автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Технологические и технические решения сохранности влажного кормового сырья химическими консервантами

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА (ВИМ)

На правах рукописи

Соколов Александр Васильевич

УДК 664.66.036.1

Технологические и технические решения сохранности влажного кормового сырья химическими консервантами.

Специальность 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Москва - 1998

Работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском и проектно-технологическом институте химизации сельского хозяйства (ВНИПТИХИМ)

Научные консультанты: Анискин В.И., доктор технических наук, профессор, академик Россельхозакадемии и академии аграрных наук Белоруссии, Заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации Дегтярев В.П., доктор биологических наук, профессор, академик Россельхозакадемии

Официальные оппоненты: Сыроватка В.И., доктор технических наук, профессор, академик Россельхозакадемии. Цой Ю.А., доктор технических наук, профессор. Бондарев В.А., доктор сельскохозяйственных наук, профессор.

Ведущее предприятие: ОАО ВНИИКОМЖ

I«

Защита состоится « » ОгУУуО 1998 г. в 10 ч. на заседании диссертационного Совета Д.020.02.01. во Всероссийском научно-исследовательском институте механизации сельского хозяйства (ВИМ) по адресу: 109428, г. Москва, 1-й Институтский проезд, д. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Отзывы на автореферат, заверенные печатью просим представлять по вышеуказанному адресу.

Автореферат разослан

« г.

Ученый секретарь диссертационного Совета,

кандидат технических наук " ^амедова

Общая характеристика работы.

Актуальность работы. Как бы не менялась социально-экономическая ситуация в стране, от эпохи застоя и стабилизации народного хозяйства до периода перехода к рыночным отношениям и формирования многоукладности - создание прочной кормовой базы является основой (фундаментом) благополучного существования любой отрасли животноводства. Количество заготавливаемых кормов, их качество и величина потерь при консервировании и хранении - главные критерии состояния кормовой базы. Поэтому проблемы заготовки, консервирования растительного сырья, сохранения и использования готового продукта были всегда острыми и значимыми

Величина потерь питательного и продуктивного потенциала разных видов влажного фуражного кормового сырья есть функция уровня совокупной концентрации фито- и микробных энзимов, скорости накопления органических кислот-депрессоров роста микроорганизмов и ингибиторов брожения, а также способов и качества заготовки кормов и условий их хранения. Максимальная величина потерь достигает 30% и выше.

Концепция развития кормопроизводства, основывающаяся на анализе современного состояния отрасли и научно-обоснованных перспективах ее развития, предусматривает не только разработку и внедрение высокоэффективных технологий заготовки и хранения кормов, но и снйжение затрат энергии при производстве и использовании силоса, сена, фуражного зерна, травяной муки. К числу прогрессивных способов заготовки кормов относятся активное вентилирование и химическое консервирование, которые позволяют при этом существенно снизить огромные потери и только за счет этого увеличить выход кормовых единиц в масштабах России свыше 25 млн. тонн.

Химические препараты, внесенные во влажное кормовое сырье, ингибируют в нем развитие гнилостных и маслянокислых бактерий, подавляют развитие плесневых грибков, замедляют дыхание растительных клеток, тормозят деятельность газообразующих микроорганизмов, предупреждают денатурацию питательных веществ и тем самым создают благоприятные условия для их сохранности и влияния на организм животных, поедающих консервированный корм. Считается, что по сравнению с обычным силосом в консервированном корме всегда выше концентрация питательных веществ.

Химическое консервирование влажного зерна и трав при заготовке сена исключает расход жидкого топлива и гарантирует сохранение корма в период обработки и последующего хранения, однако требует значительного расхода дорогостоящих консервантов от 5 до 30 литров на 1 т сырья. Использование же консерванта в объемной форме в виде его паров при вентилирования неподогретым воздухом, благодаря его влагопоглощающей способности, обеспечивает уменьшение энергозатрат до уровня 170 ..250 МДж против 350.. 400 МДж при активном вентилировании подогретым воздухом и снижает расход консерванта в 1,5.. 2,0 раза по сравнению с обычным химическим консервированием.

Проблему химического консервирования кормов необходимо рассматривать с учетом всех факторов, в том числе качества растительного сырья, химического вещества (консерванта), технических средств для внесения, технологии внесения, реакции организма животных, которые будут поедать обработанный корм и вопросы безопасности людей, участвующих при заготовке корма.

Технология применения консервантов кормов включает операции хранения, транспортировки и внесения их в растительное сырье, а также наличие научно- обоснованной методики оценки, как технологического процесса, так и работы основных механизмов, применяемых для реализации этого процесса. Рассмотрению указанных аспектов проблемы сохранения влажного сырья и разработке научного обеспечения и механизации химического консервирования кормов посвящена данная работа.

Исследования и разработки, составившие основу диссертации, выполнены во ВНИП-ГИХИМе по планам научно-исследовательских опытно-конструкторских работ на

1984...1988 гг., 1988...1990 гг., 1989...1991 гг. и 1990 ..1995 гг. в соответствии с утвержденными Государственным комитетом по науке и технике СССР проблемам и заданиям:

- задание ГКНТ № 378 от 13.06.1984 г. «Разработать и внедрить в РСФСР операционные технологии транспортировки, хранения и внесения консервантов в корма» - 1984-1988 годы;

- задания Минсельхозпрода РСФСР 07.02.01. «Усовершенствовать технологию внесения консервирующих препаратов в корма (силос, сено) в процессе их закладки на стацио-'наре» - 1988-1990 годы.

- задание Госагропрома РСФСР 20.002-89 «Отработать в хозяйственных условиях технологию сохранения влажного фуражного зерна вентилированием его смесью консервирующих добавок с воздухом» - 1989-1991 годы.

- задание РАСХН - 02.01.06 «Разработать эффективные технологии и технологические средства заготовки, хранения и приготовления кормов, обеспечивающие высокую их сохранность и питательную ценность» - 1990-1995 годы.

Цель исследований - разработка эффективных ресурсосберегающих технологий и технических средств сохранения влажных кормов с применением химических консервантов, обеспечивающих существенный научно-технический прогресс в системе заготовки кормов путем снижения не только потерь питательного и продуктивного потенциала, но и удельных энергозатрат при их заготовке, консервировании и хранении.

Объекты исследования - влажный зерновой ворох, подвяленные травы, скирды сена, свежескошенные травы, силос, химические консерванты, процессы и рабочие органы для заготовки кормов, емкости, дозирующие установки, смесители и распылители консервирующих препаратов

Методика исследований. Физико-химические свойства влажного кормового сырья, а также физико-химические свойства химпрепаратов определяли по специально разработанным нами методикам, а также методикам, разработанным институтом кормов (ВИК), институтом животноводства (ВИЖ) и в соответствии с государственными и отраслевыми стандартами (ГОСТ 12041-78, ГОСТ 4808-87, ГОСТ 24230-80, ГОСТ 2363-79, ОСТ 46125-82).

Потери питательных веществ в обработанном корме определяли в соответствии с «Методическими указаниями о проведении опытов по силосованию кормов» (М.,1968). При проведении опытов, имитирующих технологические процессы, количество растительной массы устанавливалось в соответствии с методическими указаниями, разработанными институтом кормов «Методика проведения полевых опытов с кормовыми культурами» (М.,1971), атакже - с «Методическими рекомендациями по изучению в лабораторных условиях консервирующих свойств химических консервантов, используемых при силосовании кормов» (Дубровицы,1983) При разработке механизма взаимодействия растительного сырья с химпрепаратами использовали экспериментально-теоретический метод исследования. Теоретические основы процесса сорбции растительным сырьём паров консервантов разрабатывали, исходя из основных теоретических законов сорбционных процессов для газов и паров известных зернистых поглотителей. Принимали, что любой сорбционный процесс описывается уравнениями изотермы сорбции, кинетики сорбции и баланса вещества.

При экспериментальном исследовании системы «влажное сырье - химпрепарат» применяли метод однофакторного эксперимента. Определяли функциональную зависимость при различных комбинациях изменения одного из основных факторов и постоянстве других.

Функциональные зависимости взаимодействия влажного кормового сырья с паровоздушной смесью получены на специально разработанной лабораторной установке, состоящей из испарителя - (генератора) пара консерванта высокой концентрации, смесителе паров с воздухом, емкости для обработки исследуемого сырья, увлажнителя воздуха и системы подачи консервирующей смеси. Конструктивная схема установки позволяла изменять основные режимы обработки, применяемые в реальных производственных условиях:, подача смеси от 50 до 1000 м '/ч • т с погрешностью, не превышающей ± 2,5%, относительная влажность воздуха - от 60 до 90% ± 1,5%, концентрация паров от 0,1 до 10 мг/м 3 ± 2,0%, влаж-

ность исходного сырья от 25 до 45% ± 2,0%.

Питательность и химический состав обработанного сырья определяли в условиях Московской, Тамбовской, Белгородской и Калужской лабораторий станций химизации сельского хозяйства в соответствии с Инструкцией ло анализам кормов и методикам ЦИНАО.

Технологические режимы и параметры рабочих органов оборудования, обеспечивающие выполнение агротехнических требований, надежности и безопасности работ, исследовали на макетных и экспериментальных образцах в производственных условиях и при ведомственных испытаниях в различных регионах бывшего СССР и РФ.

Результаты экспериментов обрабатывали методами математической статистики и в соответствии с требованиями ГОСТ 8.207-76 «Прямые измерения с многократными наблюдениями. Методы обработки результатов наблюдений».

Основные научные результаты:

- закономерности распределения химпрепаратов во влажном кормовом сырье: скорость и глубина проникновения жидкого консерванта в слой обрабатываемой массы в зависимости от ее физико-механических свойств (плотности, сыпучести, влажности, порозности, измельчения и пр.), а также физико-химических свойств препарата (концентрации, дозы, степени разведения, летучести и т.п.), позволившие оценить степень равномерности обработки, величину потерь химпрепарата и дать научно-обоснованную оценку работы различных дозирующих устройств и механизмов для внесения жидкого консерванта в производственных условиях;

- уточненные основные технологические требования, предъявляемые к внесению химпрепаратов в корма: отклонение от заданной дозы не более ± 10%; равномерность распределения консерванта в массе корма и полнота его обработки (не менее 80%); потери консерванта (не более 5%) и другие, послужившие основой для разработки аналитического метода оценки качества технологического процесса заготовки кормов с применением химпрепаратов;

- механизированная операционная технология заготовки кормов с химическими консервантами, регламентирующая в комплексе вопросы на этапах хранения, транспортировки, заправки дозаторов и внесения их в корма, позволившая не только определить условия и границы эффективного и безопасного применения консервантов при заготовке кормов, но и установить основные негативные факторы широкого применения жидких консервантов -значительных удельных расходов 10...30 л/т и невысокой степенью перемешивания консерванта с малосыпучей влажной кормовой массой (не выше 50...60%);

- механизм взаимодействия влажного кормового сырья с химпрепаратом в виде его паров, позволивший разработать методику определения содержания консерванта в обработанном сырье и определение концентрации паров консервантов в воздухе и послуживший основой для разработки нового способа сохранения влажного кормового зерна путем его вентилирования неподогретым атмосферным воздухом с применением паро-газообразных консервантов;

- аналитические зависимости кинетики и динамики сорбционных процессов при вентилировании влажных кормов смесью атмосферного воздуха и паров консерванта, позволившие разработать инженерный способ расчета технологического процесса, предусматривающий определение скорости и продолжительности его с учетом уровня подсушки корма до 19...23% и насыщению консервантом до 0,4.. 0,6%, что обеспечивает расход консерванта не выше 6...10 л/т при безопасном хранении корма в течение 6 месяцев и выше;

- рациональные технологические режимы сохранения влажного сырья при вентнлпро-вании паро-воздушной смесью: удельная подача химреагента -100. .200 м'/ч-т; концентрация паров - 0,2...0,35 г/м3; продолжительность обработки - 50...90 ч; объемы обработки влажного корма на одном комплекте оборудования 40...50 т при годовой выработке 250.. 300 т. а также методика выбора основных энергетических механизмов (вентилятора, дозатора, испарителя и распылителя консервантов) и определения их конструктивных параметров: длины

вентиляционного канала (40.. .50 м), ширины и высоты насыпей зерновой массы и скирд трав, производительности вентилятора - 20...40 тыс.м3/ч при номинальном напоре не менее 120... 180 мм вод.ст., производительности распылителя 20...50 л/мин. при рабочем давлении 0,03...0,04 Мпа.

Научную новизну представляют:

- закономерности взаимодействия жидкого и газо-парообразного консерванта с влажным сырьем: - глубина и скорость проникновения химреагента в уплотненный слой, величина сорбции и десорбции, степень связывания консерванта с частицами корма, равномерность обработки;

- аналитические зависимости кинетики и динамики сорбционных процессов при обработке влажного сырья органическими кислотами и величины десорбции из него влаги при вентилировании паро-газовоздушной смесью;

- методика определения содержания консерванта в обрабатываемом сырье и концентрация консервирующей аэрозоли - паров химреагента в воздушном потоке;

- рациональные режимы технологического процесса сохранения влажного зерна и сена при вентилировании воздухом, обогащенным консервирующими добавками;

- уточненные удельные расходы (дозы) химических консервантов с учетом влажности корма, погодных условий и способа его заготовки.

Практическую ценность имеют:

- механизированная операционная технология заготовки кормов с химическими консервантами, регламентирующая в комплексе вопросы научно-обоснованного применения химпрепаратов на этапах хранения, транспортировки, заправки дозаторов и внесения их к корма;

- способы и механизмы для обработки растительного сырья жидкими химпрепарата-ми, позволяющие не только повысить степень равномерности, но и снизить на 15...20% потери консервантов (Авт. Свидетельства №№ 1409155, 1291112,1409156 и 1204169);

- рекомендации по химическому консервированию кормов и контролю за их качеством;

- технологии сохранения влажного фуражного зерна и подвяленных трав с применением химических консервантов при вентилировании, обеспечивающая снижение энергозатрат по сравнению с высушиванием на 20...25% и выше и снизить в 1,5...2,0 раза удельный расход химпрепарата;

- аэродинамические и технологические параметры комплекта оборудования для обработки насыпей влажного зерна и скирд сена атмосферным (неподогретым) воздухом, обогащенным парами консерванта;

- методика и технические средства, позволяющие проводить оперативный контроль за ходом выполнения технологического процесса вентилирования влажного сырья паровоздушной смесью;

- способ получения паро-воздушной смеси рабочей концентрации в виде аэрозоли (0,2. .0,35 г/м3) путем введения жидкого консерванта в дозированном количестве в воздушный поток энергетической установки (вентилятора) под давлением 0,03...0,04 Мпа и конструктивная схема генератора (испарителя) паров консерванта;

- технологические схемы обработки насыпей влажного зерна и сена в производственных условиях с учетом существующей технологии уборки, материально-технической базы и погодно-климатических условий.

Достоверность основных положений, выводов и рекомендаций подтверждается дос-, таточной для инженерных расчетов сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований. Расхождение между расчетными и экспериментальными кривыми кинетики и динамики разработанного технологического процесса не превышают ± 13%.

Положительные результаты производственных испытаний механизированной технологии и оборудования в различных зонах бывшего СССР и России при заготовке кормов с химическими консервантами также подтверждают достоверность научных выводов. Стати-

стический метод обработки результатов исследований качества заготовленных кормов показал, что адекватность результатов исследований достигает 95% уровня значимости.

Реализация результатов исследований. Операционная технология хранения, транспортировки и внесения консервантов в корма, представленная в виде модульного склада для хранения жидких консервантов в емкостях из полиэтилена, мобильного заправщика, способов и механизмов внесения консервантов в растительное сырье, производственная проверка которой проведена в 1984...1988 гг. в хозяйствах Московской и Калужской областей, Алтайском крае и Высокогорском районе Татарстана, принята НПО «Россельхозхимия» в 1989 году для внедрения во всех хозяйствах России.

Мобильный заправщик-транспортировщик жидких консервантов и дозирующее оборудование для внесения консервантов в корма выпускались «Мособлсельхозтехникой» серийно - от 20 до 50 комплектов ежегодно в течение 1985... 1990 гг.

Объемы заготовок кормов с применением химических консервантов в России в 1985... 1990 годах с использованием методического и научного обеспечения, разработанного с участием автора диссертации, согласно «сводному плану внедрения достижений науки, техники и передового опыта в сельскохозяйственное производство МСХ РСФСР» составили от 10 до 15 млн. тонн.

Конструктивная схема испарителя и технологические режимы обработки использованы Головным экспериментально-конструкторским институтом по машинам для переработки травы и соломы (ГЭКИ, г.Вильнюс) в 1984...1986 годах при разработке технологии хранения гранул травяной муки с использованием парообразных консервантов с целью снижения потерь каротина при хранении.

Технология сохранения влажного фуражного зерна и подвяленных трав вентилированием их смесью консервирующих добавок с воздухом рекомендована к внедрению в производство Минсельхозпродом РСФСР в 1991 году. Комплекты оборудования для реализации технологии использовались и используются в хозяйствах Тамбовской, Калужской и Белгородской областях

Апробация работы. Материалы диссертации заслушаны, обсуждены и одобрены на НТС Госагропрома РСФСР (1989 г.), Минсельхозпрода РСФСР (1991 г.), на заседании секции «Технология заготовки и хранения кормов» отделения кормопроизводства РАСХН в 1994 году, а также на научно-практических семинарах ВПНО «Союзсельхозхимия» и НПО «Россельхозхимия» и на координационных совещаниях по проблемам химического консервирования кормов (Рига, 1985 г., Казань, 1988 г., Новосибирск, 1989 г.)

Теоретические и экспериментальные данные по выбору режимных параметров обработки кормов с химическими консервантами доложены и обсуждены на научных конференциях ВНИПТИХИМ и НИИСХ ЦРНЗ (1985 г.), ЦИНАО (1986 г.), ВИЖа (1988,1989 гг.). Латвийской СХА (1984 г.), на научно-технических конференциях ГЭКИ, 1982 и Всесоюзным институтом по разработке машин в животноводстве (ВНИИЖИВМАШ ,1987 г.) и при разработке комплектов оборудования для консервирования растительных кормов и фуражного зерна.

Публикации. Материалы выполненных исследований опубликованы: в книге «Использование химических препаратов при заготовке кормов» (Россельхозиздат, 1988 г., соавторы - Федосеев П.Н., Гундоров В В., объем 180 е.), в брошюре «Химизация сельского хозяйства» (раздел «Консерванты кормов», 1988 г.), в «Методических указаниях по химическому консервированию кормов и контролю за их качеством» (М.,1986 г.), в «Операционной технологии хранения, транспортировки и применения консервантов кормов» (1990 г.).

Основные результаты исследований опубликованы в 68 печатных работах, в том числе в научных и научно-производственных журналах, трудах и сборниках.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов и предложений, списка литературы, включающего 462 наименования источников, в том числе 51 на иностранных языках и 5-ти приложений.

Основная часть диссертации содержит 265 страниц машинописного текста,48 рисунков и 42 таблицы.

На защиту выносятся

- Уточненные удельные расходы (дозы) химических консервантов при заготовке влажного кормового сырья с учетом его влажности и способа заготовки. Разработанные уравнения для их определения.

- Основные закономерности взаимодействия органических кислот с влажным кормовым сырьем - глубина проникновения и скорость связывания консерванта с массой корма, величина потерь консерванта в зависимости от способа внесения.

