Гранулированные комбикорма имеют, как правило, форму небольших цилиндриков диаметром от 2,4 до 20 мм, длина их обычно не превышает 1,5…2 диаметров. Размеры гранул зависят от их применения. Мелкие гранулы предназначены в основном для молодняка птиц (цыплят, утят и т. д.), гранулы размером около 5 мм используют для взрослой птицы, рыбы, крупные гранулы — для крупного рогатого скота, свиней, лошадей.
Каждая гранула представляет собой полный набор всех питательных веществ, заключенных в комбикорме, тогда как при кормлении рассыпным комбикормом птицы едят только то, что им нравится, оставляя часть комбикорма. Гранулированные комбикорма также важны для жвачных животных и свиней. Удобны гранулы для рыб, так как целая гранула долго может находиться в воде, сохраняя питательные вещества.
Некоторые исследователи считают, что благодаря высокой температуре и увлажнению при пропаривании и прессовании повышается питательность комбикорма вследствие декстринизации крахмала и частичной денатурации белков. В то же время имеются данные о частичном разрушении некоторых аминокислот, например метионина, частичном снижении количества биологически активных веществ. Однако результаты кормления гранулированными комбикормами птиц и животных говорят о том, что такие комбикорма не хуже, чем рассыпные. Многие исследования свидетельствуют о более высокой питательной ценности гранулированных комбикормов.
Гранулированные комбикорма имеют еще одно важное достоинство — повышенную объемную массу, хорошо транспортируются механическим и пневматическим транспортом без нарушения однородности, удобны для бестарных перевозок и полной механизации раздачи корма на фермах. Гранулированный комбикорм лучше хранится, в процессе гранулирования возможно частичное обеззараживание комбикорма.
На комбикормовых заводах применяют два способа производства гранулированных комбикормов — сухой и влажный. При первом способе сухие рассыпные комбикорма перед прессованием пропаривают, иногда добавляют в них жидкие связующие добавки (мелассу, гидрол, жир и т. д.). При влажном способе в комбикорм добавляют горячую воду (70…80°С) в количестве, обеспечивающем получение теста с влажностью 30…35 %, затем из теста формуют гранулы, сушат и охлаждают.
Гранулирование сухим способом. Для этого используют пресс с вращающейся кольцевой матрицей. Наиболее распространены установки ДГ производительностью до 10 т/ч и прессы ДГВ и ДГЕ, имеющие несколько большую производительность. В комплект установки входят пресс-гранулятор, охладительная колонка, измельчитель гранул.
Вначале комбикорм поступает через питатель-дозатор в смеситель. Питатель-дозатор представляет собой шнек, который приводится во вращение электродвигателем через редуктор и вариатор, позволяющий увеличить или уменьшить подачу комбикорма в десять раз.
В лопастном смесителе установлены форсунки для подачи горячей воды или какой-либо связующей жидкости, а также камеры для подачи пара. Подготовленный комбикорм поступает в прессующую часть гранулятора, представляющую собой вращающуюся кольцевую матрицу и два прессующих ролика (в некоторых конструкциях — три).
Продукт в прессующей части затягивается в клиновидный зазор между вращающейся матрицей и валком, приводимым во вращение материалом, (за счет трения). При перемещении продукта в клиновидном зазоре происходит прессование материала, что увеличивает его плотность. В момент, когда напряжение сжатия превысит сопротивление материала, ранее запрессованного в фильеры матрицы, продукт, находящийся в клиновидном зазоре, начинает вдавливаться в фильеры и перемещаться в них. Процесс сопровождается выдвижением гранул за внешнюю поверхность матрицы, которое заканчивается в момент прохождения фильеры через сечение, где клиновидный зазор имеет наименьшую высоту. Пройдя через фильеры, продукт принимает форму и размеры гранул с соответствующей плотностью и прочностью. При выходе из матрицы гранулы срезаются двумя ножами, приближая или отодвигая которые можно регулировать длину гранулы. Прочность гранул можно изменять различной подготовкой продукта, изменением зазора между валком и матрицей.
В результате пропаривания и выделения тепла при прессовании гранулы выходят из пресса с температурой до 80 °С. Горячие гранулы непрочны, легко раздавливаются и разрушаются. Поэтому сразу же после выработки их охлаждают в охладительной колонке до температуры не более чем на 5…10°С выше температуры окружающей среды.
Эффективность гранулирования определяют содержанием мелкой фракции, проходящей через сита с отверстиями 0 2 мм, причем количество ее не должно превышать 5 %.
После охлаждения гранулы просеивают на ситах, так как наличие мелкой фракции вызывает потери и перерасход комбикорма. Размер отверстий сит обычно выбирают 0,2…2,5 или № 1,6…2 мм для металлотканых сит.
Эффективность работы прессов определяется их производительностью, коэффициентом полезного действия, удельным расходом энергии на прессование.
Коэффициент полезного действия пресса представляет собой отношение количества целых гранул ко всему продукту, получаемому после прессования. Чем выше прочность гранул, тем выше и коэффициент полезного действия. Прочность гранул является важным показателем их качества. Если гранулы недостаточно прочны, то они разрушаются при транспортировании, загрузке в бункера, хранении, перевозках.
Получение достаточно прочных гранул обеспечивается физико-химическими свойствами прессуемого продукта, параметрами прессования.
Рациональная подготовка продуктов к прессованию существенно влияет как на прочность гранул, так и на их выход, коэффициент полезного действия, производительность и расход энергии.
