Механико-технологическое обоснование процесса смесеприготовления

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Механико-технологическое обоснование процесса смесеприготовления

Актуальность темы. Приоритетным национальным проектом «Развитие АПК России» предусмотрено стимулирование развития малых форм хозяйствования, к которым относятся крестьянские (фермерские) хозяйства. Как отметил академик Россельхозакадемии Н.В. Краснощеков: «Развитие МФХ невозможно без перехода от ручного труда и «народных» технологий, на которых базируется производство сегодня, к применению современных технологий и средств малой механизации». Приоритеты и обеспечение реализации поставленных задач возможны лишь при наличии фундаментальных, базовых, научных основ, т.к. дефицит технологий по производству сырья и готовой продукции негативно сказывается на эффективном использовании мощностей и конкурентноспособности хозяйств.

Принципиально важно учитывать то обстоятельство, что процесс кормопроизводства необходимо рассматривать не только в масштабах крупного животноводческого комплекса, но и в приложении к малым и фермерским хозяйствам, удельный вес которых в АПК составляет в среднем по России 27-29%.

В общем процессе производства продукции животноводства на долю кормов приходится более половины затрат в ее себестоимости. В связи с этим вопросы получения однородных кормосмесей, сбалансированных по питательным элементам приобретают первостепенное значение.

Создание однородной кормовой массы является весьма сложной технологической задачей, зависящей от множества независимых друг от друга характеристик. Использование комплексного подхода к процессу получения кормосмесей, включающего такие технологические подходы, как подготовка кормовых компонентов, водоподготовка и смешивание, функционально связанных между собой, позволило бы создать предпосылки к повышению эффективности получения однородной смеси. Комплексная разработка оптимального технологического процесса на базе универсальных высокоэффективных аппаратов, экономически выгодных для фермеров, с выходом на качественные характеристики кормов, позволяющие повысить продуктивность животноводства, является ключевой проблемой на сегодняшний день.

Цель исследования - выявление общих закономерностей, позволяющих повысить эффективность процесса приготовления однородной кормовой смеси с разработкой ресурсосберегающих технологий и технических средств для фермерских хозяйств.

Объект исследования - процессы подготовки кормовых компонентов разной влажности и их смешивания в вибросмесителях.

Предмет исследования - закономерности и взаимосвязи технологических процессов получения качественных кормов.

Задачи исследования:

1) Дать аналитическую оценку современному состоянию и особенностям организации кормовой базы для животных с разработкой методологии исследований, создающей основы повышения эффективности приготовления однородных кормосмесей.

2) Обобщить результаты научных исследований по обоснованию технологических требований к производству однородных кормовых смесей с целью возможного научного прогнозирования качества продукции.

4) Разработать технологические схемы подготовки кормов к скармливанию и водоподготовки, повышающие качество и снижающие энергоемкость процесса приготовления кормосмесей.

5) Исследовать основы проектирования конструкции вибросмесителя со сменными рабочими поверхностями для малых ферм.

6) Исследовать надежность работы технической системы, обеспечивающих ожидаемую вероятность безотказной работы.

Научная новизна работы:

Определены тенденции развития кормовой базы с разработкой методологии исследований, создающей основы повышения эффективности получения однородной кормосмеси.

Разработана имитационная модель параметрического синтеза процесса получения однородной кормовой массы на основе комплексного подхода, включающая подготовку кормокомпонентов, водоподготовку и смешивание, с последующим контролем качества готового продукта;

Предложены методики определения и оптимизации структурно-параметрических элементов системы приготовления однородной кормовой смеси.

Разработаны способы, конструкции, методы, обеспечивающие повышение качества приготавливаемых кормосмесей и снижение энергоемкости процесса смешивания с рекомендациями по проектированию конструктивно-геометрических элементов, обеспечивающих процесс с оценкой качества кормосмесей разной влажности, определены режимные составляющие получения продукции.

Представлена информация о надежности функционирования вибросмесителей, создана концептуальная модель исследования вибросмесителей, позволяющая определить экономичные и технически оправданные конструктивные решения с условиями их эксплуатации.

Предложен комплекс показателей надёжности, позволяющий прогнозировать вероятность безотказной работы смесителей вибрационного действия.