- Операционная технология и технические средства хранения, транспортировки и внесения консервантов в корма.

- Методика оценки равномерности и доз внесения консервантов в корма.

- Экспериментальное определение величины критической влажности зерна и трав, равной 12,3.,,12,8%, уровня поглощения влажного сырья при вентилировании паровоздушным агентом, равного 0,4^,6% и высушивания корма до 19-23%.

- Рациональные технологические режимы сохранения влажного сырья при вентилировании паро-воздушной смесью: удельная подача химреагента 100-200 м3/ч т, концентрация паров - 0,2*0,35 г/м3, влажность сырья 2040%, время обработки - 50*90 часов.

- Разработанные аналитические уравнения изотерм сорбции, кинетических и динамических зависимостей от определяющих факторов.

- Технология сохранения влажного фуражного зерна и подвяленных трав при заготовке сена с применением химических консервантов при вентилировании, технологические схемы обработки, конструктивные схемы и комплекты оборудования, методика выбора основных энергетических механизмов - вентилятора, дозатора и распылителя консервантов.

- Методика определения содержания консерванта в обработанном сырье и определения концентрации паров в воздухе в процессе его обработки.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

В первой главе «Современные теоретические представления и практическое использование химических консервантов при заготовке кормов Пути повышения эффективности использования консервирующих препаратов» дан обзор литературы по проблемам химического консервирования кормов, рассмотрен вопрос состояния кормовой базы России, проведен анализ основных тенденций развития технологий и технических средств заготовки кормов, обеспечивающих их высокую сохранность при снижении удельных энергозатрат Обоснована необходимость применения консервантов при заготовке кормов повышенной влажности.

Кормовая база России не удовлетворяет потребностям животноводства, как по количеству, так и по качеству заготавливаемых кормов.Велики потери питательных веществ кормов при их заготовке и хранении - до 30%.

Эффективным способом повышения качества кормов и сокращения потерь является химическое консервирование растительного сырья. Для регулирования микробиологических процессов при силосовании злажного растительного сырья отечественными и зарубежными учеными предложено вносить различные химические реагенты минеральные и органические кислоты, соли, антисептические вещества, сероуглерод, сернистый газ, аммиак и другие консервирующие добавки.

Научное обоснование значению подкисления растительного сырья впервые дал финский ученый АИ.Виртанен (1933 г), который установил, что в подкисленной до pH 4,0 кормовой массе прекращается развитие гнилостных и маслянокислых бактерий, замедляется дыхание растительных клеток и деятельность газообразующих бактерий .-Вопросы использования минеральных кислот в нашей стране были в достаточной мере изучены A.A. Зубрилиным. МТ . Тарановым, Л И. Николаевой, С.Я. Зафреном и другими учеными, ими

разработаны химпрепараты, состоящие из смеси соляной и серной кислот в разных соотношениях под названиями ААЗ, К2, ИБ-2, ВИК.

Наибольшее развитие химическое консервирование получает в середине 60...70 годов, когда в качестве консервантов стали использовать органические кислоты (муравьиную, уксусную, пропионовую и другие). Было установлено, что при силосовании с применением органических кислот эффект выше, чем при использовании минеральных кислот. Объясняется это тем, что консервирующее начало муравьиной и других кислот заключается не только в создании определенной концентрации водородных ионов, но и в антибиотическом воздействие на микробов самой молекулы кислоты.

Установлено, как зарубежными, так и отечественными учеными, что органические кислоты и их соли, введенные в рацион животных вместе с обработанным кормом, способствуют повышению продуктивности животных. Органические кислоты и их соли участвуют в энергетическом обмене веществ в организме животного.

Практически все органические кислоты обладают в разной степени бактерицидными и фунгицидными свойствами Кроме того, химический консервант должен обладать ингиби-рующими свойствами.

Консервирующее действие химпрепаратов, в том числе органических кислот, при силосовании растительного сырья наиболее полно представлено в исследованиях А.А.Зубрилина, Е.М.Мишустина,С.Я.Зафрена, Л.ИНиколаевой,К.Г.Макаровой,

М.Т.Таранова, И.И,Филатова, Н.Н.Федулиной, И.АРамане, В.АПетросяна, Л.И.Каарли, П.С.Авраменко, В.А.Бондарева, А.А.Панова, Н.В.Колесникова, Л.Г.Боярского, В.Н.Баканова и многих других. Теоретические исследования отечественных и зарубежных ученых позволяют в определенной мере представить химизм консервирующего действия кислот и других препаратов. Молекула кислоты в воде распадается на ион (катион) водорода, положительно заряженный и кислотный остаток (анион) отрицательно заряженный. По количеству атомов водорода, способных распадаться на ионы, и определяется сила консерванта. Высокая концентрация водорода подкисляет кормовую массу до такой степени, что в ней многие ферменты прекращают свою функцию. Установлено, что основные жизненные функции растений микроорганизмов протекают примерно при рН 5,8...6,5, а прекращаются почти полностью, за исключением некоторых, в том числе и молочнокислых, при рН 3,8. .4,2. Согласно законам аналитической химии консервирующая сила кислот выражается через константы ионизации и величину молекулярной массы, причем с увеличением молекулярной массы влияние концентрации ионов снижается.

Установлено, что наибольшей консервирующей силой из органических кислот обладают муравьиная, пропионовая и уксусная кислоты. Консервирующее действие муравьиной кислоты усиливается с увеличением содержания сухого вещества в силосуемом сырье (О.Я.\УаМо, Ю.Ьаш^ег, Л.КЛМЬоп и др.) Пропионовая же кислота из всех низших жирных кислот - самый эффективный фунгицид (М.С.СагрЫего, ТЛ.ТогЬез).

Кроме того, установлено, чго действие органических кислот усиливается, если применять их в смешанных растворах Ф ВпМ.М^оо^огс!, ^ТЬопш и др.).

Большие теоретические и экспериментальные исследования по изучению консервирующего действия смесей органических кислот и повышения эффективности их использования проведены В.АБондаревым, К.Г.Макаровой,■ АА.Пановым, Ю.А.Победновым, С.Х.Евтисовой и другими. В результате исследований разработаны консервирующие препараты ВИК-1 и ВИК-2, применяемые для консервирования зеленых кормов, и представляющие смеси органических кислот.

Несмотря на значительную теоретическую проработку проблем консервирования влажного фуражного сырья в процессе силосования с применением химических консервантов, технологические аспект ы проблем изучены в меньшей степени.

Наиболее полно технологические вопросы химического консервирования фуражного зерна проработаны и - представлены в исследованиях В.И Анискина, В М.Лурье,

Э.Р.Берзиньша, И.А.Рамане, М.Т.Таранова, В.П.Владимирова, П.А.Науменко и других ученых.

Удельные расходы (дозы) химпрепаратов при консервировании фуражного зерна риса, гороха, кукурузы, ячменя определены в исследованиях К.М.Киреева, В.И.Калинина, Ю.Ф.Рослякова, Е.Г.Белых, А.И.Журавлева, Л.А.Лукашевич. Установлено, что дозы химпрепаратов зависят от влажности зерновой массы и срока хранения и не зависят от вида зерна.

Результаты исследований по отработке технологических режимов и параметров основных узлов установок для химического консервирования зерна жидкими органическими кислотами представлены в работах Н.П.Румянцева, А.В.Милованова, С.И. Назарова, С.И.Иванова и других исследователей.

Для консервирования фуражного зерна предложено значительное количество эффективных препаратов на основе пропионовой кислоты - пропкорн, лупрозил, формалайн. В исследованиях зарубежных ученых (А.Д.Драйзел, Ф.Финк, В.Коллер, Н.Экстрем) указывается, что обработка зерна органическими кислотами резко снижает зараженность корма бактериями и плесенью, и что скармливание таких кормов животным благоприятно сказывается на их здоровье и продуктивность. Применение сухих консервантов, таких как пиросульфита натрия, тиомочевины, углеаммонийных солей и других, сдерживается, главным образом, из-за нетехнологичности, вызванной сепарацией частиц консерванта в зерновой массе. Установлено, что эффективность химического консервирования зависит, главным образом, от равномерности распределения консерванта в зерновой массе, в плохо обработанной массе появляется локальное (очаговое) плесневение и самосогревание, способное вызвать порчу всей обработанной массы.

Существующие смешивающие устройства - механические смесителя, рабочие органы которых выполнены в виде вращающихся дисков, шнеков, наклонных камер и прочее не могут обеспечить равномерность перемешивания материала с консервантом свыше 60...70% при любой продолжительности перемешивания.

Технология заготовки сена из подвяленных трав с использованием химпрепаратов получила развитие в работах В.А.Бондарева, Н.В.Колесникова, С.Х.Евтисовой, Г.А.Дедаева, Е.М.Соколкова, А.Г.Милляра, А.А.Макарова, В.М.Дуборезова, Т.В.Чомаева, А.В.Ровинского, И.В.Зинченко, И.М.Толмачева, Е.К.Голенковича, А. А.Григорьева, ИЯАвтономова и других исследователей.

Обработка влажных трав при заготовке сена применяется в тех случаях, когда досушить влажное сырье до необходимой (стандартной) влажности 16...17% в полевых условиях невозможно из-за непогоды (частые дожди, высокая влажность), а сохранение влажных трав с помощью искусственной сушки также невозможно по тем или иным причинам - чрезмерная загрузка сушильных агрегатов из-за низкой производительности и пр.

Как показывает анализ исследований Т.К.Годманиса, В.И.Сироткина, Е.Ф.Борисенко, П.А.Денисевича, Г.А.Шульги, Л.А.Сулимы, В.М.Любарского, В.Е.Поединка и многих других ученых, основным и определяющим моментом при химическом консервировании сена является выбор эффективного консерванта и определение удельного расхода в зависимости от влажности трав. Установлено, что наиболее эффективным консервантом при заготовке сена является смесь пропионовой и уксусной кислот. При этом внесение консерванта, как правило, осуществляют в момент прессования трав влажностью 25...35% в тюки или в рулоны.

Консервант снижает температуру сена, предотвращает развитие плесневых грибков, способствует лучшей сохранности корма.

Анализ зарубежных и отечественных исследований показывает, что единого мнения в оценке эффективности доз консерванта нет. В исследования В.И.Сироткина, В.Е.Поединка, Н.В.Колесникова получены удовлетворительные результаты при заготовке сена из трав влажностью 20...30% с применением аммиака в дозе 1,2...1,5% к массе провяленных трав.

Аммиак прочно связывается с компонентами трав, при этом температура обработанного сена значительно ниже (на 7... 12 °С), чем в необработанном сене.

Исследования вышеперечисленных и других ученых послужили научной основой для разработки технологии заготовки сена повышенной влажности в рулонах с использованием консервантов. Суть технологии состоит в том, что в прессованную провяленную массу растений вносят химические консерванты с Целью устранения самосогревания и плесневения сена.

Рекомендуемые консерванты - пропионовая кислота, концентрат низкомолекулярных кислот, смесь пропионовой и муравьиной кислот. Дозы - 16...20 л/т при влажности трав 25.. .35%.

При повышенной влажности (свыше 35%) провяленных трав надежность сохранения сена, обработанного химпрепаратами, снижается, так как усиливается интенсивность дыхания растений и жизнедеятельность нежелательных микроорганизмов. Для приготовления раствора используют заправщик ЗЖВ-1,8, а для внесения раствора в растительное сырье -дозатор ОВК-Ф-1, или специальную дозирующую установку, монтируемую на пресс-подборщике ПРП-1,6.

Анализ разработанных технологий заготовки сена с применением консервантов показывает, что наряду с несомненными достоинствами они имеют существенные недостатки, а именно - значительный удельный расход (доза) дорогостоящего консерванта до 20 л на 1 тонну сырья и необходимость вентилирования обработанного корма в первые 10 ..12 дней хранения с целью снижения его температуры.

Указанные факторы являются определяющими при оценке себестоимости технологии и часто проигрышными по сравнению с другими альтернативными способами консервации сена сушкой и вентилированием подогретым воздухом (исследования В.Сечкина, Л А.Сулимы, И.Я.Автономова, В.Е.Поединка).

Существующие технологии заготовки сена с применением химических консервантов базируются на серийно-выпускаемом оборудовании - рулонные пресс-подборщики, установки активного вентилирования и прочие механизмы.

Для дозирования жидких консервантов промышленность выпускает специальные установки типа УВК-Ф-1 и ОВК-1,6. Для обработки аммиаком грубых кормов используют заправщики ЗЖА-1,8, АБА-0,5 и АБА-1,5 И другие.

Анализ теоретических и экспериментальных исследований по химическому консервированию силоса, фуражного зерна и сена показывает, что большинство их посвящены разработке эффективных консервантов, определению оптимальных доз, потерь питательных веществ, влиянию обработанного корма на продуктивность и здоровье животных. Вопросы разработки технологий и механизмов в литературе представлены недостаточно. В исследованиях В.Л.Владимирова, В.П.Карпова, В.М.Лурье, Н.И.Пиуновского, Г.Н.Шульги, В.Е.Поединка, Л.И.Грачевой, АП.Вербицкого »других авторов рассмотрены принципиальные технологические схемы введения консервантов в растительную массу при заготовке силоса, даются технические характеристики существующих механизмов и установок без достаточного анализа качества выполнения ими технологического процесса.

Анализ состояния изученности вопросов применения химпрепаратов при заготовке влажных кормов, существующих технологий и технических средств показывает, что способ заготовки с применением химических консервантов не нашел широкого применения по следующим причинам: - значительный удельный расход химпрепарата; - технологии применения консервантов при заготовке кормов включают не только вопросы внесения их в корм, но и вопросы хранения, транспортировки их к месту использования и заправки емкостей дозаторов. Однако, как раз эти элементы технологий являются почти не изученными:

- научное обеспечение технологий сохранности влажного сырья с применением химпрепаратов явно недостаточно. В литературе отсутствуют исследования>посвященные теоретическим разработкам применения консервантов, позволяющих использовать научно-обоснованные режимы обработки сырья с химреагентами;

- отсутствие простого и надежного оборудования для обеспечения необходимой равномерности и внесения строго дозированного количества консерванта;- отсутствие научно-

обоснованной оценки, как технологического процесса химического консервирования, так и работы механизмов, применяемых для реализации этого процесса;

- недостаточно изучены сорбционные свойства растительною сырья - сорбционная емкость, глубина проникновения консерванта в частицы корма, скорость и динамика поглощения влажными частицами и массой корма;

- отсутствие исследований кинетических закономерностей взаимодействия влажного сырья с газами и парами консерванта.

В данной работе представлены результаты исследованш^направленных на разработку и реализацию технологий и технических средств, обеспечивающих высокую степень сохранности влажных кормов при хранении с применением консервантов и снижении удельных энергозатрат при их обработке.

На основе проведенного анализа и с учетом поставленной цели сформулированы следующие задачи исследований:

- изучить поведение консервантов на сырье различной влажности, приняв в качестве критериев эффективности: динамику температуры обработанного корма при хранении, изменение кислотности, динамику роста плесневых грибков и других микроорганизмов, потерю сухого вещества, а также качество консервированного корма;

- провести технологические и инженерные изыскания эффективности применения жидких консервантов при заготовке кормов с разработкой практических предложений по хранению консервантов, транспортировки их к месту использования и выбору способа внесения и заправки емкостей дозаторов,

- изучить процесс взаимодействия массы растительного сырья с жидкими консервантами и определить научно-обоснованные технологические требования, предъявляемые к химическому консервированию;

- разработать теоретические основы сохранения влажного зерна подвяленных трав с использованием газообразных консервантов, позволяющих значительно снизить их удельный расход;

- обосновать технологические режимы и параметры оборудования для внесения паро-газообразных консервантов при заготовке кормов;

- разработать энергосберегающую технологию сохранения влажного сырья с использованием химпрепаратов;

- разработать инженерный метод расчета способа сохранения влажного корма с применением консервантов при вентилировании с учетом влажности сырья и погодных условий.

Во второй главе приводится программа исследований и дается описание оригинальных методик определения содержания консерванта в обрабатываемом сырье и концентрации паров химреагента в воздухе.

При разработке энергосберегающих способов сохранения влажного сырья с помощью консервантов одним из основных и центральных вопросов является определение их минимально-необходимых доз.

Естественно для изучения процесса поглощения растительным сырьем химпрепаратов необходимо иметь надежную методику определения количества консерванта в обработанном корме.

В основу методики положены результаты исследования взаимодействия растительной массы корма с органическими кислотами, известный метод титрования образцов корма и основные положения количественного анализа. Экспериментально установлено, что сорбция жидкого консерванта растительной массой носит необратимый характер, при хранении обработанного корма свыше 2-х часов в раствор при самой длительной вытяжке (более 5 часов) выходит около 80% внесенного консерванта. Принято, что продолжительность хранения обработанного корма до анализа не должна превышать 1,5...2,0 часов, а продолжительность вытяжки раствора корма не менее 2,5. .3,0 часов.

Выбор величины навески обусловлен как необходимостью исключения усреднения содержания консерванта в исследуемых образцах корма, так и уменьшения погрешностей

при выполнении операции титрования. Рациональной величиной навески является 20 г для трав и 10 г для зерна.

Объем раствора для проведения операции вытяжки должен б..гть не менее 250мл. Удельное содержание консерванта в корме определяется согласно выражению: <},• Е Кр

у20 =-,г (2-1)

1000

Где <5 - количество раствора щелочи известной нормальности, необходимого на титрование раствора обработанного корма, мл.

Е - грамм-эквивалент консерванта; Кр - нормальность раствора щелочи.

№ п/п Консеррант Грамм-эквивалент

1. Муравьиная кислота 46,03

2. Уксусная кислота 60,05

3. Пропионовая кислота 74,08

4. Молочная кислота 90,00

Для консервантов неизвестного сост ава определение грамм-эквивалента обычным расчетным путем является проблематичным. Поэтому с цепью исключения его определения, нами разработан способ определения консерванта в корме при помощи калибровочных графиков. (Приложение 3.)

Определение удельного содержания консерванта в корме, выражаемого обычно в процентах или л/т, проводят путем умножения величины Ум на 5

Отклонение содержания консерзанта в образцах корма от рекомендуемой дозы определяют по выражению:

а- 4

Л<1<1 ---100,% (2-2)

(I

Где отклонение от дозы, %;

с! - рекомендуемая доза, л/т, (%);

(1, - содержание консерванта в образце корма, л/т (%).

Величина отклонения консерванта во всем объеме обработанного корма от рекомендуемой дозы определяется известными методами математической статистики. Вначале определяют среднюю величину содержания консерванта во всем объеме корма, а затем находят отклонение, используя выражение:

а-й

да- =-• юо,% (2-3)

а

Где 4 • средняя величина содержания консерванта в корме.

Оценка равномерности обработки корма при внесении ь него консерванта проводится на основании данных результатоь титрования образцов обработанного корма.

Принимаем, что неравномерность обработки в процентах соответствует по величине коэффициенту стандартного отклонения (коэффициенту вариации).

Где п - количество исследуемых образцов корма. Равномерность обработки соответствует:

К„ = 100 - К„ (2-5)

При исследовании процесса сорбции паров консервантов органических кислот влажным кормом необходимо определять концентрацию паро-воздушной смеси на входе в корм и на выходе из него. Разность этих концентраций указывает на величину поглощения паров влажным кормом. Ввиду отсутствия какого-либо метода определения нами разработана методика, пригодная как для исследовательских работ," так и в условиях агрохимлабораторий с целью определения загазованности рабочих мест обслуживающего персонала.

