CC BY
9
УДК 636.085.55+721.013
С. В. Брагинец, О. Н. Бахчевников, А. С. Алферов, Е. В. Бенова, А. И. Рухляда
ТИПОВОЕ ПРОЕКТНОЕ РЕШЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЛИНИЙ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ НЕТРАДИЦИОННЫХ КОМПОНЕНТОВ КОМБИКОРМОВ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «АГРАРНЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР «ДОНСКОЙ», ЗЕРНОГРАД, РОСТОВСКАЯ ОБЛАСТЬ, РОССИЯ
S. V. Braginets, О. N. Bakhchevnikov, A. S. Alferov, Е. V. Benova, A. I. Rukhlyada THE PROTOTYPE PROJECT SOLUTION THE PROCESS LINES FOR PREPARATION OF NON-TRADITIONAL COMPONENTS OF COMPOUND FEEDS FEDERAL STATE BUDGETARY SCIENTIFIC INSTITUTION «AGRICULTURAL RESEARCH CENTRE DONSKOY», ZERNOGRAD, ROSTOV REGION, RUSSIA
Олег Николаевич Бахчевников
Oleg Nikolaevich Bakhchevnikov кандидат технических наук [email protected]
Сергей Валерьевич Брагинец
Sergey Valerievich Braginets кандидат технических наук
Александр Сергеевич Алферов
Alexander Sergeevich Alferovd кандидат технических наук [email protected]
Елена Викторовна Бенова
Elena Victorovna Benova кандидат технических наук [email protected]
Артём Игоревич Рухляда
Artem Igorevich Rukhlyada [email protected]
Аннотация. В последнее время существует необходимость обогащения комбикормов для сельскохозяйственных животных протеином. Для этого предлагаются к использованию новые виды белкового сырья. Для ввода в состав комбикорма нетрадиционного вида сырья необходимо разработать новую технологическую линию и включить ее в состав предприятия. Это сложно осуществить для уже существующего предприятия. Цель исследований - разработка типового проектного решения, позволяющего включать технологические линии подготовки нетрадиционных видов сырья в состав комбикормовых предприятий без их длительной остановки. Исследования выполнены в Аграрном научном центре «Донской», в городе Зернограде Ростовской области, Россия. Применен модульный принцип построения технических систем. Для легкого присоединения к существующему предприятию технологическая линия подготовки нового вида сырья должна быть автономной от основного производства. Ее рационально включать в технологическую систему производства комбикорма параллельно с линиями подготовки традиционного сырья. Предлагается оформление линии как технологического модуля в качестве цельной конструктивно и функционально законченной единицы предприятия. Разработано типовое проектное решение, предусматривающее размещение оборудования линии в быстро-возводимом здании, состоящем из конструктивных модулей стандартных габаритов, доставляемых заказчику в собранном виде. Здание технологической линии размещается рядом со зданием основного производственного корпуса предприятия. Линия подготовки нового сырья соединяется с линией дозирования и смешивания посредством оперативной емкости и транспортного оборудования. Типовое проектное решение технологических линий для подготовки нетрадиционного сырья может найти широкое применение на уже существующих малых и средних внутрихозяйственных комбикормовых предприятиях, расширяя их ассортимент и снижая себестоимость кормов.
Ключевые слова: комбикорм; комбикормовый завод; технологический модуль; сырье; подготовка сырья; протеин.
Abstract. Recently there is a need of increasing the enrichment of all mashes for farm animals with a protein. New types of aleuronic raw materials are offered to use. It is necessary to develop a new process line and include it into composition of the plant for input in composition of non-traditional type all mashes of raw materials. It is difficult to realize it for already existing plant. The purpose of the research is the development of a standard design solution that allows to include technological lines for the preparation of non-traditional types of raw materials in the composition of all mashes without their long stop.
The researches are carried out at the Agricultural Research Centre Don-skoy in Zernograd town, Rostov Region, Russia. The modular principle of technical system creation is applied. To make accession to an existing enterprise easy the technological line for preparing a new type of raw material must be autonomous from the main production. It is rational to include it in the technological system of production of all mashes in parallel with the lines for the preparation of traditional raw materials. The design of the line as a technological module is proposed as an integral constructively and functionally complete unit of the enterprise. A standard design solution was developed providing for the placement of line equipment in a fast-erecting building consisting of structural modules of standard dimensions delivered to the customer in assembled condition.