Практическая ценность работы:

Предложенное научно-теоретическое, методическое и программное обеспечение работы дает возможность повысить эффективность приготовления однородной кормосмеси, улучшить ее качество с возможностью научного прогноза и провести оценку готовой кормосмеси с разным процентом влажности, обеспечить получение кормовых продуктов с заранее заданными свойствами при снижении затрат на их производство.

Разработаны: высокоэффективные способ и устройство для очистки воды, позволяющие учитывать в технологических процессах смесеприготовления ее разнообразие форм, видов и фракционного состава; способ перемешивания кормокомпонентов в вибросмесителе, который по величине вибрационного импульса и площади виброконтакта дает возможность определить режимные параметры технологического процесса получения кормосмеси заданной однородности; компьютерная программа по управлению качественными характеристиками процесса вибросмешивания, использующаяся для выявления и исключения получения потенциально не однородной кормосмеси.

Разработанный технологический процесс смесеприготовления на базе устройств, адаптированных к различным уровням обеспечения фермерских хозяйств, позволяет учитывать свойства кормокомпонентов с различными влажностными характеристиками при получении однородной смеси, а также снизить энергоемкость процесса.

Предложен программный продукт, позволяющий определять комплекс показателей надёжности смесителей вибрационного действия на этапе их проектирования и обеспечивающий функционирование систем приготовления комбикормов.

Результаты исследований рассмотрены и одобрены на: Международном симпозиуме «Федеральный и региональный аспекты государственной политики в области здорового питания» (КемТИПП, Кемерово, 2002); третьей Международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве» (ГНУ ВИЭСХ, Москва, 2003); Всероссийских научно-практических конференциях «Оптимизация сложных биотехнологических систем» (ГОУ ОГУ, Оренбург, 2003) и «Перспективы развития пищевой промышленности России» (ГОУ ОГУ, Оренбург, 2005); 4, 5, 6,7 Международных научно-практических конференциях (ВНИИМЖ 2004, 2005, 2006, 2007, 2008 гг.); Семинарах Оренбургского государственного аграрного университета (1999-2008 гг.); Теоретические исследования с технической реализацией результатов удостоены диплома лауреата премии администрации Оренбургской области в сфере науки и техники за 2005 год, сертификата Торгово-промышленной палаты г. Оренбурга, 2003 г., диплома ярмарки бизнес-ангелов и инноваторов «Российским инновациям - российский капитал», проходившей в г. Саранске 26-27 апреля 2006 г., диплома и бронзовой медали «YII Московского международного салона инноваций и инвестиций», Москва ВВЦ 2007 г.

Реализация результатов исследований

Разработанные принципиально новые технологии получения корма и очистки воды, варианты конструкций вибросмесильного оборудования внедрены в хозяйствах Оренбургской области, таких как муниципальном частном предприятии «Фермерстройсервис», ООО «Совхоз Никольский», Покровском с/х колледже, в ООО «Бородино-Оренбург».

Новые технические решения положены в основу конструкции вибросмесителя для перемешивания зернового сырья, включенной в план реализации 2005 г. «Оренбургского станкостроительного завода».

Рекомендации по проектированию конструктивно-геометрических элементов, обеспечивающих вибросмесильный процесс, внедрены Украинским гос. Центром испытания с\х техники. Научные рекомендации по режимному ведению процесса смешивания сыпучих кормовых смесей и проектированию конструктивно-геометрических элементов, обеспечивающих вибросмешивание (утв. Россельхозакадемией), а также учебное пособие «Биотехнологические аспекты производства влажных смесей» внедрены в учебный процесс технических специальностей аграрных вузов России и ближнего зарубежья при чтении лекций, проведении лабораторно-практических занятий, выполнении курсового и дипломного проектирования.

На защиту выносятся следующие положения:

> методология исследований, позволяющая разработать пути повышения эффективности получения однородной кормосмеси;

> концептуальные аспекты разработки технологий обработки кормовых компонентов, водоподготовки и новой вибросмесительной техники;

> математическая модель параметрического синтеза, позволяющая оказывать влияние на протекание технологического процесса и определять теоретическую концентрацию, как прогнозирование качества кормовой смеси разной влажности;

> новые способы и конструкции, обеспечивающие повышение качества приготавливаемых кормосмесей, надежности и снижение энергоемкости процесса смесеприготовления с оценкой качества кормосмесей разной влажности;

>программные продукты по управлению качественными характеристиками процесса вибросмешивания и определению комплекса показателей надежности смесителей.

