Размещено на http://allbest.ru

Содержание

Введение

1. Обзор современных способов ведения процесса

1.1 Характеристика, номенклатура и объем выпускаемой продукции

1.1.1 Комбикормовая продукция

1.1.2 Микроводорослевая продукция

1.2 Теоретические основы гранулирования комбикормов

1.3 Основы реализации процессов

1.3.1 Основы гранулирования

1.3.2 Основы культивирования микроводоросли

1.4 Современные конструкции

1.4.1 Конструкции грануляторов

1.4.2 Конструкции биореакторов

1.5 Патентный поиск

2. Описание разработанных объектов

2.1 Пресс-гранулятор Б6-ДГВ

2.2 Плёночный фотобиореактор

3. Научно-исследовательская работа

3.1 Культивирование микроводоросли в накопительном режиме

3.2.Кинетика накопления биомассы при культивировании Nannochloropsisoceanica в режиме субкультивирования

4. Расчетная часть

4.1.Расчеты подтверждающие работоспособность гранулятора

4.2. Технологический расчет матрицы гранулятора

Заключение

Список использованных источников



Введение

При организации надежной кормовой базы для развития животноводства и птицеводства вместе с расширением посевов кормовых культур и ростом их урожайности очень важно расширять производство комбикормов.

Рациональное кормление сельскохозяйственных животных, птиц и рыб во многом определяет их рост, развитие и продуктивность. Каждый вид корма имеет как и достоинства, так и недостатки. Продуктов, в которых были бы все необходимые для организма животных питательные вещества и в нужном количестве, практически нет. Поэтому кормление такими продуктами нецелесообразно и требует излишнего расхода кормов. Однако, зная характеристику отдельных продуктов, можно составить смесь, в которой в благоприятном соотношении будут основные питательные вещества, витамины и т. д. Такая смесь называется комбинированным кормом, или комбикормом.

Повышение производства комбикормов является, исходя из выше перечисленного, важнейшей задачей комбикормовой промышленности. С увеличением выпуска объёмов комбикормов важно повышать и их качество, а также расширять ассортимент. В частности, следует применить ранее неиспользуемые компоненты и оборудование для комбикормов в нашей стране.

Предлагается использовать микроводорослевую добавку, Nannochloropsisoceanica, и внедрить в технологическую линию биореактора для выращивания данной добавки. Добавление микроводоросли поспособствует улучшению качества выпускаемой комбикормовой продукции, а также придаст изделию новые полезные свойства.



1. Обзор современных способов ведения процесса

1.1 Характеристика, номенклатура и объем выпускаемой продукции

1.1.1 Комбикормовая продукция

Для кормления сельскохозяйственных и домашних животных используют различные им вещества (белки, жиры, углеводы, витамины, микроэлементы, ферменты и др.). При этом компоненты смеси подбирают таким образом, чтобы недостаток определенных питательных веществ в одном компоненте компенсировался их избытком в другом. Такой комбинированный корм (комбикорм) называется полнорационным, так как он полностью обеспечивает потребности животных так, что не требуется введение в их рацион дополнительных кормов. Для приготовления комбинированного корма (комбикорма) различные виды сырья необходимо подготовить - очистить от примесей и измельчить, дозировать согласно рецепту, а затем смешать в однородную смесь. [1]

В настоящее время приготовление комбикормов механизировано и автоматизировано, и осуществляется на специальных крупных промышленных предприятиях - комбикормовых заводах. Также комбикорма могут приготовляться непосредственно в сельхозпредприятиях на небольших внутрихозяйственных комбикормовых заводах. На комбикормовых заводах производят также кормовые концентраты (БВМК и АВМК) и комбикормовые добавки (премиксы). БВМК и премиксы также производят на специализированных заводах.

Комбикормовые заводы выпускают различные типы комбикормовой продукции (все определения даны по ГОСТ Р 51848-2001 с изменением № 1).

Комбикормовая продукция - это продукция, вырабатываемая в соответствии с заданным рецептом и предназначенная для скармливания животным в чистом виде или в смеси с другими кормовыми средствами. [12]

Комбикорм - это комбикормовая продукция, представляющая собой однородную смесь различных кормовых средств, предназначенная для скармливания животным конкретного вида, возраста и производственного назначения. [12]

Полнорационный комбикорм - это комбикорм, полностью обеспечивающий потребность животных в питательных, минеральных и биологически активных веществах и предназначенный для скармливания в качестве единственного рациона. Полнорационные корма применяют при кормлении птицы, свиней и ценных пород рыб. [12]

Комбикорм-концентрат - это комбикорм, предназначенный для скармливания животным в дополнение к сочным и грубым кормам. Комбикорма-концентраты включают в рационы крупного рогатого скота. Комбикорма и другие виды комбикормовой продукции состоят из различных видов предварительно подготовленного сырья - компонентов. Компонент (комбикормовой продукции) - это технологически подготовленная составная часть комбикормовой продукции. [12,6]

Кормовой концентрат - это продукция с содержанием питательных веществ выше физиологических потребностей животных, предназначенная для последующего разбавления и смешивания с другими кормовыми средствами с целью получения сбалансированного по питательности корма. [12] комбикормовый гранулятор водоросль биомасса

Белково-витаминно-минеральный концентрат (БВМК) - это кормовой концентрат, представляющий собой однородную смесь высокобелковых кормовых средств, биологически активных и минеральных веществ. В литературе часто можно встретить другой вариант наименования - белково-витаминно-минеральная добавка (БВМД). БВМК производят на комбикормовых заводах. Небольшие сельхозпредприятиях используют БВМК для внутрихозяйственного приготовления комбикормов, смешивая их с измельченным фуражным зерном, причем доля концентрата в получаемом корме составляет от 10 до 30%.[12,6]

Амидо-витаминно-минеральный концентрат (АВМК) - это белково-витаминно-минеральный концентрат, в котором часть белка заменена небелковыми азотистыми веществами, предназначенный для приготовления комбикормов жвачным животным (КРС). АВМК производят на комбикормовых заводах и используются сельхозпредприятиями для обогащения кормов для крупного рогатого скота. [12]

Кормовые концентраты и комбикормовые добавки самостоятельно не используют, их применяют только как составную часть комбикормовой продукции. [12]

