Рациональные значения параметров процесса влажного гранулирования корма для рыб в корзинном грануляторе

ENGINEERING TECHNOLOGIES AND SYSTEMS

EDN:

В Российской Федерации в настоящее время существует потребность в увеличении производства гранулированных кормов для прудовых рыб семейства карповых и их мальков1. Основным сырьем для производства этих кормов служат зерно пшеницы и ячменя, шроты и другие виды растительного сырья [1; 2]. Для производства гранулированных комбикормов для пресноводных рыб подходит влажное гранулирование, обеспечивающее лучшее связывание частиц сырья и получение более прочных и водостойких гранул [3]. Гранулы корма для рыб должны длительное время не распадаться в воде [4], чего можно добиться только в результате влажного гранулирования [5]. Связывание частиц сырья в гранулах при сухом гранулировании можно улучшить с помощью добавления связующих веществ, но это усложняет и удорожает процесс производства кормов.

На комбикормовых заводах для приготовления комбикормов способами сухого и влажного гранулирования применяют одно и то же оборудование – пресс-гранулятор с вертикальной кольцевой матрицей [6; 7]. Но его недостатком является сложность получения гранул малого диаметра (менее 2 мм) с приемлемой энергоемкостью, вследствие чего отечественная промышленность почти не производит гранулированные комбикорма для мальков пресноводных рыб диаметром 0,5–2 мм [8], хотя в них имеется значительная потребность.

Для влажного гранулирования растительного сырья влажностью 25…40 % и производства гранул корма небольшого диаметра (0,5…2 мм) для мальков рыб может быть использовано сравнительно новое техническое средство – корзинный гранулятор, называемый также корзинным экструдером ( basket granulator or basket extruder ) [9; 10]. Особенность его конструкции состоит в том, что в неподвижной цилиндрической перфорированной корзине, являющейся аналогом вертикальной кольцевой матрицы, по принципу «вал в валу» расположены рассекатели (ножи), а под ними - экструзионные лопасти, вращающиеся в противоположном направлении [11]. Рассекатели измельчают и перемешивают влажное сырье, а экструзионные лопасти уплотняют его и продавливают через фильеры цилиндрической корзины, в результате чего формируются гранулы.

Грануляторы корзинного типа получают все большее распространение в фармацевтической промышленности [12; 13], но для приготовления кормов в аквакультуре их ранее не применяли. При этом процесс их работы еще недостаточно изучен, а его рациональные параметры еще не получили должного научного обоснования. Можно предположить, что функциональные зависимости между различными параметрами процесса влажного гранулирования в корзинном грануляторе и водостойкостью гранул должны быть аналогичны ранее установленным закономерностям гранулирования в пресс-грануляторе с кольцевой матрицей, но это необходимо подтвердить экспериментально.

Вышеизложенное обусловило необходимость выполнения экспериментальных исследований процесса влажного гранулирования растительного сырья, в том числе зернового, в корзинном грануляторе.

Целью исследования стало повышение водостойкости гранул корма для рыб путем определения рациональных параметров процесса влажного гранулирования растительного сырья в корзинном грануляторе.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Имеется небольшое количество научных публикаций, посвященных исследованию процесса гранулирования влажных материалов в корзинном грануляторе (экструдере), что можно объяснить малой распространенностью этой машины.

Корзинный гранулятор (экструдер) был создан в конце 80-х – начале 90-х гг. XX в. Вначале он использовался как лабораторное оборудование в фармацевтической промышленности. К тому же времени относятся первые научные исследования по этой тематике.

К. Вервает и другие [9] установили, что измерение мощности, потребляемой электродвигателем корзинного экструдера, является подходящим методом для мониторинга процесса экструзии (гранулирования) влажного сырья. Проведенное им сравнение качества гранул, полученных после экструзии с использованием корзин (матриц) с различным соотношением длины и радиуса фильер L / R , показало, что корзины с более высоким отношением L / R обеспечивают лучшее качество гранул.

