Способ создания анаэробной среды в сенаже, уложенном в полиэтиленовые рукава, и устройство для его осуществления

Способ создания анаэробной среды в сенаже, уложенном в полиэтиленовые рукава, и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству, в частности к кормопроизводству, а именно к технологии заготовки травяных кормов.

Задача, на решение которой направлено изобретение, - снижение потерь корма и повышение его питательной ценности.

Согласно изобретению заявляемый способ включает загрузку измельченной провяленной массы трав в рукав из синтетической пленки прессом-уплотнителем и устройство для откачки воздуха из рукава после его загрузки и герметизации, состоящего из гибкой перфорированной полиэтиленовой трубы (дренажной), уложенной на дне рукава или сбоку, вакуум-насоса и запорной арматуры.

Сущность заявляемого изобретения заключается в следующем.

Сенаж - это корм, приготовленный из трав, убранных в ранние фазы вегетации, провяленных до влажности от 40 до 60% и сохраненный в анаэробных условиях (Стандарт отрасли 10201-97. Сенаж. Технические условия. М.: Минсельхоз России. 1997). Приготовление сенажа из трав проводится путем их скашивания в валки, провяливания, подборки валков с одновременным измельчением и погрузкой в транспортные средства, перевозки к месту укладки в хранилища вертикального (сенажные башни) и горизонтального (траншеи, полиэтиленовые рукава) типа.

После укладки измельченной травяной массы в хранилище в ней идут сложные процессы, вызванные наличием эпифитной микрофлоры. Между влажностью исходного растительного сырья и «сосущей силой» микроорганизмов существует определенная связь. Так при влажности растений 60% водоудерживающая сила клеток равна 3,0-3,8 МПа; при 50% - 5,0-5,5; при 40% - 7,0-7,2; при 15% - 25-30 МПа. Максимальная «сосущая сила» большинства бактерий равна 5,0-5,5 МПа, плесневых грибов 22,0-29,5 (Асонов Н.Р. Микробиология [Текст]: учебник / Н.Р.Асонов. - М.: Колос, Колос-Пресс, 2002. С.276-277). Повышенное осмотическое давление в растительных клетках провяленной до 50-60% травяной массы угнетает размножение плесневых грибов, которые являются облигатными аэробами и в уплотненной массе не могут размножаться. Таким образом, основным условием сохранения сенажа является создание анаэробных условий.

Анаэробные условия в уложенной на хранение растительной массе достигаются ее измельчением и удалением воздуха. Известно использование газов (природного, двуокиси углерода) для создания анаэробной (бескислородной) среды за счет вытеснения воздуха из травяной массы (SU 1037905 А, 30.08.1983; SU 1126274 А, 30.11.1984; SU 1789182 A1, 23.01.1993). Однако оно не нашло широкого применения в практике кормопроизводства из-за высокой стоимости, поскольку требуется дополнительное оборудование и материальные ресурсы.

Известен способ уплотнения листостебельчатых кормов и устройство для его осуществления, включающий послойную укладку измельченной зеленой массы и многократное приложение к каждому верхнему слою механической (динамической) нагрузки, создание разрежения воздуха и поддержание его в процессе приложения нагрузки (SU 1709979 A1, 07.02.1992). Однако применение такого способа не обеспечивает надлежащее создание анаэробной среды. В данном случае при проходе трактора из всей толщи уложенной в хранилище массы выдавливается воздух, а после снятия нагрузки в процессе восстановления деформаций он снова туда всасывается. Процесс носит циклический характер. Удаление воздуха путем создания разрежения при динамической нагрузке (уплотнение трактором) в течение ее приложения не предотвращает проявления восстанавливающихся деформаций и всасывания воздуха в уложенную травяную массу.

Наиболее близким решением к заявляемому является изобретение по патенту WO 2007/090367 от 16.08.2007, в котором анаэробная среда создается в хранилище с переменной емкостью. Недостатками данного изобретения является отсутствие учета основных характеристик травяной массы для получения сенажа, т.е. количества (долей) сухого вещества, воды и воздуха в ней.

В последнее время все большее распространение получает заготовка сенажа в рукавах из полиэтиленовой пленки диаметром от 1,50 до 4,20 м и длиной от 30 до 150 м (Технология силосования в пленочных рукавах от А до Я. ООО «АГ БАГ Руссланд». М., 12308, а/я 12). При таком способе в уложенной на хранение с определенной плотностью травяной массе не наблюдается восстанавливающихся деформаций, а благодаря герметичности пленочного хранилища объем воздуха в корме остается стабильным, но довольно значительным и зависит от влажности и плотности укладки травяной массы.