Принципиальное отличие ее от методики определения консерванта в корме состоит в том, что в данном случае нейтрализуется не водный раствор обработанного корма, а, наоборот, нейтрализуется щелочной раствор известной нормальности паро-воздушкой смесью содержащий консервант (кислоту).

С этой целью разработан и изготовлен поглотитель паров кислоты (Рис. 1.)

Схема поглотителя паров консервантов для определения концентрации паровоздушной смеси Со, С\ мг/м3

1.Шланг подачи смеси паров консерванта и воздуха;

2. Кран;

3. Резиновая трубка;

4. Стеклянная трубка;

5. Стеклянный сосуд;

6. Выводящая трубка;

7. Резиновая пробка;

8. Воздушный фильтр; .__^ 9. Жидкость для титрования;

10 Электроаспиратор ЭА-20.

Рис. 1

Поглотитель состоит из трех стеклянных цилиндров 5, трех подводящих стеклянных трубок 4, внутренним диаметром 4 мм, имеющих на конце насадку из пористого стекла 8, трех отводящих трубок 6, соединительных резиновых трубок 3 и электроаспиратора 10 марки ЭА-30, имеющего производительность от 1 до 30 л/мин. Емкость стеклянных цилиндров 5

- 500-600 мл, высота - 200-250 мм.

Метод определения концентрации паров консерванта в воздухе при использовании данного поглотителя следующий.

1. Приготавливается сантинормальный раствор едкого натрия.

2. Первый цилиндр заполняется 330 мл дистиллированной воды, добавляется в неё 20 мл сантинормального раствора едкого натрия и 40-50 капель фенолфталеина, при этом раствор принимает оранжево-красный цвет.

3. Второй и третий цилиндры наполняются по 350 мл дистиллированной воды.

4. Поглотитель проверяется на герметичность и подсоединяется к магистрали. Включается электроаспиратор, одновременно открывается кран подачи смеси и фиксируется время работы прибора с постоянной производительностью до полной нейтрализации раствора щёлочи в первом цилиндре, т.е. пока оранжево-красный цвет не превратится в белый.

Рассчитывается концентрация паров кислоты следующим образом: - нормальность раствора щёлочи в первом цилиндре - N1 (0,01н); -емкость бутыли раствора неизвестной концентрации - У2 (350 мл); Количество щёлочи, пошедшей на приготовление раствора неизвесткой концентрации

- V, (20 мл);

Нормальность приготовленного раствора находим по выражению:

N1 • VI 0,01 • 20

N2=-,н N2= - = 0,0006 н (2-6)

У2 350

Количество кислоты в граммах, прошедшей через первый цилиндр до полной нейтрализации этого раствора, находим по формуле:

N2 • У2 • Е 0,0006 • 350 • 74,08

Я= - ,г ; а =- =0,0155 г (2-7)

1000 1000 где Е - грамм-эквивалент консерванта

Зная количество воздуха, прошедшего через первый цилиндр поглотителя, определяем концентрацию паров кислоты:

а 0,0155 15,5

Сп =-= - , г/л или - , мг/л (2-8)

Увоз. Увоз. Увоз

Для выявления функциональных зависимостей при исследовании взаимодействия влажного кормового сырья с газовоздушной смесью использовали специально разработанную лабораторную установку, состоящую из испарителя консервантов (емкость 0,05 м3), снабженного электронагревателями, смесителя паров консерванта с воздухом, емкости для загрузки исследуемого сырья, увлажнителя воздуха и системы подачи паровоздушной смеси. (Рис 2).

Омз, ч Ть'С ЬП. Сси^ г/м* ± 1.3Н

±2,5% ±1'С

1 1

Рис.2 Схема лабораторной установки для исследования основных закономерностей процесса сорбции влажным материалом паров (газов) консервантов из воздушного потока

Система подачи воздуха (вентилятор, шланги, расходомер) позволяет изменять расход воздуха в диапазоне 0,5-200 мЗ/ч с погрешностью не превышающей ±2,5%. Бункер для исследуемого растительного сырья состоит из 6-ти отдельных секций (кассет), комбинация которых позволяет обрабатывать до 40-80 кг зерна и трав.

Секции оборудованы штуцерами для отбора проб корма на влажность, кислотосодер-жание и другие показатели.

При экспериментальном исследовании кинетики сорбции использовали метод одно-факторного эксперимента. Определяли функциональную зависимость при различных комбинациях изменения одного из основных факторов при постоянстве других.

Экспериментальные исследования проводили по следующей схеме. Опыты проводились в 5-ти кратной повторности.

№ серии опытов Определение экспериментальной функциональной зависимости Комбинация параметров Со, Q, W переменная величина постоянная величина

I. Влияние влажности сырья на величину сорбции Влажность от 14% до 40% Удельная подача консервирующего агента Q и концентрация смеси Со

11 Влияние концентрации смеси на величину сорбции Концентрация смеси от0,1г/м3 до 5г/м3 QhW

Ш. Влияние подачи смеси на величину сорбции Подача от 50м*/ч т до ЮООм'/ч т. Со и W

При выполнении программы исследований необходимо было иметь исходное сырьё определенной влажности, получение которого в естественных условиях не всегда возможно. Д.1Я этой пели использовали разработанный метод приготовления корма необходимой влажности, л для механизации процесса - специальный смеситель.

Смеситель состоит из барабана диаметром 205 мм, внутри которого находится 8 диаметрально-расположенных лопаток. Барабан вращается на оси, которая является одновременно и трубкой для подачи воды. Привод барабана осуществлялся от электродвигателя марки РД-09 (N=10 Вт, п=2 об/мин.). Емкость барабанного смесителя -10 л.

Расчет необходимого количества воды для увлажнения исходного зерна произволен исходя из следующих зависимостей:

AM = G2-Gi,Kr (2-9)

где G2 - масса увлажнённого сырья, кг

Gi - масса сырья исходной влажности, кг

Так как: G, (100-W,) = G;(100-V\'z) (2-10) Тогда1

Gi (100 - Wi)

G2= —--,ki- (2-11)

100-vv2

где Wi - исходная влажность сырья, %, Wj - задаваемая влажность сырья, %

Тогда

С, (100^,)

АМ =--Сь кг, (2-7)

100-УУ2

Экспериментально-теоретические исследования оптимизации доз химических консервантов в кормовом сырье проводили с учетом фактической влажности, вида сырья, его белковости, сахаристости, технологии уборки, способа внесения консерванта и предполагаемого срока хранения

Исследования влияния технологических, физико-механических и прочих свойств жидких органических кислот на качество обработки корма: глубина проникновения консерванта, степени равномерности обработки, величину потерь консерванта, определяли на макетных образцах, имитирующих технологический процесс в производственных условиях.

Исследования различных способов хранения консервантов, изыскание технологичных и безопасных материалов для хранения, а также безопасных механизированных способов заправки дозаторов консервантами и внесения их в корм, проведены в условиях, приближенных к производственным.

Во всех экспериментах, в которых в качестве объектов исследований являлось растительное сырье, проводили полный зоотехнический анализ образцов заготовленного корма, как обработанного химическими консервантами, так и необработанного.

В третьей главе «Обоснование удельных расходов (дозировок) химических консервантов с учетом способа заготовки корма» установлено, что дозы консервантов, рекомендованные «Инструкцией по химическому консервированию зеленых кормов» в пределах 3...5 л/т, являются явно заниженными для консервирования высоковлажного сырья. В этом случае надо понимать не химическое консервирование, а силосование растительного сырья с применением химических консервантов.

Биохимические процессы и бактерицидные свойства тканей в скошенных растениях постепенно снижаются и в них начинает активно вегетировать микрофлора. Соотношение и уровень совокупной концентрации фито- и микробных энзимов, скорость накопления органических кислот-депрессоров роста микроорганизмов и ингибиторов ферментов при хранении растительного сырья есть функция постоянно меняющаяся в зависимости от его влажности, скорости аэрации, химического состава и загрязнённости микробами. Эти показатели в конечном счёте определяют величину потерь питательного и продуктивного потенциала исходного сырья. Процесс ферментации, денатурация и распад питательных веществ протекает особенно бурно в высоковлажном и неутрамбованном сырье, когда температура в толще бурта достигает 65°С, а окисление органических веществ - максимальных значений.

Выбор наиболее эффективного консерванта из большого количества рекомендуемых отечественных и импортных препаратов необходимо осуществлять с учетом фактической влажности сырья, его белковости и сахаристости, а также технологии уборки, уплотнения и укрытия обработанного сырья и предполагаемого срока хранения. В существующей практике, как раз, выбор химреагента и установление удельного расхода проводят без должного учета всех вышеперечисленных показателей и, особенно, без последних факторов, определяющих способ заготовки корма.

С учётом вышеизложенного проведены опыты по.изучению поведения консервантов на сырье влажностью от 20 до 85%, ( зерно, свежескошенные злаковые, бобовые и злаково-бобовые травы, предназначенные для заготовки силоса и подвяленные травы, предназначенные для заготовки сена), а также при разных способах внесения консерванта в корм.

В качестве критериев эффективности консервантов принимались: температура обработанного сырья при хранении, изменение кислотности, динамика роста плесневых грибков и других микроорганизмов, потери сухого вещества и питательности, а также качество консервированного корма.

Растительная масса - злаковые травы измельчалась до 5...10 мм, обрабатывалась расчётным количеством консерванта согласно рекомендуемой дозе 5 л/т при тщательном перемешивании, затем укладывалась в ёмкость с теплоизоляционной перегородкой посередине и теплоизоляцией по внутренней поверхности).

Массу уплотняли от 0,4 до 0,8 г/см3 с шагом 0,1 г/см5, что соответствует плотности укладки при силосовании. В одну половину ёмкости укладывалось сырьё, обработанное консервантом, в другую - необработанное (контроль).

В каждой половине устанавливались термометры с шагом 100 мм для наблюдения за изменением температуры сырья в ёмкости. В емкость помещалось от 40 до 80 кг сырья.

Одновременно регистрировалась температура массы обработанного и необработанного корма и наружного воздуха (через каждые 10 ч.).

Сверху обработанное и необработанное сырьё укрывалось плёнкой, на которую клали груз 20 кг, что соответствовало давлению 100 кг/м\

Результаты изменения температуры обработанного и необработанного силосуемого корма, а также фуражного зерна, обработанного пропионовой кислотой в дозе 12 л/т. представлены на Рис 3 '

Зависимость температуры массы корма от продолжительности хранения и толщины слоя Н, мм.

Рис.3

Установлено, что скорость изменения температуры - максимальная в первые 20 часов, затем скорость нарастания температуры снижается и примерно через 50...60 часов достигает максимального значение 47...48°С.

При этом в массе корма, обработанного консервантом, - температура на 1...3°С ниже температуры в контрольном варианте. Характер изменения температуры в опытном и контрольном вариантах одинаков: чем глубже от поверхности находится слой, тем температура его выше.

Динамика изменения температуры легкосилосуемой массы корма, обработанной консервантом, показывает, что влияние консерванта на процесс силосования незначителен при дозах 3...5 л/т. Такие же закономерности получены и при силосовании бобовых трав - люцерны и клевера.

Наоборот, при консервировании влажного сырья при больших дозах влияние консерванта на изменение температуры резко возрастает.

Обработка зерна влажностью 32,3% пропионовой кислотой в дозе 12 л/т и заложенного на хранение без дополнительного уплотнения обеспечила создание условий, при которых жизнедеятельность ферментов клеток и микроорганизмов практически прекратилась, что и обеспечило хранение зерна без приращения температуры, величина которой сразу же после обработки была близка к температуре окружающего воздуха (отклонение не превышало ]...3°С).

Анализ исследований, выполненных различными учеными, показывает, что консервирующая сила ингибиторов заключается в их способности понижал» рН в карповой массе благодаря тому, что они при диссоциации образует ионы водорода, положительно заряженные и кислотные остатки, отрицательно заряженные.

Степень способности распадаться на ионы и определяет силу <онсерванта. Чтобы с помощью этих консервантов (кислот) сдвинуть рН силосуемого сырья за короткий промежуток времени или сразу же после обработки до 3,8...4,2 необходимо вносить их в количествах значительно больших, чем при рекомендуемых дозах 3...5 л/г.

Сравнительные опыты по силосованию кукурузы, обработанной муравьиной кислотой в дозе 5 л/т, 10 л/г и 25 л/т в сравнении с силосованием без применения консервантов, также доказали, что роль консервантов в подкислении корма незначительная при низких дозах м наоборот, максимальная- при больших удельных расходах.

Продолжительность созревания силоса с консервантами меньше этого процесса без них на 1,5.. 2 суток при общем сроке созревания - 25 суток, т.е. уменьшение составляет 5...7% при дозах 3...5 л/т.

При дозе- консерванта 10 л/т уменьшение срока созревания силоса достигает 25%, а при дозе 25 л/т - практически на 2-ой день активная кислотность растительного сырья составила рН 4,3. (Таблица 1)

Таблица 1

Динамика активной кислотности в кукурузном силосе (влажность 73%)

Возраст силоса в днях РН

силос без консерванта силос с консервантом доза 5 л/т силос с консервантом, доза 10 л/т силос с консервантом, доза 25 л/т

0 5,9 5,85 5,6 4,4

2 5,2 5,1 4,8 4,1

5 4,8 4,75 4,5 4,1

10 4,7 4,30 4,10 4,0

20 4,2 4,15 4,00 3,90

30 4,1 4,0 3,9 3,9

НСР = 0,05

Рекомендуемые дозы 3...5 л/т явно недостаточны для подавления ферментов растительных клеток даже для легкосилосуемого сырья, каким является кукуруза. Для полного ингибирования ферменты растительного сырья дозы для обработки должны быть в 4-5 раз больше рекомендуемых.

Подобные закономерности получены и при проведении опытов по изучению влияния пропионовой кислоты на микрофлору (плесневые грибы) при консервировании различного сырья: злаковые и бобовые травы влажностью от 40 до 75%, и фуражное зерно (ячмень) влажностью 26,3%.Анализ результатов (Таблица 2) показывает, что пропионовая кислота при обработке фуражного зерна влажностью 26,3% практически полностью уничтожает плесневые грибы (2,2 тыс. шт. в 1 г обработанного сырья против 40 тыс. шт. в 1 г исходного сырья).

При хранении 3-х суток число плесневых грибов снизилось в 3,5 раза, в то время как в необработанной массе зерна - увеличилось в 17 раз.

Известно и опыты это подтвердили, что в силосуемом сырье в результате подкисле-ния происходит снижение плесневых грибков и без внесения консервантов. Внесение пропионовой кислоты при силосовании в дозе 4 лМобеспечило снижение плесневых грибков по сравнению с контролем лишь на 5%. Доза 20 л/т обеспечивает снижение плесневых грибков уже в 10 раз. Закономерности снижение плесневых грибков практически одинаковые при силосовании как злаковых, так и бобовых трав.

Для оценки консервирующих свойств органических кислот использовали методику, основанную на улавливании и учёте количества углекислого газа, который выделяется из зеленой массы в период созревания силоса, находящегося в герметически закрытой ёмкости.

Количество газа, выделяющегося при силосовании сырья в результате ферментативных и микробиологических процессов, определяются согласно протекающей реакции: С«Н,20« +602 = 6Н20 + 6С02 +686 ккал (3-1)

Одна грамм-молекула глюкозы при полном распаде способна выделить 6 грамм-молекул газа. С учетом того, что одна грамм-молекула газа занимает 22,4 л и в 1 кг растительного сырья содержится 30...40 г сахара, что обеспечивает выделение газа при его брожении от 4,5 до 6 л газа.

Нами для изучения консервирующих свойств органических кислот в качестве исходного сырья выбраны злаковые травы и люцерна в фазе цветения. Сырье измельчалось до

0,5 .. 1,0 см, обрабатывалось консервантом и укладывалось в литровую банку при уплотнении 0,75 г/смЗ. Затем банка герметично уплотнялась крышкой, снабженной резиновой трубкой для отвода газа.

Газ собирался в сосуде и объем его определялся по количеству воды, вытесненной из

сосуда.

Результаты опытов (Таблица 3) подтверждают выводы о незначительном влиянии консервантов на микробиологические процессы в силосуемой растительной массе при регламентированных дозах 4.. .6 л/т.

Уменьшение выделения газа при силосовании влажного сырья с консервантами в дозе 5 . 6 л/т по сравнению с силосованием этого же сырья без применения консервантов не превышает 7 . .13%. при увеличении дозы до 10 л/т уменьшение объема газа составило свыше 25%, а при дозе 20 л/т - около 70%, что свидетельствует о значительном снижении процессов распада углеводов в растительном сырье

Для полного подавления деятельности микрофлоры и снижения биологических процессов необходимо вносить консерванты в дозах, определяемых в зависимости от влажности и срока хранения готового корма.

Таблица 2

Влияние пропионовон кислоты на микрофлору (плесневые грибы) при обработ-___ке различного сырья.__

Вид сырья Влажность, Доза Время Количество

% консерванта, л/т хранения, час плесневых грибов

(тыс.шт. в 1 г)

Зерно ячменя, хра- 26,3 без консерванта 0 40,0 (в день уборки)

нение в бурте 1,5 м Контроль

72 670,0 (3 суток)

144 900,0 (бОсуток)

240 Заплесневело (10 су-

ток)

Зерно ячменя, хра- 26,3 Пропионовая 0 2Д95

нение в бурте 1,5 м кислота 72 0,630

доза 10 л/т 144 0,700

240 0,690

Злаковые травы. 43,2 Без консерванта 0 810,0

Измельчение 1- Контроль 72 78,0

5 мм Уплотнение 144 47,0

0,6-0,75 г/смЗ 240 37,0

Тоже 43,2 Пропионовая 0 760,0

кислота 72 67,5

Доза 4 л/т 144 39,2

240 38,6

Тоже 43,2 Пропионовая 0 76,8

кислота 72 60,5

Доза 20 л/т 144 39,8

I 240 30,8

НСР = 0,05

Таблица 3

Влияние консервирующих средств на процессы брожения различного сырья.

Вид сырья Характеристика опыта Выделилось газа из растительной массы (750 г) л Итого

часы после обработки и закладки на хранение

24 48 72 96 120 240

1 .Злаковая смесь Влажность 73% Фаза цветения Силосование без консерванта Контроль 0,50 0,70 1,1 0,5 0,1 0,1 3,0

Силосование с муравьиной кислотой, доза 5л/т 0,45 0,6 1,05 0,05 0,05 0,05 2,60

То же, доза Юл/т 0,30 0,55 0,90 0,20 0,05 0,05 2,05

То же, доза 20л/т 0,15 0,20 0,10 0,05 0,04 0,01 0,55

2.Люцерна в фазе цветения. Влажность «75% Силосование без консерванта. Контроль 0,70 1,20 1,40 0,50 0,30 0,30 4,40

Силосование с муравьиной кислотой, доза бл/т 0,60 1,10 1,30 0,50 0,30 0,30 4,70

То же, доза Юл/т 0,45 0,85 1,25 0,50 0,15 0,10 3,30

То же, доза 20л/т 0,20 0,30 0,20 0,10 0,10 0,10 1,00

В результате выполненных исследований установлено:

- зависимость величины удельного расхода консерванта носит линейный характер от влажности сырья и срока его хранения;

- величина влажности 16...17% является критическим порогом (пределом) при котором растительная масса будет находиться сколько угодно долго без явных признаков порчи и без обработки ее консервантом. Для зерна критической величиной влажности является 13... 14%;

- при химическом консервировании влажных кормов, в том числе и зерна удельные расходы консерванта должны устанавливаться в зависимости от влажности и с учетом эффекта подсушки на 18...20%.

