Кавитационная технология и оборудование для производства жидких кормов

Размещено на http: //www. allbest. ru/

Красноярский государственный аграрный университет, Красноярск, Россия

Кавитационная технология и оборудование для производства жидких кормов

Скрыль И.И., Ковальчук А.Н.

Annotation

The technology of preparation of liquid forages is considered and the equipment for its realization is offered.

Устройство желудочно-кишечного тракта определяет «меню» животных и их способность переваривать ту или иную пищу.

Разработки и исследования ученых ГНУ Всероссийского научно-исследовательского института сельского хозяйства, Кубанского государственного аграрного университета, института проблем экологии и эволюции им. А. Н. Северцева РАН, Алтайского государственного аграрного университета показывают, что при «традиционных» технологиях кормления в помете остается не переваренной до 40% пищи, а при кормлении свиней сухими комбикормами -- до 50% [1].

Рекомендации ученых для животных и птиц с прямоточной системой желудочно-кишечного тракта сводятся к тому, что:

* корма для свиней должны быть жидкими;

* злаки должны быть измельчены до размеров 0-30 мкН;

* в процессе приготовления должно быть обеспечено протекание процессов ферментативного сбраживания крахмала с переводом его в легкоусвояемые организмом животного формы, а именно: глюкоза, фруктоза, сарбоза, мальтоза, галактоза и т. д.

В свиноводстве подобная подготовка кормов обеспечивает среднесуточный привес 650-750 грамм (таблица 1) [2]. При этом указанные среднесуточные привесы достигаются при значительном снижении затрат корма в расчёте на 1 кг привеса, а также значительно уменьшается стоимость кормов. кавитационный жидкий корм пищевой

Технология кормления, предлагаемая вашему вниманию, основана на приготовлении жидких кормов путем кавитационного смешивания исходного сырья с водой.

При кавитационной обработке пищевой смеси одновременно происходят следующие процессы:

* кавитационное измельчение в диспергаторе (зерна пшеницы, ячменя, овса, отрубей, жома, жмыха, шелухи и т. д.) до тонкодисперсного состояния;

* разогрев полученной суспензии до 60-95°C;

* создание условий для протекания физико-химических и биохимических процессов ферментативного сбраживания крахмала (перевод более 50% крахмала, содержащегося в корме, в вещества, которые легко усваиваются организмом животного, а именно: моно-, ди- и трисахариды, т. е. в глюкозу, фруктозу, сарбозу, мальтозу, галактозу и т. д.);

* угнетение всех бактерий, попавших в корм с поля со злаками, таким образом, уменьшается (исключается) вероятность возникновения нежелательных или нестерильных ферментаций от занесенных бактерий, которые составляют конкуренцию микрофлоре кишечника животных в борьбе за поступившую пищу и вырабатывают токсические вещества [2].

Таблица 1 Расход корма и привесы животных (поросят) за один месяц (данные приведённые в таблице предоставлены фермерским хозяйством из Берёзовского района Красноярского края)

Концепция разработанной технологии основана на феномене синпериодической кавитации. При кавитационном приготовлении жидких кормов вместе с обеззараживанием сырья происходит биологическая активация воды.

Такая вода является мощным растворителем солей, охотно вступает в реакцию гидратации биополимеров пищевого сырья (соединение биополимеров с молекулами воды), интенсивно экстрагирует (т.е. извлекает из сырья витамины и другие полезные вещества, не разрушая его природной структуры, так как имеет обычную температуру).

Осуществление данной технологии возможно при применении кавитационного измельчителя. Кавитационный измельчитель - это принципиально новый вид оборудования, используемый в производстве эмульсий и суспензий различного назначения. Он является последним достижением новой отрасли науки - физико-химической механики [3].

Известны следующие типы оборудования для диспергирования:

* Измельчители с мелющими телами (шаровые, бисерные, вибрационные, дезинтеграторы).

* Устройства самоизмельчения (барабанные, центробежные, струйные).

* Взрывные измельчители (со сбросом давления, с использованием взрывчатых веществ).

Недостатки этих типов устройств: износ мелющих тел; загрязнение продуктами износа измельчаемого материала; большая энергоемкость диспергирования; низкий КПД, агрегация (слипание) частиц при увеличении дисперсности материала.

В последние годы появилось оборудование для диспергирования с одновременной гомогенизацией:

* Ультразвуковые устройства.

* Ультразвуковые кавитационные устройства.

* Электрогидравлические устройства.

* Роторно-пульсационные устройства.

* Гидроударные установки.

Ультразвуковые устройства применяются редко и в специфических условиях (например, гомогенизация майонеза), а электрогидравлические устройства пока не нашли применения. Наибольшее распространение получили роторно-пульсационные устройства (за рубежом) и приходящие им на смену гидроударные установки (пока не имеют аналогов за рубежом).

Происходит закономерный переход к способу диспергирования материала в двухфазной (материал +жидкость) среде, что позволяет совместить процессы диспергирования и гомогенизации в одном аппарате. В качестве жидкости может быть вода или любая другая жидкость, например, масло выделяющееся при измельчении орехов, сок при переработке помидоров, гороха и т.д. Это дает возможность использовать физические свойства второй фазы (не сжимаемость, законы Паскаля и Бернулли) и применить новые физические эффекты (гидравлический удар, кавитацию, импульсы высокого давления, турбулентность).

