автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Усовершенствованная технология и смеситель для приготовления сырых кормов из отжатой мезги и сгущенного кукурузного экстракта

На правах рукописи

ПОЛУНКИН Андрей Алексеевич

УСОВЕРШЕНСТВОВАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ И СМЕСИТЕЛЬ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СЫРЫХ КОРМОВ ИЗ ОТЖАТОЙ МЕЗГИ И СГУЩЕННОГО КУКУРУЗНОГО ЭКСТРАКТА

05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

27 НАР 2014

Мичуринск-наукоград РФ 2014

005546385

005546385

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А.Костычева» на кафедре «Механизация животноводства»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Утолин Владимир Валентинович

Официальные оппоненты: Колобов Михаил Юрьевич,

доктор технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Ивановский химико-технологический университет», кафедра механики и компьютерной графики, профессор

Курочкин Анатолии Алексеевич,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Пензенский государственный технологический университет», кафедра пищевых производств, профессор

Ведущая организация: Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский и проектно-технологический институт механизации животноводства Российской академии сельскохозяйственных иаук

Защита диссертации состоится 17 апреля 2014 г. в 13-00 часов на заседании диссертационного совета ДМ 220.041.03 в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Мичуринский государственный аграрный университет» по адресу: 393760, Тамбовская область, г. Мичуринск, ул. Интернациональная, д. 101, зал заседаний диссертационных советов, тел./факс (47545) 5-32-13, E-mail: dissov@mgau.ru.

С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный университет» и на сайте www.mgan.ni. с авторефератом - на сайте Высшей аттестационной комиссии Министерства образования и науки Российской Федерации www.vak.ed.gov.ru.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные и скрепленные гербовой печатью, просим направлять ученому секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан « Я _» '^^АМб'л._2014 года.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат технических наук,доцент В.Ю. Ланцев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. При переработке зерна кукурузы на крахмал в качестве побочных продуктов получают мезгу в отжатом виде и сгущенный кукурузный экстракт. Данные побочные продукты обладают высокими кормовыми показателями, так как богаты белками, углеводами и другими питательными элементами.

В настоящее время большая часть побочных продуктов крахмалопаточного производства, особенно, экстракта не используется, и сбрасывается в окружающую среду, создавая большую экологическую проблему.

Причиной ограниченного использование побочных продуктов крахмалопаточного производства на кормовые цели является, неудовлетворительная однородность продукта при их смешивании и высокая кислотность.

Поэтому задача, направленная на повышение эффективности использования побочных продуктов крахмалопаточного производства путем приготовления из них качественных сырых кормов сельскохозяйственным животным в соответствии с зоотехническими требованиями при снижении *'•■ энергетических затрат и экологического ущерба, являются актуальной.

Степень разработанности темы.

Анализ способов, технологий и технических средств для переработки побочных продуктов крахмалопаточного производства на корм сельскохозяйственным животным, изложенные в работах Богданова А.П., Богданова H.A., Гилядова А.П., Колпакчи А.П., Орешкиной М.В., Романенко В.Н., Трофимова С.А., Утолина В.В., Ульянова В.М., Федяковой В.А., Филипповой И.Ф. и других авторов, показал, что вопрос эффективного использования кукурузного экстракта требует значительной проработки и исследования. Так ввод его в состав кормовой смеси приводит к значительному повышению её кислотности и не соответствии зоотехническим требованиям. При этом на практике отсутствует высокоэффективное оборудование для смешивания сгущенного кукурузного экстракта с отжатой мезгой.

Поэтому изыскание современных технологий переработки побочных продуктов крахмалопаточного производства в качественные корма сельскохозяйственным животным и разработка эффективного смесителя требует дальнейших исследований и изучения.

Цель и задачи. Повышение эффективности приготовления из отжатой мезги и сгущенного кукурузного экстракта в разработанном смесителе сырых кормов за счет улучшения их качества, снижения энергетических и материальных затрат при сокращении вредного воздействия на окружающую среду.

Для достижения указанной цели поставлены задачи исследования:

1 - изучить физико-механические и теплофизические свойства сырого корма из отжатой мезги и сгущенного кукурузного экстракта;

2 - определить направление совершенствования технологии приготовления сырых кормов из отжатой мезги и сгущенного кукурузного экстракта;

3 — разработать конструктивно-технологическую схему смесителя сырого корма;

4 - обосновать теоретически и экспериментально конструктивные и режимные параметры смесителя сырого корма;

5 - провести проверку разработанного смесителя в составе усовершенствованной технологической линии приготовления сырых кормов в

'* производственных условиях, определить экономическую эффективность результатов исследований и предложить рекомендации производству.

Научная новизна диссертационной работы:

- обосновано в технологии получения сырого корма из отжатой мезги и сгущенного кукурузного экстракта, введение в кормовую смесь последнего с предварительной нейтрализацией его кислотности оксидом кальция и гидроксидом натрия;

- численные значения физико-механических и теплофизических свойств сырого корма;

- конструктивно-технологическая схема смесителя;

- теоретические положения по обоснованию усовершенствованной технологии приготовления сырого корма и конструктивно-режимных показателей смесителя;

- результаты экспериментальных исследований разработанного смесителя и усовершенствованной технологии приготовления сырого корма.

Техническая новизна подтверждена патентами на изобретение РФ №2336722 «Способ приготовления сырого корма из побочных продуктов крахмалопаточного производства» и № 2454273 «Комбикормовый агрегат».

Теоретическая и практическая значимость работы. Разработана усовершенствованная технология приготовления сырого корма для сельскохозяйственных животных из отжатой мезги и сгущенного кукурузного экстракта с предварительной нейтрализацией его кислотности и теоретические положения для её обоснования. Данная технология решает проблему утилизации побочных продуктов крахмалопаточного производства. Разработан смеситель отжатой мезги и сгущенного кукурузного экстракта и получены *■'* теоретические зависимости для расчета конструктивно-технологических параметров и режимов его работы, которые подтверждены лабораторными и производственными испытаниями.

Полученные результаты имеют большую практическую значимость для научных и проектных учреждений, сельскохозяйственных, пищевых и перерабатывающих предприятий.

Методология и методы исследования. При проведении теоретических исследований были использованы известные законы химии, теоретической механики и математики. При выполнении экспериментальных исследований использовали известные методики и разработанные на их основе - частные. Качественные показатели получаемых кормов определяли по тестированным методикам. Для осуществления лабораторных и производственных испытаний использовались современные приборы и установки. Обработку данных экспериментальных исследований осуществляли методом математической статистики с использованием ПЭВМ и современных компьютерных программ.