- разработаны уравнения для определения удельных расходов при химическом консервировании кормов.(Таблица 4.)

Таблица 4

Удельный расход химпрепаратов д, л/г при консервировании влажного сырья, \У, %

Консервант Расчетное уравнение с учетом подсушки на 20% Удельный расход консерванта л/т при влажности сырья. %

20-7.5 26-40 41-55 56-75

1.Про пионовая кислота <{=0.67[\У-(13-Н1,2\У)1 5.5-7,0 7.1-13 13.5-20 20-33

2.Уксусная кислота Ч=0,79(\У-(1Э+О,2\УО) 7,5-10 10.5-15.6 16-24.5 25-37

3.Муравьиная кислота <Г=0,90(\У-(11+<1,2№)1 10,5-13.0 13.5-17.0 17.5-28.02 28.5-42

4.Аммиак <|=1,47ГЛЧ1>Н),2\У)| 15.0-20.0 21.0-28.0 29.0-43.0 43-60

5.КНМК Ч=1,01\У-<и-ни\У)| 12.0-15.5 16.0-19.0 19.5-31.0 32-47

У

*3"

SS

с» «

о

<J *

в

# 'нщ&энохоакэы! MNHftëtfi

Четвертая глава "Технологические и инженерные изыскания эффективности применения жидких консервантов при заготовке силоса" посвящена научно-обоснованному выбору технологий хранения консервантов, транспортировке и заправке ими емкостей дозаторов, а также внесения консервантов в растительную массу при заготовке различных видов кормов - силоса, сенажа, сена фуражного зерна.

Основное требование при выборе технологии хранения - материал емкостей, предназначенных для хранения жидких и сухих консервантов, должен быть коррозионностойким, а конструкция емкостей должна отвечать требованиям надежности, удобству и безопасности при транспортировке и погрузо-разгрузочных работах.

Проведены исследования по использованию полиэтилена марки 273-75 (ТУ 6-051870) для хранения жидких консервантов - органических кислот, концентрата низкомолекулярных кислот (КНМК) и других химпрепаратов.

Методика исследований заключалась в том, что образцы полиэтилена помещались в различные консерванты и выдерживались в течение 1...5 месяцев при температуре 50°С и в течение 3...4 недель при температуре 100 °С. По истечении этих сроков образцы консервантов и полиэтилена сравнивались с исходными образцами.

Жидкие консерванты изучались совокупностью методов: инфракрасной спектроскопией, газожидкостной хроматографией и реологическим методом. Сравнение спектров исходных консервантов: уксусной, пропионовой, К?ПИК и «Фарми» со спектрами этих же консервантов, подвергшихся экстремальным условиям опытов, показал полную их идентичность. Новых полос поглощения в спектрах кислот, подвергшихся нагреванию в присутствии образцов полиэтилена, не обнаружено.

Полиэтилен исходный и испытуемый исследовали рентгеновскими методами На рентгенограммах не отмечено структурных изменений в макроструктуре полиэтилена. Внешний вид образцов полиэтилена в результате экспериментов также не изменился.

Результаты исследований легли в основу разработки исходных требований и технологического задания на проектирование экспериментального склада для хранения жидких консервантов в емкостях из полиэтилена марки 273-75 и 273-79 (ТУ 6-05-1870), выпускаемого отечественной промышленностью. Экспериментальные склады построены в Высокогорском и Арском районах (Татарстан) и находятся в эксплуатации 10... 12 лет.

Высокогорский склад изготовлен из 11 ёмкостей (полиэтиленовые трубы диаметром 1 м и длиной 11 м), расположенных горизонтально на бетонированной площадке. Емкость одной трубы с учётом коэффициента заполнения (0,96) - около 9,0 м3. Общая вместимость отделения склада из полиэтиленовых труб составляет 100 м3 (Рис 4.).

Экспериментальный склад жидких консервантов (Высокогорское РПО «Агропромхимия») 1. Полиэтиленовые трубы (диаметр - 1 м, длина -11м, ёмкость - 9 м1, 11 штук).

3. Бетонное основание.

4. Арматура.

Рис 4.

Положительный опыт эксплуатации склада и результаты исследований легли в основу выбора технологии хранения жидких консервантов при отработке операционной технологии в хозяйствах Высокогорского района Татарстана (Рис. 5).

Технологическая схема хранения, транспортировки, и внесения в корма.

-и

А.. Автомобильный транспорт А. Внесение консерванта на комбайне (1.лер>15км)

7*

Б. Внесение консерванта в траншее 10

1 - железная дорога; 2 - завод; 3 - прирельсовый склад; 4 - резерву арное отделение; 5 - разливочное отделение; 6 - отделение бочечной тары; 7 - автомобильный транспорт; 8 -мобильный заправщик консервантов (тракторный прицеп 2 ПТС-4, трактор МТЗ-80, заправочное устройство с емкостями консервантов); 9 - кормоуборочный комбайн; 10 - трактор трамбовщик с дозатором консервантов.

Рис.5

Для консервантов, поставляемых в полиэтиленовой таре вместимостью 200-250 л, наиболее эффективными являются следующие технологические схемы:

1) межрайонная база - автомобильный транспорт или трактор - заправщик - поле, траншея.

2) межрайонная база - транспорт - площадка для временного хранения - мобильный заправщик - для доставки консерванта к месту использования (поле, траншея).

Анализ существующих способов показал, что самый экономически невыгодный способ заправки дозаторов - замена опорожненных бочек затаренными с применением погрузчика. Другие же, приспосабливаемые способы для заправки жидких консервантов в дозаторы, не отвечают требованиям техники безопасности.

Мобильный склад жидких консервантов

Трактор МТЗ-80 (82) Тракторный прицеп Полиэтиленовые бочки

(15 шт. по 250 л) Заправочное устройство Каркас

Рис. 6.

Проведены исследования прочности полиэтиленовых бочек, направленные на выявление возможностей использования сжатого воздуха для перекачки консерванта из бочки в емкость дозатора.

Методика испытания заключалась в следующем: в герметично закрытую бочку подавали воздух от насоса под давлением, контролируемом манометром, емкость под давлением выдерживали в течение нескольких часов и вели наблюдения за деформацией её формы. Испытуемое давление - 0,01. .0,1 МПа.

Получено, что максимальное давление, при котором не происходит нарушений герметичности и изменения формы при самом длительном испытании, равно 0,05 МПа..

Результаты испытаний явились основой при разработке мобильного заправщика -транспортировщика жидких консервантов,

Мобильный заправщик разработан на базе тракторного прицепа 2ПТС-4 и трактора МТЗ - 80. В комплект мобильного заправщика входит заправочное устройстве, металлический каркас с гнездами и 15 полиэтиленовых бочек, вместимостью 200-250 л. Рис. 6.

Заправочное устройство состоит из цилиндрического корпуса, предохранительного клапана, штуцера для подачи сжатого воздуха, пробки, трубчатой штанги и шлангов для подачи консерванта.

Исследования закономерностей взаимодействия растительной массы с жидким консервантом с целью определения степени равномерности обработки и определения потерь проведены на лабораторном стенде, имитирующем процесс обработки в производственных условиях по специальной методике. Степень проникновения консерванта устанавливалась путем определения консерванта в образце корма, отобранного с различной глубины.

Расчетные схемы определения равномерности обработки при послойном способе ___внесения «онсепвяитов_

4т

а>Чг

Спеха с£рсГ»тги с<а» ¿аба» гад -тине* при 3«? »ют««

Л»кгеНяип £Чт. /Ьвпоеп 4^.!»*%*

3>м Г*у\*Я9 ям-

К (»Щ не

н* *<**г Н Л/Ц *е »«»вг 14е

Схема оТраХлТки *чкг* ТЪлшинеш .Згонм пк* иаьме ¿¿вешал км-

«У^'Ц . и'ьит

к,

о5рвЪтк» Лор* 1/У

ИЬТиКаиХЧШ »»« 1 ПАа I м *Тп

Рис.7

Ра 8 но мери ость 26 оЪра$откц растительной массы В зависимости р/и способ внесение и расхода консерванту. Пшносп 25о I - Л осл о инал оЪра ЪсТка; - ОЬра$оТка Слоя с «2* сторон.

г *

н £

О

N0

Е

о

о

х

а_

ш

з;

о %

оО

о о.

80 &

4с ¿о

— —. —'

7 Р асход^

\Ч 3 ¿^8,0

^Ч / л ^ 3

. .... , —

зоо

мм

Сп осо$ ОЁраВетки Тонкого слоя раститель-КонеерВантами С еторон и

ной массы

02регат для его осуществлений. Ai.cS. 13.0Щ69

Рис. 7-1.

/ - Транспортное Сред&Ь'

Л-УплсГнц/пел*.'

3-Бунхер;

4- Рпзг^зочнмГ транспортер)

Распылители; 9-' ГцдроццлицЪр * - 3)°ЗоТоЬ.

____Таблица 5

Доза консерванта. _ Степень разведения, л/т Глубина проникновения консерванта в слой корма, мм Плотность корма, кг/м3

200 250 300 350 400

4,0 (без разведения) 35± 6 .30 ±4 26± 3 24 ±2 22±3

8,0(1:1)(К.В) 6б±9 56±7 52±4 45±3 42±4

12,0(1:2) 102±14 92±12 80±9 75±6 71±6

16,0 (1:3) 137±19 129±15 119±11 100±6 98±7

Глубина проникновения жидкого консерванта в слой растительной массы зависит от плотности укладки, дозы консерванта и степени его разведения. Установлено, что глубина проникновения консерванта в уплотненный слой в несколько раз меньше, его толщины.

Результаты исследований позволили разработать аналитический способ оценки равномерности обработки и разработать расчетную схему определения различных способов (рис. 7.)

Схем опыта по определению потерь консервАнта при ^несении его в зеленую массу в мо -мент снашивания и измельнения на ком

БАИНв схема точек ждет жидкого нонсерт-

и СтАпмналпль та в растительную массу на кормоубо-

мнсвиалт ЪГ7 рочных комбайнах КО-$и КСЯ-ЩО леи

l-mjvuaaiwtmmltam* г-юминмюцкйшшн З'СЯЛКОЛРОвОД А'Ылтпмщсгплшмгл

1.1Л&.1-ТОЧКИ ВЛОДА КОНСеРОАИТА

Рис. 8

Обработка толстого слоя корма (250 - 350 мм) химпрепаратами способом разбрызгивания их по поверхности неизбежно ведет к низкой степени равномерности: верхняя часть слоя получает консервант в количестве, превышающем дозу в несколько раз; нижние части слоя остаются необработанными. Коэффициент неравномерности при этом достигает 80... 100 %. Аналитическое исследование равномерности обработки корма различными способами

показывает, что распределение консерванта по глубине слоя носит линейный характер - от максимальных значений на поверхности слоя до нуля в зависимости от уплотнения корма.

Используя экспериментальные данные глубины проникновения жидких консервантов и расчетные уравнения определения коэффициентов неравномерности, разработаны расчетные схемы определения равномерности внесения консервантов при различных способах обработки (Рис.7).

Установлено, что ни один из существующих способов внесения консервантов не отвечает требованиям равномерности обработки. Для выполнения требования необходимой степени равномерности обработки целесообразно вносить консервант в тонкий слой корма (50...60мм) с двух сторон.

Потери консервантов при существующих способах внесения определены методом имитации потерь с помощью специальных макетных установок. Количество испарившего консерванта и воды из контрольных образцов определялось способом титрования корма, обработанного муравьиной кислотой (4 л/т. ..16 л/т) при температуре 20...22°С (Рис 8) Растительная масса злаковых трав, клевера и люцерны обрабатывалась консервантом путем разбрызгивания его по поверхности (при послойном способе) и в момент сбрасывания массы с 2-х метровой высоты на поверхность стола.

По разности веса корма отработанного в начале и после выдержки на открытой поверхности в течение одного часа и с учетом потерь на испарение влаги определяли потери консерванта.

Установлено, что потери консерванта наибольшие в первые 5... 10 минут после обработки, затем интенсивность потерь снижается

Максимальные потери за 30 минут после обработки достигают 28... 30% ±2,5% при внесении концентрированного консерванта. При обработке разведенным с водой консервантом потери снижаются и не превышают 22...25%.

Суммарные потери консерванта при внесении его в силосопроводе комбайна составляют 22,9... 28,62+ 2,6 %. Исследования влияния различных точек ввода консерванта показали, что наивыгоднейших местом ввода консерванта с учетом наибольшей равномерности обработки и минимальных потерь является измельчающий барабан (Рис.8). Однако, с целью снижения величины износа основного рабочего органа кормоуборочного комбайна вследствие агрессивности консерванта данная точка ввода, не может быть рекомендована, как единственная.

Методика исследования взаимодействия растительного сырья с органическими кислотами заключалась в следующем. Обрабатывали измельченную растительную массу расчетным количеством консерванта. Затем брали 10 г обработанного корма, помещали в колбу емкостью 0,5 л, и с целью исключения испарения консерванта, сверху в колбу укладывали ещё 10 г необработанного корма.

Выдерживали в течение 5...60 минут, затем в колбу приливали 250 мл дистиллированной воды и выдерживали содержимое в течение 2 часов для того, чтобы вся кислота сорбировалась в раствор.

Затем брали из раствора кавеску и титровали щелочью определенной нормальности Опыты проведены в 10-ти кратной повторности. Средьее значение принималось за искомую величину.

Установлено, что сорбция жидкого консерванта растительной массой носит необратимый характер, при хранении обработанного корма свыше 2 часов в раствор выходит около 80 % внесенного консерванта.

Результаты исследований использованы при разработке методики определения равномерности и доз внесения консервантов.

Программа научно-производственных исследований предусматривала сравнение 2-х способов внесения консерванта: 1) внесение консерванта на комбайне (доза 5 л/т); 2) внесение консерванта в слой корма, уложенного в хранилище. В качестве контроля служил корм, необработанный консервантом.

Для учета потерь питательных веществ в каждом варианте были заложены контрольные мешки, из которых отбирались пробы массы корма для анализов. Обработанный корм хранился в течение 3...6 месяцев.

Анализ данных научно-производственного опыта показывает, что при любом способе внесения химические консерванты увеличивают сохранность кормовых единиц в готовом корме.

В 1 кг сухого вещества, обработанного корма, содержится 0,78 и 0,79 к.е. против 0,72 к. е. в необработанном корме.

Сохранность питательных веществ в силосах, приготовленных с консервантами, оказалась выше на 15...20 % по сравнению с необработанным кормом. Сохранность сахара и крахмала, в обработанном корме выше в 2,5 и 1,5 раза соответственно по сравнению с контролем.

В результате скармливания приготовленных силосов дойным коровам было установлено, что продуктивность животных увеличилась на 14...20% по сравнению с группой животных, потреблявших необработанный корм.

Дополнительные затраты, связанные с применением консервантов составляют 8... 10 % стоимости силоса.

Основная доля затрат падает на стоимость консерванта (80 %) и лишь 20 % - на затраты, связанные с хранением, транспортировкой и внесением консервантов.

Таблица 6

Химический состав силосов (в % на натуральную влажность)

Показатели Варианты

1-й 2-й 3-й

Сухое вещество 22,49 ±0,78 23,56 ±0,38 24,42 ±0,49

Протеин 2,99 ±0,26 3,31 ±0,09 3,27 ±0,22

Жир 0,89 ±0,06 0,93 ± 0,05 1,02 ± 0,05

Клетчатка 6,11 ±0,16 5,56 ±0,11 5,68 ± 0,24

Зола 2,72 ±0,24 2,66 ±0,29 2,61 ± 0,20

БЭВ 9,77 ±0,54 11,07 ±0,11 11,81 ±0,45

в т.ч. сахар 0,07 ±0,04 0,14 ±0,05 0,27 ±0,09

крахмал 0,91 ±0,15 1,78±0,11 1,34 ±0,08

Кормовых единиц в 1 кг корма 0,16 0,18 0,19

в 1 кг сухого вещества 0,72 0,78 0,79

Таблица 7

Продуктивность коров в среднем за период опыта

Показатели Группа коров

1 11 111

Среднесуточный удой (кг):

в начале опыта 10,5 ±0,61 10,4 ±0,62 10,6 ±0,62

за период опыта 8,5 ± 0,44 9,4 ±0,63 9,8 ± 0,64

В пересчете на 4%-ное молоко 7,4 М 8,8

Содержание жира 3,46 ± 0,42 3,56 ±0,17 3,58 ± 0,11

В пятой главе «Экспериментально-теоретические исследования системы: влажное кормовое сырье - консервирующий агент» разработаны теоретические основы сохранения влажного зерна и подвяленных трав с использованием газо-парообразных консервантов. Изучены закономерности сорбционных процессов газов и паров зернистым поглотителем. Разработаны уравнения сорбции пароь пропионовой кислотой и других органических кислот влажным зерном и растительной массой. Приведены результаты экспериментально-теоретических исследований кинетических и динамических зависимостей сорбции консер-

виругощего агента из воздушной смеси и подсушки кормового зерна от определяющих факторов.

Условие надежности консервирования при вентилировании слоя растительного сырья представляется в виде выражения: Нел.

- < Тдоп., ч. (5-1)

Уф.с.

где Нел. - высота (толщина) обрабатываемого материала, м;

Уф.с. - скорость продвижения фронта сушки, мУч,

1 доп. - допустимый период безопасного сохранения качественных показателей корма, ч.

Условие (5-1) реализуется двумя путями:

- выбором определенных комбинаций режимных параметров (толщина слоя, скорость и температура воздуха), что ведет к снижению производительности установок и к увеличению расхода энергии;

- повышением периода безопасного сохранения Т доп., достижение которого осуществляется с помощью химических консервантов. Консерванты, внесенные во влажное сырье, вызывают необратимое угнетение жизнедеятельности и гибель вредных микроорганизмов и ликвидируют основные причины образования очагов самосогревания, плесневения и порчи материала, что останавливает увеличение безопасного периода хранения - т доп.

Технологическое требование высокой степени равномерности обработки при механическом способе перемешивания компонентов - консерванта и корма практически являются невыполнимым по следующей причине: соотношение смешивающих компонентов (корм : консервант) при обработке составляет 50...250 : 1 и выше. Проблема усугубляется еще и тем, что влажная зерновая и, тем более, травяная масса не обладают сыпучими свойствами.

Решение указанной проблемы возможно при уменьшении этого соотношения.

При использовании консервирующего агента в виде газа или пара соотношение объемов обрабатываемого материала и консерванта существенным образом меняется: объем паров консерванта в 2,5 ...3,5 раза превышает объем обрабатываемого корма.

Внесение парообразного консерванта в обрабатываемый материал наиболее просто осуществляется путем введения его в воздушный поток при вентилировании.

Механизм действия паров и газов в среде обрабатываемого материала позволяет понять не только принцип технологического процесса, но и определить пути изысканий для обоснования режимов обработки.

В основу разрабатываемого способа вентилирования влажных кормов парообразными консервантами положены закономерности сорбционных процессов для различных газов и паров, полученных при обработке известных поглотителей (уголь, селикагель и др.).

