Способ и устройство технологически и экономически оптимального озонирования движущихся сыпучих кормов для животноводства и птицеводства
METHOD AND DEVICE FOR TECHNOLOGICALLY AND ECONOMICALLY OPTIMAL OZONATION OF MOVING LOOSE FODDERS FOR ANIMAL BREEDING AND POULTRY FARMING

Изобретение относится к области сельского хозяйства, к технологиям обеззараживания кормов, комбинированных кормов и кормовых смесей для животных и птицы в животноводстве и птицеводстве посредством энергии газа озона и может быть использовано в отраслях промышленного животноводства и птицеводства, при переработке кормов, а также в отрасли кормопроизводства в сельском хозяйстве.
Известны способ и устройство экономичной транспортировки птичьих яиц магистральным транспортером птицефабрики, в результате использования которых устанавливается такое значение скорости движения ленты транспортера, при котором обеспечивается наименьшая на данный момент времени сумма затрат от расчетной потери стоимости поврежденных при транспортировке яиц и на электроэнергию для электропривода транспортера [Патент РФ №2414396. Способ и устройство экономичной транспортировки птичьих яиц магистральным транспортером птицефабрики / Дубровин А.В. и др. // БИ, 2011, №8].
Недостатками известного технического решения является невозможность его прямого использования при технологически или экономически оптимальной сверхвысокочастотной сушке сыпучих кормов для животноводства и птицеводства.
Известно техническое решение энергосберегающего обеззараживания кормов и продуктов животноводства и птицеводства. Имеется информация о требуемых дозах облучения и о массах обеззараживаемых продуктов. Определяется необходимое напряжение питания ускорителя электронов. В зависимости от массы продукта корректируют режим облучения каждого продукта при поступлении его в зону облучения [Патент РФ №2521712. Способ и устройство энергосберегающего обеззараживания кормов и продуктов животноводства и птицеводства / Дубровин А.В. и др. // БИ, 2014, №19].
проод1
ост1
прод1
обл
ост1
тран1
облуч1
тран1
облуч1
обл
Σ1
прод1
ост1
облуч1
тран1
Известно техническое решение экономически оптимального и энергетически рационального режима обеззараживания кормов и других продуктов пучками быстрых электронов. Автоматически определяется экономический минимум суммы стоимостей потерь обеззараживаемой продукции и эксплуатационных энергетических затрат на облучение и на транспортировку кормов и других продуктов сельского хозяйства. По величине аргумента облученности искусственно формируют функциональные зависимости экономических затрат З от потерь продуктов из-за их зараженности в отсутствие облученности или при ее малых уровнях. Также формируют зависимости экономических затрат З от потерь кормов и других продуктов из-за чрезмерно сильного облучения их пучками быстрых электронов, которые взаимодействуют с клеточной структурой биомассы кормов и других продуктов. Первая из этих зависимостей З нелинейно убывает с ростом облученности Ρ, начинаясь с определенного (заранее известного по результатам измерений санитарно-гигиенических свойств материалов, поступающих на радиационную стерилизационную обработку) уровня зараженности биоматериала. Вторая зависимость З нелинейно возрастает, начинаясь с минимального значения порога облученности, достаточного для появления первых необратимых изменений в биологических продуктах растительного и животного происхождения. Допустимый уровень затрат на потери продукции из-за таких изменений ее качества определяется в конкретных опытных работах. Также формируют аналогичные зависимости экономических затрат на электроэнергию для транспортировки продуктов З и для их облучения З от величины облученности. Третья зависимость З есть постоянная величина при постоянной скорости движения рабочего органа транспортера и при неизменной массе продуктов, изменяющаяся по значению пропорционально скорости движения рабочего органа транспортера и массе продуктов. Четвертая зависимость З линейно возрастает с ростом облученности Р. Полученные четыре функции затрат складывают в диапазоне изменения искусственно сформированного сигнала облученности и определяют минимальное значение этой целевой функции (критерия оптимизации по минимуму суммы указанных затрат) З= З + З + З + З. Производится точное и экономически оптимальное и при этом энергосберегающее обеззараживание каждого продукта с его массой [Патент РФ №2533585. Устройство экономичного и энергосберегающего обеззараживания кормов и продуктов животноводства и птицеводства / Дубровин А.В. // БИ, 2014, №11].
