УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА САХАРОСОДЕРЖАЩЕГО КОРМА

Установка относится к кормопроизводству и может быть использована для производства сахаросодержащего корма (патоки) из зерна пшеницы, ржи, ячменя, овса, тритикале, зерносмесей и т.д. методом ферментативного гидролиза крахмала.
В настоящее время недостаток легкопереваримых углеводов (ЛПУ) в рационах жвачных животных во многих животноводческих хозяйствах России составляет 25-46%. В зависимости от удоя животные должны получать в сутки от 1,0 до 2,4 кг сахаров. Их дефицит в рационах снижает перевариваемость и усвояемость питательных веществ. В результате коровы, имеющие средний надой в условиях Сибири 3,0-3,5 тыс. кг, реализуют генетический потенциал продуктивности не более чем на 35-40%.
Годовая потребность в ЛПУ в целом по РФ по мнению экспертов составляет до 1 млн. тонн в год и будет возрастать с увеличением молочной продуктивности животных и поголовья.
Традиционными источниками ЛПУ являются: корнеклубнеплоды, сахарная меласса (побочный продукт сахароперерабатывающей промышленности), гидролизные патоки (побочный продукт целлюлозобумажной промышленности).
Выращивание сахарной и кормовой свеклы связано с высокими энергетическими и трудовыми затратами и в условиях Сибири экономически нецелесообразно. Содержание сахара в этих культурах составляет всего 14-16%. Кроме того, их хранение требует серьезных капиталовложений на постройку специальных хранилищ, причем в процессе хранения сахарной свеклы, содержание сахаров в ней ежедневно снижается на 0,1% и через 100 дней их количество стремится к нулю. Следует отметить, что все корнеклубнеплоды имеют особенность аккумулировать нитраты, которые в организме животных превращаются в нитриты и отрицательно влияют на здоровье животных.
Источники сахарной мелассы, сосредоточены в Европейской части России, и за Уралом они практически отсутствуют. Ее транспортировка связана со значительными расходами. Кроме того, в 1 кг сахарной мелассы содержится 1,7-8,6 г нитратов, что так же неблагоприятно сказывается на здоровье животных.
Использование гидролизной патоки, в связи с применением сильных минеральных кислот при обработке древесины, опасно с экологической точки зрения. Она содержит продукты дальнейшего превращения глюкозы: фурфурол, метилфурфурол, являющиеся токсичными соединениями. Содержание углеводов в гидролизной патоке не превышает 10%, что делает ее транспортировку на большие расстояния нецелесообразной.
Использование кристаллических сахаров в кормовых целях, по примеру развитых странах, экономически нецелесообразно. Так как собственное производство кристаллической глюкозы в РФ отсутствует, а стоимость импортной глюкозы достигает 54,0 руб./кг.
Усвояемость нативного крахмала зерновых культур не превышает 25%. Существуют различные способы обработки зернового сырья с целью повышения биодиступности питательных веществ. В практике применяется: замачивание, поджаривание зерна, экструдирование, пропаривание и плющение, «взрыв» в кипящем слое, микронизация, экструзия, экспандирование.
Практически все вышеперечисленные технологии энергоемки, т.к. идут при высокой температуре, что приводит к инактивации биологически активных компонентов зерна (витаминов, ферментов, белков). Более того, перечисленные способы дают незначительные превращения крахмала в ЛПУ. При замачивании и запаривании количество сахаров увеличивается на 5-7%, при осолаживании и экструзии менее 50%, имеющегося в зерне крахмала, проходит лишь стадию желатинизации. Экструдирование зерна приводит к повышению перевариваемости органического вещества только на 1,9%.
В последние годы валовой сбор зерновых в РФ составляет от 85 до 107 млн. тонн/год. Потребность в продовольственном зерне составляет 47-55 млн. тонн/год. Значительная часть собираемого зерна (до 60%) классифицируется как фуражное (низкого сорта и некондиционное). Его переработка на кормовые сахаросодержащие добавки, эффективный путь вовлечения в экономически рентабельный товарооборот. Кроме того, рожь, имеющая стабильно высокие урожаи в условиях Сибири (40-50 ц/га), из-за наличия комплекса антипитательных веществ, плохо поедается животными. Переработка методом ферментативного гидролиза позволит задействовать эту культуру в кормовых целях.
Использование зерна в качестве сырья для производства сахаросодержащего корма, позволяет вне зависимости от климата или времени года получать ЛПУ, что является серьезным преимуществом в условиях Сибири.
Существующие в настоящее время ферментеры, в которых перемешивание ведется с использованием многоярусных мешалок, имеют ряд недостатков, основными из которых являются: неравномерность перемешивания, образование застойных зон, локальные перегревы, высокое энергопотребление и, как следствие, невысокий КПД.
