автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Ресурсосберегающий технологический процесс обработки грубых кормов в цехах приготовления кормовых смесей

РГ6 од

1 ь 111011 1993

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРИФИКАДИИ СЫЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА (ВИЭСхУ

Не правах рукописи УДС 651.363.2

"А ЗУ КОВ Хасанби Иналов

О

РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС ОБРАБОТКИ ГРУШХ КОРМОВ В ЦЕХАХ ПРИГОТОВЛЕНИЯ КОМОВЫХ СМЕСЕЙ

Специальность 05.20.01 - механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 1993

Работа выполнена в Кабардино-Балкарском аграрном институте. Научный руководитель доктор техн.наук, профессор Дёмин A.B.

Официальные оппоненты: доктор технических наук Степук Л.Я.,

кандидат технических наук, ст.научный сотрудник Клучев Е.М.

Ведущая организация: Ставропольский сельскохозяйственный институт

Защита состоится 1993 г. в __ час.

_ мин. на заседании специализированного Совета К 020.15.01 во

Всероссийском научно-исследовательском институте электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ) по адресу: 109456, Москва, 1-ый Веш-няковский проезд, д.2, ВИЭСХ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВИЭСХ.

Автореферат разослан гР/ 1993 г.

Отзывы и замечания (в двух экземплярах), заверенные печатью, направлять по вышеу/сазэнному адресу.

Ученый секретарь специализированного Совета, кандидат технических наук, старший научный сотрудник

-.Ф. Молоснов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность тепы. Одним из основных условий эффективного использования кормов является"сбалансированность рационов по основный питательным веществам, протеину, какро- и микроэлементам, витаминам. Зто условие рационально реализуется приготовлением пол-норацаонных кормовых смесей, в которых солона должна использоваться в обработанной виде, обеспечивающей более полное усвоение ее питательных компонентов. Известные методы обработки соломы ведеет-2йза золотого характера дают хоровмй технологический эффвст, однако потенциальные ресурсы грубых кормов при этом используются не в волной мере и, с другой стороны, достигается зто затратами энергии и дефицитных химических реагентов. Поэтому энерготехнологическое совераенствование процесса термохимической обработки солоны в реализующих его технические средств является значимой народнохозяйственной задачей, направленной как на дальнейшее повышение технологического эффекта обработки, так а ва снижение затрат энергии н хтшческих веществ.

Даль работы - соввриенствозание технологии термохимической обработки соломы в цехах приготовления многокомпонентных рассыпных яораосиесей с оборудованием типа КОРК-5 путем оптимизации резинов а конструктивного оформления технологического процесса ва основе критерия ояеякх, сопоставлявшего прирост полезной энергии корна с ее затратами на осуществление процесса.

Объекты исследования - солона различных зерновых культур; двухступенчатый процесс термохимической обработки соломы; смеситель-реактор и оупкер-доаатор (тераос); кормоцех с комплектом ооорудо-ваяия КОРК-5 и линией тераохимичваной обработки содош.

Научную новизну представляет основанный на анализе моделей взаимодействия щелочных реагентов с солоиой подход к определении необходимой дозы щелочи для максимального повышения переваримости органического вещества грубого корма» а также м?тод экспериментальной оценки изменения питательности обработанной соломы по ее щелочности - величине рН; выявленные соотношения основных параметров двухступенчатого процесса термохимической обработки солоны, обеспечивающие его максимальную энергетическую эффективность.

Практическую значимость имеют:

- установленные химический и энергетический эквиваленты основных щелочных реагентов, позволяющие обоснованно рекомендовать к широкому использованию для термохимической обработки кальцинированную соду;

- выявленные различия в восприимчивости к щелочному воздействию соломы различных партий, установленная технологическая целесообразность использования дифференциальной дозировки и разработанные методические рекомендации по ее определению;

- инженерные методы теплового расчета основных аппаратов двухступенчатого процесса термохимической обработки солоны и рекомендации по снижению тепловых потерь;

- предложенная схема реализации двухступенчатого процесса термохимической обработки соломы в кормоцехах с оборудованием типа КОРК-5 при высокой степени унификации машин технологической линия грубых кормов, а также рекомендации по рациональной организация работы кормоцеха.

