На большинстве комбикормовых заводов проблемы с размером частиц сводятся к одной изнашиваемой детали — ситу. Смените сито, и та же молотковая дробилка даст другой продукт, другой счёт за электроэнергию и другой результат по продуктивности животных. Тем не менее выбор сита обычно воспринимают как второстепенную задачу техобслуживания, а не как технологическое решение. В этом руководстве объясняется, как размер отверстий сита в действительности связан с размером частиц на выходе, что говорят опубликованные исследования об этой связи и как выбрать сито, которое обеспечивает достижение целевого показателя вашего зоотехника-нутрициолога без лишних киловатт-часов.
Как на самом деле работает сито
Молотковая дробилка измельчает зерно за счёт удара. Свободно качающиеся молотки на высокоскоростном роторе бьют материал до тех пор, пока фрагменты не станут достаточно мелкими, чтобы пройти через перфорированное сито, выстилающее камеру измельчения. Именно последнее уточнение и важно: сито — это барьер, а не режущая кромка. Частица выходит наружу, когда она достаточно мала, и когда её траектория совпадает с отверстием, — поэтому средний размер частиц (геометрический средний диаметр, dgw) на выходе всегда заметно меньше диаметра отверстия, и поэтому результат определяют две переменные:
- Размер отверстий сита задаёт верхний предел размера частиц и определяет, как долго материал остаётся в камере.
- Окружная скорость молотков определяет, насколько сильно и как часто каждая частица получает удар, прежде чем выйти наружу.
Исследователи Университета штата Канзас (Saensukjaroenphon и др.) испытали эти две переменные в совокупности на целом зерне кукурузы, измельчая через сита 6/64, 10/64 и 16/64 дюйма при трёх окружных скоростях от 10 250 до 20 500 футов/мин. Повышение окружной скорости снижало dgw на 233, 258 и 305 мкм соответственно для трёх сит — это означает, что окружная скорость даёт больше тонкости на крупном сите, чем на мелком, а частотно-регулируемый привод двигателя дробилки позволяет операторам регулировать размер частиц на выходе, не останавливаясь для смены сит. Исследование обобщено в Engormix feed-machinery library.
Определите цель до выбора сита
Выбор сита имеет смысл только в привязке к целевому размеру частиц, а цель определяется потребностями животных, а не дробилкой. Приведённые ниже значения имеют наиболее убедительное научное обоснование:
| Рацион | Целевой dgw (мкм) | Обоснование |
|---|---|---|
| Свиньи на откорме (рацион на основе кукурузы) | 650–750 | Оптимальный баланс переваримости, риска язвы и затрат на измельчение (USDA NRCS; служба распространения знаний KSU) |
| Свиньи и птица, общая рекомендация | 650–750 | Техническое примечание USDA NRCS по управлению кормлением |
| Поросята-сосуны/стартеры | 500–700 | Молодые свиньи выигрывают от более тонкого помола; следите за риском язв и сводообразования |
| Нижний предел для всех свиных рационов | ~500 | Растёт риск язвы желудка и кератинизации; резко увеличиваются затраты энергии |
| Рационы жвачных | Более грубый, по замыслу рациона | Для работы рубца нужна эффективная клетчатка; тонкий помол контрпродуктивен |
Источники: Техническая записка по управлению питательными веществами USDA NRCS 190-NM-8 (PDF) и информационный лист Kansas State University о размере частиц (PDF).
Экономика достижения целевого показателя хорошо задокументирована. USDA NRCS обобщает работу по переваримости (Wondra et al., 1995): уменьшение размера частиц с 1000 до 400 мкм повышает переваримость сухого вещества и азота примерно на 5–6 процентных пунктов. Служба распространения знаний KSU выражает ту же зависимость в деньгах: каждые 100 мкм превышения средним размером частиц рекомендуемых 700 мкм обходятся примерно в $0,65 на откармливаемую свинью — почти $2 на голову, если мельница ушла к 1000 мкм. Для откормочного комплекса на 10 000 голов изношенное сито, которое никто не заменил, — это ежегодные потери в пятизначную сумму.
