Сегодняшний метод экструдирования является наиболее передовым и эффективным способом тепловой обработки сои. Ранее считалось, что экструдирование – это дорогостоящий процесс переработки сои, но сейчас его активно применяют даже на небольших предприятиях. Все большая популярность этого метода обусловлена новыми подходами к ведению хозяйства, качеству кормов, срокам откорма и производительности. Технологии экструдирования удовлетворяют всем этим требованиям. Основа экструдирования – это механическая деформация и скачок давления. Процесс экструзии состоит из нескольких этапов, включающих сжатие, гомогенизацию и непосредственно экструзию. На этапе сжатия разрушается клеточная структура и меняется состав сырья. На этапе гомогенизации продукт становится вязким, а белки и клетчатка проходят структурные изменения. На этапе экструзии, из-за резкого перехода от высокого давления к атмосферному, высвобождается накопленная энергия с огромной скоростью, сравнимой со скоростью взрыва. В результате меняется структура зерна, разрываются межклеточные перегородки, а также испаряется избыток влаги. В результате резкого перехода воды из жидкого состояния в парообразное высвобождается большое количество энергии, что приводит к увеличению объема продукта и более рыхлой структуре.
Применение экструдеров в производстве кормов имеет несколько преимуществ. Во-первых, в процессе обработки сырья происходят сложные физические и биологические процессы, в результате которых исходное сырье разлагается на более простые компоненты. Например, крахмал превращается в простые сахара, а клетчатка – во вторичные сахара. Во-вторых, высокие температуры, используемые в экструдерах, обеспечивают полную дезинфекцию сырья от вредных веществ, что очень важно для здоровья птиц и животных. В настоящее время современные экструдеры используются для производства экструдированных кормов из разных видов бобовых и зерновых, а также для получения полножирной сои – высокобелкового корма для животных и птиц. Кроме того, экструдеры можно использовать в производстве соевого масла и соевого жмыха в составе специализированной линии.
Семена сои, характеризующиеся высокой питательностью, не могут употребляться в сыром виде из-за наличия в них веществ, оказывающих неблагоприятное действие на организм. Основными компонентами таких веществ являются ингибиторы протеазы трипсина и химотрипсина, гемагглютинины лектина и сапонина, а также вещества, способствующие возникновению аллергических, эндокринных и рахитических нарушений. Уровень этих нежелательных веществ можно снизить до безопасной концентрации путем экструзии. Полножирная соя представляет собой кормовой продукт, полученный путем экструзии соевых семян, без каких-либо извлечений или добавлений.
Для достижения более высокого качества и производительности экструдера при экструзии бобов рекомендуется использовать дробилку с решетками, диаметр ячеек которых составляет 3-6 мм. Этот этап перед экструзией позволяет повысить качество и эффективность процесса.
Для обеспечения нужного качества продукта необходимо контролировать температуру в стволе экструдера и продолжительность воздействия на сою. В последней камере ствола рекомендуется поддерживать температуру в диапазоне 138-145 ℃. Важно также учитывать влажность сырья, которая должна быть не более 12%.
После процесса экструзии важно охладить сою до окружающей температуры как можно быстрее. Это позволит завершить процесс температурной обработки и предотвратить потерю качества белка.
В процессе экструзии, влияющими на питательные свойства экструдированной сои, основные отрицательные факторы — ингибитор трипсина для моногастричных животных и уреаза для жвачных животных, снижаются до безопасных уровней.
Правильная технология экструзии позволяет снизить содержание ингибитора трипсина до приемлемой концентрации для всех животных и птицы, при этом не полностью разрушая ингибитор трипсина и уреазы, чтобы сохранить аминокислоты. Стандарты производства полножирной сои включают следующие показатели: активность уреазы составляет 0,04-0,2рН, индекс растворимости протеина — 12-15%, усвояемый лизин примерно 6% от сырого протеина, тест на красный крезол — 3,8-4,3 мг/г, ингибитор трипсина — 10-15 мг/г. Высокая энергетическая ценность полножирной сои обусловлена разрывом стенок жировых клеток в процессе экструдирования, что повышает доступность пищеварительных ферментов к маслу, а также высокой усвояемостью масла и содержанием ненасыщенных жирных кислот.
