Машини за преработка на биологични отпадъци
В животновъдните ферми, кланиците, предприятията от месо-, рибо- и млекопреработващата промишленост, както и във ветеринарните клиники, винаги се образуват биологични отпадъци. Това са трупове на животни, отпадъци от промишлената преработка на добитък под ветеринарен контрол, птици, риба, бракувани хранителни продукти. Най-простият и традиционен начин за използване на биологични отпадъци е производството на месо-костно и рибно брашно. Нов начин за преработка на месо-костни отпадъци е екструдираното производство на сухи фуражи за птици и свине.
В статията ще разкажем за екструзионната технология за преработка на биологични отпадъци, за видовете американски екструдиращи технологии, за оборудването на екструдираща технологична линия, за мелачките на биологични отпадъци за грубо и фино смилане, за пневматичния транспортьор за зърно, за чуковата мелачка за зърно, за хоризонталния смесител с тензосистема за измерване, за винтовия транстранспортьор, за екструдера с бъркалка и странично захранване, за охладителя, за кофичния елеватор, за автоматичното упраление на екструдиращата линия.
Текст: списание АгроБио Техника
При разлагане биоотпадъците отделят токсични и миризливи вещества. Също така, те се явяват хранителна среда на различна микрофлора - микроскопични гъби и бактерии, обитаващи почвата, въздуха, подпочвените води и водоемите. Същевременно биологичните отпадъци са ценен рециклируем материал, който може да се използва като суровина за производството на фураж.
Настоящите икономически условия, както и все по-строгите екологични стандарти, изискват използването на високоефективни, енергоспестяващи технологии, които са малко или напълно освободени от отпадъци. Използването на технологични линии с непрекъснат поток за обезвреждане на биологични отпадъци съкращава времето за получаване на крайния продукт - месо-костно брашно, до 1-2 часа и леко завишава неговата хранителна стойност. Линиите с непрекъснат поток се различават както по отношение на загряването на суровините, така и по отношение на температурните режими. Суровината може да бъде загрята или чрез директен контакт с горещ течен носител- пара, или чрез използване на топлопроводим метод. Температурата на обработка може да бъде над или под 100°C. Тези линии обаче се характеризират също така с висока енергоемкост, екологична неустойчивост и допълнително натоварване на местните пречиствателни съоръжения.
За да се получи висококачествен фуражен продукт, в който максимално да се запазва биологичната ценност на изходната суровина, е необходимо да се намали времето за термична обработка. За това е желателно да се използват икономични и екологосъобразни технологии. Най-новите методи за обработка на биологични отпадъци, които отговарят на тези изисквания са технологиите за екструдиране.
Екструзионна технология за преработка на биологични отпадъци
В икономически развитите страни като САЩ, Япония, страните от Западна Европа и др., технологиите за екструдиране са приоритет за развитието на хранително-вкусовата и фуражната промишленост. Развитието на екструзионната техника дава възможност да се предложат нови начини за обезвреждане на отпадъците от хранително-вкусовата промишленост, стопанствата за развъждане и отглеждане на диви животни, свиневъдството и птицевъдството.
Екструзията е процес, който съчетава термо-, хидро- и механично-химична преработка на суровини за производство на продукти с нова структура и свойства. Екструдиращите технологии позволяват бързо и непрекъснато извършване на няколко операции в една машина – екструдер, едновременно, като разбъркване, сгъстяване, нагряване, стерилизиране, варене и формоване на продукта. За кратко време в суровините се извършват процеси, съответстващи на дълговременна топлинна обработка. Екструдерите с различна мощност са предназначени за обработка от 50kg до няколко тона на час, така че те могат да се използват за всякакъв обем отпадъци. По този начин използването на екструзионната технология е от полза за малките и средните предприятия, които имат ограничен бюджет и сравнително малко количество отпадъци.
