Торстен Лухт, фирма «Амандус Каль», г.Райнбек/Германия; Зябрев Василий, представительство «Амандус Каль», г. Москва

Вступление

Результаты опытов по кормлению животных показывают, что не только рецептура и ее компоненты оказывают влияние на успех кормления, но и структура корма (гранулометрический состав) и форма корма (например: гранулы, крупка).  При оценке гранулирования необходимо учитывать, что каждый процесс гранулирования связан с дополнительным измельчением более грубых частиц.

По результатам проведенных опытов становится ясно, что более грубая структура комбикорма, прежде всего с небольшой долей тонких частиц, благоприятно влияет на состояние здоровья животных. Ранние научные исследования показали, что более тонкий продукт дает лучшее усвоение, но тогда не было всестороннего изучения этого вопроса и здоровье животных не рассматривалось в течение длительного времени.  Различные исследования, и опыты показывают, что с возрастанием тонких частиц увеличивается риск возникновения заболеваний желудка животных. Это ведет к ухудшению потребления корма или в экстремальных случаях к падежу.

Наряду с питательными и физиологическими аспектами уменьшение тонкой фракции ведет также к тому, что гранулометрический состав становится более однородным, т.е. увеличивается доля частиц среднего размера. Тем самым смесь становится более стабильной и защищенной от расслоения на пути от смесителя к кормушкам. Кроме этого за счет уменьшения тонкой фракции улучшаются текучие свойства в силосных ячеях и кормораздаточных автоматах. 

Почти все комбикормовые заводы традиционно оснащены молотковыми дробилками, которые преимущественно используются для измельчения смесей. При производстве рассыпных кормов доля мелкой фракции в них очень высока. Если же использовать для кормления измельченный только на вальцовых дробилках корм, то могут возникнуть проблемы с измельчением оболочек/остей ячменя или овса.  

Необходимо, следовательно, найти компромисс, которой объединил бы измельчение вальцами для получения минимальной доли тонкой фракции и измельчение молотковой дробилкой – для измельчения остей и оболочки. Для этой цели один немецкий комбикормовый завод и машиностроительный завод «Амандус Каль ГмбХ и Ко.КГ» инициировали проектную работу, которую проводили студенты Института комбикормовой промышленности в Брауншвейге с целью получения корма с высоким содержанием ячменя и с низким содержанием тонкой фракции (макс. 25 % < 0.5 мм) и при достаточном измельчении  оболочки/остей.

Материал и методы

Для определения влияния различных машин и систем измельчения/дробления на структуру корма использовалась типичная комбикормовая смесь следующего состава:

• Ячмень, ок. 30 %,
• Рожь,
• Пшеница,
• Соевый шрот,
• Рапсовый шрот,
• Побочные продукты мельничного помола,
• Предварительные смеси.

«Естественная» доля тонких частиц <0.5 мм в смеси перед измельчением, получаемая от доли добавок и тонких частиц в отдельных видах сырья, составляла ок. 5 %. Все определения тонкой фракции, приводимые далее, касаются готовой смеси после порционного смесителя.

Для измельчения использовались молотковые и вальцовые дробилки.  Способ работы молотковых дробилок известен. Вальцовые дробилки представляют собой вальцовые станки, которые должны разбивать зерно на мелкие частицы при как можно меньшем проценте мелких частиц. В результате должна получаться не мука, а зернистая крупка с низкой долей тонкой фракции. Для этой цели вальцы (рис. 1) оснащаются рифлями «острие по острию». Вальцы имеют различную скорость по окружности с тем, чтобы возникало не раздавливающее, а именно режущее действие. Обычно устанавливается постоянное значение частоты вращения вальцов и опережения. Идеальной же является возможность изменения частоты вращения непосредственно во время работы.  

Рис. 1: Быстро движущиеся / медленно движущиеся вальцы (слева направо)

Желаемый размер частиц на вальцовой дробилке (Рис. 2) определяется в т.ч. рифлением/окружностью, частотой вращения и межвальцовым зазором. При частой смене рецептур преимущество дает дистанционное управление расстоянием между вальцами. Важно, чтобы загрузка вальцов осуществлялась через соответствующий питатель по всей его ширине для достижения равномерной нагрузки на вальцы и обеспечения максимальной производительности.

