L международная выставка-презентация
научных, технических, учебно-методических и литературно-художественных изданий
Комплекс машин для производства кормов при влажном фракционировании зеленых растений
| Группа | Научная литература |
|---|---|
| Область науки | Технические науки |
| Название на русском языке | Комплекс машин для производства кормов при влажном фракционировании зеленых растений |
| Авторы на русском языке | Попов С.И. |
Резюме
В монографии представлены результаты научных исследований по обоснованию новой совокупности базовых технологических процессов производства высококачественных сухих гранулированных кормов из протеиновой зеленой пасты, полученной путем влажного фракционирования сеяных трав, и отходов зернофуражного производства; предложен комплекс технологических показателей и найдены влияющие на них факторы; приведены результаты экспериментальных исследований реологических и физико-механических свойств исходных, промежуточных и конечных продуктов технологии; показаны варианты практической реализации отдельных базовых процессов технологии производства сухих гранулированных кормов; разработан технологический регламент.
Монография рассчитана на конструкторов, научных сотрудников, преподавателей, аспирантов и студентов вузов механизации сельского хозяйства и сельхозмашиностроения, а также практических работников сельского хозяйства.
Технология влажного фракционирования зеленых растений является наиболее перспективной для ликвидации дефицита белка в кормопроизводстве и может быть использована для создания полноценной кормовой базы для различных видов сельскохозяйственных животных и птицы.
Перспективным заменителем белков животного происхождения в рационах сельскохозяйственных животных и птицы является пастообразный протеиновый концентрат, полученный путем переработки зеленой массы однолетних и многолетних сеяных трав на основе технологии влажного фракционирования зеленых растений, реализованной в виде комплекта оборудования по производству высококачественных кормов и пастообразных белковых добавок из зеленых растений.
Однако пастообразная форма получаемого протеинового концентрата не является удобной для хранения, транспортирования и реализации через торговую сеть, а также не позволяет достаточно эффективно использовать его в птицеводстве, где по зоотехническим требованиям необходимы сухие кормосмеси, сформированные в виде гранул. Переработка непосредственно пастообразного протеинового концентрата в порошкообразный вид требует применение энергоемкого дорогостоящего оборудования, что значительно снижает эффективность разработанной технологии и комплекта оборудования.
Наиболее перспективным является способ снижения влажности пастообразного протеинового концентрата путем добавления к нему сухих адсорбирующих влагу добавок, являющихся компонентами кормосмеси, в частности зернофуражной дерти.
Достоинством этого способа является простота, возможность частичного использования серийного оборудования, применяемого в кормопроизводстве, отсутствие сложных технологических операций, снижение энергозатрат примерно в 1,6-2 раза по сравнению с непосредственной сушкой пастообразного протеинового концентрата. Данный способ позволяет наиболее эффективно использовать отходы зерноочистки.
Поисковыми экспериментальными исследованиями условий качественного выполнения процесса гранулирования смеси протеиновой пасты и зернофуражной дерти установлено, что для получения неслипающихся гранул влажность смеси не должна превышать 40%, при этом слипаемость не более 7%, а крошимость гранул ниже 10% обеспечивается при влажности смеси более 30%.
При влажности зернофуража 11-14%, диапазоне изменения влажности пасты после химической коагуляции от 80% до 90% и требуемой влажности кормосмеси 30–40% соотношение смешиваемых компонентов, то есть отношение массы пасты к массе зернофуражной дерти должно быть 0,313-0,718. Это означает, что на одну часть протеиновой пасты должно приходиться от 1,39 до 3,19 частей неизмельченного зернофуража. При этом количество протеина в сухом веществе конечного продукта будет 13-16%.
Для увеличения содержания протеина в сухом веществе конечного продукта до 22-25% более рационально использовать протеиновую пасту пониженной влажности 60-70%. При этом соотношение массы пасты к дерти должно быть в пределах 0,475-0,966.
Предложенную технологию следует рассматривать в комплексе с учетом каждого базового процесса технологии в совокупности с остальными процессами и с учетом их влияния друг на друга.
Для описания разработанной технологии предложен комплекс технологических показателей λ, λс , λв , λх , позволяющий рассчитать выход или относительное содержание каждого промежуточного или конечного продукта и их компонентов в зависимости от параметров исходного сырья и промежуточных продуктов с учетом потерь продукта на каждом этапе выполнения технологического процесса.