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 54 научных и учебно-методических трудах (в том числе 2 монографиях, 13 статьях в рецензируемых научных изданиях, рекомендуемых ВАК, 3 препринтах, 2 научно-методических рекомендациях). Новизна технических решений защищена 17 патентами и 2 свидетельствами об официальной регистрации программы для ЭВМ РОСПАТЕНТа.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель, научная новизна и практическая ценность исследований, изложены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе - «Современное состояние проблемы производства однородной кормовой смеси» обобщен материал и дана оценка научным исследованиям в области приготовления кормосмесей, с анализом работ, посвященных водоподготовке, подготовке кормосоставляющих и их смешивания в аппаратах вибрационного действия с последующей оценкой качества смешивания, а также применяемого оборудования для смесеприготовления.

Установлено, что на качество кормосмеси влияют свойства компонентов, входящих в ее состав; влажность и заданная однородность конечного продукта; технологические режимы и оборудование, используемое для смесеприготовления.

Исследования показали, что кормокомпоненты имеют определенную влажность, в результате чего проведена классификация корма в зависимости от содержания влаги: сухие - до 14%; сухие рассыпные - 15…43%; влажные рассыпные - 44…57%; кашеобразные - 58 … 72%; супообразные - 73 … 79%.

Известно, что вода для животных используется не только как источник для питья, но и для доведения корма до необходимой консистенции, способствующей усвоению корма в их организме, о чем свидетельствуют работы Александрова С.Н., Прокопенко Е.В., Артюшина А.А. и др., и от ее качества зависит и качество животноводческой продукции. Под качеством воды понимают содержание минералов, прежде всего, сульфатов, концентрация которых не должна превышать 3000 мг на 1 кг, т.к. это может вызвать болезненные расстройства в организме. Если вода насыщена железом, то необходимо ограничивать в рационе животного дополнительное железо, т.к. оно связано с усвоением других микроэлементов, таких как Ca, Mg, Cu, Zn. Нормальным считается содержание железа - 5 мг на 1 кг. Комбикорма, как правило, уже содержат многие микроэлементы в необходимом количестве, поэтому для получения здорового потомства, экологически чистого мяса, необходимо воду для потребления животных подвергать очистке.

Современное кормопроизводство, обеспечивающее поступательное развитие животноводства, базируется на системных подходах к различным технологическим процессам и отдельным их операциям, важнейшей среди которых является смешивание многокомпонентных смесей.

Состояние проблемы производства однородной кормовой смеси, в частности проблема смешивания многокомпонентных смесей, во многом определена вкладом ученых Е.М. Клычева, Б.А. Комарова, В.В. Кафарова, Е.В. Алябьева, Ю.И. Макарова, А.М. Ластовцева, Ф.К. Новобранцева, В.И. Сыроватки, Е.А. Раскатовой, Г.М. Кукты, Ф. Стренка, З. Штербачека, П.И. Заики и других. Исследования, проведенные ими свидетельствуют, что наиболее целесообразным для производства кормосмеси малыми партиями, с часто меняющимся рецептурным составом, что характерно для фермерских хозяйств, является использование вибросмесителей, выбор и расчеты режимных параметров которого, как правило, проводят одновременно, что позволяет определить более экономичные и технически оправданные конструктивные решения и условия их эксплуатации. Повышение требований к условиям их работы и качеству продукции - это основные факторы, определившие необходимость в оценке надёжности техники. Вероятность возникновения хотя бы одного отказа вибросмесителя практически ведет к неработоспособному состоянию, а, следовательно, необходимы специальные меры, обеспечивающие их долговечность.

Использованием вибрации при смешивании компонентов корма как средством достижения однородности смеси близкой к заданной, занимались такие исследователи, как П.И. Леонтьев, Г.Е. Листопад, Н.Н. Мозгов, М.А. Талейсник, Н.Б. Урьев, И.Ф. Гончаревич, К.З. Фролов, И.Я. Федоренко, С.В. Евсеенков, П.Ф. Овчинников, И.И. Блехман, Р.Л. Зенков, А.П. Иванова и др. В результате анализа этих работ из всех моделей поведения сыпучей среды при вибрациях особое внимание было уделено сложным, комбинированным, поскольку ни одна из существующих отдельно взятых моделей изучаемого процесса, не дает представления о приоритетном влиянии отдельных компонент на ожидаемый результат.

