CC BY
41
УДК 631.365.25:633.853.494
МЕТОДОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ НАУКОЕМКИХ ТЕХНОЛОГИЙ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ КОМБИКОРМОВ
В.И. Сыроватка, академик РАН, зав. отделом
Всероссийский научно-исследовательский институт механизации животноводства E-mail: vniimzh@mail.ru
Аннотация. Представлены методологические принципы расчета тепловых процессов при высокотемпературной обработке ингредиентов комбикормов, где в дифференциальной форме представлена сумма внутренней энергии U и произведение давления P на величину объема системы V, что носит название энтальпии (I). Второй закон термодинамики позволяет определить полезную работу. Представлены рыбные и энергетические ресурсы Арктики и предложена сублимационная установка, которая за счет использования СВЧ-энергии, конструктивных особенностей позволяет обеспечить равномерность обработки продуктов, снижение удельных затрат энергии и повышение коэффициента полезного действия (КПД) установки. Отмечены возможности использования вспученного вермикулита в животноводстве и птицеводстве. Обладая способностью впитывать жидкие субстраты, Биовермикулит сохраняет при этом свои сыпучие свойства. Это позволяет приготовить сыпучий концентрат, содержащий 70% жира и 30% Биовермикулита, что упрощает технологию включения жира и мелассы в комбикорм. Исходя из мировых достижений и тенденций развития производства комбикормов, предлагается в перспективе на 2530 лет изменить рецептуру комбикормов в России: зерновых сократить до 40-45%, а продуктов моря довести до 20%, пищевых отходов до 15%, сои и рапса до 10%, соответственно, применить новые виды энергии и техническую базу производства.
Ключевые слова: термодинамические процессы, энтальпия, СВЧ-энергия, ресурсы Арктики, сублимация рыбопродуктов, сублимационная установка, вермикулит в животноводстве.
Объемы производства комбикормов в мире и России (табл. 1), химический состав мяса (табл. 2), эффективность конверсии кормов (табл. 3), годовая потребность в энергии и переваримом протеине на 1 кг молока и на корову в год, зоотехнические требования на процессы обработки ингредиентов комбикормов и мировые достижения являются исходной базой для инженеров по созданию наукоемких технологий [1-3]. Энергетическая и протеиновая питательность кормов определяют уровень продуктивности животных. За энергетическую кормовую единицу (ЭКЕ) принято 10 МДж обменной энергии (1 Дж = 0,2388 кал, 1 кал. = 4,1868 Дж). Потребность животных в ЭКЕ и протеине обоснована, рассчитана и представлена в нормах кормления (табл. 4).
Методика. Все расчеты тепловых процессов базируются на термодинамике равновесных состояний, а термодинамика необратимых процессов позволяет оценить диссипацию энергии в любом из реальных процессов, в т.ч. действительный КПД процесса [4].
Таблица 1. Место России в мировом производстве
Показатели Россия США Германия Китай
Население, млн чел. 145 319 81 1343
Производство комбикормов, млн т 24,5 170 23 190
На душу населения, т 0,16 0,57 0,30 0,13
Доля мирового 2,3 16 2,2 19
производства, %
Мясо на душу 52 135 101 57
населения, кг
Талица 2. Средний химический состав мяса, %
Вид и кате- Вода Белки Жир Зола Калорий-
гория мяса ность, ккал
Говядина I 68,5 20 ,0 10,5 1,0 179
Говядина II 74,2 20,9 3,8 1,1 150
Баранина I 65,1 17,0 17,0 0,9 227
Баранина II 72,5 20,0 6,5 1,0 142,5
Свинина
жирная 47,9 14,5 37,0 0,6 403
Свинина
мясная 60,9 16,5 21,5 1,1 268
Куры 61,9 18,2 18,4 0,8 241
Индейки 57,3 19,5 22,0 0,9 276
Гуси 45,0 15,2 39,0 0,8 412
Утки 45,6 15,8 38,0 0,6 405
Таблица 3. Эффективность конверсии кормового
С =
