Научная статья на тему 'ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КУКУРУЗНЫХ КОРМОВ'

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КУКУРУЗНЫХ КОРМОВ Текст научной статьи по специальности «Прочие сельскохозяйственные науки»

CC BY
51
11
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ПОБОЧНЫЕ ПРОДУКТЫ КРАХМАЛОПАТОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА / МЕЗГА / КУКУРУЗНЫЙ ЭКСТРАКТ / КУКУРУЗНЫЙ КОРМ / ОРГАНИЧЕСКИЕ КИСЛОТЫ / РЕАГЕНТЫ / ОКСИД КАЛЬЦИЯ / ГИДРОКСИД НАТРИЯ / НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ КИСЛОТНОСТИ / СМЕШИВАНИЕ

Аннотация научной статьи по прочим сельскохозяйственным наукам, автор научной работы — Утолин Владимир Валентинович

Проблема и цель. Побочные продукты крахмалопаточного производства обладают большой кормовой ценностью, но высокая кислотность при существующих технологических приемах и технических средствах не позволяют их эффективно использовать в приготовлении кукурузных кормов, соответствующих зоотехническим требованиям, а утилизация ведет к безвозвратным потерям с нанесением вреда окружающей среде.Целью исследования является повышение эффективности приготовления кукурузных кормов за счет увеличения в их составе доли экстракта путем разработки технических средств. Методология. На основании априорной информации предложен способ нейтрализации кислотности экстракта. Определены реагенты и их количество, позволяющее осуществить снижение кислотности экстракта, при этом не нарушая зоотехнических требований по содержанию микроэлементов в приготавливаемом корме. Исследованы физические свойства побочных продуктов. Разработаны технические средства и обоснованы их оптимальные параметры. Проведена производственная проверка технологии и определена экономическая эффективность ее применения. Результаты. Установлено что для снижения кислотности 1 кг кукурузного экстракта влажностью 56-60 % с рН от 4,2-4,4 до 6,0-6,5 необходимо 0,019 кг оксида кальция и 0,012 г гидроксида натрия. Получены численные значения физических свойств побочных продуктов крахмалопаточного производства и установлена их зависимость от влажности. Определены рациональные параметры нейтрализатора экстракта: толщина стенки 0,001-0,002 м; подача насоса-смесителя 7,3*10-6 м3/с; частота вращения мешалки 2,0 с-1 и шнеко-лопастного смесителя; частота вращения и амплитуда колебаний шнека 1,64 с-1 и 0,050 м; диаметр отверстий жиклеров лопастей 0,004м. Приготовление 47304 т кукурузных кормов по данной технологии позволяет получить экономический эффект в размере 3607800 руб, дополнительную прибыль - 9110400 руб, срок ее окупаемости составляет 0,35 года. Заключение. Разработанная технология позволяет использовать кукурузный экстракт в полном объеме производства в кукурузных кормах, что повышает их питательную ценность и решает экологическую проблему с его утилизацией.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по прочим сельскохозяйственным наукам , автор научной работы — Утолин Владимир Валентинович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

IMPROVING THE EFFICIENCY OF CORN FEED PREPARATION

Problem and purpose. By-products of the starch industry have great nutritional value, but the high acidity with existing technological methods and technical means does not allow them to be efficiently used in the preparation of corn feed that meets zootechnical requirements, and disposal leads to irretrievable losses with environmental damage.The purpose of the study is to increase the efficiency of the preparation of corn feed by increasing the proportion of the extract in their composition by developing technical means. Methods. Based on a priori information, a method for neutralizing the acidity of the extract is proposed. The reagents and their quantity have been determined, which make it possible to reduce the acidity of the extract while not violating the zootechnical requirements for the content of trace elements in the prepared feed. The physical properties of by-products have been studied. Technical means have been developed and their optimal parameters have been substantiated. A production test of the technology was carried out and the economic efficiency of its application was determined. Results. It has been established that to reduce the acidity of 1 kg of corn extract with a moisture content of 56-60 % with pH of 4.2-4.4 to pH of 6.0-6.5, 0.019 kg of calcium oxide and 0.012 g of sodium hydroxide are needed. The numerical values of the physical properties of the by-products of starch production have been obtained and their dependence on moisture content has been established. The following rational parameters of the extract neutralizer were determined: the wall thickness was 0.001-0.002 m; the supply of the mixing pump was 7.3*10-6 m3/s; the rotation frequency of the agitator and the screw-blade mixer was 2.0 s-1; the frequency of rotation and the amplitude of oscillations of the auger were 1.64 s-1 and 0.050 m, the diameter of the holes of the jets of the blades was 0.004 m. When preparing 47,304 tons of corn feed, this technology allows to get some economic effect in the amount of 3,607,800 rubles and additional profit of 9,110,400 rubles with its payback period of 0.35 years. Conclusion. The developed technology allows the use of corn extract in full production of corn feed, which increases their nutritional value and solves the environmental problem with its disposal.

Текст научной работы на тему «ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КУКУРУЗНЫХ КОРМОВ»

Вестник РГАТУ, 2022, т.14, №1, с. 150- 158 Vestnik RGATU, 2022, Vol.14, №1, рр 150- 158

ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Научная статья УДК 636.085.087

DOI: 10.36508/RSATU.2022.48.55.017

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КУКУРУЗНЫХ КОРМОВ Владимир Валентинович Утолин

Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева, г. Рязань, Россия

6451985@mail.ru Аннотация.