Л. Баерт [14] сравнил два метода исследования процесса гранулирования влажного сырья в корзинном грануляторе: измерение давления гранулирования в фильерах матрицы и определение потребляемой мощности электродвигателя гранулятора. Он пришел к выводу, что их результаты идентичны, и обе системы одинаково полезны для мониторинга и изучения процесса экструзии в корзинном грануляторе (экструдере). Но измерение потребляемой мощности является более простым и менее дорогостоящим способом контроля и изучения процесса гранулирования.

После этого последовал длительный перерыв в изучении процессов в корзинном грануляторе. С 2015 г. корзинные экструдеры начали активно разрабатывать и производить в Китае для фармацевтической промышленности. Это вызвало новый интерес к их изучению.

М. Чжан [15] исследовал процесс гранулирования микроцеллюлозы влажностью 45 % в корзинном экструдере с диаметром фильер матрицы 1 и 2 мм.

Vol. 35, no. 3. 2025 ENGINEERING TECHNOLOGIES AND SYSTEMS .^Ts Была установлена математическая зависимость между временем образования гранулы и скоростью вращения прессующего рабочего органа корзинного гранулятора.

• С. Р. Жуковский [10] сравнил производительность грануляции влажного сырья при использовании корзинного и купольного ( dome ) гранулятора. Он пришел к выводу, что корзинный гранулятор наилучшим образом подходит для гранулирования влажного сырья в гранулы диаметром 0,5–1,5 мм в фармацевтической промышленности.

В Российской Федерации с 2022 г. разработка и исследования корзинного гранулятора ведутся в Аграрном научном центре «Донской» [16], причем впервые исследуется процесс приготовления в нем гранулированного корма для рыб из растительного сырья [17].

В новейшем исследовании Р. Фекете [11] изучено влияние конструкции лопастей корзинного гранулятора на процесс экструзии влажного сырья. Ученый установил, что изменяя геометрию лопастей, можно изменять давление гранулирования, благодаря чему возможно добиться получения гранул со стабильными характеристиками и минимизировать вариабельность параметров процесса.

Также представляют интерес результаты исследования А. В. Куликова [8], который изучил процесс получения микрогранул рыбных комбикормов на лабораторном стенде. Им были установлены зависимости давления гранулирования, производительности процесса, предела прочности гранул от температуры и влажности сырья при разных диаметрах фильер матрицы (0,7–1,5 мм). Недостатком этой работы является то, что сырье продавливали через фильеры плоской матрицы посредством пресса, в результате чего характеристики процесса могут заметно отличаться от закономерностей реального процесса формирования гранул в фильерах кольцевой матрицы под действием вращающихся лопастей гранулятора.

Таким образом, процесс гранулирования влажного растительного сырья в гранулы диаметром 0,5–2 мм в корзинном грануляторе недостаточно изучен, а его основные закономерности не установлены экспериментально, что препятствует широкому использованию таких грануляторов в комбикормовой промышленности.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Объекты исследования

Эксперименты выполняли на корзинном грануляторе, разработанном и изготовленном в Аграрном научном центре «Донской» [16], внешний вид которого показан на рисунке 1.

Параметры конструктивных элементов корзинного гранулятора: диаметр цилиндрической корзины – 400 мм, длина цилиндрического канала фильеры – 2 мм, диаметр канала фильеры – 2 мм, отношение длины канала фильеры к его диаметру L / D = 1, доля площади активной зоны корзины (матрицы) гранулятора в ее общей площади – 38 %.

Р и с. 1. Корзинный гранулятор конструкции

Аграрного научного центра «Донской» и его рабочие органы:

1 – загрузочный бункер; 2 – перфорированная корзина; 3 – приводной вал;

4 – рассекатели (ножи); 5 – экструзионные лопасти (адаптировано из [17])

F i g. 1. Basket pelleter and its movable operating elements designed by Agricultural Research Centre Donskoy:

1 – feed hopper; 2 – perforated basket; 3 – drive shaft; 4 – splitters (knives);

5 – extrusion blades (adapted from [17])

Источник: фотографии сделаны К. А. Деевым в ходе испытаний корзинного гранулятора (18.09.2022 г.).

