Совершенствование технологии гранулирования кормов с обоснованием параметров и режимов работы теплообменника между гранулами и рассыпным кормом

В существующих экономических условиях одной из самых главных задач является насыщение Российского рынка качественными, экологически чистыми продуктами питания. Это возможно только в случае всемерного развития отечественного товаропроизводства в области сельского хозяйства при рациональном сочетании разных форм собственности на средства производства. Ведущую роль в решении задач насыщения рынка продовольствием может сыграть наука, которая осуществляет развитие исследовательской работы, открывающей принципиально новые пути и возможности для создания новейших технологий и оборудования. Указанное требование относится и к развитию сельскохозяйственной науки, главным направлением разработок которой на данном этапе является проведение исследований, обеспечивающих более полную механизацию и автоматизацию производства сельскохозяйственной продукции, в том числе и продукции животноводства.

Важнейшим условием увеличения производства продукции животноводства является прочная кормовая база, которая может возникнуть при повсеместном внедрении в сельскохозяйственное производство не зависящих от природных условий технологий, в том числе гранулирования и брикетирования кормовстроительства цехов и заводов по приготовлению прессованных кормов в сельскохозяйственных предприятиях с различными формами собственностисоздании в хозяйствах страховых запасов кормов, преимущественно прессованных.

Сельскохозяйственной наукой и практикой доказана высокая эффективность применения гранулированных и брикетированных кормов и возможность полного перевода животных, птиц и рыб на кормление прессованными кормами [1,2, 3,4,5,6,7,8].

Существующие отечественные технологические линии по гранулированию и брикетированию кормов, созданные на основе выпускаемых в России и ближнем зарубежье прессов — грануляторов, имеют сравнительно высокую производительность и, в то же время, высокую энергоемкость получения гранулированных и брикетированных кормов.

В настоящее время наблюдается некоторый спад производства кормовых гранул и брикетов, что связано в основном из-за высоких цен на энергоносители. Поэтому одним из основных направлений развития гранулирования и брикетирования кормов является разработка технологий и оборудования, обеспечивающих получение кормовых монолитов оптимальной прочности и кормовой ценности при минимальных затратах энергии и максимальной производительности оборудования.

Многие авторы [9, 10, 11, 12, 13, 14 ] с целью увеличения производительности прессующего оборудования рекомендуют производить подогрев поступающего на прессование рассыпного корма электронагревом или паром. В первом случае возникает необходимость дополнительного расхода энергии, а во втором — и строительство дорогостоящей котельной, что значительно усложняет технологию получения прессованных кормов.

Из литературных источников [ 1, 11, 12, 14, 15, 16, 17, 18 ] известно, что даже при кондиционировании рассыпного корма перед прессованием холодной водой выходящие из пресса монолиты нагреты до температуры 70.80 °С, а иногда и выше. На охлаждение получаемых из монолитов гранул или брикетов тратится энергия, расходуемая вентилятором на просасывание через них холодного воздуха. Поэтому решение проблемы снижения энергоемкости процессов гранулирования и брикетирования возможно при вторичном использовании теплоты выходящих из пресса гранул или брикетов для подогрева рассыпных кормов перед прессованием. Поэтому в настоящей работе ставится задача совершенствования технологии гранулирования кормов с применением теплообмена между горячими гранулами и идущим на прессование холодным рассыпным кормом, а также обоснование параметров и режимов работы теплообменника для осуществления этой технологии.

В связи с изложенным целью настоящей диссертационной работы является повышение эффективности гранулирования кормов путем регенерации теплоты от горячих гранул к идущему на прессование холодному рассыпному корму с обоснованием параметров и режимов работы теплообменника.

Народнохозяйственное значение выполненной работы заключается в снижении затрат энергии и средств на нагрев рассыпного корма перед прессованием и на охлаждение горячих гранул, а также в снижении затрат труда на производство гранулированных кормов за счет повышения производительности прессующего оборудования.

Основными научными результатами, полученными при выполнении настоящей работы, являются:

1 — усовершенствованная технология гранулирования кормов, включающая регенерацию теплоты между горячими гранулами и идущим на прессование холодным рассыпным кормом;

2 — теоретическое обоснование и разработка на основе изученных физико-механических и теплофизических свойств рассыпных и прессованных кормов конструкции теплообменника для указанной технологии и режимов его работы;

3 — предложенное научно-техническое направление создания комбинированных аппаратов для теплообмена между холодным рассыпным кормом и горячими гранулами и их доохлаждения.

На защиту выносятся следующие основные научные положения:

1 — конструктивно-технологическая схема теплообменника между горячими гранулами и холодным рассыпным кормом, поступающим на прессование;

2 — физико-механические и теплофизические характеристики рассыпных кормов и полученных из них гранул;

3 — теоретически и экспериментально обоснованные параметры и режимы работы теплообменника между горячими гранулами и холодным рассыпным кормом;

4 — модель функционирования технологической линии получения кормовых гранул с регенерацией теплоты и их доохлаждением;

5 — результаты проверки предложенной технологии в хозяйственных условиях и рекомендации производству.

Считаю необходимым выразить благодарность сотрудникам Рязанской государственной сельскохозяйственной академии им. профессора П. А. Костычева, оказавшим помощь в подготовке диссертации к защите.

Общие выводы и предложения производству.

На основании анализа результатов выполненных теоретических и экспериментальных исследований по определению физико-механических и теплофи-зических свойств рассыпных и гранулированных комбикормов для рыб и травяной муки, изучения процесса теплообмена между выходящими из пресса горячими гранулами и поступающим на прессование холодным рассыпным кормом, изучения процесса получения гранул из кормов с применением теплообменного аппарата в линиях гранулирования можно сделать следующие выводы и предложения.

