СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МИКРОГРАНУЛИРОВАННОЙ ФОРМЫ ПРЕМИКСА
METHOD FOR OBTAINING MICRO-GRANULATED PREMIX SHAPE

Изобретение относится к биотехнологии и кормопроизводству, в частности к технологиям приготовления премиксов и кормовых добавок, в том числе и содержащих специальные комплексные биологические активные добавки (БАД), которые предотвращают микотоксикацию животных и птицы посредством эффективного связывания токсинов, стимуляции иммунной системы и профилактики развития нарушений в желудочно-кишечном тракте.
В настоящее время разрабатываются различные добавки, снижающие токсичность кормов, а также для обогащения комбикормов витаминами, микро- и макроэлементами, биологически активными веществами, обладающими адаптогенными, иммуностимулирующими и ростостимулирующими свойствами. В такой состав кормовых добавок наряду с одним или несколькими энтеросорбентами вводят питательные вещества, аминокислоты, витамины, ферменты, коферменты, пребиотики, пробиотики, гепатопротекторы, иммуномодуляторы, эмульгаторы, органические подкислители и другие биологически-активные вещества, положительно влияющие на продуктивность сельскохозяйственных животных и птиц.
С целью достижения максимальной продуктивности сельскохозяйственных животных и птицы широко используют концентрированные корма с мультикомпонентным составом. С целью упростить технологию приготовления производители комбикорма и непосредственно хозяйства-потребители предпочитают использовать одну «универсальную» кормовую добавку-премикс. При этом минеральные и витаминные премиксы превращаются в витаминно-минеральные. Производители часто вводят в премикс также антиокислители, консерванты, сорбенты, лекарственные препараты антибиотического действия, не заботясь об их совместимости и влиянии друг на друга.
3
1
2
3
4
5
6
12
Известеный премикс (патент РФ №2377865, опубликован 10.01.2010) для поросят-отъемышей, согласно изобретению, включает витамины A, D, E, K, B, B, B, B, B, B, B, микроэлементы железо, марганец, цинк, медь, йод, кобальт, селен, антиоксидант «Сантохин», каротиноиды, пробиотики и пшеничные отруби.
2
4
5
6
с
12
Известен способ (патент РФ №2452194, опубликован 10.06.2012) коррекции обменных процессов лактирующих коров в периоды раздоя и угасания удлиненной лактации, заключающийся в том, что коровам вводят в рацион премикс, который содержит в одном килограмме: кальций - 200 г (с содержанием глюконата кальция 20%); фосфор - 20 г; сера - 50 г; витамин - 650 мг; витамин B - 500 мг; витамин B - 1000 мг; витамин B - 5000 мг; витамин B - 650 мг; витамин B - 30 мг; витамин В -15 мг; биотин - 100 мг; витамин А - 600 мг; витамин E - 500 мг; метионин - 25 г, «селениум-2000» - 10 г; цинк - 6000 мг; медь - 50 мг; кобальт - 50 мг; йод - 100 мг; магний - 30 г; витамин D - 200 мг. В качестве наполнителя используют отруби.
3
2
3
4
5
12
Известен премикс (патент РФ №2156080, опубликован 20.09.2000) для сельскохозяйственных животных и птицы, содержащий йодистый калий, соли кобальта, железа, цинка, марганца и меди, при этом в качестве солей кобальта, железа, цинка, марганца и меди он содержит цитрат кобальта, цитрат железа, цитрат цинка, цитрат марганца, цитрат меди и дополнительно селенит натрия, янтарную кислоту, аскорбиновую кислоту, мицелий лимонной кислоты, обесфторенный фосфат, лизин, метионин, а также витамины A, D, E, B, B, B, B, B и отруби пшеничные.
Общим недостатком подобных премиксов является то, что при их производстве не учитывается совместимость биологически активных веществ (БАВ) в премиксах и их возможное негативное влияние друг на друга как в плане химического разрушения одних под действием других, так и в ухудшении усвояемости некоторых компонентов в присутствии их антагонистов или в отсутствии синергистов. Из статьи (Головня Е. «Сохранность витаминов группы «В» в составе витаминно-минеральных комплексов». Журнал «Комбикорма», №5, 2011 г., с.79-80 и №6, 2011 г., с.113-114) известно, как физические и химические факторы влияют на стабильность витаминов, а также известен синергизм и антагонизм витаминов.
Ввод микроэлементов в состав витаминных продуктов также усугубляет проблему стабильности, так как некоторые из них являются тяжелыми металлами, катализирующими окислительное разрушение витаминов. Даже незначительное количество таких элементов, как железо, кобальт, медь, никель, свинец, кадмий, цинк, оказывает каталитическое воздействие на окислительное разрушение многих витаминов («Витамины и минеральные вещества: Полная энциклопедия» / сост.: Т.П.Емельянова. - СПб.: ИД Весь, 2001. - 368 с.).
Витамины и минеральные вещества в составе премиксов могут химически реагировать не только при усвоении в желудочно-кишечном тракте, но и в процессе производства и хранения.
