Технологические параметры производства комбикормов

[66]

Рыбоводные хозяйства нашей страны используют для выращива­ния всех видов рыб - стартовые и продукционные комбикорма, полученные путем:

· прессования комбикормов, увлажнением сухим паром;

· прессования предварительно экструдированных компонентов с последующим измельчением и увлажнением сухим паром;

· прессования комбикормов, увлажненных водой;

· экструдирования;

· центробежного гранулирования;

· микрокапсулирования.

Эти способы в основном надежно апробированы и внедрены в производство, что отражено в справочной литературе.

Стартовые комбикорма получают способами прессования комби­кормов с их увлажнением сухим паром и водой, центробежным грану­лированием и микрокапсулированием, продукционные - всеми способами, кроме центробежного гранулирования и микрокапсулирования.

При сухом прессовании рассыпного комбикорма основными техно­логическими параметрами, имеющими первостепенное значение, яв­ляются:

· влажность комбикорма до поступления в смеситель пресса-гранулятора;

· влажность комбикорма после выхода из смесителя;

· влажность гранул послематрицы;

· крупность тонины помола;

· давление пара;

· температура комбикорма;

· состояние матрицы и зазор между прессующим роликом и внут­ренней поверхности матрицы;

· величина загрузки пресса-гранулятора;

· условия охлаждения гранул.

Влажность всех компонентов регламентируется нормативно-тех­нической документацией. Этот показатель колеблется от 8 до 15%. При движении по транспортным средствам, измельчении происходит потеря влажности на 1-1,5%. Для гранулирования комбикорм обычно поступает с первоначальной влажностью 10-11%.

Основное увлажнение комбикорма происходит в смесителе прес­са-гранулятора, куда через форсунку под давлением подается сухой пар. Максимальное увлажнение комбикор­ма необходимо осуществлять при наличии в нем зерновых культур (пшеница, кукуруза, ячмень), и минимальное, когда комбикорм имеет повышенную жирность или в нем присутствуют термочувствительные компоненты (дрожжи). Обычно предел общей влажности комбикорма после смесителя пресса-гранулятора не должен превышать 17,2%. Же­лательно комбикорм увлажнить с нижнего предела (10%) его влажнос­ти с тем, чтобы обеспечить измельченным частицам комбикорма необ­ходимые условия для выделения клейковины. При мгновенном увлажне­нии комбикорма этого эффекта ожидать не следует. Поэтому для по­лучения водостойких гранул в смеситель пресса-гранулятора подают пар под давлением до 0,7 МПа и температуре 140-180 ⁰С из расчета до 65 кг на 1 т комбикорма.

При гранулировании комбикорма с содержанием рыбной муки от 20% и более увлажнение не должно превышать 13-14%. Даже при высо­кой температуре пара рыбная мука не способна поглощать частицы воды. При продавливании увлажненного комбикорма через отверстия матрицы часть излишней влаги будет выжиматься, а оставшаяся часть будет способствовать ослаблению прочности гранул.

Сухой пар должен подаваться в смеситель без влаги в виде ка­пель. В противном случае возможны случаи локального увлажнения комбикорма, который будет поступать на гранулирование в виде слипшихся комков. Такой продукт не гранулируется, а забивает от­верстия матрицы. Влажность пара зависит от условий его производ­ства, температуры окружающего воздуха, расстояния его прохожде­ния по трубопроводам и величины потерь тепла при его подаче на пресс-гранулятор. Часть влаги можно удалить в результате дроссе­лирования пара в регулирующем клапане. Согласно основным законам термодинамики единица теплоты при дросселировании остается пос­тоянной. Так как давление пара уменьшается, соответствующая тем­пература кипения падает и остаточная влага испаряется. Чем выше перепад давления, тем лучше используется эффект сушки. При конди­ционировании рассыпного комбикорма пар полностью конденсируется, влажность его увеличивается. Для определения массовой доли влаги в рассыпном комбикорме после обработки ее паром применяют следую­щую эмпирическую зависимость: повышение температуры комбикорма на 10-11⁰C в результате кондиционирования в смесителе паров равносильно увеличению его влажности на 0,7-1,0%. При высокой начальной влажности рассыпного комбикорма добавление пара должно производится в известных пределах, при чрезмерном увлажнении рассыпного комбикорма (более 17,2%) кормосмесь трудно гранулируется. Причинами является наличие в увлажненном комбикорме дополнительной поверхностной влаги, которая при прессовании выжимается из комбикорма и увеличивает ангезионные свойства присущие материалу, а также рост коэффициента динамического трения увлажненного комбикорма, что улучшает условия прохождения через отверстие матрицы.

