Технологические исследования процесса Приготовления диспергированных кормовых смесей на основе плющеной кукурузы

  • Главная / 
  • Новости / 
  • Технологические исследования процесса Приготовления диспергированных кормовых смесей на основе плющеной кукурузы

Статья посвящена подготовке плющеного зерна кукурузы к скармливанию в условиях крупных свиноводческих комплексов. Обозначены проблемы при использовании плющеного зерна и пути их решения. Раскрыта физика процесса диспергирования кормов. Представлена технология приготовления кормов с внедрением линии диспергирования. Приведены качественные сравнительные характеристики диспергированных кормов. Определен экономический эффект предлагаемой технологии.

Стратегической задачей в развитии животноводства явля­ется увеличение объемов производства и заготовок молока, мяса и другой продукции на основе повышения продуктивности животных и снижения себестоимости.

Анализ состояния отрасли показывает, что темп интенсификации производ­ства животноводческой продукции сдерживается рядом причин как объективного, так и субъективного характера. Особенно в тяжелом экономиче­ском положении оказалось промышленное  животноводство. Производ­ство говядины, свинины и мяса птицы на комплексах и птицефабри­ках во многих случаях стало убыточным.

В связи с вышесказанным, первостепенной задачей для сельскохозяйственных предпри­ятий является снижение себестоимости и энергоемкости животноводче­ской продукции.

Затраты на производство кормов составляют до 70% от общей себестоимости животноводческой продукции. Это объясняется тем, что большинство сельскохозяйственных предприятий не имеют возможности производить высококачественные корма из зернового сырья собственного производства и вынуждены приобретать дорогостоящие комбикорма у специализированных предприятий. Решением данной проблемы является организа­ция хранения и переработки зернофуража непосредственно в сельскохозяйственных предприятиях. Для данных целей, энерго- и ресурсосбе­регающая технология консервирования влажного плющеного зерна является весьма привлекательной.

Технология плющения позволяет производить консервирование зерна с влажностью 25–40% с удельным расходом электроэнергии 3,5…5,8 кВт∙ч/т, при этом полностью исключаются затраты топлива и электрической энергии на сушку, которая является необходимой при хранении фуража традиционным методом. Каждая тонна зерна, законсервированная по технологии плющения, экономит до 18 кг дизельного топлива или до 26 м3 природного газа.Плющеное зерно хорошо вписывается в технологию кормления крупного рогатого скота, однако его применение для кормления свиней имеет ряд трудностей.

По зоотехническим требованиям, применительно к кормлению свиней, частицы корма должны иметь размер не более 1 мм. В ходе гранулометрического исследования исходного сырья нами установлено, что только 7,2% плющеной кукурузы удовлетворяет вышеуказанным требованиям, а следовательно необходима ее дополнительная обработка (измельчение) перед скармливанием.

В свою очередь, плющеное зерно имеет высокую влажность 30–35%, что делает невозможным его измельчение традиционными методами с использованием молотковых дробилок или центробежно-роторных измельчителей, для которых максимальная влажность измельчаемого сырья не превышает 17-22%.

Еще одной проблемой, сдерживающей применение плющеной кукурузы для кормления свиней, является повышенное содержание в ней патогенной микрофлоры и микотоксинов, возникающее при неблагоприятных условиях консервирования и хранения (неоптимальная влажность зерна, атмосферные осадки, доступ кислорода к плющеному зерну при его хранении, повреждение укрывающих материалов и т.п.). Наличие в кормах патогенов, микотоксинов и антипитательных веществ отрицательно сказываются на продуктивности и здоровье животных, в следствие чего корма обязаны подвергаться углубленной обработке перед скармливанием.

Кормление животных кормами низкого качества не позволяет в полной мере использовать генетический потенциал продуктивности свиней-гибридов по среднесуточному привесу на откорме 800…900 г. В настоящее время свиноводческие предприятия получают среднесуточные привесы в 500…550 г, что составляет 60–70% от потенциально возможных.

В связи с вышесказанным, зерно подвергают углубленной обработке различными методами: биологическими, химическими, физическими.

Недостатками биологических и химических методов углубленной обработки зерна являются: необходимость предварительной подготовки сырья, сложность технологического процесса, узкая направленность обработки, высокая стоимость применяемых биологических и химических веществ.

Физические методы углубленной обработки зерна (экструдирование, экспандирование, термодекстринизация, микронизация, обработка энергией СВЧ) применяются на крупных комбикормовых предприятиях, однако высокие стоимость оборудования и удельный расход энергии (90–200 кВт∙ч/т) ограничивают применение данных методов в сельскохозяйственных предприятиях. Жесткие требования технологий к исходному сырью, в частности по влажности, не позволяют использовать их при производстве качественных кормов из влажного зерна, законсервированного по технологии плющения.