Реализация результатов. Разработанные "Методические рекомендации по определению оптимальной дозы кальцинированной соды при термохимической обработке соломы" одобрены Минсельхозпродом КБР и рекомендованы для использования. Созданный по результатам выполнен-

них исследований кормоцех рассыпных кормосмесей с технологической линией термохимической обработки соломы в колхозе "Светлый путь" ' одобрен йоллегией Минсельхозпрода КБР: принято решение об изготвле-нии комплекта оборудования.

Апробация. Основные положения диссертации доложены и одобрены иа научной конференции Московской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии имени К.А.Тимирязева (йоскав, 1991 г), научно-практической конференции "Сельскохозяйственная теплоэнергетика" (г.Синферополь, 1992 г), международной научно-лряктнчаской конференции "Информация и системный анализ сельокого хозяйства в условиях аграрной реформы" (г.Первславль-Залесский, 1992 г).

Публикация. Основные результаты исследований отражены в пяти работах общим объемом 2,1 печ.л.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 164 страницах машинописного текста, включая 25 рисунков, 19 таблиц, список литературы, состомщий из 123 наименований (1ь - на иностранных языках), и приложении. Она содержит введение, 5 глав и общие выводы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы, приведены основные положения, выносимые на за-цкту.

В главе "Современное состояние вопроса и задачи исследования" показаны различные аспекты проблемы повышения питательной ценности грубых кормов; освещены современные методы теромхиыической обработки соломы и накопленный отечественный и зарубежный опыт использования их в сельскохозяйственной практике; выявлены пробелы в технологии и в подходах к

оптимизации процесса; сформулированы цели и задачи исследований.

Входящие в состав корыосмесей грубые корма, конкретно солома, для повышения усвояемости должны обрабатываться щелочными реагентами. В этом направлении проведены значительные исследования. Выделены три основных направления проводимых исследований:

- изучение механизма взаимодействия щелочей с элементами клеточной структуры грубых кормов;

- определение продуктивного эффекта от скармливания ощелочен-ной соломы;

- совершенствование технологии обработки и ее аппаратурного оформления.

В каждом из отмеченных направлений достигнуты определенные результаты, хотя проблема в целом остается актуальной.

Изучению механизма взаимодействия щелочных реагентов с компонентами солоны посвящены работы Зафрена С.Я., Кормщикова П.А., Солнцева K.M. и др. Однако в этом вопросе не сложилось единой точки зрения, и не создана пока полная теоретическая картина процесса.

Исследована (Бойко И.И., Боярский Л.Г., Кавардаков В.Д. и др.) и дана положительная оценка эффективности использования ощелоченной соломы в составе как рассыпных, так и прессованных кормов. При этом рассматривалась эффективность только продуктивной отдачи корма без учета энергозатрат на выполнение технологического процесса, что в современных условиях возрастающего дефицита энергоносителей и их стоимости может привести к некорректным общим выводам. Это касается прессованных кормов, приготовление которых сопровождается большими энергозатратами на подсушку сырья и прессование продукта, которые не всегда оправданы.

Исследования собственно процесса ощелачивания соломы с разработкой необходимых технических средств проводятся как в развитых за-

рубежных странах (Великобритания, Германия, Дания, США, Франция и др.)» так и в отечественных научао-исследовательских_и_конотруктор-— -"скюс организациях (ВИН, ВИК, ВИЭСХ, ВНИКОМЖ, ГЗКЙ, ЦНММЭСХ, ЦНСШТИНЭСХ и др.). В качестве химического реагента используют амми-ак-ЛУ/j, едкий натр^?^, кальцинированную соду ¿^j . Отмечено, что для применения в сельскохозяйственном производстве более предпочтительна кальцинированная сода, эффективность использования которой для обработки соломы увеличивается с повышением температуры. Реализуемый таким образом процесс получил название термохи-мичская обработка соломы - ТХОС.

