Экструзия, как альтернативный способ переработки боенских отходов птицефабрик

 

Марков Дмитрий Васильевич,

аспирант кафедры «Автоматизированный электропривод».

Научный руководитель – профессор, заведующий кафедрой «Автоматизированный электропривод»

Кондратьева Н. П.

Ижевская государственная сельскохозяйственная академия.

 

В Удмуртской республике большое распространение получило птицеводство, в частности мясное, как одна из наиболее рентабельных отраслей сельского хозяйства. Почти каждая пригородная зона Удмуртии (г. Глазов, г. Ижевск, г. Воткинск и т.д.) характеризуется наличием птицеводческих хозяйств. Рентабельность птицеводства объясняется постоянством спроса, концентрацией производства, наличием поточных линий переработки птицы.

Наиболее значима из вышеперечисленных причин – наличие линий переработки, целью которых является убой птицы получение полуфабрикатов и готовых продуктов питания, переработки технологических отходов. В настоящее время основные проблемы и, как следствие широкое поле деятельности научно-изысктельской работы, присущи линиям переработки отходов цехов убоя и переработки птицы. Под перерабткой отходов в условиях рыночной экономики следует понимать не что иное, как получние богатых животными белками и различными минеральными солями продуктов, позволяющих разнообразить рацион домашней птицы. В качестве основной можно назвать проблему высокой энергоемкости процессов переработки отходов.

На сегоднешний день основной способ переработки продуктов убоя - варка. Для осуществления данного способа используется теплоноситель - горячая вода или пар. Основные потери тепла (энергии) происходят при транспортировке теплоносителя, при загрузке и выгрузке сырья, при отделении влаги и переработанного сырья.

Необходим источник теплоносителя (котельная, ТЭЦ и т.п.), то есть птицеводческое предприятие в данном случае должно учитывать требования и условия поставщика теплоносителя, в случае нахождения источника теплоносителя на балансе предприятия - материальные затраты связанные с потерями тепла в тепловой сети.

Уравнение теплового баланса для технологического процесса переработки боенских отходов варкой представлено формулой

 

 ,                                   (1)

 

где Q - полная требуемая теплота для осуществления техпроцесса;

Q_{полезн.}- теплота расходуемая на коагуляцию животного белка и уничтожения микроорганизмов;

Q_{трансп.} - потери тепла в тепловой сети;

Q_загр. - потери тепла при загрузке сырья (отходов);

Q_выгр - потер тепла при выгрузке продукта;

Q_{пот.котла} - потери тепла через поверхности установки термической установки;

Q_влага - потери тепла на сепарацию (испарение) влаги и продукта;

Q_{с продуктом} - потери тепла с выгружаемым продуктом.

Блок-схема технологии обрабоки продуктов убоя и переработки птицы варкой представлена рисунком 1.

 

Рис. 1. Технологический процесс обработки технологических отходов цехов убоя и переработки птицы методом варки.

 

Анализируя уравнение теплового баланса (1) можно сделать следующие выводы:

- данные метод характеризуется высокими потерями тепла;

- необходимы затраты электроэнергии для осуществления техпроцесса (загрузка сырья, выгрузка продукта, перемешивание сырья внутри котла);

- низкий КПД при малых объемах одновременно загружаемого сырья, т.е. громоздкость установки термической обработки (обусловлено потерями тепла с отгружаемым продуктом);

- вредность производства (нагрев помещения с установкой теплопередачей и инфракрасным излучением).

Один из методов, позволяющих избежать вышеперечисленные недостатки, - переработка отходов цехов убоя и переработки (пера, крови, зачисток прижизненных пороков, элементов и содержимого кишечника) методом экструзии. Данный метод по отношению к птицеводству начинает иметь место в практике зарубежных хозяйств, развиваются теоретическая подоснова и аппаратные решения. Экструзия - термическая обработка материала (экструдата) путем совершения над ним механической работы в виде деформации, в результате чего происходит нагрев массы материала [1]. Наибольшее применение данный метод термической обработки получил в легкой промышленности для получения полимерных заготовок неограниченной длины путем продавливания расплава полимера через формующую головку [3] .

Широкое распространение, по причине высокой производительности, получили червячные экструдеры, называемые также червячными прессами.

Устройство одношнекового червячного экструдера представлено рисунком 2 [3].

 

Рис. 2. Устройство одношнекового червячного экструдера: 1- бункер; 2 - шнек; 3 - цилиндр; 4 - полость для циркуляции воды; 5 - нагреватель; 6 - решетка с сетками; 7 - формующая головка; I - зона питания; II - зона деформаций и нагрева; III - зона дозирования.

 

Сырье загружается в бункер 1, откуда происходит его захват шнеком 2 (зона питания) с последующим перемещением в зону деформации. При этом рабочими поверхностями служат поверхность шнека и цилиндра 3. Для увеличения производительности экструдера служат нагреватели 5, которые предварительно прогревают цилиндр с сырьем, тем самым увеличивая производительность в 2…3 раза. Решетка с сетками 6 и формующая головка 7 служат для придания продукту требуемых форм (при обработке полимеров).

