Разработка технологии получения кормовых продуктов на основе ультразвукового воздействия на целлюлозосодержащие и жиросодержащие отходы

В настоящее время приоритетные направления развития аграрной науки и научного обеспечения АПК России до 2025 года связаны с разработкой наукоемких технологий, направленных на изыскание принципиально

новых, экологически безопасных и эффективных методов интенсификации технологических процессов, их совершенствование, а также создание системы ресурсосберегающих технологических процессов и машин, стабилизирующих показатели технологической адекватности и

Vestnik VGUIT [Proceedings of VSUET]. 2018. vol. 80. no. 3. pp. 236–242.

безопасности пищевого сырья и готовой продукции. Современные тенденции в науке и технологиях, с позиции общей концепции государственной политики в области здорового питания, а также реализации антикризисных мер в АПК России, должны быть ориентированы на разработку конкурентоспособных пищевых продуктов нового поколения, перспективных в плане импортозамещения и наращивания внутреннего спроса [1–3].

В основу создания высокоэффективных процессов производства, с учетом требований современной экологии и реабилитации окружающей среды, должны быть положены безопасные акустические, физико-химические, электрофизические и механические способы обработки сельскохозяйственного сырья, в том числе с использованием нанотехнологий, позволяющие осуществлять безреагентное регулирование его функционально-технологических свойств [4].

К таким, наиболее перспективным и современным способам интенсификации технологических процессов пищевых производств, относится использование активированных различными способами жидких сред в комплексе с рациональными гидромеханическими и ультразвуковыми воздействиями. В настоящее время активированные жидкие среды с технологически значимыми функциональными свойствами получают как электрохимической обработкой, так и кавитационной дезинтеграцией [7–10].

Цель исследований – разработка кавитационной технологии переработки органических отходов с получением кормовых продуктов с заранее заданными свойствами.

Результаты и обсуждение

Создание кормовой смеси содержащие разные продукты кавитационного гидролиза включает в себя несколько технологических подходов, а именно, подготовка кормовых компонентов, водоподготовка и смешивание. Таким образом, рассматривая технологический процесс приготовления однородной кормовой смеси, как единую целую систему, при исследовании были выявлены входные и выходные потоки, а также неуправляемые возмущающие воздействия (рисунок 1).

Подсистема подготовки кормовых компонентов непосредственно влияет на конечный продукт, т. е. на качество кормовой смеси, поэтому в основе проектирования лежит концепция, связанная с физической сущностью природы процесса получения высокопитательных добавок на основе отходов агропромышленного комплекса, при использовании принудительного кавитационного гидролиза отдельных компонентов корма [5, 6].

Кормовые компоненты (отходы)

Feed components (waste)

Энергетические ресурсы Energetic resources

Оборудование и рабочие органы Equipment and working bodies

Подсистема подготовки кормовых компонентов и кавитационный гидролиз отдельных компонентов Subsystem for the preparation of feed components and cavitation hydrolysis

Подсистема водоподготовки Water treatment subsystem

Подсистема смешивания ингредиентов Ingredients Mixing Subsystem

Подсистема контроля качества кормосмеси Subsystem of quality control of feed

mixture s

Отказы оборудования, нарушение трудовой и технологической дисциплины, нарушения ритма поставки входных ресурсов и выхода готовой продукции и т.д.

Equipment failures, violation of labor and technological discipline, violation of the rhythm of the supply of input resources and output of finished products, etc.

Высоко-питательная кор-мосмесь Highly nutritious feed mixture

Неуправляемые возмущающие воздействия Unmanaged disturbances

Рисунок 1. Структурная многопараметрическая схема создания кормовой смеси

Figure 1. Structural multiparametric scheme of fodder mixture creation

Каждая из представленных подсистем в свою очередь включает множество мелких элементов.

Основная концепция формирования предложенной методологии создание высокоэффективной технологии переработки отходов в компоненты кормов базируется на методическом комплексе исследований приготовления высокопитательной кормовой смеси. Данный комплекс охватывает всю рассматриваемую систему в целом с технологическими подходами и качественным выходом.

Рассматриваемая система создания высокопитательной кормовой смеси описывается процессами, основанными на передаче по связям системы механической, тепловой, химической энергии, при этом часть энергии задерживается в кормосмеси, преобразуя ее, и, таким образом, оставаясь в материале. С одной стороны, энергией, передающейся от кавитационных диспергаторов поверхности кормосмеси, выступает ультразвуковой импульс, а с другой стороны, задерживаясь в корме, позволяет достичь необходимой однородности и мелкодисперсности. Таким образом, методика формирования внутренней характеристики связана как с конструктивными, так и с качественными показателями системы [5].

