CC BY
20
4. Taliev V.N. Aerodinamika ventilyatsii. [Aerodynamics of ventilation]. Moscow: Stroyizdat, 1979. 295 p.
5. Idel'chik I.E. Aerogidrodinamika tekhnologi-cheskikh apparatov. (Podvod, otvod i raspredelenie potoka po secheniyu apparatov). [Aerohydrodynamics of technological apparatus (supply, conducting and distribution of flow on apparatus profile)]. Moscow: Mashinostroenie, 1983. 351 p.
6. Chukin V.V., Kuznetsov R.F., Antuganova
G.M. Ugol raskrytiya strui gaza v plotnom sloe granulirovannogo materiala. [Apperture angle of fluid jet in solid layer of granulated material]. Khimiya i tekhnologiya topliv i masel. 1970. no. 1. pp. 41-43.
7. Mashiny dlya posleuborochnoy obrabotki semyan. [Machines for post-harvesting treatment of seeds]. Pod obshch. red. Z.L. Titsa. M.: Mashinostroenie, 1967. 447 p.
УДК 636.085.65
Режимы и параметры технологии обработки сенажа углекислым газом в условиях Республики Коми
Лобанов Александр Юрьевич, аспирант, мл. научный сотрудник, Триандафилов Александр Фемистоклович, кандидат техн. наук, доцент, директор ФГБНУ «НИИСХ Республики Коми», г. Сыктывкар, Республика Коми, Россия
E-mail: [email protected]
Заготовка кормов в Республике Коми сталкивается с множеством климатических и технических проблем. Длительность стойлового периода составляет 240 дней, в то время как заготовить корма на весь период необходимо в течение двух-трех недель в период пока их питательная ценность максимальна. Неустойчивые погодные условия в летний период увеличивают продолжительность заготовки в ущерб качеству кормов. Изношенность и низкая численность тракторного парка, в свою очередь, приводит к срыву сроков проведения отдельных операций. В данных условиях применение различных консервантов способно минимизировать последствия данных нарушений. Применение жидких химических и биологических консервантов в сельском хозяйстве Республики Коми ограничено из-за высокой стоимости, низкой эффективности и отсутствия средств механизации. Результаты исследований по консервированию силоса углекислым газом В.Н. Бакановым в 80-х годах прошлого века свидетельствовали о возможности применения газа в качестве консерванта для сенажа. В ФГБНУ «НИИСХ Республики Коми» были произведены лабораторные и полевые исследования внесения углекислого газа в сенаж с различной плотностью прессования, произведен подбор оптимальной дозы консервирующего вещества и определены технологические параметры для его внесения (расход и количество зон подачи). В результате исследований подтверждена гипотеза об эффективности диффундирования углекислого газа внутри сенажной массы, позволяющей ингибировать микробиологические процессы в сырье Исследования показали, что наиболее эффективно углекислый газ действует при заготовке сенажа плотностью 290...330 кг/м3 в дозе 0,40...0,5010-3 м3/кг. Расход в 0,50. 0,60 м3/ч обеспечивает равномерное распределение консерванта внутри упакованного сенажа.
Ключевые слова: заготовка кормов, сенаж, консерванты, углекислый газ, протеин, кормовые единицы
Неустойчивые погодные условия в Республике Коми создают большие проблемы при заготовке высококачественного корма для крупного рогатого скота. Частые дожди в период оптимального укоса травы на корма не позволяют просушить ее до необходимой для сенажа влажности. А ведь именно сенаж является наиболее оптимальным кормом для молочного стада [1]. Так, по данным испытательной лаборатории почв, кормов, агрохими-катов, сельскохозяйственной и пищевой продукции ФГУ САА «Сыктывкарская» в 2012 г. из всех заготовленных по новой технологии кормов, лишь 34% относятся к I классу. В связи с этим для получения высококачественного корма зачастую необходимо применять консерванты ингибирующие процессы внутри травяной массы. Однако широко распространенные химические консерванты на основе муравьиной кислоты оказывают вредное кор-
розионное воздействие на рабочие органы машин для заготовки кормов, а биологические малоэффективны ввиду особенностей микробиологических процессов, протекающих внутри сенажной массы, и могут привести к силосованию заложенного на хранение корма. В связи с этим становится актуальным изучение точечной подачи не оказывающего коррозионного воздействия на агрегаты консерванта внутрь запрессованной травяной массы, способного быстро и эффективно ингибировать микробиологические процессы в период брожения [2].
