CC BY
48
УДК 631.365.25:633.853.494
ЛОГИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА МЕТОДОЛОГИИ ПОСТРОЕНИЯ НАУКОЕМКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ ПО ПРОИЗВОДСТВУ
КОМБИКОРМОВ
В.И. Сыроватка, академик РАН, зав. отделом
Всероссийский научно-исследовательский институт механизации животноводства
E-mail: vniimzh@mail.ru
А.Д. Обухов, студент
РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева
E-mail: info@rgau-msha.ru
Аннотация. Методология - алгоритм того, как достичь поставленной цели на базе последних научных достижений и мирового опыта; логическая структура поставленной задачи подчинена оптимизации экономических, технологических и новых технических решений. В статье представлен международный и отечественный фон производства комбикормов, а также новые эффективные ингредиенты комбикормов: рыбная мука и аквакультура моря, отходы пищевой и перерабатывающей промышленности, высоковитаминная травяная мука, вермикультура, соя, рапс, горох и другие высокобелковые компоненты взамен зерновых. Особое внимание уделяется высокотемпературной обработке комбикормового сырья в реакторе при температуре 300-374°С, давлении 12-21 МПа, экспозиции 30-60 с, где достижимы высокие кормовые результаты сои и рапса. Предложены новая технология и поточная линия высокотемпературной сушки зеленой массы, при этом достигаются значительная экономия топлива и повышение качества готового продукта.
Ключевые слова: методология, логическая структура, алгоритм решения, фон производства комбикормов, тепловой реактор, высокотемпературная сушка зеленой массы, мировой опыт.
Методология - учение о способах, от греческого «путь вслед за чем-либо» - учение о методах, способах и стратегии исследования предмета. Методология - это программа (алгоритм), набор приемов и способов того, как достичь поставленной практической цели и не погрешить против истины. Структура методологии: система производства комбикормов в мире и РФ; задачи: технологические, экономические, новые технические решения.
Фон мирового производства комбикормов. Одним из приоритетных направлений развития сельского хозяйства на 20202030 годы является ускоренное развитие животноводства и птицеводства. Обеспеченность высококачественными комбикормами во многом определяет уровень развития и экономику этого направления [1].
Рост производства продукции животноводства значительно сдерживается из-за высокой себестоимости кормов, недостатка кормового протеина. Дефицит последнего в мире составляет примерно 6,3 млн т при об-
щей годовой потребности 40 млн т. В связи с этим большое значение приобретает изыскание новых кормовых ресурсов, богатых белковой составляющей и способных удешевить комбикорм. Отходы пищевых производств представляют собой легко возобновляемый дешевый и доступный источник сырья для новых высококачественных и питательных кормов и после соответствующей обработки могут приобретать кормовые свойства, в 1,52,0 раза превосходящие фуражное зерно. Пищевые отходы обладают высокой энергетической и биологической активностью, безвредны, легко поддаются микробиологической биоконверсии, различным видам обработки. Важным является то, что потенциально возможные доходы от использования вторичных ресурсов пищевых отраслей могут превосходить доходы от продажи основного продукта.
Комбикорма - основа кормового рациона в птицеводстве, свиноводстве, аквакультуре. В балансе кормов молочного скотоводства
они составляют 30%. В себестоимости продукции на корма приходится более 70%. Поэтому комбикормам уделяется большое внимание во всех странах мира.
Мировое производство комбикормов в 2014-2016 гг. достигло 980,12 млн т. Объем производства в последние три года остается на одном уровне [2]. В 2014 г. Китай произвел 180 млн т, США - 173, Бразилия - 66, Мексика - 31, Индия и Испания - по 29 млн т, Россия - 24,5 млн т и Япония - 24 млн т. В странах АТР (Азиатско-Тихоокеанского региона) в 2014 г. произведено 350,54 млн т комбикормов, в Африке - 34,57 млн т, в странах Европы - 232,58 млн т комбикормов.
Объем производства кормов в Латинской Америке в 2014 г. составил 144,84 млн т. В государствах Ближнего Востока произведено 24,75 млн т. Производство мяса на душу населения в мире - 36,9 кг/чел. в год, в Индии - 5,1, в Зеландии - 300, в Дании 372,2, Китае 57,5, России 52,2 кг/чел. в год.
Производство соевых бобов в мире в 2013 году составило 276,4 млн т. За последние 20 лет мировое производство соевых бобов выросло в 2,0 раза [3]. В 2013 году средняя урожайность соевых бобов в мире составила 24,8 ц/га. За 10 лет показатели урожайности сои в мире выросли на 9,0%.