Значительный вклад в решение инженерно-технических аспектов проблемы ТХОС внесли Артшин A.A., Дёмин A.B., Дяалилов А.Х., Ко-ротчинов П.Х., Кропп Л.И., Передня й.И., Степук Л.Я. и другие ученые. На основе их исследований разработаны и рекомендованы в производство комплекты ооорудования для ощелачивания соломы лОС-I (прессованные корма) и КОгК-15-5 (рассыпные кормисмеси), в которых реализован двухступенчатый прицесс ТхОС, начинающийся в смесителе-реакторе - первая ступень и завершающийся в пресс-грануляторо (Лис-1) или б/нкере-дозаторе (КиРК-15-5; - вторая ступень. Общепринято, что в современных условиях перспективны разработки, направленные на реализацию НОС в кормоцехах приготовления многокомпонентных рассыпных корыосмесей. При этом для распространенных в России ферм на 200.. ЛОО коров рационально создавать кормоцеха производительностью 5 т/ч, что соответствует разработанному комплекту КОРК-5. Показано, что наличие в этом комплекте бункера-дозатора соломы создает надёжную предпосылку для технической реализации технологии IXOC при максимальной унификации оборудования комплекта с апробированными техническими решениями, в частности, с K0PK-I5-5.

Отмечено, что известные технологические и конструкторские решения для ТХОС отличаются неоднозначностью и значительным разбросом показателей, которые определялись без учета энергоемкости процесса. Показан научный подход к разработке путей снижения энергозатрат на КОС, основанный на критерии энергетической эффективности. На основе проведенного анализа установлено, что восприимчивость соломы к щелочному воздействию зависит от ее химического состава и это положение, по-видимому, должно учитываться при выборе дозы реагента.

Выполненный аналитический обзор состояния научных и конструкторских разработок позволил сформулировать цель настоящей работы, направленной на оптимизацию тёхнологической линии грубых кормов кормоцеха с комплектом оборудования КОРК-5, и вытекающие из нее гадачи исследования:

- на основе анализа энергетических аспектов ТХОС обосновать применительно к поставленной цели критерий энергетической эффективности процесса;

- выявить зависимость кормовой ценности соломы от косвенного показателя, измерение которого доступно в лабораторно-производствен-ных условиях, и на этой основе разработать методику и практические рекомендации по оптимизации расхода химического реагента;

- исследовать закономерности теплообмена в аппаратах, реализующих двухступенчатый процесс ТХОС, и обосновать оптимальные режимные и конструктивные параметры;

о

- провести производственную апрбацию основных практических результатов выполненных исследований.

В главе "Исследование механизма взаимодействия щелочных реагентов с соломой" рассмотрены основные модели взаимодействия и на этой основе дана оценка необходимой дозы реагента; показано влияние на эф-

фективность ощелачивания соломы дозы реагента, продолжительности и температуры обработки; выявленьГхимический и энергетический эквиваленты основных реагентов - едкого натра МаО// и кальцинированной соды .

Конечным полезным эффектом взаимодействия щелочей на солому является повышение переваримости органического вещества и соответственный прирост переваримой энергии. Показано влияние на этот показатель вида реагента и его дозировки. Отмечено количественное различие в реакции на щелочное воздействие соломы различных культур. Так, максимальное увеличение переваримости (по отношению к исходному значению) для пшеничной соломы превышает 50%, для ржаной - 40%, овсяной - 30% и ячменной - 25%. Ход же изменения переваримости при изменении дозы щелочи аналогичен для соломы различных культур.

Учитывая значение этого показателя в исследуемом процессе предпринята попытка теоретически оценить дозу реагента, необходимую для максимального повышения переваримости органического вещества солоны. Для этого, исходя из известных теоретических положений, сформулированы основные модели взаимодействия щелочей с соломой:

- реакция щелочей с кремниевой кислотой, входящей в состав эпидермиса соломы;

- разрыв химических связей между целлюлозой и лигнином;

- отщепление ацетильных групп от лигнинов и лигниноуглевод-ных комплексов.

В результате взаимодействия по каждой из перечисленных моделей достигается суммарный продуктивный эфшект. но реакции, соответствующей первой модели, освобождается часть поверхности фибрилл клетчатки, олокированной (до контакта со щелочью) кнкрустами кремнезема, и эта поверхность становится для ферментов и микроорганизмов рубца животных. Установлено, что на каждый процент содержания

в соломе кремнезема (или что соответствует содержанию нерастворимой золы), требуется 1% едкого натра (или эквивалентное количество кальцинированной соды). Аналогична до эффекту реакция по второй модели -разрушение целдюлозно-лигнинного комплекса, однако не представляется возможным дать ей количественную оценку. По реакции третьей подели также происходит частичное разблокирование поверхности молекул полисахаридов и облегчение доступа к ним ферментов. Выявлена потребность в щелочи на деацетйлирование, которая составляет 2/3 от содержания в соломе ацетильных групп. Кроме затрат щелочи на осуществление реакций по перечисленным моделям, для создания оптимальной буферной среда в рубцовой жидкости необходимо дополнительно около 0,5$ щелочи от массы грубого корма. На основе выявленных соотношений и основываясь на усредненных данных о химической составе солоны, установлено минимально необходимое количество едкого натра - 2,5... 3,8%. Увеличение хе дозы щелочи выше б...5% не дает практического эффекта в повышении кормовой ценности обработанной соломы.