Положения, выносимые на защиту:

- показатели физико-механических и теплофизических свойств сырого корма;

- усовершенствованная технология приготовления сырого корма из отжатой мезги и кукурузного сгущенного экстракта и её теоретическое обоснование.

- конструктивно-технологическая схема смесителя сырого корма;

- теоретические зависимости, обосновывающие параметры и режимы работы смесителя сырого корма

- результаты лабораторных исследований по обоснованию и оптимизации конструктивно-технологических параметров смесителя;

- результаты проверки разработанного смесителя и усовершенствованной технологии приготовления сырого корма из отжатой мезги и сгущенного кукурузного экстракта в производственных условиях.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность научных положений подтверждена достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, применений современных методик и средств обработки результатов экспериментов.

Усовершенствованная технология приготовления сырого корма из отжатой мезги и сгущенного кукурузного экстракта с использованием разработанного смесителя внедрена в ОАО «Ибредькрахмалпатока» Шиловского района Рязанской области.

Корма из побочных продуктов крахмалопаточного производства, приготовленные по разработанной технологии, реализовываются производителям животноводческой продукции Рязанской, Владимировской и Московской областей.

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практических конференциях ФГБОУ ВПО РГАТУ, ФГБОУ ВПО ОГАУ и ФГБОУ ВПО «МГУ им. Н.П. Огарева» с 2008 - 2013г и опубликованы в 11 научных работах, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ и 4 патентах РФ на изобретения.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы и задачи, её народнохозяйственное значение. Представлены основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе «Анализ способов и средств механизации приготовления кормов из побочных продуктов пищевых производств» дан обзор и анализ способов, средств механизации и выполненных исследований по проблеме использования побочных продуктов пищевых производств, в качестве кормов сельскохозяйственным животным.

Вопросами совершенствования технологий и средств механизации приготовления кормов занимались: Гилюк Н.Г., Завражнов А.И., Коньков М.А. Ладур А.И., Лукин Н.Д., Мигорская Л.Г, Некрашевич В.Ф., Орешкина М.В., Романенко В.Н., Ульянов В.М., Утолин В.В., Филиппова Н.И., Штыркова Е.А., и другие. Не смотря, на значительное количество научных исследований вопросы эффективного использования побочных продуктов в том числе

крахмалопаточного производства в качестве кормов остаются актуальными и недостаточно изученными. Обоснована необходимость в усовершенствовании технологии приготовления качественных сырых кормов из отжатой мезги и сгущенного экстракта с применением смесителя для повышения однородности смеси, снижения материальных затрат и сокращения экологического ущерба.

Во втором разделе «Исследование физико-механических и теплофизических свойств сырого корма приготовленного из побочных продуктов крахмалопаточного производства» изложены программа и методика исследований, приведены методы определения динамического и статического коэффициента трения корма, угла его естественного откоса, объемной массы, коэффициентов тепло, температуропроводности и теплоёмкости сырого корма. Представлено описание используемых для проведения опытов установок, приборов и измерительной аппаратуры.

В результате проведенных исследований установлено, что угол откоса сырого корма приготовленного из отжатой мезги и сгущенного кукурузного экстракта при изменении его влажности от 40 до 70% повышается, а в диапазоне его влажности 70 ... 80% стабилизируется.

Значение динамического коэффициента трения по сталям 45 и 08X13 с повышением влажности корма увеличивается и достигает максимума при его влажности 70.. .80%. Величина статического коэффициента трения при повышении влажности корма от 40 до 80% возрастает, достигая максимальных значений при влажности 75.. .80%.

При изменении влажности сырого корма от 40 до 80% его объемная масса увеличивается с 234 до 796 кг/м3

Коэффициенты температуропроводности, теплопроводности и теплоемкость с повышением влажности корма от 20 до 90% соответственно увеличиваются с 0,162 до 1,301 м2/с, с 0,250 до 0,573 Вт/(м К) и с 2140 до 4010 Дж/(кг К).

Результаты исследований физико-механических и теплофизических свойств сырого корма использованы при обосновании параметров технологического оборудования.

В третьем разделе «Теоретическое обоснование усовершенствованной технологии приготовления сырых кормов сельскохозяйственным животным из отжатой мезги и сгущенного экстракта» дано описание предлагаемой технологии приготовления сырого корма и разработанного смесителя. Представлено обоснование применения числа реагентов и их оптимального сочетания для нейтрализации кислотности сгущенного кукурузного экстракта.

Усовершенствованная технологическая линия приготовления сырого корма из отжатой мезги и сгущенного экстракта, работает следующим образом. Предварительно осуществляется нейтрализация кислотности сгущенного кукурузного экстракта В качестве реагентов предлагается использовать оксид кальция и гидроксид натрия из расчета 19 кг СаО и 12 кг ЫаОН на одну тонну сгущенного кукурузного экстракта. Внутренняя емкость нейтрализатора 1 (рис.1) заполняется водой, а внешняя - сгущенным кукурузным экстрактом. Затем во внутреннюю емкость нейтрализатора 1 поочерёдно подаются реагенты оксид кальция из бункера-дозатора 2 и гидроксид натрия из бункера-дозатора 3. В результате реакции реагентов с водой выделяется тепловая энергия, которая

нагревает экстракт, находящийся во внешней ёмкости нейтрализатора. После приготовления водного раствора реагентов, он смешивается со сгущенным кукурузным экстрактом и перекачивается во внешнюю емкость нейтрализатора 1. Вследствие химической реакции водного раствора реагентов с органическими кислотами сгущенного кукурузного экстракта происходит нейтрализация его кислотности до рН=6,0...6,5. Далее сгущенный кукурузный экстракт из нейтрализатора 1, а отжатая мезга из бункера 4 совместно подаются в смеситель 6, где происходит смешивание. Приготовленный сырой корм направляется в бункер накопитель 7.

Сырой корм, полученный из отжатой мезги и сгущенного экстракта, с предварительным нейтрализации его кислотности перед смешиванием (патенты РФ № №2396838, №2422039) по содержанию кальция и натрия не превышает допустимых зоотехнических норм.

1- нейтрализатор; 2, 3 - бункеры-дозаторы реагентов, оксида кальция и гидроксида натрия; 4- бункер-дозатор отжатой мезги; 5 - транспортёр отжатой мезги; 6 - смеситель; 7-бункер накопитель сырого корма

Рисунок 1 - Технологическая линия приготовления сырого корма из отжатой мезги и сгущенного кукурузного экстракта.

Конструктивно-технологическая схема предлагаемого смесителя сырого корма (патент РФ № 2454273) представлена на рисунке 2.