Й1-2
(1)
Вид животного Конверсия корма, %
Дойная корова (молоко) 22 - 30
Курица-несушка (яйцо) 20 - 26
Бройлер 17 - 26
Свинья 12 - 19
Мясной скот 4 - - 8
Овца 3 - - 4
Таблица 4. Годовая потребность коров разной продуктивности в энергии и переваримом протеине (в
Удой Затраты на Потребность Потребность на год
в год, 1 кг молока в протеине, г
кг ЭКЕ на 1 ЭКЕ, г ЭКЕ переваримого протеина, кг
2500 1,50 79 3750 297
3000 1,37 82 4106 338
3500 1,30 85 4543 385
4000 1,23 87 4914 428
4500 1,19 90 5377 482
5000 1,17 92 5865 540
5500 1,16 94 6388 600
6000 1,15 96 6900 660
6500 1,13 97 7345 713
7000 1,11 99 7770 766
7500 1,07 100 8025 809
8000 1,05 102 8400 859
Термодинамические процессы основаны на первом начале термодинамики, представляющим собой закон сохранения и превращения энергии - применительно к тепловым явлениям, и втором начале термодинамики, характеризующим КПД процесса. Принято считать, что работа, произведенная телом, положительная, а работа, совершенная над телом, отрицательная. Закон сохранения и превращения энергии является фундаментальным законом природы, имеющим всеобщий характер. Этот закон гласит: энергия не исчезает и не возникает вновь, она лишь переходит из одного вида в другой в различных физических и химических процессах.
Наиболее часто на практике используют теплоемкость изобарного (X=P=const) или изохорного (X=V= const) процессов; эти теплоемкости называются изобарной и изохор-ной теплоемкостями. Они обозначаются соответственно Cp и Cv. Теплоемкостью тела С называется количество теплоты, необходимое для нагрева тела на один градус
где ¿1 - начальная температура, ¿2 - конечная температура, а д1-2 - теплота, подведенная в процессе нагрева от температуры ¿1 до температуры ¿2.
Уравнение первого закона термодинамики:
Ql-2 = ^1-2 + 11-2 , (2)
где Q1-2 - теплота, сообщенная телу при нагревании от состояния 1 до состояния 2; &и1-2 — изменение внутренней энергии тела в том же процессе, равное разности внутренних энергий системы в точках 2 и 1; Ь - работа, совершаемая телом в процессе 1-2.
В дифференциальной форме уравнение первого закона термодинамики представляют в следующем виде [5]:
йд = йи + рау, (3)
где Р - давление системы. Внутренняя энергия и обладает экстенсивным свойством.
Величина и называется удельной внутренней энергией и представляет собой внутреннюю энергию единицы массы вещества
и
и = с .
Сумма внутренней энергии системы и и произведения давления Р на величину объема системы V носит название энтальпии и обозначается через I:
I = и + РУ. (4)
Энтальпия подобно внутренней энергии является экстенсивным свойством:
I = /С. (5)
где г - удельная массовая энтальпия на единицу массы вещества.
Для удельной массовой энтальпии
I = и + ру . (6)
Поскольку новая функция - энтальпия -скомбинирована из величин, являющихся функциями состояния (и, р, у), то, следовательно, энтальпия также является функцией состояния.
Из уравнения Клайперона ру = ЯТ следует
Г>1}
(7)
R = ^
где Т - температура теплоносителя.
Второй закон термодинамики позволяет определить полезную энергию. Если температуру, подводимую к телу, обозначить (, а теплоту, отводимую от рабочего тела - через ((, то (ц - теплота цикла, которая превращается в полезную работу и вычисляется:
Qц = Ql-Q2 . (8)
Отношение (ц количества теплоты, которая превращается в полезную работу, к теплоте подведенной (, называется коэффициентом полезного действия:
Лт = ^ , (9)
для 1 кг рабочего тела
„ - 1ц „ - Ч1-Ч2 Лт — — или Лт —-
Яг Яг
(10)
где I и q - работа и теплота в расчете на 1 кг рабочего тела.
Термический КПД характеризует степень совершенства теплового процесса.