Известен процесс комбинированного нагрева зерен сои, причем сверху к зернам теплота доставляется в форме инфракрасной лучистой энергии, а снизу происходит прямой, контактный, кондуктивный нагрев транспортерной ленты, перемещающей зерна сои через зоны такой комбинированной сушки [Шувалов А.М., Машков А.Н., Чернов Д.С., Калинин В.Ф., К.А. Набатов. Расчет показателей процесса нагрева зерна сои // Техника в сельском хозяйстве, 2014, №6, с. 7-9]. Недостатком по существу наиболее близкого к заявляемому техническому решению аналога является следующий недостаток. Во-первых, зерно нагревают только по требованиям норм технологического проектирования, что является либо не достижимым, поскольку не ведется учет многих посторонних влияющих факторов самого зерна и условий, содействующих выведению из камеры сушки излишней влажности. Поэтому высокая точность проведения непрерывного производственного процесса столь сложной комбинированной сушки вряд ли достижима. В указанном литературном источнике прямо сказано, что отклонение результата составило 11%, что для целей практики чрезвычайно много. Во-вторых, имея столь многофункциональный набор технических средств одновременно и ИК-сушки, и сушки путем кондуктивного (или контактного) нагрева, данное техническое решение не может предложить никаких других весьма результативных вариантов эффективного управления процессом сушки зерен сои и т.п., иначе как для важных и только опытных работ.
Большие работы по озонированию сельскохозяйственных материалов долгое время проводил известный русский ученый Александр Федорович Першин. Он занимался в большей степени установлением закономерностей процессов падения концентрации озона в материалах с различными свойствами адгезии и абсорбции. Последний его вклад в по существу русскую фундаментальную науку отражен в следующей публикации: Першин А.Ф. и др. Определение оптимальной дозы озона при обработке зерновых материалов // Техника в сельском хозяйстве, 2014, №6, с. 9-11.
Задачей изобретения является повышение точности при автоматизированном поиске и достижении технологически оптимального и энергетически рационального режима озонного обеззараживания определения экономическою минимума первой суммы стоимостей потерь продукции животноводства и птицеводства при кормлении поголовья обеззараженными сыпучими кормами из-за их бактериологической и микробной зараженности и затрат из-за потери их качества в результате их чрезмерного обеззараживания. Другой задачей изобретения является повышение точности при автоматизированном поиске и достижении экономически оптимального и энергетически рационального режима обеззараживания путем определения экономического минимума второй суммы стоимостей потерь продукции животноводства и птицеводства при кормлении поголовья обеззараженными сыпучими кормами из-за их бактериологической и микробной зараженности и затрат из-за потери их качества в результате их чрезмерного соединения с озоновыми молекулами и эксплуатационных энергетических затрат на обеззараживание и на транспортировку кормов, что необходимо для передачи обеззараженных кормов на временное хранение, а не сразу для кормления животных. Второй режим сушки максимально экономит энергозатраты на процесс сушки. Также задачей изобретения является энергосбережение и повышение точности обеззараживания сыпучих кормов с заранее установленным для них технологическим диапазоном доз озонирования. Таким образом, задачей изобретения также является расширение арсенала технических средств аналогичного назначения, а именно для комбинированной ИК и кондуктивной сушки сыпучих кормов для животноводства и птицеводства.