Проблема и цель. Побочные продукты крахмалопаточного производства обладают большой кормовой ценностью, но высокая кислотность при существующих технологических приемах и технических средствах не позволяют их эффективно использовать в приготовлении кукурузных кормов, соответствующих зоотехническим требованиям, а утилизация ведет к безвозвратным потерям с нанесением вреда окружающей среде.Целью исследования является повышение эффективности приготовления кукурузных кормов за счет увеличения в их составе доли экстракта путем разработки технических средств.

Методология. На основании априорной информации предложен способ нейтрализации кислотности экстракта. Определены реагенты и их количество, позволяющее осуществить снижение кислотности экстракта, при этом не нарушая зоотехнических требований по содержанию микроэлементов в приготавливаемом корме. Исследованы физические свойства побочных продуктов. Разработаны технические средства и обоснованы их оптимальные параметры. Проведена производственная проверка технологии и определена экономическая эффективность ее применения. Результаты. Установлено что для снижения кислотности 1 кг кукурузного экстракта влажностью 56-60 % с рН от 4,2-4,4 до 6,0-6,5 необходимо 0,019 кг оксида кальция и 0,012 г гидроксида натрия. Получены численные значения физических свойств побочных продуктов крахмалопаточного производства и установлена их зависимость от влажности. Определены рациональные параметры нейтрализатора экстракта: толщина стенки 0,001-0,002 м; подача насоса-смесителя 7,3*10-6 м3/с; частота вращения мешалки 2,0 с-1 и шнеко-лопастного смесителя; частота вращения и амплитуда колебаний шнека 1,64 с-1 и 0,050 м; диаметр отверстий жиклеров лопастей 0,004м. Приготовление 47304 т кукурузных кормов по данной технологии позволяет получить экономический эффект в размере 3607800 руб, дополнительную прибыль - 9110400 руб, срок ее окупаемости составляет 0,35 года.

Заключение. Разработанная технология позволяет использовать кукурузный экстракт в полном объеме производства в кукурузных кормах, что повышает их питательную ценность и решает экологическую проблему с его утилизацией.

Ключевые слова: побочные продукты крахмалопаточного производства, мезга, кукурузный экстракт, кукурузный корм, органические кислоты, реагенты, оксид кальция, гидроксид натрия, нейтрализация кислотности, смешивание.

Для цитирования: Утолин В.В. Повышение эффективности приготовления кукурузных кормов// Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета имени П.А. Костычева. 2022.Т14, №1. С 150-158 https://doi.org/10.36508/RSATU.2022.48.55.017

TECHNICAL SCIENCES

Original article

INCREASING CORN FEED PRODUCTION EFFICIENCY

Vladimir V. Utolin

Ryazan State Agrotechnological University Named after P.A. Kostychev, Ryazan, Russia 6451985@mail.ru

Abstract.

Problem and purpose. By-products of the starch industry have great nutritional value, but the high acidity

© Утолин В. В., 2022 г

with existing technological methods and technical means does not allow them to be efficiently used in the preparation of corn feed that meets zootechnical requirements, and disposal leads to irretrievable losses with environmental damage.The purpose of the study is to increase the efficiency of the preparation of corn feed by increasing the proportion of the extract in their composition by developing technical means. Methods. Based on a priori information, a method for neutralizing the acidity of the extract is proposed. The reagents and their quantity have been determined, which make it possible to reduce the acidity of the extract while not violating the zootechnical requirements for the content of trace elements in the prepared feed. The physical properties of by-products have been studied. Technical means have been developed and their optimal parameters have been substantiated. A production test of the technology was carried out and the economic efficiency of its application was determined.

Results. It has been established that to reduce the acidity of 1 kg of corn extract with a moisture content of 56-60 % with pH of 4.2-4.4 to pH of 6.0-6.5, 0.019 kg of calcium oxide and 0.012 g of sodium hydroxide are needed. The numerical values of the physical properties of the by-products of starch production have been obtained and their dependence on moisture content has been established. The following rational parameters of the extract neutralizer were determined: the wall thickness was 0.001-0.002 m; the supply of the mixing pump was 7.3*10-6 m3/s; the rotation frequency of the agitator and the screw-blade mixer was 2.0 s-1; the frequency of rotation and the amplitude of oscillations of the auger were 1.64 s-1 and 0.050 m, the diameter of the holes of the jets of the blades was 0.004 m. When preparing 47,304 tons of corn feed, this technology allows to get some economic effect in the amount of 3,607,800 rubles and additional profit of 9,110,400 rubles with its payback period of 0.35 years.

Conclusion. The developed technology allows the use of corn extract in full production of corn feed, which increases their nutritional value and solves the environmental problem with its disposal.

Key words: by-products of starch production, pulp, corn extract, corn feed, organic acids, reagents, calcium oxide, sodium hydroxide, de-acidification, mixing.

For citation: Utolin V.V. Improving the efficiency of corn feed preparation// Bulletin of the Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostychev. 2022.T14, No. 1. With 150-158 https://doi. org/10.36508/RSATU.2022.48.55.017

Введение

В результате производства крахмала из зерна кукурузы побочными продуктами является пелева, дробленое зерно, мезга, экстракт и жмых, образуемый в результате отжима масла из зародыша. Данные продукты широко применяются как компоненты корма в рационе сельскохозяйственных животных. Благодаря своему составу жмых, пелева и дробленое зерно успешно реализуются на кормовые цели.

Из-за низкой концентрации сухих веществ ^=93-96 %) жидкий кукурузный экстракт практически не востребован у производителей сельскохозяйственной продукции. В настоящее время экстракт концентрируют до влажности W=56-60 %, выдерживают в отстойниках, затем сбрасывают в окружающую среду. Это негативно влияет на экологию близлежащих водоемов. При этом концентрированный экстракт имеет высокую кормовую ценность и по содержанию белковых веществ (до 50 %) может конкурировать со жмыхами и шротами, имея меньшую стоимость. Ограниченное применение экстракта в рационах сельскохозяйственных животных вызвано его низким водородным показателем (высокой кислотностью) рН= 4,1-4,5.