В корпусе 1 установлен шнек-смеситель 2, состоящий из полого вала 3 на котором, последовательно расположены шнековый конвейер 4 и полые лопасти 5, расположенные по винтовой линии. Вал 3 шнека-смесителя 2 установлен таким образом, что он совершает вращательные движения, передаваемые от привода (не показан) и возвратно поступательные в направлении осевой линии. Корпус 1 смесителя имеет входную горловину 6, на которую установлен приёмный бункер 7 для отжатой мезги. Со стороны

1

7_

входной горловины смеситель имеет устройство подачи нейтрализованного сгущенного экстракта. Оно содержит камеру 8 для сгущенного экстракта с мембраной 9, опору 10 для крепления вала шнека смесителя. Внутри камеры 8 установлена пружина 11, закреплен одним концом на неподвижном корпусе, а вторым на опоре 10. Камера 8 соединена с емкостью 12 для временного хранения нейтрализованного сгущенного экстракта трубопроводом с обратным клапаном 13.

Смеситель работает следующий образом. Отжатая мезга через приёмный бункер 7 и входную горловину 6 подается в камеру смесителя. Далее транспортируется в зону смешивания, при этом шнек-смеситель 2 - стремится переместиться, преодолевая усилие пружины 11, по направлению к камере 8, выгибая мембрану 9, от чего уменьшается объём в камере 8, что ведет к повышению давления. Клапан 13 закрывается и сгущенный экстракт через полости вала 3 и лопастей 5 подается в зону смешивания. Корпус смесителя , при работе, заполняется мезгой примерно на 50%. При выходе конца шнековой навивки 4 из транспортируемой порции мезги сила воздействия на шнек-смеситель 2 уменьшается, и за счет воздействия пружины 11 он перемещается по направлению к выгрузной горловине. При этом в камере 8 происходит понижение давления, клапан 13 открывается, в камеру 8 из емкости 12 поступает сгущенный экстракт. Далее конец шнековой навивки 4 входит в следующую порцию мезги, транспортируемой по направлению к камере 8. Смешивание с одновременным перемещением отжатой мезги и нейтрализованного сгущенного экстракта осуществляется за счет лопастей 5. За один оборот шнек-смеситель совершает одно колебательное движение.

12.....11

.1 6 13 2

............................: \.....

п гм

li.Tr

А/ 'V 9 Ю А 5

Рисунок 2 - Схема разработанного смесителя (позиции в тексте).

Исходя из конструкции смесителя, его производительность (кг/с) будет;

<?= Ог+Ог, (1)

где <?2~ подача соответственно отжатой мезги и сгущенного кукурузного экстракта, кг/с.

Определим подачу отжатой мезги, ()|, кг/с

Известно также выражение, для определения производительности (¡>ь кг/с шнековых машин:

& = (2) где Уср - средняя осевая скорость перемещения массы, м/с; Вшн- наружный диаметр шнека, м; Атр- диаметр внутренней трубы шнека, м; <р- коэффициент заполнения; объемная масса отжатой мезги, кг/м3.

Производительность смесителя по сгущенному экстракту кг/с, определяли как

02 = К«г2 (3)

где V - объем сгущенного кукурузного экстракта подаваемого за один оборот

шнека-смесителя, м3 ;п - частота вращения шнека, с-1; у7- плотность

сгущенного кукурузного экстракта, кг/м3.

Подставим в выражение (1) выражения (2) и (3), получим:

в = - О ■ ■»V-Г ■ (р + Упу2 , кг/с (4)

Для определения средней осевой скорости перемещения сырого корма (^ср)) необходимо рассмотреть характер движение частицы по шнековой навивке смесителя.

На рисунке 3 представлена поверхность геликоида, отражающая поверхность шнека.

K,ij

I О

Рисунок 3- Поверхность геликоида. Рисунок 4 - Схема для расчёта векторных

уравнений

Уравнения прямого геликоида в параметрической форме имеет вид: х = х(щи)=и ■ eos и у - y(lllü)= и ■ sin и z=(}i\v)=b -v

Начальные условия для определения положения частицы перемещаемой шнеком.

и = Р (¿,и,и,а};и,й,со), и = и,о,а>;и,и,а>^, а = Н (¿,и,и,а>; и, и, ¿и). Полученные дифференциальные уравнения имеет вид:

л/м2+6:

и +

И

\1и

(о - + 2сой - 2 ш],

^и2+Ь2 о2

г

-—■ Ьии + — ■ Ьии

л/й2

(Ьй + а)=

и +1 —ий +

^и2 +Ь'

"г л/«2+62

и

\[й~2

-——■Ь)

л/м2 •()' +

м

■ [^вт (и - 2<вг/ - 2шЗ],

(6)

(7)

г/ц—р ^г V и2 + Ь2

л/м2+Ь2 Ц

■[£зт(о-^) + 2йш-2ш)]. (8)

Уравнения затруднительно решить аналитическим способом, поэтому решение было выполнено численным методом с использованием компьютерной программы «МаШсас! 14». В результате получили выражение для определения средней осевой скорости о , (м/с), перемещения корма:

=7,87-(и + 12,5)0'064 -9,25 (9)

Для определения производительности подающего устройства сгущенного кукурузного экстракта была рассмотрена схема ( рис 5).

Объем сгущенного экстракта, вытесняем за один цикл V, м3, найдем как объем усеченного конуса за исключением объема занимаемый цапфой.

У=У^УЦ (10)

где Ук - объем усеченного конуса, образуемый при прогибе мембраны, м3

Уц - объем занимаемый цапфой, м3

¥к = -лА(г? + Г| • г2 + г22)

Уц = ят}А, м3

где г., г2 - радиус, соответственно, камеры подающего устройства экстракта, и цапфы, м;

1г - высота усеченного конуса

Ь = А, м (12)

В результате объем вытисняемого сгущенного кукурузного экстракта находим как:

V = яА г*)

(13)

\

\

\

\

Рисунок 5 - Схема подающего устройства сгущенного кукурузного экстракта.

После подставки выражение 13 в формулу 3, производительность подающего устройства нейтрализованного сгущенного экстракта (¡2, кг/с, определяется:

а2=пАпу/ + Г^Г> -г?). (14)

В четвёртом разделе «Исследование процесса смешивания мезги и сгущенного кукурузного экстракта в лабораторных условиях» изложены программа и методики исследований, приведено описание лабораторной установки (рис. 6), оборудования и приборов, представлены результаты исследований. Обработка полученных данных проводилась с использованием программ «МаШетаика 4.2» и «81а118Нса 6.0» с помощью ЭВМ.