США являются лидером по производству соевых бобов. В 2013 г. на их долю пришлось 32,4% (89 483 тыс. т) от мирового производства. Второе и третье место занимают Бразилия и Аргентина - 29,6% (81 700 тыс. т) и 17,8% (49 306 тыс. т) соответственно. В 2013 г. эти три страны обеспечили 79,8% (220 489 тыс. т) мирового производства данного вида сырья. В ТОП-10 (верхних) производителей также вошли: Китай - 12 500 тыс. т (4,5%), Индия - 11 948 тыс. т (4,3%), Парагвай - 9 086 тыс. т (3,3%), Канада - 5 198 тыс. т (1,9%), Уругвай - 3 200 тыс. т (1,2%), Украина - 2 774 тыс. т (1,0%) и Боливия - 2 347 тыс. т (0,8%). Россия в 2013 г. занимала 11-е место - 1 636 тыс. т (0,6%). В 2014 г. объем производства соевых бобов в России достиг 2 528 тыс. т (по данным Минсельхоза РФ, что на 54,5% больше, чем в 2013 г.). В 2013 г. Россия по урожайности занимала 16-е
место (13,6 ц/га). В США урожайность сои достигает 29,1 ц/га, в Бразилии - 29,3, в Парагвае - 29,5, Уругвае - 26,7 ц/га.
В 2013 году лидером по объемам экспорта стала Бразилия - 42 792 тыс. т (40,4% мирового экспорта, США - 39 176 тыс. т (37,0%), Аргентина - 7 783 тыс. т (7,3%). В 2013 году на долю этих трех стран пришлось 84,7% (89 751 тыс. т) мирового экспорта. Китай является крупнейшим импортером соевых бобов. В 2013 году страна ввезла 63 376 тыс. т соевых бобов, что составило 61,2% мирового объема импорта. С 2001 года объем ввозимых в Китай соевых бобов вырос в 4,6 раза. В 2013 году основными поставщиками соевых бобов в Китай являлись: Бразилия - 31 810 тыс. т (50,2% от общего объема импорта в Китай), США - 22 235 тыс. т (35,1%), Аргентина - 6 122 тыс. т (9,7%), Уругвай - 2 300 тыс. т (3,6%), Канада - 840 тыс. т (1,3%) и Россия - 68 тыс. т (0,1%).
Производство рапса. Суммарные посевные площади рапса озимого и ярового в России в 2013 г. достигли рекордных отметок - 1 325 тыс. га. За последние 10 лет размер площадей, занятых под рапсом в России, вырос в 5,8 раза [4]. Весь объем производимого в России рапсового масла отправляется за рубеж, где оно используется в качестве биотоплива. В 2013 г. экспорт рапсового масла достиг 305,4 тыс. т. Место России в мировом производстве комбикормов, состав и производство на душу населения представлены в таблице 1 [2]. Энергетическая и протеиновая питательность кормов определяет уровень продуктивности животных. За энергетическую кормовую единицу (ЭКЕ) принято 10 МДж обменной энергии (1 Дж= 0,2388 кал., 1 кал. =4,1868 Дж).
Таблица 1. Место России в мировом производстве _комбикормов и мяса_
Показатели РФ США Германия Китай
Население, млн чел. 145 319 81 1343
Производство комби- 24,5 170 23 190
кормов, млн т
на душу населения, т/г 0,16 0,57 0,30 0,13
Доля мирового произ- 2,3 16 2,2 19
водства, %
Мясо на душу населе- 52 135 101 57
ния, кг/год
Потребность животных в ЭКЕ и протеине обоснована, рассчитана и представлена в нормах кормления [5].
Исходя из состояния и стратегии развития производства комбикормов в мире и России, возможен следующий априорный состав основных ингредиентов комбикормов (в скобках - реально в настоящее время в РФ). Ингредиенты: зерновые 40-50% (70-90), ак-вакультура 15-20% (1,0), бобовые (соя, рапс, горох и др.) 8-10% (2), травяная мука 6-8% (1,0), отходы пищевой промышленности 1012% (4,0), вермикультура 3-4% (1,0). Ниже рассмотрены технические возможности реализации производства перечисленных выше основных ингредиентов комбикормов.
Сублимация рыбопродуктов в условиях Арктики. 16 декабря 2014 года научная сессия собрания РАН рассмотрела «Научно-технические проблемы освоения Арктики» и предложила сосредоточить усилия ученых по реализации научных результатов в этом регионе РФ [6].
Биологические ресурсы Арктики. Баренцево море - ключевой регион по вылову рыбы (2,8 млн т в год): мойва, треска, пикша, сайра, сельдь, палтус, морские окуни, креветки, крабы. Масштабный рыбный промысел на акваториях морей Карского, Лаптевых, Восточно-Сибирского и Чукотского отсутствует, и наибольшие промысловые ресурсы сосредоточены в устьях рек и прибрежной зоне. Рыба: омуль, муксун, нельма, сиг, голец, пелядь. Берингово море относится к Арктике, принадлежит к числу богатейших рыбных ресурсов. Виды рыб: минтай, сельдь, лососевые, камбала, палтус, крабы, треска. Биомасса мезопланктона в Беринговом море достигла 200-300 г/м3. Арктическая зона РФ - это не только богатейшая кладовая полезных ископаемых, но и место обитания 82 тыс. жителей малочисленных народов севера и около 10 млн переселенцев и приезжающих вахтовым методом для работы на промышленных предприятиях, что резко обострило проблему продовольственного обеспечения населения региона [6, с. 59-64].
Развитие аквакультуры в России. Ак-вакультура - разведение и выращивание вод-
ных организмов (рыб, ракообразных, моллюсков, водорослей) в естественных или искусственных водоемах, а также на специально созданных морских плантациях.