На практике комбикорма, выработанные с применением таких «сложных» премиксов, после относительно небольшого срока хранения в лучшем случае не обеспечат ожидаемой продуктивности, в худшем нарушат биобаланс организма и приведут к расстройству пищеварительной системы, а также гипер- или гипоавитаминозу по отдельным видам витаминов. Кроме того, стоимость таких мультикомпозиций велика и если эффект не достигнут, это приводит к снижению рентабельности производства.
На основании этих данных встает вопрос о целесообразности одновременного приема всех необходимых элементов в одном препарате. Тем не менее это возможно, во-первых, при научно обоснованном составлении рецептуры витаминных, витаминно-минеральных и минеральных премиксов, во-вторых, при разработке новых технологических форм минеральных веществ, витаминов и других биологически активных добавок. При этом необходимо принимать во внимание, что коммерческие формы добавок различаются между собой не только по биологической эффективности, но и по физическим характеристикам (размер частиц, электростатика, сыпучесть, распределяемость в смеси и т.д.). Это не менее важно для качества премиксов и комбикормов.
Потеря части витаминов в высокоминерализованных комплексах является результатом воздействия целого ряда факторов: сложностью состава; химической и физической формой витаминов и минеральных веществ; скоростью окислительно-восстановительных реакций, катализируемых металлами; способом упаковки; наличием свободной или связанной влаги; уровнем температуры и длительностью хранения перед вводом в комбикорма; наличием консервантов и сорбентов; неравномерным распределением компонентов.
Неравномерность распределяемости микро- и ультрамикродобавок может оказывать более существенный негативный эффект, чем недостаточная сохранность биологически активных веществ. Например, не имеет смысла учитывать потери витамина при хранении премикса, если в потребляемой животным разовой или даже суточной дозе корма он отсутствует в нужной концентрации из-за плохой распределяемости.
Идеальная кормовая смесь (комбикорма, премиксы) должна содержать все сырьевые компоненты и питательные вещества в любой единице массы в пропорциях, определяемых рецептом (И.Панин, Ю.Колпаков, В.Гречишников, А.Панин. «Оценка вариаций распределения микрокомпонентов в суточном рационе». Журнал «Комбикорма», №4, 2011 г., с.31-31).
На равномерность распределения частиц компонентов в кормовых смесях влияет много факторов, важнейшим из которых является процесс заключительного смешивания. Современные смесители обеспечивают однородность смешивания на достаточно высоком уровне (95-98%), при этом для всех типов смесителей и параметров смешивания сохраняются общие закономерности:
- вариации содержания питательного вещества в корме будут тем больше, чем меньше уровень ввода компонентов, содержащих это питательное вещество;
- отклонения по содержанию питательного вещества от среднего значения в отдельно взятой навеске корма будет тем больше, чем меньше масса навески.
vi
Последняя закономерность проявляется в том, что объемы суточного рациона различных видов и половозрастных групп животных существенно отличаются; корм с одинаковыми характеристиками однородности может быть вполне удовлетворительным для одной группы (с большим объемом потребления корма) и неудовлетворительным для другой (с малым объемом потребления), то есть вариации некоторых компонентов, имеющих малую дозировку, в суточных рационах небольшой массы могут быть выше, чем в комбикорме в целом. Мерой равномерности распределения каждого i-гo компонента или питательного вещества является коэффициент вариации C. Случайное распределение частиц i-го компонента подчиняется закону Пуассона. Расчеты показывают, что для микрокомпонентов это отношение выполняется.
50
Для того чтобы малые дозы БАВ были равномерно распределены в малых дозах корма, их носители должны быть в достаточной мере измельчены. Частицы компонентов кормовой смеси обычно различаются по форме и размерам. При производстве комбикорма для оценки размера его частиц обычно используют ситовой способ, позволяющий построить гранулометрические кривые. Важной характеристикой этих кривых является показатель d, характеризующий средний диаметр частиц микрокомпонента после его измельчения и составляющий 50% от крайних значений (мелкой и крупной фракции).
vi
При одинаковых размерах частиц солей микроэлементов в суточных рационах цыплят, кур и свиней наблюдаются существенно отличающиеся вариации по содержанию различных микроэлементов. Если по содержанию железа, марганца и цинка нет проблем в равномерности их распределения даже в рационе цыплят, этого нельзя сказать о кобальте, йоде, селене, имеющих очень высокие вариации даже в суточном рационе свиней. Отметим, значение C>100% по какому-либо микроэлементу означает, существует большая вероятность того, что в суточный рацион какого-то животного не попадет ни одной частицы данного вещества.
Однородность распределения частиц микроэлементов в данном случае можно повысить не совершенствованием конструкций смесителей, а более тонким размолом частиц.