Комбикормовая добавка - это природные и/или искусственные вещества или их смеси, вводимые в состав комбикормов, белково(амидо)-витаминно-минеральных концентратов в небольших количествах с целью улучшения их потребительских свойств и/или сохранения качества. Комбикормовыми добавками являются красители, ароматизаторы, антиоксиданты и т.п. [12,14]

1.1.2 Микроводорослевая продукция

Микроводоросли представляют собой одноклеточные организмы, которые в присутствии солнечного света превращают углекислый газ в биомассу. Представители рода микроводорослей Nannochloropsis могут быть определены как биосырьё для производства биотоплива, а также для кормовых добавок для животных. Виды Nannochloropsis имеют широкий спектр применений в биотехнологии с использованием методов изменения состава биомассы. Виды Nannochloropsis содержат 28,7-40,4% углеводов, 22,2-37,4%, сырой белок и 15,1-21,7% общих липидов в пересчете на сухой вес, а также минералы, витамины и антиоксиданты, такие как каротиноиды. [13,14,15]

Виды Nannochloropsis содержат полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК), в основном эйкозапентаеновую кислоту (ЭПК), полифенолы, каротиноиды и витамины, токсикологические тесты на животных подтверждают безопасность этой микроводоросли для употребления в пищу. Известно шесть видов Nannochloropsis, включая N. oceanica, N.gaditana и N.oculata. Базовая информация о биологии N.oceanica была опубликована для использования в анализе риска генетически модифицированной N. oceanica в Австралии. В качестве одного из примеров его потенциала N. oceanica штаммы, выделенные в Юго-Восточном Квинсленде, Австралия, показали улучшенные липидные характеристики. [13]

Точный физико-химический состав Nannochloropsisoceanica назвать сложно, так как состав и состояние микроводоросли напрямую зависит от питательной среды. Однако N.oceanica обладает постоянной отличительной чертой - наличие витамина D3. А также, по сравнению с распространённой для выращивания в России микроводоросли Spirulinaplatensis,при одинаковой питательной среде (F/2) Nannochloropsisoceanica обладает повышенным содержанием белков и углеводов. [13,14]

1.2 Теоретические основы гранулирования комбикормов

Предприятия комбикормовой промышленности вырабатывают комбикормовые корма, представляющие собой однородную смесь различных видов очищенного и измельченного в необходимой степени сырья растительного, животного и минерального происхождения. Сочетание компонентов в комбикормах обеспечивает наиболее эффективное усвоение питательных веществ, содержащихся в сырье. Рассыпные комбикорма обладают недостатками, особенно проявляющимися при транспортировании их на большие расстояния. Если в состав комбикормов входят такие продукты, как мясная или рыбная мука, то довольно быстро начинается их плесневение и гниение. Самое эффективное средство борьбы с этими недостатками- гранулирование комбикормов в специальных машина. [2]

Гранулы из комбикормов получают на прессах в виде цилиндрических столбиков или кубиков. Они представляют собой спрессованный комбикорм диаметром от 2 мм до 20 мм и высотой от 1.5 до 2 диаметров . Размеры гранул выбирают по виду и возрасту животных и птиц, для питания которых применяют комбикорма. [3]

Гранулированные комбикорма относятся к группе полнорационных кормов, которые могут использоваться без добавления других кормов. Применение этого кормового продукта способствует росту продуктивности животноводства и птицеводства. Гранулированные комбикорма широко используют для кормления птицы, свиней, крупного рогатого скота, овец и т. д.. Весьма эффективны они также для кормления рыб, но в этом случае гранулы должны обладать повышенной водостойкостью, обеспечивающей разбухание комбикорма в воде в течение не менее 15 мин, вместо 3 мин для обычных гранул.

Преимущества гранулированных комбикормов перед рассыпными:

-большая питательная ценность, т. к. в них равномерно распределены и сконцентрированы различные питательные компоненты, входящие в состав комбикормов, а также необходимые добавки, повышающие ценность гранул (меласса, витамины и др.);

-возможность полностью механизировать процесс кормления, что повышает производительность труда, обслуживающего персонала на фермах;

-сокращение расхода кормов в результате снижения потерь мучнистой части комбикорма при транспортировании и раздаче;

-лучшая сохранность в результате сокращения поверхности соприкосновения продукта с внешней средой.

Гранулирование устраняет разделение смеси - в этом и есть главное значение процесса. Кроме того, гранулированный комбикорм хорошо усваивается при скармливании. Имеет низкие потери на распыление, способствует вводу в организм животных всех составляющих комбикорм. Гранулированный комбикорм имеет больший доступ воздуха, поэтому при хранении ему в меньшей степени угрожает возникновение очагов самосогревания. [5]

Наряду с преимуществами существует ряд проблем процесса гранулирования:

-подготовка комбикорма перед гранулированием; большое внимание необходимо уделять гранулометрическому составу смеси; гранулы из смеси с крупными частицами имеют меньшую прочность;

-обеспечение оптимального содержание крахмала, жира, влияющих на прочность гранул;

-пропаривание комбикорма должно быть равномерным, для этого требуется подводить пар при температуре 120-150 °С и давлении 0.2-0.5 МПа. Необходимый расход пара 30-50 кг на 1т/ч;

-обеспечение необходимой нагрузки на пресс-гранулятор. При недостаточной нагрузке происходит не только увеличение расхода электроэнергии, но и так называемое "замазывание" крайних отверстий матрицы, потому что в этой части из-за недостаточного количества смеси происходит прямой контакт прессующих роликов и матрицы. "Замазывание" отверстий матрицы уменьшает площадь прессования и мощность гранулятора;

-правильное охлаждение гранул. [6]

В комбикормовой промышленности применяют два способа гранулирования: сухой и влажный. Большую часть гранулированных кормов вырабатывают сухим способом из рассыпных комбикормов с относительной влажностью от 15 до 18% в специальных прессах с последующим охлаждением гранул. Влажным способом из рассыпных комбикормов с относительной влажностью от 25 до 35% производят гранулы для рыб, т. к. такие гранулы в воде длительное время не разбухают, сохраняют свою форму и удерживают питательные вещества. Их вырабатывают в прессах, аналогичных по конструкции макаронным, или в шнековых прессах специальной конструкции, а затем сушат. Влажный способ не получил широкого распространения из-за низкой производительности и высокой себестоимости полученных гранул. [4]

Процесс гранулирования основан на следующих операциях:

кондиционирование или гидротермическая обработка смеси;

гранулирование смеси;

охлаждение смеси;

классификация продукта по крупности.

