Как известно, объём и эффективность производства животноводческой продукции зависят от уровня кормления животных и от сбалансированности рационов по питательным веществам. Ведущая же роль в балансировании рационов принадлежит протеину. Таким образом, увеличение продуктивности в животноводстве происходит пропорционально росту производства кормового белка.

Содержание белков в кормах колеблется в широких пределах:

• в семе злаковых культур от 4 до 6 %;
• в семе бобовых от 12 до 15 %;
• в зёрнах злаков от 8 до 12 %;
• в зёрнах бобовых от 25 до 30 %;
• в корнеплодах от 0,5 до 1 %;
• в жмыхах, шротах от 30 до 45 %;
• в кормах животного происхождения – от 50 до 80 %.

Решить проблему кормового белка можно несколькими способами:

• увеличением производства многолетних трав и зернобобовых культур (гороха, люпина и вики). Эти культуры содержат в 2,5…3 раза больше протеина, чем ячмень и овёс;
• рациональным использованием в кормлении животных отходов мясной и других отраслей перерабатывающей промышленности;
• промышленным производством белка, основанным на производстве кормовых дрожжей;
• использованием синтетических азотистых веществ, в первую очередь карбамида (мочевины).

В связи с биологической способностью жвачных животных усваивать небелковый азот создаются условия для замены 25…30 % протеина в рационе кормления карбамидом. Карбамид является источником азота, содержание которого составляет 46 %. Однако скармливание карбамида животным в чистом виде недопустимо, потому что в рубце желудка он очень быстро расщепляется под действием фермента уреазы до аммиака и угольной кислоты. В результате микроорганизмы не успевают усвоить весь аммиак, и избыток его, растворённый в рубцовой жидкости, может вызвать отравление животного. Поэтому карбамид вносят в состав различных кормов и скармливают только жвачным животным в строго контролируемых дозах.

Наиболее эффективным способом применения карбамида в кормлении животных является приготовление кормовых добавок (высокопротеинового концентрата) из размолотого зерна и карбамида методом экструзии. В состав концентрата включают 20…25 % карбамида. Высокопротеиновые амидо-концентратные добавки – АКД – получают в результате обработки в пресс-экструдере карбамида с сухим или увлажнённым зерном.

Составляющими амидо-концентратных добавок (АКД) являются зерно, карбамид и бентонит натрия.

Карбамид – химическая формула (NН₂)₂СО – одно из самых дешёвых синтетических азотистых веществ. Это белое кристаллическое вещество, солоновато-горькое на вкус, без запаха. Само оно белка не содержит, но в результате гидролиза в рубце жвачного животного выделяет азот; последний под действием микроорганизмов синтезируется в бактериальный усваиваемый белок.

Зерно для АДК должно быть хорошего качества, иметь влажность от 10 до 14 %, быть очищенным от сорных и металлических примесей, а также раздробленное в молотковых дробилках тапа ДКУ-2 или вальцовых мельницах.

Третий ингредиент концентрата – бентонит натрия. Это высушенная в печи и тонко измельчённая белая глина. Бетонит натрия должен обладать высокой влагопоглощаемостью (набухаемость не менее 80 %). При производстве АДК он обеспечивает проникновение и равномерное распределение карбамида в крахмале размолотого зерна, а также выполняет функции связующего вещества, придавая получаемому монолиту высокую прочность. Для производства карбамидного концентрата применяют глинопорошки натриевой формы из бентонитов асканской группы Цихис-Убанского месторождения (Грузия) и Саригюнского (Армения).

Дозирование ингредиентов АКД по массе производится в следующих пределах (основной вариант): 70…75 % размолотого зерна (ячмень, пшеница, овёс, кукуруза), 20…25 % карбамида и 5 % бентонита натрия. Для зерна допускаются отклонения от расчётной массы до 1,5 %, для карбамида и бентонита натрия – до 0,5 %. Бентонит натрия должен иметь влажность не более 8%.

Подготовленная кормовая смесь дозирующим устройством пресс-экструдера подаётся в прессующую камеру, состоящую из шнека (червяка) с переменным шагом, заключённого в толстостенный кожух (цилиндр). Рабочее калиброванное отверстие расположено в выходной матрице или в виде узкой щели – между охватывающими полукольцами и валом червяка.

При вращении шнека кормовая смесь перемещается в сторону калиброванного отверстия матрицы. Механическая энергия преобразуется в тепловую. В прессующем механизме повышается рабочее давление до 1,5…2,5 МПа и температура – до 140…150°С.

Под воздействием высокой температуры и давления изменяются структурно-механические свойства смеси. Крахмал зерновой части частично желатинизируется, превращаясь в простые углеводы – сахара и декстрин; карбамид растворяется и плавится; освободившаяся из зерна влага абсорбируется бентонитом.

Высокая температура и давление дают возможность карбамиду внедриться в молекулы крахмала. Частицы карбамида оказываются охваченными тонкой плёнкой крахмала, как оболочкой капсулы. Поступив в рубец желудка животного, такие частицы гидролизуются не сразу, а постепенно, в течение 3-4 ч, что обеспечивает замедленное выделение аммиака.