При разработке теоретических основ нового способа приняты допущения:

- состояние паров консерванта (органических кислот, жидкого аммиака и пр.) подчиняется законам для идеальных газов,

- при сорбции пары консерванта, находящиеся в воде, образуют на поверхности частиц материала раствор, причем поведение водного раствора описывается законами для идеальных растворов:

- влага и химреагент в обрабатываемом слое материала в каждый данный момент времени равномерно распределены по объему массы.

Процесс сорбции паров консерванта частицами влажного корма складывается из трех стадий:

- приближения молекул сорбируемого вещества к внешней прверхности частиц материала (внешняя диффузия);

- диффузии внутрь частиц материала (внутреняя диффузия);

- конденсация молекул на внутренней поверхности сорбента (собственно акт сорбции).

Вентилирование паро-воздушной смесью происходит при постоянной температуре и одном виде адсорбента - пароу консерванта, поэтому зависимость изотермы соответствует мономолекулярной адсорбции или так называемой Лэнгмюровской изотерме.

УшЬР

У =--(5-2)

1 + Ь Р

где V - объем адсорбированного вещества при давлении Р,

Ут - объем адсорбированного вещества при условии, что вся поверхность поглотителя покрыта мономолекулярным слоем, Р - давление паров, Мпа; Ь - коэффициент, зависящий от температуры. При малых давлениях V = Ут ЪР (5-3)

При Р < 0,01 Мпа зависимость V = Г (Р) линейная.

Скорость адсорбции или количество адсорбируемого из потока единицей слоя материала определяется уравнением кинетики сорбции: с1а кг/м3

-= Р(С-У),--(5-4)

<1Т мин.

где Я - количество вещества, поглощаемого объемной единицей сорбента, кг/мЗ;

Т - продолжительность адсорбции, мин.;

р - кинетический коэффициент, мин;

С - концентрация поглощаемого вещества в газовом потоке, кг/м3.

У - концентрация вещества в газовом потоке, равновесная с поглощенным веществом, кг/м*;

Баланс поглощаемого вещества:

зс аа ас кг/мз

\у---=-Уев, - (5-5)

98 ЛТ 55 мин.

где \У - фиктивная скорость газового потока, отнесенная к полному сечению адсорбента, м/мин;

С - концентрация поглощаемого вещества в газовом потоке ,кг/м3;

5 - высота слоя поглотителя, м;

Я - количество вещества, поглощенного объемной единицей адсорбента, кг/м'; Уев - свободный объем слоя или объем пространства между частицами поглотителя (материала) в единице объема слоя, м'/м3.

Таким образом без учета тепловых явлений процесс адсорбции поглощаемого компонента из газового потока в общем случае описывается системой уравнений : - изотермы сорбции, кинетики сорбции и баланса поглощенного вещества.

Механизм процесса, представленный на Рис. 9, состоит в следующем. Газовый поток с начальной концентрацией Со поглощаемого вещества поступает в слой сорбента. По мере прохождения газового потока через слой поглотителя адсорбируемое вещество частично поглощается, так, что содержание его в газовом потоке уменьшается. Начиная с момента насыщения первого элементарного слоя поглотителя, кривая распределения концентраций перемещается в следующий слой. Такую же зависимость представляет график количества поглощенного вещества от длины слоя поглотителя (5-1, б), где слой Ьо полностью насыщенный, слой Ьр - работающий, а слой Г„ еще не вступил в работу. В действительности процесс сорбции не протекает мгновенно и пары поступившие в поглотитель

сорбируются постепенно и продолжают вместе с потоком перемещаться вдоль слоя. При конечной скорости сорбции зависимость продолжительности сорбции от длины слоя поглотителя выражается прямой В в отличие от прямой А при бесконечно большой скорости сорбции (Рис. 9.).

с А

Рис. 9.

1 г— Т

-11 ш У i

• г„

*;

Используя систему уравнений, описываемых в общем виде, процесс сорбции поглощаемого компонента из газового потока и механизм процесса рассмотрен

применительно к реальным условиям поглощения паров органических кислот объемистым влажным сырьем (зерно, травы, гранулы-) с целью разработки аналитической зависимости времени обработки от определяющих факторов: толщины слоя корма, скорости продувки и концентрации смеси, а также от влажности материала и других параметров.

Парциальное давление паров консерванта над влажным материалом определяется концентрацией консерванта в материале и выражается по закону Рауля и с учетом принятых допущений:

Рк т к н

Р =-= К —-; — (5-6)

Ро тк + тЬ м2

где Р - величина относительного давления паров консерванта;

Рк и Ро - давление паров над поверхностью частиц материала и в паровоздушной смеси, нУм2;

П)к и Юв - число молей консерванта и воды в растворе; к = const ( для идеальных газов). Количество воды, которое участвует в процессе сорбции, определяется из известных зависимостей, характерных для влажных материалов: W - VVk-p

Gb = G-; кг (S-7)

100 - WKp

где G - масса обрабатываемого материала, кг; W - влажность материала, %; WKp - критическая влажность материала, %; Выражая (5-7) через число молей, получим:

Gb. G W - Wk-p.

Шв = - = - • -; (S-8)

Ms. Mb. 100-Wicp.

Из уравнения (5-8) находим:

тк = Шв --(5-9)

1-Р

Подставив в (5-9) значение Шв из уравнения (5-8), имеем: G W ЛУкр Р

тк ---- • --(5-10)

Мв. 100 - \Укр 1 - Р

Относя количество консерванта на 1 кг материала, получим уравнение изотермы сорбции:

W - Wkp МК Р

ао = тк - Мк = -•- •-, кг/кг (5-11)

100 - Wkp МВ 1 - Р

где ао - количество сорбированного консерванта в 1 кг материала, равновесное с содержанием паров в консервирующей смеси.

Величина равновесной концентрации консерванта в материале находится в прямой линейной зависимости от влажности материала, и в дробно-линейной зависимости от относительного давления.

Уравнение (5-11) справедливо при всех значениях влажности больше WKp и для всех значений Р < 1.

Используя зависимости, характерные для идеальных газов, получено уравнение сорбции, в котором концентрация паров консерванта выражается через объемную концентрацию.

Парциальное давление паров в воздушной смеси, применительно к идеальным газам, описывается уравнением Клайперона-Менделеева: шп • R- Т

рк =- , н/м2 (5-12)

V

где R - универсальная газовая постоянная, и • м • кмоль

R = 8314.4 --

°К

V - объем паров консерванта, м3 Т - температура паро-воздушной смеси, "К.

Выражая число молей паров консерванта в через массу и молекулярный вес и с учетом того, что объемная концентрация пара,

Gk

-= Со имеем:

V

Gk-R-T н

Рк = -; ---(5-13)

Мк -V м1

Разделив на Ро и подставив вместо R ее значение, получим: R•Т Со-Т

Р = Со--- 8314,4--(5-14)

Мк • Ро Мк • Ро

Принимая, что температура смеси изменяется в ограниченных пределах и составляет в среднем для России (август-сентябрь) около 20 °С, Ро для этих условий имеет постоянное значение и с учетом молекулярных весов получена зависимость относительно давления от объемной концентрации: для паров пропионовой кислоты -8314,4 • 293

Р ---Со = 0,088Со (5-15)

1000 • 2,81 • 74,08 • 133,0

W - Wicp Мк 0,0088Со

а о = -•-•-, кг/кг (5-16)

100 - \Укр Мв 1 - 0,088Со

Величина \Укр определена экспериментально.

Через влажное сырье (зерно и травы) продували воздух с парами пропионовой кислоты до момента прекращения увеличения концентрации консерванта в зерне и траве, т.е. до полного насыщения.

Предельную (конечную) величину концентрации консерванта в сырье принимали за

ао.

С целью уменьшения влияния подсушки корма на величину ао эксперименты проводили при высокой относительной влажности воздуха.

Толщина слоя составляла400... 1000 мм, концентрация паров 0,1.. 2,0 г/м3.

Влажность материала 14,..22%. удельная подача воздуха - 200...400 м3/ч т.

Обобщенные результаты исследований по определению WKp. и величины насыщения а для влажного зерна и трав представлены на Рис. 10

Схема макета обопрания для вентшишш сена непорретым емднхом

Экспериментально установлено, что \Укр. для зерна равна 12,3%, \Укр. для трав равна

12,8%.

С учетом физико-химических свойств известных консервантов (Ро, Мк), а также величины Wкp., разработаны уравнения изотерм сорбции паров органических кислот влажным сырьем.

Сорбция паров органических кислот влажным кормом. -зерно;--травы; 8=400 мм; Со=2 г/м

а, %

$О

¥ 3,0 2,о 1,0

т. —

л

/ / _

ЛР

Г

50

¿СТО

450

Зависимость равновесной концентрации консерванта от влажности корма

Ао 3,с

Ир &

с,' V

у

с.=< 3

¿,3 -зерно;

¿¿-ТроЪЫ

0 У 1о н 1г /з ■» 15 16 я и со,%

Рис. 1П

Консервант Уравнение изотермы сорбции для материала:

Зерно, кг\кг Трава на сено, кг\кг

Пропионовая кислота Со 0,0041 • 0^-12,3)-- 1-0,088Со Со 0,0041 • (\У-12,8)-- 1-0,088Со

Муравьиная кислота Со 0,0009 • (\V-123) • 1-0,026Со Со 0,0009 • (\У-12,8)-- 1-0,026Со

Уксусная кислота Со 0,0002 • (\У-12,3)-- 1-0,007Со Со 0,0002 • (\У-12,8)-- 1-0,007Со

Основными определяющими факторами скорости и продолжительности сорбции паров консервирующего агента влажным материалом являются: толщина слоя 5, м, удельная подача О агента, м 3/ч -г, концентрация паров Со, г/м 3 и влажность исследуемого сырья XV,%.

Решение системы изотермы кинетики и сорбции, а также баланса вещества дает возможность определить продолжительность процесса.

Решению указанной системы уравнений различных газов и паров зернистыми поглотителями, используемых в горнодобывающей и металлургической промышленности посвящены исследования А.АЖуховицкого, А.Н.Тихонова, Я.ЛЗабежинского, Е.Н.Серпионовой, Д.П.Тимофеева, ПГ.Романкова, В.Н.Лепшшна и многих других ученых. Ими разработан графоаналитический способ определения продолжительности сорбции, аналогичный процессу нагрева неподвижного зернового слоя, предусматривающий наличие кривых Шумана.

Нами же при экспериментально-теоретическом исследовании использованы общие закономерности и некоторые методические подходы указанных авторов.

Для разработки уравнения кинетики сорбции рассмотрен слой корма объемом Усл., в который поступает паро-воздушная смесь (2 с концентрацией паров консервантов Со.

Количество массы паров, отдаваемое паро-воздушной смесью, определяем из уравнения баланса вещества:

ам = О (Со - С') а т, кг (5-17)

где Со и С- концентрация паров на входе и выходе из слоя, кг/м3, О - подача паро-воздушной смеси, м 3/ч, Т - продолжительность сорбции, ч.

С другой стороны, масса сорбированного консерванта из потока вещества определяется уравнением кинетики сорбции:

(Со-У)-(С'-У)

<1М = йа Уел = Эсл Уел-йт, кг (5-18)

Со-У

1п-

С'-У

где <1а - средняя концентрация консерванта в материале, кг/м3,

(5сл - коэффициент массопередачи слоя материала, 1/е,

У - концентрация паров консерванта у поверхности материала, кг/м.

Все параметры уравнений (5-17 и 5-18), кроме (5 с л. контролируемые и устанавливаются в процессе обработки.

Коэффициент массопередачи Рсл. показывает какое количество вещества в г передается из газового потока единице слоя материала за 1 секунду.

При определении ($сл нами использован метод Шумана, разработанный для исследования процесса теплообмена, при котором сравниваются экспериментальные кривые с теоретическими, полученными для определения температуры при теплообмене в неподвижном слое зернистого материала. Такой способ позволяет найти концентрацию консерванта в корме как функцию двух переменных: Рс-Т Рс-6

р =- и X = --(5-19)

Г V

Коэффициент массопередачи находится с использованием следующих соотношений:

(Z 0,7 - Zo^)1

-= 2,1 (5-20)

X

С учетом (5-19), решив уравнение (5-20) относительно ¡Зсл, получим: 5 Г*

рс = 472,5----(5-21)

Q (То,7-То^)2

В опытах ширина "волны сорбции" определялась по кинетическим кривым сорбции и по кривым концентрации паров консерванта в обработанном воздухе. Определяли ширину "волны" в пяти различных сечениях по толщине слоя.

Коэффициент массопередачи зависит от скорости смеси. Коэффициент равен 0,17. . 0,5 1/с при скорости смеси 0,018...0,07 м/с

Метод определения коэффициента массопередачи сложен и трудоемок, поэтому решение уравнений кинетики и динамики сорбции, связанное с определением этого параметра, не может полностью удовлетворить качество решения проблемы.

Нами разработан способ решения проблемы, исключающий коэффициент массопередачи.

Приравнивая правые части уравнений (5-17 и 5-18) будем иметь: (Со-С)

Q (Со - С') d т = рсл Уел -, кг (5-22)

Со-Y

ln-dt

С'-Y

Сократив обе части уравнения (5-22) на (Со-С') и dr, получим: рсл Уел

Q= --(5-23)

Со-У

)п-

С-Y

Решив уравнение (5-23) относительно

Со-У

ln-, получим:

С - Y

Со-У Рсл-Усл

1п-=--(5-24)

С'-У о

Учитывая, что величины Рсл, Уел процессе обработки постоянны и, обозначив выражение

рсл-Уел

- одним символом N. запишем:

Со - Y Рсл-Усл

In • - =-= InN = const (5-25)

С- Y Q

Откуда следует: Со - Y

-= N (5-26)

C'-Y

Решив уравнение (5-26) относительно С', получим: Со + Y • (N-1)

С' =--(5-27)

N

Учитывая, что da = Гёу уравнение кинетики сорбции (5-18) можно преобразовать: Co-t-Y(N-l)

Со--

N

rdy • Уел = Рсл • Уел-dr (5-28)

InN

После сокращения на Уел и деления на Г и (Со - У) обе части уравнения (5-28), получим:

йу рсл N-1

■- =--Лт (5-29)

Со-У Г N

Интегрируя уравнение (5-29) по У в пределах от У] = 0 до Уг = Уипо т в предела: Т1 = 0 до 12 - х, получим:

Со-У, Со Рсл N1

1п-= 1п--- • -т (5-30)

Со-Уз Со-У Г

Умножая числитель и знаменатель левой части уравнения (5-30) на Г , получаем учетом, что а = ГУ:

ао Р сл N-1

1п-=-: • —--т (5-31)

ао-а Г КЬЯ

Анализ уравнения (5-31) показывает, что при увеличении ЫЧ разность концентрации консерванта в отработанном воздухе и у поверхности материала приближается к нулю.

Условие С=У с достаточной точностью выполняется при значениях 1п]Ч> 5. После преобразования:

Со-У Рсл • Уел

-= 1пН =-

С-У <2

в расчетную формулу:

рсл • Уел 5У

-> 5 или ¿эф. >-

<2 рсл

Тогда уравнение (5-31) приводится виду: ао рсл

1п-=--• т (5-32)

ао-а ГЫЧ

Решая уравнение (5-32) относительно тис учетом того, что

Рсл • Уел Ш =-, получим:

<3

Яо рсл • Уел 1п-Г-

ао-а

рсл

Сокращая на рсл и учитывая, что Уел • уел 1

получим:

(5-33)

О ОУД Г а,

Т =-1п- , ч (5-34)

ун(},д а„ - а

Выражая величину а в процентах и с учетом того, что ао

Г ---Ю4 ун,

получим:

Ю4 ао ао

т = - 1п-, ч (5-35)

Оуд -Со ао -а

а

где ао, а -равновесная и текущая концентрация консерванта в корме, % Со - рабочая концентрация паров консерванта в воздухе, г/м3

Оуд - удельная подача паро-воздушной смеси, м 3/т • ч С учетом уравнения изотермы сорбции (5-16) уравнение продолжительности сорбции паров пропионовой кислоты слоем влажного корма: .0,41 • 103 (\Vcp- - 12,3) ао

Т =-1п-,ч (5-36)

Оуд. (1-0,083 Со)- ао-а

где (\Vcp- - средняя влажность слоя корма к моменту времени, % Система дифференциальных уравнений баланса влаги по воздуху и массопередачи водяных паров для процесса подсушки корма при вентилировании имеет вид: <1М=<г(С'-Со)*1Т,кг (5-37)

С'-С„

с1М = ру Уел-(1 т (5-38)

У-С«

1и-

У-С '

Приравняв правые части уравнений (5-37) и (5-38) и решив полученное уравнение относительно С:

У (N-1) + Со

С'=----(5-39)

N

После соответствующих преобразований получаем: У-Со ру N-1

1л -= - • - т суш (5-40)

У2 - Со А N 1пК

Умножив числитель и знаменатель на А и учитывая, что W = АУ, получим : \Ун - \Ур 0у N -1

1п -= - • - т суш (5-41)

\Уср - А IV Ш»

Решая уравнение 5-41 относительно х , имеем: Wн - \Ур

1п-

А \Vcp-Wp

г суш =---,ч (5-42)

г» Оуд. Средняя концентрация влаги в корме: X

У =-, кг/м3 (5-43)

Ууд

где X - влагосодержание паро-воздушной смеси, кг вод. пара/кг сухого воздуха. Влагосодержание определяем из уравнений сушки: Мп 9 • Рнас кг пара

X ----, --(5-44)

Мв П - (рнас кг сух.возд.

М„ К, Т

-=0,622 ; Ууя- -; (5-45)

М, П - ч> Рц»с

где Rj- газовая постоянная для воздуха, равная 287 Дж/кг °К; С учетом вышеизложенного уравнение (5-43) примет вид:

X 0,622 • <|> Рнас ( П - <|> Рнас ) (р Рнас кг вод.пара

У =-=- =0,622--, --(5-46)

Ууд ( П - <р Рнас ) Rb • Т Rb • Т м3 смеси

Концентрация влаги у поверхности зерна или трав: Wp

а =-у,кг/м3 (5-47)

100

Величина «а» связана линейной зависимостью со средней концентрацией влаги в

корме:

А = Ау

Подставив в (5-48) значения «ч» из ( 5-47) и «у» из уравнения (5-46), имеем: Wp 0,622 • <j> Рнас

-ун =А--(5-49)

100 Rb • Т

Подставив значения у н, Rb, Т и Рнас. и решив уравнение (5-49) относительно А, получим:

3870 • Wp

А =--(5-50)

Ф

С учетом (5-50) ураанение (5-42) примет вид:

38,7- VVp Wn-Wp

т гущ =--In-, ч (5-51)

7н-0,д'9 Wcp-Wp

где 7„ ,(кг/мЗ); Wh, Wp, Wcp, (%), Q, (мЗ/кг), (f> (доли)

Разработанные уравнения изотермы сорбции (5-1 о), продолжительности сорбции (535) и продолжительности сушки (5-51) явились основой разработки инженерного метода расчета процесса консервирог-ания влажного корма парообразными консервантами при вентилировании.