Проведен сравнительный анализ эффективности использования основных химических реагентов. Установлено, что химический эквивалент кальцинированной соды по отношению к едкому натру составляет 1,3, т.е. по своему воздействию на целлюлозно-лигнинный комплекс в другие компоненты ооломы доза в 1% ЛаОНсоответствует 1,3%Ма^С03 • По энергетическим затратам предпочтительней использование кальцинированной сода: для достижения равновеликого эффекта расход энергии снижается в 1,15 рава в сравнении с применением едкого натра.

В главе "Разработка методики технологической оптимизации расхода химического реагента при термохимической обработке соломы" раскрыт критерий оценки исследуемого процесса; показано различие в химическом составе соломы различ-

ных культур в увязке с восприимчивостью ее к щелочному воздействию; на основе теоретических предпосылок сформулирована рабочая гипотеза и экспериментально подтверждена взаимосвязь щелочности обработанной соломы и ее питательности; изложена разработанная методика определения технологически оптимальной дозы соды.

Учитывая направленность исследуемого процесса на повышение переваримости соломы для оценки его эффективности, обоснован показатель , сопоставляющий прирост переваримой энергии д Пс обработанного материала с прямыми £п и овеществленными [с затратами энергии:

я' - (I)

Вп

Прирост пвреваримой энергии д Пс при двухступенчатой технологии термохимической обработки соломы зависит от многих факторов, среди которых определяющим является доза химического реагента с[ » а также совокупное действие степени (температуры "Ь ) и продолжительности <Г нагрева материала. С другой стороны, эти ке факторы определяют и ( Еп* Е^)- Таким образом, для оптимизации процесса по критерию ¡¿' необходимо располагать количественными данными о взаимосвязи д Пс с основными факторами ~Ь , <7Г и и. . Причем эти данные должен учитывать разнообразие в количественной и качественном составе соаомы, которое проявляется в реакции на щелочную обработку.

Для раскрытия зависимости прироста переваримости солоны л Пс от дозы реагента сС проведены специальные экспериментальные исследования. Предварительно, на основе теоретических положений показана возиожность оценки изменения питательности обработанной солоны аи #в щ»аочяостн - величине рН. Бдеоь ае теоретически установлено значение рН = 8,33, по достижении которого при обработке соломы содой весь реагент вотупит в реакции с компонентами клетчатки.

Для экспериментов образцы соломы, измельченные до размера 5...10 мы, массой около I г помещались в широкие пробирки со стеклянными пробками. Навески карбоната натрия, соответствующие дозам 4, 5, б и растворяли в #...5 см3 воды, и полученным раствором смачивали солому в пробирке. Затем пробы термостатировались на водяной бане с заданной температурой 60, 70, 80, 90 и 99°С. Через заданное время (15, 30, 45, 60, 90, 120 и 180 мин) пробирки вынимали из водяной бани, добавляли 2 мл дистиллированной воды, перемешивали содержимое пробирки и отбирали жидкую фазу, у которой после охлаждения измеряли рН. Для определения рН использовали ионометр ЭВ-85 в комплекте с ионоселективными электродами.

при температуре, °С:

V- 60, От 70, Л - 80, X - 90, О - 99 и дозе реагента cL, %'• а -4, б -5, в -6 и г -7.

Опыты проведены в трех позторностях ка гр-зх видах соломы: пшеничной, ржаной озимои и ячменной. О каздыы нз трех вкдов солош проведено более 115 опытов, в результате получен представительный кассив экспериментальных данных, которые иллюстрируют рис. I и 2. Эти данные использованы двлее пра оптимазацноннах расчетах. Здесь se сделаем некоторые качественные выводы.

Вид кривых/?/?' одинаков во всей ясследозанном диапа-

зоне изменения температуры нагрева соломы и дозы реагента. Различие состоит в крутизне спада рН во зренепн.

