Новости

Технология гранулирования комбикормов 09.11.2018 07:00

      Для грануляции есть три основные причины, которые важно хорошо осознать, потому что именно они должны побуждать производителей и потребителей кормов к осуществлению этой недешевой операции:

1. Улучшение эффективности корма
   1. Происходит желатинизация и разрыв длинных молекул составляющих корма, что улучшает усвоение смесей животными.
   2. Исчезает расслоение составляющих корма, поэтому животные потребляют однородный сбалансированный корм все время.
   3. Уменьшаются затраты на корма, потому что животные (особенно птица) не могут выбирать любимые составляющие и выбрасывать из кормушки нелюбимые.
2. Улучшение механических характеристик корма
   1. Увеличивается удельный вес, что положительно влияет на эффективность перевозок и емкостей для хранения.
   2. Улучшаются характеристики текучести.
3. Улучшается гигиена корма, снижается количество микробов.

Рис.1 Принципиальная схема линии грануляции: 1 – специальный бункер; 2 — шнековый дозатор; 3 — кондиционер; 4 – гранулятор; 5 – шлюзовой затвор; 6 – охладитель; 7 – вальцы; 8 – просеиватель; 9 – циклон; 10 – вентилятор.

      Работает линия следующим образом. Рассыпной корм из специального бункера отбирается дозирующим шнеком для подачи в кондиционер. Обороты шнека переменные для регулирования необходимой подачи. Так же должен быть переменным шаг навивки шнека, чтобы «растягивать» продукт.

     В лопастном кондиционере продукт насыщается острым паром (с возможным добавлением мелассы). Это позволяет его разогреть до 70-80°С, увлажнить и размягчить. При прохождении через отверстия гранулятора температура массы возрастает еще на 5-15°С.

     Шлюзовой затвор отсекает полость гранулятора от охладителя. В охладителе через слой гранул протягивается наружный воздух. Здесь гранула затвердевает, подсушивается и охлаждается почти до температуры окружающей среды. Далее на вальцах гранулу можно измельчить в крупку, или, направив по байпасному (обводному) каналу, подать на просеиватель.

    Отобранная пылевидная фракция вместе с пылью из циклона возвращаются обратно на грануляцию через отдельный отсек специального бункера (фракция С). Крупная фракция с верхнего сита (фракция А) может направляться на повторное измельчение на вальцах.

     Как видим, линия сложная. В ней к каждой машине предъявляются особые требования. Именно поэтому операторы, которые на ней работают, должны иметь основательные знания всех процессов, которые происходят, и хорошо представлять, какое регулирование на какие характеристики влияет.

ОБЗОР ОТДЕЛЬНЫХ МАШИН ТЕХНОЛОГИИ ГРАНУЛИРОВАНИЯ

Специальный бункер на линии гранулирования

К бункеру (рис.2.) предъявляются особые требования, поскольку там находится трудно-текучая измельченная масса.

Рис 2. Специальный бункер

Стенки бункера должны быть крутыми, желательно с разными углами наклона, что приводит к различным скоростям движения вдоль каждой стенки и предотвращает образование сводов.

Желательно, чтобы объем бункера мог обеспечивать не менее 2-х часов работы гранулятора.

Нижнее выходное отверстие должно быть с расширением к низу.

В бункере должен быть вертикальный отсек для сброса пылевидной фракции.

Также, в основной части бункера рекомендуется иметь наблюдательное окно лицом к оператору. По этому окну оператор ориентируется об окончании порции одного рецепта в бункере и своевременно подает сигнал о возможности производства другого рецепта для уменьшения технологических простоев.

Желательно, чтобы на стенках бункера были установлены вибраторы. Причем, лучше, чтобы включение вибраторов осуществлялось автоматически и нециклично во время работы дозирующего шнека.

Между бункером и дозирующим шнеком желательно устанавливать шибер с квадратным отверстием (см. Лекцию 3 Дозирование).

Дозирующий шнек на линии гранулирования

Работа и конструкция дозирующего шнека достаточно изложены в описании работы всей линии. Эта машина достаточно надежная и особых хлопот не доставляет.

