RU2730621C1

RU2730621C1 - Способ производства кормов

Info

Publication number: RU2730621C1
Application number: RU2019109667A
Authority: RU
Inventors: Полина Константиновна Гарькина; Анатолий Алексеевич Курочкин; Владимир Михайлович Зимняков; Олег Николаевич Кухарев
Priority date: 2019-04-02
Filing date: 2019-04-02
Publication date: 2020-08-24

Abstract

Изобретение относится к технологии производства кормов, в частности к способу производства кормов. Способ характеризуется тем, что смесь из отходов животного и растительного происхождения с влажностью 41-50% обрабатывают в экструдере, оснащенном двумя последовательно расположенными вакуумными камерами - предварительного и окончательного обезвоживания. В камере предварительного обезвоживания создают давление 0,03-0,04 МПа, а в камере окончательного обезвоживания 0,07-0,08 МПа. Температуру экструдата на выходе из фильеры поддерживают на уровне 120-130°С. Камера предварительного обезвоживания выполнена соосно шнеку и фильере матрицы экструдера, соединена патрубком с вакуум-баллоном и в своей нижней части содержит воздушный кран для подсоса воздуха в вакуумную камеру, а камера окончательного обезвоживания находится между шлюзовыми затворами и также соединена патрубком с вакуум-баллоном. Использование изобретения позволит обрабатывать сырье с повышенной влажностью. 1 пр.

Description

Изобретение относится к технологии производства кормов и предназначено для переработки отходов животного и растительного происхождения с целью получения белковых добавок к кормовому рациону животных и птицы.

Известен способ переработки отходов животного и растительного происхождения путем их совместного экструдирования, рассматриваемый как аналог [1].

Способ включает дозирование компонентов, их измельчение, перемешивание, экструдирование и охлаждение. При этом после экструдирования, согласно данному способу осуществляется быстрый принудительный пневмоотвод пара и воздуха из экструдата. При влажности исходной смеси выше 30% проводят повторное экструдирование с быстрым принудительным пневмоотводом пара и воздуха из экструдата. Содержание отходов животного происхождения в исходной смеси составляет 10-80%.

Согласно аналогу, биологические отходы, в том числе отходы мясопереработки и рыбопереработки, падшие животные, птица и др. предварительно измельчаются.

Наполнитель, в качестве которого могут использоваться зерно, зерноотходы, лапник, древесные опилки, отходы бумажного производства и др., при необходимости измельчается.

Оба компонента загружаются в смеситель и перемешиваются. Соотношение исходных компонентов может варьироваться в широких пределах: от 10 до 80% отходов животного происхождения и соответственно от 90 до 20% отходов растительного происхождения.

Смесь подается в экструдер, предназначенный для экструдирования зерновых продуктов. За счет воздействия сил трения внутри экструдера создаются высокие давление и температура. В процессе экструдирования продукт проходит несколько стадий обработки, в том числе тепловую, стерилизацию, обеззараживание, измельчение и смешивание, обезвоживание и стабилизацию. При этом обеспечивается максимально возможное сохранение питательной ценности используемого сырья.

Полуфабрикат, выходящий из экструдера, подается в емкость, где под действием специальной пневмосистемы производится быстрый отсос пара и горячего воздуха и, как следствие, быстрое охлаждение экструдата при одновременном высушивании экструдата.

В результате после проведения цикла «экструдирование-пневмоотсос» влажность экструдата уменьшается вдвое. Если общая влажность смеси исходных компонентов составляет 29% и более, то производится повторное экструдирование с последующим пневмоотводом пара и воздуха из экструдата. В этом случае обеспечивается необходимый для длительного хранения уровень влажности (не более 14,5%).

К недостаткам аналога относятся его цикличность, а также недостаточно эффективное обезвоживание получаемого экструдата и связанная с этим фактором необходимость повторного экструдирования продукта при высокой влажности сырья.

