Способ приготовления лечебных кормов
METHOD OF PREPARING THERAPEUTIC FODDERS

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству, а именно, к способам для порционного приготовления лечебных премиксов и кормов, и может быть использовано на животноводческих и птицеводческих фермах.
Известен «Способ приготовления кормолекарственных смесей» (А.С. №1050152, 22.06.1983 г.). Кормолекарственную смесь приготавливают следующим образом. На лабораторных весах взвешивают расчетную дозу препарата и равную ей по весу порцию наполнителя, которым является комбикорм или измельченное зерно. Полученный первичный премикс засыпают в смеситель малых доз, в который загружают в 10 кг наполнителя и смешивают в псевдоожиженном состоянии в течение 3-4 минут. Полученный рабочий премикс высыпают в смеситель больших доз, в него же загружают 40 кг наполнителя, и компоненты смешиваются 4-5 минут. Смесь выгружается в тару и скармливается больным животным.
Однако большие различия физико-механических свойств препаратов (бывают в виде порошка, таблеток, гранул, жидкости) и наполнителя (комбикорм, измельченное зерно), не удается достигнуть заданного уровня равномерности смешивания (95-98%). Выявлено, что «однородность смешивания лекарственных препаратов с кормом составляет 93,5%» (Протокол №7-9-86 (2321010) государственных периодических испытаний установки приготовления кормолекарственных смесей УКС-1 Ж 10.1.09.1986 г. Государственный агропромышленный комитет СССР отдел по механизации и электрификации). Кроме того, все узлы установки работают разрозненно, открыто, а пересыпание обрабатываемой смеси из одного смесителя в другой осуществляется вручную, что опасно для здоровья обслуживающего персонала и возможны потери дорогостоящих препаратов в окружающую среду.
Известна «Установка для приготовления премиксов и кормовых смесей (Патент RU 2289974, С1, Ф23 №17/00, 21.06.2005 г.). Установка включает два вертикальных смесителя, сообщающихся между собой, снабженные смешивающими рабочими органами. Смеситель для премиксов, представляет собой центрифугу в виде усеченного конуса, его смешивающий рабочий орган имеет вид лопатки, а смеситель для кормовых смесей выполнен в виде усеченного конуса с винтовой направляющей и винтовой лопаткой. Смеситель для премиксов плохо смешивает компоненты, так как под действием центробежных сил они прижимаются к стенке барабана и вращаются вместе с ним; смеситель для кормовых смесей, выполненный в виде усеченного конуса с винтовой направляющей только переваливает массу снизу-вверх, а при больших расстояниях между стенкой корпуса и рабочим органом интенсивного смешивания не происходит. Вышеуказанная установка не вполне соответствует заявленному назначению.
Известен «Способ приготовления кормолекарственных смесей» (RU 2635365 C1 13.11.2017 Бюл. №32), включающий получение первичного премикса путем одновременного измельчения и смешивания в измельчителе-смесителе для первичных премиксов и приготовление премикса посредством смешивания первичного премикса с наполнителем в смесителе кормолекарственных смесей в режиме псевдоожиженного слоя. Известно, что измельчитель-смеситель (лабораторная мельница) не обеспечивает тонкого помола при хаотическом перемещении измельчаемой массы (препарата и наполнителя), где реализуется принцип разрушения материала влет при малых скоростях.
Известен «Способ производства лечебных кормов» (патент RU 2707042, С2, бюл. №21, 21.11.2019) включает три стадии смешивания конвективным способом, которые не обеспечивают достаточной однородности смеси.
Известен «Способ приготовления гомогенной смеси лечебных кормов, витаминных термолабильных и минеральных премиксов» (RU 2706584, С1, 19.11.2019, бюл. №32) принят за прототип, который включает диффузионный и конвективный способы смешивания, но не исключает хаотичного процесса смешивания в сферических емкостях смесителей, где условия смешивания и сегрегации не ограничены.
Задача предполагаемого изобретения заключается в формировании целенаправленного устойчивого потока материально-воздушной смеси по вогнутым сферическим поверхностям и подача его в зоны эффективного диффузионного и конвективного смешивания.
