Оптимизационные математические модели измельчения сырья при производстве комбикормов на основе кормового обогатительного концентрата

Комбикормовая промышленность вырабатывает комбикорма практических для всех видов и возрастных групп сельскохозяйственных животных, птицы и рыб. Использование комбикормов позволяет сбалансировать потребность животных в питательных и биологически активных веществ. Известно, что при этом более чем на 15^20 % увеличивается продуктивность животных, снижается расход корма на единицу продукции, повышается качество продукции. Для достижения сбалансированности комбикормов в их состав вводится до 20…25 % биологически активных компонентов [1, 2]. При этом используется большое количество разнообразных видов полноценного сырья: зерновое и зернобобовое, продукты животного происхождения, побочные продукты различных перерабатывающих отраслей промышленности, минеральное сырье, биологически активные вещества и др. [3–5]. Расширение ассортимента комбикормов за счет большого количества используемых видов сырья в значительной степени усложняет технологический процесс их получения.

Поиск различных форм и схем организации производства комбикормов, направленный на увеличение их производства и улучшение качества, при одновременном снижении удельных капитальных вложений, текущих и транспортных затрат приводит к необ- ходимости строительства комбикормовых цехов небольшой мощности на глубинных хлебоприемных предприятиях, агропромышленных комплексах и фермерских хозяйствах республики [6–9]. Производство комбикормов в этих цехах должно осуществляться на базе местного фуражного зерна, мучнистого сырья и кормового обогатительного концентрата КОК), вырабатываемого в головных предприятиях (двухступенчатый способ производства) [10, 11].

Целью работы является создание научно-практических основ разработки высокоэффективной технологии и двухэтапного способа производства комбикормов, обеспечивающих снижение совокупных приведенных затрат для их производства и повышения качества продукции.

Объекты и методы исследования

Объектами исследования являлись комбикорма для мясного откорма свиней разного рецептурного состава ‒ КОК 55-К и К-55-1к.

Для мясного откорма свиней в составе КОК 55-К в качестве наполнителя используют отруби пшеничные в соответствии с рецептурой представленной в табл. 1.

Схема технологического процесса производства КОК55-К состоит из следующих технологических линий: подготовки отрубей, подготовки жмыхов и шротов, подготовки минералов, обогащения премиксами, дозирования и смешивания.

Для мясного откорма свиней в составе К-55-1к наполнителем используют зерно пшеницы и ячменя в соответствии с рецептурой, представленной в табл. 2.

Схема технологического процесса производства комбикормов предусматривает следующие операции:

– дозирование зернового сырья и КОК в соответствии с рецептурой

– очистку зерновой смеси и КОК от металломагнитных примесей;

– многокомпонентное измельчение зерновой смеси и КОК на молотковой дробилке с установкой сит с диаметром отверстий 4 мм;

– смешивание всех компонентов;

Таблица 1

Рецептурный состав КОК 55-К для мясного откорма свиней

№ п/п	Компоненты	Процент ввода
1	Отруби пшеничные	47,1
2	Шрот подсолнечниковый	19,4
3	Жмых лньяной	5,0
4	Трикальций фосфат	4,0
5	Мел	9,5
6	Соль	5,0
7	Премикс 51-7	10,0
	Итого:	100,0

Таблица 2

Рецептурный состав комбикорма К-55-1к для мясного откорма свиней

№ п/п	Компоненты	Процент ввода
1	Пшеница	10,0
2	Ячмень	55,0
3	Отруби	20,0
4	Мучка кормовая	5,0
5	КОК	10,0
	Итого:	100,0

– складирование и отпуск готовой продукции.

Физико-технологические свойства готовых продуктов определяют по существующим методикам:

– отбор проб для анализа по ГОСТ 13496.0-80;

– влажность по ГОСТ 13496.3-92;

• –    гранулометрический состав по ГОСТ 13496.8-72;

• –    содержание сырого протеина по ГОСТ 13496.4-93;

• –    содержание сырого жира по ГОСТ 13496.15-97;

• –    содержание сырой клетчатки по ГОСТ 13496.2-91;

• –    содержание фосфора по ГОСТ 2665797;

• –    содержание кальция по ГОСТ 26570-95;

• –    расчет обменной энергии – по методическим рекомендациям;

• –    питательность комбикорма на основе данных химического состава.

Обменную энергию – по энергетическим эквивалентам, перевариваемый протеин с помощью коэффициентов переваримости.

Одним из основных требований, предъявляемых к качеству комбикормов для сельскохозяйственных животных, является их крупность и гранулометрический состав. Для ранних возрастных групп поросят и телят средний размер частиц комбикорма должен быть в пределах 0,7…1,1 мм при наличии сходовой фракции (сито с отверстиями диаметром 2,0 мм) не более 5 % и мучнистой фракции (сито с отверстиями размером 0,2 х 0,2 мм) не более 25 % [12, 13].

Комбикорма с такими показателями крупности обеспечивают высокую эффективность при скармливании их телятам и поросятам [14, 15].

Традиционная технология производства комбикормов для сельскохозяйственных животных на комбикормовых предприятиях основана на одностадийном процессе измельчения сырья, которое приводит к переизмельче-нию компонентов, значительному расходу электроэнергии, снижению производительности измельчающего оборудования, и следовательно, предприятия в целом [16, 17].

