Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние и приоритетные направления развития технологии комбикормов 11
1.1. Анализ современного состояния комбикормового производства 11
1.2. Методологические подходы системного анализа в совершенствовании технологии комбикормов 26
1.3. Основные принципы энергосбережения в пищевой технологии и возможность их реализации в кормопроизводстве 23
1.4. Повышение питательной ценности комбикормов 35
1.5. Задачи исследований 41
Глава 2. Экспериментально-статистическая оценка точности и устойчивости теплотехнологической системы производства комбикормов 43
2.1. Операторное моделирование и анализ материальных потоков производства комбикормов 43
2.2. Характеристика подсистем сложной технологической системы по показателям качества промежуточных продуктов 48
2.3. Анализ влияния систематических и случайных производственных погрешностей на стабильное функционирование технологии комбикормов 50
2.4. Методологический подход к развитию технологии комбикормов на основе использования искусственного холода 60
2.5. Способы производства комбикормов с применением парокомпрессионной и пароэжекторной холодильных машин 60
2.6. Энтропийная оценка стабильности подсистем традиционной и предлагаемых технологий 67
Глава 3. Моделирование тепловых процессов в системе кондиционирования воздуха для охлаяедения смеси горячих гранул и рассыпного комбикорма 71
3.1. Экспериментальная установка для исследования тепловых процессов 71
3.2. Моделирование процесса конденсации влаги из влажного воздуха в «снеговую шубу» на поверхности испарителя парокомпрессионной холодильной машины 74
3.3. Математическая модель образования «снеговой шубы» 76
3.4. Определение зависимости намораживания слоя «снеговой шубы» от времени 77
3.5. Моделирование процесса размораживания «снеговой шубы» на теплообменной поверхности секции испарителя, работающей в режиме регенерации 81
Глава 4. Комплексный анализ показателей качества комбикормов при разработке технологии с использованием искусственного холода 90
4.1. Определение показателей питательности комбикормов 90
4.2. Сравнительный анализ показателей качества исследуемых комбикормов 96
4.3. Влияние предлагаемой технологии на изменение биохимических показателей качества комбикормов 103
4.4. Исследование аминокислотного состава комбикормов 107
4.5. Исследование сохранности витаминов в комбикормах 110
4.6. Исследование санитарных показателей качества комбикормов 113
Глава 5. Оценка энергетической эффективности технологии комбикормов 118
5.1. Эксергетический анализ технологии комбикормов выровненного гранулометрического состава 118
5.2. Программно- логические алгоритмы системы оптимального управления технологией комбикормов 131
5.2.1. Алгоритм оптимального управления технологией комбикормов с применением парокомпрессионной холодильной машины 131
5.2.2 Производственная проверка способа управления процессом приготовления комбикормов с применением парокомпрессионной холодильной машины 139
5.2.3. Алгоритм оптимального управления технологией комбикормов с применением пароэжекторной холодильной машины 142
5.2.4. Реализация способа производства комбикормов в производственных условиях 146
5.3. Повышение эффективности ввода жидких и жиросодержащих компонентов в комбикорма 150
5.4. Расчет ожидаемого экономического эффекта от использования искусственного холода в технологии комбикормов 152
Основные выводы и результаты работы 155
Библиографический список 157
Приложения 175
- Методологические подходы системного анализа в совершенствовании технологии комбикормов
- Характеристика подсистем сложной технологической системы по показателям качества промежуточных продуктов
- Моделирование процесса конденсации влаги из влажного воздуха в «снеговую шубу» на поверхности испарителя парокомпрессионной холодильной машины
- Влияние предлагаемой технологии на изменение биохимических показателей качества комбикормов
Введение к работе
Актуальность работы. На современном этапе экономического развития Российской Федерации в национальном проекте «Развитие АПК» остро ставятся проблемы повышения эффективности различных отраслей пищевой и перерабатывающей промышленности, сельского хозяйства, ликвидации белкового и энергетического дефицита, восполнения продовольственных и кормовых ресурсов.