Source: photos are taken by K. A. Deev during testing of the basket pelleter on 18 September 2022.

Процедура исследования

Растительное сырье для приготовления корма предварительно измельчали в молотковой дробилке с диаметром отверстий решета 2, 3 и 4 мм, получая измельченное сырье с модулем помола 0,82, 1,24 и 1,66 мм.

Гранулировали приготовленный в горизонтальном смесителе рассыпной комбикорм для мальков карпа ( Cyprinus Carpio L. ), по содержанию питательных веществ [18], в том числе жиров (9 %), соответствующий требованиям ГОСТ 10385-2014². Комбикорм имеет в своем составе зерно пшеницы ранней восковой спелости (60 %), сою (30 %), белково-витаминные минеральные концентраты (10 %).

Рассыпной комбикорм перед гранулированием увлажняли в смесителе, добавляя в него нагретую до 20, 45 и 70 °C воду, перемешивая его до достижения соответствующей температуры и влажности 30, 35 и 40 %. Увлажненный корм перед гранулированием выдерживали в течение 20 мин, чтобы обеспечить проникновение воды внутрь его частиц. В результате происходит желатинизации крахмала, что увеличивает вязкость сырья, необходимую для повышения прочности и водостойкости гранул [19; 20].

Частоту вращения экструзионных лопастей корзинного гранулятора изменяли c помощью трехфазного частотного преобразователя. Была задана частота вращения рабочих органов гранулятора величиной 40, 50 и 60 мин –1. Производительность гранулятора при этом составила 231, 274 и 291 кг/ч соответственно.

Методы исследования

Исследовали процесс продавливания сырья экструзионными лопастями корзинного гранулятора через фильеры корзины, в результате чего происходило формирование гранул корма диаметром 2 мм. Полученные гранулы подвергали сушке в калориферной сушилке до достижения влажности 13,5 %, затем охлаждали до температуры 20 °C. После этого высушенные гранулы массой 10 г помещали в стеклянную емкость, в нижней части которой была расположена проволочная сетка с размером ячейки 0,5 мм. Гранулы заливали водой температурой 20 °C в объеме 2/3 от общего объема емкости и помещали в термостат, где поддерживали постоянную температуру, контролируя ее при помощи контактного термометра. Измеряли время, за которое гранулы в воде полностью распадаются на мелкие частицы, образуя однородную суспензию, то есть продолжительность полного распада гранул в воде. Процесс распада фиксировали визуально, измеряя время секундомером. Процесс распада гранул корма в воде считали законченным тогда, когда все их частицы, отделившиеся от общей массы, проходили через сетку.

Пробы сырья и корма для анализа отбирали согласно ГОСТ Р ИСО 6497-20113. Влажность рассыпного корма и готовых гранул определяли по ГОСТ Р 54951-20124. Модуль помола сырья определяли по ГОСТ 8770-585 и ГОСТ 13496.8-726.

Критерии оптимизации

В качестве критерия оптимизации процесса влажного гранулирования растительного сырья y было принято время распада гранул корма для мальков рыб в воде, мин. Целью оптимизации являлось максимально возможное увеличение значения этого критерия.

Из большого числа различных факторов, влияющих на процесс влажного гранулирования растительного сырья и качество получаемых гранул в ходе предварительных исследований выделили четыре наиболее значимых: x ₁ – влажность сырья, %; x ₂ – температура сырья, °С; х ₃ – модуль помола сырья, мм; х ₄ – частота вращения рабочих органов корзинного гранулятора, мин^–1.

