Автоматизация гранулирования и брикетирования кормов.. Тема Автоматизация гранулирования и брикетирования кормов.. Тема Автоматизация гранулирования и брикетирования кормов Технологические основы автоматизации гранулирования и брикетирования
 Скачать 0.76 Mb.
|
|
Тема Автоматизация гранулирования и брикетирования кормов Технологические основы автоматизации гранулирования и брикетирования кормов Гранулирование травяной муки и брикетирование кормов обеспечивают большую сохранность питательных веществ в зеленых кормах искусственной сушки, а также уменьшают затраты труда и потери корма при его хранении, транспортировании и раздаче. Гранулированию подлежит витаминная мука, брикетированию — высушенная травная резка. Полнорационный корм в гранулированном виде должен содержать весь комплекс питательных веществ, необходимых животным. Вырабатываются гранулы на пресс-грануляторах. Размер гранул находится в пределах 1...10мм и, так же, как и состав, зависит от вида и возрастной группы животных. Гранулированный комбикорм в основном готовят на комбикормовых заводах, а непосредственно в хозяйствах — травяную муку. Процесс прессования кормов состоит из трех основных операций: кондиционирования сырья, его прессования и охлаждения готовых брикетов или гранул. Кондиционирование включает операции дозирования кормов, воды, пара или связывающих веществ (мелассы, жиров) и смешивание их между собой с целью повышения прочности брикетов или гранул и равномерного распределения в них исходного сырья. В процессе прессования в специальных матрицах исходный материал разогревается. После выхода готовых брикетов или гранул из пресса их охлаждают, чтобы привести в тепловое равновесие с окружающей средой и снять внутренние остаточные механические напряжения. Для гранулирования кормов используют смесители-грануляторы СНГ-300 «Корм» производительностью до 100 т в сутки, грануляторы типа ОГМ производительностью 0,8...10т/ч и оборудование для производства амидно- концентратных добавок АКД (75 % комбикорма, 20 % карбамида, 5 % бентонита натрия) производительностью до 20 т в смену. Пресс-гранулятор ОГМ-0,8 входит в комплект «Витагама-1» и состоит из шнекового дозатора, снабженного вариатором скоростей, кулачкового смесителя, прессующего устройства, охладительно-сортировочного устройства, электродвигателей и механизма передач. ТП гранулирования кормов на прессе- грануляторе ОГМ-0,8 происходит в такой последовательности. Травяная мука, подаваемая дозатором в смеситель, сдабривается мелассой, водой или обрабатывается паром (рис. 1). Увлажненная масса поступает в прессующее устройство, где продавливается через отверстия матрицы в виде спрессованных палочек и отрезается неподвижными ножами на заданную длину. Горячие гранулы поступают в воздушный охладитель, где сушатся в потоке воздуха, выносящем из массы мелкие частицы. Рис. 1. Технологическая схема гранулирования кормов: 1—бункер для травяной муки; 2— шнековый дозатор; 3 — смеситель; 4 — пресс; 5—нория; 6—воздушный охладитель гранул; 7—решетная сортировка; 8— вентилятор; 9— циклон Гранулы из охладителя поступают на сортировку, через решета которой просеивается мелкая крошка, отсасываемая вентилятором в циклон и направляемая на повторное гранулирование. Для обеспечения условий нормального хранения влажность готовых гранул должна быть не более 14,5 %. При эксплуатации ОГМ-0,8 особенно важна регулировка зазора (0,2...0,5 мм) между прессующими вальцами и матрицей. Регулировку осуществляют рычагом эксцентриковой оси, на которой установлены прессующие вальцы. Длину гранул изменяют, перемещая ножи относительно матрицы. Регулируют также осевые зазоры подшипников валов с помощью регулировочных прокладок или стопорных гаек главного вала и осей вальцов. Наиболее совершенное оборудование прессования кормов — ОПК-2 производительностью 2т/ч. Оборудование универсально, т. е. позволяет гранулировать и брикетировать