Результат интеллектуальной деятельности: Линия производства кормовой добавки

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано в комбикормовой промышленности.

Известна линия производства кормовой добавки или премикса [Заявка на изобретение № 2013147941/13, 29.10.2013, B02B 1/00, опубл. 10.05.2015, Бюл. № 13], содержащая три последовательно соединенных участка: участок подготовки предсмеси, участок приготовления кормовой добавки или премикса, участок расфасовки готовой кормовой добавки или премикса, участок подготовки предсмеси включает бункер для лигнина гидролизного, бункер для кормовых дрожжей, бункер для цеолита и емкость для связующего, при этом бункер для лигнина гидролизного соединен с установкой сушки и предварительного измельчения древесного сырья, которая представляет собой устройство для измельчения и сушки гидролизного лигнина, которое состоит из станины с молотковым активатором, канала загрузки влажных щепы и опилок с отражателем потока, камнеуловителя, канала подачи горячего воздуха, камеры активации и канала выгрузки, соединенного с бункером для лигнина гидролизного участка приготовления кормовой смеси или премикса, который содержит от одного до трех устройств микроизмельчения с питающим бункером для очищенного гидролизного лигнина, биомассы кормовых дрожжей, цеолита, связанные с соответствующими бункерами участка подготовки предсмеси, систему аспирации для улавливания тонкой пыли, причем устройства для микроизмельчения компонентов смеси через контейнер соединены с микрогранулятором, который представляет собой аппарат кипящего слоя, выполняющий функции смесителя, гранулятора и сушилки премикса или комбикормовой добавки и соединен с емкостью для связующего, выход микрогранулятора соединен с бункером участка расфасовки и упаковки кормовой добавки или премикса, который включает бункер для сбора готовой продукции, весы-дозатор, упаковочную линию.

Недостатком известной линии производства кормовой добавки или премикса является отсутствие технических средств обеспечения использования минеральных адсорбентов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемой является линия для осуществления способа производства кормовой добавки на основе цеолита [Пат. РФ № 2484640, МПК Кл7. A23K 1/00, опубл. 20.06.2013. Бюл. № 17], которая включает участок получения сухого порошка метионината меди, участок подготовки предсмеси, участок приготовления готовой кормовой добавки, а также холодильную парокомпрессорную установку, включающую компрессор, двухсекционный конденсатор с двумя параллельно соединенными секциями, терморегулирующий вентиль, испаритель, работающие по замкнутому термодинамическому циклу.

Недостатками известной линии для осуществления способа производства кормовой добавки на основе цеолита являются ограниченные функциональные возможности линии, которые не позволяют обеспечить нанесение ферментного препарата на минеральный носитель с развитой структурой.

Технической задачей изобретения является создание высокоэффективной линии для осуществления способа производства кормовой добавки, позволяющей расширить функциональные возможности линии путем обеспечения нанесения ферментного препарата на минеральный носитель с развитой структурой.

Техническая задача изобретения достигается тем, что в линии производства кормовой добавки, включающей оборудование участка получения сухого порошка, участка подготовки предсмеси и участка приготовления готовой кормовой добавки, новым является то, что оборудование участков представляет собой последовательно установленные барабанные сушилки-смесители с канальными насадками, молотковую дробилку и смеситель, при этом барабанная сушилка-смеситель с канальными насадками включает в себя корпус, загрузочный питатель, разгрузочный бункер, устройства для подачи и нагрева теплоносителя, трубопровод с форсункой для подачи ферментного препарата, привод, лопатки с криволинейным профилем, имеющим участки с выпуклой и прямолинейной поверхностями со сквозными отверстиями.

Технический результат изобретения заключается в создании высокоэффективной линии для осуществления способа производства кормовой добавки, позволяющей расширить функциональные возможности линии путем обеспечения нанесения ферментного препарата на минеральный носитель с развитой структурой.

На фиг. 1 приведена схема линии производства кормовой добавки, на фиг. 2 - принципиальная схема конструкции барабанной сушилки-смесителя с канальными насадками, на фиг. 3 - расчетная схема лопаток барабанной сушилки, на фиг. 4 - профиль лопатки, построенной в полярных координатах, на фиг.5 - положение лопатки, соответствующее началу ссыпания материала, на фиг. 6 - положение лопатки при повороте ее на угол ϕ = 45°, при котором часть продукта ссыпается с лопатки, на фиг. 7 - положение лопатки при повороте на угол ϕ = 90°, при котором на лопатке останется половина первоначального объема продукта, на фиг. 8 - схема размещения (ориентация) лопатки относительно барабана, на фиг. 9 - поперечное сечение барабана.

Заявляемая линия (фиг. 1) включает в себя барабанные сушилки-смесители с канальными насадками 1, молотковую дробилку 2 и смеситель 3.

Барабанная сушилка-смеситель с канальными насадками 1 применяется в данной линии в качестве наиболее эффективного способа введения ферментного препарата, потому что в нем одновременно можно осуществить процесс распыления жидкой фазы (фермента), нанесение его в виде пленки на твердые гранулы (комбикорма или кормовой добавки) в пересыпающемся (взвешенном) слое с последующим перемешиванием и равномерным перераспределением влажной фазы по всему объему сыпучего продукта.