Рисунок 6 - Общий вид лабораторной установки.

В результате лабораторных исследований процесса смешивания отжатой мезги и сгущенного кукурузного экстракта были получены графические зависимости.

Анализируя графическую зависимость (рис. 7), следует отметить, что с увеличением частоты вращения рабочего органа смесителя от 60 до 120мин-1 производительность повышается с 3,0 до 4,2т/ч. При дальнейшем повышении частоты вращения рабочего органа от 120 до 140 мин"1 производительность изменяется с 4,3 до 4,5т/ч. Замедление роста производительности, связано с уменьшением амплитуды осевого перемещения мембраны устройства подающего сгущенный кукурузный экстракт.

С), т/ч

60 70 80 90 100 110 120 130 140

Рисунок 7 - Графическая зависимость производительности (()) смесителя от частоты вращения рабочего органа (п).

Из графической зависимости (рис 8) следует, что при увеличении частоты вращения рабочего органа с 60 до 100 мин"1, его амплитуда осевого перемещения возрастает: при массе груза возвратного устройства 5,0 кг от 34 до 41мм, при 10,0 кг от 50,0 до 60 мм и при 15кг от 24 до 28 мм. При дальнейшем увеличении частоты вращения рабочего органа с 100 до 140 мин"1 амплитуда его осевого перемещения уменьшается при 5,0кг от 41 до 33мм, при 10кг от 60 до 53мм и при 15,0кг от 28 до 24мм.

Из графической зависимости, (рис. 9) видно, что при повышении частоты вращения рабочего органа от 60 до 100 мин"1, производительность подающего устройства экстракта увеличивается при диаметре отверстий жиклеров смешивающих лопастей 2, 4, 6 мм соответственно от 0,53 до 0,66т/ч; от 0,63 до 0,79т/ч; от 0,71 до 0,86т/ч. При дальнейшем увеличении частоты вращения рабочего органа смесителя от 100 до 140мин"'производительность подающего

устройства экстракта снижается при диаметре отверстий жиклеров смешивающих лопастей 2, 4, 6 мм соответственно от 0,66 до 0,59т/ч; от 0,79 до 0,70 т/ч; от 0,86 до 0,81т/ч.

(.....................—.....

:• 0,725х + 4,2

« ? кг

....... 10 кг

Рисунок 8 — Графические зависимости амплитуды осевого перемещения рабочего органа смесителя (А), от его частоты вращения (п) и массы груза возвратного устройства (т).

О. т/и (1.9

0.8

0.7

...............................^.С.

у У

Г \

/

< у?'*' ..........

♦И» в 0=4»

4.0=6»

Рисунок 9 - Графические зависимости производительности ((}) подающего устройства экстракта, от частоты вращения (п) рабочего органа смесителя.

Для выявления оптимальных конструктивно-технологических параметров и режимов работы модели смесителя при смешивании сгущенного кукурузного экстракта и отжатой мезги был проведён трёхфакторный эксперимент. Конструктивно-технологические параметры, при которых реализуется работоспособность модели смесителя зависят, в первую очередь от частоты вращения рабочего органа, амплитуды колебаний мембраны подающего

устройства и диаметра отверстии лопастей, через которые происходит подача кукурузного экстракта в зону смешивания.

В результате обработки результатов эксперимента на ЭВМ получены следующие адекватные модели регрессии.

Для определения степени однородности сырого корма 6= - 9,0 + 0,50625х - 0,0021875х2 + 1,925у - 0,0025 ху - 0,015у2 + + 11,5 г + 0,05x7 - 0,05уг - 1,65625 г2 где х, у, г - значение факторов, в матрице плана они были обозначены хь х2, х3 соответственно.

Для определения затрачиваемой удельной энергии N =-0,19375 - 0,0345х + 0,0002125х2 + 0,09275у - 0,000125ху -0,00007у2 — 0,108125г + 0,0000625хг + 3,40931 х Ю2у2 + + 0,013125г2

Полученные математические модели позволяют расчетным путем найти численные значения степени однородности сырого корма затрачиваемой удельной мощности в пределах варьирования уровней факторов эксперимента.

Модель регрессии второго порядка, адекватно отражающая процесс смешивания кукурузной мезги и сгущенного экстракта, была исследована для выявления оптимальных параметров степени однородности смеси и удельного расхода энергии. С целью с помощью компьютерной программы (^айзйса» построены графические зависимости частных сечений степени однородности кормовой смеси и удельного расхода энергии при фиксированных значениях частоты вращения рабочего органа смесителя, амплитуды колебания мембраны и диаметра отверстий лопастей (рис. 10).

■ 0,72

ШОУ 110.68

0 0.66

1 10.64

И 0.62

■ 0.6

Рисунок 10-Поверхность отклика, характеризующая степень однородности смеси (А) и удельный расход энергии (Б) от амплитуды колебаний мембраны и диаметра отверстия лопастей при частоте вращения рабочего органа 80 мин"1.

Исходя из результатов, проведенных лабораторных исследований процесса смешивания отжатой мезги и нейтрализованного сгущенного экстракта следует, что полученная степень однородности смеси соответствует зоотехническим требования, предъявляемым к подобным кормам.

Определение численных значений факторов, при которых реализовано условие минимального удельного расхода энергии, проводили путём шаговой

обработки экспериментальных данных с учетом принятых ограничений. В результате анализа полученных графических зависимостей были установлены диапазоны значений факторов и шаг их изменения: частота вращения рабочего органа 95... 105 мин"1, шаг 5 мин"1; амплитуда колебаний 50...54мм, шаг 2мм; диаметр отверстия смешивающих лопастей 2...6мм, шаг 1 мм.

В результате шаговой обработки полученных данных выявлены числовые значения оптимальных факторов: при частоте вращения рабочего органа в диапазоне от 95 до 105 мин"1 амплитуда колебаний составляет 50мм, диаметр отверстия лопастей - 4мм, удельные затраты энергии составляют с 0,54... 0,56 кВтхч/т.

В пятом разделе «Исследование смесителя в производственных условиях» изложена программа, методика и расчёт экономической эффективности разработанного смесителя и технологии приготовления сырого корма.

На основании результатов теоретических и лабораторных исследований процесса смешивания мезги и сгущенного кукурузного экстракта была разработана техническая документация и изготовлен опытный образец смесителя.

Разработанный смеситель и усовершенствованная технология приготовления сырого корма из отжатой мезги и сгущенного экстракта внедрены в производство ОАО «Ибредькрахмалпатока» Шиловского района, Рязанской области (рис. 11).