В екструдера има няколко работни зони. От зоната на зареждане, суровината се придвижва до зоната на пластикация, където температурата се повишава до 80-130°C и налягането се увеличава. После получената хомогенна маса отново се подлага на налягане - до 5МРа, и повишена температура до 100-150°С, а желираната маса се пресова през матрица с дюза. Когато масата излезе от матрицата на екструдера, налягането незабавно пада и влагата се изпарява незабавно от продукта. Крайният продукт има пенеста структура. В същото време отрицателните ефекти от обработката му са сведени до минимум поради кратката продължителност. Обработеният биологичен материал престоява в екструдера не повече от 30-90 секунди, а в зоната на максималната температура само 5-6 секунди. В същото време сместа се стерилизира - патогенните микроорганизми напълно се унищожават. Обемът є се увеличава поради разкъсване на молекулните вериги на животинското нишесте и клетъчните стени при излизане от екструдера. Продължават процесите на смилане и смесване на суровините в цилиндъра на екструдера, и продуктът става напълно хомогенен. Също така, се увеличава съдържанието на разтворими вещества в крайния продукт повече от 8 пъти, при пълно запазване на хранителната стойност на белтъка. Неутрализира се действието на ензими, които причиняват гранясване на продукта като липаза и липоксигеназа, инактивират се антихранителни фактори и токсини, и се обезводнява - влажността намалява с 50-70% в сравнение с изходната смес.
За първи път подобна технология за преработване на биологични отпадъци от птицевъдството и животновъдството е предложена от aмерикански специалисти. Предимства на такъв метод за прерабоване, в сравнение с традиционните - в котли-утилизатори, са не само приоритет на технологията, а и от гледна точка на опазване на околната среда - почти пълно отсъствие на отпадъци, емисии и миризми. Значително по-ниски са и разходите за обработка. Висока е степента на стерилизация, която прави отпадъците безопасни от гледна точка на съдържание на патогенни микроорганизми.
Предложената технология се основава на метода на сухо екструдиране, при който нагряването на екструдирания материал се осъществява благодарение на триенето във формовъчните дюзи на екструдера. Основният проблем е високата влажност на отпадъците - до 85%. За решаването му, раздробените отпадъци от животински произход се смесват с растителен пълнител в съотношение едно към три или едно към пет. В резултат на това масата на екструдата е от три до пет пъти по-голяма от теглото на изходния биологичен отпадък. Съдържанието на протеин в екструдата е много по-високо, отколкото това в растителния пълнител. Обикновено за пълнител се използва фуражно зърно, зърно неотговарящо на необходимите изисквания, зърнени отпадъци - трици, кюспе и други. По този начин съдържанието на влага в масата, подадена в екструдера, се намалява до 28-30%, което е основно изискване на екструзионната технология. Получената смес се екструдира, за да се получи фуражен продукт, подходящ за хранене на свине, птици и животни с ценна кожа.
Видове американски екструдиращи технологии
Екструдиращата технология за обезвреждане на биологични отпадъци, разработена от Wenger Manufacturing - САЩ, включва предварителна топлинна обработка на сместа в кондиционера на екструдера, екструдиране с пара и сушене на екструдата. Необходимостта от работа с пара и сушене увеличава разходите и усложнява процеса, тъй като освен електроенергия се изискват други енергийни източници - пара и газ.
Технологията на Insta Pro - САЩ не изисква пара, но влагата на получения екструдат надвишава 14-16%. Тъй като не е разрешено съхранение на продукт със съдържание на влага повече от 14,5%, е необходимо допълнително подсушаване на екструдата за осигуряване на достатъчно дълги периоди на съхранение.
Оборудване на екструдираща технологична линия
Производствената линия за екструдиране е набор от сложни машини и механизми, които изпълняват различни функции и работят в различни режими. Например, съставът на оборудването на линия за екструдиране на биологични отпадъци с пшеничен пълнител в месо-костно брашно е следният: обръщач, мелачка на биологични отпадъци за грубо смилане, мелачка на биологични отпадъци за фино смилане, пневматичен транспортьор за зърно, чукова мелачка за зърно, хоризонтален смесител с тензосистема за измерване, винтов транспортьор, междинен бункер със сензор за нивото на товара, екструдер с бъркалка и странично захранване, охладител, кофичен елеватор, събирателен бункер, компютърна система за автоматично управление.
