Takarmányelőkészítés egyes műszaki kérdései

Takarmányok préselési változatai, a préselés (tömörítés) előnyei

A különböző takarmányféleségek préselési változatait, azok főbb jellemzőit az 1. táblázat tartalmazza.

A préselés célja mindenekelőtt a felhasználás javítása és a kezelés, manipulálás megkönnyítése. Az előnyök között a következők említhetők:

• nagyobb a halmazsűrűség (szállítás, tárolás olcsóbb),
• csökken a porképződés,
• egységes összetételű a takarmány,
• gördülékenyebb, így jobban kezelhető, adagolható,
• javul a levegő átjárhatóság a halmazban,
• a tárolási veszteség csökken.

A préselés (tömörítés) elmélete és megoldásai

A szemcsék közötti kötés több módon jöhet létre, így:

• Szilárd kötőhidak útján (megolvadás, összesülés következtében, kristályosodás során; megszilárdult kötőanyagok miatt).
• Folyadékkötés révén (szabadonmozgó folyadékkal ill. sűrűfolyó kötőanyaggal a felületi feszültség, a kapilláris szívás valamint az abszorpciós rétegek következtében)
• Szilárd szemcsék közötti vonzerők alapján (molekuláris és elektrosztatikus erők miatt).
• Formakötések következtében.

A szilárd kötőhidak kialakulására a takarmányok préselésénél csak akkor lehet számítani, ha a keveréktakarmány pl. tejport, cukrot vagy karbamidot is tartalmaz. Hasonló hatás érhető el egyes kötőanyagok hozzáadásával is. Legáltalánosabb kötésforma a folyadékos kötés, amelyet a szemcsék között a folyadék határfelületi erői hoznak létre. A kötések kialakulásában végül is a tömör anyagállapotot létrehozó nyomásnak van a legnagyobb szerepe. A nyomás fokozásával tömörebb és szilárdabb préselvény állítható elő.

A préselés különböző megoldásai közül a mezőgazdasági gyakorlatban a szálpréselés fordul elő a leggyakrabban. Ez azt jelenti, hogy a kör vagy négyszög keresztmetszetű préselvény folyamatosan, növekvő hosszúsággal képződik. Granulátum és cob készítésénél külön gondoskodni kell a méretre történő darabolásról, pogácsa esetén erre nincs szükség. A préselés un. darabsajtolásos változatai (brikettálás, tablettázás) a takarmányok előkészítési technológiáiban nem terjedtek el.

Jelenlegi feladatnak megfelelően a továbbiakban elsősorban a granulálás technológiai és műszaki kérdéseivel foglalkozunk. Granulátumok gyártására különböző elven működő gépek alkalmasak (1. ábra). A csigás (csigaprésszerû), a tárcsás (koller járat elvén működő), a fogaskerekes és a gyűrűmatricás gépek közül az utóbbit használják leggyakrabban.

A gyûrûmatricás gépek tömörítő munkája a 2. ábra alapján követhető nyomon. A préseléshez szükséges nyomást a matrica és présgörgők felülete között előtömörödő anyag közvetíti a furatokban szálakká formálódó préselt táp felé. A görgők a matrica felületétől 0,25-0,35 mm távolságra vannak, a résben kívül maradt anyag a préselés után kirugózik. Az előtömörítés, préselés és kirugózás nyomásgörbéjét az ábrán pont-vonal szemlélteti.

Dercés keveréktakarmányok (dercés tápok) granulálási technológiája és gépei

A granulálási technológia három mûveletcsoportra bontható. Így külön választható:

• az előkészítés
• a préselés
• a préselés kiegészítő mûveletei.

  A dercés táp előkészítése préselésre

  A dercés tápok préselési technológiájának alapvető mûvelete az előkészítés, mely mechanikai részmûveletekből ill. a kondicionálásból állhat.

