КОМБИНИРОВАННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ПРОИЗВОДСТВА МИКРОНИЗИРОВАННЫХ ХЛОПЬЕВ ДЛЯ СТАРТЕРНЫХ И ПРЕСТАРТЕРНЫХ КОМБИКОРМОВ ДЛЯ МОЛОДНЯКА СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ ЖИВОТНЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОЧИЩЕННОГО БИОГАЗА
COMBINED PROCESS LINE FOR PRODUCTION OF MICRONISED FLAKES FOR STARTER AND PREMARARMIC FEEDSTUFFS FOR YOUNG STOCK OF FARM ANIMALS USING PURIFIED BIOGAS

Изобретение относится к способам производства микронизированных хлопьев для стартерных и престартерных комбикормов для молодняка сельскохозяйственных животных за счет использования биогаза, получаемого путем утилизации органических отходов животноводческих комплексов и может быть использовано в комбикормовой промышленности.
Известна линия микронизации зерна (Патент РФ №2546172. Линия микронизации зерна. Афанасьев В.А., Кочанов Д.С. A23N 17/00, - №2013125843/13. - Заявл. 04.06.2013; Опубл. 10.04.2015; Бюл. №10), содержащая магнитный сепаратор, плющильную машину, охладитель. Очищенное от металломагнитной примеси на магнитном сепараторе зерновое сырье подается в бункер микронизатора, из которого при помощи дозатора направляется на вибротранспортер. По мере перемещения по транспортеру, над которым установлен блок газовых ИК-горелок, зерно непрерывно перемещается и переворачивается, что обеспечивает равномерный обогрев всей его поверхности. После интенсивного нагрева зерно поступает в плющильную машину, где плющится в зазоре между вращающимися валками. Полученные хлопья подаются на охладитель. Отработанный воздух из охладителя очищается в циклоне и удаляется в атмосферу. Для вытяжки продуктов сгорания над блоком газовых горелок устанавливается зонт с вытяжным вентилятором.
Наиболее близким по своей технической сущности и достигаемому эффекту является способ комбинированной очистки биогаза (Патент №2013100384 РФ), в котором предварительно сжатый исходный биогаз с содержанием диоксида углерода 30÷50% и насыщенный влагой подают в абсорбер, где в результате избыточного давления и промывки биогаза водой происходит растворение диоксида углерода в воде. Посредством избыточного давления вода с растворенной двуокисью углерода поступает в рекуперативный теплообменник, затем в водонагреватель, где подогревается до температуры, необходимой для регенерации воды, и распыляется в десорбере. В десорбере поддерживается давление на уровне 3÷11 кПа. Под действием перепада давления и температуры происходит десорбция диоксида углерода из воды. Далее производят глубокую очистку и осушку диоксида углерода в двух адсорберах, работающих попеременно. Отрегенерированную воду перекачивают насосом в рекуперативный теплообменник, далее в теплообменник, где воду охлаждают до 15÷20°С и направляют в промежуточную емкость, откуда охлажденную воду подают насосом в абсорбер. Очищенный от диоксида углерода в абсорбере биогаз подают в сепаратор, где в результате дросселирования происходит частичная конденсация влаги, таким образом, снижается нагрузка для адсорберов. После сепаратора биогаз поступает на глубокую очистку и осушку до состояния биометана (90÷97% метана) в адсорберы, работающие попеременно.
Основными недостатками известной линии являются:
- невозможность реализации энергосберегающей технологии производства и использования биогаза, получаемого из отходов животноводческих комплексов;
- не решает проблему обеспечения высокоэффективными комбикормами для различных групп сельскохозяйственных животных для применения в личных, крестьянских и фермерских хозяйствах, малых и средних животноводческих комплексах, особенно в глубинных районах страны, неохваченных газификацией;
- не обеспечивает снижение себестоимости стартерных и престартерных комбикормов на основе микронизированных хлопьев для молодняка сельскохозяйственных животных;
- не обеспечивает экономию энергетических ресурсов и улучшение экологической обстановки.
