CC BY
171
2. Вольман, В.И. Техническая электродинамика: учеб. / В.И. Вольман, Ю.В.Пименов. - М.: Связь, 1971. -487 с.
---------♦'----------
УДК 631.363(470.58) В.А. Новикова
МИКРОНИЗАЦИЯ КОРМОВОГО ЗЕРНА КАК СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ЕГО К СКАРМЛИВАНИЮ
В статье представлены результаты исследования процесса микронизации кормового зерна, рассмотрены различные способы обработки и подготовки его к скармливанию сельскохозяйственным животным. Предложена установка для микронизации кормового зерна с двухсторонним подводом теплоты снизу от греющей поверхности желоба и сверху - от источника инфракрасного излучения. Температура внутри зерновки составляет 1800С, давление 10 атм.
Максимальное использование новых энергосберегающих технологий и механизмов - это один из путей повышения эффективности животноводства. Известно, что значительная часть (до 40%) даже подготовленного к скармливанию зерна не усваивается организмом животного и выводится с экскрементами. И уже совсем неотрадная картина наблюдается у молодняка сельскохозяйственных животных и птицы. У них желудок работает очень плохо, и корм переваривается и усваивается в пределах 20%. В связи с этим особую значимость приобретают различные способы подготовки зерна к скармливанию: измельчение, гранулирование, пропаривание, плющение, химическая обработка, экструдирование, микронизация [1].
Дробление и размол - наиболее дешевые способы увеличения перевариваемости зерна, но КПД при этом невысок [2].
Широкое распространение получило гранулирование комбикормов, в результате чего уменьшаются потери корма, облегчается транспортировка и механизация раздачи, улучшаются физические и вкусовые качества рациона. При гранулировании корма под действием механических и гидротермических процессов происходят биохимические изменения, повышающие его питательность и усвояемость на 10% [3].
Гранулированный корм способствует усиленной работе желез переднего отдела пищеварительного тракта - слюнных и желудочных; наблюдается изменение в кислотном режиме желудочного содержимого, особенно в начальный период скармливания гранул; благоприятно действует на кишечное пищеварение [4].
Во ВНИИ комбикормовой промышленности разработан технологический процесс двойного гранулирования сырья на прессах-грануляторах отечественного производства ДГ, Б6-ДТВ, позволяющих повысить степень декстринизации крахмала в кормах до 40,5%, улучшить поедаемость и усвояемость кормовой смеси свиньями [5].
Прессование и влажное нагревание рассыпного корма при гранулировании повышают его питательность на 2-6%. Высокая температура и давление при гранулировании вызывают изменение в структуре сырой клетчатки и сырого жира, в результате повышается усвояемость корма. При пропаривании корма в процессе гранулирования изменяется состояние крахмала и белков. Кроме того, гранулирование повышает использование фосфора, белка и обменной энергии. Продуктивность животных при кормлении таким кормом увеличивается на 10 - 15% [6].
Вместе с тем, при правильном приготовлении комбикормов в кормлении свиней преимуществ гранулированных смесей перед рассыпными не выявляют. Более того, при скармливании животным гранул случаи поражения желудочно-кишечного тракта учащаются. Ученые США высказали сомнение в целесообразности использования гранул при кормлении свиней.
С целью повышения питательности зернофуража применяют экструдирование: это баротермическая обработка зерна, повышающая его питательность и продуктивное действие за счет структурных преобразований полимерных соединений углеводов и белков.
При экструзии измельченное в пресс-экструдере зерно под действием высокого давления (25-30 атм.) и трения разогревается до температуры 150-1800С и превращается в гомогенную массу. При выходе
из пресс-экструдера из-за большого перепада давления гомогенная масса вспучивается (происходит ее «взрыв»). Основными показателями качества экструдера являются степень декстринизации крахмала и «взорванность». При этом степень декстринизации должна быть не менее 35%. В процессе экструдирова-ния происходит частичное денатурация белков [8]. Метод экструдирования всем хорош, пока не выйдет из строя главный рабочий орган агрегата. Зерновая масса под большим давлением продавливается через кольцеобразную цепь устройства. Механическая прочность зерновок снижается до нуля. Масса становится рыхлой, легкоусвояемой. Но в зерновой массе всегда присутствует пыль, представляющая собой мелкодисперсный порошок абразива. В результате прохождения зерновой массы с пылью поверхности щелевого зазора истираются, зазор становится больше допустимого предела и экструдер не справляется со своими обязанностями. Восстановить изношенные поверхности более чем проблематично.
