УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОРМОПРОДУКТА

Полезная модель относится к технологии получения белкового продукта из сырья животного и растительного происхождения и может быть применена в животноводстве при изготовлении кормовых добавок.
Сырье животного и растительного происхождения является источником ценных биологических компонентов. Оно содержит большое количество белка, пептидов, аминокислот и пр., но не все виды этого сырья легко поддаются переработке с целью извлечения из него полезных веществ. В частности такой рыхлый материал как пухоперьевое сырье в настоящее время либо не используют для кормовых целей, либо подвергают весьма сложной, трудоемкой и, следовательно, дорогостоящей переработке снижающей привлекательность такого материала как источника получения кормовой добавки. Наиболее рациональный путь переработки такого сырья - экструдирование.
Для осуществления переработки сырья животного или растительного происхождения в кормопродукт путем экструдирования чаще всего применяют экструдер, в котором рабочим органом является вращающийся шнек. Примером такого экструдера может служить экструдер, предназначенный для производства кормосмеси из сырья с высокой влажностью. Экструдер содержит шнек, имеющий участок со сплошными лопастями и участок с несплошными лопастями; корпус, поверхность которого покрыта слоем теплопроводящего материала и слоем теплоизоляционного материала; размещенный в верхней части корпуса над участком с несплошными лопастями штуцер с клапаном (см. п. РФ №2243098 по кл. В30В 11/24, В29с 47/00, А23Р 1/12 заявл. 15.12.2004, опубл. 27.12.2004 Экструдер»).
Недостатком экструдера с рабочим органом в виде шнека является невозможность его эффективного использования для переработки таких сложно перерабатываемых видов сырья, как кератинсодержащее и целлюлозосодержащее сырье из-за непригодности шнека для создания в стволе экструдера достаточно высокого давления, обеспечивающего переработку сырья.
Наиболее близким по технической сущности, достигаемому результату и выбранным в качестве прототипа для заявляемого устройства является устройство, содержащее экструдер, корпус которого оснащен торцовой стенкой с отверстиями в ней, сообщен с бункером для подачи материала и снабжен взаимодействующим со штоком гидроцилиндра сжимающим элементом, установленным с возможностью скольжения внутри корпуса. Сжимающий элемент связан со средством, предназначенным для генерирования колебаний ультразвуковой частоты. Снаружи от торцовой стенки корпуса установлено средство для нарезки выдавливаемого из корпуса материала (см. заявку WO №9727994 опубл. 7.08.1997 «Способ и устройство для прессования материала»).
Плунжерное экструдирование в отличие от экструдирования с помощью шнека позволяет обеспечить высокую степень сжатия обрабатываемого материала. Однако создание условий для осуществления гидролиза такого материала, каким является кератинсодержащее и целлюлозосодержащее сырье, требует выявления характеристики экструдера, касающейся размера отверстий в торцовой стенке экструдера, позволяющих добиться полного гидролиза сырья. Без выявления этого критерия невозможно достичь высокой эффективности переработки сырья.
Задачей настоящей полезной модели является создание экструдера, пригодного для переработки кератинсодержащего и целлюлозосодержащего сырья.
Техническим результатом, достигаемым при реализации полезной модели, является выявление технических характеристик экструдера, позволяющего осуществить гидролиз кератинсодержащего и целлюлозосодержащего сырья.
Указанная задача решается за счет того, что в известном устройстве для получения кормопродукта, содержащем экструдер, корпус которого оснащен торцовой стенкой с отверстиями в ней, сообщен с бункером для подачи материала и снабжен, по крайней мере, одним взаимодействующим со штоком гидроцилиндра сжимающим элементом, установленным с возможностью скольжения внутри корпуса, при этом снаружи от торцовой стенки корпуса установлено средство для нарезки выдавливаемого из корпуса материала, согласно полезной модели, размер отверстий в торцовой стенке корпуса не превышает 0,1 мм.
Корпус экструдера может быть установлен горизонтально или с наклоном в сторону торцовой стенки с углом наклона корпуса к горизонтали не более 5°, а бункер для подачи сырья расположен над корпусом.
Средство для нарезки материала может быть выполнено в виде приводного роторного ножа, установленного так, что ось его вращения совпадает с продольной осью корпуса экструдера, а плоскость его вращения расположена снаружи от торцовой стенки корпуса с зазором относительно нее 0,1-1,0 см.
