автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Обоснование технологических параметров процесса приготовления кормосмесей для рыб, содержащих биомассу микроводорослей

Министерство сельского хозяйства и продовольствия Российской Федерации Департамент кадровой политики и образования Ставропольская государственная сельскохозяйственная академия

На правах рукописи ЛЕБЕДЕВ Анатолий Тимофеевич

ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРОЦЕССА ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОРМОСМЕСЕЙ ДЛЯ РЫБ, СОДЕРЖАЩИХ БИОМАССУ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ

Специальность 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель -кандидат технических наук, заслуженный инженер РФ профессор В.И.ГРЕБЕННИК

Ставрополь - 1998

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................. 5

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ................. 9

1.1. Особенности развития прудового рыбоводства..............................9

1.2. Биологическая эффективность кормов для рыб и пути

повышения их качества.............................................................. 14

1.3. Технология приготовления гранулированных кормосмесей для

рыб, содержащих биомассу микроводорослей................................... 22

1.4. Анализ теоретических и экспериментальных исследований процесса смешивания...................................................................... 27

1.5. Цель и задачи исследования................................................. 38

2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СМЕШИВАНИЯ КОРМОСМЕСЕЙ ДЛЯ РЫБ, С БИОМАССОЙ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ

В ЛОПАСТНОМ СМЕСИТЕЛЕ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ............ 40

2.1. Кинетика процесса смешивания............................................. 40

2.2. Динамика процесса смешивания кормосмесей для рыб, содержащих биомассу микроводорослей.................................................... 48

2.3. Мощность, затрачиваемая на смешивание кормосмесей для рыб, с биомассой микроводорослей в двухвальном лопастном смесителе непрерывного действия............................................................... 57

2.4. Производительность двухвального лопастного смесителя непрерывного действия....................................................................... 62

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ...................................................... 67

3.1. Задачи и программа экспериментальных исследований............... 67

3.2. Условия и место проведения экспериментов............................. 68

3.3. Методики определения физико-механических свойств кормосмесей для рыб.............................................................................. 69

3.4. Методика исследования вязкости кормосмесей для рыб и описание экспериментальной установи................................................... 72

3.5. Описание экспериментальной установки и методика исследования взаимодействия одиночной лопасти смесителя с моделируемыми

материалами.............................................................................. 77

3.6. Экспериментальная установка и методика исследования процесса смешивания кормосмесей для рыб с биомассой микроводорослей в двухвальном лопастном смесителе непрерывного действия.................. 86

3.7. Методика определения степени однородности смеси.................. 91

3.8. Техника обработки экспериментальных данных........................ 92

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ................................................................................. 95

-4.1. Исследование зоны деформации, образуемой при взаимодействии одиночной лопасти смесителя с моделируемыми материалами............... 95

4.2. Исследование зоны возбуждения при взаимодействии одиночной лопасти смесителя с моделируемыми материалами............................. 99

4.3. Разработка номограммы по выбору режимов работы одиночной лопасти и определение режимов работы лопастного смесителя.............. 108

4.4. Исследование процесса смешивания кормосмесей для рыб с биомассой микроводорослей............................................................. 112

4.5. Влияние степени однородности кормосмесей, содержащих биомассу микроводорослей, на получение равноводостойких гранул

для рыб.................................................................................... 120

4.6. Разработка номограммы по обоснованию технологических режимов процесса приготовления кормосмесей для рыб, содержащих биомассу микроводорослей.................................................................... 123

5. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВА ГРАНУЛИРОВАННЫХ КОРМОСМЕСЕЙ ДЛЯ РЫБ.......................... 126

5.1. Исходные данные............................................................... 126

5.2. Технико-экономический расчет процесса приготовления кормо-

смесей для рыб, содержащих биомассу микроводорослей..........................................127

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕИЯ..........................................................................................132

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.................................................................................134

ПРИЛОЖЕНИЯ...........................................................................................143

ВВЕДЕНИЕ

Среди основных направлений товарного рыбоводства особое место занимает прудовое, доля которого составляет 85% всей выращиваемой рыбы. Современные формы прудового хозяйства экономически не рентабельны без использования эффективных искусственных кормов для кормления рыбы, удельный вес которых в общей доле затрат на ее производство составляет в среднем около 65% [14, 73,74] .

Одной из главных отличительных особенностей рыбоводства, по сравнению с другими отраслями животноводства является то, что задаваемые корма поступают в среду обитания, то есть в воду. Использование низкокачественных кормов приводит к быстрому их распаду, способствует экстрагированию питательных веществ и увеличению непроизводительных потерь.

Для снижения потерь с учетом физиологических особенностей организма карповых рыб, используемые комбикорма должны скармливаться в гранулированном виде. Специфической особенностью гранул для рыб, отличающей их от гранул для других видов животных, является то, что они должны обладать водостойкостью, т.е. способностью противостоять разрушению под действием воды [73]. Поэтому решение вопросов, направленных на повышение качества кормов и эффективное их использование, является актуальной задачей.