Производственные испытания показали, что применение разработанного смесителя отжатой мезги и сгущенного кукурузного экстракта в технологической линии приготовления сырого корма из побочных продуктов крахмалопаточного производства позволяет производить качественные корма, отвечающие зоотехническим требованиям.

Производительность разработанного смесителя при смешивании отжатой мезги и нейтрализованного сгущенного кукурузного экстракта составила 5,4 т/ч. Удельный расход энергии составил 0,75 кВтхч/т. Средняя степень однородности приготовленного сырого корма составила 93%.

За время производственных испытаний смесителя был приготовлен сырой корм из отжатой мезги и нейтрализованного сгущенного кукурузного экстракта в объёме 125 тонн, который реализовывался производителям сельскохозяйственной продукции Рязанской, Владимировской и Московской областей.

Рисунок 11 - Общий вид разработанного смесителя в цехе приготовления сырого корма.

Расчет показателей экономической эффективности показал, что внедрение предложенной усовершенствованной технологии приготовления сырого корма позволит получить дополнительную прибыль от реализации, ранее сбрасываемого в окружающую среду сгущенного кукурузного экстракта, в размере 5067732 рубля. Внедрение в производство разработанного смесителя сократит себестоимость сырого корма. Годовой экономический эффект составит 53069 рубля. Срок окупаемости разработанного смесителя составит 2,2 года.

Заключение

1. Установлено, что численные значения физико-механических свойств сырого корма, приготовленного из отжатой мезги и нейтрализованного сгущенного кукурузного экстракта, зависят от относительной влажности. При её повышении с 40 до 80% угол естественного откоса увеличивается с 44 до 49 . Также повышаются статический и динамический коэффициенты трения по стали 45 ГОСТ 1050-88 и стали 08X13 ГОСТ 56532-72. Статический коэффициент трения увеличивается с 0,7 до 1,2 и с 0,54 до 0,74, а динамический коэффициент с 0,74 до 1,0 и с 0,66 до 0,78 соответственно.

При повышении относительной влажности сырого корма с 20 до 80% происходит увеличение теплоёмкости с 2140 до 4010Дж/(кгК), коэффициентов температуропроводности с 0,162 до 1,301Вт/(мК) и теплопроводности с 0,250 до 0,573 Вт/(м К).

2. Предложенная усовершенствованная технология приготовления сырого корма из побочных продуктов крахмалопаточного производства заключается в смешивании отжатой мезги и сгущенного кукурузного экстракта с предварительной нейтрализацией его кислотности до рН=6,0...6,5.

3. Конструктивно-технологическая схема смесителя должна содержать корпус, снабженный мембраной с возвратным устройством, которая защемлена по периметру в зоне входной горловины с образованием камеры сгущенного экстракта и шнек-смеситель. Он выполнен в виде винтового конвейера и полых лопастей, последовательно расположенных на общем валу, полости которых сообщены между собой и с камерой сгущенного экстракта. Шнек-смеситель установлен в опорах мембраны и корпуса с возможностью совершать вращательные и возвратно-поступательные движения вдоль своей оси.

4. Установлено, что производительность разработанного смесителя зависит от его геометрических параметров, диаметра отверстий полых лопастей, частоты вращения и амплитуды колебаний шнека-смесителя.

С повышением частоты вращения шнека-смесителя с 1,0 до 1,83 с"1 производительность смесителя повышается 3,0 до 4,2 т/ч, дальнейшее увеличение частоты вращения рабочего органа ведет к незначительному увеличению производительности из-за снижения амплитуды, осевого перемещения мембраны устройства подающего сгущенный экстракт.

Амплитуда осевого перемещения шнека-смесителя при увеличении его частоты вращения с 1,0 до 1,67 с"1 возрастает при массе груза возвратного устройства 5,0 кг с 0,034 до 0,041 м, 10,0 кг-с 0,05 до 0,06 м и 15 кг-с 0,024 до 0,028 м соответственно. При дальнейшем увеличении частоты вращения шнека-смесителя с 1,67 до 2,33 с"1 амплитуда его колебаний уменьшается при массе груза возвратного устройства 5,0 кг с 0,041 до 0,033 м, 10,0 кг - с 0,06 до 0,053 м и 15,0 кг - с 0,028 до 0,024 м соответственно. Максимальное значение амплитуды достигается при частоте вращения от 1,5 до 1,83 с"1 и массе груза возвратного устройства 10,0 кг.

При повышении частоты вращения шнека-смесителя с 1,0 до 1,67 с'1 и диаметрах отверстий жиклёров полых лопастей 0,002м, 0,004м и 0,006м подача

сгущенного экстракта из камеры сгущенного экстракта смесителя увеличивается с 0,53 до 0,66 т/ч; с 0,63 до 0,79 т/ч; с 0,71 до 0,86 т/ч соответственно, а при частоте вращения шнека-смесителя от 1,67 до 2,33 с"1 подача сгущенного экстракта снижается. Так при диаметрах отверстий жиклёров полых лопастей 0,002, 0,004 и 0,006м подача сгущенного экстракта изменяется с 0,66 до 0,59 т/ч; с 0,79 до 0,70 т/ч; с 0,86 до 0.81 т/ч соответственно. Максимальное значение подачи экстракта из камеры экстракта смесителя достигается при частоте вращения в диапазоне 1,5...2,0 с"1 и диаметре отверстий жиклёров полых лопастей 0,006 м.

5. В результате многофакторного эксперимента установлены оптимальные параметры разработанного смесителя: при частоте вращения в диапазоне от 1,58 до 1,75с"1 амплитуда колебаний составляет 0,05 м, диаметр отверстия жиклёров полых лопастей - 0,004 м. Эти параметры обеспечивают степень однородности смеси от 90 до 96% при удельном расходе энергии от

0.54.до 0,59 кВт ч/т.

6. Применение разработанной усовершенствованной технологии и разработанного мсмесителя для приготовления сырых кормов позволяют готовить корм, отвечающий зоотехническим требованиям и исключает экологический ущерб окружающей среде. Годовой экономический эффект от внедрения усовершенствованной технологии приготовления сырого корма из разработанного смеси отжатой мезги и нейтрализованного сгущенного кукурузного экстракта с применением смесителя при приготовлении 45749 тонн составил 5067732 и 53069 руб соответственно. Срок окупаемости разработанного смесителя составит 2,2 года.

Перспективы дальнейшей разработки темы

В дальнейшей перспективе научных исследований необходимо уделить внимание разработке технологий и технических средств, направленных на комплексное использование всех получаемых побочных продуктов крахмалопаточного производства, таких как отжатая мезга, сгущенный кукурузный экстракт, пелева, дробленое зерно кукурузы, жмых с целью приготовления полнорационных комбинированных кормов как рассыпных, так и гранулированных для различных видов и половозрастных групп сельскохозяйственных животных.

