Основные параметры процесса прессования комбикормов

Процесс получения крупных прессованных брикетов носит название брикетирования, более мелких (в форме небольших цилиндров) — гранулирования. Эти процессы в технологии зерноперерабатывающих предприятий реализуются шнеково-матричными и валково-матричными прессами. В настоящее время прессы для брикетирования отечественным машиностроением не выпускаются, а процессы брикетирования применяются редко. Валково-матричные прессы постоянно совершенствуются и выпускаются в достаточно большом количестве и самых разнообразных конструкций (с вертикальной кольцевой и плоской дисковой матрицами) как отечественными, так и традиционными зарубежными производителями: «Бюлер» (Швейцария), «Спроут Матадор» (Дания), «Вальтер» (Германия), «ГБС» (Италия), «Ван Аарсен» (Голландия) и ряд других. Среди отечественных машиностроителей, занимающихся производством комплектных установок для гранулирования, наиболее известны объединение «Ростпродмаш» и «Пролетарский завод», г. С.-Петербург. Ранее производством грануляторов небольшой производительности, в основном для гранулирования травяной муки (ОГМ-0.8А, ОГМ-1,5), занимались заводы сельскохозяйственного машиностроения, однако к настоящему времени производство их практически прекратилось. Следует отметить, что прессы-грануляторы относятся к сложному оборудованию и требуют высокооснащенного машиностроительного производства, специальных станков сложных контрольно-измерительных приборов, инструмента и оснастки. Только в этом случае может быть обеспечена надежность и долговечность оборудования и качественный технологический процесс. Не менее высокие требования по качеству и точности изготовления предъявляются к оборудованию для экструдирования и экспандирования продуктов.

Гранулированию обычно предшествует гидротермическая обработка рассыпного комбикорма, т. е. увлажнение и нагревание смеси. Под воздействием пара благодаря подводу тепла и влаги комбикорм подвергается структурномеханическим и биохимическим изменениям. В результате этого продукт приобретает необходимую для прессования вязкость. При приложении внешних сил он способен уплотняться вследствие относительного смещения составляющих его твердых частиц, а также в результате остаточных (необратимых) деформаций и вытеснения газообразной и жидкой фаз.

На первой стадии процесса уплотнения частицы сближаются и из области высоких давлений перемещаются в область более низких. Уплотнение происходит главным образом в результате вытеснения газообразной фазы, изменения плотности частиц без существенного их деформирования. На этой стадии уже незначительные приращения давления заметно уплотняют продукт.

На второй стадии процесса происходят упруго-пластические деформации, сопровождающиеся разрушением некоторого количества частиц, что приводит к их более плотной укладке. Продолжается вытеснение газообразной фазы. При наличии достаточного количества жидкой фазы она вытесняется за периферию твердых частиц. На данной стадии прессования плотность продукта приближается к плотности готовых гранул.

На третьей стадии преобладают упругие деформации твердых частиц и защемленной газообразной фазы, поэтому даже значительное увеличение давления не приводит к какому-либо существенному уплотнению продукта.

Четкой границы между всеми фазами проводить нельзя. В результате сближения частиц проявляются силы сцепления, которые способствуют образованию достаточно прочных брикетов или гранул. [1].

Производительность (кг/ч) валково-матричного пресса определяют по формуле:

Q =0,0l5рd2lсkznmx,.

где d, l-диаметр и длина гранулы, см; с — плотность гранулы в момент прессования, г/см; к — число отверстий в матрице; z — число прессующих валков; пм — частота вращения матрицы, об/мин; х — коэффициент наполнения матрицы Производительность (кг/ч) шнеково-матричного пресса рассчитывают по формуле.

Q = 47D2SK'nшг, где D, L — диаметр и шаг шнека, м; К' — коэффициент наполнения; пш — частота вращения шнека, об/мин; у — объемная масса продукта до прессования, кг/м3.

Сущность гранулирования комбикормов заключается в следующем. Подготовленный рассыпной комбикорм, попадая из смесителя в зону прессования, увлекается вращающейся кольцевой матрицей и прессующими валками, которые свободно сидят на неподвижной эксцентриковой оси, в клиновый зазор между матрицей и валком. Продукт предварительно уплотняется, затем постепенно сжимается.