Технический результат изобретения заключается в реализации энергосберегающей технологии производства стартерных и престартерных комбикормов на основе микронизированных хлопьев с использованием биогаза, получаемого из отходов животноводческих комплексов, снижение удельных энергозатрат, повышении качества стартерных и престартерных комбикормов на основе микронизированных хлопьев для молодняка сельскохозяйственных животных, экономии энергетических ресурсов и улучшение экологической обстановки за счет переработки отходов животноводческих комплексов.
Поставленная задача достигается тем, что в комбинированной технологической линии производства микронизированных хлопьев для стартерных и престартерных комбикормов для молодняка сельскохозяйственных животных с использованием очищенного биогаза, включающей установленные по ходу технологического процесса бункер зерновой, питатель шнековый, магнитный сепаратор, увлажнительную машину, бункер для отволаживания зерна, пропариватель, агрегат обжарочный инфракрасный; плющильную машину; сушилку-охладитель; бункер для хлопьев, новым является то, что линия дополнительно снабжена системой для очистки и кондиционирования биогаза, состоящей из парогенератора, колонки очистки от сероводорода, из которой биогаз с помощью компрессора подается в колонку очистки от углекислого газа, из которой очищенный биогаз через фильтр-сепаратор направляется в буферную емкость, а обогащенная углекислым газом вода поступает сначала в первый, а затем во второй теплообменники, после чего в колонну регенерации воды, испарившийся углекислый газ отводится из колонны, а очищенная вода через теплообменник и холодильник отводится в колонку очистки от углекислого газа, очищенный биогаз - биометан направляется по двум потокам: на газовые горелки обжарочного инфракрасного агрегата и на горелки парогенератора.
На фиг.1 представлена плоскостное изображение комбинированной технологической линии производства микронизированных хлопьев для стартерных и престартерных комбикормов для молодняка сельскохозяйственных животных с использованием очищенного биогаза, а на фиг.2 - объемно-планировочное изображение комбинированной технологической линии производства микронизированных хлопьев для стартерных и престартерных комбикормов для молодняка сельскохозяйственных животных с использованием очищенного биогаза.
Комбинированная технологическая линия производства микронизированных хлопьев для стартерных и престартерных комбикормов для молодняка сельскохозяйственных животных с использованием очищенного биогаза включает в свой состав бункеры зерновые 1; шнековые питатели 2; магнитный сепаратор 3; увлажнительную машину 4; бункер 5 для отволаживания зерна; пропариватель 6; агрегат обжарочный инфракрасный 7 (микронизатор); плющильную машину 8; сушилку-охладитель 9; бункер 10 для хлопьев; колонку 11 очистки от сероводорода; компрессор 12; колонку 13 очистки от углекислого газа; холодильник 14; колонну 15 регенерации воды; теплообменники 16 и 17; буферную емкость 18, парогенератор 19 и фильтр-сепаратор 20.
Технологическая линия производства микронизированных хлопьев для получения стартерных и престартерных комбикормов с использованием очищенного биогаза (фиг.1 и фиг.2) включает следующие технологические операции:
- контроль заданной производительности по исходному продукту посредствам питателя 2, установленного на выходе из приемного бункера 1;
- очистка зерна от металломагнитных примесей в магнитном сепараторе 3;
- увлажнение зерна в увлажнительной машине 4;
- равномерное распределение влажности по всему объему подаваемого зерна в отволаживателе 5;
- влаготепловая обработка зерна в пропаривателе 6;
- микронизация пропаренного зерна в агрегате обжарочном инфракрасном 7 (микронизаторе);
- получение зерновых хлопьев в плющильной машине 8;
- сушка плющеных хлопьев и их охлаждение в сушилке-охладителе 9;
- хранение обработанного зерна в бункере 10;
- очистка исходного биогаза от сероводорода в колонке 11;
- компрессионное сжатие в компрессоре 12;
2
- очистка от CO в колонке 13;
- охлаждение воды в холодильнике 14;
2
2
- регенерация воды (очистка от CO) в колонне 15 для последующей процесса абсорбции CO в колонке 13;
2
- промежуточный подогрев обогащенной CO воды в теплообменнике 16;
2
- нагрев воды в теплообменнике 17 до температуры испарения CO;
2
- отвод очищенной от CO воды через теплообменник 16 и холодильник 14 в колонку 13;
- очистка биогаза в фильтр-сепараторе 20 и накопление очищенного биогаза в буферной емкости 18.