Кондиционирование как технологический процесс может быть кратковременным или продолжительным. На режим кондиционирования действует три фактора: температура, влажность и время, в течении которого смесь находится при высокой температуре. Необходимые температура и влажность достигаются при помощи подачи пара. Под воздействием пара, благодаря подводу тепла и влаги, комбикорм подвергается структурно-механическим и биохимическим изменениям. В результате этого продукт приобретает необходимую для прессования вязкость. При приложении внешних сил он способен уплотнятся, в результате относительного смещения составляющих его твердых частиц, а также остаточных деформаций и вытеснения газообразной и жидкой фаз. Обычно кондиционирование происходит в смесителе, установленном над прессом.

В результате обработки смеси паром повышается ее влажность, что оказывает двойное влияние на пресс-гранулятор. Снижается потребление электроэнергии в связи с уменьшением трения смеси о стенки отверстий

матрицы; повышается степень сцепления отдельных частиц, в результате чего увеличивается прочность гранул. Влажность гранул не должна превышать 14%.

Увлажнение смеси паром ставит задачу выбора теплообменника. Последний следует выбирать так, чтобы при минимальном увлажнении имело место максимальное повышение температуры. Следовательно, большое значение имеет количество пара, применяемого для кондиционирования.

Экспериментально установлено, что при повышении температуры на 10 °С влажность повышается на 0.6%. Это означает, что повышению влажности на 1% соответствует повышение температуры на 16.7 °С.

Конечная цель кондиционирования - нагрев смеси до температуры свыше 70 °С.

Для этого необходимо, чтобы пар перед прессом имел температуру около 190 °С, которая достигается при давлении порядка 1.2 МПа. Наибольший эффект от кондиционирования получается при давлении пара 0.6-0.8 МПа и температуре 160-170 °С. Необходимость нагрева смеси до 70 °С объясняется поведением углеводов, прежде всего крахмала. Для клейстеризации пшеничного крахмала нужна температура 52-63 °С, а кукурузного-62-72 °С.

Тепловая обработка смеси перед гранулированием имеет следующие преимущества:

-повышается усвояемость комбикорма;

-улучшается качество гранул;

-увеличивается производительность пресса;

-исключается бактериальная зараженность комбикорма сальмонеллой и др.

1.3 Основы реализации процессов

1.3.1 Основы гранулирования

Гранулирование представляет собой процесс сближения, под воздействием внешних сил, не связанных между собой частиц комбикормов с целью повышения их плотности и возникновения между ними связи, обеспечивающей прочность полученных гранул.

Гранулирование может осуществляться как при высоком давлении, без связующих добавок, так и при более низких давлениях, с добавлением связующих веществ.

Гранулируемые корма состоят из твердых частиц, влаги, связанной с частицами, и воздуха, заключенного между частицами. При этом дисперсионной средой являются твердые частицы комбикорма, а дисперсионной фазой - воздух.

В процессе сжатия комбикорма происходят структурные изменения всей его массы, поступающей в рабочий орган гранулятора - вытеснение воздуха, деформация частиц и их разрушение и увеличение поверхности соприкосновения между ними.

При этом плотность комбикорма повышается и он приобретает свойство монолитного тела. Анализ экспериментальных зависимостей между давлением прессования и деформацией кормов показывает, что весь процесс уплотнения можно разделить на три этапа.[10]

На первом этапе значительно уменьшается объем материала, сопровождающийся перемещением его в продольном и поперечном направлениях прессованного канала, из прессуемой массы вытесняется воздух, частицы материала сближаются между собой, их взаимное расположение стабилизируется, увеличивается поверхность соприкосновения частиц между собой.

Увеличение плотности комбикорма происходит при незначительном росте давлений. Энергия, подводимая к материалу на этом этапе, расходуется в основном на преодоление внутреннего трения между частицами корма, вытеснение воздуха. В связи с рассеиванием энергии деформация материала на этом этапе в основном необратимая.[10]

Второй этап характеризуется интенсивным развитием упруго-вязких деформаций и быстрым увеличением давления прессования. При меньшей деформации материала по сравнению с первым этапом - давление возрастает во много раз. Часть подводимой энергии затрачивается на преодоление трения и разрушения частиц, другая часть накапливается в спрессованном материале.[10]

На третьем этапе сжимается уже сформированный монолит, что сопровождается быстрым ростом давления при незначительном увеличении плотности.

Зависимость между деформацией и давлением на этом этапе практически линейная, а основная деформация - упругая или обратимая. Подведенная на этом этапе энергия накапливается в виде упругой энергии.

Следует отметить, что разделение непрерывного процесса уплотнения комбикорма на три этапа в некотором смысле условно, и величина деформации на каждом этапе не имеет четко выраженных границ. Чем выше начальная плотность прессуемых кормов, тем раньше начинается быстрый рост давлений. Чем меньше величина частиц гранулируемых кормов, тем меньшее давление требуется для изменения их структуры, т. к. сопротивление частиц взаимному перемещению уменьшается.

Исследованиями установлено, что протекание процесса гранулирования комбикормов и качество получаемых гранул зависят от следующих факторов: плотности, размеров частиц и влажности кормов, коэффициентов внутреннего и внешнего трения, теплофизических свойств и температурного режима прессования, давления прессования и продолжительности его воздействия.

Начальная плотность комбикорма (плотность комбикорма до прессования ) - это масса единичного объема комбикорма. Плотность одной частицы комбикорма выше плотности массы частицы. Плотность массы частиц комбикорма зависит от размера частиц и их влажности. С увеличением размера частиц начальная плотность комбикорма уменьшается, что объясняется увеличением пространства между частицами.[11]

С увеличением влажности комбикорма плотность его вначале уменьшается, а затем увеличивается. Происходит это в следствии того, что при увлажнении объем частиц увеличивается в большей степени, чем масса. После насыщения влагой увеличение объема частиц комбикорма прекращается, влага заполняет промежутки между частицами, в результате чего плотность комбикормов увеличивается. Влага может выполнять роль пластификатора, способствующего образованию связей между частицами комбикорма, или роль расклинивающего тела, противодействующего уплотнению комбикорма.