Мелачката на биологични отпадъци за грубо смилане е предназначена за нарязване на кости, карантия, трупове на свине, телета и овце на парчета с необходимия размер за по-нататъшна обработка. Изработена е от конструкционна стомана. Предимството є е широкият захранващ отвор, който позволява раздробяване на трупове на животни без предварително раздробяване. Идеална е за смилане на всички видове костни отпадни суровини.
Мелачката за фино смилане е предназначена за фино смилане на животински субпродукти, предварително натрошени кости, фрагменти от трупове на едър рогат добитък, на домашни птици и други нехранителни биологични отпадъци - бракувани храни, чревни суровини и т.н. Финото смилане на месо-костните суровини позволява повишаване на ефективността на допълнителната топлинна обработка. Предимството на мелачката е дълготрайността на режещите инструменти. Те са изработени от висококачествена стомана с висока якост и износоустойчивост. Мелачката е ремонтопригодна. Конструктивна нейна особеност е възможността за лесно заменяне на фрезите с нови в случай на счупване или износване. Ремонтопригодността на мелачката намалява времето за престой на оборудването. Мелачката е снабдена със защита срещу втвърдяване и претоварване. Попадането в нея на парчета от метал води до спиране на работата є.
Пневматичният транспортьор за зърно е предназначен за преместване на зърното както хоризонтално, така и вертикално. Използването на стоманени нагнетателни тръбопроводи позволява на зърното да бъде доставено до желаното място. Зърното се засмуква от приемен смукателен накрайник и по гъвкав смукателен маркуч влиза в циклона на инсталацията. Под циклона е монтиран шнеков затвор, който равномерно подава зърното в тръбопровод. Вентилатор за високо налягане създава въздушен поток, който увлича зърното и го доставя през продуктовия тръбопровод до друг разтовараващ циклон, в който зърното се отделя от отработения въздух и се подава към чуковата мелачка. След напускане на циклона потокът от въздух отива във филтър, където окончателно се пречиства от фини прашинки, след което преминава през вентилатора и се изпуска в атмосферата през изпускателна тръба.
Чуковата мелачка за зърно се състои от корпус и електромотор, монтиран върху горния капак на трошачката. В корпуса върху два лагера е монтиран вал с диск, към който са прикрепени чуковете. В долната част на корпуса има отвор за изпускане на смляното зърно. Роторът на мелачката се върти от електродвигател, който се намира на горния капак на трошачката. Работният орган на мелачката са чуковете, свободно стоящи на прътите. Когато вала на мелачката се завърти, чуковете приемат радиално положение и удрят парчетата материал, подаван през захранващото устройство.
Хоризонталният смесител е предназначен за смесване на раздробеното зърно-пълнител, с месокостна каша. Пропорцията на смесване на зърното и кашата се контролира чрез тензосистема за претегляне. Електродвигател-редуктор задвижва метална лента навита на две нива спрямо оста на смесителя, които са в насрещна посока със скорост 32r/min. След 3-6 минути компонентите се смесват. Получава се висока хомогенност на смесване-до 96%. Разтоварващия отвор с регулатор за разтоварване, осигурява бързото извличане на крайния продукт с шнеков транспортьор.
Във винтовия трнспортьор работният орган е винтът-шнекът. Направен е с пълна винтова повърхнина Той се върти в неподвижно закрито корито с полукръгло напречно сечение. При въртенето на винта хомогенната смес от зърно и месокостен материал се изтласква от стената на винтообразната повърхнина в една или друга посока в зависимост от това, дали винтовата линия е лява или дясна и в зависимост от посоката на въртенето на винта. Сместа се придвижва аксиално, подобно на гайка. Собственото й тегло и триенето по стените на коритото не й позволяват да се издига нагоре и да се върти заедно с винта. Тя остава на дъното на коритото и се избутва надлъжно по оста на винта до мястото на разтоварване-междинния бункер за непрекъснато подаване на сместа в екструдера.