В результате использования изобретения для режима непосредственного кормления животных и птицы устанавливается такое технологически наилучшее количественное сочетание абсолютных значений мощностей озонирования сыпучих кормов, при котором обеспечивается наименьшая на данный момент времени сумма затрат от расчетной потери стоимости потерь продукции животноводства и птицеводства при кормлении поголовья высушиваемыми сыпучими кормами из-за их бактериологической и микробной зараженности и затрат из-за потери их качества в результате их чрезмерного озонирования. В результате использования изобретения для режима последующего хранения сыпучих кормов устанавливается такое экономически наилучшее значение мощности озонирования сыпучих кормов, при котором обеспечивается наименьшая на данный момент времени сумма затрат от расчетной потери стоимости потерь продукции животноводства и птицеводства при кормлении поголовья обеззараживаемыми сыпучими кормами из-за их бактериологической и микробной зараженности и затрат из-за потери их качества в результате их чрезмерного озонирования и эксплуатационных энергетических затрат на озонирования и на транспортировку сыпучих кормов. Также в результате использования изобретения при поступлении в зону озонирования сыпучих кормов устанавливаются такие количественные значения мощностей озонирования, которые обеспечивают энергосбережение и повышение точности обеззараживания сыпучих кормов для животноводства и птицеводства. Таким образом, технический результат заключается в реализации устройством заявленного назначения озонирования сыпучих кормов для животноводства и птицеводства.
Вышеуказанный технический результат достигается способом технологически и экономически оптимального озонирования движущихся сыпучих кормов для животноводства и птицеводства, включающим в себя применение регулируемых регулятором мощности озонирования сыпучих кормов на поточном измерителе расхода сыпучих кормов, задание скорости движения, измерение скорости движения и регулирование скорости движения рабочего органа поточного измерителя расхода сыпучих кормов и транспортерной ленты, при этом измеряют температуру подаваемых на сушку сыпучих кормов и массовый временной расход подаваемых на сушку сыпучих кормов, задают сигналы времени озонирования, наименьшей и наибольшей суммарной технологической мощности озонирования, удельных региональных цен на продукцию животноводства и птицеводства, на сыпучие корма и на электроэнергию, формируют суммарный сигнал мощности озонирования, периодически изменяют сформированный суммарный сигнал в диапазоне между технологически допустимыми наименьшим и наибольшим заданными значениями этого сигнала, причем вычисляют в зависимости от значения изменяемого сформированного суммарного сигнала первую сумму затрат на расчетные потери стоимости продукции животноводства и птицеводства при кормлении животных и птицы обеззараженными сыпучими кормами из-за их бактериологической и микробной зараженности и затрат из-за потери их качества в результате их чрезмерного переозонирования, также в зависимости от значения изменяемого сформированного суммарного сигнала вычисляют вторую сумму затрат на расчетные потери стоимости продукции животноводства и птицеводства при кормлении животных и птицы обеззараженными сыпучими кормами из-за их бактериологической и микробной зараженности, затрат из-за потери их качества в результате их чрезмерного переозонирования, затрат на электроэнергию озонирования и для электроприводов рабочего органа поточного измерителя расхода сыпучих кормов и транспортерной ленты, посредством первого органа выбора вида критерия оптимизации режима сушки выбирают вид критерия оптимизации режима сушки в виде сигнала переключения разрешения прохождения для дальнейших действий первой или второй вычисленной суммы затрат, определяют соответствующий наименьшему значению выбранной суммы затрат сформированный суммарный сигнал озонирования, причем управляют переходом от режима нормативного обеззараживания к режиму технологически или экономически оптимального озонирования движущихся сыпучих кормов для животноводства и птицеводства.