3
Животноводческие хозяйства, находящиеся в отдаленных, негазифицированных районах, остро нуждаются в дополнительных источниках энергии. В себестоимости комбикормов значительную часть (20-35%) составляют энергозатраты. Учитывая, что при производстве 1 тонны стартерных и престартерных комбикормов для молодняка сельскохозяйственных животных расходуется от 95 до 128 кВт⋅ч электроэнергии и около 120-150 м технологического пара, целесообразно предусмотреть автономное энергоснабжение комбикормового производства за счет биотопливных ресурсов. Поэтому эффективным способом решения этой задачи является использование биогаза, полученного из отходов животноводства. Производство и использование биогаза, получаемого из отходов свинокомплексов, практически полностью закрывает их энергетические потребности. Процесс анаэробного брожения, наряду с получением биогаза, позволяет переработать свиные отходы в органические удобрения, которые можно использовать в сельском хозяйстве.
4
2
2
2
2
2
Примерный состав получаемого в ферментере биогаза: 50-60% метана (CH); 35-45% углекислого газа (CO); 50-150 ppm сероводорода (HS); 1% кислорода (О); ~ 1% азота (N); ~ 1% водорода (Н).
Для того чтобы биогаз не имел запаха и хорошо горел, необходимо удалить из него углекислый газ, сероводород, пары воды. Кроме того, сероводород приводит к коррозии цветных металлов и алюминия в газопроводах, а также регулирующих подачу газа и магнитных вентилях. Биогаз на 100% насыщен водяным паром, когда он выходит из ферментера. Чем выше температура, тем больше воды в биогазе. Это может привести к возникновению следующих проблем: водосборники в газопроводах приводят к повышенным потерям давления; влажные фильтры для газа также ведут к потерям газа; вода при взаимодействии с сероводородом образовывает серосодержащие кислоты, способные вызывать сильную коррозию.
Проведенные во Всероссийском научно-исследовательском институте комбикормовой промышленности исследования по очистке биогаза от примесей показали необходимость его подготовки для последующего использования:
2
2
2
3
3
- в горелках парогенератора до следующего научно обоснованного состава: метана до 60%, HS - до 20 мг/м, паров НО не более 9 мг/м, CO - до 36%;
4
2
2
3
3
- в горелках микронизатора до следующего научно обоснованного состава: метана (СН) - 85% об углекислого газа CO - 11% об., паров воды - 9 мг/м, сероводорода HS - 20 мг/м.
Комбинированная технологическая линия производства микронизированных хлопьев для стартерных и престартерных комбикормов для молодняка сельскохозяйственных животных с использованием очищенного биогаза (фиг.1 и фиг.2) работает следующим образом.
Исходное зерновое сырье из зернового бункера 1 шнековым питателем 2 через магнитный сепаратор 3 зерно подается в увлажнительную машину 4 до достижения влажности 20-25%. Увлажненное зерно выдерживают в бункер для отволаживания зерна (отволаживатель) 5 для равномерного распределения влажности по всему объему зерновой массы.