С помощью данной методики не только производится оценка вариаций распределения БАВ в суточных рационах животных при известных параметрах частиц, но и решается обратная задача: рассчитывается требуемый размер частиц БАВ (крупность помола), при котором их вариации в суточных рационах не превышают заданных значений.
i
Оптимальное значение диаметра частиц d носителей БАВ для обеспечения требуемого значения коэффициента вариации можно рассчитать по формуле (1):
<mrow><msub><mi>d</mi><mi>i</mi></msub><mo>=</mo><msup><mrow><mn>100</mn></mrow><mn>3</mn></msup><msqrt><mrow><mfrac><mrow><mn>0,6</mn><msub><mi>M</mi><mrow><mi>р</mi><mi>а</mi><mi>ц</mi></mrow></msub><msub><mi>A</mi><mi>i</mi></msub><msubsup><mi>C</mi><mrow><mi>v</mi><mi>i</mi></mrow><mn>2</mn></msubsup></mrow><mrow><msub><mi>K</mi><mi>i</mi></msub><mi>π</mi><msub><mi>ρ</mi><mi>i</mi></msub></mrow></mfrac><mtext> </mtext></mrow></msqrt><mtext>                (1)</mtext></mrow>
i
где: d - оптимальный размер частиц носителя микроэлементов в рационе, мкм;
рац
M - масса суточного рациона в граммах (например, для цыплят - 10 г, для кур-несушек 110 г, для свиней на откорме - 2500 г);
i
A - содержание конкретного i-го вещества в комбикорме или премиксе (в рационах указывается в виде его массовой доли или процентного соотношения с другими компонентами, например);
vi
C - допустимый коэффициент вариации (например, 5% - 0,05);
i
K - концентрация i-го активного вещества в используемом соединении (как правило, эти вещества используются в корме не в «чистом» виде, а в форме соединений, которые также характеризуются концентрацией в нем i-го БАВ);
i
3
ρ - плотность носителя i-го компонента, г/см (предполагается, что i-е БАВ в своем носителе распределено равномерно).
Например, результаты расчетов по селену, приведенные в статье (И.Панин, Ю.Колпаков, В.Гречишников, А.Панин. «Оценка вариаций распределения микрокомпонентов в суточном рационе». Журнал «Комбикорма», №4, 2011 г., с.31-31), показывают, что при реальном среднем размере частиц селенита натрия 320 мкм коэффициент вариации в суточном рационе цыплят, кур-несушек и свиней на откорме составил более 348, 121 и 25%, соответственно. Для достижения приемлемого коэффициента вариации 5% в рационе цыплят, кур-несушек и свиней частицы селенита натрия должны быть измельчены до 19, 38 и 108 мкм, соответственно. При этом известно, что с суточного возраста цыплятам можно скармливать комбикорм, компоненты которого должны иметь вид крупки с размером частиц 0,5-1,0 мм (7. В.И.Фисинин, И.А.Егоров, Т.М.Околелова, Ш.А.Имангулов. «Научные основы кормления сельскохозяйственной птицы». / ред. В.Ф.Кузнецова - Сергиев Посад: ВНИИТИП, 2008. - 352 с.).
Уравнение (1) доказывает, что значения диаметров частиц носителей микроэлементов находятся в прямой зависимости от массы рациона и обратной зависимости от плотности носителя и концентрации БАВ в носителе.
5
Кроме этого большинство известных способов получения разнообразных микрогранулированных добавок (фермент фитаза - патент РФ №2275052, опубликован 27.04.2006; витамин В пантотеновая кислота - патент РФ №2275818, опубликован 10.05.2006; карбамид - патент РФ №2283171, опубликован 10.09.2006; микроорганизмы-пробиотики - патент РФ №2323586, опубликован 10.05.2008; аминокислота лизин - патент РФ №2415601, опубликован 10.04.2011) не связывает проблемы качественного распределения добавок в рационе с размерами микроизмельченных компонентов добавки, размером полученных микрогранул и насыпной плотностью полученного продукта (премикса) и в результате не решает этих проблем.
В производственных условиях получить идеальный корм невозможно в связи с неоднородностью химического состава компонентов, погрешностями в дозировании, неидеальным смешиванием, имеющими место отклонениями в анализах сырья и готовой продукции. Если обеспечить оптимальное решение этих проблем, то все равно понадобится определенное количество частиц-носителей свойств каждого биологически активного вещества премикса, чтобы в дальнейшем распределить их в комбикорме с требуемым коэффициентом вариации. Затраты на дорогостоящие сверхточные дозаторы, на смесители с высокими показателями распределения и на другое сверхсовременное оборудование не будут полностью оправданы, если не будет обеспечено приемлемое соотношение между размером частиц БАВ премиксов и уровнем их ввода в комбикорма.
В связи с вышеизложенным представляется целесообразным использовать в рационах животных или при производстве комбикормов нескольких (по крайней мере, двух видов) премиксов: для макро-, микро- и ультрамикродобавок.
Например, патент РФ №2332022 (опубликован 27.08.2008) защищает специальный премикс для кур-несушек и способ его использования в кормах наряду с обычным минерально-витаминным премиксом. Дополнительный премикс содержит селен, витамин E и в качестве наполнителя кукурузный глютен при следующем соотношении компонентов: селен - 0,0014-0,0020 мас.% (0,014-0,020 кг/т премикса), витамин E - 2,8-4,0 мас.% (28-40 кг/т премикса), кукурузный глютен - остальное. Способ кормления сельскохозяйственных птиц, в частности кур-несушек, характеризуется тем, что вместе с основным рационом, сбалансированным по аминокислотам, витаминам, макро- и микроэлементам (Ca, P, Na, Fe, Cu, Zn, Mn, I, Se), птице с 16-недельного возраста скармливают предложенный премикс в количестве 2,9-3,1% от массы комбикорма с целью получения яиц со сбалансированным содержимым витамина Е, селена и каротиноидов.