комбикорма и травяную муку, сечку травы и кормовые смеси. Технологическая схема прессования кормов с помощью оборудования ОПК-2 показана на рисунке 2. Гранулируемый корм горизонтальным 2 и вертикальным 23 шнеками загружается в накопительный бункер 4, из которого дозатором 3 выводится в смеситель-питатель 22 пресса 20. Одновременно в корм вводится вода или пар. Увлажненный корм непрерывно вводится в пресс 20 и продавливается в радиальные отверстия кольцевой неподвижной матрицы, формируя гранулы. Выдавливаемые гранулы обламываются и транспортируются ленточным транспортером 19 и норией 18 через камеру предварительного сортирования 14 в охладительную колонку 15, где они охлаждаются воздухом, засасываемым венти- Рис. 2. Технологическая схема прессования кормов оборудованием ОПК-2 1— бак; 2—горизонтальный шнек; 3 — дозатор; 4 — накопительный бункер; 5, 8— транспортеры; б, 9, 11 — вентиляторы; 7, 10— циклоны; 12— шлюзовой затвор; 13 — заборник; 14— камера предварительного сортирования; 15— охладительная колонка; 16— камера окончательного сортирования; 17— вибровыгружатель; 18— нория; 19— ленточный транспортер; 20— пресс; 21 — паропровод; 22—смеситель-питатель; 23 — вертикальный шнек лятором 11. По мере накопления в охладительной колонке 75 гранулы перемещаются вибровыгружателем 17 через камеру окончательного сортирования 16 на затаривание. Крошка и несгранулированный корм в камерах 14 и 16 отделяются от гранул воздушным потоком, создаваемым вентилятором 6, и через циклон 7 возвращаются транспортером 5 в бункер 4. При брикетировании корма травяная сечка из сушильного агрегата засасывается вентилятором 9 через заборник 13 и накапливается в циклоне 10, а затем через шлюзовой затвор подается транспортером 8 в смеситель- питатель 22. В этом случае вода вводится в выгрузную горловину транспортера 8. Через шлюзовой затвор 12 в травяной корм можно добавлять соломенную сечку. При брикетировании кормовых смесей комбикорм в пресс подается транспортером 2, травяная сечка и соломенная сечка — транспортером 8. Механизация гранулирования и брикетирования кормов 1. Сущность процесса прессования кормов 2. Гранулирование кормов 3. Брикетироване кормов 4. Производство амидо-концентратных добавок 1. Сущность процесса прессования кормов С целью улучшения транспортабельности, снижения стоимости перевозок и хранения, а также лучшей сохранности питательных веществ и витаминов корма уплотняют или прессуют. Прессованию подвергается также комбикорм и травяная мука. Перед прессованием в корм можно добавить витамины, гормональные и лечебные препараты, различные стимуляторы роста, аминокислоты и другие необходимые и ценные добавки. В прессованных кормах эти добавки лучше сохраняются, чем в кормовых смесях. Использование прессованного корма создает условия для полной механизации и автоматизации процессов раздачи его животным и птице. Уплотнение кормов можно осуществлять: сжатием, скручиванием, вибротряской, экструзией, окатыванием. Основным способом уплотнения является сжатие, осуществляемое путем гранулирования и брикетирования. В зависимости от требуемой плотности стебельчатые корма могут быть прессованы в тюки (плотность 120…160 кг/м 3 ), которые требуют обвязки, или брикеты (плотность 600…900 кг/м 3 ), которые сохраняют свою форму и плотность без обвязки. Комбикорма и травяная мука прессуются в гранулы плотностью 1200…1300 кг/м 3 Процесс прессования основан на свойстве сыпучих материалов уплотняться под действием внешней нагрузки и при ее определенной величине сохранять заданную форму после снятия нагрузки. В зависимости от величины приложенной нагрузки различают следующие способы прессования: - без связующих добавок при малых давлениях (15…20 МПа); - без связующих добавок при высоких давлениях (30…35 МПа); - со связующими добавками при малых давлениях (5…10 МПа); Современное оборудование для прессования позволяет получать из мучнистых кормов гранулы