The building of a process line is placed near the building of the main production casing of the plant. The line of preparation of new raw materials connects with the line of dispensing and mixing by means of the operational capacity and the transport equipment. A typical design solution of production lines for the preparation of non-traditional raw materials can be widely used at existing small and medium-scale on feed factories expanding their range and reducing the cost of feed.
Keywords: all mashes; formula-feed plant; technological module; raw materials; raw materials preparation; protein.
Введение. В настоящее время существует необходимость обогащения комбикормов для сельскохозяйственных животных и рыб протеином [1]. Особенно актуальна эта задача для малых внутрихозяйственных комбикормовых предприятий. Ее можно решить путем включения в состав комбикормов продуктов переработки сои, рыбной муки, сухого молока. Но эти традиционные виды сырья, хотя и содержат значительное количество переваримого протеина, но имеют высокую стоимость, что при низкой
рентабельности производства продукции животноводства играет отрицательную роль.
Поэтому актуальным направлением научных исследований по кормопроизводству в последнее время стал поиск новых видов сырья, обладающих высоким содержанием протеина и низкой стоимостью [2]. В последнее время были предложены для включения в состав комбикормов такие нетрадиционные виды сырья, как листостебельная масса бобовых культур, морские водоросли, свекольный жом, виноградные и
Вестник Курганской ГСХА №1,2018 Технические науки 69
томатные выжимки, грибы, личинки насекомых и т.д. [3].
Однако, прежде чем смешать новый вид сырья с прочими компонентами для получения комбикорма, необходимо подготовить его к этой операции, причем простого измельчения, характерного для подготовки традиционного сырья, для этого часто недостаточно. Например, для подготовки растительного сырья высокой влажности (листостебель-ная масса трав, томатные и виноградные выжимки), помимо измельчения, необходимо выполнить технологические операции его экструдирования в смеси с наполнителем (фуражное зерно), охлаждения и измельчения экструдата [4]. Операция экструдирования в различных сочетаниях с сопутствующими операциями может быть применена и для подготовки других видов нетрадиционного сырья животного и растительного происхождения.
Таким образом, для обеспечения ввода в состав комбикорма нетрадиционного вида сырья необходимо разработать схему технологического процесса его подготовки к смешиванию и реализующую ее машинно-аппаратную схему технологической линии. Эту линию необходимо включить в состав комбикормового завода в сочетании с технологическими линиями подготовки традиционного сырья, а также линией смешивания подготовленного сырья. Но если при проектировании нового предприятия эта задача легко выполнима, то, в случае уже существующего завода, спроектированного для использования традиционного сырья, ее выполнение встречает серьезные затруднения. Ведь зачастую новый вид сырья не может быть подготовлен на уже имеющемся оборудовании, для установки же новых машин и аппаратов часто отсутствуют необходимые производственные площади. Реконструкция предприятия, сопровождаемая его длительной остановкой, является, в большинстве случаев, неприемлемым вариантом.
Поэтому целью настоящей работы является разработка типового проектного решения, позволяющего легко включать технологические линии подготовки нетрадиционных видов сырья в состав комбикормовых предприятий без их длительной остановки.
Методика. Исследования проводились на основе положений системного анализа и синтеза [5-7] и модульного принципа построения технических систем [8-11].
Результаты. Для создания возможности легкого присоединения к существующему предприятию технологическая линия подготовки нетрадиционного вида сырья должна быть автономной, т.е. обладать способностью самостоятельно осуществлять комплекс взаимосвязанных технологических операций. Эта линия на технологическом уровне образует отдельную подсистему системы производства комбикорма, которая получает сырье, обрабатывает его и передает в подсистему смешивания компонентов, но в рамках собственного технологического процесса с остальными подсистемами не взаимодействует. Автономную подсистему подготовки нового вида сырья рационально включать в технологическую систему производства комбикорма параллельно с подсистемой подготовки традиционного сырья таким образом, чтобы потоки подготовленного сырья соединялись в основной подсистеме дозирования и смешивания компонентов комбикорма (рисунок 1).
Автономная технологическая линия подготовки нетрадиционного сырья может быть размещена во вновь возведенном здании, расположенном рядом с основным производственным корпусом комбикормового завода. Цикл работы новой технологической линии должен быть согласован с циклом работы предприятия. Для этого новую технологическую подсистему необходимо связать с подсистемой дозирования и смешивания гибкой связью, представляющей
собой операцию накопления и промежуточного хранения подготовленного сырья. Реализующий ее бункер для оперативного хранения сырья располагается между новой технологической линией и линией дозирования и смешивания и соединяется с ними транспортным оборудованием, что обеспечивает ритмичное поступление необходимых порций подготовленного сырья в главный смеситель.