Общим недостатком подобных решений является отсутствие технологии промышленного изготовления премикса, которая позволяет снять упомянутые выше ограничения и противоречия.
3
Кроме этого известен способ получения добавки к кормам для животных на основе ферментационного бульона (патент РФ №2180175, опубликован 10.03.2002), при этом получаемая добавка содержит полностью или большую часть сбраживаемого продукта и других ингредиентов ферментационного бульона, ферментационный бульон подвергают в псевдоожиженном слое гранулированию, уплотнению и сушке за одну стадию, а энергию в количестве, достаточном для снижения среднего диаметра зерен и повышения насыпной плотности, дополнительно вводят в псевдоожиженный слой механическим путем в качестве добавочной к энергии, необходимой для создания псевдоожиженного слоя. Благодаря этому удается, в частности, за одну единственную стадию способа в непрерывном режиме работы получать соответствующие определенным условиям нормирования кормовые добавки в виде гранулята, такие как лизин, треонин или триптофан, при использовании прежде всего неочищенных ферментационных бульонов в качестве исходного материала. Способ позволяет в непрерывном и стационарном режиме получить кормовой продукт с предельно малой гигроскопичностью, соответствующий кормовым нормативным стандартам. Варианты способа позволяют получить частицы кормовой добавки со средним размером 0,1-1,5 мм, причем 95% частиц получают с размером 0,3-1,2 мм; насыпная плотность получаемой кормовой добавки составляет от 690 до 750 кг/м.
Наиболее близким аналогом к патентуемому решению является способ приготовления премикса для сельскохозяйственных животных, предусматривающий смешение солей микроэлементов с наполнителем, причем в качестве солей микроэлементов используют медь-карбоксиметилцеллюлозу, полученную путем смешивания 20%-ного раствора сульфата меди и 20%-ного раствора натрий-карбоксиметилцеллюлозы в соотношении 1:4 в виде осадка, с последующим его промыванием, высушиванием и измельчением и стабилизированный йодид калия, отличающийся тем, что йодид калия используют в виде кристаллов, покрытых расплавом пищевого стеарина при соотношении йодид калия:стеарин 4:1 соответственно (патент РФ №2229244, опубликован 27.05.2004).
Все рассмотренные способы получения микрогранулированных кормовых добавок вследствие особенностей их аппаратурно-технологического осуществления имеют ограниченное применение по сравнению с заявляемым способом. В частности, использование непрерывного способа получения микрогранулята влечет за собой неизбежные значительные и неконтролируемые потери микро- и ультрамикрокомпонентов до выхода установки на стационарный режим. Кроме того, сложность управления непрерывным процессом с точным дозированием даже небольшого числа микро- и ультрамикрокомпонентов не позволяет достигнуть удовлетворительного результата на практике.
Задачей заявленного способа является получение кормовой добавки с равномерно распределенными микро- и ультрамикрокомпонентами, с узким гранулометрическим составом и с контролируемым насыпным весом.
Техническим результатом патентуемого способа является повышение потребительских свойств и эффективности премикса и кормовых добавок за счет равномерного распределения микроэлементов по массе микрогранул, а также снижение потерь микроэлементов в процессе производства и снижение пылеобразования при использовании премикса за счет его гранулирования.
Заявленный технический результат достигается за счет осуществления способа получения микрогранулированной формы премикса, заключающегося в предварительной подготовке сухих компонентов сырья, содержащих матрицу и биологически активные компоненты, проведении микроизмельчения подготовленных сухих компонентов до размеров частиц 5-150 мкм, подаче микроизмельченных компонентов в сушилку-микрогранулятор, в которой формируют псевдоожиженный слой и осуществляют смешивание измельченных компонентов сырья с последующим микрогранулированием полученной смеси и ее сушкой, при этом на стадиях микрогранулирования и сушки формируют устойчивое тороидальное движение гранул псевдоожиженного слоя, а на стадии микрогранулирования в смесь вводят растворимые микро- и ультрамикрокомпоненты путем тонкого распыления через форсунку вместе с раствором связующего вещества на этапе формирования микрогранул, причем скорость введения составляет 0,02-0,04 г/мин на грамм исходной сухой смеси, после формирования устойчивого тороидального движения гранул псевдоожиженного слоя увеличивают скорость подачи связующего до 0,04-0,08 г/мин на грамм исходной сухой смеси, при этом периодически осуществляют контрольный отбор гранул, и после формирования гранул размером 0,8-1,0 мм снижают скорость подачи связующего до 0,01-0,03 г/мин на грамм исходной сухой смеси компонентов и осуществляют сушку при температуре 35-55°C.