Известен способ производства кормов, включающий дозирование, измельчение компонентов, их перемешивание, экструдирование, обезвоживание и охлаждение, который по своей сущности и технологическим особенностям может быть принят в качестве прототипа [2].

В процессе реализации способа производства кормов, принятого за прототип, обезвоживание и охлаждение получаемого продукта осуществляются как непрерывный технологический процесс экструдера, оборудованного вакуумной камерой, расположенной соосно шнеку и фильере матрицы машины. Интенсивность обезвоживания и охлаждения продукта регулируется величиной давления в вакуумной камере. При этом смесь отходов животного и растительного происхождения экструдируется в течение 10-15 с при температуре 105-110°С и на выходе из фильеры обрабатывается пониженным давлением, равным 0,05-0,09 МПа. Содержание влаги в готовом продукте регулируется величиной давления в вакуумной камере экструдера на уровне не более 12-14%, количество отходов растительного происхождения влажностью 10-15% составляет 20-90% смеси, а влажность и количество отходов животного происхождения подбираются таким образом, чтобы влажность экструдируемой смеси не превышала 35-40%. На выходе из фильеры матрицы экструдера продукт разрезается на частицы длиной, не превышающей половины диаметра фильеры. Реализация данного изобретения обеспечивает интенсификацию термовакуумного воздействия на получаемый продукт при одновременном упрощении технологического процесса и снижении его трудоемкости.

К недостаткам прототипа можно отнести недостаточно эффективное обезвоживание экструдата, получаемого при экструдировании смеси с повышенной влажностью (35-40%), переработке сырья растительного происхождения с влажностью выше 15%, или переработке сырья с высоким содержанием отходов животного происхождения (больше 50%).

Недостаточно эффективное обезвоживание экструдата объясняется относительно низкой скоростью воздушного потока у поверхности экструдата, что в свою очередь ограничивает интенсивность переноса удаляемой из экструдата жидкости с помощью пара, перемещающегося из вакуумной камеры экструдера в вакуум-баллон. Как следствие этого, после однократной обработки сырья согласно прототипу, содержание воды в готовом продукте обычно составляет около 50% от этого показателя в обрабатываемом сырье. Между тем, известно, что хорошая сохраняемость получаемого экструдата без обеспечения специальных условий в части температурного и воздушного режимов обеспечивается при его влажности не больше 12-14%.

Вторым фактором, негативно влияющим на интенсивность обезвоживания получаемого экструдата согласно прототипу, является соотношение сырья растительного и животного происхождения.

Известно, что ингредиентом, инициирующим образование пористой структуры в экструдатах, является крахмал, количество которого, в свою очередь, определяется содержанием в обрабатываемой смеси отходов растительного происхождения. При их низком содержании (40% и меньше) интенсивность образования пор в готовом продукте резко снижается, что негативно влияет на его обезвоживание в момент декомпрессионного взрыва (при выходе из фильеры в вакуумную камеру экструдера). Таким образом, в прототипе имеется формальное ограничение по содержанию одного из обрабатываемых компонентов, игнорирование которого влечет необходимость повторного экструдирования. В свою очередь это усложняет реализацию способа и существенно повышает его энергоемкость и стоимость.

Таким образом, при обработке сырья влажностью более 40% или в случае низкого содержания в обрабатываемой смеси отходов растительного происхождения, необходимо проводить повторное экструдирование, или досушивать получаемый продукт до требуемой влажности с помощью какой-либо сушилки. При этом следует отметить, что одной из причин повышенной влажности экструдируемой смеси может быть высокая, по сравнению с прототипом, влажность ингредиента растительного происхождения (больше 15%).

Предлагаемое техническое решение позволит повысить эффективность обезвоживания экструдата и обрабатывать с помощью заявляемого способа сырье с повышенной влажностью (41-50%) и с меньшим содержанием растительного сырья. С этой целью обработка смеси сырья животного и растительного происхождения осуществляется с помощью экструдера, оснащенного двумя последовательно расположенными вакуумными камерами - предварительного и окончательного обезвоживания получаемого продукта.