Доля воздуха в единице объема травяной массы определяют по формуле:

где ф₃ - доля воздуха в единице объема;

ф₁ - доля сухого вещества в единице объема в плотном состоянии без учета пор;

ф₂ - доля воды в единице объема, равная W·S:100;

W - влажность травяной массы на сухое вещество, в %;

S - плотность уложенной на хранение травяной массы, т/м³;

S_d - плотность сухого вещества травяной массы, S_d=S:(1+W:100), т/м³;

S_s - плотность частиц твердой фазы (сухого вещества) травяной массы, принимаемая равной 1,55 т/м³ (по целлюлозе);

100 - коэффициент пересчета.

При содержании сухого вещества в травяной массе выше 40% (при W<60%) возникают проблемы с ее уплотнением и образуются прерывистые выпуклости и утолщения рукавов.

В таблице приведены расчетные данные доли сухого вещества, воды и воздуха в единице объема травяной массы в зависимости от ее влажности и плотности укладки в полиэтиленовый рукав.

Влажность травяной массы при укладке, % на сухое вещество (W)	Плотность уложенной травяной массы, т/м3 (S)	Плотность сухого вещества травяной массы, т/м3 (Sd)	Доля в единице объема
сухого вещества (ф1)	воды (ф2)	воздуха (ф3)
	0,60	0,375	0,242	0,360	0,398
	0,55	0,355	0,229	0,330	0,441
	0,50	0,313	0,202	0,300	0,498
60	0,45	0,281	0,181	0,270	0,549
	0,40	0,250	0,161	0,240	0,599
	0,35	0,219	0,141	0,210	0,649
	0,30	0,188	0,121	0,180	0,699
	0,60	0,387	0,250	0,330	0,420
	0,55	0,355	0,229	0,302	0,469
	0,50	0,323	0,208	0,275	0,517
55	0,45	0,290	0,187	0,248	0,565
	0,40	0,258	0,166	0,220	0,614
	0,35	0,226	0,146	0,192	0,662
	0,30	0,194	0,125	0,165	0,710
	0,60	0,400	0,258	0,300	0,442
	0,55	0,367	0,237	0,275	0,488
	0,50	0,333	0,213	0,250	0,537
50	0,45	0,300	0,194	0,225	0,581
	0,40	0,267	0,172	0,200	0,628
	0,35	0,233	0,150	0,175	0,675
	0,30	0,200	0,129	0,150	0,721
	0,60	0,414	0,267	0,270	0,463
	0,55	0,379	0,245	0,248	0,507
	0,50	0,345	0,223	0,225	0,552
45	0,45	0,310	0,200	0,203	0,597
	0,40	0,276	0,178	0,180	0,642
	0,35	0,241	0,155	0,158	0,687
	0,30	0,207	0,134	0,135	0,731
	0,60	0,429	0,277	0,240	0,533
	0,55	0,393	0,254	0,220	0,526
	0,50	0,357	0,230	0,200	0,570
40	0,45	0,321	0,207	0,180	0,613
	0,40	0,286	0,185	0,160	0,655
	0,35	0,250	0,161	0,140	0,699
	0,30	0,214	0,138	0,120	0,742

При влажности уложенной в хранилище травяной массы менее 60%, даже при максимальных значениях плотности по применяемым технологиям приготовления сенажа, в ней остается значительное количество воздуха, что дает возможность размножаться плесневым грибам, а при влажности от 50 до 60% всем группам микроорганизмов. Развитие последних приводит к разогреванию травяной массы, «сгоранию» питательных веществ в размере до 20% и снижению энергетической ценности корма.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в том, чтобы обеспечить анаэробную среду в травяной массе, уложенной в полиэтиленовый рукав, в течение короткого промежутка времени удалением воздуха из нее за счет разрежения 0,03-0,05 МПа.

Поставленная задача решается следующим образом. Измельченную провяленную до влажности от 40 до 60% (в расчете на сухое вещество) травяную массу укладывают в полиэтиленовый рукав с перфорированной трубой с одновременным уплотнением прессом-уплотнителем, а после загрузки и отсоединения пресса-уплотнителя герметизируют хранилище и включают вакуум-насос для разрежения воздуха внутри рукава через перфорированную дренажную трубу.

На фигуре 1 показано устройство для создания анаэробной среды в сенаже, уложенном в полиэтиленовые рукава (вид в профиль).