Сушилка-микрогранулятор - аппарат периодического действия с интенсивным и упорядоченным круговым движением частиц псевдоожиженного слоя в минимальном объеме рабочей зоны аппарата, с распылением жидкости непосредственно в псевдоожиженный слой, которое позволяет создать устойчивое тороидальное движение псевдоожиженного слоя и характеризуется отсутствием пылеуноса из рабочей зоны аппарата. При этом интенсивность движения частиц необходима и достаточна для разрушения крупных агломератов неправильной формы.
Такое устройство раскрыто в патенте РФ №2394638 (опубликован 20.07.2010). Устройство выполнено в виде цилиндрической емкости с высокими стенками, которые ограничивают рабочую камеру. В днище рабочей камеры находится узел подачи рабочего газа. При этом днище состоит из, по меньшей мере, десяти кольцевых, расположенных уступами одна над другой направляющих пластин, которые расположены одна над другой таким образом, что самой нижней пластиной является радиально внешняя, соединенная со стенкой кольцевая направляющая пластина, выше которой расположены остальные девять радиально внутренних кольцевых пластин, каждая из которых частично перекрывается с находящейся непосредственно ниже нее пластиной. Между пластинами образованы кольцевые щели, через которые в рабочую камеру поступает рабочий воздух. В центральное отверстие центральной, самой верхней радиально внутренней пластины снизу вставлена кольцевая щелевая форсунка, которая имеет распылитель с, по меньшей мере, тремя выходными щелями, которые ориентированы таким образом, что они обеспечивают распыление жидкости примерно параллельно днищу, т.е. примерно в горизонтальной плоскости, в пределах сектора угловой протяженностью, равной 360°. Через верхнюю выходную щель и через нижнюю выходную щель подается под давлением распыляющий воздух, а через среднюю щель подается распыляемая жидкость (смесь микро- и ультрамикрокомпонентов с раствором связующего вещества).
Кольцевая щелевая форсунка имеет стержневидный корпус, который проходит вниз и внутри которого расположены соответствующие каналы и подводящие линии.
Подобная кольцевая щелевая форсунка может быть выполнена, например, с вращающейся кольцевой щелью, у которой стенки канала, через который распыляется жидкость, вращаются друг относительно друга во избежание закупоривания канала в результате окомкования и для обеспечения тем самым равномерного распыления жидкости через выходную щель во всем секторе угловой протяженностью, равной 360°. Тем самым относительно продольной оси корпуса кольцевой щелевой форсунки угол распыла составляет 180°.
Над своей выходной частью кольцевая щелевая форсунка имеет коническую головку.
Под распылителем кольцевой щелевой форсунки предусмотрена имеющая форму усеченного конуса юбка с множеством отверстий.
Выходящая из распылителя струя распыленной жидкости имеет плоскую форму. Выходящий из отверстий в конической юбке воздух образует с нижней стороны струи распыленной жидкости поддерживающий воздушный поток. Выходящий из множества щелей рабочий воздух образует радиальный поток, направленный к стенке. При этом частицы обрабатываемого материала отделяются от рабочего воздуха, который отводится через выпускные отверстия, а частицы завихренного обрабатываемого материала движутся радиально внутрь и под действием собственной силы тяжести вертикально падают на коническую головку кольцевой щелевой форсунки. При попадании на коническую головку падающие частицы смеси компонентов плавно изменяют направление своего движения, направляются на верхнюю сторону струи распыленной жидкости и обрабатываются в ней распыленной средой (жидкостью). Смоченные распыленной жидкостью частицы, находящиеся в струе распыленной жидкости, расходятся друг от друга, поскольку сразу же после удаления от кольцевого распылителя частицы оказываются в пространстве большего объема. Находясь в струе распыленной жидкости, частицы обрабатываемого материала сталкиваются с капельками жидкости, удаляются друг от друга, продолжая двигаться в том же направлении, и при этом исключительно равномерно и эффективно обрабатываются рабочим воздухом, т.е. высушиваются. Таким образом, в аппарате с псевдоожиженным слоем происходит формирование тороидального движения псевдоожиженного слоя.
При необходимости образования из пылевидных порошков более крупных агломератов, т.е. при необходимости гранулирования обрабатываемого материала, в подобный тороидально вращающийся вихревой поток через форсунки дополнительно распыляют клейкую среду. Для этого, например, в днище рабочей камеры вставлена обращенная вверх распылительная форсунка.
В качестве матрицы возможно использование микроизмельченного лигнина гидролизного, дрожжей кормовых, минерального сорбента, связующего или, с целью получения микрогранул большей плотности и с большим насыпным весом, минерального пористого носителя с большей плотностью, выбранного из ряда минеральных сорбентов по возрастанию удельного веса: вспученный вермикулит, опоку, мергель, бентонит, доломит, монтмориллонит, клиноптилит, цеолит, глауконит, шунгит.
Сушилку-микрогранулятор перед введением смеси микроизмельченных компонентов желательно прогреть потоком воздуха до температуры 45-75°C.
При этом соотношение микроизмельченных компонентов, таких как лигнин гидролизный, дрожжи кормовые и минеральный сорбент предпочтительно выбирать из диапазона от 7:2:1 до 5:3:2.
