Системный анализ смешивания растительных отходов пищевых производств для приготовления кормов молочным коровам



Статья рассматривает процесс смешивания отходов растительного происхождения пищевых производств для приготовления кормов молочным коровам. Методом системного анализа выявлены основные характеристики, приводящие к эффективной интенсификации смешивания при кормоприготовлении из отходов растительного происхождения, в частности этоувеличение контакта площади взаимодействия частиц объекта переработки, увеличение частоты механического воздействия на объект переработки с целью ускорения смешивания частиц получаемого комбикорма с выработкой готовой продукции высокой однородности, применение чередования горизонтального направления смешиваемых частиц с поперечным движением смешиваемых слоев комбинированного корма.

Ключевые слова: отходы, смешивание, кормоприготовление

The article considers the process of mixing plant waste from food production for feed preparation. The method of system analysis revealed the main characteristics leading to an effective intensification of mixing during fodder preparation from plant waste, in particular, an increase in the contact area of ​​interaction of particles of the object of processing, an increase in the frequency of mechanical action on the object of processing in order to accelerate the mixing of particles of the resulting compound feed with the production of finished products of high homogeneity, the use of alternating horizontal direction of the mixed particles with the transverse movement of the mixed layers of the combined feed.

Keywords: waste, mixing, feed preparation

Как известно, работа пищевых предприятий и производство продовольственных продуктов с применением современных технологий сопровождается получением отходов, которые следует грамотно утилизировать на специальных полигонах либо подвергать дополнительной переработке с получением полезной продукции. Оптимальным вариантом использования отходов пищевых производств является производство кормов молочным коровам, так как корма весьма востребованы для крупного рогатого скота, от которых получается огромная часть пищевой продукции — молоко, мясо, и другое. При этом следует отметить большое количество отходов растительного происхождения, имеющее серьезное распространение при производстве подсолнечного, экстракционного и растительного масел, халвы, сахара, крахмала, картофельных блюд, морковного пюре, пива, спирта, дрожжей, соков и напитков, чая, кофе, какао, пищевой муки и другого. По-прежнему масса отходов рационально не перерабатывается в корма, а лишь только утилизируется. Во многом это связано с недостатком существующих технологий и техники, их недостаточной производительностью и другими предпосылками. Поэтому актуальным для исследования является совершенствование технологии кормоприготовления для молочных коров из отходов растительного происхождения.

Особо следует отметить большое количество отходов растительного происхождения пищевой промышленности (таблица 1) [1]. В производстве комбикормов и кормовых смесей концептуально важным является тщательное и интенсивное проведение процесса смешивания компонентов, значительно влияющего на развитие животноводства, получение высококачественной мясной и молочной продукции. Поэтому многие исследователи ведут научные изыскания по совершенствованию технологий смешивания кормовых ингредиентов.

Широкое применение в смесителях имеют рабочие органы в виде лопастей, решеток [2–3], что отражается на высокой однородности смешиваемых компонентов комбикормов.

Таблица 1

Виды и наименования отходов растительного происхождения пищевой промышленности

№	Виды отходов растительного происхождения пищевых предприятий	Наименование отходов растительного происхождения
11	Отходы свеклосахарного, тросниково-сахарного и рафинадного производства	Свекловичная ботва, меласса, жом
22	Отходы спиртового, ацетоно-бутилового и лекероводочного производства	Спиртовая барда, плодово-ягодные выжимки, фуза
33	Отходы крахмало-паточного производства	Мезга, зерно-картофельная барда, отходы кукуруз, экстракт кукуруз и пшеницы
44	Отходы кондитерского, хлебопекарного, макаронного и дрожжевого производства	Косточки, мучные отходы
55	Отходы масложировой промышленности	Лузга, жмых, шрот, шелуха, фуза (осадки масел)
66	Отходы винодельческой промышленности	Виноградные семена, выжимки
77	Отходы производства пива и безалкогольных напитков	Пивная дробина, зерновые отходы, дрожжи
88	Отходы витаминного производства	Жом, семена
99	Отходы консервного, овощесушильного и пищеконцентратного производства	Мезга, отходы производства сока (листья, кожица), створки стручков и ботва
110	Отходы табачной и чайной промышленности	Формовочный материал (листья, ветки)

В процессе исследований разработан лопастной смеситель (рисунки 1, 2), который содержит корпус 1 с загрузочным отверстием 2 и разгрузочным отверстием 3, опорную раму 4, вал 5 с лопастями 6, вогнутыми пластинами 7, решетками 8 с отверстиями 9 и козырьками 10, отбойников 11, установленных в загрузочном отверстии 2.

Лопастной смеситель работает следующим образом. Во внутреннюю часть корпуса 1, установленного на опорной раме 4, через загрузочное отверстие 2 непрерывно загружают компоненты смеси. Посредством привода приводится во вращательное движение вал 5 с лопастями 6, вогнутыми пластинами 7, решетками 8, в результате чего смешиваемые частицы высоко поднимаются и разбрасываются с помощью вращающихся лопастей 6 и вогнутых пластин 7, тем самым эффективно смешиваясь в закрученном продольно-спиральном движении. Далее через отверстия 9 с козырьками 10 решетки 8 смешиваемые частицы получают поперечно-разбрызгивающее движение, что приводит к высокоэффективному смешиванию. Затем смешиваемые частицы опять высоко поднимаются и разбрасываются с помощью вращающихся лопастей 6 и вогнутых пластин 7, тем самым эффективно смешиваясь в закрученном продольно-спиральном движении. Далее через отверстия 9 с козырьками 10 решетки 8 смешиваемые частицы получают опять поперечно-разбрызгивающее движение, что приводит к высокоэффективному смешиванию. Затем смешиваемые частицы опять высоко поднимаются и разбрасываются с помощью вращающихся лопастей 6 и вогнутых пластин 7, тем самым эффективно смешиваясь в закрученном продольно-спиральном движении и поступают окончательно смешанными в разгрузочное отверстие 3. Отбойники 11 предотвращают выброс смешиваемых частиц из загрузочного отверстия наружу в процессе смешивания.