Хотя, при производстве престартеров на матрице с тоненькими отверстиями 2 … 2,5 мм можно столкнуться с проблемой необходимости очень малых подач. В этом случае частотные регуляторы, которые управляют оборотами дозирующего шнека, не могут достаточно обеспечить крутящий момент при малых оборотах.

В таких случаях мы достигали стабильных малых подач с помощью шибера с квадратными отверстиями, который описан выше.

Также иногда нам приходилось модернизировать дозирующий шнек и оснащать его форсунками для распыления воды в жаркий летний период, когда сырье было пересушено и времени нахождения продукта в кондиционере было недостаточно. Такой прием существенно повышал прочность гранул и снижал энергозатраты на основном двигателе гранулятора на 15 … 20%.

Кондиционер на линии гранулирования

Кондиционер является чрезвычайно важной машиной, которая требует периодического контроля. В принципе, это простой вал с лопатками, которые могут устанавливаться под разным углом, который вращается с постоянной скоростью.

Теоретически, он только транспортирует сыпучий продукт и пар с одного конца трубы в другой конец и перемешивает их между собой. Однако, задача стоит таким образом, чтобы время нахождения продукта в кондиционере было как можно большим, чтобы влага успела впитаться в частицы сухой зерновой массы. В связи с этим возникает ограничение: с одной стороны, производительность кондиционера не должна быть меньше, чем производительность дозирующего шнека; с другой стороны, она должна быть как можно меньше.

Очень хорошо, если продукт находится в кондиционере до 40 секунд, но в большинстве случаев это 20 секунд и меньше. Чтобы этого достичь, часто приходится часть лопаток поворачивать в обратную сторону. Только эти лопатки не должны быть напротив загрузочного окна, иначе произойдет забивание продукта в дозирующем шнеке.

Чтобы увеличить время кондиционирования некоторые производители увеличивают длину кондиционера, или ставят два вала параллельно.

Так или иначе, у кого есть грануляционная линия, я советую посвятить время изучению этого вопроса и настройке лопаток на максимальное время кондиционирования. В моей практике даже были случаи, когда приходилось заменять электродвигатель и привод, установленный заводом-изготовителем, чтобы достичь желаемого результата. Но оно того стоило!

Грануляторы

Грануляторы бывают двух типов: с плоской и цилиндрической матрицей. Они могут быть маленькими, с мощностью около 15 кВт и огромными — до 600 кВт. Диаметр отверстий матрицы 2-19 мм. Толщина матрицы от 3 до 15 см. Грануляторы используют не только для грануляции кормов, а также и для грануляции соломы, жома, древесных опилок, животного помета и т.д..

Рис.3 Гранулирование цилиндрической матрицей: 1 — матрица; 2 — прессующий ролик; 3 — фильеры; 4 — нож

Процесс гранулирования заключается в сжатии рассыпного комбикорма в клиновом зазоре между прессующими роликами и внутренней поверхностью матрицы до состояния, когда он под действием влаги, тепла и давления приобретает термопластичные свойства.

На этом этапе происходит предварительное сжатие рассыпного комбикорма. В дальнейшем, по мере роста давления растут упругие и пластические деформации, возникают значительные усилия расклинивания.

Когда напряжение сжатия превзойдет силы сопротивления сжатого комбикорма, он продавливается через фильеры (отверстия) матрицы 1, приобретая форму гранул, диаметр которых близок к диаметру фильеры матрицы. Длина гранул определяется положением ножа 4. Как правило, длина гранул не должна превышать полтора диаметра.

Работа ролика в грануляторе

Рис.4 Работа ролика

Ролики сильно изнашиваются, так как имеют меньший диаметр и чаще вступают в работу, а потому должны иметь очень прочную и твердую поверхность, которая предотвращает скольжение.

Чем тоньше слой продукта, тем проще ролику на него накатиться и продавить через отверстие. Чем толще слой продукта, тем больше оказывается горизонтальная составляющая реакции ролика, что вызывает скольжение. В таком случае продукт накапливается перед роликом и возникает сильная вибрация, которая может повредить весь узел.

Оператор гранулятора должен немедленно сбросить продукт через предохранительный клапан, перекрыть подачу пара и стабилизировать работу гранулятора, уменьшив подачу дозирующим шнеком.