При использовании экструзии можно получить корм с высокой энергетической ценностью (4224 ккал/кг для птицы), высокой степенью усвоения азота (84%) и при этом обеспечить хорошее качество протеина.
Методы получения электроэнергии из лузги подсолнечника
В Краснодарском крае одно из предприятий воплотило в жизнь уникальный и инновационный проект. Компания «Центр Соя», специализирующаяся на производстве кормов для крупного рогатого скота, успешно решила две важные задачи — полное утилизирование отходов и получение собственного источника электроэнергии, основанный на использовании лузги подсолнечника. Реализация этого проекта позволила компании получить экономический эффект в размере 14,5 миллионов рублей. В конце 2014 года «Центр Соя» был признан финалистом международного конкурса «Малая энергетика — большие достижения», который проходил в Челябинске. Главный энергетик предприятия, Геннадий Трусов, рассказал о преимуществах этой идеи для компании в интервью БФМ74.
Наша компания производит специальный кормовой белок, который обладает высокой степенью защиты. Это особенно важно для молочного животноводства. В составе нашего корма также присутствует переработанная семечка подсолнечника, а жмых используется для производства комбикормов. Однако, долгое время мы сталкивались с проблемой утилизации лузги подсолнечника. Мы пришли к выводу, что необходимо найти способ использовать эту биомассу в полезных целях.
Мы привлекли группу ученых, которые вместе с нами долго размышляли о том, как получить что-то ценное из этой лузги. В итоге, нами было найдено решение — газификация биомассы с использованием реакторов обращенного типа. Этот процесс позволяет получить генераторный газ, который затем подвергается поглощению, очистке и сжиганию в газопоршневых двигателях. В результате мы получаем энергию и тепло. Таким образом, благодаря усилиям нашего центра «Соя», была запущена газогенераторная когенерационная электростанция.
Получение электроэнергии и тепловой энергии из лузги подсолнечника является возможностью для нашего предприятия. Каждый килограмм лузги дает нам 1 кВт электроэнергии и 1,4 кВт тепловой энергии, которых достаточно для удовлетворения всех наших потребностей. Чтобы использовать лузгу в газогенераторе, мы превращаем ее в специальные гранулы — брикеты с коэффициентом уплотнения 1 и 2.
Себестоимость 1 кВт/ч не превышает одного рубля, что составляет около 25-30 копеек на килограмм. Таким образом, стоимость производства электроэнергии на станции составляет от 1,2 до 2 рублей, в зависимости от объема работы. Это означает, что мы смогли снизить затраты на электроэнергию на 40% и затраты на производство тепла на 30%. Кроме того, мы избавились от вредных выбросов в атмосферу, что важно для нашей экологии.
Одним из современных достижений в области энергетики, которое мы внедрили, является технология газификации биомассы. В качестве базы для разработки мы использовали индийский газификатор или реактор обращённого действия, который уже успешно применяется в Индии. Однако, чтобы адаптировать его под наши нужды, мы провели его реконструкцию и адаптацию для работы на лузге подсолнечника. И вот результат – первый в России проект такого рода и даже первый в мире, ведь ни один реактор на лузге подсолнечника ещё не работал. Мы с гордостью заявляем о нашем пионерстве в этой области. Разумеется, путь к достижению успеха был нелегким, однако теперь наша станция успешно функционирует, и мы обладаем неповторимым опытом.
Проект получил серьезный интерес на юге и в центре России, где занимаются выращиванием подсолнечника. Что делает проект привлекательным для Урала и Сибири? В этих районах есть люди, которые живут в глубокой тайге, а также предприятия по заготовке и переработке леса. Особенность проекта заключается в том, что газификаторы функционируют на различных отходах, таких как щепа, древесина и опилки. Наша установка может использоваться в отдаленных районах без доступа к электроэнергии. Мы можем поставлять станции мощностью от 70 кВт до 1,5 МВт. Кроме того, газопоршневые двигатели, которые мы используем, способны работать как на чистом генераторном газе, так и на смешанном дизельном топливе. В случае отсутствия биотоплива, станция может работать на дизеле и генераторном газе: дизельное топливо составляет до 30%, а генераторный газ — 70%. Такие схемы идеально подходят для работы в условиях, где отсутствует электрическая сеть, то есть в режиме острова.