■ Определение концентрации паро-воздушной смеси Со и продолжительность сорбции т при известных параметрах Q, ср, t, ун, Wh, Wk заключается в следующем:

- определяется равновесная влажность зерна по известным <? и Т; • по уравнению (5-51) определяется т суш;

- принимая Тсуш = Теорб. и решая систему уравнении (5-16) и (5-35), определяем Со. Определение содержания консерванта во влажном сырье при известных параметрах: Т, Со, <?, Q, Wh, ун следующее

- решается уравнение (5-51) относительно Wcp:

3870 Wp Wh - Wp

T суш.-In -.;

ун Q q> Wcp - Wp

Wh - Wp ун • Q уд. • ф тсуш.

In -=-;

Wcp-Wp 3870-Wp

Wh - Wp (тсуш. ун • Q уд. ■ cp )

-= exp-;

Wcp-Wp 3870-Wp

ун • Q уд. • q>

-= const;

3870 • Wp

WH-Wp

-= exp ( к т)

Wcp - Wp

Wcp eip ( к t) = Wh - Wp + Wp exp ( к т)

Wp [ exp ( к -г) -1 ] + Wh

Wcp =-,%

exp ( к т)

Содержание консерванта в слое корма «а» определяется из уравнения (5-16), методика решения аналогичная определению Wcp.

Разработан метод экспериментального определения эффективной толщины слоя от скорости вентилирования.

Основные технологические характеристики, определяющие режимные параметры консервирующей смеси, связаны между собой аналитической зависимостью: Со-У РслУсл.

Ln - =-= InN = const

С-У Q

При увеличении InN разность концентрации консерванта в отработанном воздухе и } поверхности частиц корма асимптотически приближается к нулю. Пр(1 равенстве этих концентраций имеет место наиболее полная отработка паровоздушной смеси, и, следовательно, обеспечиваются условия более эффективной работы слоя, т.е. наиболее эффективный режиу сорбции.

Определена зависимость эффективной толщины слоя от скорости вентилирования. 5-V

5эф=-, и

Рсл

Используя экспериментальные кривые сорбции паров пропионовой кислоты влажным зерном и расчетный метод определения коэффициента массопередачи по этим кривым и теоретическим кривым Шумана, определены зависимости рсл = fl[V).

Скорость паро-воздушной смеси, м/с Коэффициент массопередачи, м/с. бэф, м

0,018 0,17 Ъ, 52

0,035 0,30 0,57

0,053 0,40 0,68

0,070 0,50 0.70

В шестой главе «Обоснование технологических режимов и параметров оборудования для внесения газо-парообразных консервантов при заготовке кормов.» разработано несколько способов получения паро-газообразных консервирующих агентов, обоснованы режимы обработки влажного зерна и сена смесью воздуха с парами консервантов, определены основные параметры насыпей зерна и скирд сена, даны рекомендации по выбору параметров установок для их обработки и обоснованы технологии сохранения влажных кормов с применением консервантов при вентилировании.

Основными оценочными критериями правильности выбора технологических режимов являются:

- минимальная продолжительность времени обработки корма при оптимальных соотношениях удельной подачи консервирующего агента и толщины обрабатываемого слоя, когда создаются условия наиболее эффективного проведения процесса сорбции;

- технологическая надежность обработки, выражаемая в сохранности кормов в период обработки и хранения;

- себестоимость обработки, которая должна быть соизмерима или ниже себестоимости базовых способов консервирования корма;

- соблюдение норм техники безопасности, концентрация отработанной смеси не должна превышать предельно-допустимые значения.

Исследования режимов обработки сыпучих и пористых материалов (влажное зерно, травы на сено, гранулы травяной муки) смесью атмосферного воздуха с парами (газами) консерванта проведены как на лабораторной установке, так и на макете технологического оборудования. Основные узлы и механизмы которого позволяют изменять определяющие факторы процесса в значительных диапазонах, приближенных к реальным производственным условиям. Рис. П.

Объем рабочей камеры установки позволяет обрабатывать от 100 до 700 кг влажного материала.

Центробежные вентиляторы Ц4-70 и В-Ц14-46 или осевой вентилятор ОВ 290-11 обеспечивают производительность по воздуху 10...20тыс.м 3/ч. и давление 980... 1766 Па.

Испаритель консерванта обеспечивает подачу агента - консервирующей смеси с концентрацией 0,1 до 8,0 г/м3.

Диапазон изменения основных определяющих факторов процесса при исследовании технологических режимов:

- удельная подача паро-воздушной смеси - 10...600 м 3/ч -т;

- толщина обрабатываемого корма 100...2000 мм;

- относительная влажность воздуха 40 ..90%.

При исследованиях использовали метод однофакторного эксперимента.

Проведены 3 серии опытов с целью определения наивыгоднейших режимов обработки при изменяемых значениях одного из факторов и постоянстве остальных.

1 серия опытов. Удельная подача (Q. м 3/ч ■ т), концентрация паро-воздушной смеси (Со, г/м 3), относительная влажность воздуха (*f,%) - const; влажность кормового сырья (W,%) - переменная величина.

2 серия опытов. Влажность кормового сырья (W,%), относительная влажность воздуха (f,%), удельная концентрация паро-воздушной смеси (Со, г/м 3), - постоянные величины; удельная подача паро-воздушной смеси (Q. м 3/ч • т) - переменная величина.

3 серия опытов. Удельная подача (Q. м3/ч • т), начальная влажность корма и толщина слоя ( и 5, м) - постоянные величины; концентрация смеси (Со, г/м3) - переменная величина.

Во всех сериях экспериментов процесс вентилирования продолжается до тех пор, пока не прекращается рост поглощения консерванта массой корма в нижнем его слое.

Строили зависимость средней нлажности слоя и среднего значения величины поглощенного консерванта от времени вентилирования

Полученные экспериментальные значения М'ср и йср сравнивали с расчетными характеристиками, описывающими процесс сорбции влажным материалом паров консервантов (Рис. 12.).

Установлено: расчетные значения времени вентилирования Тпр достаточно близки к экспериментальным. Их расхождение составляет не более±15..20%;

- На продолжительность процесса обработки наибольшее значение имеет удельная подача О, исходная влажность сырья и толщина слоя \Ун и концентрация смеси.

- На конечную величину влажности материала, главным образом, влияет величина относительной влажности воздуха ф !

- При концентрациях паров в воздухе Со, не превышающих 1 г/м 3, содержание консерванта в материале 1,0...1,5% достигается значительно раньше, чем влажность мгтериала подсушивается до равновесного состояния, что является основанием для прерывистого спо соба подачи паров.

- Процесс сорбции влажным кормом консервирующего агента происходит позонно по направлению движения потока. При этом в самых неблагоприятных условиях находится верхний слой, как наиболее удаленный от входа паров, поэтому интенсивность его высушивания ниже, чем первого слоя и количество полученной добавки - тоже наименьшее.

Процесс вентилирования обеспечивает сохранность всей массы корма, в том числе и верхнего слоя.

Время безопасного хранения соизмеримо или меньше длительности продвижения фронта сорбции всей массы корма.

Условие безопасности массы корма при обработке определяется выражением:

т <тдоп,ч (6-1)

где Тф Сф - время продвижения фронта сорбции паров влажным кормом. Определяемое временем выхода паров из массы корма - время проскока паров через слой корма;

тда,1 - время безопасного хранения корма, при котором не происходит его порчи.

Экспериментальное определение времени «проскока» паров через слой корма выполнено на влажном кормовом сырье при температуре 18...23 °С с использованием методики определения концентрации паров в смеси, описанной в главе 2.

Результаты экспериментов обобщены и представлены в виде графических зависимостей относительной концентрации С : Со паров консервантов в воздухе от продолжительности вентилирования и толщины слоя (Рис. 13,14).

Определены величины времени выхода паров из слоя материала в зависимости от конкретных условий проведения процесса из графических зависимостей путем нахождения при пересечении их с линией относительных концентраций С'/С, = 0,3. (

Схема макета технологического оборудования для отработки режимов вентилирования влажных кормов паровоздушной смесью

Рис. 11

Установлено, что чем меньше влажность корма, толщина слоя и больше концентрация паров - тем быстрее наступает выход паров из слоя корма.

Скорость прохождения консервирующего агента через обрабатываемый корм и удельная подача находятся в зависимости:

3600-V м1

<3„ = --,-, (6-2)

5 • у т • ч

где у -объемный вес материала (зерна, трав и пр.), выраженный в т/м3 (у для зерна 0,65...0,7 т/м3; у для трав 0,04..0,070 0 т/м3) 5 - толщина слоя, м V - скорость вентилирования, м/с.

25

а и

п «

<5 13

К,

и

~Т г

За'ЯВн,

<н

£

с. .г/.

7 ?

о м % бо я 'то т £,»

»

ч- 90?.

е 4о бо ¡о 106 По 2,1 Рис. 12

Оптимальные величины концентраций консервирующего агента определены, исходя из полученных зависимостей скорости фронта сорбции паров консервирующего агента с учетом предельно-допустимых концентраций паров консервантов в воздухе рабочей зоны, регламентированные «Инструкцией по химическому консервированию кормов », рис. 16.

Установлены рабочие концентрации паров консервантов в консервирующей смеси, мг/ м Пропионовой кислоты - 0,3; Муравьиной кислоты - 0,167; Уксусной кислоты - 0,083; Сернистого ангидрида -0,167. Пределы повышения скорости паровоздушной смеси ограничены сопротивлением слоя при продувании через него воздушного потока.

Поэтому область оптимальных сочетаний скорости воздуха и толщины слоя при различных величинах влажности определяют исходя из условий допустимой потери давления и условий опти-мачьной отработки паров при определенных сочетаниях указанных факторов.

Потери давления определяются из аналитической зависимости:

ДН = 1,44 бел • VI,43, мм вод. ст, (6-3) Максимальные значения скорости определены исходя из вышеперечисленных условий и с учетом максимальных величин потерь, не превышающих 200 мм вод. ст.

Для зерна. У= для трав на сено

0,011.. 0,079 м/с 0,055...0,385 м/с

(при толщине 1 м) (при толщине 2,0 м)

и 0,022...0,154 м/с 0,033...0,240 м/с

(при толщине 2 м) (пр.» толщине 3,0 м)

Оптимальные режимы обработки парами пропионовой кислота ( для зерна): исходная влажность не ниже 15... 18%; предельная влажность исходной зерновой массы 40%; толщина эбргбатываемого слоя 1,2... 1,5 м, концечтрация паро-во^душной смеси 0,1.. 0,4 г/ м3; скорость продувки - 0,030 ..0,040-м '/с, время обработки 50 . 90 ч.

Оптимал ные р.; ^.имы обработки трав парами пропионовой кислоты.

Исходная влажность трав не ниже 18...20%; предельная влажность исходной массы трав 40...45%; толщина обрабатываемого слоя 1,5...3,0 м; концентрация консервирующего агента - 0,1...0,4 г/м'; скорость продувки 0,03...0,4 м/с; время обработки 60...120 ч.

Кроме перечисленных факторов продолжительность обработки (высушивания) корма определяется температурой и относительной влажностью воздуха, от величины которых зависит конечная влажность материала (19...22%) и расход консерванта (0,6... 1,0%).

Здоисимогп ютцектрации парна пропионовой кислоты в выходящем иэ слоя воздухе от продолжительности аектилийзваиия

Зависимость концентрации пвров пропионовой кислоты в выходящем из слоя воздыхв от продолжительности вентилирования

V

г

— 1 .. --

> 1 О- 1

я во

I» «50 №0

1.С0ИЙ13; ¥-0,035% 5сл.=1м.

Рекомендиамые режимы вентилирования алажносо материала:

Зерно Пвкмвти Грешна сено•

8сл э,о.....4,о

ая-арЯ* Св .

о,т...о,тк/с V ащ....О01%

Рис.13

Зависимость минимальных скоростей консервирующей смеси при

И 50 ЦО (50

Рекомендуемые режимы:_

Исходная влажность материала не ниже !8....20% Рис.14

Зависимость концентрации консервирующей смеси при

вентилировании кормов от уровня их влажности и вентилировании кормов от уровня их влажности и

толщины слоя

относительное влажности воздуха

70 «О К V»

Рис. 16

Расход консерванта определяется конечной влажностью обработанного корма и степенью рециркуляции консервирующего агента:

4-7

d= (2--) dn

100

где п - степень рециркуляции, %

¿и - - расход консерванта при обработке корма при существующем способе химкон-сервирования.

(для корма влажностью 18...22% расход равен 4...6 л/т)

снижение расхода консерванта при обработке влажного корма парами по сравнению с обработкой в смесителях возрастает при увеличении начальной влажности корма и уменьшении относительной влажности воздуха (Рис. 17).

Хозяйственная проверка технологических режимов и в целом всей технологии сохранения влажных кормов проведена на экспериментальном оборудовании, состоящем из энергетической установки, вентиляционных каналов, дозирующей системы подачи химреагента (колхоз «Правда» Тамбовского района Тамбовской области).

Технологическая схема вентилирования

Расход консерванта при внесении eso в смесителях?——— ) и при вентилировании паровоздушной смесыс( i . ■)

d,% (5

У«** 1- 79 U

г -во а

a-so

1,0

V

М

«

s'ja

—**

-

- -тН Jj

L—

влажного корма атмосферным воздухом с парами консерванта в складе,

оборудованном системой рециркуляции консервирующего агента

а

so

т%

4-расчетный расход 5 -расход с учетом потерь

Рис.17.

1. Склал с «игольной системой вентилирования;

2. Обрабатываемый корм (зерно, травы, гранулы и пр.);

3 Вентилятор;

4. Генератор (испаритель консервирующего агента;

5. Система рециркуляции;

6. Краны;

7 Ротаметр.

Рис. 18.

В качестве энергетического средства использовали центробежные вентиляторы ВЦ-70, №6,3, 8, 10 и осевой вентилятор В0-290-11.

Обрабатывали зерносмесь (рожь, горох, овес) влажностью 29...35% при дозе консерванта 4-10 л/т.

Контролем служила зерносмесь, высушенная на установке активного вентилирования подогретым воздухом. О = 400 м5/ч-т.

Подача и контроль за расходом консерванта осуществлялась дозатором УВК-Ф-1. Отбор образцов зерна на анализ качества обработки осуществляли с двух сторон канала: с поверхности, с глубины 0,7 м и снизу насыпи, с шагом 2 м от торцов насыпи.

Время хранения обработанного зерна 3 месяца. Выполнен анализ химсостава и питательности зерна, консервированного различными способами.

Анализы образцов зерна (табл. 10), выполнены как Тамбовской областной агрохимической лабораторией, так и Московской ПРИСХ.

Таблица 9

Режимы вентилирования злаковых трав и люцерны наружным воздухом с жидким аммиаком и характеристика заготовленного корма. (совхоз "Селезневский" Тамбовского района Тамбовской области)

Исходное сырье, способ обработки Режимы обработки Характеристика заготовленного сена

9 s g Удельная подача аммиака, л/т Время обработки Расход аммиака, кг Влажность, % Сырой протеин Каротин, мг/кг Корм, ед..

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Злаковые травы. Объем 40т. Вентилирование подогретым воздухом. Влажность 31,5% 600 5 суток 17,36 10,79 11,4 0,50

Злаковые травы Влажность 31,5% Объем 40 т. Вентилирование с аммиаком 600 12 5 суток 480 20,9 11,5 10,8 0,52

Люцерна. Влажность 29,9% Объем 40т Вентилирование с аммиаком 400 10 6 суток 72 часа 400 20,07 15,64 7,8 0,60

Люцерна. Влажность 30,1%Ве1Лилирование подогретых вохг 400 5 суток 17,2 14,6 20,5 0,61

Таблица 10

Химсостав и питательность зерна консервированного различными способами (по данным Тамбовской областной агрохимической лаборатории

_по химизации животноводства, 1990) _

J6 п/ Результаты зоотехнического анализа

л Характеристика зерна. Способ обработки (консервации) Продолжительно«-хранения обработш ного зерна Влажность, % Сухое вещество, % Сырой протеин г/кг j Сырая клетчатка Кальций % Фосфор % Нитраты мг/кг Корм, ед., кг

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И

1. Исходное сырье, поступившая на обработку зерносмесь: рожь, горох, овес (0,1-0,3-0,6) 0 29,9 70,1 114 163 6,2 8,8 0,30 0,43 0,38 0,54 184 260 0,82 117

2. Высушивание зеркосмсск: рожь, горох, oseс подогретым воздухом, 2-я насыпь 3 ыес. 15,58 »4,42 96,6 138 7,32 8,6 0,23 0,27 0,24 0,29 88 ЮЗ 0,84 0,99

3. Вентилирование зерносмеси воздухом с парами консервакга.З-я насыпь. Повториостъ опыта 2 Змее. 22,96 77,04 161 144 8,45 10,97 0,24 0,31 OJ'I u,3¡s 91 118 0.80 1,04

Числитель - в натуральном корме.В знаменателе - в его сухом веществе

Схема расположена технологического оюрадоеания при обработке насыпи зерна длиной 35МОм.

вентилятору ¿.-переходник: Згнасыпь зерна; 4.-Секции веятляционного канала; З.-Дрзатор консерванте; 6- Распылитель консерванта

Рис. 19

КОМПЛЕКТ ОБОРЦДрвАНИЯ Ш ЗАГОТОВКИ СЕНА ИЗ ПОДВЯЛЕННЫХ ТРАВ ВЕНТИЛИРОВАНИЕМ СМЕСЬЮ КОНСЕРВИРУЮЩИХ ДОБАВОК С ВОЗДУХОМ

объем скир,

»р«мя ов ра ветки- 40-*-90 нес. Подсишкв

со 19+21'/; •Расход «оис*р-вента 6+12 л/г.

«.г-^пальт «прввлвния Э,- вентилятор осевой в. 06" 230"Н

бР«вентовый в.'наеос о эл.двигвт«лвм в.'РМК0Я мепеГЬньм«* 7.*оанальс »асходом*ром в--*1в—ЦМТ ЫПЛОТНИГВЛЬНЬМ я.—пяльг ипРАел«мия ».'вентилятор ооавой 9.06*290-(< «♦14-лирамиды веигилиц. канала. У8К-Ф-1

«г-трувепроцодь« с распв1лит«лями

»7-скира свив

Рис. 20

Установлено, что питательность зерна, обработанного новым способом не только со-*мерима, но и на 6...10% выше питательности зерна, законсервированного традиционным ¡особом - высушиванием его подогретым воздухом.

Значительно уменьшились потери переваримого протеина (на 20%).

При этом расход энергозатрат уменьшился на 25...30% по сравнению с высушивани-л. . .

Научно-производственные опыты по сохранению сена с использованием рекомендуе-ых режимов проведены в совхозе «Селезневский» Тамбовского района Тамбовской облас-I, Консервировали злаковые травы и люцерну влажностью 30...32% аммиаком при вентили->вании.

Температуру массы трав замеряли в определенных точках металлическими щупами. В их же точках проводили отбор проб на влажность и содержание консерванта.

Контроль температуры, влажности и кислотосодержания осуществляли ежедневно н; протяжении всего периода. Анализ обработанного корма на химсостав и питательность вы полнен Тамбовской станцией химизации. Оценка качества обработанного корма проведена сравнении с кормом, высушенным вентилированием с подогревом (Табл. 9)

Вентилирование влажного сена с применением аммиака обеспечивает его подсушк до 19...21 °С.

Продолжительность обработки составляет 50 ..80 ч при удельной подаче воздух 400...500 м3/ч -т. Оптимальная доза аммиака при влажности сырья 30...35% - 8... 10 л/т.