Рис.5 Силы прессования

Существует три типа поверхности роликов:

1. Наваренная прочным карбидным электродом (шершавая).
2. С канавками по образующей рабочей поверхности (похожа на широкую шестерню).
3. С засверленными углублениями на рабочей поверхности (перфорированная).

Тип поверхности ролика выбирается методом индивидуального подбора. Чаще всего встречается 2 тип.

Важно! Следить за равномерным износом боковой поверхности ролика. Этот износ полностью зависит от угла наклона забрасывающих лопаток на конусе матрицы. Это очень тонкая настройка. Но, если вы не осуществите ее правильно, то и ролики и матрица будут выходить из строя в два раза быстрее, чем ожидается. А качество гранул также будет неудовлетворительным.

Иногда встречаются случаи слишком частого выхода из строя подшипников на роликах. В этом случае стоит проверить систему смазки и температурные характеристики применяемого масла. А случается, что режимы работы гранулятора настолько тяжелые, что приходится заменять и тип подшипника.

Состояние рабочей поверхности матрицы

Также крайне важно следить за состоянием рабочей поверхности матрицы. При сильном ее сносе достичь качественной гранулы не удастся.

Предлагаю внимательно рассмотреть и понять конструктивные особенности отверстия матрицы, которые изображены на рис.6. Понятно, что при износе поверхности существенно уменьшается компрессионное соотношение D/d.

Также при частой реставрации со шлифовкой рабочей поверхности, уменьшается общая и эффективная толщина матрицы. А вместе с ней ухудшается другой важный показатель — рабочее соотношение h/d, которое задает время нахождения материала в отверстии и формирования прочности гранулы.

Рис.6 Отверстие матрицы в разрезе

Разрез отверстия матрицы: В — полная толщина; h — эффективная толщина; t — глубина выхода; d — диаметр гранулы;

D — входной диаметр; Ф — входной угол; h/d — рабочее соотношение; D / d — компрессионное соотношение.

ОХЛАДИТЕЛИ НА ЛИНИИ ГРАНУЛИРОВАНИЯ

Горячая гранула через шлюзовой затвор попадает в охладитель.

В принципе, любая сушилка может выполнять функции охладителя. Но в нашей промышленности, как правило, используются охладители четырех типов: вертикальные — охлаждающие колонки и противоточные охладители; и горизонтальные — цепные и барабанные.

О всех этих машинах, их преимуществах и недостатках, стоит поговорить отдельно. Сейчас же мы кратко рассмотрим некоторые особенности самого популярного в последнее время противоточного охладителя.

Рис.7 Противоточный охладитель

Данный тип охладителя приобрел популярность из-за высокой производительности, простоты конструкции и надежности. В этом охладителе слой гранул выполняет роль воздушного фильтра, через который продувается наружный воздух. Именно поэтому, надо понимать, что гранулу не удастся охладить ниже температуры окружающего воздуха tвнеш.

Производители оборудования гарантируют, что достаточной температурой гранул является tвнеш + 5°С. То есть, если в помещении, где расположен охладитель + 10°С, приемлемой температурой гранул является 15°С. Если в этом помещении 32°С, то приемлемой температурой гранул является 37°С. Это обычные законы физики, с которыми надо смириться. Производители оборудования честны перед пользователями (эксплуатационщиками) этого оборудования…

Но производителей кормов это приводит к головной боли, когда ночная температура падает на 15-20 градусов, а в бункерах готовой продукции находятся теплые комбикорма, произведенные днем. И они начинают отсыревать.

В нашей зоне мы встречаемся с такими проблемами во второй половине лета и во время морозных ночей зимой. Есть несколько технических и организационных мер по борьбе с этим явлением.

Вот некоторые из них:

• обеспечить качественное вентилирование бункеров готовой продукции;
• производить корма, которые будут храниться в накопительных бункерах, ночью.

Другой аспект, на который нужно обратить внимание при эксплуатации противоточных охладителей — это разная температура гранул на выходе. Дело в том, что вытяжной патрубок конструктивно направлен в сторону и смещен относительно центра.

Воздух «ленивый» и ищет пути наименьшего сопротивления. Если отсутствует верхний шлюзовой затвор (я встречал такие случаи), основная масса воздуха будет извлекаться из гранулятора вхолостую.