Показателем качественного смешивания сыпучей смеси в работах Алешкина В.Р., Рощина П.М., Макарова А.М., Мельникова С.В., Г.М. Кукты, Воронцова И.И. и др. выступает критерий оценки качества смеси, позволяющий сравнивать теоретически совершенное смешивание с достигнутым. Однако, проанализировав эти критерии, оказалось, что каждый из них имеет свои недостатки. В решении вопросов получения качественного смешивания сыпучей смеси немаловажное значение занимают способы оценки качества кормосмеси. Несмотря на огромное количество существующих методов, большинство из них не могут претендовать на объективность сравнения при одновременной простоте проведения. При этом нельзя игнорировать влажность компонентов, оказывающую влияние на выбор способа контроля качества готовой смеси, позволяющего не нарушать сформированную целостность продукта.

Многообразие требований, предъявляемых к созданию кормосмеси, повышающей продуктивность животных и приводящих к снижению затрат корма на единицу продукции может быть достигнут совершенствованием процессов подготовки кормов к скармливанию и соответствующим контролем качества готовых кормосмесей. При этом необходимо для получения экологически чистой продукции рассматривать процесс водоподготовки как составную часть смесеприготовления, а для повышения пищевой ценности кормосмеси использовать вторичные сырьевые ресурсы перерабатывающей промышленности. Комплексный подход к рассматриваемой проблеме позволяет не только обеспечить данный процесс многофункциональной, мобильной, экономически доступной для фермеров, простой в эксплуатации конструктивной базой, но и гарантировать надежность работы технической системы, прогнозирующей ожидаемую вероятность безотказной работы.

Во второй главе - «Теоретическое обоснование технологических процессов и конструктивной базы смесеприготовления» приводится методология формирования показателей качества технологического объекта.

Специфика сферы приготовления кормов позволяет рассматривать формализованные взаимосвязи процесса, протекающего в рабочем пространстве оборудования, с особенностями поведения сырья и его свойствами, а также качественный выход продукта, представленный однородностью смеси.

Методологическая база является фундаментом для многоступенчатой и многозвенной структуры, которая включает в себя (рис. 1) создание универсального мобильного многофункционального оборудования, исследование технологического процесса по режимам на базе особенностей движения приготавливаемой массы в рабочем пространстве аппарата, учет максимально возможного разнообразия свойств компонентов составляющих смесь, исследование качественных показателей конечного продукта, а именно, полученной кормосмеси.

Использование такой методологии позволяет создать иерархическую структуру системы исследований, включающую отдельные подсистемы, взаимоувязанные через внутренние характеристики системы (ВХС), в качестве которых выбирают показатели (функции или характеристику), подводящие их, как бы к общему знаменателю.

В основе создания однородной кормовой смеси лежит системный подход, предложенный Л.П. Карташовым и В.Ю. Полищуком. Как результат была представлена сложная, многоуровневая система, которая в свою очередь подразделена на подсистемы, а подсистемы на множество элементов. Такое деление ограничено целями исследования, а, следовательно, логической завершенностью.

Создание однородной кормовой смеси разной влажности включает в себя несколько технологических подходов, а именно, подготовка кормовых компонентов, водоподготовка и смешивание, с последующим контролем качества готового продукта. Таким образом, рассматривая технологический процесс приготовления однородной кормовой смеси, как единую целую систему, при исследовании были выявлены входные и выходные потоки, а также неуправляемые возмущающие воздействия, что отражено на рисунке 2.

Комплекс параметров эффекта, сформированный в результате суммарного взаимодействия многопараметрической системы, характеризует масштаб процесса, энергоемкость, материальные затраты, надежность технической системы и качество готовой продукции.

Подсистема смешивания кормовых компонентов (СКК) непосредственно влияет на конечный продукт, т.е. на качество кормовой смеси, поэтому в основе моделирования лежат концепции, связанные с физической сущностью природы процесса получения однородной кормовой смеси, а именно предположение идеального распределения компонентов в общей массе, приобретающее смысловое значение при использовании принудительной гомогенизации. Следует отметить отсутствие достаточно четких представлений о сложных физических процессах вибросмешивания, что приводит к формированию приближенных динамических, т.е. зависящих от времени, моделей смесительных систем.

