Впровадження технології експандування при виробництві кормів

3. Технологічні розрахунки впровадження нової технології

3.1 Пояснення заміни обладнання

Серед головних причин скорочення поголів'я тварин є збитковість галузі і підвищення ціни на кормові засоби, незбалансованість раціонів.

Найбільша ефективність використання кормів досягається при згодовуванні їх у вигляді повноцінних кормових сумішей, збалансованих по елементам живлення, вітамінам, мікроелементам, антибіотикам, біостимуляторам, оскільки повного такого набору немає ні в одому виді корму. Отримуванні в кормоцехах суміші повинні суворо відповідати заданій науково обгрунтованій рецептурі раціону для певної групи тварин. Для цього потрібно провести правильний розрахунок складу обладнання кормоцеху, проводити модернізації обладнання, для виконання певної технології приготування кормосумішей, впроваджувати нові технології у виробництво.

За кордоном вже давно уділяють потрібну увагу виготовленню кормової продукції для жуйних любого віку. Одним із найбільш ефективних і часто використовуваних технологічних прийомів є тепловий обробіток.

Найбільш поширеним і перспективнішим способом теплового обробітку є експандування. В цьому випадку зернову сировину зволожують пропарюванням або додатковими рідкими компонентами (олії, жири, меляса та ін.) і подають в експандер де в шнековому робочому органі продукт розігрівається, ущільнюється і випресовується. Оскільки для проходження процесу експандування потрібна сировина з вологістю до 30%, нами пропонується до складу зернової сировини включити зелені корма, зокрема люцерну (вологістю близько 65-70%) , це дозволить зменшити затрати на зволоження зернової сировини і підвищити поживність концентрованого корму.

В господарстві існує наступна технологія приготування кормосумішей для годування великої рогатої худоби. В кормоцех привозять коренеплоди, грубі корма, концентровані корма і зелену масу, рисунок 3.1. Коренеплоди із транспортних засобів завантажуються в приймальні бункера. Потім вони поступають в мийку-подрібнювач ИКМ-5, де очищуються, миються, подрібнюються до заданих розмірів і спрямовуються в дозатор соковитих кормів ДС-15. Фуражне зерно подається у норію НЦГ-10, з якої поступає у бункер-накопичувач БСК-10. Із бункера-накопичувача суміш поступає у баранний дозатор, далі вона проходить через магнітну колонку і поступає у дробарку КДУ-2. Грубі корма із транспортних засобів подаються в живильник-завантажувач ПМЗ-1,5 з якого подається в подрібнювач ИГК-30, потім подрібнена маса поступає в бункер-дозатор 5ДК-200. Зелена маса поступає в бункер-накопичувач, з якого подається в подрібнювач «Волгарь-5», а після в бункер-дозатор для зеленої маси 5ДК-500. Всі компоненти, в певній кількості, направляються у змішувач 2СМ-1М, а далі у вивантажувальний транспортер ТС-40М, з якого подається в кормороздавач КТУ-10А.

За новою технологією рисунок 3.2, головні компоненти залишаються без змін. Головною відмінністю у новій технології є заміна дробарки КДУ-2, експантрудером на базі КМЗ-2М. Це дозволить підвищити якість і поживність кормів, а також зменшити витрати кормів на відгодівлю.

Фуражне зерно подається у норію НЦГ-10, з якої поступає у бункер-накопичувач. Із накопичувача суміш поступає у баранний дозатор ДП-1, далі вона проходить через магнітну колонку і поступає до змішувача експантрудера. Частина подрібненої зеленої маси (розміром 8-10 мм) відбирається із бункера-дозатора 5ДК-500 і поступає у змішувач експантрудера. А головна частина зеленої маси поступає у змішувач 2СМ-1М.

За рахунок внесення зеленої маси вологість якої 60-70% зволожується фуражне зерно, яке має вологість приблизно 14%, що дозволяє проходженню процесу експандування. Зазначимо що тільки частина зеленої маси поступає на експандування.