Давление прессования повышается по мере затягивания продукта в клиновый зазор, нарастают упругие и пластические деформации. Из материала удаляется воздух, находящийся между частицами, и некоторое количество поверхностной влаги. По мере увеличения давления возрастает плотность прессуемого материала в результате уменьшения расстояния между отдельными частицами.

Затем, когда давление достигает максимального значения, продукт проходит через отверстия матрицы, приобретая определенные размеры, форму и прочность. При этом часть механической энергии переходит в тепло, и продукт дополнительно нагревается. Затем прессующий ролик проталкивает в отверстия новую порцию продукта, вызывая движение спрессованного продукта к выходу из матрицы.

Таким образом, при непрерывном процессе перемещения прессующих роликов по поверхности матрицы движение комбикормов в каждом отверстии происходит периодически — только в момент прохода прессующего ролика над входным отверстием. За один проход прессующего ролика гранула из выходного отверстия выдвигается на длину до нескольких миллиметров.

Цилиндрическая наружная поверхность прессующих роликов имеет рифление, нанесенное параллельно оси вращения, или густую перфорацию несквозными цилиндрическими отверстиями. Неровности поверхности предназначены для лучшего сцепления прессующих роликов с комбикормом. [1].

Линии гранулирования на базе прессов ПМВ Широко известная в области производства технологического оборудования для производства кормов, субпродуктов и биотоплива фирма «Спроут-Матадор» (Дания, США) выпускает большой типоразмерный ряд прессов-грануляторов типа ПМВ и ПМ соответственно с ременной передачей и ре-дукторным приводом.

Прессы-грануляторы «Спроут-Матадор» отличаются высокой эксплуатационной надежностью, качеством изготовления, безопасностью, высоким уровнем автоматизации и управления, хорошими гигиеническими условиями и сравнительно низким удельными затратами энергии. На рис. 1 представлен внешний вид пресса-гранулятора типо-размерного ряда ПМВ с ременной передачей, а на рис. 2 — пресса типо-размерного ряда ПМ с редуктором.

Прессы-грануляторы ПМВ и ПМ поставляются в комплекте, а также отдельными узлами и системами: питатели, смесители (в зарубежной практике часто называются «кондиционерами»), системы управления и автоматизации. Технологические линии также могут включать систему измерения количества материала, экспандер, охладитель, установку для обработки гранул, измельчитель и микрожидкостную систему для ввода жидких микроингредиентов.

Типоразмерный ряд прессов-грануляторов приведен в таблице 1. В программу производства прессов-грануляторов включены две основные концепции приводов — ременные приводы (серия ПМВ) и редукторные приводы (серия ПМ). Обе серии обеспечивают одинаковые эксплутационные характеристики, качество и систему управления.

Прессы-грануляторы конструктивно выполнены по классической схеме. На мощном монолитном основании 1 (рис. 1) устанавливается корпус 2 с прессующей секцией и главный привод 18 с натяжным устройством 19. В корпусе монтируется двухступенчатая ременная передача с приводом на промежуточный вал и далее на привод матрицы. На корпусе монтируется прессующая секция с откидной дверкой 6, установленной на шарнирах 3, и зажимными устройствами 4. Откидная дверка заканчивается конусом с отверстием для вывода гранул. К дверке крепится патрубок 9 для подачи продукта на прессование.

В патрубке имеется люк 8 для наблюдения и контроля. Под патрубком установлен сборник 7 при необходимости сброса продукта. На корпусе также смонтирован механизм подъема матриц 11с приводом 10 и смеситель (кондиционер) 12. Открывание дверки блокирует главный двигатель. При открытой дверке запуск двигателя невозможен.

В качестве основного рабочего органа смесители оснащаются валами и лопастями, установку которых можно регулировать, меняя шаг винтовой линии, образуемый внешними кромками лопаток. На смесителе установлен коллектор с форсунками для подачи пара и жидких компонентов. Для контроля давления на коллекторе установлен манометр 16. В верхней части смесителя смонтирован шнековый питатель 14 с приводом 13, позволяющим регулировать число оборотов шнека питателя.