Комбикормовая промышленность является основным звеном в развитии промышленного птицеводства, свиноводства, молочного, и мясного скотоводства, рыбоводства, пушного звероводства и других отраслей агропромышленного комплекса.
С учетом исключительной социальной значимости продукции животноводства и птицеводства для стабилизации продовольственного рынка и улучшения обеспечения населения продуктами питания разработана Государственная программа «Развитие сельского хозяйства и регулирование рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008 — 2012 годы», в которой определены основные приоритетные направления.
Решение проблем полноценного питания животных и птицы неразрывно связано со снижением издержек производства, разработкой новых технологий на основе интенсификации технологических процессов, более широком и эффективном применении разнообразного современного оборудования для производства высококачественных и безопасных комбикормов [ 4 - 12, 44, 45, 49, 52, 54, 64, 67, 68, 71 - 74, 76, 82, 95, 99, 100 - 102, 103 - 106, 108, 118, 124, 128, 130-132, 137, 143, 150, 155, 157, 163].
Рентабельность комбикормового производства зависит от выработки такой продукции, которая сочетала бы в себе одновременно низкую цену и гарантированно высокое продуктивное действие. Поэтому актуальной задачей предприятий комбикормовой промышленности является производство продукции более приемлемой по цене и, которая по всем показателям пита-
тельной ценности полностью бы соответствовала требованиям нормативной документации и заявкам потребителей [16, 18-39, 42, 43, 59, 67, 83, 84, 88, 117, 120-122, 127, 130, 134, 135].
Необходимо проводить исследования по разработке новых рецептурных компонентов, позволяющих повысить потребительские свойства и питательную ценность кормов для животных и птицы, обеспечить эффективное извлечение комбикормов заданного гранулометрического состава и оптимальные условия для получения требуемого состава и строения промежуточных продуктов [67, 83, 95, 99, ПО, 114, 117, 128, 146 - 149, 164, 169]. При этом возрастает степень востребованности энергосберегающей, малоотходной и экологически безопасной технологии производства полнорационных комбикормов, сбалансированных по питательной ценности [6, 44, 45, 52, 54, 138, 155, 167, 169].
Недостаточно реализованы возможности экономии теплоэнергетических ресурсов за счет разработки новых алгоритмов функционирования, оптимизации и управления процессами кормопроизводства. Отсутствуют методологические подходы в разработке функционально-информационных структур систем управления с помощью ЭВМ на основе новых научных данных. Требуется дальнейшее совершенствование тепловых процессов, развитие их математического и информационного обеспечения при составлении структурных схем управления технологическими параметрами.
В процессах тепловой обработки все более широкое применение находят тепловые насосы, которые позволяют довести тепловые объекты до высокого энергетического совершенства в отношении использования, утилизации и рекуперации теплоты [14, 17, 40, 46 - 48, 61, 69 - 74, 92, 112, 114, 115,126,137,144,151, 168].
Применение холодильной техники весьма перспективно в комбинированных энергетических системах в сочетании с другими технологиями использования возобновляемых источников энергии, так как позволяет оптимизировать параметры сопрягаемых систем и достигать наиболее высоких эко-
номических показателей. Особенно выгодно применение холодильных машин при одновременной выработке тепла и холода, что может быть использовано в ряде промышленных и сельскохозяйственных производств, а также в системах кондиционирования воздуха.
Современный уровень развития вычислительной техники, а также достижения в области теории тепло- и массопереноса при тепловой обработке коллоидных, капиллярно-пористых материалов позволяют исследовать процесс охлаждения комбикорма в замкнутом цикле по охлажденному воздуху при наиболее рациональных с энергетической точки зрения схемах подключения холодильных машин [14, 17, 48, 92, 114, 118, 123, 168].