Во всем цивилизованном мире аквакуль-тура - одно из наиболее динамично развивающихся производств, она рассматривается как способ обеспечения продовольственной безопасности и средство борьбы с бедностью. Прогнозируется, что через 30-50 лет аква-культура в рецепте комбикормов будет занимать 40-50% взамен зерновых, в первую очередь, в странах южного полушария.
По последним данным пресс-службы ООН (ФАО) мировое производство рыбы и рыбной продукции составляет 160 млн т в год, для сравнения - мяса 297 млн т.
В мире производится мяса всех видов по 42,9 кг на человека в год, а рыбы - по 20 кг, при этом продукция аквакультуры в отдельных странах приближается к 50%. В секторе производства рыбы лидируют одиннадцать стран Азиатско-Тихоокеанского региона. На их долю приходится 89% мирового объема, где доля Китая составляет 62%. Первую тройку экспортеров рыбы составляют Китай (12%), Норвегия (8%) и Тайланд (7%) [4]. Доля России в мировом вылове составляет 4,7-4,8% (4,3-4,4 млн т).
Рост объемов производства животноводческой и птицеводческой продукции и повышение ее качества связаны с расширением использования аквакультуры в составе комбикормов.
Предложены линия для сублимации кормов и продуктов и способ сублимации кормов и продуктов, позволяющие сократить цикл сушки, снизить удельные затраты и повысить КПД (рис. 1) [7, 8].
Процесс работы линии. Заполняется водой бак 11 для СВЧ-подогрева воды, включается в работу сублимационная установка 1, происходит сублимация (испарение) влаги в виде замороженных молекул воды (лед), которые с двух сторон сублимационной установки 1 отбираются через вакуум-проводы 2, имеющие вакуумные затворы 3,4, и направляются в разделенные перегородкой 8 секции 5,6 десублиматора 7.
23 24 10 25 18 8
Рис. 1. Линия для сублимации кормов и продуктов: 1 - сублимационная установка; 2 - вакуум-проводы; 3,4 - вакуумные затворы; 5,6 - секции; 7 - двухсекционный десублиматор;
8 - перегородка; 9,10 - емкости; 11 - бак СВЧ-подо-грева; 12 - система отвода подогретой воды; 13 - система отвода талой воды; 14 - насос; 15,16 - краны; 17,18 - краны; 19,23 - вакуумные затворы; 20,24 - затворы для подачи аммиака; 21,25 - отводящие краны; 22,26 - оросители
Одновременно происходит нагрев бака СВЧ-подогрева воды 11 за счет остаточной СВЧ-энергии. Вымороженная влага омывает секции 5, 6, которые заполнены жидким аммиаком, поступающим через затворы 20,24, и оседает на них в виде льда. Размораживание льда осуществляется горячей водой, поступающей из нижней части бака СВЧ-подогрева воды 11, которая посредством системы отвода подогретой воды 12, снабженной кранами 15,16, поступает в секции 5,6 десубли-матора 7 через оросители 22,26. Для размораживания секции 5 закрываются вакуумные затворы 3,19, затвор для подачи аммиа-
ка 20, открываются краны 15,17, включается насос 14, и талая вода из емкости 9 для сбора талой воды откачивается по системе отвода талой воды 13 в верхнюю часть бака СВЧ-подогрева 11. По окончании размораживания секции 5 открываются вакуумные затворы 3,19, а также затвор для подачи аммиака 20, закрываются краны 15,17, отключается насос 14, и секция 5 работает в обычном режиме.
При необходимости размораживания секции 6 закрываются вакуумные затворы 4,23, затвор для подачи аммиака 24, открываются краны 16,18, включается насос 14, и талая вода из емкости 10 для сбора талой воды откачивается по системе отвода талой воды 13 в верхнюю часть бака СВЧ-подогрева 11.
По окончании размораживания секции 6 открываются вакуумные затворы 4,23, затвор для подачи аммиака 24, закрываются краны 16,18, отключается насос 14, и секции 5 и 6 двухсекционного десублиматора 7 работают в обычном режиме. Избыточная вода от растаявшего льда через отводящие краны 21 и 25 сливается в канализацию.
Технология сублимации предусматривает замораживание продуктов (рыбы) до минус 30-50°С и сушку до 5-8% при температуре от +120 до +230°С. В Арктике осуществляется естественное замораживание, а сушка осуществляется с помощью жирного газа, который в настоящее время не перерабатывается, а просто сжигается, нанося ущерб окружающей среде.
Сублимация - важное условие успешного развития аквакультуры, ее своевременной переработки и надежного хранения. Существующие сублимационные установки рассчитаны на сушку измельченных продуктов размерами 1,0-10,0 мм.
Предложены способ и линия производства гранулированных комбикормов (рис. 2) [9, 10]. Сыпучие компоненты загружаются в приемные бункеры 1,2 и 3, а текучие заливаются в емкости 6,7.