Технический результат достигается также тем, что устройство технологически и экономически оптимального озонирования движущихся кормов для животноводства и птицеводства содержит входной подающий бункер с обеззараживаемым материалом, первую зону предварительного озонирования, первую пару предварительных озонирующих высоковольтных нерегулируемых электродов, высоковольтный нерегулируемый источник питания, поточный по времени и по массе расходомер окончательно обеззараживаемого материала посредством воздействия регулируемого потока озона, обеззараживаемый материал, вторые пары регулирующих дополнительных высоковольтных озонирующих электродов в потоке обеззараживаемого материала, измеритель-индикатор расхода обеззараживаемого материала, высоковольтный регулируемый источник питания, выход измерителя-индикатора расхода обеззараживаемого материала через высоковольтный регулируемый источник питания соединен со входами вторых пар регулирующих дополнительных высоковольтных озонирующих электродов в потоке обеззараживаемого материала, выходной бункер с обеззараженным материалом посредством двухступенчатого озонирования, при этом в устройство введены датчик бактериальной обсемененности подаваемых на озоновое обеззараживание кормов, датчик бактериальной обсемененности прошедших озоновое обеззараживание кормов, датчик температуры обеззараживаемого материала, датчик температуры окружающего воздуха, блок задатчиков сигналов, разверток по времени, региональных удельных цен на продукцию и на энергию, вычислительный блок для формирования целевых функций затрат на озонирование, выходы датчика бактериальной обсемененности подаваемых на озоновое обеззараживание кормов, датчика бактериальной обсемененности прошедших озоновое обеззараживание кормов, датчика температуры обеззараживаемых кормов, датчика температуры окружающего воздуха, блока задатчиков сигналов, разверток по времени, региональных удельных цен на продукцию, вычислительный блок для формирования целевых функций затрат на озонирование подключены к соответствующим входам блока оптимизации режима озонирования, выход которого соединен через блок задатчиков оптимизации режима озонирования и через задатчик режима озонирования, через высоковольтный нерегулируемый источник питания, управляемый ключ и через высоковольтный нерегулируемый источник питания к входам первой пары предварительных озонирующих высоковольтных нерегулируемых электродов, а выход измерителя-индикатора расхода обеззараживаемого материала дополнительно подключен к управляющему входу управляемого ключа.
Известно, что газ озон поглощается биологическими материалами, вызывая их частичный объемный нагрев и обеззараживание вредной микрофлоры, в результате чего гибнут поселившиеся на этих материалах биологического происхождения, например на сыпучих кормах, микробы и бактерии, плесень и грибки и т.п. микрофлора. Для того чтобы наиболее результативно (эффективно) использовать технологически очень удобный подвод озона к сыпучим кормам для их обеззараживания, следует выполнить новую совокупность действий. Например, при длительном хранении (более 4…5 часов) пророщенного зерна влажностью 50…60% оно начинает покрываться плесенью и гнить. Поэтому его необходимо скармливать в первые же часы после его проращивания. Для продления срока хранения пророщенного зерна его необходимо высушить до относительной влажности 14% [Вендин С.В. и др. Определение параметров сушилки пророщенного зерна // Механизация и электрификация сельского хозяйства, 2015, №1, с. 8-10]. Также следует поступить, применяя для борьбы с грибками ядовитый газ озон. Нагрев материала при обеззараживании озоном не требуется, сама реакция озонирования является экзотермической.
Способ осуществляется следующим образом. При подаче продуктов на установку для сушки надо не только в зависимости от массы, температуры и относительной влажности сыпучих кормов корректировать режим озонирования. Поправлять значение энергетического режима приходится также и в зависимости от тепловых свойств принудительно вентилируемого воздуха в камере сушки. В соответствии со способом следует сначала искусственно сформировать по величине аргумента суммы мощностей озонирования функциональные зависимости расчетных будущих затрат от потерь продуктивности животных и птицы из-за их кормления при сильной зараженности сыпучих кормов микрофлорой в отсутствие комбинированного обогрева или при его малых уровнях. Также необходимо знать зависимости затрат от потерь продуктивности животных и птицы из-за чрезмерно сильного комбинированного обогрева одновременно ИК-излучением и кондуктивным нагревом, когда высокая температура воздействует на клеточную структуру биомассы сыпучих кормов для животноводства и птицеводства. Первая из этих зависимостей нелинейно убывает с ростом суммарной мощности сушки, начинаясь с определенного заранее известного по результатам измерений санитарно-гигиенических свойств материалов, поступающих на озонирование, уровня зараженности биоматериала грибками и прочей микрофлорой. Вторая зависимость нелинейно возрастает, начинаясь с минимального значения порога озонирования, достаточного для появления первых необратимых изменений в биологических продуктах растительного происхождения. Допустимый уровень затрат на расчетные потери продукции животноводства и птицеводства из-за таких изменений свойств сыпучих кормов определяется в конкретных опытных работах. Если кормление животных и птицы необходимо производить сразу после сушки сыпучих кормов, то важнейшим признаком эффективности кормления высушенными кормами является только первая сумма указанных потерь стоимостей продукции животноводства и птицеводства, без учета затрат на энергию озонирования. Эта сумма двух указанных зависимостей есть первая целевая функция оптимизации, а ее минимум соответствует технологически наилучшей суммарной мощности ИК-излучения и контактного нагрева при комбинированной сушке для достижения наилучшей продуктивности поголовья при всех прочих равных условиях.