В этой связи необходимы современные методы исследования технологии комбикормов как сложной системы. Следует эффективно использовать стратегию системного подхода, основанную на комплексном использовании принципов операторного и математического моделирования, возможностей вычислительных средств в решении задач анализа теплотехнологических процессов при создании инновационных технологий кормопроизводства. Приоритетным направлением при формировании новых способов приготовления комбикормов должна стать их привлекательность для предприятий отрасли с точки зрения разработки и внедрения инновационных решений, приносящих положительный эффект в предельно сжатые сроки с ясной аргументацией их экономической целесообразности, экологической безопасности и социальной необходимости, что является актуальной задачей. Представляется, что именно это направление позволит создать новые технологии энергосбережения в технологии комбикормов.
Значительный вклад в развитие теории и практики комбикормового производства и совершенствование процессов и аппаратов для его осуществления внесли: Г.А. Егоров, Н.П. Черняев, В.А. Афанасьев, Е.Н. Калошина, А.И. Орлов, А.Ю. Шаззо, Е. М. Клычев, Б. Касьянов, Л.С. Кожарова и др.
Научные достижения и производственный опыт подготовили условия для разработки новых подходов в организации тепловых процессов кормопро-
изводства, обеспечивающих экономию материальных и энергетических ресурсов при требуемом качестве готовой продукции.
Работа выполнена в соответствии с тематическим планом НИР Воронежской государственной технологической академии по теме НИР кафедры технологии хранения и переработки зерна ВГТА «Интенсификация технологических процессов зерноперерабатывающих предприятий» (№ гос. регистрации 01.200.1 16821).
Цель диссертационной работы. На основе диагностики существующей технологии комбикормов и эксергетического анализа предлагаемых вариантов теплотехнологических схем кормопроизводства научно обосновать принципы структуризации тепловых процессов, в соответствии с которыми разработать способы приготовления полнорационных комбикормов и технические средства для их реализации. В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи:
Провести диагностику существующей технологии комбикормов как системы процессов, выявить систематическую и случайную погрешности технологического потока и разработать способы их компенсации с использованием искусственного холода.
Разработать способы приготовления комбикормов заданного гранулометрического состава на основе структуризации тепловых процессов с использованием холодильных машин.
Разработать математические модели процессов образования «снеговой шубы» на охлаждающей поверхности испарителя и ее размораживания в системе подготовки воздуха для охлаждения смеси горячих гранул с рассыпным комбикормом.
Выполнить комплексный анализ показателей качества комбикормов, полученных по предлагаемой технологии.
Выполнить эксергетический анализ и оценить энергетическое совершенство предлагаемых компоновочных вариантов технологии.
Разработать способы приготовления комбикормов с применением холодильных машин и программно-логические алгоритмы управления для их осуществления.
Провести производственные испытания предлагаемых технических решений и разработать нормативно-техническую документацию для внедрения в промышленность.
Научная новизна. Разработаны и научно обоснованы способы приготовления комбикормов заданного гранулометрического состава на основе структуризации тепловых процессов с использованием парокомпрессионнои и пароэжекторной холодильных машин, работающих в режиме теплового насоса.
Разработана математическая модель процесса конденсации влаги из влажного воздуха в «снеговую шубу» при его осушении и охлаждении в испарителе парокомпрессионнои холодильной машины и многократном использовании в контуре рециркуляции для охлаждения комбикорма.
Разработана математическая модель процесса размораживания секции испарителя парокомпрессионнои холодильной машины, работающей в режиме регенерации.
Составлены программно-логические алгоритмы управления технологическими параметрами, обеспечивающие экономию материальных и энергетических ресурсов в технологии комбикормов.
Практическая ценность. Определены рациональные режимы тепло-технологических процессов в технологии комбикормов, позволяющие снизить удельные энергетические затраты и получить готовую продукцию высокого качества.