Рис. 2. Линия производства гранулированных комбикормов: 1- бункер для сои; 2 - приемный бункер для рапса; 3 - приемный бункер для зерна; 4 - теплообменник; 5 - бункер для БМВД; 6 - емкость для жира; 7 - емкость для мелассы; 8 - подогреватели; 9 - дозаторы; 10 - краны; 11 - шнек-смеситель; 12 - тепловой затвор загрузки; 13 - реактор баро-термической обработки; 14 - тепловой затвор выгрузки; 15 - крышка пресс-гранулятора; 16 - корпус пресс-гранулятора; 17 - пресс-гранулятор; 18 - прессующий шнек; 19 - матрица; 20 - диск с криволинейными ножами; 21 - газгольдер; 22 - паропровод;
23 - кран; 24 - охладитель; 25 - транспортер; 26 - тепловая магистраль; 27 - вентиль; 28 - система вентиляции; 29 - циклон; 30 - вентилятор
При работающем реакторе баротермиче-ской обработки 13 и системе вентиляции 28 пар через тепловой затвор выгрузки 14, пресс-гранулятор 17 и газгольдер 21 по паропроводу 22 при открытом кране 23 поступает в теплообменники 4 приемных бункеров 1,2, и 3, где происходит предварительное запаривание сои, рапса и зерна. Дозаторами 9 из приемных бункеров 1,2,3,5 и кра-
нами 10 из емкостей 6,7 установленная доза каждого компонента подается в сборный шнек-смеситель 11, из которого смесь равномерным потоком направляется в тепловой затвор загрузки 12 реактора баротермической обработки 13, где при температуре 250-300°С и под давлением 6-8 МПа в течение 30-120 с происходит кондиционирование, гомогенизация кормов с одновременным смешиванием и перемещением обрабатываемой массы в сторону теплового затвора выгрузки 14, встроенного в крышку 15 корпуса 16 пресс-гранулято-ра 17, где происходит мгновенное сбрасывание давления и температуры, при этом образовавшийся пар под избыточным давлением, а также вентилятором 30, встроенным в циклон 29, отсасывается через газгольдер 21 по паропроводу 22 в теплообменники 4, установленные в приемных бункерах 1,2,3.
Обработанная масса комбикормов уплотняется прессующим шнеком 18 пресс-гранулятора 17, продавливается через матрицу 19 и отрезается криволинейными ножами диска 20, образуя гранулы определенной длины, которые собираются на транспортере 25 охладителя 24, охлаждаются подаваемым в охладитель атмосферным воздухом и поступают в тару. Воздух, подогретый остывающими гранулами, при открытом вентиле 27 по тепловой магистрали 26 за счет теплового и воздушного подпора пресс-гранулятора 17, а также отсоса воздуха вентилятором 30, через циклон 29 и систему вентиляции 28 поступает в подогреватели 8 емкости 7.
Производство травяной муки. Сокращение потерь питательных веществ (по сравнению с заготовкой сена в поле в 5-8 раз, досушкой сена активным вентилятором в 3-4 раза, заготовкой сенажа в 2 раза) достигается при искусственной сушке зеленой массы на высокотемпературных сушильных агрегатах для приготовлении сыпучего ингредиента
комбикормов или в виде гранул, брикетов. Например, введение в зимние рационы птиц и свиней 5-7% высококачественной травяной муки повышает яйценоскость птицы и привес животных на 10-20% [11]. Высокая питательная ценность травяной муки, большая концентрация биологически активных веществ полезна для всех возрастных групп животных и птицы.
По ГОСТ 18691-83 травяная мука должна содержать: первый класс - не менее 19% протеина, 210 мг/кг каротина и не более 23% клетчатки; второй класс - соответственно 16%, 160 мг/кг и 26%; третий класс - 13%, 100 мг/кг и 30%. Для приготовления травяной муки растительное сырье должно содержать достаточное количество протеина, каротина и не превышать содержание клетчатки, предусмотренное ГОСТами.
Для искусственной сушки предварительно измельченной свежескошенной или провяленной травы применяют, в основном, сушильные агрегаты пневмобарабанного типа АВМ-0,4А, АВМ-0,65; АВМ-1,5; СБ-1,5 (М804/0-1,5) и АВМ-3,0. На рис. 3 представлен тепловой баланс сушильного агрегата АВМ-0,4 - затраты энергии на сушку травы и размер невозвратимых потерь энергии [12].
Рис. 3. Тепловой баланс сушильного агрегата АВМ-0,4
Эти потери можно сократить, если использовать теплоту отработавшего сушильного агента для подсушки исходной травяной массы. Уравнение теплового баланса отражает распределение теплоты на всех этапах сушки, а часовой расход топлива - энергетические затраты на процесс сушки материала. Расчет теплового баланса представлен для того, чтобы можно было проанализировать возможности сокращения потерь по каждому показателю.
Уравнение теплового баланса:
< = <т -<3—Q 4+Q5+ <6 + <7< -<9 -<10 ,
где < = 100% - количество теплоты, подведенной в барабан для сушки; = 94,4% -теплота от сжигания топлива; < 1 = 62,9% -теплота полезного использования на испарение влаги - КПД, не является составляющей теплового баланса; <2 = 2,9% - невязка теплового баланса (неучтенные тепловые потери); <3 = 10,0% - потери теплоты с высушенным продуктом, являющиеся составной частью всех потерь; <4 = 24,9% - потери теплоты с отводом сушильного агента; < 5 = 1,2% - добавка теплоты со свежим материалом; < 6 = 3,3% - добавка теплоты с атмосферным воздухом; = 1,1% - добавка теплоты с атмосферным воздухом загрузочным транспортером; <8 = 1,4% - потери теплоты от неполного сгорания топлива; <9 = 2,9% -потери теплоты в окружающую среду сушилкой; <10 = 4,0% - потери теплоты в окружающую среду камерой сгорания.