Использование кислых кормов в рационе кормления крупного рогатого скота приводит к понижению рН содержимого рубца, а так как через него проходит до 80 % органических веществ, то разрушается биохимические системы рубца. Это приводит к снижению переваримости кормов и продуктивности животных. Из-за низких значений рН в рубце желудка замедляется моторика всех его отделов, происходит застой кормовой массы в преджелудках. Кислотная среда рубца при разрушенной микрофлоре приводит к заболеванию животного.

Наиболее рациональным предложением использования экстракта является снижение его кислотности до рН=6,5 и использование в качестве компонента во влажных кормах, при расстоянии до их потребителя не более двухсот километров. Такие корма обладают достаточно высокой кормовой ценностью при низкой себестоимости их приготовления.

Современная технология использования побочных продуктов перерабатывающих предприятий в кормопроизводстве должна обеспечивать глубокую переработку пищевого сырья, снижение себестоимости производства и повышать его экологическую безопасность.

Объекты и методы исследования

Решению проблемы использования кукурузного экстракта в кормопроизводстве посвящены работы П.И Афанасьева, Е.Е. Гришкова, М.А. Конькова, Е.Г. Кравчика, В.Л. Кудряшова, Н.Д. Лукина, М.В. Орешкиной, А.А. Полункина, О.И. Радина, В.С. Расторгуева, В.Н. Романенко, Н.Н. Селезневой, Н.Н. Сорокиной, В.М. Ульянова, Н.И. Филипо-вой и других [1-14,19].

Анализ современных способов приготовления кормов из побочных продуктов перерабатывающих предприятий показал, что существует два пути решения данной проблемы. Первый - приготовление влажных кормовых смесей, второй - сухих. Применительно к кукурузному экстракту применение этих способов не решает проблему его высокой кислотности. Поэтому сотрудниками кафедры технических систем в АПК Рязанском ГАТУ разработан способ приготовления кукурузных кормов, предусматривающий нейтрализацию кислотности экстракта до рН = 6,5 (патент РФ № 2336722). Отличительной особенностью данного способа является комплексное использование

оксида кальция и гидроксида натрия, что обеспечивает снижение кислотности экстракта, при этом содержание химических элементов в кормосмеси соответствует зоотехническим требованиям [15].

Схема технологической линии, реализующей разработанный способ, представлена на рисунке 1. Она предусматривает снижение рН экстракта до значения 6,5 путем добавления водного раствора гидроксидов натрия и кальция с последующим смешиванием его с мезгой, в пропорции 1:6,4.

При этом исходная влажность экстракта составляет W = 56-60 %, а мезги W = 60-66 %.

Высокая кислотность экстракта обусловлена наличием в составе органических кислот, молочной и фитиновой. Для подавления негативного действия органических кислот необходимо 19 кг оксида кальция и 12 кг гидроксида натрия на 1000 кг экстракта. В данном случае содержание кальция в одном килограмме корма составит 2,1 г/кг, а натрия в виде NaCL - 2,6г/кг.

Предложенная конструкция нейтрализатора кислотности (рис. 2) обеспечивает нагревание экстракта на 13-15° С тепловой энергией в количестве 136690 кДж, получаемой в результате экзотермических реакций взаимодействия реагентов - оксида кальция и гидроксида натрия с водой (патент РФ № 2396838).

В емкости 1, 2 заливается вода и экстракт соответственно. Затем в емкость 1 при постоянном перемешивании лопастным валом 3 подают реагенты из расчета 19 кг СаО и 12 кг NаОН на одну тонну экстракта. В результате химических реакций образуемая теплота нагревает СКЭ. Далее водный раствор реагентов и экстракт поступают в насос-смеситель 4, который перекачивает их в емкость 2. При смешивании происходит химическое и физическое взаимодействие гидроксидов кальция и натрия с органическими кислотами экстракта и, как результат, их нейтрализация. При положении трехходового крана 5, обеспечивающего выгрузку экстракта, он удаляется насос-смесителем 4.

1 - нейтрализатор экстракта; 2, 3 - бункер-дозатор оксида кальция и гидроксида натрия; 4 - бункер мезги, 5 - дозатор мезги; 6 - смеситель; 7 - бункер-накопитель корма

(1 - extract neutralizer; 2, 3 - dosing bin for calcium oxide and sodium hydroxide; 4 - pulp bunker, 5 - pulp

dispenser; 6 - mixer; 7 - feed hopper) Рис. 1 - Конструктивно-технологическая схема

линии приготовления кукурузного корма ( Structural and technological scheme of the line to prepare corn feed)

Для реализации данной технологии были разработаны конструктивно-технологические схемы технических средств, нейтрализатора экстракта и шнеко-лопастного смесителя.

Повышение температуры кукурузного экстракта приводит к уменьшению значений его вязкости и липкости.

При температуре экстракта 40-55° С значение липкости достигает минимума, при этом кинематическая и динамическая вязкость значительно снижается. Поэтому для проведения нейтрализации кислотности рациональным решением является нагревание экстракта до указанной температуры.