От отверстия сита до микрон: что показывают полевые данные
Практический вопрос — какой диаметр отверстий даёт какой dgw. Испытания KSU на стартовых свиньях (Ohh et al., 1983) остаются наиболее наглядным опубликованным сопоставлением размера сита и результата:
| Отверстие сита | Получаемый dgw (мкм) | Где подходит |
|---|---|---|
| 1/8 in (3.2 mm) | 539–624 | Тонкий помол для стартовых рационов и сырья для гранулятора |
| 1/4 in (6.4 mm) | 722–877 | Стандартный помол для доращивания-откорма около целевых 700–750 |
| 3/8 in (9.5 mm) | >900 (более грубый край) | Грубый помол, высокопроизводительный предварительный помол |
Кукуруза, размолотая на молотковой мельнице в упомянутых выше испытаниях KSU; точный dgw также зависит от зерна, влажности, износа молотков и окружной скорости. Проверяйте ситовым анализом (ANSI/ASAE S319.4), а не предполагайте.
Две оговорки при использовании этой таблицы. Во-первых, соответствие зависит от материала: сорго, ячмень и волокнистые побочные продукты дают другой dgw через то же сито. Во-вторых, всегда сравнивайте размеры частиц, измеренные одним и тем же ситовым методом — число сит, время встряхивания и диспергирующие агенты сдвигают результат, поэтому «600 микрон» поставщика и 600 вашей лаборатории могут не совпадать.
Сторона затрат: энергия, износ и производительность
Помол — одна из крупнейших отдельных электрических нагрузок на комбикормовом заводе; отраслевые сводные данные служб распространения знаний оценивают энергию помола примерно в 3–16 кВт·ч/т, причём она резко растёт по мере снижения целевой тонкости. Три практических следствия:
- Тонкий помол стоит реальных денег. Уменьшение размера частиц вдвое не уменьшает пропорционально отверстие сита; энергия на тонну растёт быстрее, чем улучшение тонкости повышает конверсию корма. Останавливайтесь на целевом показателе.
- Изношенные молотки маскируются под проблемы с ситом. По мере износа углов молотков фактическая скорость на концах и режущее действие падают, и операторы компенсируют это переходом на более тонкие сита, расходуя больше энергии при худшей однородности. Поворачивайте или заменяйте молотки до смены сит.
- Производительность падает с уменьшением отверстий. Более тонкое сито пропускает меньше материала в час. Если дробилка подбиралась под грубое сито, переход на тонкий помол может оставить смеситель без сырья.
Живое сечение важно не меньше размера отверстий. Сито с более высоким процентом живого сечения пропускает частицы быстрее и работает холоднее, снижая энергозатраты на тонну при той же тонкости; обратная сторона — тонкие сита с большим живым сечением деформируются и изнашиваются быстрее на абразивных материалах. Подбирайте толщину под материал, а не только под отверстие.
Степень помола и качество гранул: downstream-составляющая
Выбор сита влияет не только на дробилку, но и на пресс-гранулятор. Тонкий помол увеличивает площадь поверхности, доступную для паровой кондиции, поэтому заводы, выпускающие гранулы высокой прочности, обычно мелют тоньше, чем заводы, продающие рассыпной корм. Однако компромисс реален: чрезмерно тонкий помол может делать гранулы хрупкими при недостаточной кондиции, а дополнительная энергия на помол оплачивается независимо от того, что происходит дальше. Сторона кондиционирования этого баланса — как пар, влажность и время выдержки превращают данный помол в прочность гранул — рассмотрена в нашей статье о паровой кондиции. Практическое правило для помольного отделения: подбирайте сито под матрицу и рецептуру, которые используете чаще всего, и проверяйте соответствие по данным о прочности гранул, а не только по результатам просеивания.