Перевагами даного способу виробництва кормів являється:

- підвищення якості і засвоюваності кормів на 20-25%;

- знешкодження шкідливих для живлення компонентів;

- тепловий обробіток білка при температурі 80-120 оС призводе до зниження рівня його розчинності без погіршення перетравності. Білки люцерни представлені головним чином, альбумінами і глобулінами 60-75%, які швидко розчіплюються, і тому мають низьку зоотехнічну ефективність. Після експандування кормів розчеплення білку знижується майже в два рази.

- висока якість розподілу компонентів в експандаті;

- здійснення одночасно з експандуванням додаткового подрібнення зернових і трав'яної різки;

- уникнення додаткових затрат на дозволожування корму.

Дана технологія є досить ефективною і може використовуватися в комбікормовому виробництві.

3.2 Розрахунок кількості сировини яка оброблятиметься в експантрудері

На нашій фермі 294 голови ВРХ. Які містять в собі: корови, нетелі, тілки старше 1 року, тілки від 6 місяців до 1 року, телята до 6 місяців. Структуру поголів'я заносимо в таблицю 3.1

Таблиця 3.1 Структура поголів'я

При розрахунку потреби в кормах в основу розрахунків покладені рекомендовані зоотехнічною наукою кормові норми, які уточнюються в кожному господарстві в залежності від наявності угідь, структури поголів'я і особливо нормових угідь, сівооборотів, продуктивності тварин, їх живої маси, тощо. Добові витрати корму для ВРХ Ро, кг розраховуємо для кожного виду корму по формулі:

(3.1)

де , і т.д. - добові норми видачі корму на одну тварину для різних груп, кг;

, і т.д. - поголів'я тварин в групах, гол.

Таблиця 3.2 Раціон для дорощування і відгодівлі ВРХ, кг/гол на добу.

Дерть зернобобова

=147*3,6+23*1,0+29*1,0+17*1,0+78*0,5=637,2 кг

Зелена маса

=147*20,0+23*19,0+29*17,0+17*11,0+78*4,0=4369 кг

Річні потреби корму розраховують за формулою:

(3.2)

де - добові витрати корму;

- період годівлі (365 днів);

к - коефіцієнт, який враховує псування кормів при зберіганні.

Дерть зернобобова:

= 637,2*365*1,01=234,9 тон;

Зелена маса :

= 4369*365*1,03=1642,5 тон;

Оскілки потреба в зеленому кормі для експандування складає 36% від маси зернової сировини, тому експандуванню підаватиметься 84,6 тон зеленої маси.

Отже для задоволення власних потреб потрібно обробляти в експандрутері 319,4 тони сировини.

За добу в експантрудері потрібно обробляти наступну кількість сировини:

(3.3)

де - річна кількість оброблювальних кормів, тон;

- кількість робочих днів по літньому раціону;

- кількість змін, за сутки.

= 319,4/(265*1) = 1,2 тони

4. Формування математичної моделі процесу експандуювання корму

4.1 Теоретичне обґрунтування пропонованої розробки

Експандування - це термомеханічний обробіток, що дозволяє отримувати структурований корм, що має переваги перед екструдуванням в добавці великого проценту рідини (олії, жиру, меляси) і у використанні більш дешевшої і складної сировини, удільна енергомісткість процесу експандування в 4-6 рази менша ніж екструдування. Особливе значення в роботі експандера має головка, яка сумісно із зовнішнім підводом теплоти і дією гвинтової поверхні на кормову сировину формує температурний режим і тиск в робочому просторі.

Експандування забезпечує слідуючі переваги: увід великої кількості рідких компонентів - олії, жиру,меляси та ін.; знешкодження шкідливих для живлення компонентів; покращення якості і засвоюваності кормів; більш високу продуктивність пресу, кращу якість продукту; використання більш дешевої і складної для пресування сировини; кращу збереженість вітамінного складу; менші енергозатрати в порівнянні із традиційним обробітком на пресах.