Ход измвьения/?^ ( "Z" ) позволяет судить о полноте протекания реакций щелочи с клетчаткой и другими компонентами соломы. Так, рассматривая рис. I, можно заключить, что при температуре 60°С процесс связывания щелочи не завершается в течение 3 часов (продолжительности опыта) даже при минимальной дозе соды Ц%. В то же

зреш! при температуре 99°С сода в дозировке связывается за 15 мин., а для полного связывания дозы в 7% требуется около 2 часов.

Pas. 2 шыгострирует различие в скорости взтна-пт рН для различных видов солош, что подчеркивает необходимость определения оптинальной дозы делочи для каждого вида и даго партии соломы.

8.3

1 С 0 1 о a i : _пш

m IU

V \ Vv > "te

' -——<

о з.о 6,0 «.о <£",>*1

Рис. 2. Влияние гида солош га процесс ее ощелачивания ( ci = 5%, t = 90°С)

Для экспериментальной проверки теоретического вывода о граничном значении рН обработанной соломы, равной 8,33, при котором весь реагент - сода полностью прореагирует с компонентами клетчатки, в проведенных опытах определяли также переваримость обработанной соломы ln у ¿tío с последующим расчетом питательной ценности по уточненной методике; учитывалось возрастание массы сухого вещества соломы в процессе обработки за счет вводимого химического реагента, для чего аналитические значения содержания органических веществ обработанной соломы умножали на коэффициент (IOO + Д)/100 (здесь д - масса соды). По полученным значениям переваримости определяли удельный прирост переваримостийЛс!(здесь /ро- переваримость исходной массы), оценивающий эффект щелочной обработки в наиболее общем виде, безотносительно к каждому конкретному образцу. Зависимость удельного прироста переваримости от величины ^/^обработанной соломы (рис.5) наглИдно иллюстрирует наличие перехода от пологого участка кривой ¿Пс /П0 к падающему. Этот пере-

ход лежит на кривой в окрестности pfy ш 8,2. Это уточненное значение принято в качестве граничного показателя завершения процесса термохимической обработки соломы и, следовательно, соответствующего

максимальному приросту переваримости соломы. аЯг

По

0,5

0,4

03

■_- * «V*4 .!

* %

' » -Ч г

* Р

:

Рис. 3. Зависимость удельного прироста переваримости соломы от рН при обработке кальцинированной содой.

Z* 80 85 9,0 9,5 рН для реализации выявленной целесообразности определения дозы реагента d для обработки каждой конкретной партии соломы разра-

ботана методика, которая рекомендуется для использования в практической работе. Она заключается в следующее «От партий сологя!, поступающей на обработку, отбирают пробу кассой 200...250 г.Солому измельчают до размеров, соответствующие производственным условиям. Определяют ее влажность. В четыре стеклянные банки с крышками пометят по 20...25 г солоны (ыасеа фиксируется) и оарыскигают ее при тщательно» пзренениванки 7,5% раствором кслъцанированиой соды. В две пробн вводят по 5 и в две - по 6% содц (к сухоыу зещаству солоны). Закрытые вашей выдерживают в течение 60 мин. в водяной бане с температурой около 100°С (слабое кипение), после чего в каждую пробу добавляют дистиллированную воду в ооъено, равном ранее введенному количеству вода (в составе раствора сода), перемешиваю в течение 2...3 мин.', сливают экстракт в определяют его рН. При расхождении результатов параллельных определений рН не более 0,2 su-чЕсаяется среднее значение, при большей расхогдеашз - аналкз повтори ется. По средним значениям рН^ s pHg, соответствующим дозам 5 и 6%, определяется технологически оптпкальяая доза с/0/7Т реагенте графически (в координатах рН - d. как абсцисса точки пересечения прякой проходящей через точки рП5, 5 и pHg,6, с линией рН = 8,2) иле по формуле :

Для упрощения определения технологически оптимальной дозы соды рекомендован следующий алгоритм. При рН5>8,2 в качествеdC/}r

принимается 4,5%; при рН5< 8,2 pHg - =5,5%; при рН5< о,2 -dûnr = 6,5%. Если рН^ нлз pHg разно (5,2*0,1, в качествегг^^при-нимается, соответственно, 5 ила 6$.