Предложен способ производства высоковитаминной травяной муки, реализованный в линии для производства высоковитаминной травяной муки (рис. 4), позволяющий повысить равномерность влажности сухой массы, снизить металлоемкость и габариты установки, а также энергоемкость [13]. Линия для производства высоковитаминной травяной муки работает в следующей последовательности. Вентилятор 8 нагнетает из окружающей среды воздух в камеру сгорания 4, где он по пути смешивается с распыленным топливом, поступающим из форсунки системы подачи жидкого топлива 7, в результате образуется рабочая смесь, которая воспламеняется от электрозапальной горелки.
Рис. 4. Линия для производства высоковитаминной травяной муки: 1 - загрузочный транспортер; 2 - плющилка; 3 - битер; 4 - камера сгорания; 5 - топка; 6 - распределитель зеленой массы; 7 - система подачи жидкого топлива; 8 - вентилятор; 9 - сушильный барабан; 10 - центральная труба; 11 - конус; 12 - спиральная навивка; 13 - канал сушки; 14 - камера переходного
режима; 15 - блок сепарации; 16 - тканая сетка; 17 - щеточный очиститель; 18 - отводящий патрубок; 19 - циклон для крупной массы; 20 - молотковая дробилка; 21 - циклон для сухой массы; 22 - разгрузочное устройство; 23 - отводящий патрубок; 24 - теплоизоляционный слой
В топке 5 рабочая смесь дополнительно смешивается с воздухом, образуя теплоноситель с температурой 500-1100°С и поступает в сушильный барабан 9. Зеленая масса, измельченная в полевых условиях до длины частиц 10 мм, выгружается на лоток загрузочного транспортера 1, где она проходит плющилку 2, разрыхляясь (сминаясь) каждым кусочком, битером 3 загружается в топку 5, и распределителем зеленой массы 6 формируется псевдоожиженный слой, который теплоносителем со скоростью 5 м/с задувается в винтообразный спиральный канал сушки 13, образуемый внутренней поверхностью стенки сушильного барабана 9, наружной поверхностью центральной трубы 10 и
спиральной навивкой 12, и имеющий длину, равную 2/3 длины сушильного барабана. Конусы 11 центральной трубы 10 направляют рабочий поток как в винтообразный спиральный канал сушки 13, так и в выход из него, в камеру переходного режима 14. В винтообразном спиральном канале сушки 13 образуется ламинарный двухфазный поток смеси сушильного агента и высушиваемой зеленой массы, которая перемещается со скоростью 4,92 м/с.
В сушильном барабане 9 обеспечивается избирательный принцип сушки: листья и соцветия имеют большую поверхность теплообмена, быстрее высыхают, так как скорость витания их 1,5-3,5 м/с, и в ламинарным потоке, скорость которого 4,92 м/с, уносятся сушильным агентом, а более тяжелые стебли движутся медленнее и находятся в сушильном барабане до полного высыхания [14].
В оставшейся части сушильного барабана 9, равной 1/3 его длины, а именно в камере переходного режима 14, ламинарное течение переходит в турбулентное, этому способствует влияние вакуума от работы вентиляторов циклонов 19, 21, что интенсифицирует отделение мелких частиц из общего вороха. Мелкая часть вороха под давлением сушильного агента и вакуума от вентилятора циклона для отвода сухой массы 21 проходит через тканое сито 16, блока сепарации 15, чему также способствует щеточный очиститель 17, и через патрубок 23 по системе трубопроводов попадает в циклон для отвода сухой массы 21, где отделяется от влажного воздуха и ссыпается в разгрузочное устройство 22.
Крупная часть вороха из нижней части блока сепарации 15, через патрубок 18, систему трубопроводов отсасывается в циклон для крупной массы 19, где сухая масса отделяется от влажного воздуха и поступает в молотковую дробилку 20 с горизонтальным и вертикальным цилиндрическим решетом,
имеющим максимальные просевающие способности (решето с максимальным живым сечением отверстий), для дальнейшего измельчения и далее по системе трубопроводов также попадает в циклон для отвода сухой массы 21 и ссыпается в разгрузочное устройство 22. Теплоизоляционный слой 24 позволяет снизить потери теплоты в атмосферу во время работы линии.
Минеральные добавки. Вермикулит представляет собой минерал из группы гидрослюд, желтовато-палевого цвета, с характерным для продуктов слюды блестящим отсветом, вспучивающийся при температуре 850°С с увеличением объема в 7-10 раз. Насыпная масса вспученного вермикулита со-3 „
ставляет 75-200 кг/м [15]. Вспученный вермикулит, экологически чистый пористый материал, получаемый обжигом природного слюдистого минерала, в форме продолговатых столбиков и нитей, за что и получил название - «вермикулит» (в переводе с английского vermiculus червячок). За рубежом вермикулит называют минералом урожайности, японцы - лечебным минералом. Выпускается заданный фракционированный гранулированный состав размером от 0,25 до 10 мм.