Барабанная сушилка-смеситель с канальными насадками (фиг. 2) включает в себя корпус 4, канальные насадки 5, загрузочный питатель 6, разгрузочный бункер 7, устройства для подачи 8 и нагрева теплоносителя 9, трубопровод с форсункой для подачи ферментного препарата 10, привод 11, лопатки с криволинейным профилем 12, имеющим участки с выпуклой I и прямолинейной II поверхностями, сквозные отверстия 13.

Для обеспечения максимального количества частиц сыпучего материала, находящихся во взвешенном состоянии, и их равномерного распределения по сечению барабана осуществлен выбор конфигурации оригинального профиля лопаток 12.

На фиг. 2 приведено поперечное сечение барабана, вращающегося вокруг центра с угловой скоростью ω в направлении по часовой стрелке. На лопатке (фиг. 3) D₁E₁O₁ (такая форма лопатки часто применяется в барабанных сушилках) расположен сыпучий материал, занимающий в поперечном сечении площадь S₁. Эта площадь ограничена дугой окружности В₁D₁, радиусом которой является внутренний радиус барабана R, лопаткой D₁E₁O₁ и прямой О₁В₁, расположенной под углом естественного откоса материала. При повороте лопатки на угол dϕ часть сыпучего материала ссыпается и последний в поперечном сечении будет занимать площадь S₂. Прямая O₂B₂ параллельна прямой О₁В₁, так как свободная поверхность продукта во всех положениях лопатки расположена под углом естественного откоса. Из точки D₂ отложена длина дуги D₂В₂. Очевидно, что площадь фигуры O₁E₁D₁C равна площади фигуры O₂E₂D₂В₂.

При повороте лопатки на угол dϕ с нее ссыпится материал объемом dV, который ограничен в поперечном сечении площадью фигуры O₁В₁C, причем dV = LdS, где L – длина лопатки в направлении оси барабана.

Скорость осыпания материала с лопатки в зависимости от угла поворота LdS/dϕ.

Можно предположить, что для равномерного заполнения всего объема сушилки сыпучим материалом, скорость ссыпания с лопатки пропорциональна высоте , где R’ – радиус окружности, через которую проходят образующие концов лопаток

,

где k - коэффициент пропорциональности.

Обозначив , получим:

(1)

При малых значениях угла dϕ площадь dS можно рассматривать как площадь сектора круга с центральным углом dϕ и радиусом r, проведенным из точки O₁. В этом случае

(2)

Приравняв правые части уравнений (1) и (2), получим

(3)

Максимальное значение радиуса, которое назовем размером лопатки и обозначим а, получается при

С учетом последнего уравнение (3) имеет вид:

Уравнение (3) выражает собой профиль лопатки. Для удобства расчетов примем 2А = 1 и построим в полярных координатах по уравнению (3) профиль лопатки. Этот профиль показан на фиг. 4, где началом отсчета углов ϕ служит прямая MN, точка О - центром, из которого проведены радиусы.

На фиг. 5 показано положение лопатки, соответствующее началу ссыпания материала; прямая MN расположена под углом естественного откоса. Предположим, что в точке 0 лопатка имеет узкую щель, через которую может высыпаться материал. При повороте лопатки на угол ϕ = 45° (фиг. 6) часть продукта ссыпается с лопатки, при повороте на угол ϕ = 90° (фиг. 7) на лопатке останется половина первоначального объема продукта, при повороте на 180° лопатка окажется пустой. На фиг. 6, 7 прямая OF расположена под углом, равным углу естественного откоса.

Полученный теоретически профиль лопатки имеет форму замкнутой кривой, чего практически не может быть по условиям заполнения лопатки сыпучим материалом, а также по условиям удаления материала.

Профиль лопатки (фиг. 8) ориентирован относительно корпуса барабана таким образом, что прямая, проведенная через ось вращения барабана и начало координат профиля лопатки, имеет угол θ с касательной MN к профилю лопатки, проведенной из начала координат 0, равный углу естественного откоса сыпучего материала, причем от начала координат 0 профиля до точки А касания профиля лопатки с корпусом барабана в направлении против часовой стрелки лопатка имеет открытый участок, что несколько искажает принятый закон скорости ссыпания материала с лопатки, но делает конструкцию реальной в части заполнения лопатки и удаления с нее сыпучего материала.