Исследованиями установлено, что оптимальная для процесса гранулирования влажность комбикорма - 15-18%. При влажности ниже 15% гранулы получаются достаточной плотности, однако связь между частицами в них слабая, поэтому прочность таких монолитов низкая. Увеличение влажности выше оптимальной приводит к снижению плотности гранул, из-за значительного их упругого расширения.

1.3.2 Основы культивирования микроводоросли

На сегодняшний день известно большое количество способов культивирования микроводорослей, но только единичные варианты из них обеспечивают низкую себестоимость получаемой продукции и высокий питательный состав.

Существует два основных способа культивирования клеток: накопительный и непрерывный.

В случае накопительного способа выращивания в освещаемый культиватор, заполненный питательной средой, вносится небольшое количество клеток микроводорослей (инокулят). Их рост приводит со временем к увеличению концентрации клеток (плотность, млн. кл/мл) до некоторой максимальной плотности культуры, которая ограничена либо элементами питания, либо интенсивностью света, или же другими физико-химическими условиями среды.

Графически такой рост изображается S-образной кривой, форма которой зависит от условий, в которых выращиваются клетки и кинетических характеристик культуры. [13]



Совсем иная картина будет наблюдаться при вмешательстве экспериментатора в процессе роста в любой фазе развития периодической культуры, например при разбавлении питательной средой. График роста будет зависеть от величины этого разбавления и используемой питательной среды.

При определенных условиях (неизменность биохимического состава, возрастной структуры популяции клеток, концентрации метаболитов и др.) динамика роста после разбавления будет повторять прежнюю. [13]

Процедуру разбавления можно проводить неоднократно, в результате чего в культиваторе будет наблюдаться непрерывный рост культуры. Подбирая относительные объемы и моменты разбавления можно управлять процессами роста микроводорослей.

Причем это управление может осуществляться только по плотности культуры и времени, что следует из определения основных кинетических характеристик роста (скорость роста, удельная скорость роста, удельная скорость дыхания, КПД фотобиосинтеза и др.). Как известно основным компонентом производства микроводорослей является вода.

От качественного состава воды напрямую зависит рост и продуктивность клеток той или иной микроводоросли. Самые первые исследователи использовали ключевую воду, потому что талая и водопроводная вода были сильно загрязнены металлами.

Для экспериментов принято использовать дистиллированную воду, так как в ней содержится минимальное количество металлов. Качество воды в большинстве случаев не удовлетворяет требованиям, предъявляемым для использования концентрированных питательных сред.

Поэтому, в полупромышленных и промышленных условиях необходимо делать общий анализ качества воды, чтобы затем рассчитать поправку на питательную среду с учетом присутствующих в воде химических элементов.

Целью методов очистки является получение жизнеспособной культуры одного вида, свободной от других видов («загрязнителей» - эукариот, прокариот и вирусов). Идея чистых культур берет свое начало со времен Коха и Пастера относительно бактерий. Маточная культура микроводорослей (инокулят) должна быть альгологически чистой, что означает присутствие культуры водорослей одного вида и не имеет загрязнителей. От инокулята зависит качество произведенной продукции и его экологическая чистота. Для этого применяют способы пересева и очистки микроводорослей от других видов.[13]

Для выращивания микроводорослей могут использоваться различные типы установок из самого различных материалов: кирпича, бетона, стекла, орг.стекла, железа, дерева, пластмассы и др. Известны следующие основные типы установок: закрытая циркулирующая (полиэтиленовые трубы, замыкающиеся в кольцо); закрытая глубинная (бетонные танки, ферментаторы); глубинная открытая (аквариумы, ванны, бассейны); открытые не глубинные (латки, каскады, плоскопараллельные). [16]

1.4 Современные конструкции

1.4.1 Конструкции грануляторов

Комплект оборудования для гранулирования ОГМ-1,5 (рис.1). Предназначается для гранулирования травяной муки, комбикормов, отрубей и отходов сахарного производства и древесных опилок. Основные узлы: гранулятор, бункер, элеватор, охладитель, сортировка, система подачи воды (пара).

Рис.1. «Комплект оборудования для гранулирования ОГМ-1,5»1 - пресс, 2 - шнековый транспортер, 3 - бункер,4 - охладитель-сортировка, 5 - пневмосистема, 6 - нория,7 - система ввода воды, 8 - электрошкаф

Принцип действия: приготовленный к гранулированию материал поступает в шнековый транспортёр и загружается в бункер, откуда мука дозатором равномерно подаётся в смеситель, где она увлажняется водой или паром до влажности необходимой для гранулирования и интенсивно перемешивается мешалкой.

Влага способствует образованию прочных гранул. Из смесителя увлажнённая масса выводится в пресс. Между вращающимися матрицей и прессующими вальцами попавшая масса продавливается под большим давлением через отверстия матрицы, формируется гранулы. Высокой температуры и непрочные гранулы транспортируется норией в охладитель. В процессе охлаждения гранул приобретают необходимую твёрдость, влажность и температуру.[1]

Их охладителя гранулы поступает на сортировку, где происходит отделения кондиционных гранул от крошки. Гранулы выводятся через выгрузную горловину, а крошка отсасывается в циклон и далее направляется вместе с основной массой на повторное прессование.

Таблица 1 «Техническая характеристика оборудования для гранулирования ОГМ-1,5»

Характеристика	Значение
Производительность, т/ч	до 2,0
Установленная мощность, кВт	98
Температура гранул после охлаждения выше температуры окружающей среды не более, С?	1015
Диаметр отверстий матрицы гранулятора, м	4,714
Габаритные размеры, мм	4100х3830х5670
Масса, кг	4900

Пресс-гранулятор типа ДГ.Для уплотнения комбикормов и полнорационных кормовых смесей с включением соломы широко применяется пресс-гранулятор ДГ-I, включающий шнековый питатель, лопастной одновальный смеситель, пресс и коммуникации для подачи в смеситель пара и мелассы (рис.2).