Способ диспергирования материала в двухфазной среде лишен недостатков сухого способа диспергирования поскольку жидкость «не изнашивается», не загрязняет материал, предотвращает агрегацию за счет уменьшения поверхностной энергии твердой фазы (этот эффект усиливается добавлением поверхностно-активных веществ). Кроме того, использование жидкости позволяет совместить процессы диспергирования и гомогенизации в одном аппарате.

Установка конструкции Мозгового В.Г. КаГУД-1 (кавитационный гидроударный диспергатор) обеспечивает диспергирование и одновременное смешивание (гомогенизацию) материалов (см. рис. 1) [4]. Основными элементами установки являются ротор и статор (см. рис. 2). В роторе по окружности расположены резонансные камеры (резонаторы). В статоре отверстия - конфузоры. При вращении ротора происходит периодическое перекрывание выходных отверстий резонаторов. Измельчение происходит за счет воздействия на частицу кавитации, а также двойного (прямого и обратного) гидравлического удара при прерывании потока пульпы с заданной частотой. Частота специально подбирается равной собственной частоте ротора. Действие гидравлического удара носит пульсирующий характер. Разрушаемые частицы подвергаются гидравлическому удару в резонансных камерах (резонаторах). За счет совпадения собственной частоты резонаторов с частотой следования импульсов давления в камерах происходит многократное (в 10 раз по сравнению с роторно-пульсационными аппаратами) увеличение амплитуды значения давления. Гидродинамические процессы в установке сопровождаются развитой турбулентностью. Это способствует хорошей степени гомогенизации обрабатываемого материала.

Рисунок 1 Общий вид и основные размеры аппарата КаГУД-1, производительностью 30 т/ч

Рисунок 2 Устройство аппарата КаГУД-1: где: 1-корпус; 2 - входной патрубок; 3 - выходной патрубок; 4 - ротор; 5 - статор; 6 - резонаторные камеры; 7 - сужающийся канал резонатора прямоугольного сечения; 8 - лопатки; 9 - отверстия прямоугольного сечения в статоре

Разработано два типа гидроударного оборудования: роторно-пульсационные устройства или их аналоги и гидроударные системы - КаГУД-1 (аналогов за рубежом нет).

В настоящее время резонансная гидроударная система КаГУД-1 является наиболее эффективным и перспективным видом оборудования для диспергирования и гомогенизации.

Техническая характеристика аппаратов КаГУД-1 и обрабатываемого продукта приведена в таблицах 2 и 3.

Таблица 2 Технические характеристики аппаратов КаГУД-1

Таблица 3 Характеристика обрабатываемого продукта

Отличия аппаратов КаГУД от роторно-пульсационных заключаются в следующем:

1. В аппарате КаГУД-1 поток пульпы структурирован в каналах-резонаторах (соплах). Структуризация потока обеспечивает разделение потока на отдельные равные ручьи (в соплах), разделение ручьев на отдельные равные порции (в окнах статора), смешение порций в объеме улитки перед напорным патрубком. При этом в объем улитки попадают порции из диаметрально противоположных четырех окон (в данной модификации КаГУД-1). Это одно из условий идеальной гомогенизации. В РПА поток не структурирован, только частично канализован, поэтому перемешиваемые порции не одинаковы, отдельные порции могут проскальзывать с возвратом, другие порции - проскакивать без обработки (без разделения и смешения).

2. Скорость движения потока в каналах выше, т.к. работает эффект гидравлического сопла (сужение - ускорение потока). При этом возникает высоко развитая турбулентность за счет кривизны канала. Это способствует увеличению степени гомогенизации на микроуровне - это второе условие идеальной гомогенизации.

3. За счет повышенной скорости и структурирования потока в каналах при перекрытии окон в роторе возникают условия для возникновения гидравлических ударов значительной величины. Этого в РПА не происходит.

4. В аппарате КаГУД-1 из-за несовпадения количества окон в роторе и статоре возникает бегущая волна гидравлических ударов. Путем подбора количества окон частоту бегущей волны можно согласовать с собственной частотой колебаний ротора. При этом ротор становится мощным объемным излучателем звукового давления в обрабатываемую среду. Звуковое давление концентрируется в объеме резонаторов. При этом твердая частица испытывает знакопеременное давление и силы "сжатия-растяжения" (ударная волна) разрывают частицу. Кроме звучащих стенок канала на частицу периодически (при перекрытии канала) воздействует пик давления в момент возникновения гидравлического удара. Комбинация этих сил приводит к эффективной диспергации пульпы.

5. В РПА пульсации давления слабо выражены, в основном работает кавитация, которая возникает только на рабочих поверхностях ротора и статора, что гораздо менее эффективно.

6. Производительность РПА гораздо меньше чем у КаГУД-1

Применение технологии жидкого кормления и кавитационного гидроударного диспергатора позволят повысить питательность кормов, снизить их стоимость и расход, получить дополнительный привес при минимальных затратах.

Литература

1. Мат. 16-й международной спец. торгово-промышленной выставки «Зерно-Комбикорма-Ветеринария-2011»

2. http://kombi-korm.narod.ru/contacts.html

3. http://www.licenz.ru/breaking_machine.html

4. Мозговой В.Г., Алтухов А.М. патент России «Кавитационный гидроударный диспергатор» № 74084 от 20.06.2008 г.

Размещено на Allbest.ru