Основные положения опубликованы в следующих работах

в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Полункин, A.A. Нейтрализатор кислотности сгущенного экстракта / Ульянов В.М., Утолин В.В., Коньков М.А., Полункин A.A. /Механизация и электрификация сельского хозяйства, -2011.-№ 2. - С. 15-17.

2. Полункин, A.A. Шнеково-лопастной смеситель для приготовления кормов / Ульянов В.М., Утолин В.В., Полункин A.A., Гришков Е.Е. /Механизация и электрификация сельского хозяйства, -2013. — № 6. — С. 11 - 12.

в патентах на изобретения

3. Патент на изобретение РФ №2396838, А23К, 1/00,1/16/. Способ приготовления сырого корма из побочных продуктов крахмалопаточного производства /Утолин В.В., Коньков М.А., Полункин A.A., Счастливова Н.В. -№2009109478/13; Заявл. 16.03.2009; опубл. 20.08.2010, Бюл.№23. - Зс.: ил.

4. Патент на изобретение РФ № 2454273, A23N17/00/ Комбикормовый агрегат/ Ульянов В.М., Утолин В.В., Коньков М. А., Полункин A.A., Счастливова Н.В. - № 2010116889/05 Заявл. 28,04,10., опубл. 27.06.2012, Бюл.№18. - Зс.: ил

5. Патент на изобретение РФ № 2473292 A23N17/00/ Устройство для приготовления известкового молока/ Ульянов В.М., Утолин В.В., Коньков М.А., Полункин A.A., Счастливова Н.В. - №2010102045/13 Заявл. 22,01,2010., опубл 27.01,2013, Бюл.№ 21. - Зс.: ил

61 Патент на изобретение РФ №2422039, А23 К, 1/00,1/16/. Способ приготовления сырого корма из побочных продуктов крахмалопаточного производства /Утолин В.В., Коньков М.А., Полункин A.A., Счастливова Н.В. -№2009109478/13; Заявл. 02.03.2010; опубл. 27.06.2011, Бюл.№24. - Зс.: ил В других изданиях:

7. Полункин, A.A. Физико-механические и реологические свойства сырого кукурузного корма /Утолин В.В., Коньков М.А., Полункин А.А, Счастливова Н.В. //Сборник научных трудов профессорско-преподавательского состава и аспирантов инженерно экономического института: Сб. науч. тр. // Ряз. гос. агротех. ун-т. - Рязань, 2009. - С. 119 - 126.

8. Полункин, A.A. Способ выделения белковой массы из кукурузного экстракта /Утолин В.В, Коньков М.А., Счастливова Н.В., Полункин A.A. //Актуальные проблемы и их инновационные решения в АПК: Сб. науч. тр. //Ряз. гос. агротех. ун-т. -Рязань, 2011.-С. 78-81.

9. Полункин, A.A. Смеситель для приготовления сырых кормов из побочных продуктов крахмалопаточного производства / Утолин В.В., Коньков М.А., Полункин A.A., Счастливова Н.В. //Инновационные технологии и средства механизации в растениеводстве и животноводстве: Сб. науч. тр. по мат. международ, практ. конф.// Ряз. гос. агротех. ун-т. - Рязань, 2011. - С. 114-118. Ю.Полункин, A.A. Физико-механические свойства сырого корма приготовленного из побочных продуктов крахмалопаточного производства./ Утолин В.В., Полункин A.A., Гришков Е.Е. // Инновационные направления и методы реализации научных исследований в АПК: Сб. науч. тр. преп. и асп.// Ряз. гос. агротех. ун-т. - Рязань, 2012. - С. 103 - 106.

11. Полункин, A.A. Агрегат для приготовления кормов из вторичных продуктов крахмалопаточного производства./ Утолин В.В., Полункин A.A.// Энергоэффективные и ресурсосберегающие технологии и системы.// Сб. науч. тр. по мат. международ, практ. Конф// Сар. гос. агротех. ун-т. - Саранск, 2012. -С. 249-251.

Бумага офсетная. Гарнитура Times. Печать лазерная Усл. пей. л. J Тираж ¡00 экз. Заказ Ks 1091 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Рязанский государственный агротехнологическийуниверситет имени П. А. Костычева» 390044 г. Рязань, ул. Костычева, 1 Отпечатано в издательстве учебной литературы и учебно-методических пособий ФГБОУ ВПО РГАТУ 390044 г. Рязань, ул. Костычева, 1

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ«РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ П.А. КОСТЫЧЕВА»

На правах рукописи

Полункин Андрей Алексеевич

УСОВЕРШЕНСТВОВАННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ И СМЕСИТЕЛЬ ДЛЯ ПРИГОТОВЛЕНИЯ СЫРЫХ КОРМОВ ИЗ ОТЖАТОЙ МЕЗГИ И СГУЩЕННОГО КУКУРУЗНОГО ЭКСТРАКТА

Специальность 05.20.01 - Технологии и средства механизации

сельского хозяйства

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Утолин В.В.

Рязань-2014

Содержание

Аннотация 5

Введение 7

1. Анализ способов и средств механизации приготовления кормов

из побочных продуктов пищевых перерабатывающих производств, 12

1.1 Анализ использования побочных продуктов пищевых перерабатывающих промышленностей в качестве кормов сельскохозяйственным

12

животным.

1.2 Анализ существующих способов приготовления кормов из побочных продуктов пищевых перерабатывающих производств. 17

1.3 Анализ средств механизации используемых для приготовления корма. 26

1.4 Анализ выполненных результатов исследований по проблеме смешивания кормов. 34

1.5 Цель работы и задачи исследования 44

2. Исследование физико-механических и теплофизических свойств сырого корма приготовленного из побочных продуктов

крахмалопаточного производства. 45

2.1 Программа и методика исследований 45

2.2 Методики проведения лабораторных исследований. 52

2.2.1 Методика определения угла естественного откоса сырого корма. 46

2.2.2. Методика определения объёмной массы (насыпного веса) сырого корма.

2.2.3 Методика определения влияния влажности на динамический и и статистический коэффициент трения сырого корма по стали.

2.2.4 Определение теплофизических свойств сырого корма. 51

2.3 Результаты исследования физико - механических итеплофизических свойств сырого корма

48

49

55

Выводы 65

3.Теоретическое обоснование приготовления кормов ^

сельскохозяйственным животным из побочных продуктов

крахмалопаточного производства.