Исследования в области внесения химических консервантов в травяное сырье показали, что для установившегося процесса диффузии химических элементов во влажном растительном сырье является справедливым уравнение первого закона Фика [3]: , Сн + С ^
na = - DABF
-K
t,
где na - число молей диффундирующего консерванта, моль; Dab - кинематический коэффициент диффузии консерванта в растительном сырье, м2/с; F - площадь сечения, через которое идет диффузия, м ; Ch, Ck - концентрация вещества на границе слоев; t - время процесса, с.
Для химических консервантов с содержанием 30% муравьиной кислоты коэффициент диффузии в таком случае составит D = 2,04-10"9 м2/с, что обеспечит проникновение этого жидкого консерванта внутрь стеблей и листьев спрессованной до плотности 500 кг/м3 травяной массы и диаметром тюка 1 м, в лучшем случае через 230 часов, что является недостаточным, поскольку протекающие процессы необходимо ингибировать в течение 48 часов после закладки [4].
Расчетная величина коэффициента диффузии углекислого газа в воздухе при t = 17,6°С и атмосферном давлении 751 мм рт.ст. составляет 0Д653-10"4 м2/с, что теоретически позво-Таблица 1
Факторы, их уровни и интервалы варьирования
ляет ему диффундировать от центра рулона шириной 1 м, диаметром 1 м и плотностью прессования 300-500 кг/м3 к наружной поверхности тюка за 16 часов. Таким образом, выдвинута гипотеза о достаточной скорости распространения углекислого газа в сенажной массе, которая позволит ингибировать нежелательные процессы в течение 48 часов.
Цель исследований - изучить режимы и параметры технологии обработки сенажа углекислым газом в условиях Республики Коми.
Материал и методы. Исследования проводили в соответствии с планом четырех-факторного эксперимента второго порядка Бок-са-Бенкина, где функциями отклика приняты температура саморазогрева корма У1 (1, оС,), содержание протеина У2 (%), кормовых единиц У3 (ед/кг). Факторы и уровни варьирования представлены в таблице 1. Уровни варьирования факторов определяли согласно теоретическим расчетам скважности травяного сырья [5].
Кодированное обозначение фактора Название фактора, его обозначение и единица измерения Уровень фактора
нижний - 1 основной 0 верхний + 1
Xi Плотность прессования р травяной массы, кг/м3 250 300 350
X2 Доза внесения консерванта д, 10-3 м3/кг 0,30 0,45 0,60
X3 Объем травяной массы в зоне обработки одного распылителя Q, 10-3 м3 48 96 144
X4 Расход газа У0, м3/ч 0,30 0,50 0,70
Было поставлено 27 опытов в трехкратной повторности. В качестве контроля произвели закладку опыта по стандартной технологии (плотность прессования 250 кг/м3) без внесения каких-либо консервантов. Устройство для проведения лабораторного эксперимента разработано в ФГБНУ «НИИСХ Республики Коми» [5]. Схема лабораторной установки представлена на рисунке 1. Она состоит из баллона 1 с углекислым газом объемом 40 литров с запорным вентилем 2, к которому подключен редуктор 3 с расходомером. К редуктору с помощью гибкого шланга 4 с внутренним диаметром 6 мм подсоединена штанга 5, на конце которой закреплен распылитель из нержавеющей стали. Распылитель погружается в середину травяной массы 7, запрессованной в высокопрочном большеобъемном пленочном мешке, снабженным закрывающейся герметично горловиной. После введения консерванта устанавливается термометр 6 и мешок герметизируется.
Рис. 1. Схема лабораторной установки: 1 - газовый баллон; 2- вентиль; 3 - редуктор; 4 - гибкий шланг; 5 - штанга с распылителем; 6 - термометр; 7 - травяная масса в пленчатом мешке
Для исследований использовали травяное сырье влажностью 53...55% с длиной резки 50...70 мм из многолетних бобово-злаковых трав, убранных в период колошения злаков.
Введение консерванта контролировали с помощью расходомера, установленного на газовом редукторе. Наблюдение за изменением температуры производили в течение пяти дней после консервирования. Температура саморазогрева не должна превышать 37...38°С, в противном случае исследуемый вариант выбраковывался.
Математическую обработку результатов проводили по [6] с использованием программы STATGRAPHICS Plus 5.0.
