CC BY
68
УДК 631:362.7
ТЕПЛОВАЯ ОБРАБОТКА ЗЕРНА ПРИ ПОДГОТОВКЕ КОМБИКОРМА ДЛЯ ПОРОСЯТ
B.И.Курдюмов А.А.Павлушин Г.В.Карпенко
C.А.Сутягин
Рассмотрено применение процессов тепловой обработки материалов в сельскохозяйственном производстве. Представлена подробная классификация данных процессов. Выявлена актуальность тепловой обработки зерна, при подготовке кормов для скармливания поросятам. Предложена запатентованная установка для тепловой обработки зерна и описан её принцип работы. Приведены методика и результаты лабораторных исследований предложенного средства механизации.
Ключевые слова: тепловая обработка зерна, кормопроизводство, устройство для тепловой обработки сыпучих сельскохозяйственных материалов.
Тепловая обработка сельскохозяйственных материалов находит широкое применение в различных технологических процессах производства, переработки и хранения продукции растениеводства (рисунок 1).
Рис.1. Процессы тепловой обработки сельскохозяйственных материалов
Так в производстве зеленых и концентрированных кормов для кормления сельскохозяйственных животных применяют тепловую обработку сырья.
Сушка кормов горячими газами позволяет свести к минимуму потери питательных веществ и витаминов, значительно уменьшает зависимость заготовки кормов от погодных условий [1]. Высушенный корм в виде муки и, особенно, в виде гранул или брикетов транспортабелен, при этом технологические операции, выполняемые при закладке корма в хранилища, выемке из них и скармливании животным, легко поддаются механизации и автоматизации. Однако сушка кормов горячим воздухом требует больших капиталовложений и затрат энергии, превышающих 2440 кВт-ч на 1т готового продукта [5].
На рисунке 2 представлены способы термической обработки зерна в различных процессах его переработки в кормовые и продовольственные продукты.
Рис. 2. Способы термической обработки зерна
Одно из направлений термической обработки зерна - поджаривание зерна, которое осуществляют горячим воздухом или контактом его с сильно нагретыми поверхностями. Для лучшей декстрини-зации крахмала перед поджариванием зерно предварительно пропаривают, применяя обычные горизонтальные шнековые пропариватели и скоростные кондиционеры, в которых зерно прогревается и увлажняется до 20... 25 %, после чего поджаривается в барабанных агрегатах. Декстринизация крахмала проводится для улучшения перевариваемости кормов, включенных в состав полнорационных комбикормов для молодняка животных, у которых слабо развита ферментативная система [4]. Нами было разработано и изготовлено устройство для тепловой обработки зерна комбинированного типа [3].
Устройство для тепловой обработки зерна (рисунок 3) состоит из цилиндрического кожуха 1, внешняя поверхность которого покрыта слоем теплоизолирующего материала 2, загрузочного бункера 3, выгрузного окна 4, соосно установленного внутри кожуха 1 с возможностью вращения транспортирующего рабочего органа 5, выполненного в виде шнека с перфорированными витками, воздуховода 6, установленного перпендикулярно кожуху 1 и соединённого с внутренней полостью кожуха 1 между загрузочным бункером 3 и выгрузным окном 4 на одинаковом от них расстоянии, а также винтовых опор 7.
Кожух 1 выполнен составным, причём его составные части разделены между собой кольцами 8, выполненными из теплоизоляционного материала. Каждая составная часть кожуха 1 снабжена индивидуальным нагревательным элементом 9. Диаметр перфорации витков шнека 5 не превышает минимальный
размер зерна. В воздуховоде 6 помещен нагревательный элемент 10, за которым установлен вентилятор 11 и патрубок 12 с возможностью размещения в нем фильтра. Транспортирующий рабочий орган 5 получает привод от электродвигателя 13 посредством ременной передачи 14. Торцевые поверхности кожуха имеют отверстия.
И 12
Рис.3. Устройство для тепловой обработки зерна: 1 - кожух; 2 - слой теплоизолирующего материала; 3 - загрузочный бункер; 4 - выгрузное окно; 5 - транспортирующий рабочий
орган; 6 - воздуховод; 7 - винтовые опоры; 8 - кольцо; 9, 10 - нагревательные элементы; 11 - вентилятор;12 - патрубок; 13 - двигатель; 14 - ременная передача
Устройство работает следующим образом. Включают нагревательные элементы 9. После достижения необходимой температуры кожуха подают зерно в загрузочный бункер 3, откуда оно поступает на транспортирующий рабочий орган 5 и перемещается им к выгрузному окну 4. Одновременно включают вентилятор 11 и нагревательный элемент 10, установленный в воздуховоде 6. Контактируя с нагретой поверхностью кожуха 1 и с нагретым воздухом, поступившим через воздуховод 6 и нагревательный элемент 10, зерно подвергается тепловой обработке. Зерно нагреваясь, теряет излишки влаги, которые в виде пара удаляются через перфорацию рабочего органа и далее - через загрузочный бункер 3, выгрузное окно 4, а также отверстия в торцах кожуха. Обработанное зерно удаляется из устройства через выгрузное окно 4. При использовании зерна другой культуры меняют температуру нагрева каждого из участков кожуха 1 с помощью индивидуальных нагревательных элементов 9, частоту вращения рабочего органа 5, а также угол наклона цилиндрического кожуха 1 в зависимости от требуемых режимов тепловой обработки.