Планирование эксперимента

Общий характер протекания процесса влажного гранулирования при варьировании факторов был определен предварительными поисковыми экспериментами, в результате которых установлено, что в области, близкой к экстремуму, математическая модель отклика не является линейной, поэтому для ее адекватного описания необходимо использовать нелинейные полиномы второго порядка.

Для планирования эксперимента и создания математической модели процесса влажного гранулирования был использован некомпозиционный трехуровневый план Бокса-Бенкена второго порядка для четырех факторов [21; 22]. На основе предварительных поисковых экспериментов были выбраны уровни варьирования факторов, соответствующие стационарной области функции отклика (табл.).

Т а б л и ц а

T a b l e

Факторы и уровни их варьирования Factors and their variation levels

№           Наименование фактора / Factor name	Уровень фактора / Factor level –1        0        +1
1    Влажность сырья, % / Raw material moisture, % 2    Температура сырья, °С / Raw material temperature, °С 3    Модуль помола сырья, мм / Raw material grinding modulus, mm 4    Частота вращения рабочих органов гранулятора, мин–1 / Rotation speed of pelleter movable operating elements, min–1	30       35       40 20       45       70 0,82       1,24       1,66 40       50       60

Опыты в рамках многофакторного эксперимента были выполнены в трехкратной повторности. Значимость коэффициентов уравнения регрессии определили по критерию Стьюдента. Для проверки адекватности полученного уравнения регрессии использовали критерий Фишера7. Статистическую обработку результатов эксперимента выполнили в программе Statistica 12.0.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Результаты статистической обработки

В процессе статистической обработки результатов экспериментов было получено уравнение регрессии в закодированном виде, описывающее процесс влажного гранулирования при варьировании факторов, и определен множественный коэффициент корреляции:

y = 36,09 - 3,01 x - 2,75 x ₂ - 2,81 x ₃ - 1,48 x 4 + 5,45 x 1 x ₂ + 2,03 x 1 x ₃ + 0,28 x 1 x ₄ -

• - 0,12 x ₂ x ₃ + 0,52 x ₂ x 4 + 0,12 x ₃ x ₄ + 9,85 x 2 - 2,5 6 x ₂ ² - 2,82 x ₃ ² - 0,6 x ₄².           (1)

Множественный коэффициент корреляции R = 0,9538.

Таким образом, была построена математическая модель процесса влажного гранулирования растительного сырья, позволяющая рассчитать значения коэффициентов регрессии при принятых уровнях варьирования факторов.

Значение критерия Фишера для уравнения регрессии времени распада гранул составило 2,51, что меньше табличного значения этого критерия, равного 2,66. Следовательно, регрессионная модель адекватно описывает процесс влажного гранулирования.

При переходе от кодированных значений факторов к натуральным получили математическую зависимость критерия оптимизации от варьируемых факторов с учетом значимости коэффициентов по критерию Стьюдента:

y = 108,35 - 10,43 X - 8,23 x₂ - 11,09 x. - 4,99 x. + 2,88 xx + 0,88 xx + 12   3412  13

+ 2,34 x 1 x ₄ - 0,96 x ₂ x 3 + 1,90 x ₂ x ₄ + 1,39 x 3 x ₄ + 2,05 x 1 ² -

- 1,26 x ₂ ² - 1,22 x ₃ ² - 1,89 x ₄²                                 (2)

Графические зависимости

Для определения рациональных значений варьируемых факторов были построены поверхности отклика согласно уравнению (2). Для этого исходное уравнение регрессии путем канонического преобразования свели к уравнениям с двумя факторами, оставив остальные факторы на постоянных уровнях. Согласно полученным уравнениям были построены двумерные сечения поверхности отклика.

На рисунке 2 показано двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость времени распада гранул корма от температуры и влажности сырья. Из графика на рисунке 2 видно, что влажность сырья существенно влияет на водостойкость гранул, в то время как влияние температуры сырья менее существенно. График показывает, что повышение влажности сырья до 42 % и его температуры до 56 °С приводит к увеличению времени распада гранул в воде. Наилучший результат, при котором время распада гранул составляет 92 мин, достигается при влажности сырья 38–42 % и температуре 41–56 °С. При увеличении значений факторов выше этого диапазона происходит снижение времени распада гранул.