1 - емкость для приготовления водного раствора реагентов; 2 - емкость для экстракта;

3 - лопастной вал; 4 - насос-смеситель; 5 - трехходовой кран (1 - container for preparing an aqueous solution of reagents; 2 - container for the extract; 3 - bladed shaft;

4 - mixer pump; 5 - three-way valve) Рис. 2 - Конструктивно-технологическая

схема нейтрализатора (Structural and technological scheme of the neutralizer)

Результатом теоретических исследований установлено выражение (1):

Полученное выражение позволяют определять температуру экстракта в нейтрализаторе при заданной толщине внутреннего цилиндра (5, мм) в зависимости от времени нагревания (t, мин). Данная зависимость дает возможность для проектирования нейтрализатора и расчета его конструк-

тивно-технологических параметров.

Качество смешивания кормов оценивается однородностью смеси. Поэтому при приготовлении кукурузных кормов необходимо экстракт равномерно распределить по всему объему мезги. Проблема смешивания экстракта и мезги заключается в различной структуре данных продуктов. Первый - вязкая жидкость, второй - кашеобразная масса. Дополнительным препятствием при смешивании является остаточный крахмал, который находится в клейстеризованном виде.

С учетом вышеизложенного разработана конструкция смесителя с комбинированным шне-ко-лопастным рабочим органом (патент РФ № 2454273) [16, 18]. Данная конструкция смесителя позволяет подавать экстракт непосредственно в зону смешивания, равномерно распределяя его по всему объему (рис. 3).

1 - корпус; 2 - рабочий орган; 3 - вал полый; 4 - конвейер шнековый; 5 - лопасть полая;

6 - входная горловина; 7 - бункер; 8 - камера экстракта (1 - body; 2 - working body; 3 - hollow shaft;

4 - screw conveyor; 5 - hollow blade; 6 - inlet neck; 7 - bunker; 8 - extract chamber)

Рис. 3 - Схема разработанного шнеко-лопаст-ного смесителя.

(Scheme of the developed screw-blade mixer)

Отличительной особенностью разработанного смесителя является его рабочий орган. Он комбинированный - шнеко-лопастной и имеет полую центральную трубу. Лопасти рабочего органа также полые, на концах имеют жеклеры. При вращении рабочий орган совершает дополнительно возвратно-поступательные движения. В торце корпуса смесителя установлена камера экстракта с мембраной. Переферийная часть мембраны закреплена между корпусом смесителя и камерой экстракта, а в центре она имеет подшипниковую опору в которую установлен рабочий орган. Камера экстракта соеденена с накопительной емкость и имеет обратный клапан. Таким образом камера экстракта, мембрана и обратный клапан выполняют роль мембранного насоса.

С целью обоснования конструктивно-технологических параметров и определения производительности установлена теоретическая зависимость скорости перемещения кормовой массы в разработанном смесителе

где: S - шаг винтовой навивки, м;

п - частота вращения рабочего органа, с-1;

А -амплитуда колебаний рабочего органа,

мм;

t - время одного оборота рабочего органа, с.

Результаты исследования и их обсуждение

Для определения параметров технических средств необходимо знание численных значений физико-механических и теплофизических свойств побочных продуктов крахмалопаточного производства.

Графическая зависимость липкости кукурузного экстракта от температуры его нагрева представлена на рисунке 4. Анализ результатов показывает, что значение липкости экстракта изменяется с 29,5 Н/м2 до 33,3 Н/м2 при повышении температуры от +15° С до +85° С. Характер кривой в диапазоне от +20 до +70° С можно описать как близкий к параболе. Минимальное значение липкости экстракта 13,7 Н/м2 С достигается при + 45° С. В интервале с +15 до +43° С значения липкости СКЭ снижаются с 29,5 Н/м2 достигая своего минимального значения. В следующем интервале с +53 до +85° С наблюдается возрастание значения липкости экстракта с 14,1 до 33,3 Н/м2. Из полученных результатов очевидно, что нейтрализацию кислотности экстракта и его смешивание с мезгой следует проводить при его предварительном нагреве до температуры 45-50° С, это позволт снизить затраты на данные операции и повысить качество смешивания [17].

Увеличение температуры экстракта от +15 до +43° С вызывает снижение значения вязкости и дезагрегацию его составляющих, что ведет к уменьшению липкости экстракта. Затем при температуре выше +530 С происходит постепенная из-за кислой среды денатурация белков с выпадение их в осадок, отчего липкость сгущенного экстракта возрастает, кроме того, уменьшается влажность экстракта; эта причинно-следственная связь подтверждается исследованиями других авторов.

Рис. 4 - Графическое отображение влияния температуры нагревания (t) сгущенного экстракта на липкость (L) (Graphical display of the effect of heating temperature (t) of the thickened extract on stickiness (L))

Анализ графической зависимости (рис. 5) показывает, что влажность экстракта оказывает значительное влияние на его плотность. Из представленного графического отображения следует, что при изменении влажности с 50 до 95 % плотность экстракта снижается с 1150 до 962 кг/м3. Участок кривой от 50 до 85 % влажности можно характеризовать как плавное уменьшение плотности экстракта. Это связано с удалением воды как составляющей с меньшей плотностью. Резкое падение плотности экстракта до значения 962 кг/мз наблюдается на участке с 85 до 95 %. Данное явление сопряжено с наличием в экстракте летучих кислот (0,5-.0,7 %), которые удаляются при его нагревании (выпаривании) [18]. При изменении влажности в интересующем нас диапазоне от 60 до 65 % его объемная масса изменяется незначительно с 1136 до 1140 кг/мз.

ний данных процессов установлено, что при изменении толщины стенки внутреннего цилиндра от 0,001 до 0,002 м максимальная температура нагревания экстракта изменяется в диапазоне от 44,5 до 43,0° С, а время ее достижения составляет 2400-2700 с. Длительность стабилизации максимальной температуры - 912-1200 с.

