Результат интеллектуальной деятельности: Способ производства экструдированного комбикорма с добавкой зеленой массы кормовых трав и экструдер-измельчитель

Предлагаемое изобретение относится к области кормопроизводства, в частности к приготовлению кормов с добавкой дополнительных питательных компонентов путем их измельчения и экструдирования, и может быть использовано на комбикормовых заводах и в животноводческих хозяйствах.

Известен способ приготовления корма для жвачных животных (патент на изобретение UA №21179, А23К 1/00, А23К 1/14, заявл. 22.10.1993, опубл. 27.02.1998), включающий измельчение, плющение и смешивание соломы, зеленой массы бобовых, концентратов, патоки и премиксов, причем зеленую массу бобовых используют на стадии стеблевания, а измельчению, плющению и смешиванию подвергают компоненты при следующем соотношении (по массе): зеленая масса бобовых на стадии стеблевания - 60-70%, солома - 20-29%, концентраты - 6-8%, патока - 4-6%, премикс - 1%, при этом осуществляют прессование смеси.

Недостатком этого способа является малый срок хранения получаемого корма вследствие высокой влажности зеленой массы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ производства комбикормов (патент на полезную модель UA №18690, А23К 1/16, заявл. 25.05.2006, опубл. 15.11.2006), включающий провяливание сырых кормовых трав до влажности 65-70%, измельчение сырых кормовых трав до размера частиц 10-30 мм, смешивание сырых кормовых трав с подготовленными отрубями, зерновыми компонентами, шротом подсолнечным, мелом, солью и премиксом, охлаждение смеси компонентов комбикорма, причем после измельчения сырых кормовых трав до размера частиц 10-30 мм их снова измельчают до размера частиц 2-10 мм, а полученную смесь компонентов комбикорма экструдируют.

Недостатком данного способа является необходимость предварительного двухэтапного измельчения зеленой массы кормовых трав - вначале до размера частиц 10-30 мм, а затем доизмельчения до размера частиц 2-10 мм. Также недостатком является то, что компоненты комбикорма перед экструдированием необходимо предварительно смешивать. В ходе предварительного двухэтапного измельчения и смешивания содержание каротина в зеленой массе снижается, так как происходит его потеря с выделяемым ею соком. Кроме того, экструдированию в составе предварительно подготовленной смеси подвергаются не требующие такой обработки премикс и минеральные компоненты, в частности мел и соль.

Из уровня техники известен одношнековый экструдер с загрузочным бункером (Остриков А.Н. Экструзия в пищевой технологии / А.Н. Остриков, О.В. Абрамов, А.С. Рудометкин. - СПб.: ГИОРД, 2004. - 288 с.), состоящий из корпуса, рабочего органа (шнека), размещенного в корпусе, профилирующей матрицы, узла загрузки (загрузочного бункера) перерабатываемого продукта, силового привода. Такой экструдер пригоден для осуществления способа производства комбикормов, наиболее близкого по технической сущности к предлагаемому изобретению (патент на полезную модель UA №18690, А23К 1/16, заявл. 25.05.2006, опубл. 15.11.2006).

Недостатком данного экструдера является невозможность экструдирования не измельченной предварительно зеленой массы кормовых трав.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство - комбинация «Измельчитель-питатель-экструдер X:GRAN» (проспект «Universal series shredder-feeder-extruder combination X:GRAN» фирмы Next Generation Recycling Machines, Inc. США), включающее измельчитель, состоящий из загрузочного бункера, цилиндрического ротора с ножами треугольной формы и статора с неподвижными ножами треугольной формы, винтовой (шнековый) питатель и экструдер. Устройство предназначено для измельчения и экструдирования изделий из пластмасс при их вторичной переработке.

Недостатком данного устройства является невозможность его применения для измельчения и экструдирования зеленой массы кормовых трав, так как в процессе работы измельчителя стебли растений будут задерживаться в промежутках между ножами ротора и статора, вызывая остановку вращения ротора.

Задачей настоящего изобретения является улучшение качества производимого экструдированного комбикорма путем повышения содержания в нем каротина и растительного белка при добавке зеленой массы кормовых трав.