В последнее время широкое распространение получает обработка зерна инфракрасным (ик) излучением с длиной волны 1500-3500 нм, так называемая микронизация [9]. При микронизации происходит переход углеводов в растворимое и легкоусваиваемое состояние - желатинизацию. Оптическая энергия излучения вызывает быстрый и глубинный нагрев (внутренняя температура 9000С достигается за 50 с) и подъем давления паров воды внутри зерна, что приводит к «взрыву» (вспучиванию), резко увеличивающему его поверхность [9].
По мнению ряда ученых [10], процесс микронизации был впервые промышленно реализован фирмой «Mikronizing» ЬТБ. (Англия) и использован в основном при термообработке фуражного зерна для повышения его питательной ценности. ИК-нагрев осуществлялся до температур около 1000С в течение нескольких минут. Высокотемпературная микронизация представляет собой процесс нагрева до более высоких температур (для зерна около 2000С). В результате такой термообработки претерпевают изменения:
- биохимический комплекс - происходят частичная клейстеризация и декстринизация крахмала, де-постурация белка;
- микробиологический комплекс - происходит почти полное поверхностное и внутреннее обеззараживание, что особенно важно в условиях птицеводства;
- физический комплекс - зерно «вспучивается», увеличиваясь (приблизительно на 30%) в объеме, и теряя влагу (более 50%);
- органолептические характеристики - улучшается запах и вкус, меняется цвет.
Научно-хозяйственный опыт по изучению влияния скармливания микронизированного зерна на продуктивность проводился на базе Курганской государственной сельскохозяйственной академии им. Т.С. Мальцева на поросятах крупной белой породы [11].
Введение микронизированного зерна в рацион поросят-сосунов увеличивает интенсивность их роста. Среднесуточный прирост живой массы поросят за период выращивания на микронизированном зерне, приготовленном в оптимальном режиме (ячменя - 50 с, пшеницы - 60, овса - 30, гороха - 70 с при температуре 1800С) составил 288 г против 217 г в контрольной группе, то есть больше на 34,2%.
Эффективность использования обменной энергии рационов на образование продукции была максимальной у поросят, получавших микронизированное зерно с оптимальными режимами обработки, и составила 25,86%, что на 2,34% больше по сравнению с контролем. Использование микронизированного зерна с оптимальным режимом обработки снижает затраты кормовых единиц на 1 кг, прироста живой массы - на 25,19%, себестоимость - на 14,63%; рентабельность выращивания поросят возрастает на 156,89%.
Однако, по мнению многих авторов, скармливание зерна, подвергнутого микронизации при температуре 2200С, вызывает депрессию роста свиней.
В результате микронизации зерна увеличиваются набухаемость крахмала с 30 до 70%, растворимость с 12,8 до 109, мг/г, степень декстринизации - с 12 до 78,8%, содержание сахаров - с 5,6 до 9,6%; снижается бактериальная обсемененность фуражного зерна, сопротивление раздавливанию, например, для ячменя, на 11-27%.
Значительный эффект достигается при такой обработке семян бобовых культур. Так, в сое заметно уменьшается содержание трипсина (до 2-3 мг/кг), значительно повышается питательная ценность белка, энергетическая ценность увеличивается с 7800 до 16000 кДж/кг.
Для обеспечения процесса микронизации кормового зерна существуют различные типы устройств и установок отечественных и зарубежных производителей. Однако в существующих микронизаторах фуражного зерна удельные затраты энергии составляют 150-250 кВгч на одну тонну, что существенно увеличивает его себестоимость и экономически не всегда оправдано.
Разработанная установка для микронизации кормового зерна с пониженными удельными энергозатратами (88,9 кВгч/т ) представлена на рисунке. При разработке установки были учтены следующие требования и возможности:
- возможность изменения удельной электрической мощности установки;
- изменение плотности теплового потока, подводимого к зерновкам;
- возможность регулирования времени обработки инфракрасными лучами;
- учет расхода электрической энергии на осуществление процесса микронизации зерновок пшеницы (мощность, ток, направление).
Установка для термообработки зерна. Общий вид:
1 - стальной желоб; 2 - скребковый транспортер; 3 - нагревательные элементы;
4 - инфракрасные излучатели; 5 - экран параболической формы; 6 - скребок
Установка для термообработки включает в себя наклонно расположенный (под углом, близким к естественному скату зерна) стальной желоб 1 с бортиками прямоугольной формы, по которому сверху вниз под воздействием скребкового транспортера 2 перемещается зерно. Под данной поверхностью желоба размещены нагревательные элементы 3. С боков над бортиками желобов расположены инфракрасные излучатели 4 с металлическими экранами параболической формы 5.
Установка работает следующим образом:
Включают излучатели 4, нагревательные элементы 3 и прогревают стальной желоб 1. Затем в стальной желоб 1 сверху подают зерно, которое под действием скребкового транспортера 2 перемещается по желобу 1. В процессе перемещения зерно постоянно перемешивается и нагревается до 180°С. В зерновке образуется давление до 10 атм, при этом содержащаяся в зерне влага вскипает и происходит декстриниза-ция крахмала. Обработанное зерно ссыпается в бункер.
