CC BY
20
УДК 636.085.55:675.92.027.3
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КОРМОВЫХ ДОБАВОК ИЗ ЗЕЛЕНОЙ РАСТИТЕЛЬНОЙ
МАССЫ
B.И. Пахомов, доктор технических наук
C.В. Брагинец, кандидат технических наук О.Н. Бахчевников, кандидат технических наук ФГБНУ Аграрный научный центр «Донской» E-mail: [email protected]
Аннотация. В настоящее время актуальной задачей является повышение содержания переваримого протеина в комбикормах. Для ее решения необходимо включать в состав комбикорма недорогое местное сырье, в частности, вегетативную массу кормовых трав. Цель исследования - разработка машинно-аппаратной схемы производства протеинсодержащих кормовых добавок из зеленой растительной массы и оформление этой схемы в виде типового проектного решения, позволяющего включать ее в состав проектируемых и уже существующих малых внутрихозяйственных комбикормовых заводов. Исследования проводились с использованием методов системного анализа и синтеза, адаптированных для применения в инженерной сфере, и модульного принципа построения производственных систем. Разработана машинно-аппаратная схема производства протеинсодержащих кормовых добавок из зеленой растительной массы, включающая две технологических линии: экструдирования (дисковый измельчитель, одношнеко-вый экструдер, измельчитель и охладитель экструдата) и СВЧ-сушки (установка для СВЧ-вакуумной сушки, пресс-гранулятор и охладитель гранул). Машинно-аппаратная схема реализована в виде автономного технологического модуля. Технологические блоки модуля представляют собой стальные каркасы с уже установленным оборудованием, имеющие габариты транспортного контейнера, соединяемые между собой на площадке заказчика. Это позволяет включать модуль в состав уже существующих малых комбикормовых заводов. Технологический модуль для производства протеинсодержащих кормовых добавок из зеленой растительной массы найдет применение в существующих и новых малых внутрихозяйственных комбикормовых заводах. Применение модуля позволит восполнить потребность сельскохозяйственных животных в растительном протеине и каротине путем ввода зеленой и высушенной растительной массы в состав приготовляемых комбикормов как в летний, так и в зимний период.
Ключевые слова: комбикорм; технологический модуль; протеинсодержащее сырье; зеленая растительная масса; экструдирование; СВЧ-вакуумная сушка; подготовка сырья.
Введение. В настоящее время актуальной задачей является повышение содержания переваримого протеина в комбикормах для сельскохозяйственных животных [1] при условии небольшого увеличения себестоимости кормов [2]. Для случая малых внутрихозяйственных комбикормовых заводов оптимальным является использование вместо дорогостоящего покупного сырья (соевый шрот, рыбная мука и др.) недорогого местного протеинсодержащего сырья [3]. В России источником такого сырья могут являться кормовые травы, такие, как люцерна, клевер, эспарцет, донник [4]. Ведущее место среди них занимает люцерна, в зеленой массе которой содержится 17-19% протеина.
Зеленая масса кормовых трав активно включается в состав рационов животных в летний период и заготавливается для использования в зимний период. Но в современных условиях традиционные технологии солнечной сушки [5] и высокотемпературной сушки [6] малоэффективны, так как в ходе этих процессов происходит разрушение значительной части питательных веществ, а технология конвективной сушки требует значительных энергозатрат.
Значительно более эффективным способом заготовки растительной массы является ее низкотемпературная СВЧ-сушка [7]. При этом для ее интенсификации применяется отвод выделяющихся водяных паров путем
создания в сушильной камере пониженного атмосферного давления (вакуума) [8]. Высушенная растительная масса люцерны и других трав может храниться в течение зимнего периода и использоваться непосредственно для кормления животных либо включаться в качестве одного из компонентов в состав комбикормов. Включение зеленой растительной массы как одного из компонентов, богатого протеином, в состав комбикорма рационально и в летний период. Но этому препятствует ее высокая влажность. Для этого рационально использовать технологию экструдирования зеленой массы в смеси с сухими компонентами комбикорма, в частности, с фуражным зерном.
Препятствием для использования этих технологий заготовки зеленой массы в сельскохозяйственных предприятиях являлось отсутствие малогабаритных энергоэффективных технических средств для СВЧ-ваку-умной сушки и экструдирования двухкомпо-нентных (зерно и зеленая масса) кормовых смесей с раздельным вводом компонентов. За последние годы сотрудниками «АНЦ «Донской» были разработаны экструдер для совместного экструдирования зерна и зеленой массы с раздельным их вводом (патент RU 2015135716) и установка для СВЧ-ваку-умной сушки растительной массы (патент ЯИ 2015150664), что позволит включать эти операции в технологические схемы малых внутрихозяйственных комбикормовых заводов.
Для организации производства в сельхозпредприятиях протеинсодержащих кормовых добавок из зеленой растительной массы на базе разработанных технических средств необходимо разработать соответствующие проектные решения.