Для учета энергетики процесса озонирования, что важно для последующего процесса хранения высушенных влажных и при этом обсемененных бактериями сыпучих кормов, следует также сформировать аналогичные дополнительные зависимости затрат на электроэнергию для транспортировки сыпучих кормов и для их озонирования от мощности озонирования. Третья зависимость затрат на транспортировку сыпучих кормов есть постоянная величина при постоянной скорости движения рабочего органа транспортеров и при неизменном массовом расходе сыпучих кормов по времени. Она изменяется пропорционально скорости движения рабочих органов транспортеров и подаче сыпучих кормов. Четвертая зависимость затрат на электроэнергию для собственно озонирования линейно возрастает с ростом мощности производства озона. Причем рост энергозатрат на обеззараживание - чем меньше температура и чем больше относительная влажность подаваемых на сушку сыпучих кормов. При необходимости следует экономить энергию на сушку сыпучих кормов: полученные четыре функции затрат сложить в диапазоне изменения искусственно сформированного сигнала мощности озонирования и найти минимум этой второй суммы или второй целевой функции оптимизации. Таким образом, производится точное, технологически и экономически оптимальное и при этом энергосберегающее (с рациональным расходованием энергии) озонирование сыпучих кормов для их последующего хранения.
технол
технол
влажн
перегрев
технол
энерг1
энерг2
эк1
эк2
технол
технол
эк1
экон1
эк2
экон2
1
эк1
технол
энерг1
2
эк2
технол
энерг2
технол
технол
энерг1
технол
технол
технол
технол
энерг2
технол
технол
сушки
технол
технол
технол
экон1
энерг1
экон1
1
экон2
энерг2
экон2
2
макс
мин
опт
мин
опт
мин
опт
мин
опт
опт
опт
опт
опт
опт
опт
опт
опт
опт
мас
мин
опт
Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1, фиг. 2. На фиг. 1 приведена иллюстрация осуществления способа технологически или экономически оптимального озонирования движущихся сыпучих кормов для животноводства и птицеводства: Ρ - суммарная мощность ИК-излучения и контактного нагрева при комбинированной сушке сыпучих материалов и при одном постоянном значении скорости из подачи в зону сушки с постоянной производительностью по времени, Вт; (Р - Р) - нормативно задаваемый технологический диапазон суммарных мощностей сушки соответствующего материала определенного вида, Вт; ΔПр - стоимость расчетных потерь продуктивности животных и птицы из-за повышенной влажности (микрофлора, грибок и т.п.) и из-за пересушки (потери витаминов и влаги, разрушение белковых молекул и т.п.) потребляемых сыпучих кормов, руб./ед. времени; З - экономические (хозяйственные) затраты, руб./ед. времени; ΔПр - стоимость потерь продуктивности только из-за повышенной влажности, руб./ед. времени; ΔПр - стоимость потерь продуктивности только из-за пересушки (из-за перегрева), руб./ед. времени; ΔПр - стоимость суммарных потерь продуктивности животных и птицы из-за некондиционных кормов, руб./ед. времени; З - затраты на суммарную энергию теплового ИК-излучения и кондуктивного нагрева высушиваемых кормов при высокой температуре и низкой влажности подаваемых на сушку кормов, руб./ед. времени; З - затраты на суммарную энергию теплового ИК облучения и кондуктивного нагрева высушиваемых кормов при низкой температуре и высокой влажности подаваемых на сушку кормов, руб./ед. времени; З - суммарные тепловые затраты на сушку и от потерь продуктивности при высокой температуре и низкой влажности подаваемых на сушку кормов, руб./ед. времени; З - суммарные тепловые затраты на сушку и от потерь продуктивности при низкой температуре и высокой влажности подаваемых на сушку кормов, руб./ед. времени; P - технологически оптимальная суммарная мощность сушки, при которой стоимость потерь продуктивности животных и птицы ΔПр в результате потребления высушенных кормов наименьшая, Вт; Р - экономически оптимальная суммарная мощность сушки, при которой сумма стоимости потерь продуктивности животных и птицы в результате потребления высушенных