Для решения поставленной задачи предлагается способ производства экструдированного комбикорма с добавкой зеленой массы кормовых трав, включающий измельчение зеленой массы кормовых трав до размера частиц 2-10 мм, загрузку зерновых компонентов и измельченной зеленой массы кормовых трав в экструдер, их совместное экструдирование, охлаждение и измельчение экструдата, причем зерновые компоненты и зеленую массу кормовых трав загружают в экструдер раздельно, зеленую массу кормовых трав измельчают непосредственно при загрузке в экструдер, смешивание зеленой массы кормовых трав с остальными компонентами комбикорма производят после ее экструдирования.

Для решения поставленной задачи и реализации предлагаемого способа предлагается экструдер-измельчитель, включающий измельчитель с загрузочным бункером, винтовой питатель и экструдер, причем ротор измельчителя выполнен в виде вала с закрепленными перпендикулярно его оси активными дисковыми ножами, на внешней кромке которых имеются зубья, а его статор выполнен в виде неподвижной оси с закрепленными перпендикулярно ее оси пассивными дисковыми ножами с односторонней заточкой режущей кромки, причем активные дисковые ножи ротора и пассивные дисковые ножи статора размещены друг относительно друга в шахматном порядке и таким образом, что между каждыми двумя пассивными дисковыми ножами находится активный дисковый нож.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежами:

На фиг. 1 показана блок-схема технологического процесса производства экструдированного комбикорма с добавкой зеленой массы кормовых трав согласно предлагаемому способу.

На фиг. 2 показан экструдер-измельчитель.

На фиг. 3 показан измельчитель экструдера-измельчителя.

Предлагаемый способ производства экструдированного комбикорма с добавкой зеленой массы кормовых трав осуществляют в следующей последовательности (фиг. 1). Зерновые компоненты, например пшеницу и ячмень, и зеленую массу кормовых трав, например люцерны, загружают в экструдер раздельно. Зеленую массу кормовых трав измельчают непосредственно при загрузке в экструдер до размера частиц 2-10 мм. Зерновые компоненты и измельченную зеленую массу кормовых трав совместно экструдируют. При экструдировании исходные компоненты объединяются в общий поток, причем происходит выравнивание влажности по всему объему получаемого продукта. В ходе дальнейшего перемещения потока компонентов по рабочей камере экструдера происходит их уплотнение и переход из дисперсного сыпучего состояния в вязкопластичную массу с повышением давления. Полученная вязкопластичная масса под давлением выпрессовывается через отверстие матрицы экструдера. При ее выходе из матрицы под действием резкого изменения давления происходит мгновенное испарение излишней влаги и изменение физической структуры, что приводит к окончательному формированию экструдата из зерновых компонентов и зеленой массы кормовых трав. Полученный экструдат охлаждают, измельчают и направляют на технологическую линию дозирования и смешивания компонентов комбикорма.

Остальные компоненты комбикорма подготавливают и обрабатывают согласно технологическим требованиям и используемому рецепту.

Экструдат и остальные предварительно подготовленные компоненты комбикорма дозируют и смешивают, в результате чего получают готовый рассыпной экструдированный комбикорм с добавкой зеленой массы кормовых трав.

Для реализации предлагаемого способа производства экструдированного комбикорма с добавкой зеленой массы кормовых трав предлагается экструдер-измельчитель.

Предлагаемый экструдер-измельчитель включает измельчитель 1 с загрузочным бункером 2, винтовой питатель 3 и экструдер 4 (фиг. 2).

Измельчитель 1 (фиг. 2, 3) включает загрузочный бункер 2 в форме воронки, сообщающийся с камерой измельчения 5, в которой установлены ротор 6 и статор 7. Ротор 6 выполнен в виде вала 8 с закрепленными перпендикулярно его оси активными дисковыми ножами 9, на внешней кромке которых имеются зубья, а статор 7 выполнен в виде неподвижной оси 10 с закрепленными перпендикулярно ее оси пассивными дисковыми ножами 11 с односторонней заточкой режущей кромки. Активные дисковые ножи 9 ротора 6 и пассивные дисковые ножи 11 статора 7 размещены друг относительно друга в шахматном порядке и таким образом, что между каждыми двумя пассивными дисковыми ножами 11 находится активный дисковый нож 9 (фиг. 3). Вал 8 ротора 6 установлен в подшипниковых опорах и соединен с приводом 12 измельчителя. Неподвижная ось 10 статора 7 закреплена горизонтально на стенках камеры измельчения 5 параллельно валу 8 ротора 6.