В главе "оптимизация процесса термохимической оораоотки оохоыы" подучены рае-

четные зависимости для определения пряных энергозатрат на осуществление процесса в смесителе-реакторе и бункере-дозаторе, на основе которых с использованием ранее полученных технологических данных оо изменении переваримой энергии обработанной соломы оптимизирован процесс TXUC: выявлены взаимосвязанные значения температуры нагрева и выдержки обработанной соломы; сформулированы рекомендации по организации приготовления кормосмесей, включающих термохимически обрабатываемую солому.

Показано, что взаимосвязанный тепло- и массоперенос при ТХОС описывается системой дифференцированных уравнений в частных производных, использование котррой ограничено недостаточной информацией о термических и кинетических характеристиках материалов и соответствующих потенциалах переноса. Поэтому для аналитических исследований использованы балансовые соотношения, примененные отдельно для реактора-смесителя и бункера-дозатора.

Для смесителя-реактора, где осуществляется смешение соломы с щелочной пароэолью при непрерывном перемешивании и продольном перемещении материала, на основе уравнения энергобаланса, связывающего приход тепла с паром с расходом его на нагревание раствора химического реагента и обрабатываемой соломы, а также с потерями в окружающую среду, получено выражение

[г +с& *)]MCs](t - tc) t-

позволяющее определять важную для оценки энергетической эффективности зависимость & расхода пара для достижения требуемой

температуры нагрева обрабатываемого материала или обратную зависимость t = &п) (здесь & - массовый расход; с - удельная теплоемкость; Г - теплота парообразования; t - температура;-наружная поверхность устройства; сС - коэффициент теплоотдачи от наружной стенки к окрузавдеиу воздуху; £ - относительная степень черноты материала стенок устройства; ff0 - получение абсолютно черного тела; W ~ влааность соломы; <тг- вреня; индексы снизу: Л - пар, С - солона, pear - раствор реагента, ос - окружающая среда, К - наружная стенка оборудования),

В бункере-дозаторе скорость диффузии а хкакчаских процессов зависит от температуры, изменение которой определяется г основной тепловыми потерями в окружающую среду. Поэтому расчету тепловых потерь бункера-дозатора уделено оосбое внимание. Проанализированы возможные подходы, основанные на описании оукмарных теплопотерь, включающих конвективную и радиационную составлявшие, единой зависи-иостья, соответствующей уравнениям конвективного теплообмена, теплообмена взлучепаеа и регулярного режима. Экспериментально оценена точность каждого метода и покасано, что для ипзеверных исследований может быть реконендовано опмсанаа

Сл - удельная средневзвешенная теплоемкость системы; /С, - коэффициент, определяющий соотнокенМэ лучистого и конвективного гепдообмена ( /Сл * » cPe®ee

значение £ » 0,634. Из (4) вытекает

dQf c&dt-¿(f+tjfa- t^dr.

где & - масса системы;

и

F

e cs ) (6)

F

По полученным аналитическим зависимостям (4)...(6) установлено, что в смесителе-реакторе тепловые потери сравнительно невелики (2...3Я, не энергозатраты сущетсвенное влияние олазывают температура и влажность соломы, в бункере-дозаторе, как уже отмечено, тепловые потери определяют энергетику и для их снижения может использоваться специальная, например, алюминиевая краска с£ =0,2

или экранная изоляция, снижение теплоцотерь при которой оценивает-р с с

ся величиной 1/(1 + б " „ э • — ) (здесь £ и <5 - степень чер-

с ¿ ¿О *

ноты экранируемой поверхности и экрана). Использование экрана позволяет снизить теплопотери в 7-10 раз.

Подученные зависимости (3), (5) и (6) использованы далее при оптимизации процесса, для чего привлечены ранее экспериментально полученные данные об изменении переваримости соломы при ее обработке в различных режимах, определяемых значениями С?, £ и '¿Г. Эти данные иллюстрирует нидеследующая таблица.