диаметром до 20мм и длиной 1,5…3 диаметра плотностью 900…1300 кг/м 3 , из травяной и соломенной резки длиной 20…70 мм, или из полнорационных кормовых смесей брикеты диаметром до 65 мм, или нецилиндрической формы с наибольшими размерами 80 мм. Применяемые в животноводстве корма представляют собой полидисперсную систему, состоящую из частиц разного диаметра. Эта система является также многофазной, состоящей из твердой, жидкой и газообразной фаз. Под давлением объем газообразной фазы резко уменьшается и в процессе прессования трехфазная система практически достигает двухфазного состояния, частицы сближаются настолько, что начинают проявляться силы молекулярного сцепления. Механизм гранулирования и брикетирования наиболее описывается молекулярной теорией в сочетании с механической. В качестве характеристики брикетируемости корма служат порции материала до прессования V к объему полученного брикета V k . При уплотнении в камере с постоянной площадью поперечного сечения будет справедливо выражение 𝜆 ум = 𝑉 𝑉 𝑘 = ℎ ℎ 𝑘 где h и h k - высота слоя до и после прессования в камере постоянного сечения. Выразив объемы через их массу M и плотность, можно написать 𝜆 ум = 𝑀 ∙ 𝑐 M ∙ 𝑐 0 = 𝑐 𝑐 0 где с и с 0 - плотности полученного монолита и рыхлого материала до прессования. При уплотнении в материале накапливается потенциальная энергия упругих деформаций, поэтому после снятия давления происходит его упругое расширение преимущественно в направлении прилагавшегося давления. Величина расширения характеризуется коэффициентом упругого расширения. Наблюдения показали, что для грубостебельчатых кормов при однократном сжатии и быстром снятии давления К у.р = 2…2,5. При этом монолиты получаются непрочными, имеют поперечные трещины и разваливаются. В то же время установлено, что если сжатый материал выдержать определенное время под тем же давлением, прочность монолита после снятия давления резко возрастает, а коэффициент упругого расширения уменьшается до К у.р =1,1…1,15. Это объясняется тем, что с течением времени напряжения от упругих деформаций уменьшаются, рассасываются. Такое явление называется релаксацией. Напряжения при релаксации изменяются по формуле, предложенной Максвеллом, 𝜏 = 𝜏 нач ∙ 𝑒 𝐺∙𝑡 𝜂 = 𝜏 нач ∙ 𝑒𝑥𝑝 ∙ (− 𝐺 ∙ 𝑡 𝜂 ) где ф нач - начальное напряжение в материале; G - модуль сдвига, Па; ф - вязкость, Па·с; t - текущее время, с. 2. Гранулирование кормов Гранулирование - это процесс сжатия рассыпных кормов до определенных плотностей с получением гранул различной формы: цилиндр, шар, куб. Изготовление гранул из сыпучих кормов можно осуществить окатыванием и прессованием. Для изготовления гранул окатыванием применяют эллипсовидные, цилиндрические (барабанные) и тарельчатые (чашечные) грануляторы. Для получения таких гранул материал должен быть тонко измельчен и увлажнен до 30…35 %. После окатывания гранулы сушат. Как видим, технологический процесс усложнен. Поэтому промышленное производство таких гранул-окатышей из комбикормов не получило широкого распространения. При сухом прессовании прочные гранулы получаются, если исходное сырье обработать паром и добавить в него мелассу или другое связующее вещество. Прессы для гранулирования кормов классифицируются: - по принципу прессования - на прессы с закрытой и открытой камерами, в которых противодавление создается соответственно глухой стенкой и силой трения о боковую стенку камеры; - по типу рабочих органов, создающих усилие прессования, на следующие. Формирующие прессы, образование гранул в которых происходит при прохождении продукта между двумя вращающимися навстречу друг другу ячеистыми вальцами. Естественно, что форма ячеек может быть самой разнообразной. Продукт, попадая в ячейки вальцов, подвергается обжатию, а затем выпадает из них в виде спрессованных гранул определенной формы. Вследствие кратковременного усилия гранулы получаются непрочными. К недостаткам таких прессов