Процес ущільнення корму в експандері можна розділити на чотири зони (Рисунок4.1):

1-а - перемішування, переміщення кормової суміші вздовж шнека та початку ущільнення;

2-а - наростання тиску, пресування і руйнування часток;

3-я - подальше підвищення тиску, температури і переходу корми в вязкопластичний стан;

4-а - продавлювання маси через отвори вихідний головки машини.

Рисунок 4.1 Зони ущільнення корму в експандері і зміна фізичних властивостей реологічні сировини при русі в робочому органі

Розглянемо режим роботи установки без пружини на вихідний голівці. Внутрішній радіус на початку каналу rk і довжина кільцевого каналу головки експандера Lk змінюються при переміщенні конуса. Хай при закритому вихід довжина Lk дорівнює Lko (може бути Lko = 0) (Рисунок 4.2).

Рисунок 4.2. Початкове положення головки експандера: 1 - корпус експандера; 2 - запірний конус головки експандера.

При цьому rkо = Rk. Зовнішній радіус на початку каналу Rk при переміщенні конуса не змінюється, Rk = const. Перемістивши конус на відстань Дx вправо (Рисунок 4.3).

Рисунок 4.3. Робоче положення головки експандера: 1 - корпус експандера; 2 - запірний конус головки експандера.

Тоді rk = Rk - Дx • tgб і Lk = Lkо + Дx • cosб. Наприклад, при б = 60о буде

rk = Rk - Дx, Lk = Lkо + Дx / 2, де Дx - осьовий переміщення конуса.

Пропускна здатність вихідний головки експандера, кг / с:

(4.1)

де Lk - довжина кільцевого каналу, м;

Rk, rk - зовнішній і внутрішні радіуси на початку каналу, м;

б - кут між утворюючої регулюючого конуса і його висотою;

РIII - щільність суміші в кінці 3-ї зони, кг/м3;

m - кількість каналів головки експандера;

PIII - максимально можливий тиск оброблюваної суміші на останньому витку шнека наприкінці 3-ї зони, Па;

з - динамічна в'язкість суміші в 3-й зоні, Па * с.

З рівняння (1) визначають залежність основного регульованого конструктивного параметра експандера - ширини кільцевого каналу (Rk- ? rk) від тиску PIII при Rk = const.

Важливий параметр, що задається в залежності від необхідної якостіі виду оброблюваного корми - тиск суміші PIII наприкінці 3-ї зони, максимально по всій довжині шнека. Воно залежить від ширини кільцевого вихідного каналу.

При повністю закритих отворах вихідний головки тиск суміші PIII наприкінці 3-ї зони буде максимально, і, з припущенням, що тиск між 1-й і 2-й зонами практично відсутня, визначається за формулою (Рисунок 4.1), Па:

(4.2)

де zII, zIII - число витків шнека в 2-й і 3-й зонах;

D, d - зовнішній і внутрішні діаметри шнека, м;

щ - частота обертання шнека, с-1;

Формула (4.1) може бути записана у вигляді, кг / с:

(4.3)

де Р - тиск (середній тиск понад атмосферного (РIII - PАТМ) / 2), Па;

с - щільність суміші, кг / м 3;

о - геометричний параметр (залежить від Rk, rk, Lk, б, m).

При заданих Rk, Lkо, б - можна табульованою залежністю о (Дx) і зобразити цю залежність графічно. При Дx = 0 буде оо = 0 (тому що Rk = rk).

При rk = 0, . При Дx> Rk * cosб / tg б формула для QЕКСП. буде іншою.

Продуктивність шнека наприкінці 3-ї зони, кг / с:

 (4.4)

де hIII - крок витків шнека в 3-й зоні, м;

е - товщина витка шнека, м;

еIII - коефіцієнт осьового переміщення суміші останнім витком шнека в

3-й зоні, обумовлений провертання маси відносного нього.

Умова неперервності потоків матеріалу, що забезпечує стійку роботу експандера, визначається рівністю пропускної здатності вихідний головки (3) і продуктивності шнека (4):

(4.5)

Звідси можна знайти е - коефіцієнт переміщення продукту. При закритому вихід QЕКСП. = 0, значить QШН. = 0 та е = 0, тобто продукт не рухається.