Величину подачи массы регулируют частотой вращения шнека. Для подачи воды и пара в зоне разгрузочного отверстия питателя предусмотрены форсунки и коллектор.

Кроме этого, в верхней части смесителя установлены три форсунки для подачи жидких компонентов.[1]

Принцип действия: Пар подается через редукционный клапан, снижающий давление до 0,3...0,4 МПа, которое контролируется по показаниям манометра. Расход пара 0,167 кг/с, температура гранул после пресса 50...80 °С.

Пресс ДГ-1 комплектуют вертикальной охладительной колонкой ДГ- II и крошителем гранул ДГ-Ш, используемым при необходимости измельчения гранул в крупку (для цыплят). Валки крошителя рифленые - на ведущем вальце рифы нарезаны по винтовой с наклоном к оси 2", на ведомом - 87 °. В линию монтируется также просеивающая машина.[5]

Рис. 2 «Пресс-гранулятор ДГ-1»

1,2 - корпус и винтовой питатель, 3 - загрузочное устройство,

4, 5 - корпус и битер смесителя, 6 - окно выгрузное, 7 - матрица,

8 - планшайба, 9 - ролик, 10, 11 - заслонка и задвижка,

12 - станина, 13 - штифт, 14 - муфта.

Установка Б6-ДГЕ (рис.3) предназначена для гранулирования комбикормов с вводом жидких добавок (мелассы, жира), охлаждения, измельчения и просеивания гранул или крупки. Может быть применена для гранулирования травяной муки, шрота, отходов крупяного производства. Состоит из пресса Б6-ДГЕ/1, охладителя Б6-ДГЕ/И, измельчителя Б6-ДГЕ/III, просеивателяБб-ДГЕ/IV и электрооборудования.

Питатель-смеситель имеет сварной корпус, который устанавливают над прессующей камерой. В коробе, расположенном в верхней части корпуса, находится шнек, предназначенный для подачи и дозирования рассыпных комбикормов в смеситель. Изменяя частоту вращения шнека, можно регулировать количество компонентов, подаваемых в смеситель.

В верхней части корпуса расположены окно для загрузки продукта и люк для доступа в машину. В торцовой части корпуса находится съемный фланец, служащий для монтажа и демонтажа шнека. На противоположном от привода конце вала шнека установлена звездочка, от которой через цепные передачи осуществляется привод дозатора мелассы и жира. Дозаторы мелассы и жира подают продукт через гибкие рукава в форсунки 3, туда же поступает пар для распыления жидких добавок.

В нижней части корпуса на подшипниках установлен вал смесителя с поворотными лопастями. Вал смесителя приводится во вращение от электродвигателя, укрепленного на кронштейне прессующей камеры, через клиноременную передачу. На задней стенке питателя-смесителя расположен коллектор для подвода пара.

В зоне выхода продукта из питателя-смесителя находится термометр сопротивления, предназначенный для автоматического регулирования подачи пара в смеситель в зависимости от температуры увлажнённого паром продукта.

На передней стенке корпуса сделаны два люка, которые служат для очистки внутренней полости. Люки закрыты крышками 9. Над крышками установлены конечные выключатели 4, отключающие привод смесителя при открывании крышки, что обеспечивает безопасность обслуживания пресса. Для этой же цели служит конечный выключатель, расположенный около окна выгрузки. Он позволяет включать пресс только в том случае, когда прессующая камера закрыта дверкой и питающая воронка прессующей камеры примыкает к окну выгрузки. Около предохранительной муфты вала шнека также установлен конечный выключатель, отключающий привод питателя при перегрузках.

1.4.2 Конструкции биореакторов

Пластинчатые аппараты. Пластинчатые аппараты (рис. 3), часто применяемые в лабораторной практике, использовались в экспериментах, связанных с биологическими СЖО с участием человека в Институте биофизики СО РАН . В таких ФБР несколько прозрачных пластин 1 обычно прямоугольного сечения, скреплённых по периметру через уплотнения 2 с помощью болтовых соединений, образуют отсеки 3, центральный из которых является реакционным, а боковые используются в качестве теплообменников. Освещение 4 - искусственное, обычно люминесцентное. В нижней части центрального отсека расположен барботер 5 для подачи газовой смеси и перемешивания культуральной жидкости. Кроме того, существует вариант такого реактора с реакционным отсеком и внутренним теплообменным устройством.

Рис. 3. Схема работы пластинчатого аппарата

Аппараты глубинного типа. Аппараты глубинного типа основаны на принципе обработки суспензии микроорганизмов в замкнутом объёме реактора с применением искусственного освещения. Массообмен в таких реакторах осуществляется за счёт перемешивания с помощью мешалок различных конструкций. Освещение и перемешивание могут быть организованы по-разному (рис. 4) .

Подача газовоздушной смеси осуществляется барботёрами, а перемешивание суспензии фотоавтотрофов - лопастной мешалкой.

Но, несмотря на высокую скорость фотосинтетических реакций, протекание процесса культивирования замедляется в виду низкого коэффициента массообмена.[16]

Рис. 4. Схема аппарата с погружными источниками света.

Толщина слоя суспензии от точек освещения различна, и при увеличении оптической плотности суспензии светоподвод будет только ухудшаться. Недостаток освещённости является определяющим фактором снижения коэффициента массообмена в данном аппарате.[16]

1.5 Патентный поиск

Силоизмерительный прессующий ролик пресс-гранулятора (патент на изобретение №2583978, МПК В30В 11/20, В30В 3/06, В30В 15/00, G01L 1/0,4, GO1L 9/0,4)

Изобретение относится к оборудованию для гранулирования предварительно измельченных материалов и может быть использовано для определения напряженного состояния в клиновидном рабочем пространстве вальцово-матричных пресс-грануляторов.

Известны прессующие ролики пресс-грануляторов с кольцевой матрицей, содержащие ось с подшипниками и установленную на них с возможностью вращения относительно оси обечайку в виде цилиндрической оболочки с нанесенными на ее наружную рабочую поверхность неровностями для увеличения втягивающих прессуемый материал касательных сил.