С целью уменьшения налипания на стенках и ускорения формирования устойчивого тороидального движения гранул псевдоожиженного слоя в сушилке-грануляторе сначала смешивают микроизмельченные гидрофобный и гидрофильный пористые носители: гидролизный лигнин и минеральный сорбент, начинают процесс микрогранулирования путем подачи связующего и после начала формирования устойчивого тороидального движения первых гранул проводят загрузку микроизмельченных кормовых дрожжей и затем продолжают процесс микрогранулирования и сушки микрогранул.
При этом гидрофобным носителем является отход производства фурфурола - целлолигнин, отлежавшийся в отвалах Шумерлинского химического и Речицкого гидролизного заводов не менее 15 лет. В качестве связующего используют раствор, содержащий смесь полисахарида и дисахарида в соотношении от 1:0 до 1:0,5 или раствор арабиноксилана - отход производства дигидрокверцитина, получаемого при экстракции из древесины лиственницы, или раствор арабиноксилана - отход производства бетулина, получаемого при экстракции из древесины березы, причем в растворе связующего предварительно растворяют хелатные и/или металлорганические соединения микро- и ультрамикрокомпонентов премикса: железа, магния, марганца, меди, селена, йода, кобальта, никеля, серебра, титана.
При нанесении покрытия на частицы обрабатываемого материала покрытие должно наноситься, т.е. напрыскиваться, на уже укрупнившуюся частицу максимально равномерным слоем.
В аппарате могут использоваться форсунки самых разнообразных конструкций, работа которых основана на одном общем принципе, состоящем в тонком распылении обычно жидкого или же порошкообразного обрабатывающего материала распыляющим воздухом в виде тумана, соответственно дыма. С этой целью, как известно, используют, например, щелевые форсунки, распылитель которых имеет щелевое выходное отверстие для подачи через него жидкости под высоким давлением и выходные отверстия для распыляющего воздуха, которые могут располагаться либо по одну сторону, либо по обе стороны от щелевого выходного отверстия для жидкости. В зависимости от угла распыла и угловой протяженности сектора распыления жидкости струя распыленной жидкости может иметь лучевидную, коническую либо более или менее плоскую форму. При угле распыла, равном 180°, и при угловой протяженности сектора распыления жидкости, равной 360°, образуется практически плоская струя распыленной жидкости. В нашем случае в днище по центру расположена кольцевая щелевая форсунка, распылитель которой выполнен с возможностью распыления жидкости в виде плоской струи, примерно параллельной плоскости днища.
При обработке порошкообразного материала по этой технологии, которая широко используется в фармацевтической промышленности, стремятся обеспечить получение максимального однородного результата, т.е. при гранулировании - получение гранулятов с исключительно узким гранулометрическим составом, а при нанесении покрытия - нанесение на все частицы одной из находящейся в установке партии покрытия максимально равномерным слоем, т.е. прежде всего слоем постоянной толщины. Серьезная проблема, с которой при этом приходится сталкиваться, состоит в том, что неконтролируемое хаотичное перемещение частиц обрабатываемого материала, смоченных увлажняющей и обычно клейкой распыляемой жидкостью, налипают на стенки и слипаются друг с другом с образованием нежелательных агломератов.
По этой причине целесообразно обеспечивать строго определенный характер перемещения потоков в тороидально вращающемся потоке обрабатываемого материала для получения оптимального результата его обработки. Так, в частности, целесообразно обеспечить в самом начале процесса перемещение частиц обрабатываемого материала после их смачивания увлажняющей жидкостью по траекториям, на которых они удалялись бы друг от друга на максимально возможное расстояние, а не сближались друг с другом во избежание образования нежелательных агломератов.
Заявленный способ получения премикса предполагает наличие стадии микрогранулирования наряду со стадией микроизмельчения и смешивания компонентов в технологии премиксов.
Микроизмельчение минеральных, плохо растворимых, твердых компонентов премикса осуществляют традиционными известными способами на мельницах подходящего типа, при необходимости просеивают измельченный материал для получения желаемого размера частиц.
Микроизмельчение органических, нерастворимых, упругих, волокнистых материалов желательно осуществлять на мельницах роторно-вихревого типа со встроенным классификатором частиц (например, известных из А.Б. Липилин, М.В. Векслер, Н.В. Коренюгина, А.М. Морозов. «Комбинированная мельница-нагреватель для комплексной переработки растительного сырья». Журнал «Полимерные материалы», №9, 2012 г., с.30-35) при температуре 40-85°C, при этом средний размер измельченных частиц должен быть равным 20-250 мкм.
При необходимости микроизмельчение и механохимическую активацию осуществляют одновременно, например, по способу получения кормовой добавки для профилактики микотоксикозов у животных и птицы, заключающемуся в механохимической обработке компонентов сырья с последующей микрогрануляцией полученной смеси, при этом в качестве компонентов используют смесь, по меньшей мере, одного минерального сорбента, гидролизного лигнина и клеточной стенки кормовых дрожжей, при этом механохимическая обработка заключается в измельчении отдельных компонентов или смеси компонентов и их обработке в присутствии, по меньшей мере, одного комплексного ферментного препарата, воздействующего на остаточные полисахариды гидролизного лигнина и полисахариды клеточной стенки дрожжей, после чего осуществляют микрогранулирование полученной измельченной смеси.
