Электрогидравлический эффект и его применение в промышленности

Электрогидравлические устройства для дробления органических материалов и приготовления растительных и животных кормов

Такое растительное сырье, как ботва многих сельскохозяй­ственных растений, водоросли, древесная зелень, содержит много биологически активных веществ, витаминов, фитонцидов, микро­элементов, регулирующих жизненно важные процессы организма, содержит такие энергетические вещества как белки, жиры и угле­воды. Однако все эти питательные вещества заключены в проч­ную, трудноперевариваемую лигниноцеллюлозную оболочку, кото­рая практически не поддается разрушению традиционными меха­ническими способами. Электрогидравлическая обработка разру­шает эту оболочку, высвобождая заключенные в ней питательные вещества [79].

В полученном электрогидравлически обработанном кормовом сырье — гомогенате — по общепринятым методикам определялось массовое содержание сырого протеина, сырого жира, сырой клетчатки, растворимого и общего сахара, лигнина и гемицел­люлозы. Биохимическими исследованиями установлено, что при электрогидравлической обработке сырья в нем значительно (в среднем 10—20%) возрастает содержание сырого жира. Изменяются также и основные показатели углеводного комплек­са. Так, на 73 % увеличивается массовое содержание раствори­мых и редуцирующих сахаров в образцах электрогидравлически обработанной ячменной соломы, а в образцах веточного корма — березы и ивы — это увеличение составляет соответственно 23 и 30 %. Структурные изменения корма при электрогидравличе­ской обработке, увеличение в нем массового содержания легко- перевариваемых питательных веществ повышают питательность корма, а также позволяют в дальнейшем использовать полу­ченный субстрат для выращивания дрожжей и непатогенных грибов в микробиологической промышленности.

Для электрогидравлической обработки растительных и живот­ных кормов используют электрогидравлические дробилки, сходные с дробилками для нетокопроводящих материалов. Однако способы и устройства для дробления и измельчения различных твердых материалов неэффективны при дроблении всякого рода вязких и волокнистых материалов, образующих в воде малоподвижные и трудноперемешиваемые субстраты. Подача в зону дробления новых порций таких материалов становится затруднительной или невозможной, а разрушение происходит лишь в непосредствен­ной близости от разряда. В связи с этим для измельчения различных волокнистых и эластичных материалов разработаны способы, позволяющие осуществлять либо одновременное с дроб­лением интенсивное перемешивание всего объема, занятого жид­ким субстратом, либо производить дробление в большем актив­ном объеме, либо комбинацией этих методов получать одно и другое одновременно. Успешно решить эти задачи можно с по­мощью методов «воздушной кавитации» и «пузырьковой куму­ляции».

Один из вариантов устройства для дробления методом «воз­душной кавитации» содержит камеру, в которую из трубопро­вода непрерывно поступают смешанные в заданной пропорции вода и материал, подлежащий измельчению (рис. 7.11). Выводной канал, закрытый сеткой с калиброванными отверстиями, обеспе­чивает постоянный уровень жидкости в камере. Разряды возни­кают между электродами вблизи поверхности жидкости, выбра­сывая каждый раз некоторую часть жидкости вверх, где она ударяется об отражающую поверхность поворотного препятствия. Обработка в таких камерах, соединенных последовательно, доводит материал до необходимой степени измельчения [5, 43].

Устройства для измельчения методом «пузырьковой кумуля­ции» аналогичны другим электрогидравлическим дробилкам с той лишь разницей, что к имеющемуся в нижней части дробилки выходу, закрытому сеткой с калиброванными отверстиями, подсоединен трубопровод для регулируемой непрерывной подачи газа или пара ■ в объем жидкости, находящейся в дробилке. На рис. 7.12 приведено устройство для измельчения методом ' «пузырьковой кумуляции» [5, 53].

Технология обработки органического сырья иногда требует циркуляции обрабатываемого материала. Это осуществляется с помощью загрузочного бункера и насоса. Исходный материал загружается в бункер, затем насосом подается в электрогид - равлическую дробилку и циркулирует по цепочке: бункер — электрогидравлическая дробилка,— бункер. Продолжительность циркуляции определяется заданным числом электрогидравличе - ских ударов на единицу объема продукции.

Была предложена еще одна технология приготовления полно­ценного корма из грубого растительного сырья [79]. Растительные продукты, обычно не употребляемые в пйщу (водоросли, грубые травы, колючки, ветки, корневища деревьев и трав* хвоя, листья древесных пород), измельчают до кусков длиной 3—5 см, пропу­скают через электрогидравлические дробилки песчаного типа с диаметром выходных отверстий 3—5 мм. Для более тонкого

Помола и усиления бактерицидных свойств собирают последо­вательную цепочку из двух-трех дробилок, калиброванные от­верстия днищ которых уменьшаются от дробилки к дробилке (начиная с 5—8 и до 1—3 мм).

Чтобы выделить клетчатку, пасту, выходящую из дробилок, пропускают через сито, которое отбирает волокна клетчатки заданной крупности. Оставшийся раствор обрабатывают обычны­ми средствами для осаждения белков. Клетчатку и выделенные белки формируют, высушивают и хранят в виде брикетов, гранул, муки. Корм, приготовленный таким образом, полностью обеззара­живается и может длительно храниться, не разлагаясь и не теряя своих питательных свойств.

Опытным путем определены режимы электрогидравлической обработки грубого растительного сырья, при которых происхо­дит максимальное извлечение питательных веществ из расти­тельной клетки. Наиболее эффективно электрогидравлическая об­работка протекает при следующих параметрах: С = 0,1 мкФ; £7 = 50 кВ; / = 25 мм; микромодуль 1:2; 1:3; температура во время обработки не более 4-50 °С.