Цель исследования. Целью исследования являлась разработка машинно-аппаратной схемы производства протеинсодержа-щих кормовых добавок из зеленой растительной массы и оформление этой схемы в виде типового проектного решения, позволяющего включать ее в состав как проектируемых, так и уже существующих малых внутрихозяйственных комбикормовых заводов.
Материалы и методы. Исследования проводились с использованием методов системного анализа и синтеза, адаптированных для применения в инженерной сфере, и модульного принципа построения производственных систем.
Результаты и обсуждение. В результате проведенных исследований разработана машинно-аппаратная схема производства про-теинсодержащих кормовых добавок из зеленой растительной массы (рис. 1), включающая две технологических линии: экструди-рования (дисковый измельчитель, одношне-ковый экструдер, измельчитель и охладитель экструдата) и СВЧ-сушки (установка для СВЧ-вакуумной сушки, пресс-гранулятор и охладитель гранул).
Особенностью предлагаемой машинно-аппаратной схемы является то, что растительная масса после измельчения может быть направлена либо в экструдер для обработки и последующего введения в состав комбикорма, либо в установку комбинированной сушки для последующего гранулирования и закладки на хранение с последующим включением в состав комбикорма.
В летний период свежескошенная растительная масса кормовых трав поступает на технологическую линию экструдирования, где измельчается дисковым измельчителем и подается в экструдер, снабженный объемным дозатором, куда поступает и предварительно измельченное фуражное зерно. Получаемый в экструдере зернорастительный экструдат подается транспортером в охладитель, где охлаждается до температуры окружающей среды. Охлажденный экструдат по шнековому транспортеру поступает в вальцовый измельчитель-структуратор, где измельчается. Измельченный зернораститель-ный экструдат далее транспортируется в оперативную емкость для промежуточного хранения. Оттуда он, по мере необходимости, направляется на линию дозирования и смешивания комбикормового завода, где смешивается с остальными компонентами комбикорма. Растительная масса после измельчения может быть направлена на технологическую линию СВЧ-сушки.
Лоигпа! оГ УШТ^Н №1(33)-2019
83
Растительная масса
Измельченная растительная масса!
На линию смешивания
Высушенная растительная масса
Зернорасти-тельный экструдат
Рис. 1. Машинно-аппаратная схема технологического модуля для производства кормовых добавок из зеленой растительной массы: I - технологическая линия экструдирования; II - технологическая линия СВЧ-сушки; 1 - магнитная защита; 2 - дисковый измельчитель; 3 - объемный дозатор; 4 - экструдер; 5 - охладитель экструдата;
6 - измельчитель; 7 - оперативный бункер;
8 - установка СВЧ-сушки; 9 - пресс-гранулятор;
10 - охладитель гранул
Сушка травяной резки осуществляется в установке для СВЧ-вакуумной сушки. При этом листостебельная масса вначале подвергается конвективной сушке при температуре 50-60°С, при которой происходит нагрев и испарение влаги с поверхности ее частиц, а затем - действию СВЧ-излучения, вызывающего кратковременный нагрев ее частиц по всему их объему до температуры 120-140°С и удаление влаги из глубинных слоев, которая отводится под действием вакуума. Высушенная растительная масса подвергается гранулированию в пресс-грануляторе с целью обеспечения большей сохранности при хранении. Гранулы ленточным транспортером подаются в охладительную колонну, где охлаждаются и затем направляются на хранение. В зимний период гранулы измельчаются и направляются на линию дозирования
и смешивания завода, где смешиваются с остальными компонентами комбикорма. Чтобы обеспечить возможность включения разработанных технологических линий в состав не только проектируемых, но и существующих малых внутрихозяйственных комбикормовых заводов, рационально оформить ее как автономный технологический модуль (рис. 2). В разработанном проектном решении каждый из двух технологических блоков (линий) модуля представляет собой стальной каркас, внутри которого размещается оборудование. Каркасы блоков имеют габариты стандартного транспортного контейнера (6^2,5x2,6 м), что позволяет перевозить их автомобильным транспортом. На площадке заказчика блоки с установленным оборудованием размещаются на легком фундаменте и соединяются в вертикальной или горизонтальной плоскостях, образуя технологический модуль. После завершения установки технологический модуль подключается к электросети существующего или возводимого малого завода и соединяется транспортным оборудованием с бункерами для оперативного хранения исходного сырья и бункером для подготовленного сырья, который, в свою очередь, соединяется с основной линией дозирования и смешивания сырья.
1
Т
2 3 4
Рис. 2. Технологический модуль для производства
кормовых добавок из зеленой растительной массы: I - технологическая линия экструдирования; II - технологическая линия СВЧ-сушки; 1 - дисковый измельчитель растительной массы; 2 - экструдер; 3 -охладитель экструдата; 4 - измельчитель экструдата; 5 - установка для СВЧ-вакуумной сушки; 6 - пресс-гранулятор; 7 - охладитель гранул; 8 - бункер
5
Автономный технологический модуль комплексной подготовки растительной массы имеет производительность 0,25 т/ч при экструдировании зеленой массы и 0,15 т/ч при ее сушке, что достаточно для малых комбикормовых заводов производительностью до 1 т/ч.