Полученные зависимости (9) и (10) могут быть записаны по конечной Т2 и начальной Т1 температурах теплоносителей:
Лт — ^ . (11)
СВЧ-энергия - очень удобный источник теплоты, обладающий в ряде применений несомненными преимуществами перед другими источниками. Сочетание СВЧ-нагрева с другими методами нагрева (паром, горячим воздухом, ИК-излучением и др.) дает возможность конструировать оборудование для СВЧ-нагрева, позволяет создавать новые технологические процессы, увеличивать их производительность и повышать качество продукции. Для правильной оценки применимости СВЧ-энергии в специальных процессах требуется детальное знание свойств материала на различных частотах и на всех стадиях процесса. Поглощенная мощность и глубина, на которую эта мощность проникает, определяются тремя факторами: диэлектрической проницаемостью, частотой и геометрией СВЧ-системы [6].
Диэлектрическая проницаемость материалов с потерями - это комплексная величина:
£к — -М) — -) • ¿д8), (12)
где е - относительная диэлектрическая проницаемость среды; е0 - абсолютная ди-
электрическая проницаемость среды; е1 -действительная диэлектрическая проницаемость среды; tg¿ = е1/е - коэффициент диэлектрических потерь материала или тангенс угла потерь; ] - толщина сканируемого слоя.
Под глубиной проникновения в СВЧ-э нергетике понимают расстояние ё, на котором плотность мощности уменьшается до 37% от значения на поверхности, т.е. другими словами, 63% начальной энергии электромагнитной волны поглощается в материале и превращается в теплоту. При малой величине tgЪ глубина проникновения определяется простым выражением:
а— ~ТН=Х , (13)
где с! - глубина проникновения, см; / -частота, ГГц.
Расчетные значения глубины проникновения СВЧ-энергии в продукты питания на широко используемой частоте 2,45 ГГц приведены в таблице 5.
Таблица 5. Глубина проникновения СВЧ-энергии
Продукты °С £ tgЪ ё, см
Говядина -15 5,0 0,15 5,8
сырая
Говядина 23 28,0 0,2 1,8
жаренная
Горох 23 9,0 0,5 1,3
вареный
Свинина -15 6,8 1,2 0,7
Картофель -15 4,5 0,2 4,6
вареный 23 38 0,3 1,1
Шпинат -15 13,0 0,5 1,1
вареный 23 34 0,8 0,4
Каша -15 5,0 0,3 2,9
Если tgЪ уменьшается с температурой, то процесс нагрева стабилен (поглощение СВЧ-энергии падает с температурой). Такое автоматическое ограничение температуры происходит при нагреве диэлектриков, в которых потери обусловлены содержанием воды с ее особенной зависимостью диэлектрических свойств от температуры.
Сублимация рыбопродуктов в условиях А ркти ки. 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 [7].
Российская Арктика - морская экономическая зона и континентальный шельф - превышает 30% территории Российской Федерации. Здесь производится более 10% ВВП России и свыше 20% объема общероссийского экспорта. Этот регион играет важную геополитическую и военно-стратегическую роль. Через Арктику проходит Северный морской путь. Он может приобрести исключительную роль в свете возможных изменений климата.
В стратегии развития Арктической зоны РФ до 2020 года, утвержденной Президентом В.В. Путиным 20 февраля 2013 года, изложен комплекс мер по укреплению позиций России в Арктике. Одним из важных условий масштабного ввода в эксплуатацию месторождений углеводородов российского шельфа в Арктике является ускоренное развитие на новой технической основе транспортной системы, в особенности, трубопроводного транспорта и Северного морского пути. Несмотря на относительно малые размеры Северного Ледовитого океана (площадь его составляет 5% от площади Мирового океана, а объем вод - 1,5% от объема вод Тихого океана и прилегающих морей), они оказывают сильное влияние на состояние климата Земли.
Арктические моря контролируют глобальный цикл углерода, будучи зимой и весной важным источником двуокиси углерода, а летом - резервом ее стока. Осадки арктического шельфа содержат значительные объемы метана, которые могут способствовать усилению парникового эффекта. Проблемой является возможность выхода большого количества метана в зоне вечной мерзлоты. Площадь Северного Ледовитого океана - 15 млн кв. км. Современная структура Северного ледовитого океана хорошо отражается в естественных физических полях - магнитном и гравитационном.
В настоящее время месторождения арктических районов обеспечивают добычу более 90% газа и свыше 50 млн т нефти в год.
Кроме громадных запасов нефтегазового сырья, в арктических регионах России находится около 10% активных мировых запасов никеля, около 19% металлов платиновой группы, 10% титана, более 3% цинка, кобальта, золота и серебра, а также редкоземельных металлов.