относится также низкая производительность и большая энергоемкость. Поэтому такие прессы нашли лишь ограниченное применение. Шестеренчатые прессы. Рабочим органом шестеренчатых прессов служит пара зубчатых колес, находящихся в зацеплении вращающихся навстречу друг другу. У основания зубьев имеются сквозные радиальные отверстия, через которые продавливается прессуемый материал. Выходящие из отверстий гранулы срезаются неподвижными ножами. Диаметр гранул 10…13,5 мм. Шнековые грануляторы могут быть цилиндрическими и коническими, одно- и двухшнековыми, с горизонтальным и вертикальным расположением шнеков. В любом из них сырье захватывается шнеком, перемешивается, нагнетается к матрице и продавливается через отверстия соответствующего диаметра. Выходящие из матрицы гранулы срезаются вращающимися ножами. В конических шнеках масса предварительно подпрессовывается. Матрицы могут быть плоские, сферические и сегментные. Шнековые прессы применяют главным образом для гранулирования влажного исходного сырья (влажный способ). Прессы с плоской горизонтальной вращающейся матрицей, через отверстия которой материал продавливается прессующими вальцами и формируется в гранулы. Вальцы могут быть коническими и цилиндрическими с активным и пассивным приводом. В прессах с цилиндрическими вальцами из-за разности окружных скоростей неравномерно изнашиваются матрицы и вальцы. Недостатком является при определенной окружной скорости относ материала под действием центробежных сил к периферии матрицы и, как следствие, неравномерная нагрузка на ее рабочую поверхность. Прессы с кольцевой горизонтальной или вертикальной вращающейся матрицей. Через формирующие отверстия последний материал продавливается прессующими вальцами активными или пассивными. Главной особенностью такого рабочего органа является равенство окружных скоростей по линии контакта матрицы и вальца, поэтому трение между ними отсутствует и вся энергия тратится на прессование. По такому принципу работают наиболее распространенные прессы: ДГ; ОГМ-0,8; ОГМ-1,5; Бб-ДГЛ; "Сайзер", "Орбит". Прессы с вертикальной кольцевой матрицей (ДГ) гранулируют комбикорма сухим способом. Их преимущества: возможность быстрой и легкой замены матриц и вальцов при переходе с одного диаметра гранул на другой. Комплектуется семью матрицами с различными отверстиями (3…19 мм). Производительность гранулятора 8…10 т/ч, мощность 78 кВт, расход пара 500…600 кг/ч. Оборудование ОГМ-0,8А и ОГМ-1,5 предназначено для гранулирования травяной муки и работает в комплекте с агрегатами для ее производства АВМ- 0,65 и АВМ-1,5. Сменные матрицы имеют отверстия 6…16 мм (5 шт.) Производительность грануляторов с вращающейся матрицей: 𝑄 = 𝜋∙𝑑 0 2 4 ∆𝑙 ∙ 𝑧 0 ∙ 𝑧 в ∙ 𝜌 ∙ 𝑛 кг/с, где d 0 - диаметр формирующего отверстия матрицы, м; Δl - толщина запрессованного в отверстие матрицы слоя материала за один проход вальца, обычно равна (4…6)·10 -4 м; z 0 - число формирующих отверстий в матрице; z в - число вальцов; ρ - плотность запрессованного в отверстие материала, кг/м3; n - частота вращения матрицы относительно вальцов, с -1 Мощность на прессование N = Fmp * vcp * zβ Вт, где F тр - сила трения в формирующем отверстии Н, Fmp = Pmax ξ f S Н, где f - коэффициент трения материала о стенки канала матрицы; ξ= 0,4…0,45 - коэффициент бокового давления (для стебельчатых кормов); Р max - наибольшее осевое давление прессования, Па Рmax = C a (ρ – ρ) Па, где S - площадь внутренней поверхности канала, м 2 ; С и а - коэффициенты, зависящие от структурно-механических свойств материала (прочность, крупность частиц, влажность), а =(4,6…5,1)·10 -3 м 3 /кг, С= (0,33…0,59)·10 6 Па; vcp - средняя скорость перемещения гранулы в канале м/с, vcp = Δ*zb*n м/с, где zd - число каналов, в которых происходит прессование одновременно, 𝑍 𝛽 = 𝑍 0 ∙ 𝑍 в ∙ 𝛽 360 где β - угол зоны захвата одним вальцом, град. 3. Брикетирование кормов Брикеты готовят из смесей грубых кормов (соломы, стержней кукурузных початков, овсяной, ячменной и гороховой лузги) 83…85 % с концентратами 15 % и минеральными добавками (соль, мел, карбамид). Наиболее ценными являются брикеты из зеленой массы искусственной сушки, ячменя, свекловичного жома, шротов, премиксов и др. компонентов. Количество концентратов в них является полнорационным кормом и наиболее охотно поедается животными. Процесс брикетирования не сопровождается значительным увеличением температуры корма, поэтому исключена возможность порчи нетермостойких элементов. Для брикетирования кормов применяют следующие типы прессов: штемпельные с закрытой и открытой камерами, вальцовые, кольцевые, шнековые и мундштучные. В комбикормовой промышленности применяются прессы штемпельного типа одно-, двух- и четырехштемпельные. Для приготовления полнорационных брикетов применяются штемпельные и кольцевые прессы. Штемпельные прессы относятся к прессам периодического действия, остальные все - к прессам непрерывного действия. Превращение сыпучей массы в брикет в штемпельных прессах осуществляется в матричном канале под воздействием штемпеля, совершающего возвратно-поступательное движение. Поперечное сечение матричного канала определяет форму брикета. Длина канала определяется плотностью брикета и временем релаксации. Широкое применение для брикетирования кормов получило оборудование ОПК-2. Оно снабжено сменными матрицами для брикетов и для гранул. Теоретическая производительность штемпельного пресса Q = i n m кг/с, где i - количество штемпелей у пресса; n - число ходов штемпеля в секунду; m - масса одного брикета, в кг. 4. Производство амидо-концентрированных добавок Наукой и практикой установлено, что протеиновую недостаточность кормовых рационов можно восполнить путем скармливания карбамида животным. Карбамид или мочевина - белое кристаллическое азотосодержащее вещество, которое само белка не содержит, но в результате гидролиза в рубце животного выделяется азот. Последний под действием микроорганизмов рубца синтезируется в бактериальный усваиваемый белок. Простая добавка карбамида к кормам может оказаться токсичной вследствие быстрого гидролиза его и интенсивного выделения аммиака. Поэтому его используют в ограниченных дозах. Разработан способ, при котором карбамид скармливают в виде амидо- концентратной добавки (АКД), состоящей из карбамида (20…25 %), комбикорма (70…75 %) и бентонита натрия (5 %). Бентонит - это высушенная и тонко измельченная белая глина. Процесс производства АКД сводится к следующему. Материал в экструдере (шнек высокого давления) сдавливается до 1,4…1,5 Мпа при проталкивании его через щели 2,5…5 мм, образованные специальными диафрагмами, поставленными в 2…3 местах по пути движения обрабатываемой смеси. От трения смесь нагревается до 127…147 0 С. Под влиянием высокого давления и температуры происходит клейстеризация крахмала, плавление карбамида, абсорбция его бентонитом и внедрение азота в массу клейстеризованного крахмала. Частицы карбамида обволакиваются пленкой крахмала, что не позволяет ему быстро гидролизоваться в рубце. Гидролиз происходит за 3…4 часа. Экструдирование карбамида повышает эффективность его использования в 3…3,5 раза. В России выпускается экструдер КМЗ-2 с коническим шнеком. Процесс экструдирования длится одну минуту - время прохождения массы через экструдер. Ответить на контрольные вопросы 1. В чем заключается сущность процесса прессования кормов? 2. Что такое гранулирование кормов и для какой цели оно применяется? 3. По каким принципам классифицируются пресса — грануляторы кормов? 4. Какие факторы влияют на производительность и мощность на привод пресса с вращающейся матрицей? 5. Чем отличается технологическая линия гранулирования от технологической линии брикетирования рассыпных кормов? 6. От чего зависит плотность гранул, брикетов? 7. В чем заключается особенность процесса производства амидоконцентратных добавок? |