Получение и использование сапропелевого сырья в качестве связующе-минерального компонента в гранулированных кормах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дальневосточный государственный аграрный университет

Получение и использование сапропелевого сырья в качестве связующе-минерального компонента в гранулированных кормах

Широков В.А.

Аннотация

Обоснована технология получения гранулированной кормовой добавки на основе соево-сапропелевой композиции.

Ключевые слова: САПРОПЕЛЬ, КОРМОВАЯ ДОБАВКА, УСТАНОВКА, ВЛАЖНОСТЬ, ЛИНИЯ

Введение

Одним из основных путей увеличения продуктивности животных и птицы является полноценное кормление, так как несбалансированность рационов по основным и биологически активным веществам ведет к нарушениям процессов обмена (ацидоз, кетоз), снижению естественного иммунитета, заболеваниям системы воспроизводства, что отрицательно сказывается на экономической эффективности работы отрасли животноводства и птицеводства.

Применяемые в настоящее время технологии заготовки грубых и сочных кормов часто нарушаются, что приводит к снижению их качества и большой потере белка, витаминов, макро- и микроэлементов. В связи с этим требуется не только совершенствование существующих, но и поиск новых методов производства, оценки и использования кормовых продуктов [1].

В то же время расщепление поступающих в организм питательных веществ с последующими сложными их превращениями, обменными процессами может обеспечиваться лишь при наличии определенного комплекса ферментов, которые состоят из белковой термолабильной части - апофермента и термостабильной части - кофермента, в состав которого входят витамины и минеральные вещества. Так как живой организм - это целостная система, в которой все процессы протекают во взаимной связи, обусловливая друг друга, то питательные вещества должны поступать с кормом в строго определенных количествах и соотношениях. В этой связи существенного внимания заслуживает сапропель как источник большого количества макро- и микроэлементов в комплексах, созданных самой природой [2].

На сегодняшний день недостаток протеина в кормах составляет до 50% от его потребности, в связи с чем в кормовых рационах в среднем на одну кормовую единицу приходится не более 50-55 граммов перевариваемого протеина вместо 105-110 граммов по нормам.

Дальневосточный регион и, в частности, Амурская область, является основным производителем соевого зерна. Семена сои и вторичное сырье от её переработки - это ценные высокобелковые продукты с высоким содержанием жира, витаминов и минеральных солей. Такой набор веществ при скармливании животным и птице существенно повышает биологическую ценность рационов и служит основой для повышения их продуктивности [3].

В этой связи решение вопросов подготовки семян сои к скармливанию, а также использования сапропеля в рационах сельскохозяйственных животных и птицы является актуальной народнохозяйственной проблемой, требующей своего решения.

Целью исследований является разработка технологии и технических средств приготовления кормовой добавки в виде белково-минеральной гранулированной композиции с использованием соевого и сапропелевого сырья.

В соответствии с поставленной целью необходимо решение следующих задач: кормовой добавка сапропелевый сырье

- обоснование возможности и целесообразности получения кормовой добавки с использованием соевого и сапропелевого сырья;

- разработка научно-практических основ создания системы заготовки сапропелевого сырья и его использования при производстве белково-минеральной кормовой добавки.

Методология и методы исследований

В качестве объекта исследований приняты технологические процессы приготовления кормовой добавки с использованием соевого и сапропелевого сырья путем получения бинарных композиций на их основе.

В качестве предмета исследований приняты закономерности процессов приготовления кормовой добавки с использованием сапропеля предложенными техническими средствами.

Общей методологической основой исследований является системный подход, позволяющий рассматривать исследуемые процессы как совокупность взаимосвязанных подсистем.

В теоретических исследованиях использованы методы прикладной механики, теории вероятностей, математического моделирования и другие.

В экспериментальных исследованиях использованы методы планирования многофакторного эксперимента.

Обработка и анализ полученных данных осуществлялись с применением методов математической статистики и использованием программных пакетов «Microsoft Exsel», «Statistika 7.0» и других.

Задачи исследований

- получить аналитические и эмпирические зависимости, характеризующие процесс механизированной добычи и эффективной заготовки сапропелевого сырья;

- разработать структурированную схему сапропеледобывающей установки;

- разработать технологическую линию приготовления соево-сапропелевой гранулированной кормовой добавки.