  Az előkészítés egyes mechanikai részmûveleteire (felbontó szitálás, mágnes kiválasztás) különösen akkor van szükség, ha a dercés tápkészítés és granulálás időben különválik. A granuláló gép meghibásodás elleni védelme érdekében a vaskiválasztó mágnes beépítése minden esetben javasolható. A dercés tápok közbülső tárolása sem nélkülözhető. Ez a következőkkel indokolható:

  • A dercés gyártóvonal és a granuláló egység teljesítménye nem azonos (ez utóbbi a készítendő granulátum átmérőjétől is függ). A jó méretezéssel a két technológiai vonal folyamatosan üzemeltethető.
  • Így biztosítható a granuláló egység egyenletes terhelése.
  • Több fajta (eltérő összetételû) dercés táp préseléséhez is nélkülözhetetlen. (Legalább kétrészes közbülső előtároló cellacsoportra van szükség).

  A dercés tápok kondicionálása a granulálás technológiai folyamatának a legfontosabb, nélkülözhetetlen előkészítő mûvelete. A kondicionálással javítható a granulátum szemcseszilárdsága, minősége, javítható a takarmány hasznosulása (emészthetősége). Ugyanakkor megnövekszik a préselési teljesítmény, ezáltal csökken a fajlagos energiafelhasználás.

  A kondicionáláshoz gőzt vagy vizet használunk alapvetően, de kondicionáló anyagnak számítanak a különböző kiegészítő- illetve kötőanyagok is. A kondicionálásnál a dercés táp nedvesítésére minden esetben szükség van, ugyanis a folyadékkötéshez a víz jelenléte nélkülözhetetlen. Amennyiben a kondicionálásnál gőzt használunk, egy hidrotermikus előkészítés fog végbemenni; a nedvesítésen túl a szemcsék előfeltárása (csirizesítése) is bekövetkezik, ami a jobb emészthetőséghez vezet. A többi hozzáadott kiegészítővel a kötés szilárdságát, súrlódás- ill. tapadás csökkentését, emésztés további elősegítését ill. tápanyagforrás növelését lehet elérni. A teljesség igénye nélkül így:

  • kötési szilárdság növelése (figyelembe vehető kötőanyagok: bentonit, melasz, vinasz, dextrinezett liszt és keményítőkészítmények, ligninszulfonát stb.)
  • súrlódás csökkentése (pl. talkum)
  • a szétesés elősegítése emésztéshez (csutkaliszt)
  • tapadáscsökkentés, egyúttal energiaszint növelés (zsír).

  Miután a kondicionálásra a granulálás előtt minden esetben szükség van, a kondicionáló egységet általában egybeépítik a granuláló berendezéssel. A kondicionáló egység jellegzetes kialakítási formáját a 3. ábra mutatja. A dercés tápot egy fokozat nélkül állítható fordulatszámú adagoló-etető csiga juttatja be a kondicionáló térbe, ahol egylapátos keverőtengely található. A tengelyre a lapátok csigavonal mentén kerülnek felhelyezésre, így folyamatos keverő berendezésként mûködik. (A kialakítása miatt a gyakorlatban kondicionáló csiga elnevezés is szokásos.) A beadagolt dercés tápot, kondenzálódott gőzt, ill. egyéb folyékony komponenseket keverés közben szállítja a beadagolás helyétől a kiömlőnyílás irányban, egyúttal a granuláló gép táplálóegységének is tekinthető. A kiömlőnyílásba épített tolólappal szabályozható a távozó anyag mennyisége.

  A kondicionáló egység mûködése akkor tekinthető megfelelőnek, ha:

  • a távozó anyag csomómentes (csomósodás a görgők megcsúszását, a préstér eltömődését okozhatja),
  • az anyaghőmérséklet 60-65°C (maximum 70-75°C),
  • az anyagáramlás folyamatos és egyenletes,
  • a kondicionáló térben az anyag mennyisége annyi, hogy abból gőz nem távozik,
  • a tenyérben összeszorított anyag egybeáll, de ez az egybeállt csomó könnyen szétomlik,
  • a kész granulátum nedvességtartalma nem több, mint 14%.