В связи с вышеизложенным в животноводческой отрасли остро назрела необходимость создания таких технологий, которые позволяли бы перерабатывать, имеющееся в хозяйствах зерно, на продукцию, содержащую значительные количества ЛПУ заданного состава и делать это технологичным, малозатратным и экологически безопасным способом.
Наиболее близким к предполагаемой полезной модели по своему назначению является установка типа УЖК-500 (1000) для приготовления зерновой патоки из злаковых культур, представленная на сайте http://www.cckrb.ru/pages/docs/mc_showdoc.aspx?id=6344. Описание принципа работы подобной установки, приводится в патенте (Способ получения сахаристых продуктов из зернового сырья патент №2285725). Конструкция данной установки принята за аналог. В ней для нагрева воды применен роторно-пульсационный аппарат с кавитационной решеткой. Нагрев основан на эффекте выделения дополнительного количества тепла и происходит при структурном преобразовании воды, проходящей через кавитационную решетку. Поверхностный слой за счет упорядочивания диполей молекул имеет теплоемкость льда, что существенно ниже основного объема воды. Аппарат создает большое количество воздушных пузырьков, многократно увеличивая поверхностный слой, обеспечивая выход дополнительного количества тепла. Прирост может достигать от 100 до 500% мощности, затрачиваемой на прокачивание воды.
Данной установке присущи следующие недостатки: нагрев воды с помощью роторно-пульсационного аппарата малоэффективен, т.к. пузырьки через 5-10 минут исчезают, и происходит обратный процесс восстановления жидкости с забором тепла, т.е. сколько тепла дополнительно выделяется на решетке, столько же возвращается назад. Дальнейший нагрев воды идет в основном за счет гидродинамического трения.
Воздействие на сырье механоакустических колебаний высокой интенсивности, в процессе разжижения крахмала так же малоэффективно. Поскольку вода разогревается совместно с зерном, быстро превращается в густую клейкую массу - суспензию, которая сильно демпфирует процессы кавитации и препятствует распространению акустических колебаний.
Короткий срок эксплуатации дорогостоящего роторно-пульсационного аппарата. Так как аппарат работает, как обычный измельчитель, прогоняя зерно через кавитационную решетку, идет ее сильный абразивный износ.
Наиболее близкой к предполагаемой полезной модели по технической сущности является установка для производства кормовых углеводных добавок сельскохозяйственным животным (см. патент на ПМ №46681). Она представляет собой емкость с водяной рубашкой, расположенную на поворотных опорах, внутри которой установлено перемешивающее измельчающее устройство. Данная установка принята за прототип. Так как в качестве перемешивающего измельчающего устройства используется роторно-пульсационный аппарата, ее недостатки аналогичны установкам типа УЖК-500 (1000). Это низкая эффективность воздействия на сырье механоакустических колебаний и короткий срок эксплуатации роторно-пульсационного аппарата. Кроме того, для полного перемешивания сырья, емкость необходимо в ручную накренять и фиксировать в определенных положениях.
Поставлена задача - разработка эффективной, надежной, экономичной установки для производства сахаросодержащего корма, обеспечивающей быстрое и равномерное распределения фермента в вязкой среде по всему объему, перерабатываемого сырья с возможностью дозировано вносить в сахаросодержащий корм дополнительных компонентов.
Это достигается тем, что гомогенизатор установки расположен на электронных весах и снабжен водяной рубашкой с электрокотлом и циркуляционным насосом, что позволяет отказаться от низкоэффективного процесса кавитации. В качестве измельчающего перемешивающего аппарата, используется надежный центробежный насос. Входной и выходной патрубок укорочены, на внешнюю поверхность рабочего колеса и внутреннюю поверхность корпуса нанесены пазы, а в корпусе дополнительно выполнены отверстия. Кроме того, гомогенизатор соединен посредством электронасосного агрегата и труб с ферментером, имеющим теплоизоляционную рубашку.
От аналога заявляемое устройство отличается способом нагрева воды, конструкцией измельчающего перемешивающего аппарат, а также наличием электронных весов. От прототипа оно отличается так же, конструкцией измельчающего перемешивающего аппарат и наличием электронных весов.
Сущность полезной модели поясняется ниже следующим описанием и прилагаемым графическим материалом.
На фиг.1 представлена схема установки для производства сахаросодержащего корма, на фиг.2 - схема корпуса центробежного насоса, на фиг.3 - схема рабочего колеса центробежного насоса.
Гомогенизатор 1 представляет собой агрегат, на сварной из швеллера раме 2, с установленной на электронных весах 3, емкостью 4 из нержавеющей стали, и установленным в нее измельчающим перемешивающим аппаратом 5. Представляющим собой центробежный насос. Входной 6 и выходной 7 патрубки, которого укорочены. В корпусе 8 дополнительно проделано три отверстия 9. Рабочее колесо насоса 10 имеет радиальные пазы прямоугольной формы 11 по внешним поверхностям. Внутренние поверхности корпуса 8, также имеют пазы 12.