Графическая зависимость изменения рН и температуры экстракта, при его смешивании с реагентами, в зависимости от подачи насоса нейтрализатора, представлена на рисунке 7.

Смешивание раствора реагентов с кукурузным экстрактом ведет к дополнительному повышению его температуры. При подаче насоса 6,3 х 10-6; 8,3 х 10-6 и 10,3 х 10-6 м3/с температура нагревания кукурузного экстракта повышается до 45,9, 46,4 и 46,6° С, соответственно, при этом затраченное время составляет от 1080 до 1440 с.

Рис. 5 - Графическое отображение влажности (W) кукурузного экстракта на плотности (р) (Graphical display of moisture (W) of corn extract on density (р))

По результатам исследований теплофизиче-ских свойств кукурузного экстракта, по методике А.Ф. Чудновского, влажность которого варьировались с 50 до 95 % при температуре 30° С, построены графические зависимости (рис. 6).

При изменении влажности экстракта в исследуемом диапазоне наблюдается повышение показателей теплофизических свойств: коэффициент теплопроводности с 0,30 до 2,0 Вт/(моК), коэффициент температуропроводности от 1,2х10-7 до 4,3х10-7 м2/с: удельная теплоемкость от 2,6х103 до 4,3х103 Дж/(кгоК). Характер графических отображений зависимостей обусловлен формированием водородных связей при передаче теплоты в жидкостях, поэтому с увеличением влаги наблюдается рост показателей. В интересующем нас диапазоне влажности корма от 60 до 65 % тепло-физические показатели остаются неизменными.

Как было описано выше, в нейтрализаторе кислотности осуществляются два процесса. Первый - нагревание экстракта путем передачи тепловой энергии экзотермических реакций взаимодействия оксида кальция и гидроксида натрия с водой и второй - нейтрализация органических кислот, находящихся в его составе.

В результате экспериментальных исследова-

■ коээфициент теплопроводности ♦ удельная теплоемкость а коэффициент температуропроводности

Рис. 6 - Графическое отображение влияния влажности на коэффициенты температуропроводности (а), теплопроводности (Л), теплоёмкость (с) кукурузного экстракта (Graphical display of the influence of humidity on coefficients of thermal diffusivity (a), thermal conductivity (Л), heat capacity (c) of corn extract)

Анализируя графические отображения зависимостей, стоит отметить, что в исследуемом диапазоне подачи насоса-смесителя, который обеспечивает смешивание раствора гидроксидов кальция и натрия с экстрактом, достигается повышение рН от исходного значения 3,9 до требуемого 6,3. В начале процесса первые 600-800 с рН интенсивно повышается, затем стабилизируется в течение 200-300 секунд и по истечени 1100-1300 с взаимодействие органических кислот экстракта с гидроксидами завершается. Наблюдаемый период стабилизации рН происходит из-за «буферного раствора», который обусловлен определенной концентрацией гидроксидов в экстракте, увеличение которой приводит к продолжению и завершению процесса нейтрализации. Время нейтрализации экстракта зависит от подачи насоса и достигает минимального значения 1200 с при его подаче 10,3 х 10-6 м3/а

Для обоснования оптимальных параметров разработанных средств механизации были проведены многофакторные эксперименты.

Рис. 7 - Графическое отображение влияния подачи насоса нейтрализатора на температуру и рН кукурузного экстракта

(Graphical display of the influence of the converter pump feed on the temperature and pH

of the corn extract)

В результате обработки полученных данных рекомендованы оптимальные параметры для предложенной конструкции нейтрализатора: при толщине стенки внутреннего цилиндра 0,001- 0,002 м подача насоса должна составлять (6,3- 8,3) х 10-6 м3/с, а частота вращения мешалки 1,0-3,0 с-1. При этом время нагревания экстракта и энергоёмкость процесса составляют 1500-1620 с и (7,0-7,5) х 10-5 соответственно.

Оптимальные параметры шнеко-лопастного смесителя: частота вращения рабочего органа 1,58-1,75 с-1 при амплитуде его колебаний 0,05 м и диаметре отверстий жиклёров полых лопастей 0,004 м; при этом достигается однородность кормовой смеси 90-96 %, а энергоёмкость процесса составляет (15,0-16,3) х 10-5 Втс/кг.

На основании результатов выполненных исследований были изготовлены производственные образцы нейтрализатора кислотности экстракта и шнеко-лопастного смесителя, обеспечивающие реализацию разработанной технологии, и смонтированы в цехе производства кормов кукурузопере-рабатывающего предприятия ОАО «Ибредькрах-малпатока» расположенного в Рязанской области. Установлено что разработанные средства механизации работоспособны и обеспечивают необходимую производительность производственной линии кукурузных кормов 5,0- 5,5 т/ч и степень однородности смеси - 93 %, при этом:

- время нагревания экстракта до максимально возможной температуры 40-43° С составило 2160-2448 с;

- время нейтрализации сгущенного кукурузного экстракта до достижения рН=6,2-6,4 составило 1188-1512 с, при этом его температура дополнительно повысилась на 1-3° С;

- удельные затраты энергии процесса нейтрализации экстракта (38,0-44,4) х 10-5 Втс/кг;

- удельные затраты энергии на процесс смешивания - (18,1-20,8) х 10-5 Втс/кг.

Заключение Внедрение разработанной технологии и технических средств приготовления кукурузных кормов из побочных продуктов крахмалопаточного производства позволило исключить сброс сгущенного кукурузного экстракта в окружающую среду и использовать его в полном объёме в качестве

компонента кормов для сельскохозяйственных животных. При этом экономический эффект от внедрения при приготовлении 47304 т составил 3607800 руб., срок окупаемости оборудования -0,35 года, дополнительная прибыль - 9110400 руб.