Особое значение при выращивании товарной продукции приобретает уровень и качество белка в кормах на первом году жизни рыб. Для сеголетков карпа экономически оправданным является применение кормов с уровнем протеина 42...68%. Практикой прудового рыбоводства доказано, что при достижении сеголетков карпа нормативной массы к концу первого года жизни (около 30 г) значительно увеличивается их выживаемость в период зимовки, к концу второго года жизни они достигают при этом товарной массы 400-500 г,

увеличивая прирост в среднем в 15...17 раз [14, 86]

Перспективными в кормоприготовлении для рыбоводческих хозяйств являются технологии, позволяющие заменять белок животного происхождения на растительный без снижения основных показателей качества получаемых гранул. Большой интерес в этом вызывает использование одноклеточных микроводорослей, например, хлореллы, в состав белка которой входят свыше 20 аминокислот, в том числе все десять незаменимых [70]. Основным преимуществом одноклеточных, по сравнению с высшими растениями, является относительно несложный способ их выращивания и безграничные возможности в использовании солнечной энергии и углекислого газа.

Известно [10,50], что частичная замена рыбной муки в рецепте ВБС-РЖ на биомассу микроводорослей с разрушенной клеточной оболочкой не только не снижает питательность, но и расширяет аминокислотный состав корма, позволяя при этом увеличить привесы сеголетков карпа на 39% и снизить кормовые затраты на 14%.

Наиболее ответственным этапом технологии приготовления кормов для рыб является процесс смешивания биомассы микроводоросли с разрушенной клеточной оболочкой и основного рациона. При этом равномерность распределения и тщательность перемешивания биомассы микроводоросли, резко отличающейся по своим физико-механическим свойствам от остальных ингредиентов выбранного рецепта, выступает определяющим условием получения рав-новодостойких гранул, соответствующих зоотехническим требованиям.

Анализ известных исследований [15,19,26,27,29,39,48,68] указывает на широкое распространение процесса смешивания в различных отраслях народного хозяйства. При этом, сложность процесса смешивания и большое многообразие переменных факторов, влияющих на него, обусловили появление различных конструктивно технологических схем смесительного оборудования.

Для смешивания материалов в широком диапазоне изменения их физико-

механических свойств целесообразно использовать двухвальные лопастные смесители непрерывного действия, которые отличаются высокой универсальностью, нечувствительностью к различиям смешиваемых компонентов, небольшими габаритными размерами и металлоемкостью. Проведенный анализ позволил установить, что процесс смешивания в этих смесителях может быть представлен как совокупность однотипных, последовательно чередующихся друг за другом элементарных смесительных актов силового воздействия лопастей на материал. Конечный результат определяется не только количеством производимых воздействий, но и эффективностью каждого из них. Однако, рабочий процесс взаимодействия лопастей с деформируемым материалом, от которого зависят энергетические и качественные показатели работы смесителя требует дальнейшего исследования.

В связи с этим, в настоящей работе установлены теоретические зависимости кинетики и динамики процесса смешивания кормосмесей для рыб, с точки зрения эффективности силового воздействия лопастей смесителя. Экспериментальными исследованиями подтверждены теоретические предпосылки о существовании зоны возбуждения в материале, как меры эффективности лопастей, получена математическая модель и разработана номограмма, позволяющая устанавливать режим работы смесителя в целом, на основе взаимодействия одиночной лопасти с моделями кормосмесей. Определены рациональные параметры процесса смешивания кормосмесей для рыб, содержащих биомассу микроводорослей с разрушенной клеточной оболочкой, которые обеспечивают получение равноводостойких гранулированных кормов для рыб, и осуществлена производственная проверка эффективности нового корма. По полученным результатам дан анализ и сделаны выводы.

Объектами исследований были технологический процесс приготовления кормосмесий для рыб, содержащих биомассу микроводорослей с разрушенной клеточной оболочкой, и процесс взаимодействия одиночной лопасти с модели-

руемыми материалами.

Научная новизна выполненной работы заключается в установлении зависимости степени однородности кормосмесей от эффективности силового воздействия лопастей и получении математической модели процесса смешивания процесса смешивания кормосмеси с биомассой микроводорослей в двухваль-ном лопастном смесителе непрерывного действия.

Изучены физико-механические свойства кормосмеси для рыб и установлена зависимость характеризующая влияние степени однородности кормосмеси на получение равнододостойких гранул для рыб.

Представленная работа проведена на кафедре «Машины и технологии в животноводстве» СтГСХА в 1987-1998 гг в соответствии с планом научно-исследовательских работ академии по проблеме «Усовершенствовать энергосберегающие технологии переработки отходов птицеводства и животноводства и производства кормосмесей, содержащих биомассу микроводорослей». Работа выполнялась в соответствии с хозяйственными договорами объединения Став-ропольрыбпром рыбхозов «Невинномысский» и «Восход» Ставропольского края.