Камера предварительного обезвоживания выполнена соосно шнеку и фильере матрицы экструдера и в своей нижней части содержит воздушный кран. Кран служит для подсоса воздуха в вакуумную камеру, что в свою очередь интенсифицирует процесс отвода влажного пара от поверхности экструдата и дальнейшее его перемещение в вакуум-баллон. Воздушный кран находится в противоположной стороне от места размещения патрубка, соединяющего камеру с системой отвода и конденсации влаги.

Камера окончательного обезвоживания расположена последовательно основной камере и находится между двумя шлюзовыми затворами. С помощью патрубка она также соединена с вакуум-баллоном.

Каждый из двух шлюзовых затворов служит для выгрузки получаемого продукта без разгерметизации соответствующей вакуумной камеры экструдера и выполнен в виде корпуса цилиндрической формы с вращающимся в нем многолопастным ротором.

Вакуум-насос служит для создания в соответствующих вакуумных камерах экструдера пониженного давления (давления ниже атмосферного) той или иной величины.

Вакуум-регуляторы необходимы для поддержания пониженного давления в соответствующих вакуумных камерах экструдера в заданных пределах при требуемой производительности машины, а также влажности сырья и готового продукта.

Для контроля давления в вакуумных камерах экструдера служат вакуумметры.

Заявляемый способ приготовления кормов осуществляется следующим образом. Исходное сырье дозируется, например, с помощью двух шнековых дозаторов и подается в измельчитель-смеситель, например, ножевого типа. После этого смесь поступает в бункер экструдера, где посредством загрузочной камеры направляется в шнековую часть экструдера. Захваченный шнеком продукт последовательно проходит зоны прессования и дозирования машины, нагревается до температуры 120-130°С, а затем выводится через фильеру матрицы в вакуумную камеру предварительного обезвоживания. При выходе из фильеры экструдат с помощью режущего устройства разрезается на частицы с заданной длиной.

Попадая из области высокого давления (во внутреннем тракте экструдера) в зону низкого давления (в вакуумную камеру), сырье подвергается декомпрессионному взрыву, который представляет собой процесс мгновенного перехода воды, находящейся в сырье, в пар.

Следует особо отметить, что в процессе перехода воды в газообразное состояние и испарения ее с поверхности, и частично с более глубинных слоев экструдата, продукт охлаждается примерно на 20-30°С. Происходит это вследствие адиабатического охлаждения экструдата за счет испарения части его влаги, при котором явная теплота воды переходит в скрытую теплоту водяных паров. В связи с этим температура экструдата на выходе из фильеры согласно заявляемому способу выше, чем в прототипе (105-110°С) и составляет 120-130°С.

Образующийся горячий пар с помощью вакуумного насоса перемещается в вакуум-баллон, где часть его конденсируется и в виде жидкости стекает в его нижнюю часть. Оставшаяся часть пара удаляется вакуумным насосом в атмосферу (ротационный насос) или поглощается рабочей жидкостью (водокольцевой насос). При этом в камеру предварительного обезвоживания с помощью воздушного крана подается воздух, что в свою очередь интенсифицирует процесс отвода влажного пара от поверхности экструдата и дальнейшего его перемещения в вакуум-баллон. Вакуум-регулятор и впускаемый в камеру воздух обеспечивают в камере предварительного обезвоживания экструдера пониженное давление (вакуум) равное 0,03-0,04 МПа. Величина этого давления выше, чем максимальное разрежение у прототипа (0,09 МПа). Связано это с тем, чтобы в процессе адиабатического охлаждения экструдат не снизил свою температуру до критического значения, при котором жидкость, оставшаяся в нем после обработки в первой камере, кипела при соответствующем давлении во второй камере.