В Арктической зоне известно 107 месторождений стратегических металлов, в том числе российских - 42, США (Аляска) - 19, канадских - 22, гренландских - 6, норвежских - 6, шведских - 9, финских - 3. Из россыпей в Арктике добывается ежегодно около 8 т золота. Доля российского золота в арктических запасах и добыче составляет 23,3%.
Биологические ресурсы Арктики. Белое море опустело, рыбный промысел деградировал, мало осталось сельди и лосося. 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: сиг, муксун, нельма, омуль, 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 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 [7].
Развитие аквакультуры в России. Ак-вакультура (от лат. Aqua - вода и культура) -разведение и выращивание водных 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 аквакультура 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 лидирует одиннадцать стран Азиатско-Тихоокеанского региона. На его долю приходится 89% мирового объема, где доля Китая составляет 62%. Первую тройку экспортеров рыбы составляет Китай (12%), Норвегия (8%) и Тайланд (7%). Доля России в мировом вылове составляет 4,74,8% (4,3-4,4 млн т) [8].
Рост объемов производства животноводческой и птицеводческой продукции и повышение ее качества связаны с расширением использования аквакультуры в составе комбикормов.
Российской академией наук установлены рациональные нормы потребления рыбопродуктов - 23,7 кг/чел/год, фактический объем потребления в России составляет 10, в Японии - 67 кг/чел/год. Планируется к 2020 г. увеличить душевое потребление рыбы до 1717,5 кг, в том числе аквакультуры до 5-6 кг.
Доля импортной рыбопродукции на российском рынке составляет 38%, а в городах-миллионниках доходит до 60%. Причем российские компании экспортируют, главным образом, сырье с низкой добавленной стоимостью, «а на наш рынок приходит гораздо более дорогая, уже переработанная, зарубежная продукция, частично из нашего же сырья».
Главное преимущество выращивания морских беспозвоночных и водорослей в том, что они сами находят корма: трепанг
кормится детритом с морского дна, гребешок, мидия и устрица питаются фитопланктоном. Морская капуста растет за счет фотосинтеза и потребления минеральных веществ из морской воды, морской еж питается водорослями. Все моря России пригодны для ак-вакультуры, кроме Берингово.
Главная цель стратегии развития аква-культуры России — надежное обеспечение населения страны широким ассортиментом рыбопродукции отечественной аквакультуры по ценам, доступным для населения с невысоким уровнем доходов, и увеличение объемов поставок аквакультуры для производства комбикормов.
Рыбохозяйственный фонд внутренних пресноводных водоемов России включает 22,5 млн га озер, 4,3 млн га водохранилищ, 0,96 млн га сельскохозяйственных водоемов комплексного назначения, 142,9 тыс. га прудов и 523 тыс. км рек. В Сахалинской области работает 35 лососевых рыборазводных заводов. Выращивается до 600 млн мальков горбуши и кеты. Сейчас в России производится 0,2% общемирового объема аквакуль-туры (140 тыс. т), хотя потенциал для ее развития огромный.
Обеспеченность каждого жителя страны водоемами, пригодными для развития аква-культуры, составляет 0,19 га на человека. В Дальневосточном федеральном округе этот показатель составляет 0,65 га, в СевероЗападном - 0,46 га, а в Центральном - только 0,02 га.
Общий фонд прудовых площадей, находящихся на балансе рыбохозяйственных предприятий и организаций, составлял 142,9 тыс. га, а для выращивания рыбы используется не более 110 тыс. га прудов.
Площадь морских акваторий России, пригодная для размещения комплексов аква-культуры, составляет порядка 0,38 млн кв. км, в то время как современная площадь акваторий, используемых для выращивания аквакультуры, не превышает 25 тыс. га.
В промышленном рыбоводстве России в настоящее время культивируется 29 пород, кроссов и типов рыб. Ремонтно-маточное поголовье племенных рыб выращивается в 25
племенных рыбоводных хозяйствах-ориги-наторах. Карповые виды рыб составляют 80%. В Дальневосточном, Северном и Черноморском бассейнах получило развитие выращивание мидий, трепанги, кефали, трески и другие.