Недостатком прототипа также является возможность измерения для каждого поперечного сечения клиновидного рабочего пространства пресс-гранулятора только концентрированной точечной радиальной нагрузки и невозможность определения нормальных радиальных напряжений, действующих по всей ширине рабочего органа, и степени неравномерности их распределения.

Целью является увеличение точности измерения нормальных радиальных напряжений (давления прессования) в клиновидном рабочем пространстве пресс-гранулятора, а также возможность определения непосредственно в процессе прессового гранулирования (как на лабораторных, так и на промышленных пресс-грануляторах) параметров напряженного состояния и их распределения не только в тангенциальном, но и в осевом (по ширине рабочих органов) направлениях, что обусловливает расширение технических возможностей устройства.

Цель достигается тем, что в силоизмерительном прессующем ролике пресс-гранулятора, содержащем ось с подшипниками, установленную на них с возможностью вращения относительно оси обечайку в виде цилиндрической оболочки с нанесенными на ее наружную рабочую поверхность неровностями и силоизмерительное устройство с тензометрическими элементами, включенное в информационно-измерительную систему, силоизмерительное устройство размещено во внутреннем продольном сквозном пазу обечайки и в сквозных цилиндрических радиальных отверстиях, выполненных в ряд по длине внутреннего продольного сквозного паза в его плоском основании. Тензометрические элементы выполнены в виде двухопорных тензометрических пластин с наклеенными на них тензодатчиками. Силоизмерительное устройство содержит несущие штифты в форме цилиндрического стержня со сферической головкой и общую для всех двухопорных тензометрических пластин опору. При этом каждый несущий штифт, установленный с минимальным кольцевым зазором в соответствующее сквозное цилиндрическое радиальное отверстие и рабочим концом выходящий на контактную поверхность обечайки на уровень оснований неровностей, опирается сферической головкой на отдельную двухопорную тензометрическую пластину, установленную краями на продольные выступы опоры, жестко зафиксированной во внутреннем продольном сквозном пазу обечайки.

На рисунке 5 показан предлагаемый прессующий ролик пресс-гранулятора.

Рис. 5. « Схема рабочего пространства пресс-гранулятора с силоизмерительным прессующим роликом»

Работа силоизмерительного прессующего ролика 1 осуществляется следующим образом. В пресс-грануляторе увлекаемый в клиновидное рабочее пространство под действием контактных касательных напряжений слой 24 прессуемого материала сжимается обечайкой 5 и экструдируется в фильеры матрицы 2 в виде гранул 25. В прессуемом материале, находящемся в области деформации и контакта с рабочими органами, возникает сложное напряженное состояние, параметры которого различны в каждом поперечном и продольном сечениях слоя 24 прессуемого материала. На прессуемый материал со стороны обечайки 5 действуют, в частности, нормальные радиальные напряжения.

При вращении обечайки 5 относительно оси 3 несущие штифты 11 в каждом поперечном сечении клиновидного рабочего пространства пресс-гранулятора воспринимают со стороны прессуемого материала силы нормального давления и передают их тензометрическим пластинам 10. Сферическая головка несущего штифта 11 обеспечивает точеный контакт с тензометрической пластиной 10 и предотвращает его выпадение из радиального отверстия 9. Под действием радиальной силы несущий штифт 11 может свободно перемещаться на микрорасстояние, равное прогибу тензометрической пластины 10 вследствие ее упругой деформации. Деформируются вместе с тензометрическими пластинами 10 и наклеенные на нихтензодатчики 13, вследствие чего изменяется их электрическое сопротивление, что выводит из баланса электрические мосты, по схеме которых тензодатчики 13 соединены в информационно-измерительную систему. Модуль 19 аналого-цифрового преобразователя работает в качестве автономного регистратора сигналов и бесконтактного цифрового токосъемника. Модуль 19 в автономном режиме по заданному сценарию записывает на флэш-накопитель оцифрованные сигналы с тензометрических мостов, а также в режиме реального времени передает их через беспроводной интерфейс непосредственно на персональный компьютер.



2. Описание разработанных объектов

2.1 Технологическая схема

Линия производства комбикорма с использованием суспензии микроводорослей (рис. 6) содержит: участок подготовки зернового сырья, требующего измельчения, включающий последовательно установленные бункеры 1, снабженные шнековыми питателями 2, бункерные весы 3, магнитную колонку 4, и молотковую дробилку 5; участок подготовки зернового сырья, не требующего измельчения, включающий последовательно установленные бункеры 6, снабженные шнековыми питателями 7, и бункерные весы 10;участок подготовки белково-минерального сырья, включающий последовательно установленные бункеры 13, снабженные шнековыми питателями 14, бункерные весы 15, магнитную колонку 16, и молотковую дробилку 17;участок гидролиза корма, состоящие из накопительных бункеров 6 и 8 со шнековыми питателями 7 и 9, бункерные весы 10, магнитную колонку 11, молотковую дробилку, гидрализаторы 18 со шнековыми питателями 19;участок культивирования суспензии микроводоросли Nannochloropsisoceanica, включающий батарею фотобиореакторов 26, циркуляционный насос 21, бункер для исходной суспензии 22, батарею углекислотных баллонов 24, компрессор 23, газовый смеситель 25 и насос 27, обеспечивающий подачу готовой суспензии на участок центрифугирования, включающий последовательно установленная центрифуга после которой параллельно друг другу расположены бункер для осадка суспензии 28 и бункер для фугата 29, насос-дозатор, обеспечивающий дозирование суспензии с концентрацией сухих веществ 10…15 % 33, и насос-дозатор, обеспечивающий дозирование суспензии с концентрацией сухих веществ 10…15 % 30, двухпоточный 31 и трехпоточный 32 распределители; участок получения рассыпного комбикорма, включающий надсмесительный бункер 20, смеситель периодического действия с блоком форсунок для ввода суспензии микроводоросли 34, подсмесительный бункер 35;участок получения гранулированного комбикорма, включающий последовательно установленные норию 36, надгрануляторный бункер 37, магнитную колонку 38, пресс-гранулятор 39, вибрационную сушилку 40, 44 парогенератор, 45 калорифер, 46 насос, охладительную колонку 41, измельчитель 42 и двухситовую просеивающую машину 43.