Полученный кормовой материал становится более благоприятным для пищеварения и снижается его механическая прочность. Разработана методика, проведены экспериментальные исследования, позволяющие определить рациональное расположение нагревательных элементов, при котором происходит наименьший перепад температур на стальной поверхности установки. Выбрана рациональная толщина стального желоба установки, равная 5 мм.
Для анализа влияния факторов на процесс были построены поверхности откликов, позволяющие определить влияние факторов на критерий оптимизации. Установлено, что наибольшее поглощение энергии наблюдается при толщине слоя в одно зерно и расстоянии от источника излучения, равном 4 см.
Новизна технических решений подтверждена авторским свидетельством.
Выводы
Таким образом, микронизация зерна, как способ подготовки его к скармливанию, может быть использована в процессе послеуборочной обработки ввиду положительных результатов по зоотехнической оценке, малой экспозиции и возможности обработки зерна повышенной влажности.
Установлено,что при подводе теплоты к обрабатываемому материалу снизу от греющей поверхности желоба и сверху - от источника инфракрасного излучения - температура внутри зерновки составляет 1800С и давление 10 атм. При такой температуре достигается наилучший эффект дезинсекции, полученный кормовой материал становится благоприятным для пищеварения, снижается его механическая прочность.
Литература
1. Доронин, А.Ф. Исследование процесса термической обработки кукурузных хлопьев ИК-лучами: автореф. дис. ... канд. техн. наук / А.Ф. Доронин. - М., 1979. - С. 23.
2. Дрыга, К. Экструдирование - эффективный способ обработки растительных кормов для свиней / К. Дрыга, А. Зверев, С. Филатова // НТБ НИИЖ лесостепи и полесья УССР. - Харьков, 1979. - Вып. 26.
- С. 41-45.
3. Зверев, А.И. Экструдирование и плющение фуражного зерна в проблеме повышения его продуктивного действия / А.И. Зверев, Н.Я. Чумаков // Корма и отходы АПК. Техника и технология: тез. докл. Всесоюз. НТ совещания. - Запорожье, 1988. - С. 40.
4. Зоткин, В. Изменение показаний качества гороха при экструдировании / В. Зоткин // Тр. ВНИИ комбикорм. пром-сти. - 1981. - Вып. 19. - С. 16-19.
5. Калниньш, И.Я. Обработка фуражного зерна инфракрасным облучением / И.Я. Калниньш, Я.А. Панков // Кормопроизводство. - 1988. - №10. - С. 16-18.
6. Микронизированный ячмень в комбикормах для поросят / В.А. Крохина, А.Т. Мысик, П.А. Михайлов [и др.] // Зоотехния. - 1998. - №7. - С. 22-25.
7. Лисицина, Н.В. Изучение конвективного способа тепловой обработки зерна / Н.В. Лисицина // Тр. ВНИИКН.
- М., 1977. - Вып. 12. - С. 29-34.
8. Орлов, А. Тепловая обработка зерна при производстве комбикормов / А. Орлов, Н. Лисицина, В. Афанасьев // Мукомольно-элеваторная и комбикормовая пром-сть. - 1976. - №12. - С. 29-30.
9. Брагинец, Н.В. Микронизация зерна для кормовых целей / Н.В. Брагинец // Механизация и электрификация сельского хозяйства. - М.: Агропромиздат, 1989. - С. 29-31.
10. Денисова, Р.Р. Обработка фуражного зерна инфракрасным излучением / Р.Р. Денисова, В.П. Елизаров // Докл. ВАСХНИЛ. - М., 1981. - С. 18-20.
11. Миколайчик, И.И. Использование микронизированной зерносмеси при выращивании поросят-сосунов: автореф. дис. ... канд. техн. наук / И.И. Миколайчик. - Новосибирск, 2000. - С. 7.
---------♦'----------
УДК 624.042.5:681.142 Н.В. Цугленок, Я.А. Кунгс, А.Г. Лапицкий,
Д.Ю. Завадский
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ ПОМЕЩЕНИЯ
В статье описаны аналоговые и математические модели для ЭВМ, которые дают возможность прогнозировать развитие зон турбулентности в заданном температурном диапазоне. Методика объясняет устойчивость распределения температурного поля в технологическом помещении.
Для аналитического описания распределения температуры в технологическом помещении воспользуемся физической моделью тепловой трубы, в которой установлено теплопередающее устройство «Теп-лофон» ЭРГНА, способный передавать большие тепловые мощности в ограниченных геометрических раз-