Использование пастбищных водоемов может обеспечить быстрый и высокий экономических эффект. При этом растительноядные рыбы будут доминировать в зонах южного и умеренного климата. Развитие пастбищного сиговодства следует рассматривать как одно из важнейших направлений аквакультуры в холодноводных внутренних водоемах нашей страны.
Рис. Сублимационная установка: 1 - СВЧ-камера, 2 - короб-волновод, 3 - подводящие волноводы, 4 - СВЧ-генератор, 5 - отводы к вакуумпроводам,
6 - тележка, 7 - направляющие фиксаторы, 8 - стойки, 9 - уголки, 10 - лотки, 11 - тканая сетка
Из изложенного вытекает целесообразность применения сублимационной сушки рыбы с использованием естественной низкой температуры Арктики и дешевой энергии от сжигания жирного газа. Известно, что сублимационная сушка энергозатратна, но в данном случае компенсируется природными ресурсами.
Предложен способ сублимационной сушки, позволяющий за счет использования СВЧ-энергии, конструктивных особенностей установки и лотков обеспечить равномерность обработки продукта, снижение удельных затрат энергии и повышение КПД установки [9, 10].
Способ сублимационной сушки реализован в сублимационной установке. Сублимационная установка работает следующим образом.
Заранее подготовленный и замороженный продукт распределяется равномерным слоем в лотках 10, которые помещаются на уголки 9, закрепленные на стойках 8 тележки 6. Тележка 6 по направляющим фиксаторам 7 загружается в СВЧ-ка-меру 1.
Включаются в работу вакуум и СВЧ-генераторы 4 и по подводящим волноводам 3, встречно направленным и перпендикулярно расположенным к СВЧ-камере 1, через короб-волновод 2, герметично соединенный с СВЧ-камерой и периметр которого идентичен периметру СВЧ-каме-ры 1.
СВЧ-энергия, проходя через отверстия в диэлектрической тканой сетке 11, производит сублимацию: равномерный нагрев продукта с испарением влаги в виде замороженных молекул воды, выходящих через отводы ваку-умпроводов 5. По окончании процесса сублимации СВЧ-генераторы 4 отключаются, и тележка 6 с готовым продуктом по направляющим фиксаторам 7 выгружается.
Физические представления о сублимации. Сублимационной сушкой называют удаление влаги из замороженных материалов путем возгонки льда непосредственно из твердого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу. Для осуществления такого перехода парциальное давление водяного пара над сушимым материалом должно быть ниже давления тройной точки. Параметры тройной точки чистой воды следующие: температура 0°С, давление 610,5 Па (4,58 мм рт. ст.). В воде, содержащейся в продуктах питания, растворены различные соли и минеральные вещества, поэтому температура ее замерзания и равновесное давление водяного пара ниже, чем для чистой воды. Соответственно, для сублимации льда, образующегося в реальных продуктах питания, парциальное давление пара составляет 40-133 Па (0,3-1,0 мм рт. ст.). Этот процесс называют атмосферной сублимационной сушкой, так как он происходит в естественных условиях при атмосферном давлении в среде холодного и сухого воздуха относительной влажностью менее 100% (например, высушивание рыбы на морозе в солнечные дни). Однако такой процесс очень длителен. Известны результаты исследований, направленных на интенсификацию процесса атмосферной сублимации сушки в промышленных аппаратах путем использования лучистого подвода тепла к сушимому продукту, обдуваемому холодным воздухом или инертным газом, а также путем организации процесса высушивания гранулированного продукта в кипящем слое [11,12].
Такие аппараты могут найти применение, например, в районах Крайнего Севера при наличии в достаточно количестве атмосферного холодного воздуха пониженной влажности или при высушивании продуктов непосредственно в морозильных камерах холодильников.
Вспучивание минеральных веществ. 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 составляет 75-200 кг/куб.м.
Вспученный вермикулит, экологически чистый пористый материал, получаемый обжигом природного слюдистого минерала, в форме продолговатых столбиков и нитей материал, 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 от 0,25 до 10 мм.
Данный материал отличается хорошими тепло- и звукоизоляционными свойствами, термической и биологический стойкостью, химической инертностью, способностью к избирательному ионному обмену. Этот комплекс свойств объясняет широкое использование вспученного вермикулита в различных отраслях промышленности, включая строительство, машиностроение, сельское хозяйство, металлургию, химию и т.д.