Первое место по запасам и качеству залежей вермикулитового сырья принадлежит ЮАР, второе Ковдорскому месторождению в Мурманской области. Основная масса вер-микулитового концентрата за рубежом производится в США и ЮАР. За последние годы выпуск концентрата за рубежом постоянно увеличивается, достигнув в США в 2000 году 760 тыс. т в год. Таким образом, благодаря своим физико-химическим, ионообменным и сорбционным свойствам Биовермикулит является биологически активным средством для повышения продуктивности и естественной резистентности профилактики заболеваний и токсикозов, а также для улучшения качества конечной продукции птицеводства, свиноводства и звероводства.
Обладая высокой способностью впитывать жидкие субстраты, Биовермикулит сохраняет при этом свои сыпучие свойства. Это позволяет приготовлять сыпучий концентрат, содержащий 70% жира и 30% Био-
вермикулита. Биовермикулит также используют в качестве носителя витаминов, мелассы, холин-хлорида и других лекарственных веществ на жидкой основе.
Высокая эффективность достигается при применении вермикулита в птицеводстве. В США в последние годы используется способ вскармливания домашней птицы, например, вылупившихся цыплят, индюшат и т.п., которые часто с трудом привыкают к определенной пище, например, комбикормам. Стандартные комбикормовые смеси в силу внешнего вида и реологических свойств не вызывают у молодняка достаточного аппетита. Установлено, что при добавлении к комбикорму до 5% вермикулита размерами меньше 3 мм у птиц резко увеличивается объем потребляемых кормов. Частички вермикулита увеличивает привлекательность кормов за счет яркой блестящей поверхности. Абсолютная безвредность вермикулита снимает какие-либо ограничения на его применение для этой цели. Добавка вермикулита к основному рациону 2-5% позволяет снизить затраты концентрированных кормов, улучшить их структурный состав, обогащая их макро- и микроэлементами, повышая сыпучесть кормов и их поедаемость, и одновременно увеличить яйценоскость кур на 3%, валовый сбор яиц на 4% и сохранность поголовья на 1,5%. Биологическая эффективность диеты с Биовермикулитом у цыплят-бройлеров проявляется в увеличении среднесуточных привесов на 0,5 г и повышении калорийности продукции на 8,6%.
Введение Биовермикулита в рацион супоросным и подсосным свиноматкам, поросятам-сосунам, поросятам на доращивании и молодняку на откорме в количестве 3% от основного корма оказывает положительное влияние на их физиологическое состояние и активное здоровье:
- число заболеваний желудочно-кишечного тракта у поросят-сосунов снижается на 15-20%, а бактерицидная активность сыворотки крови у них повышается на 14-17%;
- на 10% возрастает сохранность поросят на доращивании и на 4,3% - их среднесуточный прирост;
- при длительном использовании добавки Биовермикулита при откорме молодняка свиней на 3,3% повышается продуктивность животных, улучшается химический и минеральный состав мяса.
Отходы пищевой промышленности. Важным условием эффективного использования полноценных комбикормов является создание прочной сырьевой базы, т.к. в общей структуре затрат на их производство удельный вес сырья составляет 84,3-86,4%. Тенденция уменьшения зерновой составляющей и увеличения в кормах белковых компонентов из дешевых вторичных продуктов характерна для сельскохозяйственного производства развитых стран. Использование передового опыта обеспечит снижение себестоимости отечественной кормовой продукции за счет применения дешевых белковых компонентов, по качеству приближенных к идеальному белку [16]. Наибольший удельный вес в объеме производства продукции из вторичного сырья занимает мясокостная мука. В последние годы ее производство существенно увеличилось. Если в 2000 г. было произведено 189 тыс. т мясокостных кормов, то в 2008 г. - 482 тыс. т. Однако это меньше, чем в 1990 г., когда на предприятиях мясной промышленности было выработано 598 тыс. т сухих мясокостных кормов. Поэтому целесообразно в ближайшей перспективе увеличить выработку мясокостных кормов за счет использования всех ресурсов, учитывая, что этот вид кормов является ценным компонентом в комбикормовой промышленности.
Отходы зерноперерабатывающей промышленности, кожевенной, консервной, винодельческой промышленности, сахарной, пивоварной, спиртовой, масложировой, кондитерской, молочной и маслоперерабатыва-ющей промышленности должны стать одним из основных компонентов комбикормов, как это уже существует в передовых странах.
Задачи отрасли. Инновационное развитие агропромышленного комплекса, исходя из Стратегии «Инновационная Россия -2020», представляет собой такой тип экономического развития, основным фактором которого становится инновация.