кормов при высокой температуре и низкой влажности подаваемых на сушку кормов и затрат энергии на комбинированную сушку З наименьшая, Вт; Р - экономически оптимальная доза облучения, при которой сумма стоимости потерь З продуктивности животных и птицы в результате потребления высушенных кормов при низкой температуре и высокой влажности подаваемых на сушку кормов и затрат энергии на комбинированную сушку наименьшая, Вт; ΔПр - дополнительные потери продуктивности из-за отклонения режима облучения Р от технологически оптимального Ρ в результате стремления сэкономить затраты на электроэнергию для сушки ΔЗ, руб./ед. времени; ΔΠр - дополнительные потери продуктивности из-за отклонения режима облучения Р от технологически оптимального Ρ в результате стремления сэкономить затраты на электроэнергию для сушки ΔЗ, руб./ед. времени; ΔΠр(Ρ) + З(Ρ) - суммарные затраты от потерь продуктивности и на энергию для комбинированной сушки в технологически наилучшем режиме сушки Ρ при высокой температуре и низкой влажности подаваемых на сушку кормов, руб./ед. времени; ΔПр(Ρ) + З(Ρ) - суммарные затраты от потерь продуктивности и на энергию для комбинированной сушки в технологически наилучшем режиме сушки Ρ при низкой температуре и высокой влажности подаваемых на сушку кормов, руб./ед. времени; ΔПр - наибольший технологический выигрыш при переходе от нормативного управления сушкой в нормативном технологическом диапазоне доз облучения (Ρ - Ρ) к инновационному точному технологическому управлению режимом сушки Ρ, руб./ед. времени; ΔЗ - снижение суммарных потерь продуктивности и затрат на энергию сушки при экономически оптимальном управлении при высокой температуре и низкой влажности подаваемых на сушку кормов по сравнению с технологически наилучшим режимом, руб./ед. времени. Экономия энергии ΔЗ на величину снижения суммарных потерь продуктивности и затрат на энергию сушки ΔЗ превосходит собственно стоимость дополнительных потерь продуктивности ΔΠр; ΔЗ - снижение суммарных потерь продуктивности и затрат на энергию сушки при экономически оптимальном управлении при низкой температуре и высокой влажности подаваемых на сушку кормов по сравнению с технологически наилучшим режимом, руб./ед. времени. Экономия энергии ΔЗ на величину снижения суммарных потерь продуктивности и затрат на энергию сушки ΔЗ превосходит собственно стоимость дополнительных потерь продуктивности ΔПр.
На фиг. 2 приведена функциональная схема устройства нормативной, технологически и экономически оптимального озонирования движущихся сыпучих кормов для животноводства и птицеводства: 1 входной подающий бункер с обеззараживаемым материалом; 2 - первая зона предварительного озонирования; 3 - первая пара предварительных озонирующих высоковольтных нерегулируемых электродов; 4 - высоковольтный регулируемый источник питания; 5 - поточный по времени и по массе расходомер окончательно обеззараживаемого материала посредством воздействия регулируемого потока озона; индиктор-измеритель скорости движения массы обеззараживаемого материала в расходомере; 6 - обеззараживаемый материал; 7 - вторые пары регулирующих дополнительных высоковольтных озонирующих электродов в потоке обеззараживаемого материала; 8 - измеритель-индикатор расхода обеззараживаемого материала; 9 - высоковольтный регулируемый источник питания; 10 - выходной бункер с обеззараженным материалом посредством двухступенчатого озонирования; 11 - датчик бактериальной обсемененности подаваемых на озоновое обеззараживание кормов; 12 - датчик бактериальной обсемененности прошедших озоновое обеззараживание кормов; 13 - датчик температуры обеззараживаемых кормов; 14 - датчик температуры окружающего воздуха; 15 - блок задатчиков сигналов, разверток по времени, региональных удельных цен на продукцию; 16 - вычислительный блок для формирования целевых функций затрат на озонирование; 17 - блок оптимизации режима озонирования; 18 - блок оптимизации режима озонирования; 19 - задатчик режима озонирования; 20 - управляемый ключ.
