），但建议采用较短的采样间隔（<20秒）以获得更准确的测量结果。本研究中观察到的平均停留时间较长（77–165秒），我们认为这是由于相对于调质器尺寸而言，生产速率较低（220千克/小时）。与文献中的数据相比，麦芽的体积流入速率可能是决定调质器中平均停留时间的关键因素（R2 = 0.88；P =）。我们的结果表明，将桨叶角度从70.7°降低到69.0°可以将平均停留时间减少24秒（P = 0.055），这可能是由于桨叶对麦芽施加的前向推力增加，从而减少了调质器中的麦芽总体积。
引言
蒸汽调质是颗粒制造中的常见工艺，涉及通过旋转桨轴将颗粒材料（麦芽）与蒸汽在调质器桶内混合和输送（图1）。新进入调质器的麦芽以及旋转桨轴对已存在于调质器中的麦芽施加的定向力，会将后者向前推动。同时，麦芽颗粒之间以及颗粒与调质器壁之间的摩擦会产生阻力。在恒定的通过流量下，这些力达到平衡，从而决定了停留时间（RT），该时间决定了水分向颗粒内部的扩散程度、模具通道中的润滑情况以及颗粒的物理质量（Benders等人，2024年，Benders等人，2025年）。
通过在特定时间点向调质器中注入一种惰性化合物（狄拉克脉冲）（Toson等人，2019年）（图2），然后测量流出麦芽中的这种“示踪剂”浓度（Gilpin，2001年；Salim，2008年），可以研究麦芽在调质器中的停留时间。通常认为麦芽在调质器中的平均停留时间较短（5至30秒）（Attar等人，2018年；Briggs等人，1999年；Gilpin，2001年；Salim，2008年），但在生产线上很少进行实际测量。因此，桨轴配置和调质器设计对停留时间的定量影响仍缺乏研究。缺乏常规停留时间分布测量的一个原因是关于使用易于测量的示踪剂来研究调质器中停留效率的文献较少。另一个原因是停留时间计算方法依赖于示踪剂在明确规定的时间点被可靠地注入（Janssen和Warmoeskerken，1987年），以避免假设示踪剂的回收是对称的（Sencar等人，2020年）。然而，大多数饲料制造厂的封闭性质使得无法直接将示踪剂注入调质器。因此，需要一种替代方法来量化和优化麦芽在调质器中的停留时间。
一种可能的解决方案是使用含有示踪剂的大批量麦芽（脉冲批次），这有助于将示踪剂引入这些生产线。然而，这种方法假设示踪剂仅注入一次（狄拉克脉冲），这对方法论提出了挑战。对于体积超过调质器麦芽流入速率的脉冲批次，示踪剂的注入会持续一段时间。这一过程表现为“稳态”，在此期间流出麦芽中的示踪剂浓度保持稳定（图2）。由于基于狄拉克脉冲的方法没有校正这种稳态，因此使用这些方法对脉冲批次进行测量会导致平均停留时间的过高估计。
在这里，我们探讨了如何在中试规模的颗粒制造工厂中使用脉冲批次来测量调质器中的平均停留时间。此外，我们还研究了使用具有不同性质（例如颗粒大小、水溶性）的各种易于测量的示踪剂来测量停留时间。为了进一步评估该方法，我们调整了桨叶相对于中心轴的角度，以创建调质器中麦芽停留时间分布的差异。
理论及计算
本质上，调质器可以简化为一个麦芽单向流动的桶。当麦芽通过调质器的通过流量恒定时，麦芽的平均停留时间（τ）等于调质器中的麦芽体积（V_eff）除以麦芽的体积流入速率（Q；公式1）。然而，V_eff在实践中很少被确定，并且可能因调质器设计和生产条件的不同而有所差异。因此，为了确定τ，我们需要表达示踪剂……
示踪剂分析与回收
粗盐的几何平均直径为1739微米，几何标准差为888微米，而细盐的这些参数分别为290微米和98微米。细盐的导电性较低（0.77 (克/千克·麦芽) (毫西门子/厘米)；P = 0.078；补充图1）。因此，针对每种盐类型分别进行了校准。可检测到的最小导电性差异为1毫西门子/厘米，从而实现了……
结论
本研究探讨了使用含有大量示踪剂的麦芽批次（即脉冲批次）来测量调质器中的停留时间分布。从调质器中流出的麦芽中的示踪剂浓度符合预期的示踪剂回收模式，在此期间流出麦芽中的示踪剂浓度保持稳定。不过，建议采用更短的采样间隔（<20秒）以获得更准确的测量结果。着色剂和盐都可以用于此目的……
未引用的参考文献
(ASABE, 2008; 国际标准化组织, 1999; Virtanen等人, 2020)
CRediT作者贡献声明
Thomas Menno:撰写 – 审稿与编辑，资源获取。
De Vries Sonja:撰写 – 审稿与编辑，监督，方法论。
Bosch Guido:撰写 – 审稿与编辑，监督，项目管理，资金获取。
Bastiaansen Thomas:撰写 – 原初草稿，方法论，研究，数据分析，数据管理，概念化。
写作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明
在准备本工作时，作者使用了Microsoft Copilot来识别手稿中的语言错误和数据分析中的编码错误。使用该工具/服务后，作者根据需要对内容进行了审阅和编辑，并对发表文章的内容负全责。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
作者衷心感谢Zhiying Zhou、Richard Benders和Marjanne Verhoeven的帮助，以及瓦赫宁根大学和研究中心动物营养组的实验室工作人员。本研究得到了VICTAM基金会、Agrifirm NWE B.V.、DSM、Elanco Animal Health、Pelleting Technology Netherlands、Phileo S.I. Lesaffre、Topsector Agri & Food、瓦赫宁根大学和研究中心以及Zetadec的财务支持，是“循环经济中的颗粒化”项目的一部分。