Первое место по запасам и качеству залежей вермикулитового сырья принадлежит ЮАР, второе - Ковдорскому месторождению в Мурманской области. Основная масса вермикулитового концентрата за рубежом производится в США и ЮАР. За последние годы выпуск концентрата за рубежом постоянно увеличивается, достигнув в США в 2000 г. 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 птице-водста, 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% Биовермикулита. Биовермикулит также используют в качестве носителя витаминов, мелассы, холин-хлорида и других лекарственных веществ на жидкой основе.
Применение вермикулита в животноводстве и птицеводстве. США ежегодно импортирует из ЮАР около 58000 т верми-кулитовой руды, из которых 13000 т составляет вермикулит сорта «микронный», используемый для получения носителей кормов для животных. Вермикулит используется в качестве носителей жидких питательных веществ благодаря своим высоким абсорбит-ным свойствам. Как носитель жиров, вермикулит широко применяется в свиноводстве.
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 пищи, например комбикормам. Стандартные комбикормовые смеси, в силу внешнего вида и реологических свойств, постоянно не вызывают у молодняка достаточного аппетита. Установлено что при добавлении к комбикорму вермикулита фракции меньше 3 мм до 5% по весу резко увеличивается у птиц объем потребляемых кормов. Частичка вермикулита резко увеличивает привлекательность кормов за счет яркой блестящей поверхности. Абсолютная безвредность вермикулита снимает какие-либо ограничения на его применения для этой цели. Добавка вермикулита к основному рациону 1-5% 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 1-3%, валовой 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% [13].
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 желу-
дочно-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 молодняку свиней на 3,3% повышается продуктивность животных, улучшается химический и минеральный состав мяса.
Ленинградскими учеными проведены исследования вермикулита как подстилочного материала для создания оптимального микроклимата в птицеводческих помещениях с напольным содержанием птицы. Качество подстилочного материала оказывает существенное влияние на эффективность производства продукции. На его долю приходится 2,5-4,0% затрат в структуре себестоимости производства птичьего мяса.
Испытывался подстилочный материал, представляющий собой вспученный вермикулит (с содержанием фракции - 1 мм не более 30%), пропитанный нетоксичными солями алюминия. Расход материала на 1 тыс. голов птицы от 5 до 15 м3 на весь период содержания одного стада и зависит от его назначения (выращивание бройлеров, племенное стадо, ремонтное стадо). Подстилка может состоять из смеси вермикулита и опилок в соотношении от 1:1 до 1:4 по объему. Расход солей алюминия - 0,2-1,5% по массе.
Технология производства готового подстилочного материала несложна и может быть организована как на предприятии, которое производит вспученный вермикулит, так и непосредственно на птицефабрике, например, с помощью установки для дезодорации помещений, имеющейся на каждой птицефабрике. Экономический эффект образуется в связи с тем, что при использовании нового подстилочного материала резко снижается содержание аммиака в воздухе птичника (с 40 до 15-25 мг/м3). В результате птица лучше набирает вес и меньше болеет. Продуктивность увеличивается на 7-10%.
Вермикулитовая подстилка является дешевой и доступной, отличается высокой вла-го- и газопоглотительной способностью, низ-
кой теплопроводностью, является безвредной, свободной от патогенных микроорганизмов, плесени и токсических веществ. Отработанная подстилка при ее использовании в качестве удобрения повышает урожайность сельскохозяйственной продукции, что дает дополнительный экономический эффект. Его преимуществами является стерильность и инертность. Кроме того, установлено, что обычный торф не в состоянии длительное время удерживать влагу. При добавлении 2575% вермикулита торфяная масса имеет практически стабильную влажность даже в условиях засухи. Данные свойства вермикулита позволяют его рекомендовать для применения в открытом грунте с целями предохранения поверхностного слоя от иссушения, а также регулирования РН почвы. Одновременно, благодаря способности удерживать не только воду, но и воздух, вермикулит является прекрасным кондиционером почвы.
Литература:
1. Нормы и рационы кормления сельскохозяйственных животных / Калашников А.П. и др. М., 2003.
2. Производство продукции животноводства в мире и отдельных странах // Зоотехния. 2011. №1. С. 2-6.