Воплотив эту идею, мы полностью вложили свои средства. Проект окупился примерно через 5 лет. Мы только начали получать прибыль, и с момента задумки прошло уже 6 лет. Сейчас мы находимся на стадии промышленной эксплуатации. Компания «Центр Соя» готова оказывать всестороннюю поддержку российским и иностранным предприятиям при реализации подобных экологически чистых энергетических проектов.
Реализуем возможности прессования и экструзии
Использование экологической технологии Farmet EP1 Recu с системой многоступенчатой рекуперации тепла позволяет эффективно перерабатывать соевые бобы путем прессования и экструзии, сокращая потребление электроэнергии, повышая производительность оборудования и увеличивая срок службы прессов и экструдеров.
Ключевые слова: экструзия для переработки соевых бобов, производство полножирной сои, соевого масла и экструдированного соевого жмыха, технологии Farmet EP1 Recu и Farmet EP1 Recu+, система многоступенчатой рекуперации тепла, ООО «Фармет»
Экологические энергосберегающие технологии переработки соевых бобов от компании Farmet
Петр ПУГАЧЁВ, кандидат технических наук, генеральный директор ООО «Фармет»
Известно, что увеличение производства продукции животноводства возможно при использовании кормов с высокими питательными свойствами. Среди наиболее важных компонентов комбикорма следует отметить продукты переработки соевых бобов: полножирную сою, соевое масло, соевый жмых и соевый шрот. В России за последние десять лет объемы производства сои — высокобелковой масличной культуры — выросли почти в 3,8 раза.
Главная проблема, возникающая при кормлении сельскохозяйственных животных и птицы, состоит в дефиците белка в рационах. Его можно компенсировать путем введения продуктов из соевых бобов в кормовую смесь. Следовательно, необходимо увеличивать эффективность их переработки.
Farmet активно занимается переработкой соевых бобов с использованием метода экструзии, который является самым эффективным способом уменьшения содержания антипитательных веществ в кормовом сырье. Компания разработала универсальные экструдеры FE 100, FE 250, FE 500, FE 1000 и FE 4000 с производительностью от 100 до 4 тыс. кг/ч.
Для получения полножирной экструдированной сои Farmet разработал технологию сухой экструзии под названием ЕDSO. Термообработка соевых бобов в экструдере позволяет обезвреживать антипитательные вещества, которые содержатся в них. Это позволяет повышать энергетическую и питательную ценность конечного продукта за счет увеличения содержания жира и изменения растворимости белковых фракций.
Линия EDSO состоит из промежуточного бункера, магнитного сепаратора, дозирующего транспортера, молотковой дробилки, которая используется для измельчения соевых бобов и обеспечивает высокое качество конечного продукта. Также в состав линии входит экструдер типа FE 500, FE 1000 или FE 4000, который оснащен локальной системой удаления пара на выходе. Дополнительно в оборудование входит противоточный охладитель, который снижает температуру полножирной сои до оптимального уровня. Разница между температурой конечного продукта и температурой окружающего воздуха не превышает 20 градусов по Цельсию.
Внесение полножирной сои в рационы позволяет значительно сократить расходы, связанные с приобретением дорогостоящих растительных масел и других кормовых компонентов, или даже полностью отказаться от их использования в кормлении животных. В последние годы становится популярной технология ЕР1 (процесс переработки соевых бобов с использованием однократного прессования и экструзии для получения экструдированного жмыха и соевого масла), которая объединяет все преимущества экструзии и горячего прессования.
Такая комбинация переработки соевых бобов выполняется последовательно: вначале в экструдере получают соевый экструдат, а затем из него отжимают масло с помощью пресса. При этом увеличивается выход масла, а в жмыхе его остается 7–9%. Питательная ценность жмыха улучшается, поскольку повышается не только усвояемость содержащегося в нем масла, но и уровень обменной энергии.
Технология ЕР1 позволяет перерабатывать соевые бобы без применения химических растворителей, что делает ее экологически чистой. Это является альтернативой химической экстракции соевых бобов и получения соевого шрота.