Далее увлажненное зерно направляется в пропариватель 6, в котором осуществляется влаготепловая обработка зерна в течение 10 мин при температуре 100-150°С, позволяющей повысить усвояемость корма до 85-88%. Пропаренное зерно подают на микронизацию в аппарат обжарочный инфракрасный 7, в котором используется инфракрасный нагрев для облучения зерна инфракрасными лучами при температуре 90-150°С в течение 45-70 с. Под действием лучей зерно интенсивно нагревается изнутри, вспучивается, размягчается и растрескивается: 90% крахмала расщепляется до сахаров, повышается переваримость и усвояемость протеина, погибают токсичные грибы и патогенная микрофлора. В результате микронизации зерна усиливается хлебный запах, улучшаются вкусовые качества, так как происходит желатинизация и декстринизация крахмала. В процессе микронизации нативный крахмал зерна превращается в модифицированный. Содержание сахаров и декстринов увеличивается в 2-3 раза, степень клейстеризации достигает 35% и выше. Доступность крахмала для организма животных вследствие его гидролитического расщепления повышается в 2-5 раз.
Затем микронизированное зерно пропускают через вальцы плющильной машины 8 с зазором между вальцами 0,40-0,55 мм и получают зерновые хлопья.
В сушилке-охладителе 9 осуществляют сушку зерновых хлопьев при температуре 80-90°С и скорости сушильного агента 0,4-0,7 м/с при снижении влажности до 8-9%.
В зоне охлаждения сушилки-охладителя снижают температуру высушенных плющеных зерен до температуры окружающей среды атмосферным воздухом. Охлажденные микронизированные хлопья отводят в бункер 10, из которого они направляются на производство стартерных и престартерных комбикормов для молодняка сельскохозяйственных животных.
Для реализации процессов пропаривания, микронизации и сушки очистку биогаза следует осуществлять до содержания сероводорода 0,001%, углекислого газа 8-23%, влагосодержание 3-5%.
3
2
2
2
После очистки исходного биогаза от сероводорода в колонке 11 с помощью компрессора 12 под давлением 0,5 МПа с температурой 50-60°С и расходе 60 м/ч подается в колонку 13 для очистки от CO. В колонке 13 осуществляется процесс абсорбции CO охлажденной водой, подаваемой из холодильника 14 в режиме противотока. Очищенный от CO и водяных паров (до их содержания 3-5%) биогаз из фильтр-сепаратора 20 направляется в буферную емкость 18.
2
2
2
2
2
Обогащенную CO воду из колонки 13 регенерации НО нагревают до 50°С сначала в теплообменнике 16 за счет рекуперативного теплообмена с очищенной от CO воды, а затем до 80°С в теплообменнике 17 за счет горячей воды, подготовленной путем теплообмена с отходящими газами из микронизатора 7. Испарившийся CO отводится из колонны 15, а очищенная вода сначала отводится в теплообменник 17, затем в холодильник 14 и далее в колонну 13 очистки от CO с образованием замкнутого термодинамического цикла.
Предлагаемая комбинированная технологическая линия производства микронизированных хлопьев для стартерных и престартерных комбикормов для молодняка сельскохозяйственных животных с использованием очищенного биогаза, получаемого при переработке отходов животноводческих комплексов, имеет следующие преимущества:
- позволяет эффективно производить микронизированные хлопья для их дальнейшего использования в производстве стартерных и престартерных комбикормов для молодняка сельскохозяйственных животных с максимальным использованием вторичных энергоресурсов (биогаза, получаемого из отходов животноводческих комплексов);
- технология производства микронизированных хлопьев за счет сжигания очищенного биогаза в инфракрасных излучателей агрегата обжаривания зерна и использования парогенератора, работающего на очищенном биогазе, обеспечивает получение высокоэффективных комбикормов, особенно, в удаленных, негазофицированных районах при пониженном расходе электроэнергии;
- вышеуказанная гидротермическая технология (микронизация) позволят повысить кормовую ценность зернофуража. Их положительное влияние проявляется в повышении переваримости крахмала, изменении белкового комплекса зерна, инактивации ингибиторов пищеварительного тракта, пастеризации, образовании ароматических веществ, улучшающих вкусовые качества зерна;
- позволят повысить качество стартерных и престартерных комбикормов для молодняка сельскохозяйственных животных со сбалансированными по питательной ценности компонентами, способствующих росту привесов, сокращению сроков откорма и снижению конверсии корма.