Устройство технологически и экономически оптимального озонирования движущихся кормов для животноводства и птицеводства содержит входной подающий бункер с обеззараживаемым материалом 1, первую зону предварительного озонирования 2, первую пару предварительных озонирующих высоковольтных нерегулируемых электродов 3, высоковольтный нерегулируемый источник питания 4, поточный по времени и по массе расходомер окончательно обеззараживаемого материала посредством воздействия регулируемого потока озона 5, обеззараживаемый материал 6, вторые пары регулирующих дополнительных высоковольтных озонирующих электродов в потоке обеззараживаемого материала 7, измеритель-индикатор расхода обеззараживаемого материала 8, высоковольтный регулируемый источник питания 9, выход измерителя-индикатора расхода обеззараживаемого материала 8 через высоковольтный регулируемый источник питания 9 соединен со входами вторых пар регулирующих дополнительных высоковольтных озонирующих электродов в потоке обеззараживаемого материала 7, выходной бункер с обеззараженным материалом посредством двухступенчатого озонирования 10, при этом в устройство введены датчик бактериальной обсемененности подаваемых на озоновое обеззараживание кормов 11, датчик бактериальной обсемененности прошедших озоновое обеззараживание кормов 12, датчик температуры обеззараживаемого материала 13, датчика температуры окружающего воздуха 14, блок задатчиков сигналов, разверток по времени, региональных удельных цен на продукцию и на энергию 15, вычислительный блок для формирования целевых функций затрат на озонирование 16, выходы датчика бактериальной обсемененности подаваемых на озоновое обеззараживание кормов 11, датчика бактериальной обсемененности прошедших озоновое обеззараживание кормов 12, датчика температуры обеззараживаемых кормов 13, датчик температуры окружающего воздуха 14, блока задатчиков сигналов, разверток по времени, региональных удельных цен на продукцию 15, вычислительный блок для формирования целевых функций затрат на озонирование 16 подключены к соответствующим входам блока оптимизации режима озонирования 17, выход которого соединен через блок задатчиков оптимизации режима озонирования 18 и через задатчик режима озонирования 19, через высоковольтный нерегулируемый источник питания 4, управляемый ключ 20 и через высоковольтный нерегулируемый источник питания 4 к входам первой пары предварительных озонирующих высоковольтных нерегулируемых электродов 3, а выход измерителя-индикатора расхода обеззараживаемого материала 8 дополнительно подключен к управляющему входу 4 управляемого ключа 20.
Устройство (фиг. 2) работает следующим образом. Блок 17 вычисляет две целевые функции суммарных затрат в зависимости от дозы облучения. Первая из них есть функция суммарных потерь стоимости продуктивности животных и птицы из-за микробов и бактерий в сыпучих кормах при малых мощностях озонирования и пережога сыпучих кормов при больших мощностях обеззараживания. Вторая функция отражает суммарные потери стоимости продуктивности животных и птицы и эксплуатационные энергетические затраты на озонирование, на транспортировку и на вентилирование сыпучих кормов в виде их общей суммы. При расчетах учитываются температура поступающих на озонирование сыпучих кормов с помощью датчика 14. Поэтому с изменением этих входных характеристик сыпучих кормов функционально изменяются как зависимости стоимостей потерь продуктивности и эксплуатационных затрат на сушку, так и положения технологически и экономически наилучших режимов обеззараживания по величине дозы озонирования в виде сигнала, требуемого наилучшего значения мощности обеззараживания на выходе блока 17.