Рис. 1. Пресс-гранулятор типоразмерного ряда ПМВ (с ременным приводом): 1 — станина; 2 — корпус; 3 — шарниры откидной дверки; 4 — зажимы; 5 — выходное отверстие гранул; 6 — откидная (передняя) дверка; 7 — сборник; 8 — люк; 9 — патрубок; 10 — привод подъемника матрицы; 11 -механизм подъема матриц; 12 -смеситель (кондиционер); 13 — привод питателя; 14 — питатель; 15 — коллектор подвода пара и жидких компонентов; 16- приборы контроля; 17 — ограждение ременной передачи; 18- главный привод; 19- натяжное устройство

Прессы-грануляторы ПМВ и ПМ сконструированы по блочно-модуль-ному принципу и могут компоноваться с различными питателями, смесителями и другими сменными узлами.

Таблица 1. Тимпоразмерный ряд прессов-грануляторов ПМВ (PMV) и ПМ (РМ).

Прессы-грануляторы ПМ (рис. 2) конструктивно по модулям выполнены аналогично прессам ПМВ и отличаются только главным приводом. Как уже отмечалось, в прессах ПМ в качестве главной передачи установлен одноступенчатый редуктор с косыми винтовыми зубьями, обеспечивающими плавное зацепление и достаточно малошумную работу. Редуктор смонтирован в корпусе 2. Поскольку пресс ПМ имеет эффективную внутреннюю распылительную смазочную систему необходимость в наружной циркуляции масла и охлаждающей системы редуктора исключается. Установка не имеет масляного насоса, теплообменника или наружной системы труб для смазки, что упрощает конструкцию и обслуживание пресса.

Прессы-грануляторы ПМВ 717 и 719 с ременным приводом имеют простую с длительным сроком службы клиновую ременную передачу с двойным понижением, что позволяет использовать стандартные электродвигатели 1800 об/мин/1500 об/мин (рис. 3, а) Прессы-грануляторы ПМВ и ПМ имеют два или три ролика. Ручная установка роликов — стандартная. Автоматическая регулировка роликов возможна для определенных типоразмеров. Установка матрицы возможна в конусном зажиме с креплением болтами (рис. 3, б) или, как вариант, в зажиме сегментного типа (рис. 3, в).

При установке корпусной матрицы используется эффект самонаведения, позволяющий сделать замену матрицы плавной и легкой. Матрица выравнивается по корпусу держателя, и только последние 3 мм требуют применения крутящего момента болтов матрицы для завершения ее подгонки к прессу.

Рис. 2 Пресс-гранулятор типоразмерного ряда ПМ (с редукторным приводом): 1 — станина (основание); 2 — корпус; 3 — главный привод; 4 — привод смесителя; 5 — смеситель (кондиционер); б — питатель; 7 — привод питателя; 8 -коллектор; 9 — патрубок; 10 — механизм подъема матриц; 11 — сборник; 12 -прессующая секция

Стальные детали камеры гранулирования и передней дверцы 6 (рис. 1), в процессе работы соприкасающиеся с продуктом, выполнены из износоустойчивой нержавеющей стали. Правая/левая подвеска дверцы 3 позволяет иметь доступ к всему объему камеры гранулирования. В стандартный комплект включена дверца одностенной конструкции из нержавеющей стали, предназначенной для тяжелых режимов работы. Дверца двустенной конструкции типа «сэндвич» с теплои шумоизоляцией может быть поставлена по согласованию с потребителем. По согласованию также может быть поставлен входной шнек — центральный питатель — обеспечивающий более равномерное распределение материала по пресс-роликам для гранулирования трудно перерабатываемого сырья и экспандированных материалов.

Прессы-грануляторы оснащаются системами безопасности, немедленно останавливающими гранулятор при неисправности. Электронная система управления дает оператору текущую информацию о состоянии машины. Защита от перегрузки на основе срезанных штифтов является обязательной для всех моделей. Система срезанных штифтов защищает вал от повреждения при заклинивании при случайном попадании металлических предметов. Конструкция позволяет производить замену вала достаточно удобным способом, а также дистанционную смазку роликов и главного подшипника. Гидравлические системы защиты от перегрузки могут быть включены в поставку по согласованию с потребителем и применяются, как правило, для грануляторов большой мощности.

Прессы-грануляторы, выпускаемые фирмой «Спроут-Матадор», и особенно прессы ПМ отличаются компактностью и небольшой зоной обслуживания. В сочетании с модульной конструкцией, расширяющей применяемость для различных технологических условий, они более легко вписываются в комплексы действующего оборудования. Соотношение площади матриц и мощности пресса повышает эффективность и производительность пресса, сохраняя качество гранулирования. Некоторые модели типоразмерного ряда достаточно легко модифицируется. Например, модель PM615W легко модифицируется в модель PM615XW, обеспечивающую увеличение площади матрицы примерно на 20%.