В качестве модели функционирования рассматриваемой системы получения кормовой добавки принята возможность и целесообразность получения пульпы такой влажности W, в которой бы содержалась максимальная концентрация сапропеля или, говоря иначе, - с максимальным содержанием сухих веществ:

, (1)

где F(x) - функция, учитывающая совокупность факторов, влияющих на содержание сухих веществ в пульпе при добыче сапропеля.

Данную функцию можно представить как

, (2)

где - показатель кинематического режима работы сапропеледобывающей установки.

Для концентрации сухих веществ по высоте сапропелевого слоя R_сс можно написать:

, (3)

где: с, n - эмпирические коэффициенты; W_i - влажность сапропелевого слоя по его высоте.

При произвольно взятом i = 1 уравнение (3) имеет вид: , при i = 2 - и т.д.

Логарифмируя данные исходные уравнения, получаем значение коэффициентов С и n:

, (4)

(5)

Коэффициент С по сути есть параметр масштаба, определяющий выгнутость кривой, и в данном случае является характеристикой степени концентрации сухих веществ в сапропеле для i-го его слоя, а n - это параметр формы кривой, который характеризует дисперсию распределения концентрации сухих веществ по высоте сапропелевого слоя.

Уравнение дифференциальной кривой распределения как производной от интегральной функции F(x) может быть получено в следующем виде:

(6)

для кривой распределения:

, (7)

В свою очередь, зависимость текущей влажности сапропеля, добываемого установкой, например, со шнековым заборным устройством, может быть определена уравнением следующего линейного вида:

, (8)

где в - эмпирический коэффициент, определяемый по методу наименьших квадратов.

При этом вполне очевидно, что коэффициент есть не что иное, как естественная влажность сапропеля, т.е. a=W_Е.В., а , где - угол наклона прямой к оси абсцисс.

Анализ данной теоретической зависимости показывает, что наиболее предпочтительным является случай, когда , однако это невозможно, так как связано с производительностью сапропеледобывающей установки.

С учетом данного факта необходимо в процессе дальнейших исследований определить значение , равное оптимальному - _опт.

В качестве дополнительного критерия оптимизации функционирования данной подсистемы необходимо оценить целесообразность выравнивания колебаний биохимического состава сапропеля с тем, чтобы обеспечить возможность осуществления данного процесса путем применения рациональных способов и средств его добычи.

В качестве такой оценки принят коэффициент вариации:

, (9)

где: Д_вх - дисперсия колебаний биохимического состава сапропеля во входном гидротранспортном потоке; Q_с - секундная подача сапропеля гидротранспортом.

Качественные показатели работы сапропеледобывающей установки (рис. 1), в частности, влажность добываемого сапропеля, в значительной степени зависят от правильно выбранных режимных параметров ее работы. К таким параметрам относятся: окружная скорость витков шнека - , м/с; скорость движения сапропеледобывающей установки - , м/с.

Для работы СДУ характерны три случая:

1) ; 2) ; 3) .

Вполне очевидно, что первый и второй случаи не являются оптимальными.

Второй случай наиболее предпочтителен, но при его осуществлении возможен очень интенсивный забор сапропелевой массы, что повлечет и захват большого количества воды шнеком.

Рис. 1 Структурная схема сапропеледобывающей установки (СДУ)

Для последующего анализа работы СДУ примем показатель л, равный отношению скорости движения сапропеля с помощью шнека и скорости движения сапропеледобывающей установки, т.е.

, (10)

Скорость движения сапропеледобывающей установки, при определенных допущениях, можно представить как

, (11)

где: Q_у - производительность сапропеледобывающий установки (рис. 2); R₂ - радиус шнека; с_c - плотность сапропеля.

Рис. 2 Схема к определению скоростей движения частицы при наклонном расположении шнека

m_g - сила тяжести сапрпеля, Н; в - угол наклона оси вала, рад; z - осевая координата, м; - центробежная сила, Н; - кориолисовые силы инерции, Н; R₁ - радиус ступицы, м

Показатель режима работы сапропеледобывающей установки л определяется по следующей формуле:

, (12)

При соблюдении условия (равенства производительностей шнекового нагнетателя и установки при известном значении л) можно определить производительность шнекового насоса как

, (13)

Мощность, необходимая для привода шнека, равна

, (14)

где: L_ш - горизонтальная проекция пути движения сапропеля; k¹ - коэффициент, учитывающий сопротивление перемещения сапропеля в корпусе (= 1,25 … 2,5); Н - высота подъема сапропеля; k¹¹ - коэффициент, учитывающий потери на трение в подшипниках (= 1,1 … 1,2); з - КПД привода.