Компания выпускает прессы и экструдеры, которые могут быть использованы для создания технологических линий с производительностью от 2 тыс. т до 400 тыс. т в год. Однако переработка соевых бобов с помощью этих устройств требует больших затрат электроэнергии. Поэтому предприятия, использующие технологию ЕР1, заинтересованы не только в снижении расходов, но и в улучшении качества готовой продукции.
Уникальные разработки представлены компанией Farmet, которая создала инновационные технологии Farmet EP1 Recu и Farmet EP1 Recu+. Первая технология включает в себя однократное прессование и экструзию, с применением многоступенчатой системы рекуперации тепла для предварительного нагрева семян в бункере. Вторая технология предусматривает дополнительный нагрев семян в бункере паром, который поступает из внешнего источника. Эти инновационные решения могут быть использованы как в прессах FS 1010 и FS 4015, так и в экструдерах FE 1000 и FE 4000.
Энергосбережение достигается благодаря использованию рекуперации тепла, которое образуется в процессе работы технологического оборудования (смотрите рисунок). Основные точки, где происходит сбор тепла, включают выходной порт экструдера, сушилку для охлаждения и подсушивания экструдата, а также выходной порт пресса.
Уникальность линии (см. рисунок) с применением технологии Farmet EP1 Recu заключается в наличии бункера с рекуперационным теплообменником, дробилки или рушки для соевых бобов, экструдера FE 1000, сушилки для охлаждения и подсушивания экструдата, пресса FS 1010, охладителя для жмыха, а также шнеков и шнековых конвейеров. Управление технологическим процессом осуществляется с помощью автоматической системы FIC (Farmet Intelligent Control).
Использование технологии Farmet EP1 Recu позволяет снизить затраты электроэнергии и повысить производительность оборудования по сравнению с базовыми технологиями (см. табл. 1).
Одной из особенностей технологии Farmet EP1 Recu является возможность регулирования продолжительности и температуры обработки соевых бобов для достижения необходимого уровня денатурации соевого белка и активности уреазы.
С помощью измельчения соевых бобов (удаление оболочки) и их обработки с использованием технологии Farmet EP1 Recu, получается продукт — соевый жмых, содержащий почти половину белка, при этом его способность растворяться в 0,2%-ном растворе гидроксида калия (КОН) составляет более 80%.
Определение степени термической обработки соевых бобов обычно основывается на показателях «способности переваривать протеин в 0,2%-ном растворе КОН» и «индекс дисперсности протеина (PDI)». Наши исследования подтвердили, что при обработке соевых бобов по технологии Farmet EP1 Recu с соблюдением оптимального времени и температуры, растворимость соевого белка в воде (PDI) оказалась менее 50%. Изменяя эти параметры, можно получить жмых с различными значениями PDI — от 30 до 45% (такой продукт используется в рационах для одножелудочных животных) или 15% (для крупного рогатого скота).
Основные характеристики соевых бобов и продуктов, полученных из них, приведены в таблице 2. Для оценки влияния температуры на качество соевых бобов, экструдированной сои и соевого жмыха, были добавлены показатели: «нерастворимая фракция белка» (фракция С в системе кормления коров CNCPS, разработанной учеными Корнеллского университета в США) и «усваиваемый лизин» (лизин – аминокислота, которая наиболее чувствительна к высоким температурам).
Из таблицы 2 следует, что при нагревании соевых бобов в рекуперативном теплообменнике и последующей их обработке можно получить высококачественное соевое масло и экструдированный соевый жмых, которые обладают высокой пищевой ценностью.
Таким образом, применение технологии Farmet EP1 Recu и системы многократной рекуперации тепла позволяет полностью использовать потенциал прессования с экструзией, существенно сократить энергозатраты, обеспечивая подогрев соевых бобов, а также повысить производительность однотипного оборудования на 20-45% и удлинить срок службы прессов и экструдеров вдвое.
В странах Евросоюза и России существуют производственные предприятия модульного типа, где осуществляется переработка соевых бобов по методу Farmet EP1 Recu.
Электроэнергия для соевых продуктов: что это и как оно работает?