Разработан способ приготовления комбикорма с применением пароэжекторной холодильной установки (Патент РФ № 2336166) и алгоритм управления технологическими параметрами для его осуществления (Патент РФ № 2328857), а также устройство для ввода жиросодержащих компонентов в смеситель (Патент РФ № 2328135).
Разработано программное обеспечение теплотехнологических процессов в технологии комбикормов с применением парокомпрессионной теп-лонасосной установки (Свидетельства о регистрации программ для ЭВМ № 2008612603 и № 2008614090).
Исследованы химические, биохимические показатели качества комбикормов разного вида, их аминокислотный состав, сохранность витаминов, свидетельствующие о преимуществе предлагаемых технологий.
Разработан технологический регламент производства комбикормов с использованием ПЭХМ для комбикормовых комплексов ОАО «Староосколь-ский КХП» и ООО «ЛАБАЗЪ». Получены свидетельства о регистрации лицензионных договоров по проданным патентам РФ № 2328135 и № 2336166 на право использования интеллектуальной собственности предприятиями ООО «Бизнес Регион» и ООО «Экологическая безопасность».
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуждены на научных конференциях в Воронежской государственной технологической академии (с 2007 по 2009 гг.); международной научно -практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований - 2007» (Одесса, 2007); международной научно - практической конференции «Современные проблемы технологии производства, хранения, переработки и экспертизы качества сельскохозяйственной продукции» (Мичуринск, 2007); VI международной научно-технической конференции «Техника и технология пищевых производств» (Могилев, 2007); XXI международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Саратов, 2008).
Результаты работы демонстрировались на выставке «Центрагромаш» (Воронеж, 2006 г.), на 12-ой агропромышленной выставке «Воронежагро» (Воронеж, 2007 г.) и награждены золотой медалью и дипломом.
Разработка, теоретические и экспериментальные исследования проводились на Воронежском экспериментальном комбикормовом заводе, в лабораториях кафедры технологии хранения и переработки зерна ВГТА.
В диссертации отражены результаты исследований в области создания и разработки энергосберегающей технологии комбикормов с учетом актуальных проблем: качества продукции, сбережения материальных и энергетических ресурсов, защиты окружающей среды от промышленных выбросов.
Работа обобщает новые результаты теоретических и экспериментальных исследований энерго-и ресурсосберегающей технологии комбикормов с применением холодильной техники, проведенных непосредственно автором под руководством профессора А.А. Шевцова и доцента Л.И. Лыткиной.
Автор выражает огромную благодарность своим научным руководителям - заслуженному изобретателю Российской Федерации, заведующему кафедрой технологии хранения и переработки зерна профессору Шевцову Александру Анатольевичу и доценту этой же кафедры Лыткиной Ларисе Игоревне за консультации и плодотворное сотрудничество, а также всему коллективу кафедры технологии хранения и переработки зерна ВГТА за помощь и поддержку при проведении исследований.
Методологические подходы системного анализа в совершенствовании технологии комбикормов
В современных условиях возрастающего потребления энергии, с одной стороны, и дефицита энергетических ресурсов, с другой, все более остро ставятся вопросы рационального использования энергии, утилизации и рекуперации тепла во всех процессах энергосбережения в пищевой технологии.
В [52, 61, 92] сформулированы следующие принципы энергосберегающей технологии обработки пищевых продуктов: соответствие кинетических, гидродинамических и термодинамических закономерностей; максимальное использование потенциала энергоносителя; рециркуляция в замкнутом цикле материальных и энергетических потоков; использование теплоты конденсации хладагентов; применение рекуператоров тепла и холодильных установок, работающих в режиме теплового насоса; применение комбинированных энергетических систем в сочетании с основной технологией; соблюдение нормативов эксплуатации (герметизация, теплоизоляция, обеспечение регулирования параметров).