Екструдерът с бъркалка и странично захранване със суровина от бункер директно в работния му орган, дава възможност да се елиминират трудностите, които съществуват в екструдерите със запълване на суровини отгоре в приемния отвор при екструдиране на влажни суровини, различни сложни смеси. Този екструдер успешно се използва за екструдиране на биологични отпадъци, месокостни каши, а също и на други суровини. Има увеличен ресурс на работната група-използвана е инструментална стомана и специални методи на втвърдяване. Постигната е твърдост до 62 единици по HRC-твъдост по Роквел. Може да работи на ръчен и автоматичен режим с шнеково подаване на суровината. Екструдерът се стартира от един бутон, системата за управление само привежда екструдера в режим на работа-добавя вода, регулира захранването. Екструдерът притежава и следните допълнителни функци. Хидравличен изтеглящ механизъм на корпуси и шнекове. Автоматична система за овлажняване на суха суровина. Автоматично почистване на работния елемент. Система за автоматично регулиране на работната група. Обръщач в бункера за суровина със склонност към слягане.
Охладителят е предназначен за охлаждане на екструдата след обработка в екструдера. Може да се използва и за охлаждане на други насипни продукти. Охладителят се инсталира директно в тръбопровода и охлажда екструдата преди съхраняването.
Хоризонталният охладител на насипни продукти е конструкция, състояща се от охлаждащата камера на охладителя, циклон, ръкав на аспиратора, електрооборудване и рамка, компонент транспортираща тръба и електродвигател-редуктор. Подаването на насипни продукти в охладителната камера се извършва отгоре през приемния бункер. Охлаждането на суровините се дължи на движението на въздуха срещу продукта. Горещият въздух се измуква чрез аспирационната система на вентилатора, вследствие на което екструдата се охлажда до желаната температура 60-70°С. Засмуканият въздух от охлаждащата камера се изпраща в циклон, където се очиства от праха. Очистеният въздух влиза в заглушителя на вентилатора и се изхвърля в атмосферата.
Кофичният елеватор служи за пренасяне на насипния месокостен материал от охладителя във вертикално направление или под наклон, близък до 90°. Работният орган на елеватора са кофичките. Те са закрепени на определено разстояние една от друга върху вертикално разположен безкраен теглещ гъвкав елемент, който може да бъде лента или верига. Елеваторът се задвижва от горния барабан или горното верижно колело. Долният барабан е опъващ и е снабден с винтово опъващо устройство. Заради пренасянето на прахообразния месокостен материал, елеваторът работи с ламаринен кожух. Материалът се подава през улей в долния край на кожуха. Пълненето на кофичките може да стане чрез непосредствено изсипване на материала в тях, чрез загребването му от дъното на кожуха или смесено. Материалът се изсипва от кофичките в горния улей след преминаването им през горния барабан. Изсипването се извършва при скорост на движение на кофичките 2-4m/s, т.е. гравитационно в събирателния бункер. Готовото месокостно брашно от събирателния бункер се подава в инасталация за гранулиране при температура 80-90°С, след което готовия гранулиран продукт с температура 10-15°С и влага по-малка от 14% се опакова.
Автоматично упраление на екструдиращата линия
Значителният брой от параметри на екструзионната преработка на биологичните отпадъци в месокостно брашно-температурите на няколко работни корпуса, производителността, параметрите на дозаторите, налягането на продукта в матрицата и др., са взаимосвързани, изменението или отклонението на дори един от тях води до промяна в няколко други и в крайна сметка засяга стабилността и качеството на продукта. Оптималното и логично решение в този случай е използването на автоматизирана система за управление на технологичния процес на екструзия.
Компютърен панел показва на оператора технологичната схема на екструдерната линия с пълна информация за текущото състояние на процеса и оборудването в удобен и разбираем вид, както и възможността за контрол на основните параметри на процеса-режими, рецепти, и оперативни коригиращи действия.