В результате повышения экологических требований к переработке подсолнечника, предприятия маслоперерабатывающей отрасли сталкиваются с резким ростом расходов. Однако интерес к этой проблеме вызывает возможность использования вредных отходов, таких как лузга подсолнечника, в качестве возобновляемых источников энергии (ВИЭ).
Именно поэтому ООО «Центр Соя» в Краснодарском крае (ст. Тбилисская) начало строительство газогенераторной электростанции мощностью 650 кВт, которая работает на лузге подсолнечника. Особенностью этого проекта является то, что все произведенное электричество потребляется самим предприятием.
Традиционным способом получения электроэнергии является сжигание биомассы в паровом котле и использование пара в паровой турбине. Однако это имеет ряд недостатков, таких как высокая стоимость оборудования для малых электростанций мощностью менее 1 МВт, большой размер, большой расход топлива и другие проблемы. Есть и новые технологии, такие как Органический цикл Рэнкина (ORC), Энтропийный цикл и двигатели Стирлинга, но они еще более дорогие и некоторые из них находятся на стадии исследований и опытных разработок.
Однако существует экономически выгодная альтернатива — газификация сельскохозяйственных отходов с использованием полученного генераторного газа в электрогенераторных установках с двигателями внутреннего сгорания (ДВС).
Преимущества использования газификации вместо традиционной паровой технологии включают в себя:
- Высокий электрический КПД — более 24%;
- Широкий диапазон мощностей — от нескольких единиц до нескольких сотен кВт;
- Возможность производства тепловой и электрической энергии в режиме когенерации, а также холода в режиме тригенерации, что особенно важно для Краснодарского края в летнее время;
- Низкая стоимость и модульность оборудования;
- Экологическая безопасность: выхлопные газы двигателей содержат меньше выбросов, чем при использовании природного газа, а побочные продукты представляют собой древесный уголь (используется в качестве топлива) и древесную золу (используется в качестве удобрения).
Газогенераторная когенерационная мини-ТЭЦ — это комплекс оборудования, который полностью реализует вышеупомянутую технологическую схему.
На данный момент основное оборудование, в основном, импортного производства, имеет мощность от 11 до 950 кВт и более.
Большая часть дополнительного оборудования (участок подготовки топлива, система оборотного водоснабжения, когенерационное оборудование) производится российскими производителями.
Если установленная мощность превышает 1 МВт, мини-ТЭЦ реализуется как несколько параллельных блоков, которые синхронизированы между собой и, при необходимости, работают параллельно с сетью.
Одним из основных элементов оборудования мини-тепловых электростанций является газогенератор с установкой для очистки, предназначенный для производства силового генераторного газа, который может использоваться в энергетических целях. Важнейшие технические характеристики газогенераторов представлены в Таблице 1.
Таблица 1
Природные отходы древесины (древесная щепа, опилки)
Сельскохозяйственные отходы (лузга риса, подсолнечника, овса, гречихи и т.д.)
Лузга (в сыпучем или уплотненном виде) —> газогенератор —> генераторный газ —> газодизельный или газопоршневой двигатель —> электроэнергия —> когенерация (выработка тепла) или тригенерация (с получением холода)
В процессе переработки 100 тонн подсолнечных семян в день производится вредный производственный отход — лузга в объеме 17 тонн в день или 700 кг в час.
Уникальная возможность использовать мини-ТЭЦ для утилизации 17 тонн лузги подсолнечника заключается в получении электрической энергии, горячей воды и пара в максимальных объемах.
ООО «Центр Соя» достигло решения этой задачи с помощью модульной газогенераторнойкогенерационной мини-ТЭЦ, основанной на технологии газификации топлива.
Исходя из предоставленных данных, каждый килограмм лузги обрабатывается с минимальным выходом в 2,5 Нм3 газа, содержащего 1150 Ккал/Нм3. Этот газ используется в электрогенераторных установках с газопоршневыми двигателями. С учетом параметров расчетного удельного расхода газа при 75% нагрузке в размере 3140 Ккал/кВт-час и минимальной калорийности газа 1150 Ккал/Нм3, суточный выход электроэнергии из 17 тонн лузги (17000 кг лузги * 2,5 Нм3/кг * 1150 Ккал/Нм3) составляет 15565 кВт-час, что в среднем равно 650 кВт.