Обработка парами пропионовой кислоты обеспечивает насыщение влажного корма д 0,4...0,8%, что создает условия достаточные для безопасного хранения в течение 4...6 меся цев с сохранностью питательных веществ 80...90%.

Оборудование для реализации нового способа сохранения влажного корма являете простым, надежным и комплектуется серийно-выпускаемыми установками: вентиляторам ВО-209-11, установками УВС-16, дозаторами консервантов УВК-Ф-1. Рис. 19,20.

Оборудование используется в сенных складах, на открытых площадках и кормовы дворах, а также в складах, оборудованных системой активного вентилирования.

Разработана схема получения паро-воздушного агента (аэрозоли).

Для получения консервирующего агента используется инерционная форсунка, рабе тающая под давлением 0,03. .0,05 МПа.

Наиболее оптимальные размеры скирд сена и насыпей зерновой массы 40...50г, пи рина 6...8 м, длина 25...35 м, высота 5,5...6,0 м(длятрав) и 2,0...2,5 м(длязерна).

Выводы и предложения.

1. Величина потерь питательного и продуктивного потенциала разных видов влажвдг кормового сырья есть функция уровня совокупной концентрации фито- и микробных энз! мов, скорости накопления органических кислот - депрессоров роста микроорганизмов и и] гибиторов брожения, а также способов и качества заготовки кормов и условий их хранения.

Максимальная величина потерь достигает 30% и выше. Надежным способом регул! рования микробиологических процессов при консервировании сырья является использован! химических препаратов, ингибирующих развитие гнилостных и маслянокислых бактери подавляющих развитие плесневых грибков, замедляющих дыхание растительных клегго тормозящих деятельность газообразующих микроорганизмов, предупреждающих денатур цию питательных веществ и тем самым создающих благоприятные условия для их сохрани сти и влияния на организм животных, поедающих консервированный корм. Химпрепарат призваны обеспечить сохранность питательных веществ корма до 86-92%.

2.Усгановлено, что глубина проникновения жидкого консерванта в растительную ма су, уплотненную до 250-450 кг/м3, в дозе 4-16 л/т составляет 20-120 мм с уровнем достове ности 0,95.

Содержание консерванта при этом в верхней части слоя корма в 8-12 раз больше пр пятой дозы для всего слоя, равномерность обработки в несколько раз ниже допустимой.

Потери жидкого консерванта при любом способе его внесения в корм, применяемо!* хозяйственных условиях, составляет 10-30%, что значительно превышает допустимые урс ни.

3. Обработка слоя влажного растительного сырья толщиной 200-300 мм и выше не беспечивает необходимую степень равномерности. Разработан способ консервирования ормов и агрегат для его осуществления, отличающийся тем, что с целью повышения равно-[ерности обработки и снижения потерь консерванта, внесение его в растительную массу существляется в тонкий слой (50-100 мм) с 2-х сторон одновременно, а механизм введения онсерванта кинематически связан с приводом узла подачи растительной массы. Авт. свид. 204169.

4. Уточнены основные технологические требования, предъявляемые к внесению хи-шческих консервантов в корма:

- отклонение от заданной дозы не должно превышать ±10%;

- равномерность распределения консервантов в массе корма и полнота его обработки олжна быть не менее 80%;

- снижение производительности комплекса машин, занятых на заготовке кормов, не олжна превышать 5% из-за остановок агрегатов на период внесения и заправки емкостей озаторов консервантами;

- потери консерванта от испарения при внесенин их в корм должны быть максималь-:ыми - не более 5%, и загазованность воздуха парами консервантов в рабочей зоне не долж-;а превышать предельно-допустимых концентраций - 10-20 мг/м3.

5. Впервые разработана механизированная операционная технология заготовки кор-юв с химическими консервантами, регламентирующая в комплексе вопросы научно-боснованного применения химпрепаратов на этапах хранения, транспортировки, заправки озаторов и внесения их в корма, обеспечивающая эффективность и безопасность использо-ания консервантов.

Применение емкостей из полиэтилена для хранения жидких консервантов обеспечива-т безопасность и качество консервантов при длительности хранення до 1 года и выше.

Оптимальная емкость прирельсового склада - 200-500 тонн.

Наиболее технологически удобной тарой для перевозки и временного хранения жид-их консервантов в хозяйствах являются полиэтиленовые бочки вместимостью 200-250 л.

При радиусе перевозки консервантов до 15 км экономически целесообразно исполь-овать тракторный транспортировщик-заправщик, а при радиусе свыше 15-20 км - автомобильный транспорт, оборудованный заправочным устройством.

Установлено, что величина избыточного давления для перекачки жидкого консерван-а и заправки ими опорожненных емкостей дозаторов составляет 0,04-0,05 Мпа. Заправочное стройство, при указанном избыточном давлении обеспечивает производительность от 40 до 0 л/мин. На базе заправочного устройства, транспортного средства и полиэтиленовых емко-тей освоено серийное производство мобильных заправщиков жидких консервантов.

6. Доза химпрепарата при консервировании влажного сырья не зависит от вида сыры и носит линейный характер в зависимости ог влажности его и срока хранения. Дозы консер вантов, рекомендованные "Инструкцией по химическому консервированию зеленых кормов' в пределах 3-5 л/т, являются явно заниженными для консервирования высоковлажного сыры

- зерна, трав и пр. В этом случае следует понимать не химическое консервирование, а сило сование растительного сырья с применением химических консервантов. Разработаны урав нения для определения оптимальных доз при химическом консервировании сырья влажно стью 45-80% с учетом ею подсушки, уровень которой достигает 20%. (Таблица 3-7).

7. Поглощение паров консервантов влажным кормовым сырьем происходит пр. влажности, превышающей 12-13%

Величина поглощения возрастает при увеличении влажности корма. Установлены ос новные факторы, влияющие на процесс сорбции зерновой массой и массой трав паров кон сервантов из газовоздушной смеси.

Предложен метод определения коэффициента массопередачи при вентилировани влажного сырья, величина которого составляет 0,17-0,5 1/с при скорости консервирующег агента 0,018-0,070 м/с.

8. Определены оптимальные технологические режимы сохранения влажного сырь при вентилировании паровоздушной смесью:

- удельная подача паровоздушной смеси составляетйЮ-200

- концентрация паров консерванта в смеси - 0,2-0,35 г/м3;

- расход консерванта - 4-10л/т;

- продолжительность обработки - 50-90 ч.

9. Наиболее простым и эффективным способом получения парообразного консервант и консервирующей смеси является распиливание жидкого консерванта через инерционну! форсунку под давлением 0,04-0,05 МПа до туманообразного состояния (размеры частиц 20( 400 мк) и ввод распыленного консерванта в поток нагнетаемого вентилятором воздуха. Пр подаче консерванта 2,0-4,0 л/мин. и рабочей производительности вентилятора 25-30 тыс. м/ обеспечивается рабочая концентрация консервирующего агента 0,2-0,5

г/м3 (300-500 мг/м3).

10. Процесс сохранения влажного зерна и подвяленных трав при вентилировании ^ смесью атмосферного воздуха и паров консервантов описывается системой уравнений из< термы кинетики и динамики сорбции паров химреагента влажным кормовым сырьем.

Разработаны расчетные уравнения равновесного состояния системы - "влажный кор

- консервирующий агент", скорости и продолжительности технологического процесса с уч том уровня подсушки корма и насыщения его консервантами в конце обработки. [5-37; 5-3 5-64; 5-85].

Уровень подсушки корма в конце обработки составляет 19-22%, а насыщение консер->антами - 0,4-0,6%. Расход консерванта определяется, главным образом, уровнем влажности сорма в конце вентилирования и составляет 6-10 л/т.

! 1. Для реализации способа сохранения влажного травяного сырья при вентилирова-ши смесью атмосферного воздуха с консервантами рекомендуется использовать основные 'злы установки активного вентилирования УВС-16 или специальные секции (пирамиды), >беспечивакнцие обработку насыпей зерна объемом 40-50 т. В качестве энергетической ус-ановки целесообразно использовать осевой вентилятор ОВ-290-11 конструкции ВНИ-СОМЖ, обеспечивающий производительность 25-35 тыс.м /ч и напор 12-180 мм вод. ст.

Предложи способ получения паровоздушной смеси и разработан генератор пара, >беспечивающий производство консервирующего агента от 2,0 до 16 г/м3 при продувке воз-lyxa через слой консерванта от 0 до 250 мм при скорости 0,1-0,8 м/с.

Паропроизводительность испарителя при указанных условиях и температуре нагрева >т 20 до 90°С составляет 0,8-5,0 л/м2.ч. Установлено, что коэффициент испарения пропионо-;ой кислоты находится в диапазоне 0,49.10 5-20,7.10~! кг/м2 ч па в зависимости от режимных шраметров.

12. Использование парогазообразных консервантов при сохранении влажного зерна, рав и других кормов целесообразно и экономически эффективно при влажности исходного ырья 25-40%. Наиболее эффективным консервантом для зерна и трав, заготавливаемых на ено, является пропиоиовая кислота, как наиболее сильный фунгицид, а при заготовке силоса

муравьиная кислота и препараты, приготовленные на ее основе. Минимальный срок безо-1асного хранения обработанного корма составляет 4-6 месяцев.

Толщина обрабатываемого слоя не должна превышать 1,5-2,0 м для зерна и 2,0-3,0 м |ля трав.

13. Степень сохранности, питательная ценность и химсостав корма, обработанного говым способом, не уступает показателям корма, законсервированного традиционным спо-:обом высушивания. Колебания по основным показателям не превышают ошибок измерения.

Приведенные затраты при обработке фуражного зерна и трав новым способом умень-иаются в 1,4-5 раза по сравнению с высушиванием и в 1,5-1,8 раза по сравнению с химиче-:ким консервированием.

14. Объемы заготовки кормов в РСФСР о применением жидких консервантов соглас-ю методическим указаниям, разработанным с участием автора за 1985-1990 годы составили I среднем от 10000 до 15000 тыс. т по данным планов внедрения МСХ РСФСР. Ежегодным кономический эффект от применения химконсервантов при заготовке кормов составил выше 10-15 млн. рублей в ценах 1985-1990 годов.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В СЛЕДУЮЩИХ ОСНОВНЫХ РАБОТАХ.

1. Условия эффективного применения консервантов. Химия в сельском хозяйстве. 1986, №3, с.9... 11 (соавторы Федосеев П.Н., Гундоров В.В.)

2. Проблемы и возможности сохранения влажного фуражного зерна в условиях совхозов и колхозов СРФСР. Тезисы докладов на научно-практической конференции, М., 1985, 3 с.

3. Усовершенствование технологии применения химических консервантов зеленых кормов. Химия в сельском хозяйстве, 1986, №6, с. 13...15. (соавторы Федосеев П.Н., Зеников В.И.).

4. Методические указания по химическому консервированию кормов и контролю за их качеством. М.,1986,41 с. (соавторы Шумилин И.С.,Фесюн Г.И. Федосеев П.Н., Гундоров В.В.).

5. К обоснованию рациональных режимов вентилирования влажного кормового зерна наруж ным воздухом с газообразными консервантами. Труды ВИМ, №100, 1984, 8 с. (соавторы Анискин В.И., Лурье В.М.).

6. Методические рекомендации по операционной технологии применения жидких химических консервантов кормов. Дубровицы, 1989,30 с. (соавторы Федосеев П.Н., Науменко П.А. и др.).

7. Качество силоса в зависимости от способа внесения консервантов. Кормопроизводство, 1987, №9, с. 13...16. (соавторы Сабиров М Б, Газизов Ф.Х.).

8. Дозаторы жидких консервантов кормов. Химия в сельском хозяйстве, №5, с. 71...73.

9. Послойное внесение жидких консервантов в растительную массу. Механизация и электри фикация сельского хозяйства, 1990, №10, с.25,.,26.

10. Операционная технология хранения, транспортировки и внесения жидких консервантов кормов. Росагропромиздат. М, 1990,40 с. (соавторы Федосеев П.Н., Зеников В.И., Науменко П.А. и

др)

11. Правильно используйте консерванты. Хозяин, 1991, №7, с. 30...34.

12. Равномерность внесения жидких консервантов. Кормопроизводство, 1992, №3, с. 29...31.

13. Применение химических консервантов и биопрепаратов при заготовке кормов. Справочник. Химизация в отраслях АПК. Животноводство. М., 1990, с. 134 ..181.

14. Комплексная программа химизации сельского хозяйства РСФСР на 1986...1990 годы и н; период до 2000 года. Часть 11. Животноводство, М., 1985,64 с.

15. Совершенствование техники и технологии заготовки кормов. Химия в сельском хозяйсл 1991, №5, с. 63...65.

16. Использование химических препаратов при заготовке кормов. Росагропромиздат, 1988, 170 с. (соавторы Федосеев П.Н., Гундоров В.В.).

17. Определение консерванта в кормах. Химизация сельского хозяйства, 1988, №5, с.25.,.26. (соавторы Федосеев П.Н., Ахмедова Г.А.).

18. К методике определения консервантов в корме. Кормопроизводство, 1994, №3, с. 43. .45.

19. Влияние силоса с химическими консервантами на молочную продуктивность хоров. Научно-практический опыт в агропромышленном производстве. Спецвыпуск, ВНИИТЭИагропром, 1989, с. 4...5 (соавторы Владимиров В.Л., Науменко П. А.).

20. Потери консервантов при заготовке кормов. Химизация сельского хозяйства, 1990, Ks9, i

67...68.

21. Дозирование биопрепаратов при силосовании кормов Химизация сельского хозяйст-ва,1989,№6,с.43...44.

22. Качество силоса, приготовленного пр разным технологиям и влияние его на продуктивность коров. Труды ВИЖа. Заготовка, хранение и использование кормов. Дубровицы, 1988, с. 66...6 (соавторы Маринов К.А., Науменко П.А.).

23. Механизация внесения консервантов при заготовке силоса. Механизация и электрифика ция сельского хозяйства, 1994^65-6,с. 10... 11

24. Заправщик - транспортировщик жидких консервантов. Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1989, №8, с.41.,.42.

25. Определение загазованности рабочих мест при консервировании кормов Химизация сел ского хозяйства, 1989, №7, C.47...48.

26. Заготовка кормов с применением химпрепаратов. Кормопроизводство,1994, №2, с. 40...* (соавтор Зеников В.И.).

27.Консервирование зернофуража повышенной влажности. Земля и люди, 1990, №35, с. 6... (соавтор Комаров A.A.).

28. Безводный аммиак при заготовке сена. Химизация сельского хозяйства,1991, №6,с.92...5

29. Заготовка сена с использованием паров консервантов Механизация и электрификация зльского хозяйства, 1991,№б с. 19...20.

30. Технология вентилирования влажного фуражного зёрна. Механизация и электрификация зльского хозяйства, 1991, №8, с. 10... 11.

31. Газообразные консерванты для зерна. Химизация сельского хозяйства,1991, №7,с.98...100.

32. Механизация внесения консервантов при заготовке сена и фуражного зерна. Механизация электрификация сельского хозяйства, 1994,№7,с.16.. 17.

33. Возможные пути надежной заготовки кормов. Вестник РАСХН. 1994,№4, с.62...64.

34. Консервирование влажного фуражного зерна с использованием химических консервантов эи вентилировании. Химия в сельском хозяйстве, 1994, №5,с.29..19.

35. Технология сохранения влажного зерна и сена. Вестник агрохимической науки, №1,1998,

37. Способ заготовки консервированных зеленых кормов и агрегат для его осуществления, вторское свидетельство на изобретение. 1986, №1204169, Кл. А 23 К 3/03. (соавторы Федосеев П.Н., :ников В .И.).

38. Устройство для внесения консервантов в корма. Авторское свидетельство на изобретение. >1291112, Кл. А 23 К 3/03,1987 (соавторы Федосеев П.Н, Зеинков В И., Мельников Б.Н.).

39. Агрегат для приготовления консервированных кормов в траншеях. Авторское свидетель-во №1409156, Кл. А1, 1988 (соавторы Федосеев П.Н., Попов В.Ф.).

40. Агрегат для приготовления консервированных кормов в траншеях. Авторское свидетель-ео №1406155, 1985, Кл. А1 (соавторы Федосеев П.Н., Попов В.Ф.).

41. К обоснованию метода консервации влажного зерна парами органических кислот НТБ ¡1М, 1980, выпуск 44, 2 с. (соавторы Лурье В.М. Берзиньш Э.Р., Класен В.П.).

43. К исследованию кинетики сорбции и десорбции паров пропионовой кислоты влажным рном НТБ ВИМ, 1980, выпуск 45, 5 с.

44.К обоснованию способа сушки фуражного зерна вентилированием наружным воздухом с рами консервантов. Тезисы доклада на Всесоюзной научно-технической конференции, Киев, 1981, 5 с.

45. Реализация способа высокообъемного дозирования органических кислот при консервиро-нии зерна. НТБ ВИМ, 1982, вып.49, Зс.

46. Консервирование влажного фуражного зерна органическими кислотами. Министерство къского хозяйства СССР. Проспект, 1981 (соавторы Анискин В.И., Лурье В.М.).

47. Снижение энергозатрат при вентилировании зерна путем введения консервирующих до-вок. НТБ ВИМ, 1982,№50,4с. (соавторы Анискин В.И., Лурье В.М.).

48. К расчету продолжительности сушки зерна при вентилировании неподогретым воздухом. ГБ ВИМ, 1982,№51, 4с. (соавторы Анискин В.И., Лурье В.М.).

49. Использование газообразных консервантов при хранении гранулированной травяной му. Тезисы доклада на научно-технической конференции. Вильнюс, 1982, 2,5 с. (соавторы Аугулис С., Лурье В.М ).

50. Исследование энергосберегающего метода вентилирования зерна неподогретым воздухом, ргащенным консервирующим реагентом. Труды ВИМ, 1984, 9 с. (соавторы Анискин В.И., Лурье И.).

51. Химическое консервирование как способ заготовки и хранения кормов. Тезисы доклада на /чно-практической конференции, М.,1985,3 с.

52. Мобильный заправщик-транспортировщик жидких консервантов кормов. Проспект. Ин-рмационный листок. Татарский ЦНТИ, 1986. (соавторы Сабиров М.В., Малой Т.Д.)

53. Использование химических консервантов при заготовке кормов. Госагропром, 1988, 180 с. авторы Федосеев П.Н., Гундоров В.В.).

54. Способ и устройство для внесения жидких консервантов в растительную массу при задке сенажа и силоса в траншеи. Труды ГЭКИ, Вильнюс, 1986, Зс. (соавтор Аугулис А.С.).

55. Дооборудование комбайна КСК-100 приспособлением для внесения жидких консервантов >мов. Проспект. Информационный листок. Татарский ЦНТИ, 1986,3 с (соавторы Сабиров М.Б., лов Т.Д.).

56. Консерванты в силосе. Сельский механизатор, 1991 ,№4, с.6.,.7.

57. Минеральные подкормки для скота. Хозяин, 1991, №10, с.30.,.31.

58. Производство и применение продуктов электролиза воды. Вестник РАСХН ,1992, №2, 5.46 (соавтор Замана СП).

59. Методические указания по разработке проекгно-сметиои документации на агрохимическое обслуживание кормопроизводства. М.,1987,10S с. (соавторы Шумилин И.С., Федосеев П.Н.).

60 Применение химических консервантов и биопрепаратов при заготовке кормов. Химизация в отраслях АПК. Часть 11. Животноводство. М, Росагропромиздат, 1990 с. 134...173.