Таким образом, способ и устройство имеют ярковыраженные чрезвычайно широкие практические возможности по их применению. Как минимум в трех важнейших случаях: когда при наличии избытка электрической энергии и кормов приемлемого качества следует обеззараживать по принятым нормативам; когда энергия также имеется и есть смысл пойти на незначительный ее перерасход по сравнении с нормативным энергопотреблением; когда энергия в дефиците и приходится ее расходовать наилучшим образом, получая при этом корма приемлемого качества. Направляя такие подсушенные корма на дополнительное хранение, производитель продукции животноводства и птицеводства всегда может выбрать время для технологически оптимальной сушки, т.е. при появившемся избытке электроэнергии пойти на ее перерасход, но зато получить наивысшую продуктивность животных и птиц при непосредственном кормлении такими технологически наилучшими высушенными кормами. Следовательно, значительно расширяются функциональные и технические возможности практического применения новых технических решений озонного обеззараживания сыпучих кормов и других материалов.
Подписи к фигурам
3
3техн
3эк
1
3эк
2
1
2
3-1
3-2
эм
экмин2
опт
опт
опт
ин1
Фиг. 1. Иллюстрация осуществления способа технологически и экономически оптимального озонирования движущихся сыпучих кормов для животноводства и птицеводства: Пр - продуктивность (уменьшение потерь продуктивности) животных, птицы и растений при потреблении ими материалов, прошедших озонную обработку, кг, З - затраты на озонирование, приводящие к снижению потерь продукции животноводства и птицеводства, а также урожайности сельскохозяйственных растений после проведенного озонирования, руб./ед. времени; О - действующая концентрация озона, мкг/кг; O - технологически наилучшая концентрация озона, обеззараживание которой кормов данного вида дает при их скармливании наивысшую продуктивность животных и птицы; О - экономически наилучший режим озонового обеззараживания с учетом затрат на расходуемый озон при малом расходе озона; О - экономически наилучший режим озонового обеззараживания с учетом затрат на расходуемый озон при большом расходе озона; ΔΠр - потери продуктивности животных и птицы в результате кормления их необеззараженными кормами с повышенной влажностью, способствующей их дополнительному бактериологическому заражению; ΔΠр - расчетные потери продуктивности поголовья из-за чрезмерного озонирования, вызывающего явления адсорбции озона на поверхности зерен злаков и внедрения его в клеточную структуру молекул кормом; РО - расход озона при малой его концентрации; PО - расход озона при большой его концентрации; З - экономически оптимальные затраты на озоновое обеззараживание при малых его концентрациях; З - экономически оптимальные затраты на озоновое обеззараживание при больших его концентрациях; ΔПр1 + ΔΠр2 + Эн1 - целевая функция суммарных потерь продуктивности и затрат на озонное обеззараживание при малых дозах озона; ΔΠр1 + ΔПр2 + Эн2 - целевая функция суммарных потерь продуктивности и затрат на озонное обеззараживание при больших дозах озона.
Фиг. 2. Функциональная схема устройства технологически и экономически оптимального озонирования движущихся сыпучих кормов для животноводства и птицеводства: 1 - входной подающий бункер с обеззараживаемым материалом; 2 - первая зона предварительного озонирования; 3 - первая пара предварительных озонирующих высоковольтных нерегулируемых электродов; 4 - высоковольтный регулируемый источник питания; 5 - поточный по времени и по массе расходомер окончательно обеззараживаемого материала посредством воздействия регулируемого потока озона; индикатор-измеритель скорости движения массы обеззараживаемого материала в расходомере; 6 - обеззараживаемый материал; 7 - вторые пары регулирующих дополнительных высоковольтных озонирующих электродов в потоке обеззараживаемого материала; 8 - измеритель-индикатор расхода обеззараживаемого материала; 9 - высоковольтный регулируемый источник питания; 10 - выходной бункер с обеззараженным материалом посредством двухступенчатого озонирования; 11 - датчик бактериальной обсемененности подаваемых на озоновое обеззараживание кормов; 12 - датчик бактериальной обсемененности прошедших озоновое обеззараживание кормов; 13 - датчик температуры обеззараживаемых кормов; 14 - датчик температуры окружающего воздуха; 15 - блок задатчиков сигналов, разверток по времени, региональных удельных цен на продукцию; 16 - вычислительный блок для формирования целевых функций затрат на озонирование; 17 - блок оптимизации режима озонирования; 18 - блок задатчиков оптмизации режима озонирования; 19 - задатчик режима озонирования; 20 - управляемый ключ.