Экспериментально установлено, что в диапазоне изменения скорости деформации сдвига 1-145,8 с-1 величины напряжения сдвига и эффективной вязкости протеиновой пасты влажности 69,52-90,06%, полученной из сока люцерны варьируют соответственно, от 594,1 до 1,42 Па и от 290,67 до 0,09 Па с; в данном диапазоне скорости сдвига уравнения состояния протеиновой пасты влажностью 69,52-75,59% описываются моделью Шведова – Бингама а влажностью 77,52-90,06% – моделью Оствальда-де-Виля.
Смесь протеиновой пасты и зернофуражной дерти представляет собой сложную систему, характеризующуюся пространственной структурой, механизм образования которой связан с поведением набухающего в коричневом соке белка и распределенных в его среде зерен крахмала и зерновых крупок зернофуражной дерти.
Экспериментальными исследованиями физико-механических свойств смеси протеиновой пасты и зернофуражной дерти установлено, что зависимость плотности данной смеси от давления описывается с 10% уровнем значимости логарифмической зависимостью вида ρ = ρ0 + a ln(p + 1). Плотность смеси меняется от 830 до 1490 кг/м3 при увеличении давления от 0,625 до 3,125 мПа.
Удельная теплоемкость смеси протеиновой пасты и зернофуражной дерти изменяется от 2,12 до 2,71 кДж/кг К при изменении влажности смеси от 29,58% до 46,74%. Для смеси влажностью 38,17% удельная теплоемкость при изменении температуры от 293 К до 333 К возрастает с 2,65 до 2,83 кДж/кг К.
Наибольший предел прочности при растяжении 15,3 кПа достигается для гранул, содержащих дерть размером < 1мм и полученных через фильеру 2 мм. Крошимость менее 5% наблюдается при влажности смеси более 34% для гранул, содержащих дерть размером < 2 мм, слипаемость менее 8% наблюдается при влажности смеси менее 38,25%.
Экспериментальными исследованиями реологических свойств смеси протеиновой пасты и зернофуражной дерти установлено изменение эффективной вязкости от 2200 Па с до 190 Па с при возрастании скорости деформации от 1,8 с-1 до 27 с-1 для различных вариантов состава смеси.
Реологическую модель течения смеси протеиновой пасты и зернофуражной дерти можно представить в виде вязкопластичного тела Шведова-Бингама τ = τ0 + ηпл γ.
Установлено, что для смеси, содержащей дерть размером < 1 мм при Ксм = 0,333, изменение температуры от 293 до 353 К приводит к уменьшению эффективной вязкости с 1412 до 1004 Па с при скорости деформации 3,0 с-1 и с 624 до356 Па с при скорости деформации 9,0 с-1. Зависимость эффективной вязкости от температуры адекватно с 10% уровнем значимости, апроксимируется уравнением гиперболического вида y = a / x + b.
Наибольшую производительность, равную 0,31 кг/с, экспериментальный двухшнековый гранулятор имеет при влажности смеси 35,79%; скорости вращения шнеков 5,2 с-1; матрице шириной 10 мм, диаметре отверстий 4 мм и живом сечении 23,37%. При этом удельные энергозатраты составляют 6,45 кДж/кг. Температура гранул на выходе данного гранулятора меняется от 357 К (влажность смеси 29,79%) до 326 К (влажность смеси 47,74%) при использовании матрицы с диаметром отверстий 2мм (живое сечение 6,78%) на скорости вращения шнеков 5,2 с-1. При использовании матрицы с диаметром отверстий 4 мм (живое сечение 23,37%) на скорости 5,2 с-1 температура гранул на выходе падает с 339 К до 301 К в том же диапазоне изменения влажности смеси (от 29,79% до 47,74%).
Расчетами установлено, что при работе линии по производству сухих гранулированных кормов производительностью 8 т/ч по зеленой массе в течение 6 месяцев ожидаемый срок окупаемости составляет: 2,65 года при работе в одну смену; 1,63 года при работе в полторы смены; 1,11 года при работе в две смены.
При реализации разработанной технологии за счет уменьшения влажности гранулированного или рассыпного продукта, подаваемого на сушку, происходит снижение энергозатрат в 1,6-2 раза по сравнению с технологией производства сухого протеинового концентрата.
МЕДАЛЬ «ЗА ВЕРНОСТЬ ТРАДИЦИЯМ ОТЕЧЕСТВЕННОГО ОБРАЗОВАНИЯ» С УДОСТОВЕРЕНИЕМ