1. В современных линиях гранулирования кормов не используется теплота выходящих из пресса горячих гранул, что не позволяет получить максимальную его производительность и допускает нерациональные дополнительные затраты энергии на прессование кормов и охлаждение получаемых из них гранул. В связи с этим линии гранулирования кормов необходимо комплектовать теплооб-менными аппаратами, обеспечивающими теплообмен между выходящими из пресса горячими гранулами и поступающим на прессование холодным рассыпным кормом, что позволит устранить отмеченные недостатки.

2. Теплообменник должен содержать теплообменный аппарат, состоящий из нижнего цилиндра, в который вставляется верхний подвижный цилиндр со смотровым окном для регулирования контроля за уровнем смеси горячих гранул и холодного рассыпного корма, устройства для перемещения и фиксации верхнего цилиндра, транспортеров, бункеров и дозаторов для подачи в теплообменный аппарат горячих гранул и холодного рассыпного корма и отвода из него их смеси, сетчатого вращающегося барабана для разделения смеси на частично охлажденные гранулы и частично прогретый рассыпной корм.

Рабочий процесс теплообменника необходимо организовывать таким образом, чтобы горячие гранулы и холодный рассыпной корм дозированно в одинаковом количестве подавались в теплообменный аппарат, их смесь отлеживалась в нем необходимое для теплообмена время, а затем дозированно выводилась из него и подавалась на разделение, после которого прогретый рассыпной корм поступает на кондиционирование и прессование, а частично охлажденные гранулы — на доохлаждение.

3. Теоретически доказано, что процесс теплообмена между горячими гранулами и холодным рассыпным кормом в теплообменном аппарате подчиняется экспоненциальному закону. С увеличением диаметра гранул, их плотности, начальной температуры и теплоемкости время теплообмена увеличивается, а с увеличением коэффициента теплоотдачи — уменьшается. Теплообменный аппарат должен быть цилиндрической с регулируемым объемом емкостью, диаметр которой увеличивается с увеличением производительности и времени теплообмена и уменьшается с увеличением ее высоты и объемной массы смеси гранул и рассыпного корма. Полезной следует считать теплоту, отданную гранулами и полученную рассыпным кормом, так как при этом будет меньше расход воздуха на доохлаждение гранул и меньше затраты энергии на прессование подогретого корма.

4. Установлено, что повышение влажности комбикорма для рыб рецепта К-16−80 с 7,0 до 20% приводит к уменьшению объемной массы с 554 до 427 кг/м3, уменьшению угла естественного откоса с 21,0 до 18,2 градуса, увеличению коэффициента трения покоя с 0,77 до 1,11, а для гранул из него диаметром 4,5 мм при повышении влажности с 9 до 20% - к уменьшению объемной массы с 647 до 524 кг/м 3, к увеличению угла естественного откоса с 9,1 до 16,0 градусов и коэффициента трения покоя с 0,52 до 0,77. Аналогичные зависимости получены для травяной муки и гранул из нее.

5. Установлено, что повышение влажности комбикорма для рыб с 6,0 до 18,0% при температуре 20 0 С вызывает увеличение коэффициента температу.

7 7 2 ропроводности с 1,137 • 10″ до 1,210 • 10 «м/с, коэффициента теплопроводности — с 5,94 • 10 «2 до 7,61 • 10 «2 Вт/м °С и теплоемкости — с 9,207 • 10 2 до 14,133 • 102 Дж/кг °С, а повышение температуры с 20 до 60 0 С при влажности 12% вызывает увеличение этих же показателей соответственно с 1,190 • 10 «7 до 1,227 -10−1 м2/с, с 6,71 • 10 2 до 7,64 • 10 «2 Вт/м °С, с 10,442 • 10 2 до 11,259 • 10 2 Дж/кг °С. Аналогичные зависимости получены для травяной муки и гранул из нее.

6. Экспериментами установлено, что теплообменный аппарат необходимо выполнять в виде регулируемого по высоте цилиндра диаметром 400.450 мм и устанавливать вертикально. Подачу в него гранул и рассыпного корма любого вида необходимо осуществлять с высоты более 800 мм послойно — нижний слой рассыпной холодный корм, а верхний — горячие гранулы. При такой подаче достигается наибольшая степень однородности смеси, равная 0,66.0,67, и уменьшается запыленность помещения.

7. Экспериментально установлено, что достаточным временем теплообмена между горячими гранулами с температурой 83 0 С и холодным рассыпным комбикормом для рыб с температурой 15,2 0 С следует считать 4.5 минут. При повышении начальной температуры гранул с 61 до 81 °C время выдержки смеси в теплообменном аппарате необходимо увеличивать с 1,6 до 5,1 минуты. Экспериментально подтверждено, что охлаждение гранул и прогрев рассыпного корма в теплообменном аппарате подчиняется экспоненциальному закону.

8. Эксперименты по гранулированию показали, что прогрев рассыпного комбикорма для рыб с 16,0 до 37,6 0 С повышает производительность пресса-гранулятора ОГМ-0,8 с 814 до 962 кг/ч или на 18,18%, снижает энергоемкость процесса прессования на 17,03%, позволяет получить гранулы высокого качества при снижении крошимости на 7,06%, повышении водостойкости на 19,6% и плотности на 2,74%.

9. Технико-экономическая оценка технологии показала, что применение теплообменника в линии гранулирования кормов с использованием оборудования ОГМ-0,8 позволяет повысить производительность труда на 18,12% и за счет снижения затрат на заработную плату и на электроэнергию получить годовой экономический эффект в ценах 1991 года 285 рублей на один гранулятор при производстве 1734 т гранул или 5700 рублей в ценах 1998 года.