Основные сравнительные характеристики технологий углубленной обработки зерна, такие как удельная энергоемкость и степень декстринизации крахмала приведены в табл. 1.

Таблица 1. Сравнительная характеристика технологий углубленной обработки зерна

Технология обработки

Обрабатываемые продукты

Удельная энергоемкость, кВт∙ч/т

Степень декст-ринизации, %

Экструдирование

зерно

зерносмесь

120 – 155

58 – 80

Экспандирование

зерно

зерносмесь

100 – 150

35 – 40

Варка под давлением

зерно

10 кВт∙ч/т + 250-300 кг/т пара

до 85

Микронизация

зерно

150 – 200

35 – 45,5

Обработка СВЧ-полем

зерно

120 – 240

50 – 75

Термодекстринизация

зерно

90 – 140

35 – 80

Анализируя технологии углубленной обработки зернового сырья, можно выделить основные факторы воздействующие на зерновой материал, такие как высокая температура, давление, воздействие энергетических полей – все они, в большей или меньшей степени, обеспечивают биохимические преобразования, инактивацию антипитательных веществ и обеззараживание корма. Следовательно, направленное воздействие данных факторов методом, отличным от известных методов обработки зерна и лишенным их недостатков, позволит решить проблему глубокой обработки кормов.

Для решения данной задачи предлагается использовать процесс диспергирования кормовых смесей в кавитационном роторном измельчителе-диспергаторе. В процессе диспергирования кормов происходит измельчение компонентов кормовой смеси, гомогенизация, разогрев и уничтожение патогенной микро- и макрофлоры, что повышает доступность и переваримость питательных веществ.

Данные результаты достигаются за счет комбинированного механического, гидродинамического и кавитационного воздействия на кормовую смесь.

Механическим воздействием разрушаются крупные частицы зернового материала при защемлении между стенками каналов ротора и статора. Механически зерно эффективно измельчается до размеров сопоставимых с величиной радиального зазора между ротором и статором, который составляет порядка 1,0…1,5 мм.

Измельчение частиц гидродинамическим воздействием обеспечивается за счет периодического воздействия прямых и обратных гидроударов. В момент перекрытия канала статора перемычкой ротора, в канале ротора формируется прямой гидроудар (резкое повышение гидростатического давления жидкости) вызывая сжатие и сплющивание частиц зерна, находящихся в нем. Одновременно с этим, в канале статора происходит обратный гидроудар (резкое снижение гидростатического давления), который вызывает растяжение и разрыв частиц зерна. Гидродинамически возможно разрушать частицы зерна в диапазоне размеров 2,0…0,3 мм.

Кавитационное воздействие на кормосмесь формируется совокупностью мелкомасштабных пульсаций давления и воздействием кинетической энергии кумулятивных струек, образующихся при схлопывании кавитационных пузырьков. Образование и рост кавитационных пузырьков обеспечивается за счет резкого снижения гидростатического давления жидкости, которому способствует обратный гидроудар в канале статора. Жидкость в канале статора "вскипает", образуя при этом множество кавитационных пузырьков. Данные пузырьки крайне неустойчивы, и начинают схлопываться при повышении давления. Схлопывание сопровождается образованием кумулятивной струйки, которая ударяя в частицы зерна "выбивает" из них мельчайшие осколки. Внутри схлопывающегося пузырька протекает адиабатический процесс, при этом на конечном этапе схлопывания происходит локальное повышение давления до 100 МПа и температуры до 1000°С, образуется ультразвуковая ударная волна. Ударная волна способна разрушать не только частицы зерна, но и оболочки микроорганизмов, производить инактивацию антипитательных веществ (ингибиторы трипсина, фермент уреаза), разрывать молекулы сложных веществ, таких как крахмал и клетчатка, до простых сахаров, что значительно увеличивает степень конверсии корма организмом животного.

Для производственных испытаний технологии диспергирования кормовых смесей в ОАО "Совхоз-комбинат "Сож" (Республика Беларусь, Гомельский р-н.) была создана экспериментальная линия диспергирования плющеной кукурузы, технологическая схема которой показана на рис. 1.

Рис. 1. Технологическая схема линии диспергирования в ОАО "С/к "Сож"


Основным элементом данной технологии является экспериментальный кавитационный измельчитель-диспергатор, который обеспечивает комбинированное воздействие на обрабатываемую кормовую смесь.