3.1.Технология приготовления сырого корма для сельскохозяйственных животных из побочных продуктов крахмалопаточного производства. 67

3.2. Конструктивно - технологическая схема смесителя. 70

3.3. Расчет производительности смесителя. 73

3.3.1. Математическая модель шнека. 74

3.3.2. Вывод уравнений относительного движения частиц по шнеку. 80

3.3.3. Вывод уравнений движения самого шнека. 85

3.3.4.Преобразование уравнений движения с использованием уравнений шнека. 86

3.3.5. Формулирование начальных условий. 91

3.3.6.Пересчет координат из вращающейся системы в неподвижную и 96 обратно.

3.3.7. Расчет производительности подающего устройства 99 нейтрализованного сгущенного кукурузного экстракта.

Выводы. 101

4. Исследование процесса смешивания мезги и кукурузного экстракта в лабораторных условиях. 103

4.1 Программа исследований 103

4.2 Лабораторная установка 104

4.3 Методика лабораторных исследований. 112

4.3.1 Методика определения зависимости производительности смесителя

от частоты вращения рабочего органа. 112

4.3.2 Методика определения зависимости амплитуды осевого перемещения рабочего органа смесителя от его частоты вращения и массы груза возвратного устройства. 114

4.3.3 Методика определения зависимости производительности подающего устройства экстракта от частоты вращения рабочего органа смесителя. 116

4.3.4 Планирование многофакторного эксперимента. 117 4.4 Результаты лабораторных исследований процесса смешивания отжатой мезги и сгущенного кукурузного экстракта с применением

смесителя. 120

4.4.1 Результаты исследования зависимости производительности смесителя от частоты вращения рабочего органа. 122

4.4.2 Результаты исследования зависимости амплитуды осевого перемещения рабочего органа смесителя от его частоты вращения и массы груза возвратного устройства. 125

4.4.3 Результаты исследований многофакторного эксперимента

4.4.4. Сходимость результатов теоретических и лабораторных 128

исследований 142

Выводы 143

5. Испытание смесителя в производственных условиях. 145

5.1 Программа и методика производственных исследований 145

5.2 Результаты производственных испытаний разработанного смесителя. 150

5.3 Расчет показателей экономической эффективности разработанной технологии и смесителя для приготовления сырого корма. 152 Выводы 161 Общие выводы и рекомендации производству 162 Библиографический список 165 Приложения 177

Аннотация

Целью диссертационного исследования является повышение эффективности использования побочных продуктов крахмалопаточного производства путем смешивания отжатой мезги и сгущенного кукурузного экстракта с применением разработанного смесителя, что обеспечивает снижение экологического ущерба и приводит к улучшению качества готового корма.

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель работы и ее народно-хозяйственное значение. Приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе дан обзор и анализ способов, средств механизации и выполненных исследований по проблеме использования побочных продуктов пищевых производств, в качестве кормов сельскохозяйственным животным. Обоснована необходимость в разработки технологии использования отжатой мезги сгущенного экстракта, с применением разработанного смесителя для приготовления кормов с/х животным и сокращения экологического ущерба за счет использования данных побочных продуктов в полном объеме.

Во втором разделе изложены программа и методика исследований, приведены методы определения динамического и статического коэффициента трения корма, угла его естественного откоса, объемной массы, коэффициентов теплопроводности и температуропроводности, теплоёмкости сырого корма. Представленно описание используемых для проведения опытов приборов и измерительной аппаратуры.

В третьем разделе дано описание предлагаемого смесителя и технологи приготовления сырого корма. Представлено обоснование применения оптимального сочетания реагентов для нейтрализации кислотности сгущенного кукурузного экстракта и их количества

В четвертом разделе изложены программа и методики исследований, приведено описание лабораторной установки, оборудования и приборов, представлены результаты исследований. Обработка полученных данных

проводилась согласно приведенной методике программ «МаШетайка 4.2» и (^айзйса 6.0» с помощью ЭВМ

В пятом разделе изложена программа, методика и расчёт экономической эффективности разработанного смесителя и технологии приготовления сырого корма.

Сделаны выводы и даны рекомендации по внедрению разработанной технологии и смесителя. Представлены список используемой литературы и приложения.

Введение

Актуальность темы исследования. При переработке зерна кукурузы на крахмал в качестве побочных продуктов получают мезгу в отжатом виде и сгущенный кукурузный экстракт. Данные побочные продукты обладают высокими кормовыми показателями, так как богаты белками, углеводами и другими питательными элементами.

В настоящее время большая часть побочных продуктов крахмалопаточного производства, особенно, экстракта не используется, и сбрасывается в окружающую среду, создавая большую экологическую проблему.

Причиной ограниченного использование побочных продуктов крахмалопаточного производства на кормовые цели является значительные транспортные издержки, недостаточная однородность продукта при их смешивании и высокая кислотность.

Поэтому задача, направленная на повышение эффективности использования побочных продуктов крахмалопаточного производства путем приготовления из них качественных сырых кормов сельскохозяйственным животным в соответствии с зоотехническими требованиями при снижении энергетических затрат и экологического ущерба, являются актуальной.

Степень разработанности темы.

Анализ способов, технологий и технических средств для переработки побочных продуктов крахмалопаточного производства на корм сельско-хозяйственным животным, изложенные в работах В.А. Федяковой, М.В. Орешкиной, В.М. Ульянова, А.П. Гилядова, А.П. Богданова, С.А. Трофимова, Н.А. Богданова, А.П. Колпакчи, В.Н. Романенко, И.Ф. Филипповой и других авторов, показал, что, остается узким вопросом использование в полном объеме кукурузного экстракта. Так ввод его в состав кормовой смеси приводит к значительному повышению её кислотности и не соответствии зоотехническим требованиям. При этом на практике

отсутствует высокоэффективное оборудование для смешивания сгущенного кукурузного экстракта с отжатой мезгой.

Поэтому изыскание современных технологий переработки побочных продуктов крахмалопаточного производства в качественные корма сельскохозяйственным животным и разработка высокоэффективного смесителя требует дальнейших исследований и изучения.

Цель и задачи. Повышение эффективности приготовления из отжатой мезги и сгущенного кукурузного экстракта в разработанном смесителе сырых кормов за счет улучшения их качества, снижения энергетических и материальных затрат при сокращении вредного воздействия на окружающую среду.