Меньшее распространение и теоретическую подоснову получили безшнековые или дисковые экструдеры, в которых рабочим органом, является диск особой формы. Движущая сила, продавливающая экструдат, создается в них за счет развития в массе нормальных напряжений, направленных перпендикулярно касательным (совпадающим с направлением вращения диска). Из-за невозможности развивать высокое давление формования такие экструдеры применяются для получения изделий с относительно невысокими механическими характеристиками и небольшой точностью геометрических размеров. По этой причине дисковые экструдеры не получили практического применения в промышленности [2]. Однако невозможность получения твердых материалов не является ограничением их в сельскохозяйственном производстве для переработки боенских и других подобных отходов в кормовой материал.

Конструкция дискового экструдера представлена рисунком 3.

 

Рис. 3. Конструкция дискового экструдера: 1 - верхний диск; 2 - нижний диск; 3 - привод вращения верхнего диска; 4 - привод вращения нижнего диска; 5 - загрузочный бункер.

 

К основным недостаткам дисковых экструдеров можно отнести невозможность получения точных и прочных изделий и сложность изготовления. К достоинствам - возможность управления операциями технологического процесса переработки боенских отходов путем изменения относительной и абсолютной частоты вращения дисков; возможность применения элементов электронно-ионной технологии для обеззараживания экструдата (различные разряды, ионизация), получение дополнительно действующих сил, способствующих увеличению производительности и КПД установки, повышения качества обработки экструдата (сила зеркального отображения, сила взаимодействия заряженных объектов, пандерматорная сила и т.д.); простота конструкции, а следовательно дешевизна технической эксплуатации.

Анализируя вышеперечисленные методы можно сделать вывод, что для термической обработки боенских отходов птицефабрик имеет смысл использование экструдеров. Наибольший же интерес представляет разработка и внедрение дисковых экструдеров, требующих меньших энергетических затрат нежели шнековые прессы (затраты энергии на нагрев цилиндра и охлаждение шнека), позволяющих применение электронно-ионных технологий.

При разработке блок схемы экструзивной переработки боенских отходов дисковыми экструдерами нужно придерживаться принципа минимального изменения существующих процессов характеризующих поточные линии цехов убоя и переработки птицы. Наличие данного принципа обусловлено необходимостью получения универсальной установки, способной заменить вакуумные котлы, широко использующиеся в настоящее время.

В соответствии с этим можно назвать следующие факторы, которые должны учитываться при создании установки экструзивной обработки отходов убойных цехов птицефабрик:

- для транспортировки отходов применяется система гидротранспорта, то есть сырье смешано с водой;

- в переработку совместно с боенскими отходами поступает выбракованная птица;

- наличие поточности переработки птицы (зависимость работы линии переработки отходов от работы линии убоя и линии потрошения);

- необходимость безопасного сбора и канализации воды содержащейся в экструдате во время обработки;

- транспортировка готовой пищевой добавки в кормоцехи возможна автотранспортом.

Блок-схема технологического процесса термической обработки представлена рисунком 4.

 

Рис. 4. Блок-схема технологического процесса термической обработки боенских отходов экструдирования.

 

Сравнивая рисунки 1 и 4 можно заметить меньшее число операций входящих в технологический процесс, меньшие затраты энергии (нет потерь тепла при транспортировке теплоносителя). Уравнение теплового баланса для обработки боенских отходов дисковыми экструдерами имеет следующий вид:

 

,                                        (2)

 

где Q - полная требуемая теплота для осуществления техпроцесса;

Q_{полезн.}- теплота расходуемая на нгрев материала, коагуляцию животного белка и уничтожения микроорганизмов;

Q_загр. - потери тепла при загрузке сырья (отходов);

Q_выгр - потер тепла при выгрузке продукта;

Q_{пот.котла} - потери тепла через поверхности установки термической обработки;

Q_влага - потери тепла на сепарацию (испарение) влаги из продукта;

Q_{с продуктом} - потери тепла с выгружаемым продуктом.

Непосредственно процесс экструдирования шнековыми экструдерами может состоять из следующих технических операций:

- загрузка пульпы (водо-перьевой смеси) в экструдер;

- удаление свободной влаги;

- уплотнение обезвоженного экструдата;

- процесс экструзии.

Все перечисленные этапы возможно осуществлять изменением скорости вращения дисков.

Можно наметить ряд следующих, важных при разработке метода переработки боенских отходов, задач:

- экономическое (энергетическое) обоснование экструдивного метода;

- создание (оптимизация) теоретической основы шнекового экструдера для термической переработки боенских отходов;

- определение содержания и последовательности операций экструдирования;       

- разработка скоростных режимов операций процесса экструдирования;

- определение возможности применения элементов электронно-ионной технологии;

- создание варианта практической реализации шнекового экструдера переработки боенских отходов;

- согласование линии переработки отходов (согласование экструдера) с другими поточными линиями цеха убоя и переработки;

- подтверждение экономической эффективности экструдивного метода переработки.

 

Литература

 

1. Борщев В. Я. Оборудование для измельчения материалов: дробилки и мельницы: учебное пособие, Тамбов: издательство Тамбовского Государственного Технического Университета, 2004. 75с.

2. Клушанцев Б.В., Косарев А.И., Муйземнек Ю.А. Дробилки. Конструкции, расчет, особенности эксплуатации. М.: Машиностроение, 1990. 320 с

3. Торнер Р.В., Ахутин М.С. Оборудование заводов по переработке пластмасс. М.:Химия, 1986. 400 с.

 

Поступила в редакцию 12.11.2009 г.