На защиту выносятся следующие основные положения:

- теоретическое исследование зависимости качества получаемых кормосмесей от эффективности работы рабочих органов смесителя;

- результаты экспериментальных исследований взаимодействия одиночной лопасти смесителя с моделируемыми материалами;

- результаты исследования физико-механических свойств кормосмесей содержащих биомассу микроводорослей;

- математическая модель и оптимальные параметры процесса смешивания кормосмеси с биомассой микроводорослей, обеспечивающих получение равноводостойких гранул для рыб.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1.Особенности развития прудового рыбоводства

Рыбное хозяйство России представляет собой многопрофильную отрасль, базирующуюся на морских и океанических промыслах, а также переработке рыбной продукции. Эта отрасль призвана обеспечить потребность населения в пищевой рыбной продукции и необходимым сырьем различные сельскохозяйственные отрасли.

До недавнего времени России принадлежала четвертая часть мирового улова свежей, охлажденной и мороженной рыбы [58] . Но в настоящее время добыча рыбы сократилась с 7,5 до 3,0 млн.т. Причем это снижение произошло за счет уменьшения океанического промысла рыбной продукции. Бурное развитие внутренних водоемов в конце 80-х годов позволило получить 250300 тыс.т. рыбы в год.

Индустриально развитые страны Западной Европы и Северной Америки ориентируются на получение высококачественной пищевой продукции лососевых, угря, канального сома, выращиваемых в садках, бассейнах и других индустриальных установках. Ведущее положение в развитии рыбного хозяйства занимает Китай. Общий объем вылова и выращивания рыбы и морепродуктов составляет 17,8 млн.т [58], из которых 6 млн. т приходится на пресноводное рыбоводство, базирующееся во внутренних водоемах [11] .

На протяжении последних десятилетий сложились и успешно развиваются три основных направления товарного рыбоводства во внутренних водоемах: индустриальное, пастбищное и прудовое.

Индустриальное рыбоводство основано на использовании теплых вод электростанций, промышленных и энергетических установок. На теплых водах в стране работает более 50 рыбоводных предприятий и цехов площадью

л

бассейнов и садков свыше 300 тыс.м . Производство товарной рыбы достигает

л

20 тыс. т. Рыбопродуктивность бассейнов и садков составляет 100 кг/м , а в отдельных хозяйствах достигает 200 кг/м [58]. В установках замкнутого во-дообеспечения отработаны технологии выращивания почти всех особей пресноводной аквакультуры: карпа, толстолобика, белого и черного амура, форели, осетровых, веслоноса, канального сома, теляпии, раков и креветкок. Технология выращивания в тепловодных хозяйствах основана на интенсивном кормлении искусственными кормами, вносимыми в садки и бассейны [14].

Пастбищное рыбоводство основано на наиболее полном освоении природного продукционного потенциала водоема за счет подбора поликультуры рыб , использующих его кормовую базу [11]. По данным работ [24,59], естественная рыбопродуктивность водоемов в зависимости от климатической зоны колеблется от 150 до 350 кг/ га. Вместе с тем это направление имеет преимущества по сравнению с другими видами рыбоводства, так как отсутствует процесс кормления искусственными кормами, что снижает затраты на получение продукции.

Одним из ведущих направлений товарного рыбоводства является прудовое, доля которого составляет 85% всей выращиваемой рыбы [58,77,80].

Интенсивное развитие этой отрасли позволило увеличить производство прудовой рыбы почти в 20 раз и составило 259 тысяч тонн. При этом площадь нагульных прудов увеличилась до 200 тысяч га. За годы развития прудового хозяйства создано несколько основных технологий выращивания товарной рыбы: традиционная, когда при двух- или трехлетнем цикле выращивания достигается рыбопродуктивность 2,5...3 т/га; высокоинтенсивная, позволяющая получать 5...6 т/га; непрерывная, экономически оправданная, с рыбопродуктивностью З...6т/га в зависимости от климатической зоны, и технология получения товарных сеголетков, обеспечивающая получение более 1 т/га рыбной продукции в течение одного технологического сезона [58]. В настоящее время

в хозяйствах Росрыбхоза выращивают всего около 50 тысяч тонн рыбы [58]. Это связано как с распадом СССР, так и тяжелым экономическим положением рыбоводческих хозяйств.

Современные прудовые хозяйства представляют собой животноводческие фермы мясного типа, предназначенные для развития и выращивания наиболее ценных пород живой рыбы в непосредственной близости от мест ее потребления. По питательности и вкусовым качествам рыба не уступает мясу крупнорогатого скота [КРС], а в некоторых отношениях даже превосходит его: белки рыбы легче усваиваются человеческим организмом, чем белки мяса. В них содержатся в необходимом количестве аминокислоты. Рыба богата витаминами, разнообразными минеральными веществами и высококалорийным жиром. Все это делает ее в высшей степени ценным и полезным продуктом питания, а в ряде случаев - даже диетическим продуктом [24].

Основным объектом товарного рыбоводства является карп и его гибриды. Среднее содержание съедобной части у КРС составляет 44,6%, у карпа - 49,8% от массы тела. Содержание съедобного белка в обоих продуктах примерно одинаково - около 8,7%. Однако, при сравнении эффективности прудового рыбоводства и производства мяса КРС, обнаруживается, что себестоимость 1 кг съедобной части и пищевого белка рыбы в 2,5 раза ниже, чем у КРС [30]. По производимому белку рыб