Рис. 6

Предлагаемый способ производства комбикорма с использованием суспензии микроводорослей, реализуемый на поточной технологической линии, осуществляется следующим образом.

Зерно пшеницы и ячменя, из бункеров 1 при помощи шнековых питателей 2 подают на взвешивание в бункерные весы 3 и далее по линии 0.1.1 в магнитную колонку 4. После отделения металломагнитных примесей сырье направляют на измельчение в дробилку 5, а затем подают в надсмесительный бункер 20.

Гидролиз овса получаем следующим образом: овес из бункеров 8через смесители 9 подается на весы 10, после сырьё проходит через магнитную колонку 11 и поступает на дробилку 12. После дробление овес загружают в гидрализатор 18.Из бункера 6 с помощью смесителей 7 подаются:премикс для растительноядных животных П 90-1, нейтрализатор токсинов «Фунгистат - ГПК» и пробиотическая кормовая добавка «Субтилис - С», добавки поступают в гидрализатор 18. Полученный гидролизовса ( с концентрацией к общей массе: овес-16,7%,премикс для растительноядных животных П 90-1-1%, нейтрализатор токсинов «Фунгистат - ГПК»-0,2% и пробиотическая кормовая добавка «Субтилис - С»-0,1% ) поступает в надсмесительный бункер

Белковое, минеральное и зерновое сырье, не требующие измельчения из бункеров 13 шнековыми питателями 14 направляют на взвешивание в бункерные весы 15 и далее по линии 0.2.1 подают на очистку от металломагнитных примесей в магнитную колонку 16. После идет измельчение в дробилке 117, а после подают в надсмесительный бункер 20.

Подготовка суспензии микроводоросли к вводу в комбикорм производится на участках культивирования и центрифугирования. Подготовленную смесь инокулята и питательной среды из бункера 22 с помощью циркуляционного насоса 21 направляют по линии 0.3.1 в батарею фотобиореакторов26, в которых суспензия сине-зеленой микроводоросли насыщается углекислым газом из его смеси с воздухом, подводимым компрессором 23 по линии 3.5 и батареей углекислотных баллонов 24, подводимым по линии 5.4. Смешивание СО₂ и воздуха осуществляют в газовом смесителе 25 до концентрации углекислого газа 5..7 %. Исходную суспензию микроводоросли культивируют до достижения суспензией требуемого значения оптической плотности для светофильтра с длиной волны D₇₅₀ - 0,73…0,91 в режиме рециркуляции по линии 0.3.2. Для обеспечения режима рециркуляции используют циркуляционный насос 21. Готовую суспензию по линии 0.3.3 насосом 27 подают по линии 0.3.4 на центрифугу. В результате центрифугирования образуется суспензии с содержанием сухих веществ 10…15 % и фугат, которые по линиям 0.3.5 и 0.3.6 помещают в бункер 28 и 29. Полученная суспендия по линии 0.3.7 подают на смеситель 34, а другую часть подают на пресс-гранулятор 39. Полученный фугат по линии 0.3.8 поступает обратно в бункер 22 на переработку.

Из надсмесительного бункера 20 подготовленное зерновое, белковое и минеральное сырье с концетрацией

Пшеница	6,0%
Суспензия микроводоросли Гидролиз овса	3,0% 2%
Травяная мука	15,0%
Ячмень	8,6%
Отруби пшеничные	15,0%
Жмых подсолнечный	18,5%
Шрот подсолнечный	6,0%
Мука мясная	3,0%
Соль поваренная	0,1%
Мел кормовой	1,4%
Фосфат обесфторенный	1,4%

В смесителе 34 производится смешивание всех компонентов в течение 3...6 минут для получения рассыпного комбикорма.

Полученный рассыпной комбикорм по линии 0.4.1 поступает в норию 36, которая подает его в надпрессовой бункер 37. Далее комбикорм очищают от металомагнитных примесей в магнитной колонке 38 и направляют на гранулирование в пресс-гранулятор 39. В процессе гранулирования в смесительную камеру пресс-гранулятора посредством насос-дозатора 30 по линии 0.3.11 вводится суспензия микроводоросли с концентрацией сухих веществ 1...1,5 % в количестве 2 % к массе комбикорма. Полученный по влажному способу гранулированный комбикорм с влажностью 18…20 % по линии 0.4.2 направляют в вибрационную сушилку 40,где осуществляют его сушку в виброкипящем слое теплым воздухом до влажности 15…16 %. Далее гранулы по линии 0.4.3 подают в охладительную колонку 41, в которой осуществляют охлаждение потоком воздуха до температуры, не превышающей температуру в производственном помещении более чем на 3…5 °С, чтобы предотвратить конденсацию водяных паров из окружающего воздуха на поверхности гранул и затем измельчают в измельчителе 42. В процессе охлаждения влажность гранул снижают до требуемых 11..14 %. Полученную после измельчителя комбикорм по линии 0.4.4 направляют на фракционирование в двухситовую просеивающую машину 43, в которой осуществляют разделение на три фракции: крупную, среднюю и мелкую. Причем крупную фракцию возвращают по линии 0.4.5 на измельчение, мелкую - по линии 0.4.7 на гранулирование, а среднюю фракцию отводят на упаковку и последующее хранение. В вибросушилку нагретый воздух поступает от калорифера 45, который нагревается парогенератором 44. Нагретый и концетрат с высокой влажностью перегоняется вентилятор из вибросушилки к паровой рубашке гидролизатора 18. Конденсат образовавшиеся после работы паровой рубашки перекачиваетсянасосом обратно в парогенератор 44. [16]

2.2 Плёночный фотобиореактор

Для исследования процесса культивирования микроскопической водоросли Nannochloropsisoceanica в плёночномфотобиореакторе использовалась экспериментальная установка (рис. 7), спроектированная с учётом опыта предыдущих исследований. [16,15]

Установка включает также дополнительное оборудование: насос, компрессор, углекислотный баллон, технологические ёмкости, трубопроводы, газовые шланги и щит управления. Лабораторное оборудование расположено в отдельном помещении с целью максимальной изоляции установки от внешних факторов. Внутренние полости биореактора покрыты эмалью и имеют покрытие устойчивое к агрессивным средам.