Большая массовая доля влаги проводит к тому, что при выходе из матрицы гранулы набухают, на их поверхности образуются трещины, она становится шероховатой. Все это уменьшает прочность гранул.

Для обеспечения оптимального внедрения технологического процесса гранулирования и экономного расходования пара необходимо поддерживать его постоянный расход. Этим достигаются не только оптимальное кондиционирование и гранулирование, но и снижение раскола электроэнергии, увеличение срока службы прессующих роли­ков и дорогостоящей матрицы и, главное, улучшается качество гото­вой продукции.

В технологических линиях по производству комбикормов, имею­щих небольшую производительность и смонтированных в рыбоводных хозяйствах, для увлажнения комбикорма применяют воду (подогретую до 35-45⁰С). Если при сухом прессовании кондиционирование рассып­ного комбикорма сухим паром осуществляется в течение 7-9 сек. то при кондиционировании водой температурой 35-45⁰С это время увели­чивается до 10-14 с. Основными технологическими условиями, в данном слу­чае, являются уменьшение величины крупности помола рассыпного ком­бикорма (до 0,3-0,4 мм), равномерность увлажнения, прогрев матри­цы до 70-75 ⁰С.

Вода при гранулировании значительно облегчает продавливание комбикорма через отверстия матрицы. Например для продавливания рассыпного комбикорма влажностью 11% через отвер­стия диаметром 4,5 мм необходимо создать давление, равное 370 Мпа, тогда как этот комбикорм влажностью 16,3% можно продавить через это отверстие при давлении до 120 МПа.

Вода способствует понижению температуры и уменьшению трения, повышает долговечность матрицы и производительность пресса-гранулятора. В настоящее время существуют экспресс-методы определения влажности рассыпного комбикорма, однако, их не всегда можно приме­нять при регулировке технологических параметров операций конди­ционирования и гранулирования. С целью более оперативного контро­ля за влажностью комбикорма можно рекомендовать весьма простой и доступный метод. Отбирают контрольную пробу комбикорма, ссыпают ее на ладонь и слегка сжимают в кулаке. По образовавшемуся комку слегка ударяют указательным пальцем. Если продукт хорошо увлаж­нен и перемешан, то комок распадается на большие куски. Если эта форма разваливается на мелкие части, которые, в свою очередь, также рассыпаются, то комбикорм увлажнен недостаточно.

При продавливании увлажненного комбикорма через отверстия матрицы его влажность уменьшается в зависимости от диаметра от 0,7 (на диаметр гранул 6 и 8 мм) до 1,2% (на диаметр гранул 3,2-4,5 мм). Водостойкость и прочность готовой продукции можно прогнозировать и на этом участке. Если мягкая влажная гранула после легкого нажатия на нее пальцем старается принять первона­чальную форму, то после охлаждения ее в охладительной колонке она будет соответствовать требованиям технических условий по водос­тойкости и крошимости. Если гранула после нажатия ее пальцем рас­сыпается, то эта партия комбикормов будет некондиционной.

Гранулометрический состав рассыпного комбикорма определяет среднее значение крупности помола комбикорма. Это значение, зави­сящее от типа дробилки, диаметра сменных сит молотковых дробилок, определяют путем просеивания измельченной кормосмеси через сита с круглыми или квадратными отверстиями соответствующего размера. По остатку на сите, который, как правило, не должен превышать 10%, судят о значении крупности помола.