Предварительно обезвоженный в первой камере экструдат с помощью шлюзового затвора перемещается камеру окончательного обезвоживания. В сравнении с первой камерой в ней поддерживается более низкое рабочее давление (вакуум), равное 0,07-0,08 МПа. Этого давления достаточно для того, чтобы экструдат с температурой примерно 90-100°С снова подвергся декомпрессионному взрыву, и часть оставшейся жидкости в продукте вскипела и выделилась из него в виде пара. Образующейся пар удаляется за пределы камеры окончательного обезвоживания в вакуум-баллон.

Содержание влаги в экструдированном продукте регулируют за счет давления в вакуумных камерах с помощью вакуум-регуляторов, а также величиной подсоса воздуха посредством воздушного крана камеры предварительного обезвоживания.

Таким образом, в заявляемом способе производства кормов поставленная цель осуществляется за счет синергетического эффекта от совместного действия различного по величине рабочего давления в камерах предварительного и окончательного обезвоживания экструдера. В конечном итоге предлагаемое техническое решение позволит повысить эффективность обезвоживания экструдата и обрабатывать с помощью заявляемого способа сырье с повышенной влажностью и различным содержанием сырья растительного и растительного происхождения.

Примеры реализации заявляемого способа:

1. Исходные компоненты: - отходы от переработки рыбы (20% по массе, содержание влаги - 80%); + отходы от переработки зерна (80% по массе, 18% - влажность).

Расчет общей влажности исходного продукта: (80% × 20)+(18% × 80)/:100=(1600+1440):100=3040:100=30,4% (общая влажность исходной смеси).

После обработки сырья с такой влажностью в экструдере с двумя вакуумными камерами с воздействием на экструдат в камере предварительного обезвоживания величиной пониженного давления (вакуума) 0,03 МПа и камере окончательного обезвоживания 0,07 МПа, влажность полученного продукта составит 8%.

Экструзионная обработка смеси отходов животного и растительного происхождения влажностью 45% в экструдере с термовакуумным воздействием на экструдат в камере предварительного обезвоживания величиной вакуума 0,04 МПа и камере окончательного обезвоживания 0,07 МПа влажность полученного продукта составит 10%.

2. Исходные компоненты: - отходы от переработки птицы (50% по массе, содержание влаги - 80%); + отходы от переработки зерна (50% по массе, 14% - влажность).

Расчет общей влажности исходного продукта: (80% × 50)+(14% × 50)/:100=(4000+700): 100=4700:100=47,0% (общая влажность исходной смеси).

Экструзионная обработка смеси отходов животного и растительного происхождения влажностью 47% в экструдере с термовакуумным воздействием на экструдат в камере предварительного обезвоживания величиной давления 0,04 МПа и камере окончательного обезвоживания 0,08 МПа обеспечит получение корма с влажностью 12%.

Таким образом, предлагаемый способ за счет повышения эффективность обезвоживания экструдата, позволяет получить корм необходимого качества путем однократного экструдирования смеси с повышенной влажностью и относительно большим содержанием отходов животного происхождения.

Использование предлагаемого способа позволяет упростить процесс переработки отходов растительного и животного происхождения и снизить трудоемкость производства корма из этих компонентов.

Литература

1. RU 2215427 С2 Опубликовано 10.11.2003.

2. RU 2610805 С2 Опубликовано 15.02.2017.

Claims

Способ производства кормов, характеризующийся тем, что смесь из отходов животного и растительного происхождения с влажностью 41-50% обрабатывают в экструдере, оснащенном двумя последовательно расположенными вакуумными камерами - предварительного и окончательного обезвоживания, причем в камере предварительного обезвоживания создают пониженное давление 0,03-0,04 МПа, а в камере окончательного обезвоживания 0,07-0,08 МПа, а температуру экструдата на выходе из фильеры поддерживают на уровне 120-130°С, при этом камера предварительного обезвоживания выполнена соосно шнеку и фильере матрицы экструдера, соединена патрубком с вакуум-баллоном и в своей нижней части содержит воздушный кран для подсоса воздуха в вакуумную камеру, а камера окончательного обезвоживания находится между шлюзовыми затворами и также соединена патрубком с вакуум-баллоном.