Выводы. Разрабатываемый технологический модуль для производства протеинсо-держащих кормовых добавок из зеленой растительной массы найдет применение в существующих и вновь создаваемых малых внутрихозяйственных комбикормовых заводах.
Применение перспективного технологического модуля позволит восполнить потребность сельскохозяйственных животных в растительном протеине и каротине путем ввода зеленой и высушенной растительной массы в состав приготовляемых комбикормов как в летний, так и в зимний период.
Литература:
1. Шевцов А.А. Анализ инновационной привлекательности использования вегетативной массы растений в комбикормах // Вестник ВГУИТ. 2013. № 1.
2. Протеины: новое в технологии производства и возможности использования // Комбикорма. 2017. № 10.
3. Elgersma A. Vitamin contents in forage herbs // Aspects of Applied Biology. 2012. № 115. P. 75-80.
4. Шевцов А.А. Вегетативная масса растений как нетрадиционный источник протеина // Актуальная биотехнология. 2013. № 1. С. 38-40.
5. Mulle C.J. The drying rate and chemical composition of field and artificially dried lucerne hay // South African Journal of Animal Science. 2008. Т. 38, № 4. С. 350-354.
6. Customized and value-added high quality Alfalfa products // Agricultural Engineering International. 2007. Т. 9.
7. Farhang A. Accelerated Drying of Alfalfa by Microwave Dryer // Global Veterinaria. 2010. Т. 5, № 3. С. 158.
8. Moses J.A. Novel drying techniques for the food industry // Food Engineering Reviews. 2014. Т. 6. С. 43-55.
Literatura:
1. SHevcov A.A. Analiz innovacionnoj privlekatel'nosti ispol'zovaniya vegetativnoj massy rastenij v kombikor-mah // Vestnik VGUIT. 2013. № 1.
2. Proteiny: novoe v tekhnologii proizvodstva i vozmozh-nosti ispol'zovaniya // Kombikorma. 2017. № 10.
3. Elgersma A. Vitamin contents in forage herbs // Aspects of Applied Biology. 2012. № 115. P. 75-80.
4. SHevcov A.A. Vegetativnaya massa rastenij kak netra-dicionnyj istochnik proteina // Aktual'naya biotekhnolo-giya. 2013. № 1. S. 38-40.
5. Mulle C.J. The drying rate and chemical composition of field and artificially dried lucerne hay // South African Journal of Animal Science. 2008. T. 38, № 4. S. 350-354.
6. Customized and value-added high quality Alfalfa products // Agricultural Engineering International. 2007. T. 9.
7. Farhang A. Accelerated Drying of Alfalfa by Microwave Dryer // Global Veterinaria. 2010. T. 5, № 3. S. 158.
8. Moses J.A. Novel drying techniques for the food industry // Food Engineering Reviews. 2014. T. 6. S. 43-55.
THE TECHNOLOGICAL MODULE FOR FEED ADDITIVES FROM GREEN VEGETABLE MATTER PRODUCING V.I. Pahomov, doctor of technical sciences S.V. Braginets, candidate of technical sciences O.N. Bashchevnikov, candidate of technical sciences FGBNY Agrar research center "Donskoi"
Abstract. Currently, the urgent task is the digestible protein composition in combined feed to increase. To solve it, it is necessary in combined feed composition the inexpensive local raw materials, in particular, the forage herbs vegetative mass to include. The purpose of the study is a machine - apparatus scheme of protein-containing feed additives from green plant mass producing and this scheme in the form of a standard typical solution designing to develop that allows it to be included in the yet designed and already existing small on-farm combined feed plants. The research was carried out the system analysis and synthesis' methods using, adapted at the engineering field using, and the modular principle of production systems' construction. A machine-and-apparatus scheme of protein including feed additives from green vegetable matter producing, including two technological lines: extruding (disc grinder, single screw extruder, a grinder and cooler of extruder) and SWCh-microwave dryer (setup for SWCh-microwave-vacuum dryer, press- granulator and cooler of granules) is developed. The machine-and-apparatus scheme is as a stand-alone module's form implemented. Technological units of the module are steel frames with already installed equipment, having the dimensions of the transport container, connected to each other at the customer's site. This allows to incorporate this module into yet existing small combined feed plants' content. The technological module for protein-containing feed additives from green plant mass producing will be used in existing and new small on-farm combined feed plants. The module's application will make it possible to fill the farm animals' need in vegetable pr o-tein and carotene by green and dried plant mass into the prepared combined feed composition both in summer and in winter introducing.
Keywords: combined feed; technological module; protein-containing raw materials; green plant mass; extrusion; SWCh-microwave vacuum drying; raw materials' preparation.
Journal of VNIIMZH №1(33)-2019
85