Доказано, что на молотковых дробилках со сменными ситами при производстве продукционных комбикормов (с диаметром гранул 3,2 и 4,5 мм) необходимо устанавливать сита с отверстиями диаметром не более 2,0 мм, производстве стартовых комбикормов - сита с диамет­ром 1,0-1,5 мм, в этом случае обеспечивается крупность помола для продукционных комбикормов со значением до 0,45 мм, а для старто­вых – 0,15-0,24 мм.

С целью достижения необходимой крупности помола на многих комбикормовых заводах применяют двух- и трехступенчатое измельче­ние, т.е. измельчение осуществляется в 2-3 последовательно уста­новленных дробилках. В последней дробилке предусматривается сито­вой контроль качества измельчения, который позволяет направлять недостаточно измельченный комбикорм на повторное измельчение.

Качество помола зависит и от состояния сит. В случае пробоя сит металлопримесями или камнями в виде гальки увеличивается вы­ход не измельченного комбикорма.

Состав комбикорма также оказывает значительное влияние на операцию измельчения. При значительном включении в комбикорм тонкодисперсных компонентов (дрожжи, витамины и т.д.), не требующих измельчения, но направленных на данную операцию, они при попада­нии в дробилку, сразу же проходят через отверстия сита. В ре­зультате этого, наблюдается их выделение из обшей кормосмеси. Без повторного смешения возможно гранулирование компонентов, подвергшихся измельчению и прошедших через отверстия сит без измельче­ния.

Особенно трудно измельчать хлопчатниковый шрот, состоящий из 70% ваты и 30% твердых частиц семян хлопчатника. При значи­тельном включении в рецепт (до 40%) хлопчатникового шрота произ­водительность дробильного оборудования уменьшается в 1,0-2,0 ра­за и увеличиваются возможности пожаров и взрывов, поскольку при его измельчении сита отверстий дробилки забиваются волокнистым материалом. В связи с этим желательно измельчать хлопчатниковый шрот отдельно и по достижении необходимой крупности помола вво­дить в комбикорм.

Особое внимание следует обращать на состояние поверхности гранул, которая должна быть полированной, без заусенцев на тор­цах излома.

Соответствие геометрических размеров матрицы легко устано­вить по физико-механическим свойствам влажных гранул.

Известно, что увлажненный комбикорм при гранулировании про­ходит две стадии сжатия: предварительное - в конической части (рабочей камере) отверстия и основное - в цилиндрической части.

Соотношение объемов рабочей и цилиндрической частей цилин­дров определяет степень сжатия увлажненного комбикорма. Следова­тельно, чем больше диаметр отверстия матрицы, тем меньше величи­на удельного прессования. Это значит, что между частицами комби­корма слабы действия молекулярных сил и гранулы после выхода из матрицы увеличиваются в объеме, распадаются. На их поверхности появляются продольные трещины, что свидетельствует о плохом ка­честве гранул. По шероховатой поверхности гранулы судят о качес­тве поверхности отверстия матрицы, которая должна быть полирован­ной и без задиров (результат продавливания комбикорма с металлопримесями). Состояние отверстий отражается на производительности пресса-гранулятора. Для предотвращения повреждения поверхности отверстий необходимо по окончании работы, особенно после изготовления комбикормов для прудового карпа, запрессовать отверстия пше­ничными отрубями, пропитанными в растительном масле. Если в от­верстиях остается комбикорм, он разбухает, и оставшаяся влага вы­зывает коррозию металла.

При смене матриц, кроме запрессовки отверстий, их нужно пок­рыть антикоррозийной густой смазкой или поместить в емкость с растительным маслом. При таких условиях их можно хранить до 1 го­да. Следует учесть, что матрицы изготовляют из легированной ста­ли, обрабатывают термически, поэтому они отличаются высокой по­верхностной твердостью. Различные ударные воздействия на матрицу твердыми предметами запрещены, в случае необходимости ударных воздействий рекомендуется применять молотки из мягкого дерева или мягкого металла (бронза). Различные сварочные работы с матрицей недопустимы. При постановке новой матрицы нельзя ее сразу нагру­жать. Вначале ее следует использовать при изготовлении комбикор­мов на рецептах с большим содержанием жирного и термочувстви­тельного продуктов, обращая при этом особое внимание на качество рассыпного комбикорма. Не рекомендуется ее обкатывать всухую при минимальном прессующем зазоре. Матрицу нельзя чистить от прессо­ванного продукта.