Энергосбережение - одна из основных проблем, решаемых в настоящее время учеными и специалистами отрасли, преследует две цели: сохранение невозобновляемых энергоресурсов и сокращение выбросов в атмосферу продуктов сгорания. Применение тепловых насосов является одним из важнейших направлений в решении этой проблемы.
В настоящее время в России на теплоснабжение расходуется около 40% от общего объема сжигаемого топлива. Тепловые насосы, осуществляя обратный термодинамический цикл на низкокипящем рабочем веществе, утилизируют низкопотенциальную теплоту естественных, промышленных или бытовых источников и генерируют теплоту высокого потенциала, затрачивая при этом в 1,2 — 1,3 раза меньше первичной энергии, чем при прямом сжигании топлива [48, 168].
Тепловые насосные устройства (ТНУ) позволяют довести обработку пищевых продуктов до высокого энергетического совершенства в отношении использования и рекуперации тепла [14, 48, 61, 92].
ТНУ работает аналогично холодильной компрессионной установке по термодинамическому циклу, обратному тепловому двигателю [118, 136, 144]. В тепловом насосе теплота внешней среды, которой может быть наружный воздух или отработанный сушильный агент, в результате затраты механической энергии в компрессоре переходит от низкого температурного потенциала на более высокий температурный уровень.
Теплонасосные установки могут работать в режиме полностью замкнутого цикла или с выбросом части отработанного воздуха. Однако при подаче в испаритель только наружного воздуха энергетическая эффективность применения ТНСУ снижается и возрастает вероятность обмораживания испарителя [48, 92].
Традиционно утилизацию этой теплоты осуществляют путем частичной рециркуляции воздуха или использованием теплообменника - рекуператора, в котором входящий воздух нагревается насадкой, ранее подогретой отработанным воздухом.
Использование рециркуляционной или рекуперативной систем возможно для обеспечения режимов низкотемпературной обработки. Однако та кие системы не способны обеспечить проведение «мягких» режимов обработки пищевого сырья с регулированием температуры и относительной влажности воздуха в течение всего расчетного времени обработки. Такие режимы могут быть обеспечены только при использовании тепловых насосов [48,92, 168].
В прямоточной системе воздух из окружающей среды вентилятором прокачивается через нагреватель-конденсатор теплового насоса и подается в рабочую камеру, откуда после охлаждения и насыщения влагой продукта выбрасывается в окружающую среду [14, 92].
Преимуществом такой системы является независимость работы теплового насоса, так как источник низкопотенциального тепла не связан с рабочей камерой. Недостатком системы является невозможность регулирования относительной влажности воздуха и влагосодержания воздуха, так как атмосферный воздух нагревается при постоянном влагосодержании.
Полезное использование холода, который вырабатывается в охладителе-испарителе, для обработки какого-либо продукта в камере охлаждения позволяет обеспечить стабильную тепловую нагрузку для теплового насоса и повысить его энергетическую эффективность, хотя и не устраняет недостатков предыдущей системы с точки зрения обеспечения оптимальных режимов низкотемпературной обработки [48, 61, 168].
Установка с тепловым насосом, в котором обратный поток воздуха охлаждается в охладителе-испарителе и используется в качестве источника низкотемпературного тепла, позволяет повысить энергетическую эффективность теплового насоса, однако тоже не решает вопрос о регулировании значений параметров воздуха на входе в рабочую камеру [92].
Теплонасосные установки, использующие различные источники низкопотенциального тепла с температурой от 5 С (атмосферный воздух) до 40...70 С (высокоемпературные промышленные выбросы), способны обеспечить температуры нагрева среды в диапазоне от 27 С до 110 С.
По существу тепловыми насосами являются большинство широко распространенных холодильных машин, так как они по тому же принципу отнимают теплоту от охлаждаемого объекта и при более высокой температуре отдают ее окружающей среде. Однако тепловые насосы в отличие от холодильных машин работают в более высоких рабочих температур.