Использование трех электроагрегатов по 250 кВт позволяет обеспечить пиковую мощность в 700 кВт и полностью утилизировать 17000 кг лузги в течение суток.
В случае остановки одного газогенератора вариант с двумя электроагрегатами по 250 кВт обеспечивает максимум 400 кВт. Таким образом, использование трех электроагрегатов по 250 кВт позволило предприятию достичь следующих результатов:
1) Полная утилизация лузги без остатка.
2) Получение до 650 кВт-часов электроэнергии.
3) Большая мощность при работе одного газогенератора.
Мини-ТЭЦ состоит из двух газогенераторов модели WBG-500 с установками для очистки. Индийские газогенераторы были не адаптированы для российского топлива и были модернизированы российскими учеными и специалистами из компании ООО «Центр Соя».
После подготовки в очистительных установках, газ, полученный из двух газогенераторов, применяется в трех параллельных электрогенераторах CumminsGTA-1710G, каждый из которых имеет номинальную электрическую мощность 220-250*) кВт (ГПЭА-250). Все эти генераторы работают на чистом генераторном газе.
Мини-ТЭЦ обладает тепловой энергией, которая может быть использована следующим образом:
В случае, если двигатели работают на номинальной мощности, возможно получить до 800 кВт горячей воды путем утилизации тепла от рубашек охлаждения 3-х двигателей.
Газогенераторная мини-ТЭЦ размещена в специальном капитальном здании, рядом с которым находится участок охлаждения и очистки оборотной воды. Мини-ТЭЦ состоит из следующих участков:
• на участке хранения и доставки лузги / уплотненной лузги в газогенераторы, имеется возможность создания оперативного запаса топлива и доставки его к месту использования;
• на участке газификации осуществляется процесс получения чистого генераторного газа из топлива;
• на участке электрогенерации производится преобразование генераторного газа в электрическую энергию, которая затем поступает к потребителям;
• на участке теплогенерации выполняется получение горячей воды и пара, которые затем поставляются потребителям;
• на участке осветления и охлаждения оборотной воды организуется замкнутая система, которая используется для охлаждения и грубой очистки генераторного газа. При этом также применяются модули регенерации оборотной воды для удаления примесей, которые накапливаются в оборотной воде после очистки газа.
Мини-ТЭЦ была создана с использованием модульной архитектуры, которая состоит из двух газогенераторных установок и трех электрогенераторных установок. Это позволяет достичь высокой надежности и обменяемости оборудования.
1. Проект газогенераторной станции, работающей на лузге, был разработан в течение более 6 лет.
2. За этот период был накоплен значительный опыт в научно-исследовательских и проектировочных работах.
3. Также была успешно проведена пуско-наладка сложного энергетического комплекса.
4. В настоящее время станция работает в пробном режиме более 500 часов (на 1 июня 2013 года) и показывает следующие достижения:
• расход топлива составляет 1 кг на каждый киловатт в час
• минимальная теплотворная способность газа – 1200 ккал на каждый метр кубический
• газогенератор имеет КПД 84%;
• ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КПД составляет 24%
• количество зольно-угольного остатка составляет менее 10%;
• количество смол на выходе из ГГ – менее 1.5 грамма на каждый метр кубический
• максимальная мощность одного газогенератора достигает 320 киловатт в час
• расход топлива при максимальной мощности составляет 330 килограммов
Более 6,6 миллионов
12 миллионов
4 миллиона
9 миллионов
Многие люди всегда задаются вопросом, как выбрать транспортное средство: автомобиль, самокат или даже лодку. Они интересуются опытом других людей и советами по использованию личного транспорта от авторов нашего ресурса.
Секреты развития канала
Станьте собой
или попробуйте что-то новое
создавайте контент в своем собственном стиле — в любой форме
Ваш успех зависит от экспертности, качества, искренности и уникальности вашего стиля. Мы поддерживаем самые смелые эксперименты на нашем ресурсе. У вас есть возможность использовать разные форматы контента в соответствии с вашим вкусом: короткие вертикальные видеоролики, статьи с иллюстрациями, горизонтальные видео.
Сотрудничайте
с нашим ресурсом
принимайте участие в регулярных проектах, предоставляемых нашей платформой