Заявленный способ предполагает совмещение стадий смешивания, микрогранулирования и сушки микрогранул в одном аппарате сушилке-микрогрануляторе. При необходимости в этом же аппарате можно осуществлять последующее микрокапсулирование (покрытие микрогранул защитной оболочкой) и сушку микрокапсулированного продукта.
3
Нерастворимые микроизмельченные компоненты премикса, преимущественно носитель (матрица), наполнитель или балластное вещество. В процессе смешивания образуют в аппарате псевдоожиженный слой, в котором в процессе микрогранулирования будут формироваться более крупные агломерированные частицы с оптимальным размером 0,8-2,0 мм и насыпным весом 0,4-0,8 г/см. Нерастворимые микродобавки необходимо вводить до начала процесса микрогранулирования в псевдоожиженный слой носителя, наполнителя или балластного вещества в процессе смешивания в последнюю очередь.
В заявленном способе в качестве основного носителя, наполнителя или балластного вещества предлагается использовать микроизмельченный гидролизный лигнин и/или микроизмельченный целлолигнин - отходы гидролизных заводов, в том числе отходы, отлежавшиеся в отвалах 10-20 лет. Следует отметить, что используемое в обиходе выражение "балластные вещества" - компоненты корма - не подразумевает бесполезный балласт, потому что при этом речь идет о сложной группе веществ с разнообразным физиологическим действием. Общее у них то, что они проходят через тонкий кишечник, не перевариваясь. Все органические балластные вещества кормов являются полисахаридами, за исключением лигнина - полимера фенилпропана. Химическое определение гласит: балластными веществами являются некрахмальные полисахариды (или структурные углеводы) плюс лигнин.
Введение растворимых микро-, ультрамикро- и нанодобавок осуществляют в процессе микрогранулирования. Нерастворимые вещества, например металлы, желательно вводить в процессе микрогранулирования в форме хелатных или растворимых металлорганических соединений, неметаллы - в форме растворимых комплексных соединений путем тонкодисперсного напыления на псевдоожиженный гранулируемый материал через форсунку аппарата-гранулятора отдельно или вместе со связующей жидкостью.
Далее решение поясняется ссылками на фигуры и конкретными примерами осуществления способа.
Производство 0,2%-ного премикса - кормовой добавки для профилактики микотоксикозов у сельскохозяйственных животных и птицы - готовили в соответствии с технологической схемой, приведенной на фигуре 1, последовательно выполняя технологические (ТО) и контрольные (КО) операции.
Приведенные примеры и порядок исполнения операций демонстрируют, но не раскрывают секреты и не исчерпывают возможности разрабатываемой технологии производства высокоточных кормовых добавок.
ПРИМЕР 1.
3
Подготовили сухую смесь микронизированных компонентов: кормовых дрожжей, гидролизного лигнина и монтмориллонита из Белгородской области в весовом соотношении 60, 30 и 10%, соответственно. В лабораторную установку, которая имитировала классический гранулятор кипящего слоя с неорганизованным потоком воздуха, помещали 400 грамм этой смеси. Первоначальная скорость воздуха через гранулятор объемом 30 литров была 34-35 м/час. Температура входящего воздуха 65°C. Через форсунку, расположенную в крышке рабочей камеры, подавали связующую жидкость со скоростью 24 мл/мин. В качестве связующей жидкости использовали 500 мл водного раствора 20 г карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ) и 20 г сахарозы. Температуру связующего поддерживали 55-60°C с целью снижения вязкости раствора.
Присутствие в смеси гидрофобного носителя - микронизированного лигнина - не позволяет провести микрогрануляцию в этих условиях. Гранулы не были получены.
ПРИМЕР 2.
На испытательном стенде VENTILUS 2.5/1, производства фирмы INNOJET, смонтировали технологический агрегат, включающий нижнюю распылительную форсунку, газораспределительный узел, систему возврата мелкодисперсного порошка в рабочую зону грануляции. Таким образом, установка микрогрануляции имела рабочую камеру для обработки в ней порошкообразного материала с днищем, которое было образовано несколькими расположенными одна над другой взаимно перекрывающимися кольцевыми направляющими пластинами, между которыми образованы кольцевые щели для подачи через них рабочего воздуха с направленной радиально наружу горизонтальной составляющей его движения, и в котором по центру расположена кольцевая щелевая форсунка, распылитель которой выполнен с возможностью распыления жидкости в виде плоской струи, примерно параллельной плоскости днища. При этом внутренний рабочий объем технологического агрегата составлял 10 литров. Остальные начальные условия были как в Примере 1. Состав содержал смесь микронизированных компонентов: кормовых дрожжей, гидролизного лигнина и монтмориллонита из Белгородской области в весовом соотношении 60, 30 и 10%,
В таблице 1 приведены изменения основных параметров процесса микрогрануляции и сушки.