Наиболее эффективный способ подготовки продукта — пропаривание, которое пластифицирует продукт, повышает его температуру, что облегчает прохождение продукта через фильеры. Оптимальными параметрами подготовки продукта являются его увлажнение до 15…16 % и прогрев до 75…80 °С при давлении пара в магистрали 0,2…0,4 МПа. Высокая температура может привести к некоторой модификации химических веществ, например частичной клейстеризации и декстринизации крахмала, денатурации белков и т. д., что способствует лучшему образованию гранул.
Важное значение имеют так называемые связующие вещества, которые вводят не только для повышения прочности гранул, но и для сокращения расхода пара, энергии, повышения производительности. В качестве таких веществ используют чаще всего жидкие продукты, такие, как жир, гидрол, меласса и др., и порошкообразные — бентониты. Некоторые из перечисленных веществ повышают питательную ценность комбикормов (жир, меласса), обогащают комбикорма микроэлементами (бентониты). Количество добавляемых связующих веществ обычно невелико — до 3 %. Однако в рецепты некоторых комбикормов для птиц рекомендуется вводить большое количество жира—до 6%. Жир, введенный в количестве более 3’%, перестает быть связующим компонентом. Более того, при вводе большего количества жира снижаются производительность пресса и прочность гранул. В таком случае возможно применение другого связующего вещества, например бентонита, что позволяет улучшить процесс гранулирования комбикорма.
При использовании связующих веществ комбикорм можно не пропаривать, однако лучшие результаты получают при одновременном применении связующих веществ и пропаривания.
На эффективность прессования влияет также дисперсность комбикорма. Работа комбикормовых заводов показала, что комбикорм со средним размером частиц около 1 мм образует более прочные гранулы при относительно высокой производительности пресса. Образованию прочных гранул способствует рациональный размер рабочего зазора между валком и матрицей. Умеренно прочные гранулы могут быть получены при зазоре 0,2…0,4 мм. При зазорах меньших размеров быстро изнашиваются «матрицы и валки, при большем — гранулы получаются более прочными, но производительность пресса снижается.
Снижению потребления энергии, повышению производительности способствуют рациональная форма и расположение фильеров в матрице, а также их состояние. Высокая чистота внутренней поверхности канала является важным условием нормальной работы прессов. Шероховатая поверхность фильеры увеличивает коэффициент трения продукта о стенки, повышает давление прессования, снижает производительность пресса.
При использовании новой матрицы ее сначала прирабатывают, пропуская смесь комбикорма, песка и масла. При хранении матрицы, если она в течение долгого времени остается в нерабочем состоянии, требуется ее консервация, заключающаяся в заполнении отверстий смесью масла и отрубей.
Гранулирование влажным способом. Применяют этот способ значительно реже. Исследования показывают, что влажный способ наиболее удобен для получения комбикорма для рыбы. Гранулируют комбикорм в специальных прессах.
Схема гранулирования включает автоматические весы, просеивающую машину с ситами. Комбикорм, пройдя магнитную защиту, поступает в пресс, куда также подают горячую воду. Полученные гранулы высушивают в калориферной сушилке, затем охлаждают в колонке и контролируют в просеивающей машине, где отделяют мелкие фракции. Мелкие частицы, полученные проходом через сита с отверстиями 0,2…2,5 мм, возвращают на повторное гранулирование. Исследования процесса влажного гранулирования показали, что на производительность пресса и энергоемкость влияют влажность теста, температура, состав и крупность комбикорма. Величина оптимальной влажности теста зависит от материала, из которого изготовлена матрица. С увеличением влажности уменьшаются удельная энергоемкость процесса, плотность и объемная масса гранул. Снижение удельной энергоемкости при увеличении влажности объясняется повышением пластичности комбикорма, снижением коэффициента трения о стенки матрицы и прессующего шнека, а уменьшение плотности — снижением давления прессования. При низкой влажности комбикорма (16…20 %) могут быть получены гранулы, плотность которых менее 1000 кг/м3. Применение фторопластовых вкладышей в матрице улучшает прессование. Повышение температуры воды приводит к повышению технологических показателей, увеличению плотности и объемной массы гранул, но несколько снижает их водостойкость. С повышением крупности рассыпного комбикорма снижается расход энергии на гранулирование и повышается плотность гранул.
Гранулы сушат в калориферных сушилках ВШ-2 подогретым воздухом при температуре 100…110 °С и скорости движения 3,5…4 м/с. После охлаждения гранулы сортируют. Недостаток существующей схемы малая производительность линии — до 0,5 т/ч.
Сушат гранулы также в вибрационных сушилках. Виброкипящий слой создает условия, при которых поверхность частиц равномерно обдувается, в результате чего скорость сушки увеличивается. Продолжительность сушки в виброкипящем слое невелика, поэтому нагрев продукта кратковременно и не разрушаются биологически активные вещества.
Влажное гранулирование дороже, чем сухое. Однако высокая эффективность кормов, полученных при влажном гранулировании, оправдывает дополнительные затраты. Опыты показали, что эффективность скармливания гранул, полученных влажным гранулированием, выше, чем сухим, на 18…21 %, кроме того, влажный способ позволяет получить гранулы с различными физико-химическими свойствами. В частности, можно изготовить гранулы, которые тонут в воде, плавают на поверхности, зависают в воде, т. е. медленно погружаются.