В 2015 году был заложен полевой опыт на базе сельхозпредприятия «Межадорское» Республики Коми. Сенаж, заготовленный по технологии рулонных рукавов с плотностью
прессования 300 кг/м , обработали углекислым газом в дозе 0,4-10-3 м3/кг сразу после герметизации травяной массы полимерной пленкой. Обработка производилась одним распылителем с расходом 0,55 м3/ч.
Результаты и их обсуждение. Получены следующие модели регрессии влияния исследуемых факторов на температуру саморазогрева корма (^ оС), содержание протеина (%), кормовых единиц (ед./кг), проверенные на адекватность по ^-критерию Фишера (вероятность p = 0,95):
^ = 27,75 - 5,4Ц -2,00х + 1,00х + 0,58х + 1,21х2 - 1,15л|;
Г2 = 10,98 + 1,54х + 1,13х -0,61х -0,57х4 + 0,25х2;
73 = 0,79 + 0,14х + 0,13х - 0,03х - 0,12х - 0,07х2 + 0,13^.
Оценку влияния факторов на функции отклика произвели на основе анализа двумерных сечений (рис. 2, 3, 4) полученных моделей регрессии.
W'V(Q)
128 29 У / /
108 / /
88 / /
68 27/ 25 / /
48 / III
0.30
0.40
0.50
м кг (q) 0.60
Рис. 2. Двумерные сечения поверхности отклика температуры саморазогрева (^ оС) сенажа У¡:
а) в(х3) = 9640"3 м3; У0(х4) = 0,50 м3/ч;
б) р(хд = 300 кг/м3; д(х3) = 96^10"3 м3;
в) р(хх) = 300 кг/м3; У0(х4) = 0,50 м3/ч
в
Установлены следующие закономерности: - плотность прессования p оказывает значимое влияние на все исследуемые нами функции отклика Y2, Y3). Это связано с тем, что содержание воздуха в сенажной массе обратно пропорционально плотности прессования. Наи-
более значительное влияние плотность прессования оказывает в промежутке 250...310 кг/м3. При этом температура массы снижается от 35°С до допустимых 27°С (рис. 2, а);
- плотность прессования 250.310 кг/м3 обеспечивает сбор протеина 9,3.11,2%,
а
б
кормовых единиц - 0,64...0,82 ед/кг при Я = 0,45-10-3 м3/кг, Q = 96-10-3 м3, У = 0,50 м3/ч (рис. 3, а, б, 4, б);
- прессование травяной массы до плотности 310.350 кг/м3 оказывает меньшее влияние на температуру саморазогрева, она уменьшается от 27° до 24°С;
- сбор протеина при плотности прессования 310.350 кг/м3 и постоянных значениях Я = 0,45-10-3 м3/кг, д = 9640"3 м3, Уо = 0,50 м3/ч составит 11,2.12,3%; кормовых единиц -0,64.0,94 ед./кг;
- установлено положительное влияние внесения углекислого газа в сенажную массу. Внесение 0,40 м3/кг углекислого газа в сенаж (рис. 2, а) позволяет удержать температуру саморазогрева травяной массы, упакованной с плотностью прессования 250 кг/м3, на уровне 35°С. Повышение дозы до 0,50.0,60 м3/кг при плотности прессования 270.310 кг/м3 обеспечивает созревание сенажа при комфортных температурах саморазогрева - 20.30°С;
- на качество сенажа не оказывает влияние количество точек внесения консерванта,
что подтверждает гипотезу о скорости распространения газа в сенажной массе, изложенную выше. Так, увеличение объема обрабатываемого сенажа от 4810-3 до 144-10"3 м3 при постоянных значениях р = 300 кг/м3; Я = 0,45 10-3 м3/кг; У0 = 0,60 м3/ч привело к увеличению температуры всего на 1,6°С и снижению сбора протеина на 1,14% (рис. 2, в; 3,в);
- расход газа незначительно влияет на исследуемые показатели. При той же концентрации консерванта увеличение его расхода приводит к повышению температуры (рис. 2, б), что может быть связано с ухудшением качества вытеснения кислорода воздуха углекислым газом из травяного сырья. Расход углекислого газа 0,50.0,60 м3/ч является оптимальным для обработки сенажа (рис. 4, а, в, б);
- положительный эффект от внесения углекислого газа наблюдается при концентрации я = 0,40...0,50-10"3 м3/кг и плотности прессования р = 290.330 кг/м3. При данных показателях температура саморазогрева сенажной массы не превышает 25.30°С, содержание сырого протеина составляет 9,3.12,6%, кормовых единиц - 0,80.0,87 ед./кг.