Р и с. 2. Влияние влажности и температуры сырья на время распада гранул корма

F i g. 2. Effect of raw material moisture and temperature on the disintegration time of feed pellets

Источник: графики для рисунков 2–7 построены авторами с помощью программы Statistica 12.0.

Source: graphs 2–7 are created by the authors using the Statistica 12.0 software.

На рисунке 3 показано двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость времени распада гранул корма от модуля помола сырья и его влажности. Из графика на рисунке 3 следует, что наилучший результат процесса гранулирования, при котором время распада гранул корма составляет 92 мин, достигается при влажности сырья 38,2–41,6 % и модуле помола 1,39–1,64 мм. Время распада гранул увеличивается при повышении значений факторов до 41,6 % и 1,64 мм, после чего уменьшается. Результаты эксперимента показывают, что величина модуля помола сырья играет существенную роль в получении водостойких гранул корма.

Р и с. 3. Влияние влажности сырья и его модуля помола на время распада гранул корма

F i g. 3. Influence of raw material moisture and its grinding modulus on the disintegration time of feed pellets

На рисунке 4 показано двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость устойчивости гранул корма в водной среде от влажности сырья и частоты вращения рабочих органов корзинного гранулятора. Из графика на рисунке 4 видно, что наилучший результат процесса, при котором время распада гранул составляет 92 мин, достигается при влажности сырья 40,4–42 % и частоте вращения рабочих органов корзинного гранулятора 47,5-50,2 мин "1. При повышении влажности сырья до 42 % и частоты вращения рабочих органов до 50,2 мин –1 происходит увеличение времени распада гранул, которое при дальнейшем увеличении их значений сменяется снижением водостойкости гранул корма.

На рисунке 5 показано двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость времени распада гранул корма в воде от температуры сырья и модуля его помола. Из графика на рисунке 5 видно, что наилучший результат процесса, при котором время распада гранул составляет 96 мин, достигается при температуре сырья от 41,8 до 54,6 °С и модуле помола 1,39–1,8 мм. При увеличении температуры сырья до величины 54,6 °С и модуля помола до 1,8 мм происходит повышение времени распада гранул, которое при дальнейшем увеличении их значений сменяется снижением водостойкости гранул корма.

Р и с. 4. Влияние влажности сырья и частоты вращения рабочих органов корзинного гранулятора на время распада гранул корма

F i g. 4. Influence of raw material moisture and rotation speed of movable operating elements of a basket pelleter on the disintegration time of feed pellets

Р и с. 5. Влияние температуры сырья и модуля его помола на время распада гранул корма

F i g. 5. Effect of raw material temperature and grinding modulus on disintegration time of feed pellets

На рисунке 6 показано двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость времени распада гранул корма в воде от температуры сырья и частоты вращения рабочих органов корзинного гранулятора. Из графика на рисунке 6 следует, что наилучший результат гранулирования, при котором время распада гранул составляет 94 мин, достигается при температуре сырья от 43,1 до 55,8 °С и частоте вращения рабочих органов от 46 до 51 мин –1. При повышении температуры сырья до 55,8 °С и увеличении частоты вращения рабочих органов гранулятора до 51 мин –1 происходит повышение длительности периода распада гранул в воде, которое при дальнейшем увеличении значений этих факторов сменяется уменьшением водостойкости гранул корма.