Другие лопатки, показанные на фиг. 9, построены поворотом исходного положения лопатки на соответствующий угол. При этом размеры лопаток и их количество выбираются из условий максимального числа частиц сыпучего продукта, находящегося в падении с лопаток. Для этого необходимо рассмотреть схему барабана (фиг. 9), имеющего внутреннее устройство в виде подъемно-лопастной насадки, в котором сыпучий материал начинает ссыпаться, когда лопатка находится в горизонтальной плоскости, проходящей через ось вращения барабана. Ссыпание материала происходит при изменении угла ϕ в пределах от 0 до 180⁰. Как видно из фиг. 9, высота падения частиц h изменяется по следующему закону

, (4)

причем

. (5)

Из уравнения (3) максимальное значение радиуса лопатки соответствует величине а при . Следовательно,

. (6)

Время падения частицы с лопатки равно

. (7)

Подставим в уравнение (7) уравнения (4) и (5), получим:

. (8)

Очевидно, что объем частиц сыпучего продукта V_r, находящихся в падении с лопаток, определяется зависимостью

, (9)

где V_л – объем продукта, захватываемый одной лопаткой; z – число лопаток; n – частота вращения барабана; t_ср – среднее время падения частиц с лопаток;

, (10)

где dV_л – объем сыпучего продукта, ссыпающийся с лопатки при повороте ее на угол dϕ.

Лопатка захватывает некоторый объем материала, который в поперечном сечении занимает площадь F₁. При повороте лопатки на угол ϕ на ней находится сыпучий материал в объеме F₂L. При повороте лопатки на угол dϕ с нее ссыпится объем

. (11)

Рассматривая dF как сектор круга с центром в точке Р, представим его в виде

. (12)

Подставив в (10) уравнения (3), (6), (8), (11) и (12), получим

. (13)

Интеграл в уравнении (13) не выражается элементарной функцией, поэтому он определен с помощью формулы параболических трапеций

. (14)

При любых размерах число лопаток должно быть максимальным для обеспечения высокой степени наполнения барабана. В связи с тем, что профиль лопатки близок к окружности, на внутренней поверхности барабана можно разместить число лопаток

. (15)

Подставив в (9) уравнения (13), (14) и (15), получим

. (16)

Исследовав общеизвестными методами экстремумы данной функции, найдем, что максимальному значению V_r соответствует а = 0,54R. Размер лопатки а = 0,54R дает максимальное число частиц, находящихся во взвешенном состоянии при вращении барабана. Это справедливо только для лопатки, профиль которой описывается уравнением (3). Такой профиль лопатки наиболее целесообразен для барабанных сушилок.

Заявляемая линия работает следующим образом.

С помощью барабанной сушилки-смесителя с канальными насадками 1 на отработанный кизельгур пищевых производств, восстановленный путем пиролиза, осуществляется нанесение пробиотика «ПроЛам» в соотношении 1:0,5 и подсушка до влагосодержания 14 %. Параллельно в такой же барабанной сушилке-смесителе с канальными насадками (фиг. 1) осуществляется нанесение ферментного препарата на отработанный кизельгур пищевых производств, восстановленный путем пиролиза.

Процесс нанесения в барабанной сушилке-смесителе с канальными насадками осуществляется следующим образом. Корпус барабана 1 (фиг. 2, 9) приводится во вращение, и одновременно начинают загружать в него исходный материал (в загрузочном торце барабана) и подают в продольном направлении теплоноситель. Одновременно на него наносится в диспергированном виде ферментный препарат посредством трубопровода с форсункой для подачи ферментного препарата 10. Затем сыпучий продукт захватывается лопатками 2 и постепенно ссыпается в поток теплоносителя, равномерно распределяясь по сечению барабана, где происходит его сушка. В этот период каждая частица со всех сторон омывается сушильным агентом, что обеспечивает интенсивный тепло- и массообмен. В контакте с теплоносителем находится практически весь сыпучий материал.

Таким образом, барабанная сушилка с лопатками предлагаемого профиля обеспечивает равномерное распределение сыпучего материала по всему внутреннему объему барабана, и интенсифицируют процесс сушки, за счет максимального количества частиц, находящихся во взвешенном состоянии.

В результате в барабанной сушилке-смесителе с канальными насадками осуществляется:

- агломерация твердых частиц кормой добавки путем нанесения на них диспергированных ферментных препаратов;

- осуществление диспергирования с помощью пневмоакустической форсунки (не показана);

- осуществление после нанесения ферментных препаратов на частицы кормового продукта их последующего перемешивания при одновременном подсушивании жидкой фракции с использованием для этой цели барабанного агрегата с канальными насадками.

Барабанная форма аппарата и лопатки специальной формы, расположенные на внутренней обечайке барабана, позволяют добиться как равномерности нанесения ферментного препарата и пробиотика, так и эффективного подсушивания смешенных полученных смесей.

С помощью наклонной барабанной мешалки 4 осуществляется смешивание кизизельгура, обогащенного пробиотиком «ПроЛам», и кизельгура, обогащенного ферментным препаратом, с добавление 10 мас. % измельченного жмыха амаранта, полученного измельчением на молотковом измельчителе 3. Продолжительность смешивания 6 мин. Дозирование компонентов производится в автоматическом или дистанционном режиме на многокомпонентных весовых дозаторах различной грузоподъемности (условно не показаны).

Преимущества предлагаемой линии производства кормовой добавки заключаются в том, что

- последовательное размещение в линии барабанной сушилки-смесителя с канальными насадками молотковой дробилки и смесителя позволяет увеличить компактность линии за счет совмещения различных функций в одном аппарате и тем самым исключить из линии отдельное оборудование, осуществляющее их.