Ниже приводится характеристика использовавшихся для измельчения машин:

• BWS — Вальцовая дробилка 2, двойная, с 2 парами вальцов

Изготовитель: «Amandus Kahl»

Диаметр вальцов: 300 мм

Длина вальцов: 1500 мм

Частота вращения: 1: 1.5

Привод: 45 кВт

Рис. 2:    Вальцовая дробилка (BWS), одноступенчатая, двойная / 2-х ступенчатая 

• LMW – Лабораторная дробилка 100 (Рис. 3)

Изготовитель: «Neuhaus Neotec» (Группа «Amandus Kahl»)

Диаметр вальцов: 250 мм

Длина вальцов: 100 мм

Частота вращения: на каждом вальце имеется плавная регулировка 

Привод: 2 x 2.2 кВт

Рис. 3: Лабораторная дробилка LWM 100

• HM – Молотковая дробилка

Диаметр камеры помола: 1200 мм

Ширина камеры помола: 640 мм

Перфорация сита: предварит. дробилка 10/6 мм, дополнит. дробилка 2 x 3.5 мм

Частота вращения: 1000/1500 U/мин.

Окружная скорость: 60/90 м/сек

Привод: 155/210 кВт

Анализ на сите:

Деление проб прибл. по 100 г

Просеивающая машина «Retsch», амплитуда 1.6, продолжительность просеивания 10 мин.

Для исследований было выбрано 4 варианта применения: 

1. BWS = Вальцовая дробилка, (2-х ступенчатая) без промежуточного просеивания 
2. HM + HM = Ступенчатое измельчение: молотковая дробилка, с предварительной и дополнительной дробилкой и с промежуточным просеиванием

1. BWS + HM = Ступенчатое измельчение: молотковая дробилка + вальцовая дробилка (2-х ступенчатая) с промежуточным просеиванием

1. LMW + HM = Ступенчатое измельчение: лабораторная дробилка с промежуточным просеиванием + молотковая дробилка. 

Все испытания проводились в практических условиях с высокой производительностью; исключая сочетание HM + лабораторная дробилка LMW. Здесь на 1-й стадии измельчение производилось с высокой производительностью, а затем часть обработанного на 1-й стадии продукта дополнительно измельчалась на лабораторной дробилке LMW.

Результаты

Для оценки результатов измельчения производилось разделение на следующие  фракции по размеру частиц:

• тонкие; означает диапазон < 0.5 мм
• средние; означает диапазон от 0.5 до 1.6 мм
• грубые; означает диапазон от 1.6 до 2.0 мм
• очень грубые; означает диапазон > 2.0 мм

Целью было получить как можно более широкий средний диапазон с размером частиц 1.0 – 1.1 мм. Диапазон тонких частиц < 0.5 мм должен быть как можно ниже и не превышать 25 %. В связи с этим необходимо указать на то, что указание «средний размер частиц» не указывает на содержание в смеси тонкой фракции < 0.5 мм. Поэтому лучше определять средний диапазон, например, от 0.5 до 1.6 мм.

Все варианты расположения машин и различные варианты измельчения приведены ниже:

Вариант 1: Измельчение с 2-х ступенчатой вальцовой дробилкой BWS (Рис.4)

Рис. 4: Вариант 1, схема установки и диаграмма 

Результат показывает, что доля тонкой фракции ниже 25 %. Но при этом имеется еще доля очень грубой фракции в объеме ок. 20 %, что, впрочем, не должно рассматриваться негативно. Структура имеет относительно широкий диапазон. Поскольку здесь нет промежуточного просеивания и дополнительного измельчения. Эта грубая фракция состоит преимущественно из частиц оболочки/остей. 

Вариант 2: Измельчение с молотковой дробилкой по схеме «один за другим» (HM) — ступенчатое измельчение, HM + HM (Рис. 5)

Рис. 5: Вариант 2, схема установки и результаты измельчения

Несмотря на выбор более грубой перфорации сита на предварительном измельчении и небольшой окружной скорости возникает очень высокий процент тонкой фракции. 

Вариант 3: Ступенчатое измельчение и вальцовая дробилка, BWS + HM (Рис. 6)

Рис. 6: Вариант 3, схема установки и результаты измельчения

При этом варианте достигается очень хороший результат, который по всем диапазонам соответствует поставленной цели.  Доля тонкой фракции < 0.5 мм составляет  менее 25 %, а доля очень грубой фракции менее 5 %. Самый большой процент составляет доля частиц среднего размера. Тем самым продукт имеет относительно узкий, оптически однородный гранулометрический состав. 

Вариант 4: Ступенчатое измельчение молотковая и лабораторная дробилка LMW + HM (Рис. 7)

Рис. 7: Вариант 4, схема установки и результаты измельчения

Вариант 4 показал еще большее улучшение по сравнению с вариантом 3, вызванное изменением значений окружной скорости вальцов. Это было невозможно на используемых на предприятии вальцовых дробилках BWS, но в принципе они могут быть дооснащены этой функцией. Этот вариант показывает, что за счет изменения значений окружной скорости вальцов можно достичь оптимизации гранулометрического состава. 