Бункер для подачи сырья может быть выполнен коническим и снабжен подающим приспособлением, которое представляет собой трубу, выполненную со сквозными проемами в стенке, в трубе с возможностью возвратно-поступательного движения установлен соединенный с приводом подпрессовывающий элемент, рабочая поверхность которого имеет вогнутую форму, причем труба подающего приспособления установлена в бункере с образованием кольцевого зазора между внутренней конической поверхностью бункера и наружной поверхностью трубы.
Исследования, проведенные по источникам патентной и научно-технической информации, показали, что заявляемое устройство неизвестно, т.е. соответствует критерию новизна.
Заявляемое устройство может быть изготовлено на любом предприятии, специализирующемся в данной отрасли, т.к. для этого требуются известные материалы и стандартное оборудование, и широко использовано при производстве кормопродукта из материалов животного и растительного происхождения, т.е. устройство является промышленно применимым.
Экспериментальные данные показали, что переработка такого трудноперерабатываемого материала, каким являются кератинсодержащее и целлюлозосодержащее сырье, при давлении не менее 100 МПа в плунжерном экструдере, размер отверстий в торцовой стенке которого не превышает 0,1 мм, позволяет добиться высокоэффективного гидролиза исходного сырья. При этом процесс гидролиза протекает быстро (цикл сжатия сырья в экструдере составляет несколько секунд), а получаемый продукт не требует практически никакой последующей обработки. Нет необходимости в его сепарации, фильтрации, упариванию, сушке, т.к. из экструдера выходит сухой продукт в виде рыхлых стержней, которые могут быть эффективно измельчены при помощи роторного ножа, монтируемого снаружи от корпуса экструдера. Расположение корпуса горизонтально или почти горизонтально и размещение бункера над корпусом облегчают подачу и продвижение сырья через экструдер. Снабжения бункера подающим приспособлением позволяет ускорить подачу сырья в корпус экструдера. Это происходит за счет того, что насыпаемое в конический раструб бункера сырье попадает через сквозные проемы в стенке трубы внутрь приспособления и продавливается в экструдер подпрессовывающим элементом.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежом, на котором представлен заявляемый экструдер в разрезе в момент выхода готового продукта из экструдера (пунктирной линией показано положение поршня в момент загрузки сырья в корпус экструдера).
Корпус 1 экструдера снабжен торцовой стенкой 2 с отверстиями 3 в ней. Размер отверстий 3 в торцовой стенке 2 корпуса 1 не превышает 0,1 мм. Внутри корпуса 1 с возможностью скольжения установлен сжимающий элемент 4 (поршень, плунжер), взаимодействующим со штоком гидроцилиндра (на чертеже не показан). Корпус 1 сообщен с коническим бункером 5 для подачи сырья 6, причем бункер 5 расположен над корпусом 1 для того, чтобы облегчить подачу сырья в корпус 1. Снаружи от торцовой стенки 2 корпуса 1 установлено средство для нарезки выдавливаемого из корпуса материала в виде приводного роторного ножа 7, установленного так, что ось его вращения совпадает с продольной осью корпуса 1 экструдера, а плоскость его вращения расположена снаружи от торцовой стенки 2 корпуса с зазором относительно нее 0,1-1,0 см. Корпус 1 экструдера установлен горизонтально или с наклоном в сторону торцовой стенки 2 с углом наклона корпуса к горизонтали не более 5°, что облегчает прохождение сырья через корпус 1 экструдера. Для ускоренного проталкивания сырья из бункера 5 в экструдер в горловине бункера 5 закреплена труба 8, стенки которой выполнены со сквозными проемами 9. Внутри трубы 8 установлен подвижный от привода (например гидроцилиндра) подпрессовывающий элемент 10, имеющий вогнутую поверхность того своего участка, который соприкасается с сырьем 6. В качестве сырья 6 могут быть использованы, например, пухоперьевое сырье, рога, копыта, щетина, шерсть животных, различные растительные продукты, такие, например, как солома, вата и пр.
Обработку пухоперьевого сырья осуществляют следующим образом.