Прирост переваримой энергии соломы пшеничной ( сС =5%)

^«пера- I Значения прироста пероваримой энергии при выдержке, ч: тура, ,-д-5-^-гтп*—к ^ 2,и-^ -

{мДж/т |отн.ед(иДж/т[ отн.ед!МДж/т ¡отн.ед! МДж/т ¡отн.ед

100 3740 0,22 40В0 0,24 4250 0,25 4340 0,255 90 3060 0,18 3570 0,21 3910 0,23 4080 0,24 80 2210 0,13 2В90 0,17 3400 0,2 3570 0,21

С использованием этих и аналогичных данных и рассчитывая по

(3) расход пара на осуществление процесса в смесителе-реакторе, по (б).- теплопотери в оункере-доааторе определены для каждого сочетания а£ , £ и значения принятого критерия . Результаты расчетов иллюстрирует рис. 4«

70 65 6.0

" При 1«С

шо^ / ' /

/90 ! А /

До Тмин

05 Ю

(5 2,а 25 5.0

<10 80

70

50

При

II 4

\у\

/ с<

у а

Рис.4, частный критерий энергетической эффективности процесса ТХОС (¿/=5%, -Со с =5С)

ОАО

Рис.5

МО №5 Ш

Зависимость прироста температуры нагрева соломы от начальной влажности

и соотношения реагента"

"пар-раствор

Как видно из полученных результатов (рис.энергетическая эффективность ооработки возрастает по мере увеличения выдержки соломы в бункера, что подтверздает принятый механизм реакции щелочи с компонентами структуры солокы. При выдержке солоны в Оункзре до 1,5 часов с возрастанием температуры энергетическая эффективность процесса повышается. Верхний предел оптимальной температуры 100°о определяется тем, что конденсация пара в принятой технологии ввода раствора химического реагента обеспечивает наилучшие условия диффузии щелочи и, следовательно, ускоряет химические реакции, протекающие в контакте с водной средой. При выдержке соломы в бункере, превышающей 1,5 ч, влияние температуры на эффективность процесса несколько снижается: предпочтительно значение ЬО°С.

Для выявления условий, ооеспечивающих требуемый режим обработки соломы в смесителе-реакторе, на основе балансных соотношений получена зависимость

го

£е£г (/-к)

Ссс + с34 + й?£с(са +Сс) -

позволяющая оценить, при каких значениях соотношения "пар : раствор щелочи" <$~ достигается необходимая степень нагрева материала. При ориентации на « 5°С, как видно из рис. 5, иллюстрирующего за-»

ЛГ

висимость (7), отновеняе & = 0,4 может применяться только при сравнительно сухой соломе (15£), при влажности 30% пар,

подаваемый в смеситель-реактор, даже при </с с 0,5 не обеспечивает достаточного нагрева соломы я должно применяться соотношение <$">0,5.

£ главе "внедрение я производственная проверка результатов исследований" описан созданный кормоцех приготовления рассыпных кормосмесей с технологической линией 1X00 и приведены результаты его испытаний.

При создания кормоцеха (рис.6) использовано серийное и специально изготовленное оборудование, реализующее двухступенчатую технологию ТХОС.

Ряс.6. Кормоцех колхоза "Светлый путь":1-питатель,2-тр«испор-сботрод,3-измельчитель,4-пневыо8вырялка,5-з&слонка, б-бункер-дозатор комбикормов,7-буихер-дозатор соломы, 8-цккхон,9-смеситель-реажтор.

При испытаниях глазков внимание уделено епробацхя в производственных условиях результатов исследований, касающихся прежде всего термохимической обработки соломы. С этой целью в экспериментах дозу реагента устанавливали по результатам анализа проб исходного сырья, а температуру нагрева - в соответствии с предполагаемой последующей выдержкой.

Эксперимнтально подтверждена высокая технологическая эффективность технологии и реализующего ее комплекта оборудования. Зафиксировано повышение питательной ценности солоаы более, чем на 55%.

Специальные исследования проведены по выявлению влияния ТХиС на продуктивность животных. При одинаковых условиях содержания и кормления животных средний прирост иассы бычков опытных групп, получавших в рационе термохимически обработанную солому, был на 20% выше, чем у животных контрольной группы.

Установлено также, что поражение соломы плесневыаи грибками в результате термохимической обработки соломы.

но результатам испытаний, годовой экономический эффект от применения линии ТХОС в составе КОРК-5 составляет (в ценах 1984 г) около 1,5 тыс.руб. при окупаемости дополнительных затрат за 1,8 года.