а)
Юм'«}) 144
128 108 Б8 68 48
/9.3 —?- / у / 7 Г 1 7 /
/ А / 0.2 / / 7 7 7
/ / / /11.1 / 7 ) 7 / ' 7
г 7 / / / ' П / / 7 17 /
/ ! 7 7 /12.6 7
б)
Рис. 3. Двумерные сечения поверхности отклика содержания протеина (%) сенажа У2:
а) 2(*з) = 96-10"3 м3; У0(х4) = 0,50 м3/ч;
б) р(х1) =300 кг/м3; д(х3) = 9640"3 м3;
в) р(хх) = 300 кг/м3; У0(х4) = 0,50 м3/ч
м кг (я)
0.30
0.40
0.50
0.60
в)
и ч (%)
0.70 0.60
0.50 0.40 0.30
'{ИР ---- _____ 1 1 I
С "0.79 ч 0/75
0.9Г" '—к.—. ---.
----- ---
(Уо) 0.70
48
68
88
108 128
10 148
м(0)
0.60 0.50 0.40 0.30
ч ч V —.. ч. \
к 0.62 г 0 70— л ) л )
У /^0.77 0.85^" у „0 92
Г-
КГ'М(р)
а)
250 270 290 310
б)
?30 350
10
144
128 108 88 68 48
/0.59 1 ! / •' \
».75 / \
1 1 1 / / 0.83 / N
/ / -М-Л / /м \ \
/' !7 \
м кг (я)
Рис. 4. Двумерные сечения поверхности отклика содержания кормовых единиц (ед/кг) У3:
а) р(х1) = 300 кг/м3; q(х2) = 0,45-10"3 м3/кг;
б) q(х2) = 0,45 м3/кг; &(х3) = 0,096 м3;
в) р(х1) = 300 кг/м3; УоХ) = 0,50 м3/ч
0.30
0.40
0.50
0.60
в)
Химический анализ сохранности кормов в полевом эксперименте (табл. 2) показал, что внесение углекислого газа в сенажную массу сразу после герметизации полимерной пленкой способствовало повышению сохранности корма.
Таблица 2
Химический анализ сенажа
Так, сбор обменной энергии был выше на 6%, сбор кормовых единиц - на 12%, а содержание сырого протеина - на 0,8% по сравнению со стандартной технологией заготовки сенажа.
Вариант Сбор обменной энергии, ГДж/га Кормовые единицы, ед./кг в А.С.В. Содержание сырого протеина вА.С.В., %
1. Сенаж по стандартной технологии. Контроль 5,9 0,325 9,8
2. Сенаж. Обработка углекислым газом 6,3 0,366 10,6
Выводы. Применение углекислого газа в качестве консервирующего вещества при заготовке сенажа является действенным способом повышения качества корма. Подтверждена гипотеза об эффективности диффундирования углекислого газа внутри сенажной массы, позволяющей ингибировать микробиологические процессы в сырье. Исследования показали, что наиболее эффективно углекислый газ действует при заготовке сенажа плотностью 290.330 кг/м3 и влажностью 53.55% в дозе 0,40...0,50-10-3 м3/кг. Расход в 0,50.0,60 м3/ч обеспечивает равномерное распределение кон-
серванта, поданного через один распылитель в центр сенажного рулона диаметром Бр = 1 м и длиной Ьр = 1 м.
Список литературы
1. Хорхин С.Н. Микробиологические основы консервирования зеленых кормов: учебное пособие. СПб. : Проспект Науки, 2013. 192 с.
2. Триандафилов А.Ф. Способы и технические средства повышения эффективности обработки сена химическими консервантами: дис.. кандидата техн. наук. Ленинград-Пушкин: НИПТИ-МЭСХ НЗ РСФСР, 1986. 156 с.
3. Бретшнайдер С. Свойства газов и жидкостей. М.: Химия, 1966. 536 с.
4. Таранов Н.Г. Химическое консервирование кормов. М.: Колос, 1982. 143 с.
5. Мобильный комплекс для создания анаэробной среды в сенаже: пат. 2555435 Рос. Федерация. № 2014112159/13; заявл. 28.03.2014; опубл. 10.07.2015. Бюл. №19. 9 с.