Список источников

1. Эффективность использования отходов крахмалопаточного производства в рационах молодняка крупного рогатого скота / П. И. Афанасьев, В. И. Гудыменко, Г. В. Расторгуев [и др.] // Известия Оренбургского государственного аграрного университета. - 2005. - № 1(5). - С. 129-131.

- URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=15133964.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

2. Эффективность использования подсгущен-ного кукурузного экстракта в рационах крупного рогатого скота / П. И. Афанасьев, Ю. В. Калинин, Н. Н. Селезнева [и др.] // Вестник Курской государственной сельскохозяйственной академии. - 2011.

- № 5. - С. 61-62. - URL: https://elibrary.ru/item. asp?id=17704176.

3. Использование побочной продукции крах-малопаточного производства в рационах сельскохозяйственных животных / П. И. Афанасьев, А. А. Шапошников, В. И. Гудыменко [и др.] // Зоотехния.

- 2008. - № 6. - С. 14-16. - URL: https://elibrary.ru/ item.asp?id=11672875.

4. Способ повышения кормовых достоинств кукурузного экстракта / П. И. Афанасьев, Н. Н. Селезнева, Ю. В. Калинин [и др.] // Инновационные пути развития АПК на современном этапе: Материалы XVI Международной научно-производственной конференции, Белгород, 14-16 мая 2012 года. - Белгород: Белгородская государственная сельскохозяйственная академия имени В.Я. Горина, 2012. - С. 95. - URL: https://elibrary.ru/item. asp?id=23860770.

5. Кудряшов, В. Л. Производство ультраконцентратов кукурузного экстракта на мембранных установках / В. Л. Кудряшов, Н. Д. Лукин, // Достижения науки и техники АПК. - 2015. - Т. 29. -№ 11. - С. 105-107. - URL: https://elibrary.ru/item. asp?id=24998934.

6. Кудряшов, В. Л. Пути повышения кормовой ценности кукурузных кормов с помощью биотехнологических и мембранных процессов / В. Л. Кудряшов, Н. Д. Лукин, Д. Н. Лукин // Достижения науки и техники АПК. - 2016. - Т. 30. - № 3. - С. 71-73.

- URL: https://elibrary.ru/item.asp?id= 25910526.

7. Кравчик, Е. Г. Продуктивность коров и качество молока при использовании в рационах сырого кукурузного корма / Е. Г. Кравчик // Сельское хозяйство - проблемы и перспективы : сборник научных трудов. - Гродно : Гродненский государственный аграрный университет, 2016. - С. 84-91. - URL: https://elibrary.ru/item.asp?id= 8133718.

8. Кравчик, Е. Г. Использование дойными коровами нутриентов рациона, содержащего смесь сырого кукурузного корма с сапропелем / Е. Г. Кравчик // Сельское хозяйство - проблемы и перспективы : Сборник научных трудов / Под редакцией В. К. Пестиса. - Гродно : Гродненский государственный аграрный университет, 2017. - С. 149-155. - URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=32443425.

9. Лукин, Н. Д. Совместимые технологии производства кормовых и пищевых добавок из побочных продуктов картофелекрахмальных заводов и биомассы трав / Н. Д. Лукин, В. Л. Кудряшов, Д. Н. Лукин // Достижения науки и техники АПК. - 2015.

- Т. 29. - № 11. - С. 112-114. - URL: https://elibrary. ru/item.asp?id= 24998937.

10. Орешкина, М. В. Экологически чистая технология и средства механизации переработки отходов картофелекрахмального производства на корм скоту : специальность 05.20.00 "Процессы и машины агроинженерных систем" : диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / М. В. Орешкина. - Рязань, 1996. - 492 с. -URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=22521409.

11. Орешкина, М. В. Обоснование параметров камеры обезвоживания картофельной мезги / М. В. Орешкина, В. М. Ульянов // Комплексная механизация возделывания сельскохозяйственных культур : Сборник научных трудов / Министерство сельского хозяйства и продовольствия СССР; Главное управление высших учебных заведений подготовки и переподготовки кадров; Всесоюзный ордена "Знак Почета" сельскохозяйственный институт заочного образования. - Москва : Всесоюзный сельскохозяйственный институт заочного образования, 1991. - С. 137-142. - URL: https:// elibrary.ru/item.asp?id= 2288011412.

12 Ульянов, В. М. Технология и обезвоживатель картофельной мезги на корм скоту : специальность 05.20.01 "Технологии и средства механизации сельского хозяйства" : автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук / Ульянов Вячеслав Михайлович.

- Рязань, 1990. - 21 с. - URL: https://elibrary.ru/item. asp?id= 30232739.

13. Полункин, А. А. Усовершенствованная технология и смеситель для приготовления сырых

кормов из отжатой мезги и сгущенного кукурузного экстракта : специальность 05.20.01 "Технологии и средства механизации сельского хозяйства" : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Полункин Андрей Алексеевич. - Рязань, 2014. - 198 с. - URL: https://elibrary.ru/ item.asp?id= 22347886

14. Сорокина, Н. Н. Мясная продуктивность бычков при использовании в рационах кукурузного экстракта : специальность 06.02.10 "Частная зоотехния, технология производства продуктов животноводства": диссертация на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук / Сорокина Надежда Николаевна. - Курск, 2015. - 133 с. - URL: https://elibrary.ru/item.asp?id= 25839540/

15. Способ приготовления корма из побочных продуктов крахмалопаточного производства / В. М. Ульянов, В. В. Утолин, М. А. Коньков, Н. В. Счастливова // Техника в сельском хозяйстве. -2011. - № 1. - С. 8-9. - URL: https://elibrary.ru/item. asp?id=20227301.