ОЭДИЕ выводы

I. а кормоцехах приготовления рассыпных кораосиесей с оборудованием типа КОН технико-экономически целесообразно осуществлять термохимически г) обработку солоны по двухфазной схеме с введением химического реагента в виде парозоли. Реализация метода в кормоцехе КОРК-5, обслуживающего молочную фериу яа 200 голов, обеспечивает годовой экономический эффект (в масштабе цен 1984 г) - около 1,5 тыс.руб. при окупаемости дополнительных капитальных вложений менее 2 лет«

2. С целью совершенствования технологии термохимической обработки солош при приготовлении многокомпонентных рассыпных кор-мосмесей проведены теоретические я экспериментальные исследования химических и энергетических аспектов технологии, позволившие подготовить математическое описание тепло- и массообненных процессов* выявить основные механизмы и получить количественную оценку взаимодействия щелочей с целлюлозно-лигнинным комплексом соломы.

3. Установлена корреляционная связь изменения щелочности солош, обработанной раствором кальцинированной соды, и прироста переваримости ее органического вещества, что позволяет контролировать полноту протекания реакции щелочи с функциональными группами целлю-лозно-хигнинного комплекса и кислотными компонентами соломы по величине рН. Теоретически определено I экспериментально уточнено значение рН а 8,2, при достижении которого практически завершается реакция раздревеснения клетчатки соломы.

4. Выявлены различия в восприимчивости к щелочному воздействию соломы различных партой« связанные с видовыми и внутривидовыми отличиями ее химического состава, что целесообразна учитывать в дозировке щелочного реагента. Разработана методика оптимизации дозы кальцинированной соды« рекомендованная к применению г производственных условиях*

5. Путем теоретического анализа математического описания тепло- массооменных процессов и проведения модельного эксперимента определены тепловые характеристикой выявлены закономерности теплообмена в аппаратах, реализующих двухстхпенчатый метод херяехимичес-хой обработки соломы. Установлены взаимосвязанные значения температуры нагрева и выдержки обрабатываемой солош, обеспечивающие «аксиальную энергетическую эффективность процесса: при выдержке солоны до 1,5 часов нагрев ее должен прнближатьсч к 100°С, при больней

выдержке - достаточный уровень нагрева 80.. .85°С.

6. Для обеспечения требуеного уровня нагрева соломы в смесителе-реакторе соотношение "пар: раствор реагента" должно быть более 0,4.

7. Обоснованы рекомендации по снетениа тепловых потерь в смесителе-реакторе и оункере-дозагоре, реализация когорт совместно

с внедрением разработанных методик оптимизации дозы реагента я температуры пагрева соломы позволит снизить на 10...15% расход кальцинированной соды и пара без снижения прироста переваримой энергии обработанной соломы.

8. Разработанные методики и рекомендации использованы при создании и хозяйственном использования кормоцеха в колхозе "Светлые путь" Зольского района Кабардино-ьалкарской Республики* Испытания подтвердили работоспособность оборудована, эффективность технологических решений и их практическую значимость: дифференцированная по каждой партии соломы доза щелочного реагента позволяет экономить до 10% дефицитных химических материалов при повыпении питательной ценности соломы на 50% и выше; прирост продукции вааогаоводстза возрастает на 20% в сравнении с использованием кормовых рационов, содержащих не обработанную термохимическим методом солому.

Основныз положения диссертации опубликованы з следующих работах:

1. Теоретические основы процесса и расчет оборудования для

термохимической обработки грубых кормов //Двп.вНИИТЭИагропром,№97 ВС-92

2. Повышение эффективности работы цехов приготовления рассыпных кормосмесей // Деп. ВКИЙГЭИягропрои, }£98 ЕС-92

3. Технологии приготовления кормосмесей и повышения питательной ценности грубых кормов. Обзор.информации / Минсельхоз РФ.

1 I

ВНИйТЭИагропром - и., 1992 - 23 с - (Сер."Животноводство, ветеринария и кормление сельскохозяйственных животных").

4. Энергосберегающие технологии приготовления кормосмесей с использованием побочных продуктов растениеводства. // Тезисы докладов научно-практической конференции "Сельскохозяйственная теплоэнергетика". ВИЭСХ. ГНПП "Агроэлектротерм". и., 1992, с.29-30.

5. Оптимизация расхода химического реагента при термохимической обработке соломы. // Деп. НМИТЭИагропрон, *-6 ВС-93

Подписано к печати 28.03.93г. Формат бум. ВСЬсвО J/16 Объем 1,0 УЧ.ИЗД.П.Л. Тираж loa Заказ 82

Типография ЦОПКБ В ИМ