Р и с. 6. Влияние температуры сырья и частоты вращения рабочих органов корзинного гранулятора на время распада гранул корма

F i g. 6. Influence of raw material temperature and rotational speed of the movable operating elements of a basket pelleter on the disintegration time of feed pellets

На рисунке 7 показано двумерное сечение поверхности отклика, характеризующее зависимость времени распада гранул корма в воде от модуля помола и частоты вращения рабочих органов корзинного гранулятора. Из графика на рисунке 7 следует, что наилучший результат гранулирования, при котором время распада гранул максимально и составляет 94 мин, достигается при значениях модуля помола 1,36-1,80 мм и частоты вращения рабочих органов гранулятора 45,8-52,0 мин -1. При увеличении значений модуля помола до 1,8 мм и частоты вращения рабочих органов до 52 мин 1 происходит повышение длительности распада гранул, которое при дальнейшем увеличении значений этих факторов сменяется снижением водостойкости гранул корма.

Анализ результатов эксперимента

Таким образом, на время распада гранул корма в воде в наибольшей степени влияют влажность сырья, его модуль помола и частота вращения рабочих органов корзинного гранулятора. Увеличение значений этих факторов до определенного уровня повышает устойчивость гранул корма к действию воды. Установлено, что увеличение влажности сырья более 42 %, модуля помола более 1,8 мм и частоты вращения рабочих органов гранулятора более 52 мин –1 приводит к уменьшению времени полного распада гранул в воде, то есть ухудшает их качество.

Влияние температуры сырья на время распада гранул корма менее существенно, чем трех остальных факторов. Тем не менее, увеличение температуры сырья до 56 °С улучшает качество получаемых гранул корма для рыб, повышая их водостойкость. 404 Технологии, машины и оборудование

Р и с. 7. Влияние модуля помола сырья и частоты вращения рабочих органов корзинного гранулятора на время распада гранул корма

F i g. 7. Influence of raw material grinding modulus and rotation speed of basket pelleter movable operating elements on disintegration time of feed pellets

На основании результатов экспериментов был сделан вывод, что оптимальная величина времени распада гранул корма в воде, равная 92–96 мин, достигается при следующих диапазонах значений факторов процесса влажного гранулирования: влажность сырья - 40...42 %; температура сырья - 42...56 °С, модуль помола сырья 1,4...1,8 мм (средний помол); частота вращения рабочих органов корзинного гранулятора - 47...51 мин "1.

ОБСУЖДЕНИЕ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании результатов экспериментов был сделан вывод о том, что установленные для процесса влажного гранулирования в корзинном грануляторе зависимости изменения времени распада гранул в воде (водостойкости) от влажности и температуры сырья, модуля его помола и частоты вращения прессующих рабочих органов гранулятора соответствуют аналогичным зависимостям, ранее установленным для процесса гранулирования в грануляторах с вертикальной кольцевой матрицей.

Объяснение установленным закономерностям изменения параметра оптимизации процесса влажного гранулирования корма в корзинном грануляторе (в данном случае времени распада гранул в воде) при варьировании входных факторов может быть дано, исходя из ранее установленных закономерностей для процесса гранулирования в пресс-грануляторе.

Так, увеличение водостойкости гранул при повышении влажности растительного сырья объясняется лучшим связыванием частиц гранул, содержащих больше воды [19], вследствие ее агглютинирующей способности [23]. Но вода при чрезмерном увлажнении сырья снижает трение в канале фильеры в процессе

^® ИНЖЕНЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ Том 35, № 3. 2025 гранулирования, что отрицательно влияет на водостойкость гранул [24]. Гранулы, изготовленные из недостаточно влажного сырья, также являются непрочными и быстро распадаются в воде.

Установленные рациональные значения модуля помола растительного сырья 1,4–1,8 мм (средний помол) также примерно соответствуют рациональным значениям этого показателя, установленным для процесса гранулирования в пресс-грануляторе с вертикальной матрицей [25], как и тот факт, что мелкий помол сырья (модуль помола менее 1 мм) и крупный помол (модуль более 2 мм) ухудшают водостойкость гранул [19; 26]. Дело в том, что именно при среднем помоле (модуль помола 1–2 мм) в растительном сырье увеличивается межмолекулярная адгезия, что повышает плотность и водостойкость гранул [26].