Важнейшей особенностью ТНУ является универсальность по отношению к виду первичной энергии. Это позволяет оптимизировать топливный баланс энергонсточника путем замещения более дефицитных энергоресурсов менее дефицитными. Еще одно преимущество ТНУ - универсальность по уровню мощности, изменяющейся от долей до десятков тысяч киловатт и, по существу, перекрывающей мощность любых существующих теплоисточников, в том числе малых и средних ТЭЦ.
Применение холодильной техники весьма перспективно в комбинированных энергетических системах в сочетании с другими технологиями использования возобновляемых источников энергии, так как позволяет оптимизировать параметры сопрягаемых систем и достигать наиболее высоких экономических показателей. Особенно выгодно применение холодильных машин при одновременной выработке тепла и холода, что может быть использовано в ряде промышленных и сельскохозяйственных производств, а также в системах кондиционирования воздуха.
Характеристика подсистем сложной технологической системы по показателям качества промежуточных продуктов
Любая система характеризуется несколькими показателями, но каждый из них имеет разную весомость при влиянии на её функционирование технологического потока в целом. Поэтому в исследуемых подсистемах были выделены определяющие качественные показатели (табл. 2.1).
Каждый качественный показатель характеризовался абсолютным значением, которое изменялось в некотором интервале его максимального и минимального значений. Этот интервал изменения ограничивался допустимой величиной колебаний (полем допуска) единичного показателя.
Оценка качества продукции основывалась на сравнении значения единичного показателя качества комбикорма с соответствующим базовым значением. Для каждой из трёх исследуемых подсистем значения выходных параметров определяли в течение 6 суток с интервалом замеров 12 часов. Оценка точности и устойчивости подсистем проводилась в три этапа.
На первом этапе проведённым замерам вычисляли для каждой из трёх исследуемых подсистем расчетные значения следующих показателей: коэффициент смещения Е, определяющий величину систематических производственных погрешностей; коэффициент точности Т, определяющий точность функционирования технологического потока при действии случайной составляющей производственных погрешностей.
По данным коэффициентам определена вероятность выхода годных проб Р, показатели качества которых находятся в пределах установленного допуска.
Значения коэффициентов смещения и точности определяются по следующим формулам: где є - величина смещения, зависящая от положения центра группирования погрешностей х\ 5 - абсолютная величина половины поля допуска на показатель качества продукции; К — коэффициент, зависящий от закона распределения погрешностей показателя качества изделия; s — среднее квадратичное отклонение показателя качества изделий в выборке.
Для закона нормального распределения погрешностей К = 6. При нормальном законе распределения поле рассеяния погрешностей равно 6s.
При Т 1 поток функционирует с высокой точностью, поскольку имеется запас точности. При Т = 1 поле допуска совпадает с границами кривой нормального распределения и возможно появление дефектных изделий. При Т 1 дефектные изделия уже появляются как результат функционирования технологического потока.
На втором этапе было проведено исследование закона распределения мгновенных значений контролируемых параметров. Согласно теореме Ляпунова, случайная величина распределена по нормальному закону при большом количестве её значений и ничтожно малом влиянии каждой из взаимно независимых величин на всю сумму. Текущие значения показателей качества определялись опытным путём в производственно-технологической лаборатории ОАО «Воронежский экспериментальный комбикормовый завод». Замеры проводились в течение 6 суток с интервалом 12 часов для каждой из исследуемых подсистем по 20 мгновенным значениям в каждый момент замера. На первом этапе весь диапазон полученных значений был разбит на классы, число которых определено по правилу Штюргеса [78]:
На гистограммах и полигонах распределения случайной величины (рис. 2.6 - 2.8) отражаются центры группирования значений показателей качества и ігх разброс. Для каждой из подсистем по проведённым замерам по лучены расчётные величины коэффициента смещения Е, определяющего величину систематических производственных погрешностей, и коэффициента точности Т, определяющего точность функционирования технологического потока при действии случайной составляющей производственной погрешности. По этим коэффициентам определена вероятность выхода Р качественной продукции каждой из рассматриваемых подсистем в пределах установленного поля допуска (табл. 2.2 - 2.4).