Были получены однородные гранулы с остаточной влажностью 6%.
90
10
50
Гранулометрический состав и однородность гранул оценивали на приборе ANALYSETTE 22 фирмы FRITSCH. На фигуре 2 представлен гранулометрический состав трех образцов, отобранных от одной партии случайным образом. Расчетный среднеарифметический диаметр микрогранул составил 755, 753 и 734 мкм, коэффициент (d-d)/d составил 0,84, 0,93 и 0,88, соответственно; причем 55% частиц получают с размером 0,2-0,8 мм.
3
3
3
Насыпной вес образцов определяли с использованием тестера для определения насыпного объема порошков SMG 53 466 фирмы ERWEKA. Насыпной вес этих трех образцов составил 0,311 г/см, 0,317 г/см, 0,322 г/см, соответственно.
ПРИМЕР 3.
Подготовили отдельные сухие навески микронизированных компонентов в весовом соотношении 60, 30 и 10%: 240 г кормовых дрожжей, 120 г гидролизного лигнина и 40 г глауконита Тамбовского месторождения, соответственно. Начальные параметры работы установки устанавливали как в Примере 2. Дополнительно к 500 мл связующей жидкости (5% раствор КМЦ без сахарозы) добавили и перемешали 16 мл спиртового раствора известного селен-органического препарата ДАФС-25. Спиртовой раствор приготовили растворением 500 мг ДАФС-25 в 50 мл этилового спирта. В прогретую потоком рабочего воздуха установку при включенным режиме загрузки с помощью пневмотранспорта загружали микроизмельченный минеральный гидрофильный носитель - глауконит - самый плотный носитель, затем гидрофобный носитель - лигнин, начинали процесс микрогранулирования путем подачи связующего в течение 10 минут со скоростью 12 г/мин и после начала формирования устойчивого тороидального движения первых гранул начинают загрузку самого липкого компонента - кормовых дрожжей - и затем постепенно увеличивают поток связующего на форсунку до 24 г/мин. После 20 минуты процесса отмечают формирование гранул достаточного размера (0,8-1,0 мм), поток связующего вновь снижают до 12 г/мин до полного использования всего объема связующего. Досушивание микрогранул продолжают до остаточной влажности 6%.
90
10
50
Гранулометрический состав (фигура 3) и однородность гранул оценивали на приборе ANALYSETTE 22 фирмы FRITSCH. Расчетный среднеарифметический диаметр микрогранул составил: 526, 505 и 518 мкм, коэффициент (d-d)/d составил 1,02, 1,04 и 1,04, соответственно; причем 85% частиц получают с размером 0,2-0,8 мм.
3
3
3
Насыпной вес образцов определяли с использованием тестера для определения насыпного объема порошков SMG 53 466 фирмы ERWEKA. Насыпной вес этих трех образцов составил 0,408 г/см, 0,415 г/см, 0,412 г/см, соответственно.
Ожидаемое расчетное содержание Se в пористых микрогранулах 0,1 мг/г, или 0,01% или 100 ppm.
Для определения содержания Se и оценки его распределения в массе микрогранулированной добавки использовали рентгенофлюорисцентный метод анализа (РФА) с использованием двух разных классов приборов с разным нижним пределом обнаружения элемента.
Спектрофотометр S2 PICOFOX фирмы BRUKER использует принцип РФА с полным внешним отражением (РФА ПВО). Рентгеновский пучок, генерируемый рентгеновской трубкой с Mo-анодом, преобразуется в однородный многослойным монохроматором Ni/C. После этого узкий пучок падает на подложку с образцом под малым углом (0.3°-0.6°) и отражается поверхностью под действием эффекта полного внешнего отражения. Характеристическое флуоресцентное излучение от образца регистрируется полупроводниковым детектором XFIash (кремниевый дрейфовый детектор - SDD), а интенсивность измеряется с помощью усилителя, соединенного с многоканальным анализатором. Размер пятна на подложке, которое анализирует прибор в стандартной комплектации 1x1 мм, нижний предел обнаружения Se в твердых веществах биогенных и неорганических веществах 1,4 ppm. Для калибровки прибора использовали 10, 20, 30 и 40 мкл спиртового раствора ДАФС-25.
Среднее содержание Se в микрогранулированной частице оценивали как 89,8 ppm.
Настольный сканирующий электронный микроскоп Phenom proX имеет встроенную X-ray систему анализа со специально разработанным EDS-детектором, который анализирует Х-лучи, генерируемые бомбардировки образца с электронным пучком. Модель Phenom proX позволяет не только визуально оценить размеры и структуру объекта (микрогранулы), но и автоматически анализировать процентное содержание элементов на поверхности объекта на площади 1×1 мкм.
Исследование большого числа микрогранул не выявило содержание Se на поверхности в количестве большем, чем нижний предел чувствительности 0,01% прибора Phenom proX. Отрицательный результат позволяет сделать вывод, что микроэлемент Se равномерно распределяется на поверхности микрогранул. На фигурах 4 и 5 показаны типичные результаты элементного анализа на поверхности микрочастиц глауконита и гидролизного лигнина, включенных в состав микрогранулы.