Результаты исследований послужили основанием для проведе­ния опыта по изучению влияния длительного кормления молоч­ных коров, в рацион которых входила паста электрогидравли­чески обработанных веток березы и ивы. Опыты проводились по методике групп с уравнительными периодами. Как показал опыт, животные, получавшие электрогидравлически обработан­ный корм, имели общее физиологическое состояние на уровне контрольных, а молочная продуктивность их была на 11 —12% выше контрольной группы. Опытным путем также было установ­лено, что эффективность электрогидравлической обработки не­которых видов растительного сырья значительно повышается, если полость электрогидравлической дробилки непрерывно ваку - умировать, а жидкий субстрат, содержащий клеточную ткань, вакуумировать перед электрогидравлической обработкой [81]. Это вызвано тем, что растительные клетки имеют высокую эластич­ность из-за наличия в них либо газовых вакуолей, либо малых пузырьков газа, растворенных в протоплазме. Эти пузырьки сра­батывают как эластичные газовые демпферы при каждом элект- рогидравлическом ударе и защищают клетку от разрушитель­ного действия сверхвысоких давлений. Закрытые оболочкой клет­ки от соединения друг с другом и всплывания пузырьки резко снижают интенсивность электрогидравлического дробления жид­ких субстратов, содержащих растительные и животные ткани. В частности, именно по этой причине при электрогидравлическом дроблении почти не разрушаются клетки хлореллы, а повыше­ние ее питательных качеств непосредственно связано с возмож­ностью их полного разрушения.

Однако достаточно перед электрогидравлической обработкой или во .время ее наложить на субстрат, содержащий клеточную

Ткань, вакуум, как газовые вакуоли клеток начинают интенсивно расширяться, проходить через отверстия клеточных мембран и всплывать. Газы, растворенные в протоплазме клеток, ведут себя также: интенсивно выделяются из протоплазмы, проходят через клеточные мембраны и всплывают. Если лишенный газов действием вакуума жидкий субстрат, содержащий клетки, под­вергнуть действию электрогидравлических ударов, клетки будут интенсивно разрушаться, поскольку демпфирующее действие газо­вых вакуолей и газовых пузырьков теперь полностью отсут­ствует. При электрогидравлическом дроблении этого субстрата на основании сильного дегазирующего действия электрогидрав­лических ударов процесс выделения газов из протоплазмы зна­чительно усилится, а если дробление при этом вести в электро - гидравлической дробилке, полость которой непрерывно вакууми - руется, то процесс разрушения клеток будет полным.

При дроблении различных органических продуктов содержа­щиеся в них эластичные волокна и другие труднодробящиеся включения часто забивают калиброванные отверстия днища дробилки, провисая концами в двух соседних отверстиях. Это снижает эффективность работы дробилки, так как для очистки днища необходима ее остановка.

Для предотвращения засорения и обеспечения бесперебойной работы дробилок их выпускные перфорированные днища должны иметь вогнутую форму, а калиброванные отверстия днищ целесо­образно выполнять в виде многолучевой звезды или другого вида сообщающихся щелевидных отверстий, сходящихся к центру дни­ща дробилки [106].

Электрогидравлическое дробление животных кормов (мясных боенских отходов и тушек забитых пушных зверей) дает воз­можность использовать их в качестве полноценного корма для пушных зверей, свиней и птицы. При этом электрогидравлическая обработка помимо обеззараживания обеспечивает гомогенизацию и повышение питательной ценности кормов. Биохимический анализ показал, что содержание сырого протеина в мясных боенских отходах после электрогидравлической обработки не изменяется, а выход сырого жира увеличивается на 15—30 % за счет разру­шения полимерных форм жиров и перехода их в формы, легко­усвояемые животными. Кроме того, в процессе обработки про­исходит измельчение и «окатывание» острых углов костей мясных отходов, что также повышает качество корма и исключает у жи­вотных, употребляющих этот корм, случаи ранений желудочно - кишечного тракта.

Электрогидравлическая обработка мясных кормов осущест­вляется в дробилках, аналогичных дробилкам, используемым для дробления растительных кормов циркуляционного типа. Обработ­ка ведется преимущественно на мягких режимах (микромодуль 1 :0,75). Боенские отходы и тушки павших животных измель­чают, а затем подвергают электрогидравлической обработке до

Состояния обеззараженной гомогенной пастообразной массы, при­годной к скармливанию животным как непосредственно в виде пасты, так и в высушенном виде, допускающем длительное хра­нение.

Как показала эксплуатация опытной электрогидравлической установки в зверосовхозе «Рощинский» Ленинградской области, пушные звери охотно поедали обработанный этим способом корм, хорошо прибавляли в весе. Созревание меха норок ускори­лось на 5—7 дней, качество шкурок повысилось на 10 %. Падеж щенков в опытной группе был на 5 % меньше, а количество щенков на самку — 5 в опытной группе против 3 в контрольной. Расчеты показали, что экономический эффект от использования электрогидравлического способа обработки корма составляет 4,5 руб. на одну шкурку.

Электрогидравлические дробилки для комплексной обработки и ‘обеззараживания мясных отходов животноводческих ферм, городских пищевых отходов, а также торфа, соломы, хвои, веточ­ного корма и других органических продуктов уже прошли опыт­ную проверку, а в ряде случаев и опытно-промышленную эксплуа­тацию и имеют большие перспективы широкого промышленного внедрения.