В стандартном же случае основная масса воздуха протягивается через тонкий слой гранул со стороны воздушного патрубка, а не по диагонали. Таким образом, с противоположной стороны гранула будет теплее, и это может вызвать проблемы при хранении. Чтобы уравновесить потоки воздуха с обеих сторон мы прикрывали отверстия для забора воздуха со стороны вытяжного патрубка, чтобы заставить больше воздуха забирать с противоположной стороны.

Рис.8. Движение воздуха в охладителе

ВАЛЬЦЫ ЛИНИИ ГРАНУЛИРОВАНИЯ

Строение вальцев показано на рис.9. С их регулировкой и восстановлением боковых поверхностей роликов постоянно приходится иметь дело.

Поверхностный слой вальцев цементирован на глубину до 10 мм и имеет высокую твердость и износостойкость. Поэтому, при их износе есть возможность до двух (иногда трех) раз реставрировать их путем шлифования цилиндрической поверхности и нарезки зубцов.

Следует помнить, что после каждой обработки боковая площадь уменьшается, вальцы вступают в работу чаще, а потому срок работы реставрированных вальцов уменьшается. Как правило, время реставрации занимает время не менее одной недели, а поэтому на предприятиях должны быть как минимум два комплекта роликов.

Рис.9 Элементы конструкции вальцов

ПРОСЕИВАТЕЛИ НА ЛИНИИ ГРАНУЛИРОВАНИЯ

В нашей промышленности используют возвратно-поступательные или дисковые просеиватели. Лучше всего, когда просеиватели имеют два сита. Хотя, я встречал и просеиватели только с одним ситом, предназначенным для отбора пыли.

Если сравнивать работу возвратно-поступательных и дисковых просеивателей, я предпочитаю вторые: меньше шума, меньше травмируют гранулу, меньшая высота машины, дольше служит сито.

К их недостаткам можно отнести большую цену всей машины и ее сменной части — просеивающего диска.

Хотя, последнюю проблему мы успешно преодолевали, изготавливая диски собственными силами — раскроем листа и сваркой полуавтоматическим сварочным аппаратом. В любом случае, размеры отверстий сит нужно подбирать индивидуально.

Рис.10 Внешний вид дискового просеивателя гранул

Вот мы рассмотрели почти все машины линии грануляции. Оставили без внимания только вентиляцию и систему обеспечения паром. Некоторые мелкие предприятия работают без пара, только добавляют простую или горячую воду. В таких случаях качество грануляции значительно ухудшается.

Система обеспечения паром — это отдельная тема, которая включает водоподготовку, парообразование, капле-отделение, возврат конденсата и тому подобное. При введении в корма патоки, система усложняется еще больше, но прочность гранул и вкусовые качества кормов сильно улучшаются. И тот, кто имеет возможность вводить мелассу в корм, никогда об этом не пожалеет. Но, это темы других лекций, если наши уважаемые читатели проявят к ним интерес.

При всем разнообразии аспектов при работе линии грануляции есть два основных, которые чаще всего беспокоят производителей: это прочность гранул и желание повысить производительность.

ЧТО ВЛИЯЕТ НА КАЧЕСТВО И ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ГРАНУЛИРОВАНИЯ?

       Как бы мы не настраивали машины, следует всегда помнить, что прочность гранулы больше зависит от рецептуры! И, если ваше предприятие стремится к успеху, ваш специалист по составлению рецептов должен в этом вопросе глубоко разобраться и руководствоваться не только критериям питательность/цена, но и дополнительными характеристиками смеси. Здесь я коротко о них напомню:

1. Более 5% жиров в рецепте приводит к хрупкости гранул;
2. Чем больше белка, тем лучше — гранула пластифицируется, становится прочной;
3. Высокое содержание минеральной части цементирует гранулу. Гранулы для несушек, обычно достаточно прочные;
4. Пшеница и отруби — гранула прочная;
5. Высокое содержание кукурузы — приводит к хрупкости гранул;
6. Введение мелассы склеивает частицы между собой, словно карамель. Очень положительно влияет на прочность и уменьшает образование пыли.