Таблица 2. Кормовая ценность вторичных сырьевых ресурсов (ВСР) и отходов отраслей пищевой и перерабатывающей промышленности
Наименование ВСР Содержание
корм. ед., переваримого
кг протеина %
Кормовые зернопродукты 0,72 12,7
Отруби пшеничные 0,078 13,8
Мучка кормовая:
Рисовая 1,06 9,4
Гречневая 0,99 8,5
Овсяная 1,14 9,7
Просяная 1,0 10,6
Ячменная 1,18 11,7
Пшеничная 1,1 14,4
Кукурузная 1,34 6,8
Картофельная мезга 1,36 -
Кукурузный экстракт 1,43 21,08
Кукурузная мезга 1,45 15,17
Шрот подсолнечный 1,008 50
Шрот соевый 1,207 45
Жмых подсолнечный 1,088 45
Жмых соевый 1,25 48
Жмых рапсовый 1,11 -
Мясокостная мука 0,72 13
Свекловичный жом: свежий 0,006 1,4
При этом инновация (или ее синоним -«инновационная деятельность») трактуется как вывод на рынок нового товара или услуги, освоение нового процесса производства (технологии) или предпринимательской модели, создание новых рынков. Уровень новизны в таких случаях должен быть не ниже национального российского рынка [17]. Птицеводство и свиноводство, а также производство комбикормов относятся к сферам деятельности, которые могут стать сферами «быстрого инновационного развития». В сложившихся реальных условиях, когда основная часть продукции производится по устаревшей технологии и на изношенных основных фондах, с использованием низкопроизводительного ручного труда, в ближайшие годы преобладающая доля производства будет осуществляться на основе его модернизации (на период до 2020 года выделяется два этапа реализации инноваций). При этом следует учитывать, что базовая составляющая инновационной деятельности -аграрная наука в течение двадцати лет функционирует в условиях крайне малого притока в науку молодых кадров, обеспечивающих
преемственность научных школ и ориентацию на инновационные технологии, неоправданно низкий уровень финансирования НИР, неспособность основной части сельскохозяйственных товаропроизводителей использовать научно-технические достижения.
В животноводстве ставится задача довести производство молока в 2020 г. до 41 млн т (табл. 3), за это время увеличить поголовье крупного рогатого скота на 10-15 млн гол., производство мяса свиней до 5,8 млн т (в живом весе) или 41% в структуре мясных ресурсов, довести производство яиц до 44 млрд шт.; производство мяса птицы всех видов возрастет до 4,5 млн т (в убойном весе). Одновременно необходимо стимулировать развитие полноценных и экологичных комбикормов. Для производства указанного выше количества продукции потребуется производить ежегодно 85-90 млн т комбикормов.
По данным ФАО, в начале XXI века ожидается следующая модель потребления продовольствия: для развитых стран в среднем 800 кг зерна на человека в год - 100-150 кг в виде хлеба, круп и др. и 650-700 кг в переводе на мясо, яйцо, молоко и пр.; для бедных -200 кг зерна на человека в год в виде хлеба.
В решении мясной проблемы ведущая роль принадлежит свиноводству. Из производимых в мире 279 млн т мяса на долю свинины пришлось 103 млн т - 36,8%. В Китае произведено 47208 тыс. т, в Америке -10462, в Германии - 5111, в Испании - 3487, в Бразилии - 3015, в России - 2042 тыс. т.
На системы индустриального животноводства приходится 67% мяса птицы, 42% -
свинины, 50% - яиц. При этом возникают проблемы экологических последствий, но успешно решаются задачи увеличения эффективности конверсии корма, на долю которого в себестоимости продукции приходится 50-80%.
Условия достижения поставленной цели по производству комбикормов:
1. Объем производства зернофуража в каждом животноводческом хозяйстве должен соответствовать потребности каждого компонента в рецептуре для планового производства комбикормов для обслуживаемого поголовья животных и птицы. Одной из основных задач является увеличение объемов производства и совершенствование структуры зернофуражных культур.
2. Возобновить производство белково-ви-таминной травяной муки, которая вводится в рационы до 8%, причем она производится из зеленой массы разнообразного состава, что позволяет в 1,5-2,0 раза увеличить объем кормовых единиц с гектара.
3. Необходимо осуществлять производство и включение в рацион вторичных ресурсов: сухой жом, патока, меласса, животный и растительный жир, рапс, мясокостная мука, рыбная мука, продукты моря и др.
4. Обеспечить комбикормовые заводы и цеха оборудованием отечественного производства. В настоящее время более 80% техники закупается за рубежом, ее использование и ремонт обходятся очень дорого.
5. Важным условием рентабельной работы комбикормовых цехов хозяйств является использование промышленных белково-ви-таминных и минеральных добавок (БВМД). Их вводится в рацион от 5 до 25%, но производить эти смеси в каждом хозяйстве нерентабельно.
6. Хозяйства, производящие комбикорма, должны иметь механизированные зерносклады для сушки и хранения всего годового запаса фуражного зерна.
7. Реализовать в новых проектах расчет оптимальных вариантов технологий и комплектов машин с применением методов математического моделирования интеллектуальных систем управления.
Таблица 3. Производство основных видов _продукции сельского хозяйства_
Наименование 20052009 гг. в среднем 2009 г. 2020 г. прогноз 2020 г. к 2009 г. в %
1 вариант 2 вариант 1 вариант 2 вариант
Скот и птица (в живом весе), млн т 8,8 9,9 11,5 14 116 141
Молоко, млн т 31,9 32,6 36 41 110 126
Яйца, млрд шт. 38,2 39,3 42 44 107 112
8. Обеспечить перевод на современные технологии с использованием котлов высокого давления (до 21 МПа и 300-374°С), процесса сублимации, СВЧ-энергии, микрони-зации, что позволит резко ускорить процесс термообработки и снизить удельный расход теплоты.