Процесс приготовления кормов начинается с операции погрузки плющеной кукурузы из ПВХ рукава 1 (рис. 1) в транспортное средство МТЗ-1221+МТТ-9 3,4. Для погрузки используется фронтальный погрузчик "Амкодор" 208В 2.

Далее плющеное зерно транспортируется в цех диспергирования, в котором установлен кормоприготовительный бак 5 с системой перемешивания 6, экспериментальный кавитационный измельчитель-диспергатор кормов 7, трубопроводы и запорная арматура 8.

Технологический процесс начинается с предварительного заполняется бака определенным количеством воды, включается система перемешивания и измельчитель-диспергатор, после чего производится загрузка плющеной кукурузы.

Кормосмесь, состоящая из кукурузы и воды, циркулирует по контуру бак – измельчитель-диспергатор – бак, подвергаясь комбинированной механической, гидродинамической и кавитационной обработке. По окончании процесса диспергирования кормосмесь имеет однородную гомогенную структуру.

После приготовления диспергированная кормовая смесь подается измельчителем-диспергатором в кормосмесительные ванны 9. Здесь в диспергированную кормосмесь добавляется комбикорм-концентрат специальной рецептуры обогащенный белково-витаминными и минеральными добавками. После перемешивания кормовая смесь подается по системе кормопроводов в свинарники для кормления животных.

Для определения оптимальной кратности прохождения кормовой смеси через измельчитель-диспергатор произведено исследование динамики измельчения зернового материала. На рис. 2 представлен график динамики изменения содержания крупных частиц зерна в кормосмеси.

Анализ полученных результатов показывает, что стабилизация качества смеси наступает при 3-х кратном прохождении через измельчитель-диспергатор. Дальнейшая обработка не приводит к существенным качественным изменениям. Таким образом, при номинальной подаче измельчителя-диспергатора равной 36 м3/ч производительность составляет 12 м3/ч кормосмеси или 6…8 т/ч плющеного зерна.

Для отображения эффективности измельчения плющеного зерна измельчителем-диспергатором на рис. 3 представлен гранулометрический состав плющеной кукурузы без обработки и диспергированной кормовой смеси после трехкратного прохождения через диспергатор.

Рис. 2. Динамика изменения содержания крупных частиц в кормосмеси


Диспергирование позволяет значительно улучшить гранулометрический состав кормосмеси и приблизить его к нормативному. При этом, содержание фракции с размером частиц менее 1 мм увеличивается более чем в 8 раз, по сравнению с плющеной кукурузой без обработки. 

Рис. 3. Гранулометрический состав плющеной кукурузы


Скармливание диспергированной кормовой смеси обеспечило увеличение среднесуточных привесов в группе откорма до 23% (табл. 2).

 Таблица 2. Эффективность технологии диспергирования

Наименование показателя

контрольная

группа

экспериментальная группа

Среднесуточный привес на откорме, г

550…570

650…680

Дополнительный среднесуточный привес, г

80…130

Увеличение привесов, %

14…23

 Проведен сравнительный анализ энергозатрат на подготовку к скармливанию 1 т зерна 15% влажности по традиционной технологии и при использовании комбинации технологий плющения и диспергирования (табл. 3).

Таблица 3. Удельные энергозатраты на приготовление кормов

Наименование операции

Удельные энергозатраты

на 1 т зерна 15% влажности

традиционная

технология

экспериментальная технология

Сушка зерна

15…18 кг жидкого топлива

+ 2,0…2,2 кВт∙ч

Плющение зерна

3,5…5,8 кВт∙ч

Измельчение зерна

12…14 кВт∙ч/т

Диспергирование плющеного зерна

6,6…8,8 кВт∙ч

Смешивание измельченного зерна с водой (приготовление кормосмеси)

1,8…2,1 кВт∙ч

1,8…2,1 кВт∙ч

Суммарные энергозатраты

15…18 кг жидкого топлива

+ 15,8…18,3 кВт∙ч

11,9…16,7 кВт∙ч

Экономия энергозатрат

 

15…18 кг жидкого топлива

 Применение технологии кавитационного диспергирования кормовых смесей в ОАО "Совхоз-комбинат "Сож" позволило предприятию увеличить величину среднесуточных привесов свиней на откорме на 14–23%, а также получить эффект от экономии топлива при замещении операции сушки зерна на операцию плющения. 

кандидат технических наук А.В. Червяков, УО "БГСХА"

аспирант П.Ю. Крупенин, УО "БГСХА"

При копировании материалов прямая ссылка на сайт обязательна.