Известно, что перспективным технологическим приемом является двухстадийное измельчение сырья с промежуточным просеиванием, способствующее увеличению произво- дительности измельчающего оборудования, снижению энергозатрат и гарантирующее производство продуктов измельчения требуемой крупности [18–20].

Результаты и их обсуждение

При проведений исследований содержание КОК в измельчаемых смесях принято в пределах 10…50 %, что наиболее часто имеет место при производстве комбикормов. Диаметры отверстий сит дробилки на первой стадии измельчения приняты 1 и 4 мм. Диаметры отверстий сит на второй стадии измельчения приняты 6 и 4 мм, так как в этих пределах они употребляются на практике для получения продуктов крупного и среднего размола. На дробилке ДДМ проведено два полных факторных эксперимента: типа 23 при содержании КОКа 10…30 % и типа 22 при его содержании 30…50 %.

Варьируемыми для полного факторного эксперимента (ПФЭ) типа 23 являлись:

• Х 1 – содержание КОКа в смесях;

• Х ₂ – диаметр отверстий сита дробилки на первой стадии измельчения;

• Х 3 – диаметр отверстий сита дробилки на второй стадии измельчения.

Для ПФЭ типа 22 варьируемыми факторами были:

• Х 1 – содержание КОКа в смесях;

Х2 – диаметр отверстий сита на второй стадии измельчения.

Диаметр отверстий сита на первой стадии измельчения во всех опытах ПФЭ типа 2² принят 8 мм.

Уровни варьирования факторов в опытах ПФЭ типа 23 и 22 на дробилке ДДМ приведены в табл. 3.

Матрицы планирования и результаты опытов ПФЭ типа 23 и 22 приведены в табл. 4 и 5.

Математическая обработка результатов опытов показала, что процесс воспроизводим и линейные модели адекватны для всех функций отклика, кроме Y1 (модуль крупности продуктов измельчения) для ПФЭ типа 2³. После отбрасывания остальных незначимых коэффициентов регрессии оптимизационные математические модели процесса выражаются уравнениями:

ПФЭ типа 23

модуль крупности

Y 1 = 1,3125 – 0,0875X 1 + 0,2775X 2 + 0,0975X 3 +0,0975X 2 X 3 ;

Таблица 3

Уровни варьирования факторов в опытах ПФЭ типа 23 и 22

Уровень	ПФЭ типа 2³			ПФЭ типа 2²
	Х 1	Х 2	Х 3	Х 1	Х 2
Нулевой (0)	20	6	5	40	5
Интервал варьирования	10	2	1	10	1
Нижний (–)	10	4	4	30	4
Верхнтй (+)	30	8	6	50	6

Таблица 4

Матрица планирования и результаты опытов ПФЭ типа 2³

Опыты	Х 1	Х 2	Х 3	Х 1 Х 2	Х 1 Х 3	Х 2 Х 3	Х 1 Х 2 Х 3	Y 1	Y 2	Y 3
1	–	–	–	+	+	+	–	1,12	66,4	8,8
2	+	–	–	–	–	+	+	0,95	69,6	7,2
3	–	+	–	–	+	–	+	1,46	39,6	6,9
4	+	+	–	+	–	–	–	1,33	46,6	5,4
5	–	–	+	+	–	–	+	1,12	66,4	8,8
6	+	–	+	–	+	–	–	0,95	69,6	7,2
7	–	+	+	–	–	+	–	1,90	31,1	4,6
8	+	+	+	+	+	+	+	1,67	42,3	3,6

Таблица 5

Матрица планирования и результаты опытов ПФЭ типа 2²

Опыты Х1 Х2 Х1 Х2 Y1 Y2 Y3 1 – – + 1,33 46,6 5,4 2 + – – 1,12 61,2 4,2 3 – + – 1,67 46,2 3,6 4 + + + 1,36 57,4 2,9 мелкая фракция

Y 2 =54,1875 + 3,3125 X 1 – 13,8125X 2 –

1,8625X 3 – 1,8625X 2 X 3 ;

энергозатраты

Y 3 = 6,5625 – 0,7125X 1 – 1,4375X 2 – 0,5175X 3 .

ПФЭ типа 22

модуль крупности

Y 1 = 1,37 – 0,13X 1 + 0,145X 2 ;

мелкая фракция

Y 2 = 52,35 + 6,95 X 1 ;

энергозатраты

Y 3 = 4,025 – 0,775X 2 .

Полученные математические модели согласуются с результатами лабораторных исследований. Как видно из уравнений, при со- держании КОКа в измельчаемых смесях до 30 % наибольшее влияние на все функции отклика оказывает фактор X2 (диаметр отверстий сита на первой стадии измельчения). При количестве КОКа свыше 30 % содержание мелкой фракции в продуктах измельчения практически зависит только от содержания КОКа в измельчаемых смесях, а на энергозатраты оказывает влияние диаметр отверстий сита дробилки. Результаты факторных экспериментов подтверждают вывод о том, что при содержании КОКа в измельчаемых смесях до 30 % можно применять одностадийное измельчение, а при большем его содержании следует применять двухстадийное измельчение.

Заключение

При достаточно больших размерах отверстий сита в дробилке переизмельчение при совместном многокомпонентном измельчении можно свести к минимуму. Для выработки крупного комбикорма возможно применение одностадийного измельчения, для более мелкого предполагается двухстадийное измельчение.