61. Химическое консервирование сет. Химизация в отраслях АПК, Часть 11. Животноводство. М, Росагропромиздат, 1990, с. 211..221.

62. Применение химических консервантов при обработке фуражного зерна Химизация в отраслях АПК, М., Росагропромиздат, 1990,с. 173..181.

63. Механизация внесения консервантов при заготовке сена и фуражного зерна. Механизация и электрификация сельского хозяйства, 1994,№7, с.16.,.17.

64. К методике определения консерванта в корме. Кормопроизводство, 1994, №3, с. 43...45.

65. Технологии, машины и оборудование по применению средств химизации в сельскохозяй ственном производстве. Информационный сборник-каталог разработок ВНИПТИХИМ. М.; 1997 C.38...46.

66. Соколов А.В. Технологии и комплекты оборудования для сохранения влажного фуражно го зерна и сена путем вентилирования воздухом, обогащенным консервирующими добавками. Ин формационный листок ВНИПТИХИМ. М.; 1998.

67. Соколов А.В. Операционная технология использования химических препаратов при заго товке силоса и сенажа. Информационный листок. М.; ВНШТИХИМ, 1998.

67. Соколов А.В. Заготовка кормов с корректировкой на погодные условия. Крестьянские ве домости, № 25,1998. , С, 13

68. Соколов А.В. Технология сохранения влажного зерна и сена. Агрохимический вестник, Л 1, 1998, с.26-27.

69. Соколов А.В., За мама С.П. Химическое консервирование влажных трав при заготовке се на„Животновод», Jfe6,1998.

SUMMARY

Sokolov А. V. Technological and technical decisions of safety humidity fodder raw ma terial with using the chemical preservatives. Abstract of the thesis on receive teaching degrees с the doctor Technical sciences at the speciality 05.20.01 -Mechanization agricultural productio (VIM), 1998r.

Material of studies are published in 85 printed functioning, including 3 brochures. On material there studies is designed 5 author's certificates on inventions, 6 recommendations and methodic! indications.

Objects pf studies - humid corn heap, humid hay, dosage, haystacks hay, preservatives, pre cesses and working organs of machines and equipment, intended for the conservation of provendei dosaqe installation, blenders and sprayers preserving preparations.

Installed regularities of distribution an biogens in the humid feddinq a raw material: velocity an depth-on penetrations of fluid preservatives in layer of the humid provender depending on its phys cist-mechanical characteristics - density, moisture, pulverizing and specific expenses of the pr< servative.

Given ways of the evaluation of performing a technological process - degrees uniforml processing vegetable cheeses, detours from dose, value of losses of the preservative.

Designed mechanized operating technology of stocking up the provenders with chemic preservatives, specifying questions of keeping, transportations and contributing the preservatives : the provender.

Represented results experimental-basic researches of the sorption of vapours (gases) pr servatives humid fedding by the raw material, as well as desorption from it moisture when venl lating hot by the air.

Given analytical dependencies of the kinetics and speakers of the process of processing pr serving agent, consisting of vapours of the preservative and air (aerosols), provenders by moistu 20-40% for the reason its hold-harmless during 3-6 months.

Designed technologies of the conservation of humid grain and straw, by means of chemic preservatives, as well as kits of equipment for their realization.

Keywords: preserving agent, technologies, humid forage raw material, organic acids, technologic modes, parameter of equipping to analytical dependencies.

Подписано x печати 7.09.98г. Формат бум, 60x90 1/16 Уч.изд.п.л.3,5. Заказ24 Тираж 100

Типография ЦОПКБ ВИМ

V '/Я/? ^ '

/ С** у

/

ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МЕХАНИЗАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА (ВИМ)

На правах рукописи

Соколов Александр Васильевич

I

УДК 664.66.036.1

Технологические и технические решения сохранности влажного кормового сырья химическими консервантами.

Специальность 05.20.01 - Механизация сельскохозяйственного производства

Диссертация

на соискание ученой степени доктора сельскохозяйственных наук

Москва - 1998

Аннотация

V.

В диссертационной работе представлены результаты экспериментально-теоретических исследований, выполненных автором в 1980-1997 годах по разработке энергосберегающих и надежных технологий и механизмов для сохранения влажного сырья при заготовке кормов в неблагоприятных погодных условиях уборки.

Данные исследований использованы в «Методических указаниях по химическому консервированию кормов и контролю за их качеством» (Москва, 1986), «Методических указаниях по разработке проектно-технологической документации на агрохимическое обслуживание кормопроизводства и рациональное использование кор-'мов», утвержденных ВПНО «Союзсельхозхимия» Госагропрома СССР, в материалах «Комплексных программ химизации сельского хозяйства РСФСР, Московской области и Одинцовского района на 1986-1990 годы и на период до 2000 года» (Москва, 1985-1987 гг.)

Результаты исследований явились основой для разработки «Операционной технологии хранения, транспортировки и внесения жидких консервантов кормов», рассмотренной и одобренной НТС Госагропрома РСФСР (1989);

«Технологии сохранения влажного зерна вентилированием его смесью консервирующих добавок с воздухом», рассмотренной и одобренной НТС Минсельхозпрода РСФСР (1991);

«Технологии консервирования сена с использованием газообразных препаратов», одобренной отделением кормопроизводства Россельхозакадемии (1994).

Основными элементами научной новизны являются:

- установленные закономерности распределения жидких консервантов во влажном кормовом сырье. Скорость и глубина проникновения химпрепарата в обрабатываемый слой в зависимости от плотности, влажности и измельчения корма, а также от удельного расхода и степени разведения консерванта. Величина потерь жидких консервантов в зависимости от способа внесения;

- уточненные основные технологические требования, предъявляемые к внесению химических консервантов;

- Впервые разработанная механизированная операционная технология заготовки кормов с химическими консервантами, регламентирующая в комплексе вопросы

хранения, транспортировки и внесения химреагентов в кормовое сырье;

- научно-обоснованные удельные расходы химконсервантов при заготовке кормов из сырья влажностью 20...45% и выше;

- теоретические основы нового способа консервирования влажного кормового сырья путем вентилирования его атмосферным воздухом, обогащенным консервирующими добавками. Разработанные кинетические и динамические зависимости сорбции паров консерванта влажным кормом и десорбции из него влаги при вентилировании;

- наивыгоднейшие технологические режимы обработки влажного сырья способом высокообъемного дозирования: удельная подача консервирующего агента, расход консерванта, концентрация смеси, продолжительность обработки, толщина слоя корма;

- методика оценки равномерности и эффективности применения химических консервантов при заготовке кормов.

Практическую ценность представляют:

- Способы и устройства для внесения консервантов в корма, защищенные 5 авторскими свидетельствами на изобретение.

-Комплекты оборудования для консервирования фуражного зерна и трав на сено с использованием газо-(паро)образных препаратов при вентилировании.

-Проект экспериментального склада для хранения консервантов емкостью 500т.

-Заправщик жидких консервантов;

-Конструктивные схемы дозатора консервирующей смеси.

Основные положения диссертационной работы доложены на научно-практических семинарах ВПНО «Союзсельхозхимия» и «Россельхозхимия», на координационных и всесоюзных совещаниях по проблеме химического консервирования кормов (Казань, 1988, Рига, 1985, Новосибирск, 1989гг.), на научно-практических конференциях, НТС Госагропрома и Минсельхозпрода РСФСР и отделения кормопроизводства Россельхозакадемии (1989,1991,1994гг.).

Теоретические и экспериментальные данные по выбору режимных параметров дозатора консерванта были приняты Головным экспериментально-конструкторским

институтом по машинам для переработки травы и соломы (ГЭКИ, г.Вильнюс) для использования при разработке комплекта оборудования для хранения и обработки гранулированных кормов и зерначгазообразными консервантами (1982,1986 гг.), Всесоюзным институтом по разработке машин в животноводстве (ВНИИЖИВМАШ), центральным проектно-конструкторским и технологическим бюро «Росагропромтех-проект» при разработке и изготовлении комплекта оборудования для консервирования растительных кормов и фуражного зерна (1989-1990 гг.) и Всероссийским институтом животноводства (ВИЖ) при разработке рекомендаций по технологии применения химических консервантов кормов (1989 г.).

Основные результаты исследований опубликованы: в книге «Использование химических препаратов при заготовке кормов» (Россельхозиздат, 1988 г.), в справоч-1 нике «Химизация в отраслях АПК, часть 2 - Животноводство, (Росагропромиз-дат,1990 г.) и в 75 статьях научных и научно-производственных журналов, в трудах и сборниках.

к

к

ОСНОВНЫЕ ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ, ЕДИНИЦЫ ИЗМЕРЕНИЯ И

СООТНОШЕНИЯ МЕЖДУ НИМИ

К.е. - кормовая единица; х - продолжительность обработки, час.;

Н - высота (толщина) обрабатываемого корма в виде бурта, насыпи, скирда ., м; 5 - толщина исследуемого слоя корма, м; V - скорость технологического процесса, м/с, м/ч; X доп.- допустимый период безопасного хранения корма, ч; 3. - содержание консерванта в корме, % (л/т), 1% = 10 л/т; ^ 8.0 - равновесное содержание консерванта в корме, % (л/т);

- влажность корма, %; \¥н - начальная влажность корма, % \¥р - равновесная влажность корма,%; \Ук - конечная влажность корма,% р - плотность корма кг/м3; у н - насыпная масса корма, кг/м3; Л/сл - объем слоя корма, м3; I Со - начальная концентрация паров консерванта в воздухе, г/м3; (мг/м3); С' - конечная концентрация паров консерванта в воздухе, г/м3 (мг/м3); У - концентрация паров консерванта у поверхности частиц корма, г/м3 (мг/м); С) - подача газовоздушной смеси, м3/ч; <3 уд. - удельная подача газовоздушной смеси, м3/ч-т; Т - температура корма, газовоздушной смеси, воздуха и пр. ,°К, °С; Ф - относительная влажность воздуха, %;

Рк - давление паров консерванта у поверхности частиц корма,н/м2(па); Ь Р - давление воздуха, напора вентилятора, насоса и т.п., мм рт.ст. (па.) 1 мм рт.ст. = 1,333 -102 н/м2; н/м2 = 7,5-Ю"3 мм рт. ст.; 1 кг/см2 = 760 мм рт.ст. = 1,013 -105 н/м2(па)=0,1Мпа; (1 - расход консерванта, % (л/т);

г

;л - коэффициент массопередачи при вентилировании слоя корма воздухом с шсервирующими добавками, 1/с; . - число молей вещества в растворе;

- масса обрабатываемого корма, кг;

- универсальная газовая постоянная,

- безразмерный коэффициент Генри, равный соотношению ао.со;

1в - газовая постоянная для воздуха, равная 287 Дж/кг °К;

[ - влагосодержание паровоздушной смеси,

кг пара

Х5--

кг сухого воздуха

^Р/ н - удельные потери давления, па/м;

у и Кв - среднеквадратичное отклонение и коэффициент вариации, %; 3 т. - расход топлива, кзг/ч;

1 уд. - удельные показатели энергии, квт-ч, Ккал, Мдж; 1 Ккал = 4180 док;

I

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

1.Состояние вопроса применения химических консервантов при заготовке кормов. Пути повышения эффективности использования консервирующих препаратов.

1.1. С остояние кормовой базы России

1.2. Современные теоретические представления и практическое использование консервантов при заготовке кормов

1.3.Выводы по литературному обзору. Цель и задачи исследований.

2. Программа исследований. Условия и методика их проведения

2.1. Программа исследований

г

2.2. Условия и методика проведения исследований.

3. Обоснование удельных расходов (дозировок) химических консервантов с учетом способа заготовки корма

4. Методические, технологические и инженерные изыскания эффективности применения жидких консервантов при заготовке силоса

5. Экспериментально-теоретические исследования системы: влажное кормовое сырье - консервирующий агент

5.1. Теоретические основы сохранения влажного зерна и подвяленных трав с исполь-^ зованием газообразных консервантов

5.2. Исследования равновесного состояния системы: влажное кормовое сырье - консервирующий агент

5.3. Экспериментально-теоретическое исследование кинетических и динамических зависимостей сорбции газов (паров) консервирующего агента влажным кормом и подсушки его от определяющих факторов

6. Обоснование технологических режимов и параметров оборудования для внесения газо-парообразных консервантов при заготовке кормов

> 6.1. Результаты экспериментальных исследований по выбору технологических режимов и параметров оборудования

6.2. Результаты хозяйственной проверки технологии консервирования влажных кормов вентилированием их смесью воздуха и паров консерванта......

г

.тоды и предложения шользованная литература ч риложения

I .Экономическая эффективность способа сохранения влажного фуражного рна с использованием консервантов при вентилировании

2. Технологическая и энергетическая эффективность применения консерван->в при заготовке кормов

3. Методика оценки равномерности и доз внесения жидких консервантов в зрма

4. Методика оценки эффективности применения химических консервантов

г

зрмов в производственных условиях

[5. Обоснование параметров испарителя. Разработка конструктивных схем поучения консервирующей смеси (аэрозоли) и оценка ее эффективности. [6. Акты хозяйственных испытаний комплектов оборудования и технологий онсервирования фуражного зерна и сена с применением газообразных консер-антов. Протоколы заседаний НТС Госагропрома и Минсельхозпрода РСФСР

ВВЕДЕНИЕ

Как бы не менялась социально-экономическая ситуация в стране, от эпохи застоя и стабилизации народного хозяйства до периода перехода к рыночным отношениям и формирования многоукладное™, за годы работы над диссертацией (1980-1997 годы) - создание прочной кормовой базы является основой (фундаментом) благополучного существования любой отрасли животноводства. Поэтому проблемы заготовки, консервирования растительного сырья, сохранения и использования готового продукта были всегда острыми и значимыми. Количество заготавливаемых кормов, их качество и величина потерь при консервировании и хранении - главные критерии состояния кормовой базы.

Накопившаяся аксиоматика знаний любого этапа состояния кормопроизводства не только по-новому ставит задачи, но и настоятельно требует разработки научной концепции (парадигмы) его развития.

Концепция развития кормопроизводства, основанная на анализе современного состояния отрасли и научно-обоснованных перспективах ее развития, предусматривает не только разработку и внедрение высокоэффективных технологий заготовки и хранения кормов, но и снижение затрат энергетических ресерсов на заготовку кормов, таких как силос, сено, фуражное зерно,

К началу 60-70 годов нашего столетия наукой было доказано, что при неблагоприятных погодных условиях в момент заготовки кормов при слабой материально-технической базе проблему повышения качества и количества кормов без применения химических консервантов не решить. Применение химических консервантов при заготовке силоса обеспечивает сохранность питательных веществ на 89-92%, что позволяет получить дополнительно на 1 тонну заложенного на силос сырья до 40 корм, единиц и до 5-6 кг протеина. И в то же время в хозяйственных условиях в лучшем случае удается сохранить не более половины того, что получают в научных опытах. Объясняется это прежде всего тем, что в хозяйственных условиях нарушаются основные требования, предъявляемые к технологии химического консервирования, а именно: 1) требование равномерности обработки всей массы корма консервантами (неравномерность не должна превышать 20-25%), 2) дозированного количества консерванта (отклонение от дозы не должно превышать ±10%).

Проблему химического консервирования кормов необходимо рассматривать с учетом всех факторов, в том числе вида растительного сырья, химического вещества (консерванта), технического средства для внесения, организма животного, который будет поедать обработанный корм и прочее. Процесс химического консервирования должен разрабатываться с таким расчетом, чтобы получить от взаимодействия вышеуказанных факторов наибольший эффект с наименьшими затратами.

Технология применения консервантов кормов включает операции хранения, транспортировки и внесения их в растительное сырье.

Однако, как раз эти элементы не быта изучены и разработаны к началу наших исследований. Не был решен вопрос механизированных способов внесения консервантов при заготовке силоса, а также отсутствовали механизмы для заправки емкостей дозаторов консервантами, регламентированные Инструкцией по химическому консервированию дозы химпрепаратов - 3...5 кг/л на 1 тонну массы были установлены без должного учета фактической влажности, белковости и сахаристости, а также вида сырья, технологии уборки, уплотнения и укрытия обработанного сырья и предполагаемого срока хранения.

Значительный удельный расход дорогостоящего консерванта от 5 до 30 литров на 1 тонну сырья при консервировании трав на сено и фуражного зерна, а также сложность обеспечения высокой степени равномерности перемешивания консерванта с влажным сырьем являются основными сдерживающими моментами широкого применения консервантов при заготовке кормов.

Отсутствие научно-обоснованной методики оценки, как технологического процесса, так и работы основных механизмов, применяемых для реализации этого процесса, не позволяло разработать современное научное обеспечение химического консервирования кормов.

Научные поиски по решению вышеуказанных проблей, выполненные в последующие годы указали пути их решения - применение консервантов не в жидком виде, а в виде их паров, то есть в объемной форме. Решение проблемы заключается в разработке способа подачи консервирующего агента (смеси паров консерванта с воздухом) в обрабатываемое сырье при вентилировании. При этом влагопоглощающая способность воздуха обеспечивает подсушку сырья до равновесного состояния. Бактерицидные и фунгицидные свойства консерванта создают в массе корма гибельные

условия для плесневых грибов и нежелательной микрофлоры, чем и обеспечивают безопасные условия сохранности сырья в период обработки. Так как влажное сырье (зерно, травы, гранулы и др.) являются сорбентами газов и паров, то можно ожидать, что в процессе вентилирования на поверхности частиц корма будет адсорбировано определенное количество консервантов, которое обеспечит безопасное хранение корма и после обработки. Для разработки способа внесения консервантов в растительное сырье необходимо было изучить кинетику и динамику процесса с целью научно-обоснованного выбора технологических режимов и параметров оборудования для создания необходимого технического обеспечения механизации процесса. Решению всех вышеперечисленных вопросов и посвящена настоящая работа.

Целью исследований являлось - разработка ресурсосберегающих способов сохранения влажных кормов (силоса, фуражного зерна, сена и пр.)

Объектами исследований служили объемистые растительные корма - травы и фуражное зерно, технологические, физико-химические свойства консервантов, а также рабочие органы устройств и оборудования, опытные образцы машин, применяемые при заготовке кормов.

Объектами изучения являлись способы и оборудование для хранения консервантов, их транспортировки и внесения в растительное сырье. В результате разработан экспериментальный склад жидких консервантов, мобильный заправщик консер-' вантов и операционная технология применения жидких консервантов с уровнем механизации выше 95%.

Диссертационная работа является результатом выполнения плановых НИР и ОКР ВНИПТИХИМ по заданиям ГКНТ, Госагропрома и Минсельхозпрода РСФСР, РАСХН:

- задание ГКНТ № 378 от 13.06.1984 г. «Разработать и внедрить в РСФСР операционные технологии транспортировки, хранения и внесения консервантов в корма» - 1984-1988 годы;

1 - задания Минсельхозпрода РСФСР 07.02.01. «Усовершенствовать технологию

внесения консервирующих препаратов в корма (силос, сено) в процессе их закладки на стационаре» - 1988-1990 годы.

- задание Гоеагропрома РСФСР 20.002-89 «Отработать в хозяйственных условиях технологию сохранения влажного фуражного зерна вентилированием его смесью консервирующих добавок с воздухом» - 1989-1991 годы.

- задание РАСХН - 02.01.06 «Разработать эффективные технологии и технологич