9. Осуществить в стране своевременную реализацию инновационных технологий и техники, как составную часть развития науки - технического прогресса в отрасли.
10. Усилить роль науки: увеличить многократно финансирование на экспериментальные исследования, разработку, изготовление и испытание опытных образцов, обеспечить эффективную координацию НИР и НИОКР.
Литература:
1. Тепловая обработка комбикормов. М., 2015.
2. Мысик А. Производство продукции животноводства в мире и отдельных странах // Зоотехния. 2011. №1.
3. URL: https://ru.wikipedia.org
4. Посевные площади рапса. URL: http://abcentre.ru
5. Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных / Калашников А.П. и др. М., 2003.
6. Научно-технические проблемы освоения Арктики. М., 2014.
7. Пат. РФ 2581232. Линия для сублимации кормов и продуктов / Сыроватка В.И. и др. Опубл. 20.04.16
8. Пат. РФ 2581235. Способ для сублимации кормов и продуктов / Сыроватка В.И. и др. Опубл. 20.04.16
9. Пат. РФ 2486850. Линия производства гранулированных комбикормов / Сыроватка В.И. и др.
10. Пат. РФ 2493750. Способ производства гранулированных комбикормов / Сыроватка В.И. и др.
11. Калганова М. Производство и использование травяной муки. М.: Колос, 1968.
12. Машины и оборудование для приготовления кормов / Кулаковский И.В. и др. М., 1987.
13. ЗИ 2016119474. Способ производства высоковитаминной травяной муки / Сыроватка В.И. и др.
14. Расчет аппаратов кипящего слоя. Л., 1986.
15. URL: //www. konsomcjm/ articles
16. Шванская И.А. Использование отходов перерабатывающих отраслей в животноводстве. М., 2011. 96 с.
17. Стратегия социально-экономического развития АПК РФ на период до 2020 года. М., 2011.
Literatura:
1. Teplovaya obrabotka kombikormov. M., 2015.
2. MysikA. Proizvodstvo produkcii zhivotnovodstva v mire i otdel'nyh stranah // Zootekhniya. 2011. №1.
3. URL: https://ru.wikipedia.org
4. Posevnye ploshchadi rapsa. URL: http://abcentre.ru
5. Normy i raciony kormleniya sel'skohozyajstvennyh zhivotnyh / Kalashnikov A.P. i dr. M., 2003.
6. Nauchno-tekhnicheskie problemy osvoeniya Arktiki. M., 2014.
7. Pat. RF 2581232. Liniya dlya sublimacii kormov i pro-duktov / Syrovatka V.I. i dr. Opubl. 20.04.16
8. Pat. RF 2581235. Sposob dlya sublimacii kormov i produktov / Syrovatka V.I. i dr. Opubl. 20.04.16
9. Pat. RF 2486850. Liniya proizvodstva granulirovannyh kombikormov / Syrovatka V.I. i dr.
10. Pat. RF 2493750. Sposob proizvodstva granulirovan-nyh kombikormov / Syrovatka V.I. i dr.
11. Kalganova M. Proizvodstvo i ispol'zovanie travyanoj muki. M.: Kolos, 1968.
12. Mashiny i oborudovanie dlya prigotovleniya kormov / Kulakovskij I.V. I dr. M., 1987.
13. ZI 2016119474. Sposob proizvodstva vysokovitamin-noj travyanoj muki / Syrovatka V.I. i dr.
14. Raschet apparatov kipyashchego sloya. L., 1986.
15. URL: //www. konsorn.cjm/ articles
16. SHvanskaya I.A. Ispol'zovanie othodov pererabatyva-yushchih otraslej v zhivotnovodstve. M., 2011. 96 s.
17. Strategiya social'no-ehkonomicheskogo razvitiya APK RF na period do 2020 goda. M., 2011.
THE LOGICAL STRUCTURE OF HIGH-TECH ENTERPRISES COMBINED FEED MANUFACTURING DESIGN
METHODOLOGY V.I. Syrovatka, RAS academician, department head All-Russian scientific-and-research institute of livestock mechanization A.D. Obuhov, student RSAU-MAA named after K.A. Timiryazev
Abstract. Methodology is algorithm of how to achieve goal of the basis of the latest scientific achievements and international experience; the logical structure of the given tasks is subordinated to the optimization of economical, technological and new technical solutions.The article presents the international and national background of the combined feed preparation, as well as the new effective combined feed's ingredients: fish flour and sea aquaculture, wastes of food and processing industry, high vitamin grass flour, vermiculture, soybean, rapeseed, beans seed and other high protein components instead of grain. Special attention is paid to high temperature treatment of combined feed raw material in reactor at 300-374°C temperature, 12-21 MPa pressure, 30-60 sec exposure, where are achievable the high feed forage results of soybean and rapeseed. The new technology and flow line of green mass high-temperature drying are proposed, it creates significant fuel saving and the finished product quality improving. Keywords: methodology, logical structure, solution algorithm, the combined feed productivity background, thermal reactor, high-temperature drying of green mass, world experience.