Обеспечение заданной степени однородности может быть рассчитано на основе концентрации ключевого компонента, для чего из многокомпонентной системы выделяется один компонент, называемый ключевым, его концентрация в смеси (с) может определяться использованием известных уравнений диффузии в гидродинамике. В тоже время, следует отметить, что сыпучая среда, так же как твердое тело, может подвергаться сдвигу под воздействием внешних нагрузок, в связи, с чем появляется возможность использования в математической интерпретации процесса, сдвиговых составляющих.

Применение предлагаемых подходов, позволяет осуществить вывод аналитически прогнозируемой концентрации смеси с учетом ее влажности.

(1)

где i - плотность диффузионного потока; - масса одного из веществ смеси в единице объема; - полная плотность смеси; t - время, - скорость единицы массы смеси.

Используя простые преобразования, получаем уравнение, определяющее распределение концентрации в смеси:

(2)

При этом членом можно пренебречь, т.к. он не является действующим на систему параметром.

Введя граничные условия для распределения ключевого компонента, и проведя преобразования, получаем теоретическую концентрацию смеси:

, (3)

где М - полное количество распределенного вещества в произвольный момент времени, кг.

Проблема определения качественных показателей заключается в том, что исследуемый процесс рассматривается в нескольких влажностных диапазонах. Выведенная таким образом теоретическая концентрация позволяет прогнозировать однородность кормосмеси с влажностью до 57%.

Качество сухих кормосмесей влажностью до 14% может быть выражено таким статистическим показателем, как степень однородности - М%.

Качество кашеобразных и супообразных кормосмесей, может быть определено через концентрацию ключевого компонента С, выраженную из формулы удельного объема, который рассчитывается как

.

, (4)

где: V - объем вещества, m - масса вещества.

При этом V = числа частиц веществ, одно из которых является ключевым компонентом, в 1г. смеси, эти числа удовлетворяют соотношению, где: - массы частиц обоих веществ, кг; m1 n1, m2 n 2 - это с (концентрация).

Выразим и через концентрацию, если , то . Проведя преобразования, получим:

. (5)

Методика прогнозирования качества, при использовании математического аппарата, дает возможность получить кормосмесь необходимого качества с учетом задаваемых режимов процесса, физико-механических, реологических свойств компонентов и конструктивных особенностей оборудования. При этом основной концепцией этой методики является расчет вибрационного импульса, передающегося от развитой виброактивной поверхности смешиваемым компонентам разной влажности, свойства которых нельзя не учитывать.

Так, например, определение вибрационного импульса для смесей сухих рассыпных, основано на его расчете по формуле:

, (6)

, (7)

Подставив все значения параметров, формула для определения вибрационного импульса будет выглядеть следующим образом:

, (8)

Учитывая характеристики исследуемого материала, а именно вязкость и сопротивление сдвигу и используя метод размерностей, можно записать:

, (9)

Теоретический подход к определению качественных характеристик процесса смешивания кормокомпонентов разной влажности отражен в таблице 1.

Прогнозировать результаты комплекса технических и технологических подходов получения однородной кормовой смеси разной влажности, как единого целого, можно, если разработана вариативная модель процесса, базирующаяся на многофункциональной системе взаимоувязанных разноплановых параметров. Наиболее целесообразна многопараметрическая вариативная модель процесса смесеприготовления (см. рисунок 3), в основе которой лежит вероятностная модель процесса смешивания, разработанная Ивановой А.П. Предложенная модель имеет вариативные решения, которые позволяют научно прогнозировать результаты. К выходному комплексу эффективности исследуемого процесса можно отнести, качество приготавливаемой продукции, выраженное через степень однородности или концентрацию.

Таблица 1. Теоретический подход к определению характеристик процесса смешивания кормокомпонентов разной влажности

N - мощность, расходуемая на смешивание компонентов, кВт; SV - параметр виброактивности, м; е - энергия единицы массы, Дж/кг; Кж - коэффициент жесткости, определяемый как ; А - амплитуда колебаний корпуса смесителя, м; - площадь виброактивной поверхности, м2; - эквивалентный диаметр частиц, м; Ж - жесткость смеси, с.; П - подвижность смеси, м; ф - сопротивление сдвигу, t - продолжительность цикла смешивания, с; Кз - коэффициент загрузки вибросмесительной камеры, коэффициент подвижности смеси.