Температуру кормовой смеси регулируют устройствами на конце шнека экструдера (регулятор, накидная гайка), изменяя размер выходного отверстия головки (матрицы), а также изменением скорости подачи кормовой смеси. Для контроля за температурой пресс-экструдеры оборудованы надёжной термоизмерительной аппаратурой. Готовый продукт – карбомидный концентрат – получают в виде жгутов различного диаметра или в виде гранул. Жгут разрезается ножами, установленными на выходной части шнека, на гранулы длиной 15…30 мм.

Затем гранулы поступают на охлаждение в охладительные колонки или горизонтальные охладители. Продукт охлаждается до температуры, не превышающей более чем на 18°С температуру окружающей среды (не более 30…40°С). После охлаждения гранулы измельчаются.

Хранить АКД следует отдельно от других кормов в сухих, хорошо вентилируемых помещениях. Не рекомендуется вводить более 20,5 % карбамида в состав АКД: такой продукт медленно остывает в процессе приготовления и плохо хранится. В измельченном виде и при влажности не более 10% АКД может храниться в условиях складского помещения до 20 суток.

При движении кормовой смеси внутри рабочей камеры по тракту шнековой части, образованному витками шнека и пазами корпусов, смесь перемещается, уплотняется и нагревается. Шнековая часть рабочего органа экструдера разделена на несколько ступеней (в экструдере типа КМЗ-2 три ступени). В первой ступени – зона загрузки – продолжается (после дозирующего механизма) интенсивное перемешивание и перемещение частиц смеси вдоль оси шнека, а также начинается их уплотнение. В процессе уплотнения кормовой смеси происходит относительное скольжение контактов частиц, при котором совершается частичное разрушение микронеровностей, что приводит к уменьшению механического сопротивления скольжению частиц исходной кормосмеси. Уплотнению (прессованию) кормосмеси в значительной мере способствуют греющие шайбы, которые создают сопротивление перемещению смеси. Смесь перемещается из 1-й зоны во 2-ю и дальше через зазоры между витками шнека и пазами корпуса. При нарастании давления прессования в конце 1-й и начале 2-й зоны (степени) происходит рост площадок взаимных контактов, что в свою очередь ведёт к некоторому увеличению интенсивности молекулярного взаимодействия частиц и, следовательно, к увеличению сопротивления скольжению. Вследствие неровностей рельефа поверхностей частиц корма в процессе прессования происходит сдвиг и срез поверхностного слоя, что свидетельствует о наличии предельного трения.

Кормовой материал в окрестностях поверхности контакт частиц находится в напряжённом состоянии, близком к предельному. При повышении давления на кормовую массу во 2-й зоне контактное трение частиц начинает переходить из области межчастичного в область внутри частичного трения. В области внутри частичного трения приведённый коэффициент контактного трения уменьшается в следствие того, что контактное давление возрастает быстрее, чем сопротивляемость материала частиц сдвигу в окрестностях зоны контакта. При приближении плотности прессования кормовой смеси к плотности монолита исчезает не только скольжение, но даже тенденция к относительному сдвигу, как межчастичному, так и внутричастичному. В этом состоянии кормовая масса по своим свойствам приближается к свойствам неньютоновской жидкости.

В 3-й и последующих зонах кормовая смесь приобретает вязко-пластическое состояние.

При нарастании давления внутри шнекового тракта повышается температура массы концентрата до 110…150°С. При этом карбамид одновременно плавится и растворяется за счёт влаги зерна, равномерно распределяясь в смеси ингредиентов. В завершающей стадии обработки смесь ингредиентов в вязко-пластическом состоянии продавливается через регулируемые отверстия матрицы (4-я зона), где под действием возрастающего давления и температуры между частицами укрепляются межмолекулярные связи. Из матрицы протеиновая смесь выходит в виде жгута, который ножом экструдера разрезается на гранулы (предварительное измельчение). Затем гранулы охлаждают до температуры 25…30°С и подвергают повторному измельчению на дробилках.

В существующих конструкциях пресс-экструдеров матрица или гранулятор-регулятор, установленные на пути выхода АКД из рабочей камеры прессующего шнека, имеют изменяемые по величине проходные сечения отверстий. За счёт их изменения происходит регулирование температуры и давления в рабочей камере. Возможны три основных варианта регулировок:

• при площади проходного сечения зазоров рабочей камеры, большей площади живого сечения окон матрицы;
• при равной площади;
• при меньшей.

Вполне очевидно, что третий из них мало пригоден, так как прессующим шнеком в зоне гомогенизации не создаются оптимальные условия рабочего процесса экструдирования.

АКД в виде гранул нуждается в охлаждении, которое в большинстве случаев выполняется на горизонтальных охладителях типа Б6-ДОБ производства Ростовского-на-Дону машиностроительного завода или на охладителях зарубежного производства (США) типа 5НРА-18.

Охладитель Б6-ДОБ состоит из охладительной камеры, вентилятора и электрооборудования. Производительность его 2…2,5 т/ч, скорость движения ленты транспортёра – 0,02…0,03 м/с, время охлаждения не более 3,5 мин. Мощность электродвигателя – 16 кВт, вентилятор центробежный типа ВЦ 14…6 № 6,3 с расходом охлаждающего воздуха около 20 тыс. м³/ч. Температура концентрата до охлаждения около 50°С (не более 70°С), после охлаждения – до 30°С (не более чем на 18°С выше температуры охлаждающего воздуха). Габариты охладительной камеры: длина – 5,965 м, ширина – 2,1 м и высота – 1,79 м. Масса охладителя – 3100 кг.