Практический пример: два сита, одна цель
Рассмотрим завод среднего размера, технолог которого задаёт 700 мкм для кукурузного рациона откорма. Сейчас завод работает с ситом 1/4 дюйма, а недавняя проверка просеиванием показывает 790 мкм — молотки отработали 900 часов. Согласно таблице KSU, новое сито 1/4 дюйма на кукурузе даёт 722–877 мкм в зависимости от скорости на концах и состояния молотков, поэтому правильный первый шаг — вовсе не смена сита: поверните молотки, повторите просеивание и переходите на сито 1/8 дюйма (539–624 мкм) только если технолог действительно хочет более тонкий рацион или гранулам нужно больше поверхности для кондиционирования.
Логика затрат работает так же. По данным расширения KSU, каждые 100 мкм сверх целевых 700 мкм стоят примерно $0,65 на откормочную свинью — значит, уход с 790 на 700 мкм стоит около $0,60 на голову. Сито 1/8 дюйма, дающее 600 мкм, добавляет немного эффективности кормления, но оплачивается энергией на помол, производительностью и более узким запасом до порога язвы в 500 мкм. Обоснованный данными шаг — самый дешёвый, попадающий в диапазон: сначала обслуживание молотков, затем сито, потом скорость на концах. Заводы, пропускающие эту последовательность, обычно покупают ненужную им тонкость за киловатты, которых не закладывали в бюджет.
Распространённые ошибки выбора
Это ошибки, которые мы видим чаще всего при аудите недостаточно эффективных систем помола:
- Выбор по привычке. Сито, поставленное с дробилкой, остаётся на годы, пока рецептура и целевые показатели для животных меняются. Степень помола следует проверять просеиванием ежеквартально, а сито выбирать осознанно по результату.
- Погоня за переваримостью ниже 500 мкм. Ниже примерно 500 мкм возрастают риск язвы у свиней и сводообразование корма, а энергия на помол более чем удваивается при снижающейся отдаче. В информационном листе KSU прямо указано, что ~700 мкм с допустимым диапазоном 600–800 мкм — экономический оптимум для свиней.
- Игнорирование состояния сита. Изношенные, прогнутые или пробитые сита пропускают целые зёрна, что позже проявляется грубыми вкраплениями в готовом корме и нестабильным качеством гранул.
- Одно сито для всех рецептур. Заводам, выпускающим и тонкие аквакорма, и грубые рационы для жвачных, нужна программа сит — с заложенным в график временем на замену — или вторая дробилка.
Если ваша текущая дробилка не может экономично выдерживать степень помола или вы подбираете помол для новой линии, наш модельного ряда молотковых мельниц охватывает модели от компактных YHM56 до серии YHM112 для высокопроизводительного точного помола, и наши инженеры помогут подобрать программы сит под ваши рецептуры. О вопросе помола против плющения см. наше сравнение молотковой дробилки и вальцовой мельницы; о том, как степень помола влияет на результаты гранулирования, наш статье о паровой кондиции охватывает downstream-составляющую уравнения.
Контрольный список выбора сита
- ☐ Письменно зафиксируйте целевой dgw по видам и фазам роста совместно с нутрициологом.
- ☐ Выберите диаметр отверстий сита в соответствии с целевым значением, используя проверенную на ситах схему для вашего зерна.
- ☐ Убедитесь, что окружная скорость соответствует ситу; рассмотрите частотно-регулируемый привод для регулировки в процессе работы.
- ☐ Проверьте живую площадь сечения и калибр с учётом абразивности материала.
- ☐ Планируйте ротацию/замену молотков так, чтобы она никогда не совпадала по времени со сменой сит и не мешала диагностике.
- ☐ Проверяйте результат с помощью ситового анализа на 13 сит (ANSI/ASAE S319.4) не реже одного раза в квартал и после каждой смены сита или молотков.
- ☐ Фиксируйте dgw, расход энергии на тонну и производительность для каждого сита, чтобы следующий выбор был решением на основе данных, а не догадкой.