6. Мельников С.В., Алешкин В.Р., Рощин П.М. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов. Л.: Колос, 1972. 200 с.
Regimes and parameters of technology of silage processing with carbon dioxide in the Komi Republic
Lobanov A.Y., post graduate, associated researcher, Triandafilov A.F., PhD in engineering, associated professor, director
Research Institute of Agriculture of the Komi Republic. Syktyvkar, Russia, Republic of Komi
Storage of fodders in the Republic of Komi is faced with a variety of climatic and technical problems. The duration of the stall period is 240 days while all fodders for all period must be prepared for two to three weeks in the period when their nutritional value is maximal. Unstable weather conditions in summer increase the duration of the workpiece in the prejustice of the quality of feed. Depreciation and low numbers of tractors in turn leads to disruption of the timing of individual operations. Under these conditions the use of various preservatives is able to minimize the impact of such violations. The use of liquid chemical and biological preservatives in the agriculture of the Komi Republic is limited due to high cost, low efficiency and lack of mechanization means. Results of V.N. Bakanov's researches on silage conservation with carbon dioxide in the 80s of the last century showed the possibility of gas using as a preservative for silage. Laboratory and field studies have been done in Agricultural research institute of Komi Republic on input of carbon dioxide into the silage with different pressing densities; the selection of the optimum dose of preservative was made and technological parameters for its input (expenditure and number of filing zones) were defined. A result of studies confirmed the hypothesis that the efficiency of carbon dioxide within the diffusing haylage mass allowing to inhibit microbiological processes in the feedstock. Researches have shown that carbon dioxide acts most efficiently at silage densities of 290.330 kg/m at a dose of 0.40...0.50 x 10-3 m3/kg. Consumption of 0.50.0.60 m3/h provides uniform distribution of the preservative inside the packed silage.
Key words: fodder conservation, silage, preservatives, carbon dioxide, protein, feed units References
1. Khorkhin S.N. Mikrobiologicheskie osnovy konservirovaniya zelenykh kormov: uchebnoe posobie. [Microbiological basis of preservation of green fodder: Textbook]. SPb.: ProspektNauki, 2013. 192 p.
2. Triandafilov A.F. Sposoby i tekhnicheskie sred-stva povysheniya effektivnosti obrabotki sena khimi-cheskimi konservantami: dis.... kandidata tekhn. nauk. [Ways and means of enhancing the effectiveness of hay treatment with chemical conserving agents: PhD thesis]. Leningrad-Pushkin: NIPTIMESKh NZ RSFSR, 1986. 156 p.
3. Bretshnayder S. Svoystva gazov i zhidkostey. [Properties of gases and liquids]. Moscow: Khimiya, 1966. 536 p.
4. Taranov N.G. Khimicheskoe konservirovanie kormov. [Chemical preservation of fodder]. Moscow: Kolos, 1982. 143 p.
5. Lobanov A.Y., Triandafilov A.F. Mobil'nyy kompleks dlya sozdaniya anaerobnoy sredy v senazhe. [Mobile complex for creating an anaerobic environment in the silage]. Patent RF no. 2555435. 2015.
6. Mel'nikov S.V., Aleshkin V.R., Roshchin P.M. Planirovanie eksperimenta v issledovaniyakh sel'skokhozyaystvennykh protsessov. [Experiment planning in researches of agricultural processes]. Leningrad: Kolos, 1972. 200 p.
НОВЫЕ КНИГИ
А.И. Бурков. Разработка и совершенствование пневмосистем зерноочистительных машин. Киров: ФГБНУ "НИИСХ Северо-Востока", 2016. 380 с., ил.
ISBN 978-5-7352-0145-8
Приведены принципы очистки и сортирования зерна и семян, требования, предъявляемые к их качеству. Отмечены особенности функционирования различных типов пневмосистем, дан краткий анализ конструкций пневмосистем отечественных и зарубежных зерноочистительных машин. Изложены теоретические предпосылки совершенствования технологического процесса пневмосистем и их рабочих органов по определению оптимальных конструктивных параметров и режимов работы. Представлены результаты экспериментальных исследований различных типов пневмоси-стем, производственной проверки и испытаний их опытных образцов.
Для инженерно-технических и научных работников, занимающихся проектированием и разработкой пневмосистем зерноочистительных машин.