Поставленная задача достигается тем, что в способе приготовления лечебных кормов, характеризующийся тем, что в лабораторную мельницу 1 для приготовления первичных премиксов помещают лечебный премикс с помощью устройства 2 ввода препаратов, а из бункера 3 добавляют наполнитель в соотношении 1:3; затем компоненты измельчают ударом и смешивают в течение 60 с, полученный первичный премикс выгружают в измельчитель-смеситель 5 для приготовления вторичного премикса и добавляют наполнитель, далее с помощью вращающейся двухсторонней лопасти 11, стороны которой срезаны под углом естественного откоса смеси α=23-31°, смесь зажимают в зазоре 0,6-1,2 мм, который регулируется прокладками 12, находящимися между лезвием лопастей и насечкой на рабочей стороне диска 9 в форме Архимедовой спирали, после чего двухсторонняя лопасть 11 равномерно выбрасывает смесь измельчаемой массы на внутреннюю вогнутую сферическую поверхность корпуса 6 измельчителя-смесителя 5 для получения вторичных премиксов, создавая устойчивый поток - псевдоожиженный слой для равномерного распределения компонентов, при этом для продолжения смешивания смеси в псевдоожиженном слое обтекатель 7 через кольцевой зазор направляет поток смеси вниз на вогнутую поверхность в объеме сферического экрана 13 с радиусом, образующим его поверхность, равным 2/3 радиуса шарового корпуса 6, процесс смешивания в измельчителе-смесителе 5 для получения вторичных премиксов происходит в течение 100-120 с, затем полученный вторичный премикс высыпают в большой смеситель 16, добавляют наполнитель и с помощью вращающейся двухсторонней лопасти 19 смесь равномерно выбрасывают по всему периметру вогнутой поверхности сферы шара 17, поднимая ее вверх, для продолжения смешивания смеси направляющий обтекатель 18 плавно переводит движение псевдоожиженного слоя снизу-вверх в движение сверху-вниз по вогнутой поверхности направляющего сферического экрана 23, аналогичного по конструктивному исполнению сферическому экрану в измельчителе-смесителе 5, процесс смешивания длится 120-180с, готовый лечебный корм выгружают в тару.
Смесители для приготовления комбикормов и лечебных кормов, которые используют в нашей стране и за рубежом, работают по принципу конвективного смешивания, при этом коэффициент однородности смешивания составляет 0,80-0,85, а для лечебных кормов по ветеринарным требованиям он равен - 0,95-0,97 (Спесивцев А. Процесс смешивания при производстве комбикормов.//Комбикорма. - 2016 - №3 - С. 37-41).
Высший коэффициент однородности смешивания двухфазной неоднородной системы достигается в псевдоожиженном слое (О.М. Тодес, О.Б. Цитович «Аппараты с кипящим зернистым слоем» Ленинград, Химия, 1981 г.). Расчет основных параметров псевдоожижения выполняют по методике (И.П. Мухленов и др. «Расчет препаратов кипящего слоя», Ленинград, Химия, 1986 г.). Процесс смешивания зависит в основном от конструкции смесителя, рабочих органов и режима его работы.
Конвективное смешивание в псевдоожиженном слое отличается высокой эффективностью, малым временем смешивания, простой конструкцией, однако при работе смесителя происходит сегрегация смеси - рассортирование компонентов по удельной массе частиц и размерам. Поэтому, для каждого типа смесителя и вида смеси необходимо экспериментально установить режим работы смесителя: соотношение компонентов, число оборотов вала смесителя, время смешивания, степень загрузки емкости смесителя и др.
Диффузионное смешивание осуществляется способом взаимной диффузии компонентов при совместном смятии, в результате из двух гетерогенных (неоднородных) компонентов образуется гомогенный (однородный) продукт - вещества находятся в одном агрегатном состоянии и при последующем смешивании не разделяются. Диффузионное смешивание представляется как процесс взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого, что приводит к выравниванию их концентрации по всему занимаемому объему. При этом происходит перенос вещества с мест высокой концентрации в места низкой концентрации и наоборот. Атомы соприкасающихся материалов перемешиваются на границе соприкосновения рабочих органов.
Известно, что самые напряженные и ответственные детали и узлы самолетов, ракет, кораблей и др. в настоящее время изготавливаются из композитных материалов (М.Л. Кербер, В.М. Виноградов, Г.С. Головкин «Полимерные композиционные материалы» СПб, 2008 г., С. 560). Это достигается путем совместного измельчения состава полимеров до мельчайших частиц и одновременного диффузионного смешивания с последующим нагревом и прессованием, где уже между частицами, составляющих полимеров, действуют межмолекулярные силы.