Партию пухоперьевого сырья 6 (1-3кг) загружают из бункера 5 в корпус 1 экструдера. Для облегчения загрузки сырье 6 может быть предварительно измельчено. При загрузке в бункер 5 сырье 6 перемещается вдоль конических стенок бункера 5 вниз и проваливается через сквозные проемы 9 в стенке трубы 8 внутрь подающего устройства, где за счет движения подпрессовывающего элемента 10 ускоренно подается в корпус 1 экструдера. В момент загрузки сжимающий элемент 4 занимает в корпусе 1 положение, наиболее удаленное от торцовой стенки 2. После загрузки под действием сжимающего элемента 4 сырье 6 перемещается к торцовой стенке 2, имеющей очень небольшие отверстия 3. При этом сырье 6 уплотняется настолько, что под воздействием высокого давления и температуры, повышающейся вследствие приложения давления, в нем осуществляется процесс гидролиза, в результате которого из пухоперьевого сырья 6 образуется белковый гидролизат. При этом из-за того, что сырье 6 по своей природе содержит незначительное количество влаги и из-за того, что это небольшое количество влаги при повышенном давлении мгновенно испаряется, то из корпуса 1 выходит белковый гидролизат с консистенцией, не требующей дальнейшей сушки. Полученный гидролизат измельчают при помощи приводного роторного ножа 7, причем от того, насколько близко к корпусу размещен роторный нож 7 и от скорости его вращения, зависит степень измельчения готового продукта.
В таблице 1 приведены показатели белкового гидролизата, полученного из пухоперьевого, т.е. кератинсодержащего, сырья с помощью заявляемого устройства.
Таблица 1.
Показатель
Угол наклона корпуса к горизонтали,°
Размер отверстия в торцовой стенке корпуса, мм
0,5
0,1
0,05
Степень переработки сырья, %
10
30
100
100
5
50
100
100
1
60
100
100
Содержание протеина, %
10
83
83
83
5
83
83
83
1
83
83
83
Содержание влаги, %
10
9-10
8-8,5
7-8
5
8-9
7-8
6-7
1
8-9
6,5-7
6-7
Время цикла обработки сырья, сек.
10
2-3
8-9
10-12
5
3-4
6-8
9-10
1
3-4
6-7
8-9
В таблице 2 приведены показатели белкового гидролизата, полученного из горохово-бобовой соломы, т.е. целлюлозосодержащего сырья, с помощью заявляемого устройства.
Таблица 2.
Показатель
Угол наклона корпуса к горизонтали,°
Размер отверстия в торцовой стенке корпуса, мм
0,5
0,1
0,05
Степень переработки сырья, %
10
30
100
100
5
40
100
100
1
50
100
100
Содержание протеина, %
10
83
83
83
5
83
83
83
1
83
83
83
Содержание влаги, %
10
12-15
8-9
7-8
5
10-12
7-8
6-7
1
10-12
7-8
6-7
Время цикла обработки сырья, сек.
10
2-3
8-9
10-12
5
3-4
6-8
11-12
1
3-4
6-7
11-13
В таблице 3 приведены показатели измельченного белкового гидролизата, полученного из пухоперьевого сырья с помощью заявляемого устройства.
Таблица 2.
Показатель
Зазор плоскости вращения приводного роторного ножа относительно торцовой стенки корпуса, см
0,05
0,1
1,0
1,5
Внешний вид полученного гидролизата
Мелкий порошок, склонный к слеживаемости и неравномерному набуханию
Однородные по размерам гранулы
Однородные по размерам гранулы
Смесь частиц разного размера
Набухание при погружении в водную среду
Равномерное набухание
Равномерное набухание
Неравномерное набухание
Крошимость при механическом воздействии
Отсутствие крошимости
Низкая крошимость
Значительная крошимость частиц крупного размера
Приведенные примеры показывают, что при размере отверстия в торцовой стенке корпуса более 0,1 мм снижается степень переработки сырья, а также увеличивается содержание влаги в гидролизате, что снижает срок хранения полученной продукции.
Увеличение угла наклона корпуса к горизонтали более 5° удлиняет время обработки сырья и увеличивает содержание влаги в гидролизате.
Расположение приводного роторного ножа снаружи от торцовой стенки с зазором менее 0,1 см и более 1,0 см затрудняет получение продукта, удобного для скармливания.
Таким образом, очевидно, что заявляемое устройство обеспечивает получение кормопродукта из кератинсодержащего и целлюлозосодержащего сырья за счет осуществления гидролиза исходного сырья.