Как видно из рис. 2.5 - 2.7, с течением времени увеличивается разброс значений контролируемых параметров и возрастает смещение центра группирования значений относительно базового значения. Это свидетельствует об увеличении соответственно случайных и систематических производственных погрешностей.
Наглядное сопоставление гистограммы, полигона и кривой нормального распределения выполнено для подсистемы А3 в момент времени t„. (рис. 2.3, рис. 2.4).
На втором этапе выполнена проверка нормальности полученного рас-пределения случайной величины (показатель качества) по /"-критерию [78] и вычислены значения аргумента и функции кривой стандартного нормального распределения для каждого из 12 замеров в течение 6 суток наблюдения
Моделирование процесса конденсации влаги из влажного воздуха в «снеговую шубу» на поверхности испарителя парокомпрессионной холодильной машины
Математическую модель образования «снеговой шубы» в процессе осушения влажного отработанного сушильного агента за счёт конденсации паров влаги на поверхности испарителя будем рассматривать в соответствии с расчетной схемой, представленной на рис. 3.2 в виде системы дифференциальных уравнений в частных производных второго порядка [132]. Математическая формулировка задачи сводится к следующим уравнениям: для охлаждающей поверхности испарителя где О =Q(t,x,r)-функция, определяющая объёмную производительность внутренних источников или стоков тепла (в общем виде может учитывать и объёмный расход тепла на фазовые превращения); Разработанной математической модели (3.1) - (3.6) процесса осушения отработанного теплоносителя соответствует система одномерных уравнений теплопроводности.
Граница поверхности нарастающей «снеговой шубы» в соответствии с этой моделью перемещается со временем, сохраняя при этом подобие, т. е. остаётся параллельной охлаждающей поверхности испарителя. Для решения данного класса задач можно построить функциональное преобразование, основанное на введении подвижной системы координат, в которой подвижная граница становится неподвижной [57, 85]. Если считать, что Q = О (отсутствуют внутренние источники теплоты), то система уравнений (3.1) - (3.2), условия сопряжения (3.3) - (3.4), краевые условия (3.5) - (3.6) принимают следующий вид: система уравнений где a, ai - коэффициенты температуропроводности соответственно «снеговой шубы» и охлаждающей поверхности испарителя, м2/с; аэф- эффективный коэффициент теплоотдачи от влажного воздуха к поверхности «снеговой шубы» выражается соотношением: где tn ,tc- температура в основной массе влажного воздуха и на поверхнострі «снеговой шубы» (рис. 3.2); Qn - общее количество теплоты, передаваемой к поверхности пленки [65, 66, 86, 89, 93]. Для определения изменения толщина слоя намораживания от времени необходимо знать закон изменения температурных полей внутри рассматриваемых контактируемых сред «ребро испарителя» - «снеговая шуба».
Влияние предлагаемой технологии на изменение биохимических показателей качества комбикормов
Тепловая (специальная) обработка комбикормов повышает его питательную ценность за счет частичного гидролиза высокомолекулярных веществ. Для молодняка животных и птицы, у которых слабо развита активность амило-литических ферментов, целесообразно преобразовывать крахмал в легкоусвояемые углеводы - декстрины, мальтозу, улучшая его переваримость [9, 146].
Критериями оценки биохимических показателей комбикормов, выработанных по рецептам ПК-1, ГЖ-5, ПК- 6, служили изменения свойств крахмала (степень декстрннизации и клейстеризации, переваримость) [32] и протеина (переваримость белка, фракционный состав) [27].
В пищеварительном тракте животных и птицы гидролитическое расщепление крахмала катализируют ферменты амилазы: а-амилаза и /?-амилаза - до глюкозы, -амилаза (глюко-амилаза) - до мальтозы. Молекула а-амилазы содержит в своем центре ионы кальция, необходимые для осуществления ферментативной активности [146 - 148].