Для достижения указанной цели поставлены задачи исследования:

1 — изучить физико-механические свойства сырого корма из отжатой мезги и сгущенного кукурузного экстракта;

2 - определить направление совершенствования технологии приготовления сырых кормов из отжатой мезги и сгущенного кукурузного экстракта;

3 - разработать конструктивно-технологическую схему смесителя сырого корма;

4 - обосновать теоретически и экспериментально конструктивные и режимные параметры смесителя сырого корма;

5 - провести проверку разработанного смесителя в составе технологической линии приготовления сырых кормов в производственных условиях и определить экономическую эффективность результатов исследований, предложить рекомендации производству.

Научная новизна диссертационной работы:

- обосновано в технологии получения сырого корма из побочных продуктов крахмалопаточного производства, таких как отжатая мезга и сгущенный кукурузный экстракт, введение в кормовую смесь последнего с предварительной нейтрализацией его кислотности оксидом кальция и гидроксидом натрия;

- численные значения физико-механических и теплофизических свойств сырого корма;

- конструктивно-технологическая схема смесителя;

- теоретические положения по обоснованию технологии приготовления сырого корма и конструктивно-режимных показателей смесителя;

- результаты экспериментальных исследований смесителя и технологии приготовления сырого корма.

Техническая новизна подтверждена патентами на изобретение РФ №2336722 «Способ приготовления сырого корма из побочных продуктов крахмалопаточного производства» и № 2454273 «Комбикормовый агрегат».

Теоретическая и практическая значимость работы. Разработана технология приготовления сырого корма для сельскохозяйственных животных из побочных продуктов крахмалопаточного производства с предварительной нейтрализацией сгущенного кукурузного экстракта и теоретические положения для её обоснования. Данная технология решает проблему утилизации побочных продуктов крахмалопаточного производства. Разработан смеситель отжатой мезги и сгущенного кукурузного экстракта и получены теоретические зависимости для расчета конструктивно-технологических параметров и режимов его работы, которые подтверждены лабораторными и производственными испытаниями.

Полученные результаты имеют большую практическую значимость для научных и проектных учреждений, сельскохозяйственных, пищевых и перерабатывающих предприятий.

Методология и методы исследования. При проведении теоретических исследований были использованы известные законы химии, теоретической механики и математики. При выполнении экспериментальных исследований использовали известные методики и разработанные на их основе - частные. Качественные показатели получаемых кормов определяли по тестированным

методикам. Для осуществления лабораторных и производственных испытаний использовались современные приборы и установки. Обработку данных в экспериментальных исследований осуществляли методом математической статистики с использованием ПЭВМ и современных компьютерных программ.

Положения, выносимые на защиту:

- показатели физико-механических и теплофизических свойств сырого корма;

- усовершенствованная технология приготовления сырого корма из отжатой мезги и кукурузного сгущенного экстракта и её теоретическое обоснование.

- конструктивно-технологическая схема смесителя сырого корма;

- теоретические зависимости, обосновывающие параметры и режимы работы смесителя сырого корма

- результаты лабораторных исследований по обоснованию и оптимизации конструктивно-технологических параметров смесителя;

- результаты проверки разработанного смесителя и усовершенствованной технологии в производственных условиях.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность научных положений подтверждена достаточной сходимостью результатов теоретических и экспериментальных исследований, применений современных методик и средств обработки результатов экспериментов.

Усовершенствованная технология приготовления сырого корма из отжатой мезги и сгущенного кукурузного экстракта с использованием разработанного смесителя внедрена в ОАО «Ибредькрахмалпатока» Шиловского района Рязанской области.

Корма из побочных продуктов крахмалопаточного производства, приготовленные по разработанной технологии, реализовываются производителями животноводческой продукции Рязанской, Владимировской и Московской областей.

Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практических конференциях ФГБОУ ВПО Рязанского ГАТУ (2008 - 2013 гг.), ФГБОУ ВПО Мордовский ГУ (2012 г.), ФГБОУ ВПО Орловского ГАУ (2012 г.) и опубликованы в 10 научных работах, в том числе 2 в изданиях рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ и 4 патентах РФ на изобретения.

1. Анализ способов и средств механизации приготовления кормов

из побочных продуктов пищевых перерабатывающих производств.

1.1 Анализ использования побочных продуктов пищевых

перерабатывающих промышленностей в качестве кормов сельскохозяйственным животным

Одним из направлений решения проблемы обеспечения сельскохозяйственных животных качественными кормами является максимальное использование побочных продуктов пищевых перерабатывающих производств.

Использование побочных продуктов в рационах кормления сельскохозяйственных животных позволяет значительно сократить белковый дефицит при этом снизить себестоимость получаемой продукции.

Рассмотрим наиболее близкие по агрегатным, химическим и питательным свойствам побочные продукты пивоваренной, спиртовой и крахмалопаточной промышленности.

Основным побочным продуктом пивоваренного производства является пивная дробина. Доля образования пивной дробины составляет 32% от массы производимого пива [13, 43,]. Химический состав пивной дробины представлен в таблице 1.1.

Таблица 1.1- Химический состав пивной дробины

Наименование Влажность, % Белок, % Жир, % Клетчатка, % БЭВ, % Зола,%

Пивная дробина 82,9 3,9 13 3,5 8,0 2.1

Питательная ценность одного килограмма пивной дробины влажностью 82,9% составляет от 0,17 до 0,23 к.е., при этом содержание перевираемого протеина от 3,9 до 4,2% [21]. При скармливании животным пивная дробина обладает высокой усвояемостью.

В настоящее время пивная дробина практически в полном объёме реализуется близлежащим производителям животноводческой продукции и используется в рационах кормления сельскохозяйственных животных. Основным

недостатком пивной дробины является относительно небольшой срок сохранности, из-за её высокой влажности, что это создаёт ряд проблем при её реализации. Поэтому в настоящее время ведётся поиск наиболее рациональных путей использования.

Основным побочным продуктом спиртовой промышленности является барда. Барда представляет собой сложную полидисперсную систему, сухие вещества которой находятся в виде взвесей и в растворённом состоянии. В зависимости от вида используемого сырья барда может быть зерновая или картофельная.

Состав барды (таблица1.2) зависят от вида используемого сырья при производстве спирта [1].

Таблица 1.2 - Состав барды.

Наименование Влажность, % Сырой протеин, % Клетчатка, % Зола. % БЭВ, %

Зерновая барда 93,3...91,6 1,8...2,2 0,9..1,7 0,6...0,7 3,4...3,8

Картофельная барда 96,0... 97,0 0,6...0,7 0,3...0,4 0,4... 0,5 1,7...2,3

Основная ценность барды заключается в протеине, содержание которого в сухом веществе составляет в среднем зерновой — 26...28%, картофельной -18... 19% [86]. Исходя из питательности и кормовой ценности предпочтительнее зерновая барда.

В связи с высокой влаж