При смене матрицы меняют и прессующие ролики. На пресс-гранулятор всегда устанавливают пригнанные друг к другу матрицы и прессующие ролики. В противном случае наблюдается преждевремен­ный износ внутренней поверхности матрицы, в результате чего уменьшается объем рабочей камеры прессования, а следовательно, плотность готовой продукции. В крайнем случае, при неравномерном зазоре между образующей прессующего ролика и внутренней поверхнос­ти матрицы допускается перешлифовка рифлей ролика "до чистоты" со снятием минимального слоя металла рабочего участка на внутренней поверхности ее, непосредственно соприкасающегося с роликом.

Категорически запрещается эксплуатация прессующих роликов с неравномерным прилеганием их поверхностей соприкосновения. Нарушение этого правила приводит к преждевременному износу рабочей поверхности матрицы.

Доказано, что периферийная оптимальная скорость матрицы в зависимости от ее диаметра должна составлять 6-8 м/с. В случае превышения этой скорости увеличивается скорость продавливания ув­лажненного комбикорма, уменьшается время пребывания прессуемого комбикорма в отверстиях матрицы. С увеличением окружной скорости, например, в 2,5 раза производительность пресса-гранулятора воз­растает почти в 2,2 раза. т.е. пропорционально. Время прессова­ния при этом сокращается в 2,7 раза, а процент крошки, возвращае­мой сепаратором на повторное гранулирование, увеличивается на 92%.

Максимальной производительности пресса-гранулятора можно достичь только после некоторого периода работы матрицы. Особое внимание следует обращать на приработку матриц с диаметром 3,2 и 4,5 мм. Их следует использовать при влажности комбикорма 12,5-14,3% и крупности тонины помола до 0,35 мм. Перегрузка мат­рицы не допускается, матрицу следует загружать постепенно, внима­тельно следя за нагрузкой, которая должна составлять 120-130 А. Если комбикорм удовлетворительно проталкивается через отверстия матрицы, нагрузку увеличивают. Когда стрелка приблизится к значе­нию нормальной загрузки (170 А), увеличивают подачу пара. Влаж­ность комбикорма увеличивается, нагрузка падает. Снова увеличи­вают подачу до нормальной загрузки и влажность комбикорма. Таки­ми этапами добиваются максимальной производительности пресс-гранулятора.

При производстве гранулированных комбикормов диаметром 6,0 и 8,0 мм обеспечивают достаточное количество пара для лучшего за­полнения отверстий влажной массой. Первые гранулы будут мягкими, затем при увеличении подачи сухого комбикорма можно несколько уменьшить количество пара и таким образом улучшить качество гра­нул.

Зазор между прессующими роликами и внутренней поверхностью матрицы влияет на все показатели: производительность, износ оборудования энергоемкость и качество готовой продукции. В зависи­мости от состава рецепта комбикорма этот прессующий зазор должен составлять 0,2-0,6 мм. Меньший зазор не допускается: возможна ра­бота роликов и матрицы «металл о металл», что связано с чрезмер­ным износом рабочих поверхностей. При большем зазоре наблюдается уменьшение основных силовых факторов, ухудшающих условия прессо­вания. Установлено, что для больших значений зазора действие его 24 на силовые факторы проявляется в меньшей степени. Так, увеличе­ние зазора от 0,8 до 1,4 мм вызывает уменьшение среднего давле­ния в зоне прессования от 11 до 7 МПа для матрицы с диаметром от­верстия 4 мм и от 7,3 до 5 МПа для матрицы с диаметром отверстия 8 мм. Более толстый слой предварительно сжатого материала способ­ствует образованию смазки между металлом ролика и матрицы, уменьшающей износ последним. Это, однако, касается комбикормов с незначительным содержанием рыбной муки и достаточным количеством зерновых, способных клейстеризоваться при температуре 75-88⁰С. При гранулировании комбикормов с высоким содержанием рыбной муки и термочувствительных компонентов желательно выдерживать мини­мальный зазор (0,2-0,3 мм). В этом случае коэффициент гранулирования увеличивается за счет лучшего продавливания комбикорма, и сама рыбная мука является хорошей смазкой, что уменьшает износ роликов и матрицы.