Традиционное сырье
Новый БИД Сырья
Подготовленное сырье
Си
в 4
с.
Рассыпной комбикорм
Готовый комбикорм
А - подсистема получения готового комбикорма; В-основная подсистема дозирования и смешивания сырья; С - подсистема подготовки традиционного сырья; Сп - подсистема подготовки нового вида сырья
Рисунок 1 - Схема включения подсистемы подготовки нового вида сырья в технологическую систему комбикормового предприятия
Следует отметить, что в случае присоединения новой технологической линии, предприятие фактически приобретает модульную структуру, в которой существующие технологические линии играют роль основного модуля, а новая линия - дополнительного.
Однако для включения таким способом новых технологических линий в состав существующих предприятий каждый раз потребуется разрабатывать проектную документацию для строительства нового здания, а также проект реконструкции предприятия, что требует получения разрешений. Поэтому и желательно создать типовое проектное решение на основе быстровозводимых зданий, пригодное для различных предприятий и технологических линий. Наиболее подходящим для этого решением является возведение здания для новой технологической линии из конструктивных модулей, представляющих собой металлические каркасы единого типоразмера [12].
Ранее на основе проведенного анализа был сделан вывод о необходимости совмещения конструктивного и технологического модуля при проектировании и создании комбикормовых предприятий [13]. Применение модульного принципа при проектировании новой автономной технологической линии эффективно при условии оформления ее как технологического модуля в качестве цельной структурной конструктивно и функционально законченной единицы предприятия.
В качестве конструктивного модуля, являющегося платформой для новых технологических линий (модулей), принят стальной каркас, имеющий габариты стандартного 20-футового грузового контейнера-6x2,5x2,6 м, позволяющие транспортировать его как железнодорожным и водным, так и автомобильным транспортом. Внутри этого каркаса закрепляется технологическое оборудование (рисунок 2). Если все оборудование новой линии невозможно разместить в одном конструктивном модуле, то проектируется его размещение в двух и более таких модулях, образующих при стыковке и соединении транспортным оборудованием единый технологический модуль.
а б в
а - конструктивный модуль; б - оборудование; в-технологический модуль Рисунок 2 - Формирование технологического модуля
на основе конструктивного модуля (платформы)
Таким образом, предлагается типовое проектное решение, представляющее собой конструктивную форму, которая может иметь различное технологическое наполнение.
Новая технологическая линия (модуль) подготовки нетрадиционного сырья для комбикормовых заводов собирается на предприятии-изготовителе в виде конструктивных модулей стандартных габаритов, внутри которых к каркасу крепится технологическое и транспортное оборудование.
В готовом виде конструктивные модули с уже установленным оборудованием доставляются заказчику, где устанавливаются на предварительно подготовленном легком фундаменте и соединяются в вертикальной и горизонтальной плоскостях посредством имеющихся на каркасах соединительных элементов, образуя одно- или двухуровневый технологический модуль. При этом каркас конструктивных модулей формирует каркас нового здания, а их боковые и верхние стенки - его стены и крышу. Технологическая линия (модуль) в открытом исполнении может быть установлена в помещении ангарного типа. Здание технологической линии предпочтительно размещать рядом со зданием основного производственного корпуса существующего предприятия.
После завершения установки технологический модуль подключается к электросети предприятия и соединяется транспортным оборудованием с бункером для исходного сырья и оперативным бункером для подготовленного сырья, который, в свою очередь, соединяется с линией дозирования и смешивания завода (рисунок 3).
4
смешивания компонентов находится на нижних этажах комбикормового завода. В том случае, когда здание линии подготовки нового вида сырья невозможно разместить рядом с основным производственным корпусом, следует предусмотреть периодическую разгрузку подготовленного сырья из оперативного бункера и доставку его автотранспортом.
В качестве примера автономной технологической линии для подготовки нетрадиционного сырья представлен разработанный технологический модуль подготовки растительной массы производительностью 0,3 т/ч (рисунок 4, таблица).