Взрослыми животными и птицей крахмал переваривается достаточно хорошо, у молодняка переваримость крахмала снижена. Тепловая обработка способствует модификации и клейстеризации крахмала. Гранулирование по предлагаемой технологии даже только мелкой фракции комбикорма, состоящей в основном из крахмала, за счет переизмельченного зернового сырья, входящего в рецептуру комбикормов в большом количестве (до 80 %), позволило повысить переваримость крахмала и увеличить содержание легкоусвояемых углеводов.
Содержание декстринов в исследуемых комбикормах в зависимости от времени обработки кондиционированным воздухом, полученным в испарителе теплонасосной установки, увеличивается только в течение первых 10 минут и затем принимает постоянное значение (рис.4.3).
Анализ данных показывает, что при гранулировании происходит расщепление крахмала и увеличение количества растворимых и легкогидролизуе-мых углеводов. Количество растворимых углеводов в рассыпных комбикормах всех рецептов составляло 5,09...5,32 мг/100 г, в гранулированном комбикорме повышалось до 5,30 ...5,75 мг/100 г. То есть при полной тепловой обработке всего рассыпного комбикорма в процессе гранулирования количество растворимых и легкогидролизуемых углеводов (сахаров и декстринов) возрастало. Соответственно возрастала переваримость крахмала in vitro.
При этом в комбикормах, полученных по предлагаемой технологии, в сравнении с рассыпными количество растворимых углеводов и атакуемость крахмала in vitro увеличились до 5,50...5,80 мг/100 г и 7,77...8,10 мг/100 г, поскольку по предлагаемой технологии часть комбикорма — мелкая пылевидная фракция - подвергается гранулированию.
В состав мелкой фракции комбикорма входят высокобелковые компоненты, которые в процессе тепловой обработки подвергаются денатурации и гидролизу, в результате чего повышается переваримость протеина и улучшается его усвояемость.
Вместе с этим выявлено, что переваримость протеина in vitro в комбикормах по предлагаемой технологии составляла 62,6...62,8 %, что немного выше по сравнению с рассыпным комбикормом, в котором это количество находилось в пределах 60,9...61,7 %, но ниже, чем в гранулированном комбикорме-62,0 ...64,8 %.
С точки зрения питательной ценности комбикорма желательно, чтобы переваримость протеина оставалась на первоначальном уровне или повышалась, что является преимущественным, так как способствует повышению продуктивных и воспроизводительных качеств животных и птицы.
Таким образом, результаты исследований биохимических показателей качества комбикормов показали, что углеводы в них частично гидроли-зуются, белки подвергаются денатурации. Атакуемость крахмала in vitro и переваримость протеина in vitro в комбикормах по предлагаемой технологии возрастали по сравнению с рассыпным комбикормом, но имели несколько меньшее значение по сравнению с гранулированным комбикормом во всех рассматриваемых рецептах.
При производстве и хранении комбикормов создаются условия для деструктивных изменений в их биохимическом составе. Следствием этого является снижение питательной ценности корма, а в некоторых случаях и отрицательное его влияние на организм животных и птицы. При этом важную роль играют окислительные процессы, особенно затрагивающие жировую часть корма.
Жиры, как добавленные в виде кормового жира или в виде растительных масел, так и содержащиеся в компонентах комбикорма, быстро окисляются кислородом воздуха.
Самоокисление жиров (прогоркание) приводит к образованию перекисей, которые являются сильными окислителями и катализируют (ускоряют) дальнейшее разрушение не только жиров, но и жирорастворимых витаминов и каротиноидов. В результате снижается питательная ценность корма, активность ферментов, образуются ядовитые химические соединения. Это, в свою очередь, ускоряет процесс порчи как самого жира, так и комбикорма в целом [146].