Винтовой питатель 3 (фиг. 2) включает размещенный в трубе 13 винт 14, представляющий собой вал 15 с витками 16. Вал 15 винта 14 соединен с приводом 17. В верхней части трубы 13 со стороны привода 16 имеется загрузочное отверстие 18, соединяющее ее с камерой измельчения 5 измельчителя 1. На противоположном конце трубы 13 в ее торце имеется выгрузное отверстие 19, которое располагается над сборной воронкой 20 экструдера 4.

Измельчитель 1 и винтовой питатель 3 имеют собственные приводы и закреплены на станине 21 экструдера 4 посредством съемных опор 22 (фиг. 2). Это позволяет в случае необходимости использовать только экструдер 4, входящий в состав предлагаемого экструдера-измельчителя, например, для экструдирования только зерновых компонентов.

Экструдер 4 (фиг. 2) представляет собой одношнековый экструдер с загрузочным бункером. Он включает станину 21, размещенный внутри нее привод (на фиг. 2 не показан), загрузочное устройство для зерновых компонентов 23, содержащее загрузочный бункер 24 с объемным дозатором 25, соединенный лотком 26 со сборной воронкой 20. Сборная воронка 20 посредством загрузочного канала 27 соединена с расположенной в корпусе 28 рабочей камерой 29 экструдера. В корпусе 28 размещен шнек 30, соединенный с приводом экструдера 4. В торце корпуса 28 располагается матрица 31 с фильерой 32.

Предлагаемый экструдер-измельчитель работает следующим образом. Вал 8 ротора 6 приводится во вращение приводом 12. Зеленую массу кормовых трав загружают в загрузочный бункер 2, из которого она под действием собственного веса поступает в камеру измельчения 5 измельчителя 1, где зеленая масса захватывается зубьями активных дисковых ножей 9 ротора 6, вращающихся совместно с валом 8, и измельчается ими и пассивными дисковыми ножами 11 статора 7 за счет удара и резания до размера частиц 2-10 мм. Частицы зеленой массы просыпаются через зазоры между активными 9 и пассивными дисковыми ножами 11 и попадают через загрузочное отверстие 18 в винтовой питатель 3 (фиг. 2, 3). Вал 15 винта 14 винтового питателя 3 приводится во вращение приводом 17. При вращении винта 14 измельченная зеленая масса захватывается его витками 16 и транспортируется по трубе 13 к выгрузному отверстию 19, откуда она под действием собственного веса поступает в сборную воронку 20 экструдера 4 и далее через загрузочный канал 27 в его рабочую камеру 29.

Зерновые компоненты загружают в загрузочный бункер 24 экструдера 4, откуда они через объемный дозатор 25 и лоток 26 под действием собственного веса поступают в сборную воронку 20 экструдера и далее через загрузочный канал 27 в его рабочую камеру 29.

Шнек 30 приводится во вращение приводом экструдера 4. При вращении шнека 30 его витки захватывают зерновые компоненты и частицы зеленой массы и перемещают их по рабочей камере 29 по направлению к матрице 31. По мере продвижения по рабочей камере 29 за счет взаимодействия со стенкой корпуса 28 и витками шнека 30 происходит измельчение целых зерен зерновых компонентов. В ходе дальнейшего перемещения по рабочей камере 29 происходит уплотнение зерновых компонентов и зеленой массы и их переход из дисперсного сыпучего состояния в вязкопластичную массу, причем за счет трения частиц и уменьшения расстояния между витками шнека 30 происходит повышение давления и температуры. Полученная вязкопластичная масса под давлением выпрессовывается через фильеру 32 матрицы 31 экструдера. При ее выходе из матрицы 31 под действием резкого изменения давления происходит мгновенное испарение излишней влаги и изменение физической структуры, что приводит к окончательному формированию экструдата из зерновых компонентов и зеленой массы кормовых трав.