16. Патент № 2454273 C2 Российская Федерация, МПК B01F 7/02, A23N 17/00. Комбикормовый агрегат : № 2010116889/05 : заявл. 28.04.2010 : опубл. 27.06.2012 / Н. В. Счастливова, А. А. Полункин, В. М. Ульянов [и др.] ; заявитель Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева".- URL: https:// elibrary.ru/item.asp?id=37765979.

17. Studying physical and mechanical characteristics of corn feed / V. Ulyanov, V. Utolin, N. Luzgin [et al.] // BIO Web of Conferences : International Scientific-Practical Conference "Agriculture and Food Security: Technology, Innovation, Markets, Human Resources" (FIES 2019), Kazan, 13-14 ноября 2019 года. - Kazan: EDP Sciences, 2020. - P. 00209. -DOI 10.1051/bioconf/20201700209.

18. Mixer for dry concentrated feed / V. Ulyanov, V. Utolin, N. Luzgin [et al.] // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science : 12th International Scientific Conference on Agricultural Machinery Industry, INTERAGROMASH 2019, Rostov-on-Don, 10-13 сентября 2019 года. - Rostov-on-Don: Institute of Physics Publishing, 2019. - P. 012143. -DOI 10.1088/1755-1315/403/1/012143.

19. Quantifying productivity of a gravity dispenser / V. M. Ulyanov, V. V. Utolin, N. E. Luzgin [et al.] // E3S Web of Conferences, Yekaterinburg, 15-16 октября 2020 года. - Yekaterinburg, 2020. - P. 1015. - DOI 10.1051/e3sconf/202022201015.

References

1. Effektivnost' ispol'zovaniya othodov krahmalo-patochnogo proizvodstva v racionah molodnyaka krupnogo rogatogo skota /P. I. Afanas'ev, V. I. Gudymenko, G. V. Rastorguev [i dr.]//Izvestiya Orenburgskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. - 2005. - № 1(5). - S. 129-131. - URL: https://elibrary.ru/item. asp?id=15133964.

2. Effektivnost' ispol'zovaniya podsgushchenNogo kukuruznogo ekstrakta v racionah krupnogo rogatogo skota / P. I. Afanas'ev, YU. V. Kalinin, N. N. Selezneva [i dr.] // Vestnik Kurskoj gosudarstvennoj sel'skohozyajstvennoj akademii. - 2011. - № 5. - S. 61-62. - URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=17704176.

3. Ispol'zovanie pobochnoj produkcii krahmalo-patochnogo proizvodstva v racionah sel'skohozyajstvennyh zhivotnyh / P. I. Afanas'ev, A. A. SHaposhnikov, V. I. Gudymenko [i dr.] // Zootekhniya. - 2008. - № 6. - S. 1416. - URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=11672875.

4. Sposob povysheniya kormovyh dostoinstv kukuruznogo ekstrakta /P. I. Afanas'ev, N. N. Selezneva, YU. V. Kalinin [i dr.] // Innovacionnye puti razvitiya APK na sovremennom etape: Materialy XVI Mezhdunarodnoj nauchno-proizvodstvennoj konferencii, Belgorod, 14-16 maya 2012 goda. - Belgorod: Belgorodskaya gosudarstvennaya sel'skohozyajstvennaya akademiya imeni V.YA. Gorina, 2012. - S. 95. - URL: https:// elibrary.ru/item.asp?id=23860770.

5. Kudryashov, V. L. Proizvodstvo ul'trakoncentratov kukuruznogo ekstrakta na membrannyh ustanovkah / V. L. Kudryashov, N. D. Lukin, //Dostizheniya nauki i tekhniki APK. - 2015. - T. 29. - № 11. - S. 105-107. -URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=24998934.

6. Kudryashov, V. L. Puti povysheniya kormovoj cennosti kukuruznyh kormov s pomoshch'yu biotekhnologicheskih i membrannyh processov / V. L. Kudryashov, N. D. Lukin, D. N. Lukin // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. - 2016. - T. 30. - № 3. - S. 71-73. - URL: https://elibrary.ru/item.asp?id= 25910526.

7. Kravchik, E. G. Produktivnost' korov i kachestvo moloka pri ispol'zovanii v racionah syrogo kukuruznogo korma / E. G. Kravchik // Sel'skoe hozyajstvo - problemy i perspektivy : sbornik nauchnyh trudov. - Grodno : Grodnenskij gosudarstvennyj agrarnyj universitet, 2016. - S. 84-91. - URL: https://elibrary.ru/item.asp?id= 8133718.

8. Kravchik, E. G. Ispol'zovanie dojnymi korovami nutrientov raciona, soderzhashchego smes' syrogo kukuruznogo korma s sapropelem / E. G. Kravchik // Sel'skoe hozyajstvo - problemy i perspektivy : Sbornik nauchnyh trudov / Pod redakciej V. K. Pestisa. - Grodno : Grodnenskij gosudarstvennyj agrarnyj universitet, 2017. - S. 149-155. - URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=32443425.

9. Lukin, N. D. Sovmestimye tekhnologii proizvodstva kormovyh i pishchevyh dobavok iz pobochnyh produktov kartofelekrahmal'nyh zavodov i biomassy trav / N. D. Lukin, V. L. Kudryashov, D. N. Lukin // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. - 2015. - T. 29. - № 11. - S. 112-114. - URL: https://elibrary.ru/item. asp?id= 24998937.