Рис. 1. Общий вид лопастного смесителя

Рис. 2. Разрезы А-А, В-В на рисунке 1

Предлагаемый лопастной смеситель обеспечивает высокую однородность готовой смеси в результате высокоэффективного смешивания частиц за счет высокоэффективного их подъема и разброса в закрученном продольно-спиральном движении с ликвидацией застойных зон, высокоэффективного поперечно-разбрызгивающего движения смешиваемых частиц и предотвращает выброс смешиваемых частиц из загрузочного отверстия наружу в процессе смешивания в результате установки отбойников в загрузочном отверстии. Оригинальность лопастного смесителя подтверждена патентом на полезную модель [4].

Основным методом изучения сложных, многомерных и взаимосвязанных процессов смешивания в приготовлении кормов из растительных отходов пищевых производств, является системный анализ [5–7].

Иерархическая структура системного анализа при изучении смешивания отходов растительного происхождения в процессе приготовления кормов молочным коровам включает в себя пять уровней. Первый (I) и второй (II) уровни иерархии системного анализа смешивания отходов растительного происхождения в процессе кормоприготовления, представляют собой изучение объекта переработки на атомно-молекулярном уровне, исследование закономерностей изменения свойств в единичных частицах кормов. Основой конструктивных же решений при расчете и разработке устройств и технологий для смешивания компонентов комбикормов из отходов растительного происхождения пищевых производств, а также выявления основных факторов, влияющих на технологию смешивания отходов растительного происхождения пищевых производств, являются третий (III), четвертый (IV) и пятый (V) уровни иерархической структуры системного анализа.

К ІІІ уровню иерархии системного анализа смешивания отходов растительного происхождения пищевых производств относятся физико-химические явления. Явления ІV уровня иерархии системного анализа смешивания отходов растительного происхождения пищевых производств определяются структурно. Очевидным параметром, характеризующим V уровень иерархии системного анализа смешивания отходов растительного происхождения пищевых производств, структурная схема которой представлена в соответствии с рисунком 3, являются конструктивные черты устройства для смешивания (КЧУС). Здесь следует понимать работу механической обработки (РМО), требуемой для перемешивания и некоторого измельчения (ИПиНИ); работу, необходимую для выноса готового продукта из смесителя (ВГПС); вихревые возмущения, приносимые интенсивным механическим движением объекта переработки композиционного состава (ИМДОП). Данные явления приносят массовые потоки в объеме аппарата, которые образуют поля массопереноса (ОПМС) в смесителе. Вихревые течения (ВТ) в объеме смесителя значительно влияют на распределение частиц по горизонтали смесителя (РЧГС), ее качество смешивания, то есть однородности состава частиц (ОСЧ), времени смешивания частиц материала в смесителе (ВСЧС), производительности готового продукта — комбикорма (ПГПК).

Рис. 3. Структурная схема V уровня иерархии системного анализа приготовления кормов молочным коровам из отходов растительного происхождения

В результате проведенного системного анализа процесса смешивания отходов растительного происхождения пищевых производств в приготовлении кормов молочным коровам выяснено, что основными характеристиками, приводящими к эффективной смешиваемости при кормоприготовлении и их высокой однородности являются:

— увеличение контакта площади взаимодействия частиц объекта переработки;

— увеличение частоты механического воздействия на объект переработки с целью ускорения смешивания частиц получаемого комбикорма с выработкой готовой продукции высокой однородности.

— применение чередования горизонтального направления смешиваемых частиц с поперечным движением смешиваемых слоев комбинированного корма.

Литература:

1. Денщиков М. Т. Отходы пищевой промышленности и их использование. М.: Пищепромиздат, 1963. — 616 с.
2. Искаков Р. М., Хасанов К. Системный анализ процесса продольно-поперечного смешивания компонентов комбикормов. Технические науки: теория и практика: материалы международной научной конференции, г.Чита, «Молодой ученый», 2016. — С. 129–133.
3. Искаков Р. М., Хасанов К. Современные представления о перспективных смесителях компонентов комбикормов. Технические науки: теория и практика: материалы международной научной конференции, г.Чита, «Молодой ученый», 2016. — С. 124–129.
4. Искаков Р. М., Хасанов К. Лопастной смеситель. Патент на полезную модель № 168897. — Москва, бюл. № 6, опубл. 27.02.2017 г.
5. Кафаров В. В., Дорохин И. Н., Арутюнов С. Ю. Системный анализ процессов производства химической технологии. Процессы измельчения и смещения сыпучих материалов. — Москва: Наука, 1985.- 440 с.
6. Федоренко И. Я., Садов В. В. Структурно-технологические основы совершенствования комбикормовых агрегатов. В сборнике: Аграрная наука — сельскому хозяйству (сборник статей: в 3 книгах). Алтайский государственный аграрный университет. 2016. — С. 3–5.
7. Шагдыров И. Б., Федоренко И. Я. Системный подход к изучению процесса измельчения фуражного зерна в трехступенчатом измельчителе. Вестник Бурятской государственной сельскохозяйственной академии им. В. Р. Филиппова. 2013. № 1 (30). С. 67–71.