Снизу на раме 2 установлен электрокотел 13. Емкость 4 снабжена снаружи водяной рубашкой 14 с двумя шаровыми кранами 15, которые соединены посредством труб 16 с электрокотлом 13 и циркуляционным насосом 17.
На емкости 4 снизу вварен выходной патрубок 18 с шаровым краном 19, соединенный с электронасосным агрегатом 20. Сверху на емкости 4 имеется технологический люк с крышкой 21 и установлен расширительный бачок 22 для водяной рубашки 14. На расширительном бачке сбоку установлен расходомер 23 для воды. На верхней крышке емкости 4 установлен загрузочный патрубок для зернового сырья 24.
Ферментер 25 представляет собой емкость 26, установленную на сварной раме 27, снабженную теплоизоляционной рубашкой 28. Снизу на емкости 26 установлен выходной патрубок 29, соединенный трубой 30, снабженной шаровым краном 31 с выходным патрубком 18. В боковую стенку емкости 26 вварен нагнетающий патрубок 32 имеющий шаровый кран 33, который соединен трубой 34 с выходным патрубком 35 электронасосного агрегата 20. На выходе электронасосного агрегата 20 после крана 33 установлен выходной штуцер 36 с шаровым краном 37, для откачки готовой продукции.
Предлагаемая установка работает следующим образом. Вода через расходомер 23 наполняет расширительный бачок 22. Из него, в первую очередь, вода поступает в водяную рубашку 14, а после ее заполнения, внутрь емкости 4. После заливки необходимого количества воды, масса которой контролируется посредством электронных весов 3, включается нагрев. Вода нагревается в электрокотле 13 и распространяется циркуляционным насосом 17 по водяной рубашке 14, которая передает тепло основной массе воды в емкости 4.
При нагреве воды в емкости 4 до 45°C включается измельчающий перемешивающий аппарат 5 и производится загрузка, предварительно измельченного, зернового сырья, через загрузочный патрубок 24. Частицы зерна смешанные с водой втягиваются во входной патрубок 6 центробежного насоса, попадают в пространство между корпусом 8 и вращающимся колесом 10. Они дополнительно измельчаются за счет нанесенных радиальных пазов на внешних поверхностях рабочего колеса 11 и пазов на внутренних поверхностях 12 корпуса 8. Укороченные входной 6 и выходной 7 патрубки способствуют более эффективному смешиванию. А дополнительно проделанные в корпусе 8 три отверстия 9, препятствуют образованию застойных зон на дне емкости 4.
После разжижения крахмала при температуре около 65°C в емкость 4 через технологический люк 21 вводится необходимый набор ферментов. После выдержки в емкости 4 при постоянном измельчении и перемешивании, продукт перекачивается через выходной патрубок 18 при открытом шаровым кране 19 электронасосным агрегатом 20. И подается через выходной патрубок 35 соединенный с трубой 34 в емкость 26 через нагнетающий патрубок 32 при открытом шаровым кране 33, и закрытых кранах 31 и 37. После перекачки всего объема сырья из емкости 4 в емкость 26 перекрывается кран 19 и открывается кран 31. Выключается измельчающий перемешивающий аппарат 5, а также электрокотел 13 и циркуляционный насос 17. В результате сырье перемещается по замкнутому контуру из емкости 26 через выходной патрубок 29 в трубу 30, далее через выходной патрубок 18 в электронасосный агрегат 20, а затем через выходной патрубок 35 в трубу 34 и через нагнетающий патрубок 32 обратно попадает в емкость 26.
Таким образом, электронасосный агрегат 20 работает в режиме мешалки, доводя до нужной кондиции и необходимого уровня сахаров сырье в емкости 26 ферментера 25.
Далее выгрузка готовой продукции производится через выходной штуцер 36 с помощью электронасосного агрегата 20 при открытых шаровых кранах 31, 37 и закрытых 19, 33.
Положительный эффект обусловлен тем, что за счет конструктивных особенностей - водяной рубашки с тэном и использования в качестве измельчающего перемешивающего аппарата центробежного насоса, значительно повышается надежность и продолжительность периода эксплуатации установки. Так как используется центробежный насос марки СМ80-50-200/4 предназначенный для откачки стоков, изготовленный из высокопрочных материалов, устойчивых к абразивному износу. А внесенные изменения, позволяют использовать его для эффективного измельчения и перемешивания сырья без застойных зон, не приводя к ослаблению конструкции. Кроме того, наличие широких межлопастных каналов рабочего колеса насоса, позволяет избежать их засорение сырьем. Так как окончательное осахаривание происходит в ферментере, где для перемешивания задействован маломощный насос, то суммарной мощности в предлагаемом варианте установки для измельчения и перемешивания требуется в 4-5 раз меньше по сравнению с установками на основе роторно-пульсационного аппарата.