При зазоре более 0,3 мм возникает опасность ускользания та­кого комбикорма от проталкивания. Комбикорм в этом случае пересы­пается через ограничительный бурти направляется на повторноегранулирование.

Комбикорм с низким содержанием протеина и высоким содержа­нием углеводов и клетчатки допускается гранулировать с прессующим зазором, равным до 0,5 мм. Установлено, что при таком составе комбикорма и зазоре в толстом слое поглощаются тангенциальные си­лы, появлявшиеся вследствие движения роликов по матрице. Для обеспечения безаварийной работы пресса-гранулятора, работающего с матрицей и прессующими роликами, рабочие поверхности которых не подогнаны друг к другу, допускается более толстый слой комбикор­ма. Это предупреждает преждевременный износ и поломку матрицы. Недостаточная подгонка роликов вызывает их проскальзывание при вращении, что приводит к налипанию комбикорма на ролики и закли­ниванию матрицы. Таким образом, к рабочей паре ролик-матрица предъявляют ряд требований. От них зависят все производственные показатели и качество гранул. При соблюдении условий хранения и эксплуатации одна матрица с диаметром отверстий 4,5 мм может обеспечить выработку около 10 тыс.т комбикормов, диаметром3,2 ммс для стартовых комбикормов) - около 1,2 тыс.т.

Процесс экструдирования биополимеров можно отнести к термо­динамическому методу обработки, в основе которого лежат два явле­ния - механохимическая деструкция, сопровождаемая на всех этапах обработки материала, и расширение продукта, являвшегося эффектом «взрыва» материала. Последнее наблюдается при резком перепаде значений давления между внутрикамерным и атмосферным.

Основное назначение экструдера заключается в том, чтобы шнек непрерывно развивал соответствующие температуру и давление, при которых обрабатываемый материал становится способным к расшире­нию при выходе из головки экструдера.

Исходя из этого, в экструдере должны выполняться следующие операции:

· транспортирование обрабатываемого материала к прессующей зоне;

· нагрев материала до необходимой температуры за счет послой­ного перемешивания и внутреннего превращения механической энергии в тепловую:

· пластификация материала;

· гомогенизация:

· продавливание гомогенизированной массы через отверстия фор­мующей головки.

В результате статистического режима воздействия и динамичес­кого эффекта давления, температуры увлажненного компонента (ком­бикорма) в обрабатываемом продукте происходят явления денатура­ции белка, инактивных и антипитательных веществ, декстринизации крахмала, практически полной стерилизации продуктов экструзии, создание пористой структуры продукта.

Такая обработка приемлема для производства плавающих комби­кормов и комбикормов с различной плотностью.

Полученные результаты при кормлении карпа экструдированными (экструдатами) и гранулированными (гранулами) комбикормами пока­зали явное преимущество экструдатов: на воде до 100% экструдатов в течение 1 сут могут находиться на плаву. Экстракция пита­тельных веществ из экструдатов через 1 ч после их плавания сос­тавляет 6,6-11,4%, что вдвое меньше потери сухого вещества про­мышленных образцов гранул. Активность ингибитора трипсина в экструдатах на 33-58% ниже, чем в гранулах. Это позволяет включать в состав экструдатов большее количество соевого шрота, гороха и других компонентов из растений семейства бобовых. Исходя из необ­ходимости проведения сложной термодинамической обработки материа­ла, в конструкции экструдера предусмотрено выполнение ряда техно­логических операций, к числу этих операций относятся прием (заг­рузка), сжатие,гомогенизация и принудительное выдавливание (эк­струзия), в большинстве современных конструкций экструдеров прием и гомогенизация обрабатываемого продукта производятся в отдельном узле экструдера, после чего продукт направляется на дальнейшую обработку.