На фигуре 2 - то же (вид в плане).

Устройство для разрежения (откачки) воздуха представляет собой дренажную полиэтиленовую перфорированную трубу диаметром 50 мм 1, уложенную в полиэтиленовый рукав 2, один конец которого (без перфорации) через герметичный фланец 3 выведен за пределы рукава и соединен с патрубком 4, имеющим запорный вентиль 5 и штуцер 6 для подключения к вакуум-насосу 7 (фиг.1-2). После откачки воздуха вентиль закрывают и отсоединяют вакуум-насос.

В результате откачки воздуха происходит уплотнение травяной массы под действием давления, равного разности между атмосферным давлением и давлением в массе, достигнутом разрежением. Процесс уплотнения аналогичен приложению статической нагрузки, когда масса практически мгновенно сжимается на некоторую величину и протекает с постепенно затухающей интенсивностью в течение длительного промежутка времени (деформация ползучести) с наличием остаточного объема воздуха.

Объем воздуха в уложенной в рукав массе после герметизации:

где ф₃ - доля воздуха в единице объема травяной массы (табл.) определяется по формуле (1);

D - диаметр полиэтиленового рукава, м;

L - длина полиэтиленового рукава, м;

π=3,14 - постоянное число.

Остаточный объем воздуха в рукаве после его откачки:

Время работы ваккум-насоса t, в час, определяется по формуле:

где n - производительность вакуум-насоса, м³/час.

Если герметизация рукава обеспечена, то разуплотнения не происходит, а наоборот, деформация уплотнения продолжается и после прекращения откачки воздуха за счет ползучести, но она незначительна. Если же случаются повреждения рукава, то деформации восстановятся, а место повреждений легко определяется по местным деформациям рукава (вздутиям). Ликвидируют их путем заклеивания повреждений, а при необходимости и дополнительной откачкой воздуха. Предлагаемый способ практически обеспечивает бескислородную среду в травяной массе, что инициирует процесс молочнокислого брожения, предотвращает развитие плесневых грибов (Асонов Н.Р. Микробиология [Текст]: учебник / Н.Р.Асонов. - М.: Колос, Колос-Пресс, 2002. С.276-277), повышая качество корма и снижая потери питательных веществ от «сгорания» на 10-15%.

1. Способ создания анаэробной среды в сенаже, уложенном в полиэтиленовые рукава, включающий измельчение травяной массы, загрузку ее и уплотнение прессом-уплотнителем, отличающийся тем, что удаление воздуха обеспечивается разностью между атмосферным давлением и давлением в массе, достигнутым разрежением воздуха в рукаве в течение расчетного времени, причем объем откачки воздуха определяется по фазовому состоянию травяной массы, уложенной на хранение.

2. Способ создания анаэробной среды в сенаже по п.1, отличающийся тем, что долю воздуха в единице объема травяной массы определяют по формуле: где ф₃ - доля воздуха в единице объема;ф₁ - доля сухого вещества в единице объема в плотном состоянии без учета пор;ф₂ - доля воды в единице объема, равная W·S:100;W - влажность травяной массы на сухое вещество, %;S - плотность уложенной на хранение травяной массы, т/м³;S_d - плотность сухого вещества травяной массы, S_d=S:(1+W:100), т/м³;S_s - плотность частиц твердой фазы (сухого вещества) корма, принимаемая равной 1,55 т/м³ (по целлюлозе);100 - коэффициент пересчета;объем воздуха в уложенной в рукав массе после герметизации определяют по формуле:V_воз=ф₃·π·(D/2)²·L,где ф₃ - доля воздуха в единице объема травяной массы определяется по вышеприведенной формуле;D - диаметр полиэтиленового рукава, м;L - длина полиэтиленового рукава, м;π=3,14 - постоянное число,остаточный объем воздуха в рукаве после его откачки:V_ocт.воз.=(0,25÷0,30)·V_воз-ф₃·π·(D/2)²·L,время работы ваккум-насоса t, в час, определяется по формуле: где n - производительность вакуум-насоса, м /ч.

3. Устройство для осуществления способа по п.1, включающее полиэтиленовый рукав и пресс-уплотнитель, отличающееся тем, что в полиэтиленовый рукав уложена гибкая перфорированная полиэтиленовая труба диаметром 50 мм, неперфорированный конец которой через герметичный фланец выведен за пределы рукава и имеет запорный вентиль и штуцер для подключения к вакуум-насосу.