Особенность смешивания лечебных препаратов и витаминных термолабильных и минеральных премиксов в том, что размеры частиц солей микроэлементов, используемых в комбикормовом производстве, варьируют в широких пределах - от пылевидных, способных витать в воздухе, до аномально крупных (1,2 мм), ограниченных лишь требованиями ГОСТ 52356-2005 «Премиксы. Номенклатура показателей», что не противоречит действующим нормативным документам.
Если размер компонентов не соответствует нормативам (ГОСТ), то для цыплят-бройлеров норма комбикорма 20 г в сутки, может не попасть нужный элемент, а если в эти 20 г корма попадает лишь одна частичка размером 1,2 мм, то будет перекорм. Применяемые компоненты являются солями тяжелых металлов. Они обладают высокой токсичностью для живых организмов, даже при невысоких превышениях допустимых норм, а также способствуют биоаккумуляции их в организме. Однако их применение позволяет на треть повысить продуктивность животных и птицы (В.С.Крюков «Производство однородных комбикормов и качество премиксов»//[Электронный ресурс]:URL http://soyanews.info/news/-Proizvodstvo-odnorodnykh-kombikormov-i-kachestvo-.html).
Сферическая форма корпусов измельчителя-смесителя для вторичных премиксов и измельчителя-смесителя кормовой смеси формирует устойчивую траекторию движения обрабатываемых компонентов, при этом происходит их конвективное смешивание и в псевдоожиженном слое; осуществляет целенаправленную устойчивую подачу на рабочие поверхности диска, где совместно происходит измельчение и смешивание способом диффузии.
Установлено, что миграционную способность материальных частиц различной плотности в диапазоне крупности от 0,1 до 3 мм, подверженных действию воздушного потока, определяется состоянием равновесия частиц на кривой (наклонной) поверхности и зависит от скорости потока и угла наклона. На вогнутой сферической поверхности создаются благоприятные условия пересекающихся траекторий движения легких и тяжелых материалов в поле действия аэродинамических, гравитационных и центробежных сил (Филиппов В.Е., Гаврильев Д.М., Лебедев И.Ф. Поведение минеральных частиц в потоке на искривленной поверхности. Горный информационно-аналитический бюллетень. МГГУ-2007-№3, с. 368-371). Эти принципы приняты за основу процесса смешивания предложенной линии.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1 - схема линии приготовления лечебных кормов, фиг. 2 - вид А, фиг. 3 - вид Б.
Линия приготовления лечебных кормов включает лабораторную мельницу 1 для приготовления первичных премиксов с устройством ввода препаратов 2, бункер для наполнителя 3 с загрузочным шлюзом 4; измельчитель-смеситель 5 для приготовления вторичных премиксов содержит шаровой корпус 6 с обтекателем 7 в верхней части, в нижней цилиндрической части сферического корпуса на раме 8 закреплен рабочий диск 9 с насечкой на рабочей стороне в форме Архимедовой спирали, по центру которого проходит вал привода 10, на нем закреплена двухстороння лопасть 11 (фиг. 2, вид А), стороны лопастей, прилегающие к рабочей поверхности диска, срезаны под углом естественного откоса смеси α=23-31° (фиг. 3, вид Б), между рабочим диском и двухсторонней лопастью установлены регулировочные прокладки 12; вдоль вертикальной оси шарового корпуса измельчителя-смесителя установлен сферический экран 13 радиусом, образующей ее поверхность (r экр.), равный 2/3 радиуса шарового корпуса Rш, (r экр.=2/3 Rш); в нижней части шарового корпуса установлен выгрузной патрубок 14 с заслонкой 15.
Для устойчивого движения материально-воздушного потока смеси на верхнем повороте расстояние (кольцевой зазор) между верхней кромкой сферического экрана 13 и нижней кромкой обтекателя 7 составляет величину l, а расстояние между нижней кромкой сферического экрана и двухсторонней лопастью 11, а также вертикальной осевой линией измельчителя-смесителя составляет величину δ. Опытным путем установлено: в зависимости от производительности измельчителя-смесителя величина l =25-30 мм, а δ=15-20 мм; линия содержит смеситель 16 с шаровым корпусом 17,обтекателем 18; в нижней части шарового смесителя установлена двухсторонняя плоская лопасть 19 , закрепленная на валу привода 20, между двухсторонней лопастью и подовым диском 29 закрепленного на раме 21 установлены регулировочные прокладки 22; вдоль вертикальной оси смесителя установлена направляющая сфера 23, линия, образующая поверхность конуса проведена радиусом равным 2/3 радиуса большого шара (Rб.ш) смесителя, в нижней части смесителя расположены выгрузной патрубок 24 с задвижкой 25; загрузочный шлюз 26 сообщен с бункером 27 для наполнителя.