Рис. 3. Отдельные узлы прессов-грануляторов типа ПМВ: а — главный привод; б — конусный зажим матрицы; в — сегментный зажим матрицы; 1 — откидная дверка; 2 — корпус; 3 — вторая ступень клиноременной передачи; 4 — опора промежуточного вала (контрпривод); 5 — первая ступень клиноременной передачи от главного приводного электродвигателя; 7 — держатель; 8-матрица; 9 — сегмент; 10- фланец

Встроенный подъемник матриц 10,11 с подъемными приспособлениями (рис. 1) для облегчения и безопасности замены матрицы может также использоваться для проведения сервисных работ в задней части машины.

Для качества гранул и производительности гранулятора важна предварительная обработка комбикормов или других продуктов перед гранулированием. Кондиционеры (смесители) подбираются к каждому прессу-гранулятору для обеспечения требований по времени пребывания и температуре для каждого варианта применения.

Большинство кондиционеров (рис. 4) выполнены из нержавеющей стали и оснащены большими дверцами для обеспечения доступа с целью осмотра и обслуживания. Регулируемые лопасти к различным системам ввода пара и жидкостей (5, 12, 13) обеспечивают гибкость при любом варианте применения оборудования. Смеситель с питателем конструктивно во многом аналогичны отечественным машинам. Шнековые питатели оснащены электродвигателями с частотными преобразователями для регулирования оборотов в достаточно широких пределах. Собственно смесители и устройства для подачи пара и жидких компонентов, а также привод и контрольные приборы подобны аналогичным узлам прессов ДГВ, ДГВ.А. Особенностью смесителей являются качественные материалы и современные комплектующие изделия, а также высокое качество изготовления.

Объем подаваемого в кондиционер и гранулятор материала дозируется с помощью шнекового питателя с изменяемой скоростью, величина которой определяется плотностью материала и требованиями производительности.

Контактные детали шнекового питателя производятся из нержавеющей стали. По согласованию с потребителем гранулятор поставляется с системами подачи и весовым контролем продуктов.

Рис. 4. Смеситель (кондиционер) для подготовки рассыпных комбикормов к гранулированию: 1 — корпус; 2 — подмоторная плита; 3 — ограждение; 4 — манометр; 5 — шнековый питатель; 6 — приемное отверстие шнекового питателя; 7 — привод питателя; 8 — штуцера для подвода жидких компонентов; 9 — узел крепления лопастей; 10 — вал смесителя; 11 — лопасть; 12 — штуцеры ввода; 13 -коллектор

Смесители (кондиционеры) в соответствии с блочно-модульным принципом имеют разнообразные конструкции отдельных типов смесительных камер для обеспечения оптимального времени смешивания с учетом специальных требований и обеспечения высокой производительности.

Прессы-грануляторы, как и линии в целом, имеют компьютерные системы управления процессом гранулирования. Серия систем управления, имеющих модульную конструкцию, предоставляет возможность управления всеми базовыми функциями гранулятора и управления комплектными производственными линиями на базе современных методов, включая управление оборудованием взвешивания на принципе потери массы, экспандером, гранулятором, охладителем и системой нанесения покрытий. В качестве одной из характеристик блоков управления гранулятором фирма «Спроут-Матадор» впервые ввела систему антизастопоривания, которая позволяет автоматически восстанавливать работу гранулятора из положения, близкого к закупориванию, избежав при этом сброса корма на пол. Техническая поддержка, оптимизация процесса и поиск неисправностей могут производиться через модем сервисных отделов фирмы. Для более полной информации в таблице 2 приведены основные технические параметры отдельных моделей прессов типа ПВМ и ПМ.

Как уже отмечалось ранее прессы типа ПВМ и ПМ достаточно компактны. Например, габариты пресса модели РМ 615 XV (РМ615ХУ) производительностью 12−15 т/ч имеют габариты по высоте 1665 мм и длине и ширине соответственно 2639 и 1222 м, т. е. вполне сопоставимы с прессом Б6-ДГВ (Б6-ДГВ.А) и даже несколько меньше по высоте и ширине. [1].