Экспериментальное обоснование параметров процесса получения соево-мясокостного гранулята

Размещено на http://www.allbest.ru/

Экспериментальное обоснование параметров процесса получения соево-мясокостного гранулята

Вишневский А.Н.

Аннотация

Экспериментальным путём получены данные по влагосвязывающей способности необезжиренной соевой муки в бинарных соево-фаршевых композициях кормового назначения и предельного напряжения сдвига. Для такого вида продукции обоснованы экспериментально параметры смесителя-гранулятора и процесса сушки влажных гранул. Предложена технологическая схема линии для производства гранулята.

Ключевые слова: КОРМА, ОТХОДЫ, ТЕХНОЛОГИЯ, ЛИНИЯ, ЭКСПЕРИМЕНТ, УРАВНЕНИЯ, ПАРАМЕТРЫ ГРАНУЛЯТА, КОМПОЗИЦИЯ

Актуальность проблемы эффективного использования высокобелковых кормов в птицеводстве нашей страны обусловлена их высокой составляющей в структуре себестоимости. Объясняется это отсутствием специальных технологий и технических средств, обеспечивающих малоэнергоёмкое производство кормовых продуктов для птицеводства. Такое высокобелковое сырье, как соя и отходы от убоя птицы, не нашло широкого применения в кормопроизводстве.

В то же время, как показывают многолетние исследования, использование данного сырья в различных его сочетаниях даёт существенный зоотехнический и экономический эффекты [1].

Целью исследований является экспериментальное обоснование параметров процесса получения гранулята на основе соево-фаршевых бинарных композиций кормового назначения.

Задачи исследований:

разработать пилотную установку для проведения эксперимента;

на основе реализации многофакторного эксперимента получить уравнения регрессии и с их помощью обосновать оптимальные значения параметров;

разработать технологическую схему линии для производства гранулята.

Объект исследований - технологический процесс приготовления белково-минеральной кормовой добавки на основе соевого и мясокостного сырья.

Предмет исследований - закономерности процессов усреднения влаги в кормовой смеси на основе соевого и мясокостного компонентов, а также формирование сушки гранул данного состава.

Рабочей гипотезой для решения данной научно-технической задачи является предположение о том, что повышение эффективности процессов приготовления высокобелковой кормовой добавки возможно и целесообразно путём её получения в виде соево-мясокостного гранулята на специальном смесителе-грануляторе, обеспечивающем усреднение влаги в смеси с последующим формованием качественных гранул, выявлением закономерностей и зависимостей, характеризующих данные процессы, а также установлением оптимальных значений параметров этих процессов.

Общая методика исследований

Теоретические исследования проводились на основе методов математики, технической механики и сопротивления материалов.

Экспериментальные исследования проводились с использованием общих и частных методик, а также соответствующих ГОСТов. Результаты экспериментов обрабатывались методами математической статистики.

Анализ существующих рационов кормления с.-х. птицы показывает, что полноценное кормление птицы может быть обеспечено в настоящее время только лишь с использованием кормовых компонентов, содержащих относительно высокое количество протеина, а также кальция, фосфора и других веществ [2].

При этом в качестве высокобелковых компонентов в рецептуру включают соевый и подсолнечниковый шрот, а также мясокостную, кровяную и рыбную муку, производство которых является высокозатратным [1].

В связи с тем, что шроты являются обезжиренными продуктами, рецептурой предусматривается использование жира кормового в количестве 2-3 %.

В этой связи существует объективная необходимость изыскания рациональных способов переработки сырья животного и растительного происхождения, а также разработки высокоэффективных технических средств, скомпонованных в производственную линию, с обоснованием их оптимальных конструктивных и режимных параметров.

В соответствии с поставленными целью и задачами исследований, при проведении исследований использовалась специально разработанная пилотная установка, общий вид которой приведён на рис. 1. При этом в качестве исходного сырья использовалось мясокостное субпродуктовое сырьё: отходы от убоя птицы - ноги, шея, головы цыплят-бройлеров, кровь и т.д.

В качестве готового компонента рациона использовалась необезжиренная соевая мука, полученная на термоагрегате КПСМ-850.

При проведении эксперимента на основе отходов убоя птицы изготавливали мясокостный фарш с помощью волчка.

Анализ полученных данных по физико-механическим свойствам исходных компонентов показал, что они изменяются в относительно широких пределах. При этом такие физико-механические показатели фарша, как липкость, предельное напряжение сдвига и угол естественного откоса, зависят от температуры продукта и от размеров частиц фарша.

Проведению экспериментальных исследований по обоснованию параметров смесителя-гранулятора для получения соево-мясокостных гранул предшествовал сбор и анализ информации, связанной с реологическими характеристиками продуктов убоя птицы, а также с возможностью получения на их основе гомогенизированного мясокостного фарша.

Рис. 1. Конструктивно-технологическая схема процесса приготовления гранулята 1 - барабанный измельчитель; 2 -транспортёр; 3, 4 - питатели; 5 - смеситель-гранулятор; 6 - лоток; 7 - камерная сушилка

После получения данной информации готовились образцы гомогенизированного фарша из мясокостного сырья с соевой мукой в виде бинарных композиций.

Для полученных композиций определялись:

технологическая характеристика в виде показателя водосвязывающей способности фарша - ВВС, %;

реологическая характеристика в виде предельного напряжения сдвига - ПНС, Па.

Знание зависимостей, по которым изменяются данные показатели, позволит определить граничные значения факторов, влияющих на структурные показатели продуктов, и степень их влияния на качественные показатели работы разрабатываемых машин и оборудования.