Работает линия приготовления лечебных кормов следующим образом.
В лабораторную мельницу 1 для приготовления первичных премиксов при открытой крышке и закрытой заслонке с устройства ввода препаратов 2 помещают лечебный премикс, а из бункера 3 добавляют наполнитель в соотношении 1:3. Включают в работу лабораторную мельницу и в течение 60 с совместно измельчают ударом и смешивают компоненты. Полученный первичный премикс при открытой заслонке и работающей лабораторной мельнице через шлюз 4 выгружают в измельчитель-смеситель 5 для приготовления вторичного премикса; в него же из бункера 3 добавляют 20% установленной дозы наполнителя в лечебном комбикорме. Включают в работу вал привода 10 измельчителя-смесителя и закрепленную на нем двухстороннюю лопасть 11, сторона его, прилегающая к рабочей поверхности диска 9, закрепленного на раме 8 срезана под углом естественного откоса смеси 23-31° (фиг. 3, вид Б); при вращении лопасти смесь зажимается наклонной ее стороной и в зазоре 0,6-1,2 мм, который регулируется прокладками 12, между лезвием лопастей и насечкой на рабочей стороне диска в форме Архимедовой спирали зажимается под постоянным углом защемления β=18-20° (фиг. 2, вид А) при совместном смятии компонентов происходит процесс взаимной диффузии - механическое вдавливание одного компонента в другой; двухсторонняя лопасть равномерно выбрасывает смесь измельчаемой массы с воздухом на 360° внутренней вогнутой сферической поверхности корпуса 6 измельчителя-смесителя вторичных премиксов, создается устойчивый поток - псевдоожиженный слой, в режиме повышенного давления, в котором компоненты равномерно распределяются, а обтекатель 7 через кольцевой зазор l направляет поток смеси вниз, где в объеме сферического экрана 13 с радиусом r продолжается процесс смешивания в псевдоожиженном слое в режиме пониженного давления и на его вогнутой поверхности, которая через зазор δ направляет поток смеси к оси двухсторонней лопасти, далее в зазор между лезвиями лопастей и насечкой на рабочей стороне диска 9; вакуум в зоне вертикальной оси сферы способствует устойчивой подаче смеси на рабочие органы в зону диффузии; достигается замкнутый устойчивый процесс: одновременного измельчения путем совместного смятия компонентов, смешивания на вогнутой поверхности шара и сферического экрана, а также в их объемах в режиме псевдоожиженного слоя, при переменном давлении.
Процесс смешивания в измельчителе-смесителе для вторичных премиксов осуществляется в течение 100-120 с. Полученный вторичный премикс при включенном приводе через патрубок 14 при открытой заслонке 15 и шлюз 26 высыпают в большой смеситель 16; в него же добавляется остальная доза наполнителя, включается в работу вал привода 20 и двухсторонняя лопасть 19, которая при вращении захватывает смешиваемую массу и равномерно выбрасывает материально-воздушный поток по всему периметру (360°) вогнутой поверхности сферы шара 17, поднимая его вверх, где направляющий обтекатель 18 плавно переводит направление движения псевдоожиженного слоя снизу-вверх в движение сверху-вниз и по вогнутой поверхности направляющего сферического экрана 23, образующая линия которой проведена радиусом 2/3 Rб.ш. Зазор между рабочей частью подового диска 29, закрепленного на раме 21 и двухсторонней лопастью 19 регулируется прокладками 22. Процесс смешивания продолжается 120-180 с и при открытой заслонке 25 через выгрузной патрубок 24 готовые лечебные комбикорма выгружаются в тару.
Таким образом, высокая однородность смеси лечебных кормов достигается в трех последовательных уровнях механической обработки: грубое измельчение и конвективное смешивание при подготовке первичного премикса в лабораторной мельнице; диффузионное смешивание способом совместного смятия ингредиентов в измельчителе-смесителе; а также конвективного смешивания вторичного премикса с установленной дозой наполнителя в режиме псевдоожиженного слоя на вогнутых сферических поверхностях в объеме шарового смесителя.