Для осуществления предлагаемой технологии и получения нового продукта предложены два варианта машинно-аппаратурной схемы (рисунок 2), которые для обработки увлажненных пшеничных отрубей, микрочастиц цеолита предусматривает использование кавитатора, корпус которого выполнен в виде цилиндра, а рабочий орган представляет собой пятиугольную правильную звездчатую пирамиду – излучателя ультразвука – пъезокерамический элемент.

Отруби пшеничные Wheat bran

Рисунок 2.Технологическая схема обработки пшеничных отрубей на корм

Figure 2. Technological scheme of processing wheat bran for feed

Технологическая схема обработки пшеничных отрубей на корм предусматривает операцию обработки ультразвуком дважды. Первое обработку проводим, когда соединяем пшеничные отруби и воду, а второе – когда к увлажненным отрубям добавляем микрочастицы цеолита.

Решить задачу кавитационной декструк-ции целлюлозосодержащих отходов можно, используя как один (рисунок 3), так и два кавита-тора (рисунок 4).

готовый продукт finished product

Рисунок 3. Машинно-аппаратурная схема обработки пшеничных отрубей на корм с применением одного кавитатора: 1 – бункер накопитель, 2, 4, 9 – шнековые транспортеры, 3 – кавитатор, 5 – дозатор, 6 – сушилка, 7 – ленточный транспортер, 8 – бункер готовой продукции

Figure3.Machine-equipment Scheme of processing wheat bran for feed with the use of one cavitator: 1-hopper storage, 2, 4, 9-Screw conveyors, 3-cavitators, 5-dosing, 6-dryer, 7-belt conveyor, 8 – hopper of finished products

finished product

Рисунок 4. Машинно-аппаратурная схема обработки пшеничных отрубей на корм с применением двух кавитаторов: 1, 6 – дозаторы, 2, 7 – кавитаторы, 4 – бункер приемник, 3, 5, 8, 12 – шнековые транспортеры, 9 – сушилка, 10 – ленточный транспортер, 11 – бункер готовой продукции

Figure4. Machine-equipment scheme of processing of wheat bran on Feed with Using two cavitators: 1, 6 – Dosing units, 2, 7 – cavitators, 4 – Hopper Receiver, 3, 5, 8, 12 – Screw Conveyors, 9 – Dryer, 10 – Belt Conveyor, 11 – Finished product bunker

Особенностью первой линии компоновки технологической линии является приготовление пшеничных отрубей (смешивание, увлажнение, кавитационную обработку) в одном кавитаторе.

Согласно второму варианту осуществлена сквозная компоновка технологической линии обработки пшеничных отрубей на корм, где осуществляется полный цикл изготовления и обработки продукта с непрерывным переходом обрабатываемого сырья от одной технологической операции к другой.

Таким образом, в зависимости от уровня обеспечения фермерских хозяйств можно использовать как первый вариант, так и второй вариант схемы обработки пшеничных отрубей.

Для осуществления предлагаемой технологии и получения нового продукта предложен вариант машинно-аппаратурной схемы, которые для обработки подсолнечного фуза, микрочастиц цеолита предусматривает использование кавитатора, корпус которого выполнен в виде цилиндра, а рабочий орган представляет собой пятиугольную правильную звездчатую пирамиду – излучателя ультразвука – пъезокерами-ческий элемент. На рисунке 5 представлена схема исследований.

Технологическая схема обработки подсолнечного фуза на корм предусматривает операцию обработки ультразвуком дважды. Первое обработку проводим, когда соединяем подсолнечный фуз и воду, а второе, когда к подготовленному продукту добавляем микрочастицы цеолита.

Фуз подсолнечный Fuz Sunflower

Рисунок 5. Технологическая схема обработки подсолнечного фуза на корм

Figure 5.Technological scheme of processing of sunflower solids on feed

finished product

Рисунок 6. Машинно-аппаратурная схема обработки подсолнечного фуза на корм с применением двух кавитаторов: 1,6 – дозаторы, 2,7 – кавитаторы, 4 – бункер приемник, 3, 5, 8, 12 – шнековые транспортеры, 9 – сушилка, 10 – ленточный транспортер, 11 – бункер готовой продукции

Figure 6. Machine-equipment scheme of processing of sunflower solids on feed with using two cavitators: 1,6 – dosing units, 2.7 – сavitators, 4 – hopper receiver, 3, 5, 8, 12 – screw conveyors, 9 – dryer, 10 – belt conveyor, 11 – finished product bunker

Согласно представленному варианту осуществлена сквозная компоновка технологической линии обработки подсолнечный фуза на корм, где осуществляется полный цикл изготовления и обработки продукта с непрерывным переходом обрабатываемого сырья от одной технологической операции к другой.

Заключение

В зависимости от уровня обеспечения фермерских хозяйств можно использовать как