Использование параметрических подсистем, охватывающих водоподготовку, подготовку кормокомпонентов, смешивание с контролем качества полученной смеси, при этом, учитывая конструктивно-технологическую область, реологические, физико-механические особенности смешиваемых материалов, режимные характеристики процесса, а также вариативное сочетание этих звеньев позволяет получать разнообразные решения, удовлетворяющие той или иной поставленной задаче.

Для рассматриваемого процесса поясним наиболее значимые параметрические составляющие, которые входят в подсистемы.

X1 X2 X3 Xn - параметры состояния воды начальные (степень загрязнения, состав, температура и т.д.); X1* X2* X3* Xn* - параметры состояния кормокомпонентов начальные (физико-механические, реологические, химико-биологические свойства); ФКВ - блок формирования качества воды; ФКК - блок формирования качества кормокомпонентов; ПВ и ПК - оптимальные параметры соответственно водоподготовки и кормоподготовки; ПВ+, ПВ- и ПК+,ПК- - отклонения от оптимального значения соответственно ПВ и ПК; f1, f2 f3 fn - параметры состояния воды после очистки; f1*, f2*, f3*, fn* - параметры состояния кормокомпонентов после подготовки; F и F1 - состояние соответственно воды и кормокомпонентов к началу смешивания; СК - параметры смешивания кормокомпонентов; K+++, K++ -, K+ - - - модельный ряд смесителей (с наилучшими, средними и наихудшими параметрами для данных компонентов); Р+++, Р++-, Р+- - - режимы ведения процесса (Р+++ оптимальный, Р++-, Р+- - - отклонения от оптимального); НЭЗ, СЭЗ, ВЭЗ - соответственно низкие, средние и высокие энергозатраты; ВО, СО, НО - высокая, средняя и низкая однородность приготавливаемой смеси; imax, iср, imin - внутренняя характеристика подсистемы смешивания (вибрационный импульс), дающая соответственно оптимальный, средний и неудовлетворительный выход качественно-энергетических показателей; СХ, СР, ВР, КШ, СП - соответственно параметры сухих, сухих рассыпных, влажных рассыпных, кашеобразных и супообразных кормосмесей, КК - блок контроля качества кормосмеси; С и М - соответственно концентрация и однородность кормосмеси; С+, С- и М+, М- - соответственно отклонения от заданной концентрации и однородности; КС - полученная кормосмесь; Z1, Z2, Z3, Zn - требуемые показатели качества кормосмеси; ? Z - множество допустимых значений отклонений от заданного качества кормосмеси.

При рассогласовании показателей качества полученной кормосмеси КС с требуемыми показателями Z1, Z2, Z3, Zn, блоки формирования качества воды ФКВ и кормокомпонентов ФКК компенсируют это путем регулирования соответствующих начальных параметров X1 X2 X3 Xn и X1* X2* X3* Xn*. При этом если показатели качества готовой кормосмеси КС попадают в множество допустимых значений отклонений от заданного ? Z, которое формируется в зависимости от целей, технических и технологических возможностей хозяйства, то можно говорить о положительных выходных результатах.

Третья глава «Разработка технологий и оборудования для качественной подготовки и обработки кормовых компонентов».

Анализируя труды Дудкина М.С., Щелкунова Л.Ф., Залашко М.В., Касперовича В.Л., Мануйловой Т.А., Девличаровой А.Н. и др. можно говорить о проблеме рационального использования вторичных сырьевых ресурсов, позволяющих повысить пищевую ценность продукта, с разработкой высокоэффективной технологии. С этой точки зрения целесообразно рассматривать вторичные сырьевые ресурсы молочной и зерноперерабатывающей промышленности.

Установлено, что в своем естественном состоянии большинство отходов не совместимы с технологиями традиционных комбикормовых производств по причине своих физико-механических свойств (жидкие, вязкие и пр.), и характеризуются низкой кормовой ценностью.

Исходя из выше изложенного, подсистему подготовки кормовых компонентов расчленили на три составляющих, рисунок 4: физико-механические свойства компонентов, представленные их эквивалентным диаметром dэ, насыпной плотностью сн и влажностью W; реологические свойства компонентов, представленные вязкостью з и усилием сдвига ф; химико-биологические свойства компонентов, представленные их гидрофильностью, перевариваемостью и питательностью.

Базой для методики обработки составляющих кормосмеси явился разработанный способ обработки пшеничных отрубей на корм (патент №2269902), который проводили по схеме, приведенной на рисунке 5.