При обосновании конструктивно-режимных параметров СДУ в качестве критериев оптимизации были выбраны следующие:

N_э - энергоемкость процессов забора и транспортировки сапропелевой массы; ;

W - влажность сапропелевой массы, %.

На основании анализа априорной информации и поисковых опытов были выбраны следующие наиболее значимые факторы:

D_ш - диаметр шнека, м; T - шаг витков шнека, м; - показатель кинематического режима работы установки, где - скорость движения сапропеля в шнековом устройстве, м/с; - скорость движения установки, м/с.

В результате обработки экспериментальных данных получены следующие уравнения регрессии второго порядка в их раскодированной форме:

W = 166,48 - 529,72 D_ш - 579,4T - 10,283л + 135,87D_Шл + 1034 DІ_ш + 1810,T² > min; (15)

N_э=170,75 - 240,28D_Ш + 133,95Т - 22,687- 1367,2 D_шT +1165,6D²_ш (16)

На основе данных уравнений получены оптимальные технологические параметры установки, при которых л =1,278; W=76,09%; N_э = 119,114 Вт· ч/м³.

На основе данных уравнений получены оптимальные технологические параметры установки: л =1,3; W=76% и N_э = 119 Вт· ч/м³.

На рис. 3 изображена схема линии приготовления белково-минерального соево-сапропелевого кормового продукта.

Согласно приведенной схеме, семена сои дозированно в соотношении 1:1:1: подаются в бункер экструдера - 2, где перемешиваются дополнительно и, проходя далее в камере, гомогенизируются, подвергаются термообработке, и за счет сил трения готовая смесь выходит из камеры экструдера в виде «трубы» высокопористой структуры. Данная «труба» разрушается в камере дезинтегратора - 3, затем этот экструдат влажностью 10% подается в смеситель - 4. Сюда же подается сапропель естественной влажности, например, 70%, в соотношении (весовом) 1:1. Компоненты перемешиваются между собой. При этом за счет высокой пористости экструдата влага между компонентами перераспределяется более интенсивно (в четыре раза быстрее, чем при использовании соевого компонента, без использования пшеницы и ячменя). Готовая композиция с определенным значением влажности, в пределах 35-40 %, продавливается винтом - 5 пресса через отверстия формирующей решетки - 7. При необходимости смесь подвергается термообработке посредством подачи пара от парогенератора - 6. Сформированные гранулы, имеющие высокопористую структуру, накапливаются в лотке - 8, затем помещаются в сушильную камеру «ЭСПИС-4» универсал с девятью режимами сушки, где содержание сухих веществ доводят до 90-92 %. При этом продолжительность сушки гранул более пористой структуры в четыре раза ниже, по сравнению с сушкой гранул более плотной структуры.

Готовый гранулят охлаждается, фасуется и реализуется потребителю.

Таким образом, данный способ позволил при меньших в четыре раза по сравнению с базовыми затратах энергии на усреднение влаги в композициях и удаление влаги при их сушке получить продукт более высокой кормовой и биологической ценности с содержанием: сбалансированных по аминокислотам белков - не менее 20%, жиров - 6%, витамина Е - до 18 мг/100г, минеральных веществ - до 20%.

Рис. 3 Конструктивно-технологическая схема производства кормового гранулята

Заключение

На основании полученных аналитических и экспериментальных зависимостей обоснованы оптимальные значения параметров и показателей работы предложенной системы заготовки сапропелевого сырья с помощью СДУ.

Разработана структурная схема эффективной СДУ в виде плавучего средства со шнековым заборным устройством.

Предложенные технологические и технические решения использованы при разработке линии приготовления гранулированной соево-сапропелевой кормовой добавки.

Список использованных источников

1. Комбикорма, кормовые добавки и ЗЦМ для животных. Справочник /под ред. Крохиной В.А. М.: Агропромиздат. 1990. 304 с.

2. Алексейко И.С., Широков В.А., Яременко А.А. Сапропели Приамурья: свойства, добыча и использование. Монография. Благовещенск: Изд-во ДальГАУ. 2003. 210 с.

3. Широков В.А., Иванов С.А., Вишневский А.Н., Доценко С.М., Петров В.В. Научно-технические аспекты повышения эффективности приготовления комбикормов-концентратов на основе соево-зерновых смесей. Монография. Благовещенск: Изд-во ДальГАУ. 2014. 245 с.

Размещено на Allbest.ru