Все элементы оборудования, контактирующие с экспериментальной средой перед началом эксперимента были обработаны дезраствором.

1 - реактор; 2 - верхняя секция реактора (секция ввода суспензии); 3 - первая секция освещения; 4 - промежуточная секция; 5 - вторая секция освещения; 6 - нижняя секция (секция вывода); 7 - рама; 8 - штуцер вывода ГВС; 9, 15 - смотровые окна; 10 - верхнее устройство ввода суспензии первой осветительной секции; 11 - прозрачные перегородки; 12 - кварцевые трубки первой осветительной секции с устройством кольцеобразования 13; 14 - лампы ДНАТ (или ЛБ); 16, 19 - вентиляторы системы охлаждения; 17 - верхнее устройство ввода суспензии второй осветительной секции; 18 - лампа Osramfluora; 20 - кварцевые трубки второй осветительной секции с устройством плёнкообразования 21; 22 - патрубок ввода ГВС в нижнюю часть трубок второй осветительной секции; 23 - барботёр; 24 - штуцер вывода суспензии; 25 - распределительный коллектор ГВС

Рис. 7. Плёночный фотобиореактор

Фотобиореактор 1 состоит из пяти секций: секции ввода 2, первой секции освещения 3, промежуточной секции 4, второй секции освещения 5 и секции вывода 7. Кроме того, конструкция культиватора имеет опорные стойки с закреплённым на них газораспределительным коллектором 27. По трубопроводу 9 осуществляется подвод суспензии Nannochloropsisoceanica в секцию ввода, где происходит её накопление за счёт разности напоров ввода и сечения верхних щелевых устройств 18, коаксиально вставленных прозрачных трубок 17. В трубках первой секции освещения суспензия стекает по внутренней поверхности за счёт лопаточных устройств, которые формируют поток в виде кольца в сечении.

Первоначально в первой секции освещения 3 было установлено две лампы типа ДНаТ, но ввиду того, что стабилизировать температуру в пределах +28…+33°С не представляется возможным в габаритах установки, было принято решение заменить эти лампы на одну люминесцентную ЛБ-20 . Охлаждение полости внутри секции освещения осуществляется всасывающим осевым вентилятором 19 через решётку в стенке фотобиореактора для необходимого поддержания оптимальной температуры культивирования, а также для лучшей абсорбции диоксида углерода плёнкой суспензии. Включение вентилятора происходит от датчика температуры ДС.1 по достижению предельной температуры воздуха свыше +34°С. Отключение, при температуре +27°С.

Во второй секции освещения суспензия подвергается воздействию люминесцентной лампы 6 для фотосинтеза OSRAM Fluora[16]. Секция оснащена цилиндрическими коаксиально вставленными трубками 15. В верхней части трубок установлены щелевые распределители 16, создающие плёнку суспензии на внутренней поверхности трубок.

Секции фотобиореактора разделены прозрачными горизонтальными перегородками для максимально возможного использования источников света. Благодаря этому все секции установки, в том числе и те, в которых источников света нет, обеспечены световым потоком. Перегородки имеют отверстия под прозрачные трубки и снабжены уплотнительными резиновыми прокладками для герметизации внутренних полостей.

Прозрачные трубки расположены в первой и второй секциях освещения. Между ними находится промежуточная секция 4, куда стекается по трубкам из первой осветительной секции суспензия Nannochloropsisoceanica.

Наличие промежуточной секции даёт возможность стабилизировать поток перед следующей световой секцией и равномерно распределить клетки водоросли в объёме. Наличие мало освещённой секции позволяет использовать для интенсивности роста культуры световой шок.

В последней секции - секции вывода - находится барботажное устройство 13 для интенсивного насыщения суспензии смесью углекислого газа и воздуха, а также выпускной патрубок 11.

При достижении суспензией верхнего заданного уровня, определяемого с помощью ёмкостного двухпроводного датчика уровня типа CR18-8AC закрывается вентиль подачи инокулята и открывается вентиль в нижней части реактора, суспензия выводится во внешний трубопровод 9, включающий в себя контур рециркуляции, а также линии подачи, отвода и слива.

Перемещение суспензии Nannochloropsisoceanica по контуру рециркуляции или её слив, в зависимости от положения трёхходового вентиля 23, производится циркуляционным насосом 10 марки WILO-Star-RS 25/2 с регулируемой мощностью.

Подача исходной суспензии Nannochloropsisoceanica из ёмкости 7 в секцию ввода биореактора и её аварийный слив из секции вывода осуществляются самотёком.Расход суспензии в трубопроводе измерялся водяным счётчиком WFK20.D110 марки ITELMA ТУ 4213-009-14124823-08.

Питание люминесцентной лампы для фотосинтеза, насоса, вентилятора и компрессора, а также датчиков автоматики и управления процессом культивирования осуществляется от щита управления 21 , закреплённого на стене вблизи фотобиореактора, связанного с аппаратами через распределительную коробку. На щите установлены элементы пускорегулирующей аппаратуры.

Визуальный контроль над состоянием процесса производится с помощью окон во всех секциях реактора и в подводящем трубопроводе 9, а также с помощью прозрачной трубки (уровнемера), сообщённой с секцией вывода в двух точках при помощи штуцеров.

Подвод газовоздушной смеси к фотобиореактору производится с помощью безмасляного компрессора 28 и углекислотного баллона 27 по шлангам, прикреплённым к штуцерам на секции вывода.

2.3 Пресс-гранулятор Б6-ДГВ

Пресс-гранулятор Б6-ДГВ предназначен для гранулирования комбикормов с вводом мелассы и жира, для охлаждения, измельчения и просеивания гранул и крупки на комбикормовых предприятиях.[5]

Установка может также применяться для гранулирования травяной муки, шрота, отходов крупяного производства и других аналогичных продуктов.

Рассыпные комбикорма подастся в питатель-смеситель пресса, туда же поступают пар, меласса и жир. Смешанный продукт гранулируется в прессующей секции. Гранулы охлаждаются в охладительной колонке потоком воздуха, создаваемом вентилятором и, либо поступают на измельчение с целью получения крупки, либо проходят через измельчитель в обход валков и подаются в сепаратор.

...