Для осуществления созданного способа предложены два варианта машинно-аппаратурной схемы, которые для смешивания увлажненных пшеничных отрубей, соды пищевой и соли поваренной предусматривают использование разработанного вибрационного смесителя по патенту №2208473, корпус которого выполнен в виде призматоида, а рабочий орган представляет собой пятиугольную правильную звездчатую пирамиду.

Технологическая схема обработки пшеничных отрубей на корм по патенту №2269902 предусматривает операцию смешивания дважды.

Первое смешивание проводим, когда соединяем пшеничные отруби и сыворотку, а второе - когда к увлажненным отрубям добавляем соль и соду.

При этом компоновка технологической линии одним вибросмесителем (рисунок 6) предполагает проведение смешивания, увлажнения, отлежки и повторного смешивания в одном аппарате. Однако, в зависимости от уровня обеспечения фермерских хозяйств, может быть осуществлена сквозная компоновка технологической линии обработки пшеничных отрубей на корм, где полный цикл изготовления и обработки продукта проводится с непрерывным переходом обрабатываемого сырья от одной технологической операции к другой. В этом случае устанавливают два вибросмесителя.

Анализ полученных экспериментальных данных позволил установить оптимальный режим экструзии: влажность исходного образца 18-20% без добавок, влажность исходных образцов с добавками NaCl и NaHCO3 - 20-30%, величина добавок NaCl - 2-3% и NaHCO3 в количестве 1-2% от массы исходного образца, температура на выходе из экструдера 1500С, давление -5-6 мПа.

Оценку питательности и продуктивности действия экструдированного продукта проводили на молодняке крупного рогатого скота путем индивидуального взвешивания в начале и конце исследования. Характеристика роста подопытных животных показала эффективность данного способа, т.к. прирост живой массы по I опытной группе составил 95,0 кг, что на 23% превышает показатель по II опытной группе, и на 13,7% выше уровня контрольной группы.

Для доведения корма до необходимой консистенции нами предлагается проводить водоподготовку, основанную на кавитации и криогенных технологиях.

Именно комбинированные способы очистки воды дают наилучший результат, поскольку позволяют удалять примеси разного характера. Результатом наших исследований явилась разработка комбинированного способа очистки воды, включающего замораживание и оттаивание, причем замораживание сначала проводят до перехода 4-5% (масс.) воды в твердую фазу, которую удаляют, а оставшуюся часть воды замораживают, подвергая гидродинамической кавитации, до полного перехода в твердую фазу. Затем центральную часть воды удаляют в количестве 4-5% (масс).

Подсистема водоподготовки (ВП), заключающаяся в температурной и кавитационной обработке воды, содержащей большое количество органических соединений, нами расчленена на такие элементы, как режимные, включающие температуру замораживания tз и оттаивания tотт, длину волны ультразвука л, и конструктивные, включающие объем рабочей камеры Vрк, толщину фильтрующего материала hф, объем электродных камер Vэк, объем загрузки Vз установки для очистки.

При использовании кавитации в воде в местах неоднородности среды происходят разрывы сплошности потока с образованием парогазовых пузырьков. В местах их схлопывания и в микроокрестностях этих точек возникают экстремальные параметры: высокая температура и, прежде всего, высокое давление. В результате вблизи точек схлопывания полностью уничтожается патогенная микрофлора, даже такие споры грибов, как Aspergiliuss niger, которые вообще не уничтожается ни ультрафиолетом, ни озоном. Использование кавитации также способствует перемещению примесей с более низкой температурой замерзания, чем чистой воды, в центральную часть объема. Поэтому удаление замороженной воды из центральной части обеспечивает удаление вместе с ней и всех вредных примесей.

Для усиления процесса разрушения комплексов в электродную камеру может быть помещен барботер, через который подается сжатый воздух. Причем его включают одновременно с источником кавитационного поля и выключают, после того как вода начнет переходить в твердую фазу.

Так как температура и скорость замораживания воды значительно превышают повышение температуры, происходящее в результате кавитации, то источник кавитационного поля остается включенным до того, как вода полностью перейдет в твердую фазу (лед), после чего замораживание прекращают. Затем удаляют центральную часть замороженной воды с примесями в количестве 4-5% (масс.).

Лабораторное устройство для очистки воды