На основе всестороннего анализа и изучения современных статистических методов планирования эксперимента и обработки полученных данных [2], можно сделать вывод, что задачей планирования эксперимента является получение математической модели объекта исследования в виде полинома (уравнения регрессии).
На рисунке 4 представлена схема алгоритма построения и последующего использования математической модели процесса тепловой обработки зерна.
Рис.4. Схема алгоритма построения математической модели процесса
тепловой обработки зерна
С целью выполнения программы исследований процесса тепловой обработки зерна была разработана и изготовлена лабораторная установка для тепловой обработки зерна, представленная на рисунке 5.
Рис.5. Лабораторная установка для тепловой обработки зерна: 1 - кожух; 2 - вентилятор; 3 - электрокалорифер; 4 - загрузочный бункер; 5 - выгрузное окно; 6 - электродвигатель; 7 - редуктор червячный; 8 - опора винтовая; 9 - воздуховод; 10 - пускозащитная аппаратура; 11 - контрольно-измерительная аппаратура
Лабораторная установка состоит из кожуха, разделенного на три независимых участка и покрытого слоем теплоизолирующего материала. Каждый участок снабжен индивидуальным нагревательным элементом. Внутри кожуха помещен транспортирующий рабочий орган, выполненный в виде перфорированного шнека и приводимый во вращение электродвигателем постоянного тока. Посередине между загрузочным бункером и выгрузным окном установлен воздуховод, с которым соединен вентилятор. В воздуховоде установлен нагревательный элемент.
Созданная экспериментальная установка позволяет исследовать процесс тепловой обработки зерна при изменении в широких пределах основных режимных параметров: средней температуры греющей поверхности (40...300 °C), времени тепловой обработки зерна (30.250 с), скорости движения воздуха в кожухе (0.10 м/с), а также температуры подаваемого воздуха (20. 70 °C).
На основании результатов проведенных лабораторных исследований разработаны адекватные математические модели процессов тепловой обработки зерна в предложенном устройстве. Анализ полученных математических моделей процесса обжаривания зерна ячменя позволил выявить рациональные значения основных независимых факторов, при которых достигаются удельные затраты теплоты Qyd.m = 33,65 кДж/(кг-°С): средняя температура греющей поверхности Тгр.ср.рац = 220 °С и время обжаривания трац = 141 с. Пропускная способность устройства при этом составляет 25 кг/ч.
Применение предлагаемого устройства в технологии кормления с добавлением в полнорационный комбикорм для поросят-сосунов обжаренного ячменя по сравнению с технологией кормления обычным комбикормом, позволяет получить годовой экономический эффект 127203,7 руб. или 7,92 руб. на 1 кг прироста живой массы. Срок окупаемости устройства не превышает 0,32 года.
Литература:
1. Анискин, В.И. Консервация влажного зерна (По данным зарубежных исследователей) / В.И. Анискин. - М.: Колос, 1968. - 286 с.
2. Мельников, С.В. Планирование эксперимента в исследованиях сельскохозяйственных процессов / С.В.Мельников, В.Р.Алешкин, П.М.Рощин. - Л.: Колос, 1980. - 168 с.
3. Пат. 2371560 РФ. Устройство для сушки зерна / В.И. Курдюмов, А.А. Павлушин, И.Н. Зозуля. - Опубл. 27.10.2009.
4. Питание свиней: Теория и практика / Пер. с англ. Н.М. Тепера. - М.: Агропромиздат, 1987. - 313 с.
5. Технология уборки, консервирования и хранения кормов / Под ред. И. Блажека. - М.: Агропромиздат, 1985. - 144 с.
Курдюмов Владимир Иванович, доктор технических наук, заведующий кафедрой Павлушин Андрей Александрович, кандидат технических наук, доцент Карпенко Галина Владимировна, кандидат технических наук, доцент Сутягин Сергей Алексеевич, аспирант
Ульяновская государственная сельскохозяйственная академия им. П.А. Столыпина Тел. 89050359200 E-mail: [email protected]
The application of the processes of heat treatment of materials for agricultural production. Provides a detailed classification of these processes. Revealed the relevance of heat treatment of grain, in the preparation offeed for feeding to pigs. We propose a patented system for thermal processing of grain and its principle of operation is described. The methods and results of laboratory studies of the proposed means of mechanization.
Keywords: heat treatment of grain, forage production, a device for thermal processing of bulk agricultural materials.
УДК 631.363
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДУШНЫХ РЕЖИМОВ ДРОБИЛКИ ЗЕРНА ЗАКРЫТОГО ТИПА
П.А. Савиных С.Ю.Булатов В.Н.Нечаев
Представлены результаты исследований аэродинамических характеристик
молотковой дробилки с ротором-вентилятором.
Ключевые слова: молотковая дробилка, ротор, вентилятор, лопатки.
Существующим молотковым дробилкам с пневмозагрузкой и выгрузкой присущи существенные недостатки - это низкий КПД воздушного потока, низкая пропускная способность и невысокое качество получаемого продукта.
Нами разработана конструктивно-технологическая схема опытного образца молотковой дробилки, в которой возможно устанавливать лопатки внутреннего вентилятора различной формы и размеров.
Разработка направлена на решение следующих задач: повышение надежности, улучшение качества готового продукта и увеличение пропускной способности молотковой дробилки, за счет конструктивного исполнения, а также снижения металло- и энергоемкости.