10. Oreshkina, M. V. Ekologicheski chistaya tekhnologiya i sredstva mekhanizacii pererabotki othodov kartofelekrahmal'nogoproizvodstva na korm skotu: special'nost'05.20.00 "Processyimashiny agroinzhenernyh sistem": dissertaciya na soiskanie uchenoj stepeni doktora tekhnicheskih nauk/M. V. Oreshkina. - Ryazan', 1996. - 492 s. - URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=22521409.

11. Oreshkina, M. V. Obosnovanie parametrov kamery obezvozhivaniya kartofel'noj mezgi / M. V. Oreshkina, V. M. Ul'yanov // Kompleksnaya mekhanizaciya vozdelyvaniya sel'skohozyajstvennyh kul'tur : Sbornik nauchnyh trudov / Ministerstvo sel'skogo hozyajstva i prodovol'stviya SSSR; Glavnoe upravlenie vysshih uchebnyh zavedenij podgotovki i perepodgotovki kadrov; Vsesoyuznyj ordena "Znak Pocheta" sel'skohozyajstvennyj institut zaochnogo obrazovaniya. - Moskva : Vsesoyuznyj sel'skohozyajstvennyj institut zaochnogo obrazovaniya, 1991. - S. 137-142. - URL: https://elibrary.ru/item.asp?id= 2288011412.

12 Ul'yanov, V. M. Tekhnologiya i obezvozhivatel' kartofel'noj mezgi na korm skotu : special'nost' 05.20.01 "Tekhnologii i sredstva mekhanizacii sel'skogo hozyajstva" : avtoreferat dissertacii na soiskanie uchenoj stepeni kandidata tekhnicheskih nauk /Ul'yanov Vyacheslav Mihajlovich. - Ryazan', 1990. - 21 s. - URL: https://elibrary.ru/item.asp?id= 30232739.

13. Polunkin, A. A. Usovershenstvovannaya tekhnologiya i smesitel' dlya prigotovleniya syryh kormov iz otzhatoj mezgi i sgushchennogo kukuruznogo ekstrakta : special'nost' 05.20.01 "Tekhnologii i sredstva mekhanizacii sel'skogo hozyajstva": dissertaciya na soiskanie uchenoj stepeni kandidata tekhnicheskih nauk /Polunkin Andrej Alekseevich. - Ryazan', 2014. - 198 s. - URL: https://elibrary.ru/item.asp?id= 22347886

14. Sorokina, N. N. Myasnaya produktivnost' bychkov pri ispol'zovanii v racionah kukuruznogo ekstrakta : special'nost' 06.02.10 "CHastnaya zootekhniya, tekhnologiya proizvodstva produktov zhivotnovodstva": dissertaciya na soiskanie uchenoj stepeni kandidata sel'skohozyajstvennyh nauk / Sorokina Nadezhda Nikolaevna. - Kursk, 2015. - 133 s. - URL: https://elibrary.ru/item.asp?id= 25839540/

15. Sposob prigotovleniya korma iz pobochnyh produktov krahmalopatochnogo proizvodstva / V. M. Ul'yanov, V. V. Utolin, M. A. Kon'kov, N. V. Schastlivova // Tekhnika v sel'skom hozyajstve. - 2011. - № 1. - S. 8-9. - URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=20227301.

16. Patent № 2454273 C2 Rossijskaya Federaciya, MPK B01F 7/02, A23N17/00. Kombikormovyj agregat: № 2010116889/05: zayavl. 28.04.2010: opubl. 27.06.2012/N. V. Schastlivova, A. A. Polunkin, V. M. Ul'yanov [i dr.] ; zayavitel' Federal'noe gosudarstvennoe obrazovatel'noe uchrezhdenie vysshego professional'nogo obrazovaniya "Ryazanskij gosudarstvennyj agrotekhnologicheskij universitet imeni P.A. Kostycheva".- URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=37765979.

17. Studying physical and mechanical characteristics of corn feed / V. Ulyanov, V. Utolin, N. Luzgin [et al.] // BIO Web of Conferences : International Scientific-Practical Conference "Agriculture and Food Security-Technology, Innovation, Markets, Human Resources" (FIES 2019), Kazan, 13-14 noyabrya 2019 goda. -Kazan: EDP Sciences, 2020. - P. 00209. - DOI 10.1051/bioconf/20201700209.

18. Mixer for dry concentrated feed / V. Ulyanov, V. Utolin, N. Luzgin [et al.] // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science: 12th International Scientific Conference on Agricultural Machinery Industry, INTERAGROMASH 2019, Rostov-on-Don, 10-13 sentyabrya 2019 goda. - Rostov-on-Don: Institute of Physics

Publishing, 2019. - P. 012143. - DOI 10.1088/1755-1315/403/1/012143.

19. Quantifying productivity of a gravity dispenser / V. M. Ulyanov, V. V. Utolin, N. E. Luzgin [et al.] // E3S Web of Conferences, Yekaterinburg, 15-16 oktyabrya 2020 goda. - Yekaterinburg, 2020. - P. 1015. - DOI 10.1051/e3sconf/202022201015.

Утолин Владимир Валентинович, канд. техн. наук, доцент кафедры технических систем в АПК, Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А. Костычева, 6451985@

Vladimir V. Utolin, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Technical Systems in Agriculture, Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostychev, 6451985@ mail.ru

Статья поступила в редакцию 28.02.2022.; одобрена после рецензирования 03.03.2022; принята к публикации 11.03.2022.

The article was submitted 28.02.2022.; approved after reviewing 03.03.2022.; accepted for publication 11.03.2022.

Информация об авторе

mail.ru

Information about the author

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.