1 - емкости для исходного сырья; 2 - новый технологический модуль; 3 - емкость для оперативного хранения подготовленного сырья; 4 - производственное здание действующего предприятия
Рисунок 3 - Присоединение нового технологического модуля (технологической линии) к действующему комбикормовому заводу
Это достаточно просто осуществить, так как линия
1 - дисковый измельчитель растительной массы; 2 - экструдер одношнековый; 3 - охладитель экструдата; 4 - измельчитель экструдата; 5 - бункер для оперативного хранения подготовленного сырья
Рисунок 4 - Автономный технологический модуль подготовки растительной массы производительностью 0,3 т/ч
Подготовка влажной листостебельной массы растений, например кормовых трав, производится путем ее измельчения, совместного экструдирования с предварительно измельченным зерновым сырьем, охлаждения и измельчения экструдата. Затем экструдат направляется в технологическую линию дозирования-смешивания предприятия для смешивания с остальными компонентами комбикорма. Оборудование модуля включает дисковый измельчитель растительной массы и экструдер ЭК-300, обеспечивающий раздельную загрузку зерна и листостебельной массы и их совместное экструдирование [14] (разработки АНЦ «Донской»), а также охладитель ОЭ-0,5 и измельчитель (валковая дробилка МД-25) экструдата, установленные в стальном каркасе с габаритами 20-футового контейнера. Дополнительно вне модуля размещается бункер для экструдата. Модуль предназначен для комплектования малых комбикормовых производств производительностью до 2 т/ч, функционирующих в сельхозпредприятиях, имеющих значительные посевы кормовых трав.
Таблица - Техническая характеристика технологического модуля подготовки растительной массы
Показатель Значение
Производительность, т/ч 0,3
Общая установленная мощность, кВт 40
Размер частиц измельченной листостебельной массы, мм 2-10
Доля листостебельной массы в экструдируемом сырье, % до 30
Размер частиц экструдата после измельчения, мм 1-4
Обслуживающий персонал, чел. 1
Габаритные размеры, м 6x2,5x2,6
Масса, кг 2700
Вестник Курганской ГСХА №1,2018 Технические науки \
Включение представленного дополнительного модуля в состав действующего комбикормового предприятия позволит обеспечить потребности сельскохозяйственных животных в растительном протеине без значительного увеличения стоимости кормов.
Выводы. Типовое проектное решение технологических линий для подготовки нетрадиционного сырья может найти широкое применение на уже существующих малых и средних внутрихозяйственных комбикормовых предприятиях, расширяя их ассортимент и снижая себестоимость кормов. Технологические модули подготовки нетрадиционных видов сырья могут включаться и в состав новых комбикормовых заводов на этапе их проектирования, что позволит не вносить значительные изменения в используемые типовые проекты предприятий.
Предлагаемое типовое проектное решение является перспективным для применения на комбикормовых заводах, особенно на малых и средних внутрихозяйственных предприятиях, так как позволяет привлечь в кормопроизводство нетрадиционные виды дешевого сырья, обогатить комбикорма протеином и другими ценными питательными веществами, обеспечивает гибкость и адаптивность структуры производства кормов.
Список литературы
1 Полноценное кормление - ключевой фактор развития животноводства. Комбикорма, 2017. № 10. С. 63-67.
2 Лагуткина Л.Ю. Перспективное развитие мирового производства кормов для аквакультуры: альтернативные источники сырья. Вестник Астраханского государственного технического университета. Серия: Рыбное хозяйство, 2017, № 1. С. 67-78.
3 Протеины: новое в технологии производства и возможности использования. Комбикорма, 2017. № 10. С. 59-62.
4 Хоренжий Н.В. Дослщження процесу екструдуван-ня K0M6iK0pMiB ¡з bmîctom вологих кормових трав (часть 1). Зерновые продукты и комбикорма, 2014. № 1. С. 33-36.
5 Винограй Э.Г. Учет системных закономерностей в инженерном мышлении и проектировании. Социогуманитар-ный вестник, 2014. № 1. С. 141-154.
6 Чумаков В.Г. , Жанахов A.C., Надточий А.Г., Низави-тин С.С. Моделирование процессов послеуборочной обработки зерна. Инновационные технологии и техника нового поколения - основа модернизации сельского хозяйства: материалы международной науч.-практ. конф. ГНУ ВИМ Россельхозакадемии. Москва, 2011. С. 85-86.
7 Чумаков В.Г. Деление зернового вороха на фракции пневморешетным сепаратором. Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2011. №12. С. 31-33.
8 Окунев Г.А., Чумаков В.Г., Жанахов A.C. Технологическая линия послеуборочной обработки зерна с делением на потоки. Тракторы и сельскохозяйственные машины, 2011. № 9. С. 35-38.