3. Иванов Ю.А., Морозов Н.М. Основные положения стратегии развития механизации и автоматизации животноводства // Вестник ВНИИМЖ. 2015. №2. С. 4.
4. Вакулович М.П. Термодинамика. М., 1972.
5. Кирилин В.А. Техническая термодинамика. М., 1974.
6. Диденко А.Н. СВЧ-энергия. М.: Наука, 2003.
7. Научно-технические проблемы освоения Арктики. М.: Наука, 2014.
8. URL: http://www.moidiabet.ru
9. Пат. 2580964 РФ. Сублимационная установка / Сы-роватка В.И. и др. 0публ.10.04.16
10. Пат. 2580963 РФ. Способ сублимационной сушки / Сыроватка В.И. и др. 0публ.10.04.16
11. Сыроватка В.И. Тепловая обработка комбикормов. М., 2015.
12. Сыроватка В.И. Машинные технологии приготовления комбикормов в хозяйствах. М., 2010.
13. Применение вермикулита в животноводстве и птицеводстве. URL: www. konsorn.cjm/ articles
Literatura:
1. Normy i raciony kormleniya sel'skohozyajstvennyh zhivotnyh / Kalashnikov A.P. i dr. M., 2003.
2. Proizvodstvo produkcii zhivotnovodstva v mire i otdel'-nyh stranah // Zootekhniya. 2011. №1. S. 2-6.
3. Ivanov YU.A., Morozov N.M. Osnovnye polozheniya strategii razvitiya mekhanizacii i avtomatizacii zhivotnovodstva // Vestnik VNIIMZH. 2015. №2. S. 4.
4. Vakulovich M.P. Termodinamika. M., 1972.
5. Kirilin V.A. Tekhnicheskaya termodinamika. M., 1974.
6. Didenko A.N. SVCH-ehnergiya. M.: Nauka, 2003.
7. Nauchno-tekhnicheskie problemy osvoeniya Arktiki. M.: Nauka, 2014.
8. URL: http://www.moidiabet.ru
9. Pat. 2580964 RF. Sublimacionnaya ustanovka / Syro-vatka V.I. i dr. 0publ.10.04.16
10. Pat. 2580963 RF. Sposob sublimacionnoj sushki / Sy-rovatka V.I. i dr. 0publ.10.04.16
11. Syrovatka V.I. Teplovaya obrabotka kombikormov. M., 2015.
12. Syrovatka V.I. Mashinnye tekhnologii prigotovleniya kombikormov v hozyajstvah. M., 2010.
13. Primenenie vermikulita v zhivotnovodstve i pticevod-stve. URL: www. konsorn.cjm/ articles
THE METHODOLOGY OF ANIMAL COMBINED FEED THERMAL PROCESSING KNOWLEDGE-BASED
TECHNOLOGY'S BUILDING V.I. Syrovatka, RAN academician, department head All-Russian research Institute of animal husbandry mechanization
Abstract. It's presented the methodological principles of thermal processes combined feed ingredients at high temperature processing calculation, where in the differential form the sum of the internal energy U and pressure P multiplication on the volume of system V value that is called the enthalpy (I) is represented. The second law of thermodynamics allows to determine the useful work. The fisheries and energy resources in the Arctic are presented and sublimation installation is suggested, which due to the specific design features SWCH- energy using, allows to ensure the products' treatment uniform, to reduce the energy unit cost and to increase the of the installation's useful performance coefficient (KPD) . The vermiculite possibilities using in livestock and poultry are noted. Having the ability to absorb the liquid substrates, Biovermiculite maintains of their bulk properties. This allows to prepare a loose concentrate containing of 70% fat and 30% Biovermiculite, that simplifies the fat and molasses in the combined feed inclusion. On the basis of combined feed production world achievements and tendencies of development, it is proposed for the 25-30 years long term to change the Russian animal combined feed recipes: grains are to be reduced to 40-45%, sea products to bring to 20%, food waste to 15%, soy and rape to 10%. Accordingly to apply the new forms of energy and technical base of productivity.
Keywords: thermodynamic processes, enthalpy, SWCH-energy, Arctic resources, fish products' sublimation, sublimation installation, vermiculite in animal husbandry.