На основании комплексного анализа полученных зависимостей установлено, что рациональные значения влагосвязывающей способности на уровне ВВС=96,58% и предельного напряжения сдвига, равного ПНС=288,3Па, обеспечиваются при средневзвешенной длине частиц lч=0,464-0,572 мм, неоднородности гранулометрического их состава u = 10-10,7 % и массовой доле соевой муки в диапазоне Мд = 50-56,4 %.

На третьем этапе экспериментальных исследований проведён выбор основных факторов, существенно влияющих на процесс получения влажных гранул с помощью смесителя-гранулятора, а также на его энергоёмкость. С этой целью было также проведено априорное ранжирование факторов, на основании которого выбраны следующие:

Х1(щс,с-1) - угловая скорость вращения винта смесителя;

Х2(щг,с-1) - угловая скорость вращения винта гранулятора;

Х3(lk,мм) - длина канала формирующей решётки.

За критерии оптимизации по процессу получения влажных гранул приняты: соевая мука гранула смеситель

Y1(св,кг/м3) - плотность влажных гранул;

Y2(Nэ,кВт·ч/кг) - энергоёмкость получения влажных гранул.

После реализации трёхуровнего плана эксперимента и получения значений критериев оптимизации в виде откликов Y1 и Y2 проведена их обработка, а также регрессионный анализ зависимостей:

Y1 = f(x1,x2,x3)>max; Y2 = f(x1,x2,x3) >min.

На основании проведённого регрессионного анализа построены следующие уравнения:

в кодированной форме:

Y1=1073,802 + 11,153Х2 - 17,146Х3 - 16,25Х1·Х2 - 11,25 Х1·Х3 - 11,25 Х2·Х3 - 29,353Х12 - 42,901Х22 - 36,126Х32 > max; (1)

Y2= 0,0271 + 0,0025Х1 + 0,0036Х2 + 0,006Х12 + 0,0057Х22 + 0,0033Х32 > min; (2)

в раскодированной форме:

св = -2401,8 + 324,4щс + 19,228щг + 65,3691щк - 0,361щс·щг - 1,5щс·lк - 0,075щк· lк - 13,046щс2 - 0,047щг2 - 1,445lк > max; (3)

Nэ=0,407 - 0,049щс - 0,001щг - 0,004 lк + 0,002щс2 + 0,0006щг2 + 0,001 lк2 > min; (4)

При этом установлено, что оптимальные значения факторов находятся в следующих пределах:

щс = 9,17-9,51 с-1; щг = 14 - 15,4с-1; lк = 13,65-15 мм;

На четвёртом этапе исследований изучен процесс сушки влажных соево-мясокостных гранул. С этой целью из всей совокупности факторов были выделены наиболее значимые, оказывающие существенное влияние на изучаемый процесс. При этом устанавливались следующая зависимость:

Y3 = f(X1,X2,X3)>min,

где Y3(Кр) - крошимость сушёных гранул, %; Х1(Wн) - исходная влажность гранул, %; Х2(t0) - температурная сушка, 0С; Х3(Мд) - массовая доля соевого комонента, %.

На основании полученных данных определены оптимальные значения факторов, которые находятся в следующих пределах:

Wн = 33,04-34%; t0 = 109,60 - 110,40 С; Мд = 48,8-53,6%,

при которых Кр = 3,047%.

На пятом этапе экспериментальных исследований установлена зависимость плотности влажностных гранул св от давления Р в компрессионной камере смесителя-гранулятора св = f(P)>max.

Данная зависимость аппроксимирована выражением следующего вида

св = 845 + 218,18Р, (5)

Производственная проверка результатов исследований проводилась в условиях птицеводческой фермы хозяйства Амурской области. В качестве базового рецепта был принят состав по рецепту ПК-5-1-89, в котором соевый и подсолнечниковый шрот, а также мясокостная мука, были заменены на гранулированную высокобелковую кормовую добавку.

К получению гранулированной высокобелковой кормовой добавки предъявлялись исходные требования по влажности и крошимости.

На рис. 2 представлена технологическая схема производства кормовой добавки.

Рис. 2. Технологическая схема производства высокобелковой кормовой добавки в виде гранулята

Заключение

На основании проведённых исследований экспериментальным путём, с помощью разработанной пилотной установки, обоснованы рациональные технологические и конструктивные решения, параметры смесителя-гранулятора для получения кормовой добавки. Для влагосвязывающей способности композиции и предельного напряжения сдвига они составляют, соответственно: ВСС=96,58% и ПНС=288,3 Па при массовой доле соевой необезжиренной муки 50-56 %. Установлено, что получение качественных влажных гранул требуемой влажности и плотности обеспечивается при соотношении угловых скоростей винтов смесителя и гранулятора, равном 1,55. При этом получение сушёных гранул с крошимостью в пределах требуемой ({К--р}>K-p = 3,047% обеспечивается при начальной влажности бинарной композиции на основе соевого гранулята и фарша из отходовых фракций сырья, равной 33-34 %, массовой доли необезжиренной соевой муки 50% и температуре сушки в пределах 110 оС.

Полученные данные могут быть использованы при проектировании технологической линии для производства высокобелковой кормовой добавки для животных и птицы согласно ресурсной схеме.

Список использованных источников

1. Справочник «Комбикорма, комбикормовые добавки и ЗЦМ для животных. Состав и применение» / Под редакцией В. А. Крохниной. - М.: ВО. Агропромиздат. - 1990. - 304 с.

2. Патент РФ № 2607103 «Способ приготовления белкового кормового продукта на основе соево-мясных композиций» / авторы: Доценко С. М., Воякин С. Н., Вишневский А. Н. и др. Опубликовано в БИ №1 от 10.01.2017.

Размещено на Allbest.ru