9 Чумаков В.Г. Совершенствование технологии и технических средств для послеуборочной обработки зерна на основе дифференцирования потоков зернового вороха. Ав-тореф. дис... докт. техн. наук. Челябинск, 2012. 40 с.
10 Чумаков В.Г., Надточий А.Г., Низавитин С.С., Суханов A.B. Технология фракционирования зернового вороха и деления его на потоки. Вестник Курганской ГСХА, 2014, № 1. С. 63-65.
11 Methodology for the Development of Modular Factory Systems. A. Kampker, H. Voet, P. Burggraf, M. Krunke, К. Kreiskother. FAIM Conference Proceedings, 2014. С. 131-138.
12 Smith R. E. Prefab architecture: A guide to modular
design and construction. John Wiley & Sons, 2011. 402 c.
13 Брагинец С. В., Бахчевников О. Н. Принцип модульного построения внутрихозяйственных комбикормовых предприятий. Вестник НГИЭИ, 2017. № 5. С. 33-45.
14 Способ производства экструдированного комбикорма с добавкой зеленой массы кормовых трав и экстру-дер-измельчитель: пат. 2619981 Рос. Федерация. Пахомов В. И., Брагинец С. В., Бахчевников О. Н., Алферов А. С., Степанова Ю. В.; заявитель и патентообладатель ФГБНУ «АНЦ «Донской»; заявл. 24.08.2015; опубл. 22.05.2017, Бюл. № 15.
Reference
1 Full-value feeding is a key factor in the development of livestock production. Mixed feed, 2017. №. 10. P. 63-67 (in Russ.).
2 Lagutkina L. Yu. Perspective development of the world production of fodder for aquaculture: alternative sources of raw materials. Vestnik of the Astrakhan State Technical University. Series: Fishery, 2017. № 1. P. 67-78 (in Russ.).
3 Proteins: new in production technology and use possibilities. Mixed feed, 2017. №. 10. P. 59-62 (in Russ.).
4 Khorenzhiy N.V. Associate work on the study of loam forage grasses (part 1). Cereal products and mixed fodder, 2014. №1. Pp. 33-36 (in Russ.).
5 Vinograi E.G. The accounting of system regularities in the engineering thinking and designing Socio-humanistic vestnik, 2014. № 1. Pp. 141-154 (in Russ.).
6 Chumakov V.G., Zhanakhov A.S., Nadtochii A.G., Ni-zavitin S.S. Modeling of the processes of post-harvest grain processing. Innovative technologies and technology of the new generation - the basis of agricultural modernization: materials of the international scientific-practical. Conf. State Scientific Establishment of the VIM of the Rosselkhozakademiya. Moscow, 2011. Pp. 85-86 (in Russ.).
7 Chumakov V.G. Division of a grain heap into fractions by the pneumatic screen separator. Tractors and agricultural machinery, 2011. № 12. Pp. 31-33 (in Russ.).
8 Okunev G.A., Chumakov V.G., Zhanakhov A.S. Technological line of post-harvest grain processing with the division into streams. Tractors and agricultural machinery, 2011. № 9. Pp. 35-38 (in Russ.).
9 Chumakov V.G. Perfection of the technology and technical means for post-harvest grain processing on the basis of the differentiation of grain heap flows. Author's abstract, dis. Dr. Tech. sciences. Chelyabinsk, 2012. 40 p (in Russ.).
10 Chumakov V.G., Nadtochii A.G., Nizavitin S.S., Sukha-nov A.V. Technology of fractionation of the grain heap and its division into streams. Vestnik Kurganskoj GSHA, 2014. № 1. P. 63-65. (in Russ.).
11 Methodology for the Development of Modular Factory Systems. A. Kampker, H. Voet, P. Burggraf, M. Krunke, K. Kreiskother. FAIM Conference Proceedings, 2014. P 131-138.
12 Smith R. E. Prefab architecture: A guide to modular design and construction. John Wiley & Sons, 2011. 402 p.
13 Braginets S.V., Bahchevnikov O.N. The principle of modular construction of intrafarm feed-milling establishment. Vestnik NGIER, 2017. № 5. Pp. 33-45 (in Russ.).
14 Method of production of extruded mixed fodder with the addition of green mass of forage grasses and extrud-er-chopper: pat. 2619981 Russian Federation. Pakhomov V.I., Braginets S.V., Bahchevnikov O.N., Alferov A.S., Stepano-va Yu.V.; the applicant and the patent holder of the FSBSU "ASC" Donskoy"; claimed. 24.08.2015; publ. May 22, 2017, Bui. № 15 (in Russ.).