Уменьшение удельного расхода электроэнергии в кВт*ч/т

Во всех вариантах проводилось измерение эффективности и считывались показания счетчиков расхода электроэнергии в кВт*ч/т. В данном сообщении не приводится детализация результатов. В целом можно утверждать, что расход электроэнергии при варианте BWS 2 прибл. на 50% меньше, чем при варианте HM+HM, а вариант BWS+HM по отношению HM+HM дает уменьшение расхода электроэнергии прибл. на 30 %.

Выводы

Для наглядности результаты измельчения вариантов 1 — 3 приведены в сводной диаграмме  (Рис. 8). Особенно при противопоставлении плотности распределения видно, какой из вариантов имеет наименьший процент тонкой фракции.

Рис. 8: Сводная диаграмма результатов ступенчатого измельчения на  BWS по сравнению с  HM + HM и с BWS + HM

Возможны следующие выводы:

• Измельчение на BWS или на BWS+HM ведет к существенному снижению доли тонкой фракции по сравнению с измельчением на HM+HM. Заданное в постановке задач значение макс. 25 % < 0.5 мм  во всех случаях было достигнуто. 

• Максимальный процент фракции с частицами среднего размера был достигнут при ступенчатом измельчении на BWS+HM. 
• Путем регулировки окружной скорости на BWS было получено улучшение результатов. Поэтому рекомендуется регулировать частоту вращения непосредственно во время работы дробилок.

• Гранулометрический состав при измельчении на BWS+HM более однородный и меньше подвержен расслоению при одновременно лучших текучих свойствах. Оптически продукт выглядит также более гомогенным. Это четко видно по высокой концентрации частиц среднего размера. Оболочки ячменя достаточно измельчены.  
• При испытаниях было установлено, что удельный расход электроэнергии может быть существенно снижен за счет использования BWS.
• В противоположность молотковой дробилке для вальцовых станков не требуется аспирация и взрывозащита.

• Заметная экономия энергозатрат при использовании вальцовой дробилки по сравнению с молотковой.

Перспективы

Данная работа показывает, что путем встраивания вальцовых дробилок в новые или существующие линии можно существенно улучшить структуру комбикорма при существенном снижении расходов на электроэнергию. 

Другой возможностью уменьшения доли грубых оболочек ячменя является предварительная обработка ячменя.

С помощью шлифовальных машин фирмы «Schule» типа VPC можно, отшлифовывать оболочки с цельного зерна до определенного процента. Здесь можно подумать об отдельном альтернативном использовании фракции отшлифованных и сепарированных оболочек.

Резюме

Исследования проблем кормления животных показывают, что высокая доля тонких частиц в комбикорме может неблагоприятно сказываться на здоровье и продуктивности животных. Более грубые корм ведет к более сухому помёту, а также к лучшему микроклимату и качеству мяса. С технической точки зрения неоднородный гранулометрический состав приводит к расслоению смеси и к плохим текучим свойствам в силосных ячеях. Для предотвращения названного выше негативного воздействия при кормлении шротообразным кормом необходимо стремиться к доле тонкой фракции < 5 мм до 25 %, и к гранулометрическому составу в диапазоне от 0.5 до 1.6 мм. Оболочки ячменя должны по возможности измельчаться до такой степени, чтобы исключалось их неблагоприятное воздействие на потребление и конверсию корма, и чтобы они не ухудшали текучие свойства. 

Преимущества измельчения обогащенных кукурузой и пшеницей смесей на вальцовых дробилках для птицеводческой промышленности хорошо известны. 

• Вальцовая дробилка, двойная
• Ступенчатое измельчение на молотковой дробилке с предварительным и дополнительным измельчением
• Ступенчатое измельчение на вальцовой дробилке и молотковой дробилке

Испытания показывают, что доля тонкой фракции (< 0.5 мм) в готовом продукте при измельчении на вальцовой дробилке по сравнению с молотковой была существенно снижена — в данном случае до желаемого значения 25 %. Для уменьшения доли тонких частиц при одновременном увеличении доли средних частиц размером от 0.5 до 1.6 мм, лучшие результаты дало комбинированное ступенчатое измельчение на вальцовой дробилке. Здесь получали дополнительное хорошее измельчение грубой фракции, состоящей преимущественно из остей. 

Рекомендуется при частой смене рецептур оснащение дробилок устройством изменения частоты вращения, а также автоматическим измерением и дистанционной регулировкой межвальцевого зазора.

Использование для измельчения вальцовых дробилок при комбинировании с молотковыми дробилками или без них во всех случаях ведет к существенному уменьшению удельного расхода электроэнергии (кВт*ч/т) в диапазоне от 30 до 50 %. В противоположность к молотковой дробилке у вальцовых дробилок не требуется установка аспирации и взрывозащиты.