Уменьшение размера частиц растительного сырья вплоть до величины 1 мм повышает их капиллярность, способствуя более равномерному проникновению воды при увлажнении [27]. Это утверждение соответствует полученным нами экспериментальным данным, свидетельствующим о том, что совместное уменьшение модуля помола и увеличение влажности сырья обеспечивает улучшение водостойкости гранул корма.

Температура растительного сырья влияет на связывание частиц в гранулах, нагрев способствует их лучшему склеиванию [26; 28], в том числе в результате желатинизации крахмала, повышению плотности и водостойкости гранул [29; 30], что было подтверждено в наших опытах. Однако чрезмерное увеличение температуры сырья приводит к его обезвоживанию, что ухудшает качество гранул.

Влияние частоты вращения рабочих органов гранулятора на параметры процесса гранулирования и качество гранул ранее было почти не исследовано. Нами установлено, что при увеличении частоты вращения рабочих органов выше рациональных значений гранулы корма становятся менее плотными и водостойкими. Это можно объяснить тем, что в результате вызванного увеличением частоты вращения рабочего органа значительного повышения давления гранулирования происходит и значительное повышение температуры сырья, что снижает его влажность, делая гранулы менее прочными [31; 32]. Уменьшение частоты вращения рабочих органов ниже рациональных значений приводит к формированию усилия экструзионной лопасти (давления гранулирования), недостаточного для продавливания сырья через фильеры и формирования полноценных гранул.

Увеличение частоты вращения рабочих органов гранулятора от минимальных до рациональных значений приводит к повышению скорости сжатия сырья в области между матрицей и экструзионной лопастью и в фильере. Увеличение степени сжатия сырья в фильере приводит к его уплотнению и получению более плотных и водостойких гранул корма, что соответствует экспериментальным данным для пресс-грануляторов с кольцевой матрицей8 [33]. Но чрезмерное увеличение частоты вращения рабочих органов формирует значительное усилие в области между матрицей и экструзионной лопастью и в канале фильеры, что приводит к повышению температуры гранулируемого сырья, а вследствие этого к интенсивному испарению воды. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению связности между частицами сырья и получению недостаточно прочных и водостойких гранул, что соответствует данным [34] для гранулятора с вертикальной кольцевой матрицей.

Таким образом, в результате выполненных экспериментальных исследований были установлены рациональные значения факторов процесса влажного гранулирования растительного сырья в корзинном грануляторе, позволяющие производить гранулированный корм для рыб и их мальков, соответствующий зоотехническим требованиям к качеству кормов по водостойкости. Оптимальная величина времени распада гранул корма в воде, равная 92–96 мин, достигается при следующих диапазонах значений параметров процесса влажного гранулирования: влажность сырья - 40...42 %; температура сырья - 42...56 °С; модуль помола сырья 1,4–1,8 мм (средний помол); частота вращения рабочих органов корзинного гранулятора - 47...51 мин-1.

В результате анализа экспериментальных данных был восполнен существующий пробел в научных знаниях о взаимодействии между значимыми факторами процесса влажного гранулирования растительного сырья в корзинном грануляторе и их влиянии на результаты процесса, а именно на водостойкость гранул корма для рыб.

Поскольку было установлено, что закономерности процесса гранулирования в корзинном грануляторе и пресс-грануляторе с вертикальной кольцевой матрицей схожи, то перспективным направлением исследований является разработка и верификация комплексной физико-математической модели процесса гранулирования растительного сырья. Такая модель должна описывать взаимосвязи между тепло- и массопереносом, реологическими свойствами сырья при изменяющихся температуре и влажности, а также гидродинамикой его течения в каналах фильеры под действием рабочих органов, учитывать нелинейные взаимодействия технологических параметров и позволять предсказывать оптимальные режимы гранулирования при заданных требованиях к качеству конечного продукта. Создание такой математической модели станет мощным инструментом для инженерного проектирования и оптимизации оборудования для гранулирования кормов.