Для розрахунку продуктивності шнека більш результативною є формула, де враховані коефіцієнти форми для противопотоку та середньої в'язкості в потоці, кг / с:

(4.6)

де D - зовнішній діаметр шнека, м;

h - глибина витка, м; w - ширина витка (через крок S, w = S cos (и)), м;

д - зазор між краєм витка і поверхнею шнека, м;

и = arctg S / р (D-2д) - кут нахилу нитки витка, рад.;

n - показник степеневого закону в рівнянні течії ненютоновської рідини (матеріалу), наприклад, для не подрібненого насіння ріпаку,

n = 0,1298;

мс - в'язкість ненютоновської рідини , (Па • с);

Р - тиск, Па;

Х - відстань уздовж шнекового каналу, м;

fd = 1 - (0,487 n2 - 0.948n + 0.972) h / w - коефіцієнт форми вимушеного потоку;

fps = 1 - (0,949 n2 - 1,87 n + 1,59) h / w - коефіцієнт форми для противипотоку, викликаного опором вихідного пристрою; fpd -

коригуючий коефіцієнт для середньої в'язкості в потоці (fpd = 0,98).

Градієнт тиску вздовж осі шнека можна приблизно замінити на . Формулу (4.6) можна написати у вигляді, кг / с:

(4.7)

де, ;

величини, що залежать від геометричних па розмірів шнека. Параметри A і В приблизно постійні для даного шнека;

L - довжина шнека, м.

Рівняння (5) можна записати у вигляді:

(4.8)

Це рівняння дозволяє розрахувати робочі характеристики (тиск, число обертів і продуктивність експандера). Величини с і з вважаємо наближено постійними, тоді рівняння (3) набуде вигляду, кг / с:

(4.9)

де о '= о • с / з;.

На підставі геометричних перетворень продуктивність експериментального експандера може бути представлена виразом, кг / с:

(4.10)

де л - деформація при незмінному зазорі, м;

Дx - переміщення головки експандера, м;

С - коефіцієнт жорсткості пружини, Па;

Fеф. - Ефективна площа поперечного перерізу, м2.

Пружина в роботі експандера виконує демпфіруючу роль. Вона підтримує необхідний тиск у вихідний камері і виключає появу різких стрибків тиску, викликаних випадковими зовнішніми чинниками.

Час обробки суміші при експандуванні корму визначається за виразом, за формулою:

(4.11)

де фвых - час проходження суміші через головку, с;

- усереднений коефіцієнт осьового переміщення суміші у 2-й і 3-й зонах.

Час проходження суміші через головку, з:

(4.12)

На нагрівання оброблюваної суміші до необхідної температури tk наприкінці 3-ї зони витрачається, Дж:

(4.13)

де mМ - маса суміші в машині при сталому режимі роботи, кг;

см - теплоємність маси при постійному тиску, Дж / (кг * оС);

tн, tk - початкова і кінцева температура суміші, оС.

Маса суміші в машині при сталому режимі роботи, кг:

(4.14)

Тепловтрати від нагрівання корпусу машини і навколишнього повітря, Дж:

(4.15)

де kтп = 1 / (1/бм + д / л 1 / бв) - коефіцієнт теплопередачі, Дж / (м2 * с * оС);

бм, бв - коефіцієнт теплопередачі оброблюваної суміші до корпуса установки і від нього в навколишнє середовище, Дж / (м2 * с * оС);

д - товщина стінки корпусу, м;

л - коефіцієнт теплопровідності корпусу, Дж / (м2 * с * оС);

tMср = (tн. - tк.) / 2 - середня (по довжині робочої камери) температура оброблюваної суміші, оС;

tв - температура навколишнього повітря, оС;

Fкн. - площа зовнішньої поверхні циліндричного корпусу, м2.

Загальна споживана енергія, Дж:

 (4.16)

де = (0,7 ... 0,85) - енергії, що витрачається на стиснення суміші, Дж;

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8