Измельчение зеленой массы кормовых трав до размера частиц 2-10 мм обосновано тем, что как установлено в ходе проведенных в ФБГНУ СКНИИМЭСХ экспериментальных исследований, при размере частиц более 10 мм затруднено транспортирование зеленой массы винтовым питателем и ее загрузка в рабочую камеру экструдера, а также значительно снижается производительность экструдера. Измельчение же зеленой массы до размера частиц менее 2 мм нерационально, так как в таком случае требуется применение сложного по конструкции и дорогостоящего измельчителя.

В ходе проведенных в ФБГНУ СКНИИМЭСХ экспериментальных исследований также установлено, что при производстве экструдированного комбикорма зеленую массу кормовых трав следует использовать в таком количестве, чтобы ее содержание не превышало 30% от общей массы всех компонентов. Это обосновано тем, что в противном случае экструдированный комбикорм будет иметь высокую влажность и, как следствие, малый срок хранения.

Предлагаемый способ поясняется следующим примером.

При производстве экструдированного комбикорма с добавкой зеленой массы кормовых трав для крупного рогатого скота используют компоненты в следующем соотношении (по массе): зеленая масса люцерны - 20%, пшеница - 31%, ячмень - 20%, отруби пшеничные - 15%, шрот подсолнечный - 10%, мел - 2%, кальций фосфат - 1%, соль поваренная - 1%, премикс - 1%. Скошенную зеленую массу люцерны влажностью 65 - 70% загружают в экструдер. При загрузке ее измельчают до размера частиц 2-10 мм. Одновременно в экструдер загружают не измельченные зерновые компоненты (ячмень и пшеницу). Зерновые компоненты и измельченную зеленую массу люцерны совместно экструдируют. Полученный экструдат охлаждают и измельчают.

Остальные компоненты комбикорма (отруби пшеничные, шрот подсолнечный, мел, кальций фосфат, соль поваренная и премикс) подготавливают и обрабатывают согласно технологическим требованиям к их подготовке. Измельченный экструдат и остальные компоненты дозируют и смешивают, в результате чего получают готовый рассыпной экструдированный комбикорм с добавкой зеленой массы кормовых трав.

Предлагаемые способ производства экструдированного комбикорма с добавкой зеленой массы кормовых трав и экструдер-измельчитель прошли экспериментальную проверку в ФБГНУ СКНИИМЭСХ. В ее ходе было установлено, что процесс экструдирования зерновых компонентов (пшеница и ячмень) и зеленой массы люцерны (20% от общей массы компонентов комбикорма) с начальной влажностью 70% протекает при рабочей температуре стенок рабочей камеры экструдера 138-142°С. Совместное экструдирование зеленой массы кормовых трав с повышенным содержанием влаги и зерновых компонентов позволило исключить их предварительное увлажнение водяным паром. Температура полученного экструдата на выходе из экструдера составила 87-95°С, а его влажность - 15,2%, что соответствует технологическим требованиям. Процесс экструдирования характеризуется небольшими потерями каротина (7-8%). Содержание каротина в готовом экструдированном комбикорме составило 20,1 мг/кг, растительного белка - 220 мг/кг, что значительно превышает их содержание в комбикорме, приготовленном без добавления зеленой массы кормовых трав.

Экспериментальная проверка опытного образца предлагаемого экструдера-измельчителя показала, что входящий в его состав измельчитель обеспечивает измельчение зеленой массы кормовых трав до размера частиц 2-10 мм, а винтовой питатель обеспечивает ее эффективную загрузку в экструдер. Входящий в состав экструдера-измельчителя одношнековый экструдер обеспечивает стабильное протекание процесса совместного экструдирования зерновых компонентов и зеленой массы кормовых трав.

Использование предлагаемого изобретения позволит повысить питательную ценность производимых комбикормов за счет повышения содержания в них каротина и растительного белка.