Но, когда у нас неожиданно возникают проблемы с качеством гранул, мы, как ни странно, не беремся за анализ рецептов. В первую очередь мы проверяем работу охладителя: не выходит ли из него теплая гранула. Если по какой-то причине (а чаще всего из-за осадка в воздушных трубах) из охладителя выходит не достаточно холодная гранула — будут проблемы и с ее хрупкостью. Другой негативный фактор — повышенная относительная влажность воздуха, что случается в период осенней непогоды.

ЧТО ВЛИЯЕТ НА ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ГРАНУЛЯЦИИ?

На производительность грануляции наибольшее влияние оказывает диаметр отверстий матрицы. При диаметре отверстий 5 мм производительность гранулятора больше в 5 раз, чем при диаметре 2,5 мм. Именно поэтому, выпуск гранул малых диаметров очень затратный. Из-за этого многие для производства престартеров и стартеров производят гранулы на матрицах с отверстиями 4,5-5 мм, а затем «колют» их на вальцах и просеивают крупку.

КАК ПРОВЕРИТЬ ПРОЧНОСТЬ ГРАНУЛ?

Проверка прочности гранул производится на специальных приборах путем воздействия на навеску заданной массы лопаток, которые вращаются в замкнутом объеме с этими гранулами. После «травмирования» гранул в течение 1 минуты навеска просеивается на ситах 1,5 мм и определяется содержание фракции пыли. Чем меньше пыли, тем гранула прочнее.

ВЛАЖНОСТЬ СЫРЬЯ И ГРАНУЛ

В предыдущих лекциях мы несколько раз говорили о потерях массы сырья, например, при помоле, хранении или очистке. Грануляция же — одна из немногих операций при производстве комбикормов, где у нас есть возможность увеличить вес продукта с помощью добавления воды. Именно поэтому опытные производители уделяют этому аспекту очень серьезное внимание, ведь, в конце концов, здесь можно законно заработать (или не заработать) большие деньги. Посчитайте, во сколько на вашем предприятии оценивается дополнительный выход продукции, например, на 0,5%? Стоит ли за это побороться?

Но, чтобы этого достичь, нужно модернизировать линию и дополнительно научить операторов и, желательно, поощрить их премиальными. Дополнительное введение жидкости возможно и в дозаторе, и в кондиционере. Здесь важны все параметры: время экспозиции, предыдущая влажность смеси, дисперсность распыления воды, влажность мелассы, если она добавляется.

Производительность гранулятора и величина потребляемого основным двигателем тока также изменяются, как правило, в лучшую сторону. Однако, сам режим гранулирования становится менее стабильным, увеличивается вероятность пробуксовки.

В этом случае, если не обеспечить надежную автоматизацию отсечения подачи воды, то произойдет «заливка» зерновой массы водой и преобразование ее в тесто с последующей утилизацией. Каждому запуску этой системы в работу должен предшествовать предварительный расчет, основанный на начальной влажности измельченной массы и желаемой конечной влажности гранул. При этом надо учесть, что при охлаждении гранула также потеряет и влажность. Что тут говорить о необходимости более частого контроля влажности и температуры гранул на выходе из охладителя!

Существуют компании, которые поставляют специальное компьютеризированное оборудование для доувлажнения и контроля влажности гранул. У меня в этом также был опыт с известным европейским авторитетом. Однако, при всей его дороговизне и многократных приездах специалистов, система не заработала уверенно и от нее пришлось отказаться. А вот простые технические решения при заинтересованности операторов работали четко и приносили хороший результат.

ЗАВЕРШЕНИЕ

Ну вот, дорогие друзья, мы закончили наш короткий курс из пяти лекций по технологии производства кормов. Надеюсь, он был полезным для специалистов, профессионально занимающихся производством кормов. Возможно, он также был интересен некоторым потребителям кормов и пролил свет на нашу внутреннюю кухню? Возможно, он прибавит вашего уважения к тем, кто занимается этим непростым и кропотливым делом — производством пищи для ваших животных?

Я буду искренне благодарен получить ваши комментарии и пожелания. Понятно, что в таких рамках невозможно осветить все тонкости процесса, с которыми приходилось сталкиваться в течение 20 лет, с момента, когда я начал заниматься этим делом. Также, я не хотел слишком растягивать материал, чтобы не утомить вас и чтобы вы дочитали его до конца. Ну, а удалось ли мне это, судить вам.

Автор: Владимир Ярошенко