  Itt kell felhívni a figyelmet a darakomponensek szemcseméretének és eloszlásának a granulálást befolyásoló hatására. Az egyenletesen finom szemcsehalmaznál nagyobb a fajlagos felület, jobban kondicionálható, nagyobb a granulátum szilárdsága, ugyanakkor magas az aprítási költség. A granulátum szilárdsága úgy is növelhető, hogy a nagyobb szemcseméretû alkotók mellett finom porszerû anyagok is bekeverésre kerülnek. Különösen a nagyméretû szemcsék rontják a szilárdságot, környezetükben kialakuló repedések miatt növekszik a morzsolódás mértéke.

  A préselés mûvelete, présgépek kialakítása, mûködése

  A dercés keveréktakarmányok granulálási technológiájának fő mûvelete az előkészített dercés táp préselése. A granulátum formájú préselvény előállításakor a dercés táp anyagi részecskéi között kényszerkapcsolatokon alapuló kötések jönnek létre. A kötések kialakulásában – amint az már említésre került – legnagyobb szerepe a tömör állapotot létrehozó nyomásnak van.

  A 2. ábrán bemutatott gyûrûmatricás szálgranulátum előállításnál a tömörítési nyomás elérheti a 100Mpa-t (1000 bar). A matrica furatain átjutó granulátum tömörsége a fellépő legnagyobb nyomás függvénye. A matrica furataiban haladó anyag sebessége az un. alakítási sebesség, melynek értéke 1,5-2,5 cm/s. Az ennél nagyobb sebességnél növekszik ugyan a teljesítmény, de csökken a granulátum szilárdsága és fokozott gépkopást is eredményez.

  A préselés a fellépő mechanikai hatások következtében hőképződéssel jár, melynek egy része az anyag hőmérsékletét a kondicionáláshoz képest tovább növeli. A hőközlési folyamatok a takarmány hőre érzékeny összetevőire (vitaminok, fehérjék stb.) károsak is lehetnek, mivel ezek a 60-70°C hőmérsékletet csak 4-5 percig bírják ki jelentősebb károsodás nélkül. A hősérülés elkerülhető, ha a kondicionálási és préselési folyamat ennél nem hosszabb idejû, és azonnal a hûtőbe kerül a granulátum.

  A gyûrûmatricás granuláló gép vázlatát és mûködési elvét a 4. ábra szemléleti. A granulálás a matricatérben kezdődik és a matricafuratokban (azokból kilépve) fejeződik be. A kondicionált dercés táp a matrica belső terébe érkezik, a terelők egyenletes réteget létrehozva segítik a granuláló résbe jutását. Itt megtörténik az előtömörítés, majd a présgörgők a forgó matrica furataiba préselik az anyagot, ahol a nyomás hatására alaktartó szálgranulátummá formálódik. A forgó gyûrûs-matrica csőtengelyhez van rögzítve, hajtását a villanymotortól fogaskerekes vagy ékszíjas áttételen keresztül kapja. A présgörgők a görgőkeresztben rögzített álló csapok körül forognak. Hajtásukat a granuláló résben előtömörödő anyag közvetítésével a forgó matricától kapják. A megfelelő hosszúságra történő darabolást a matrica külső palástja mentén elhelyezett kések végzik. A granulátum hosszának és átmérőjének aránya optimális esetben 2-2,5.

  A matrica furatai gyakran hengeresek, de készülhetnek kúpos süllyesztéssel is. A kúpos süllyesztés a furat elején könnyíti az anyag bejutatását, még a végén kialakított kúpos süllyesztés a szálgranulátum távozását segíti, ezzel a hajszálrepedések megelőzhetők.

  A furat mérete és a matrica falvastagsága között egyenes, a matrica átmérő és fordulatszám között pedig fordított az arányosság. Így biztosítható a granulálási sebesség ill. granulálási időtartam megfelelő értéken tartása. Így a nagyobb furatméretnél vastagabb falu matricát használnak, valamint a nagyobb átmérőjû matricák fordulatszáma alacsonyabb, mint a kisebb átmérőjûeké.

  A matricák furatainak átmérője 1,2 mm-től 25 mm-ig terjed. Dercés táp granulálására 12 mm-nél nagyobb furatú matricát általában nem használnak. A granulálás fajlagos energiaigényét a matrica furatátmérője nagymértékben meghatározza. Különösen az 5 mm-nél kisebb granulátum átmérőnél nő meg ugrásszerûen a fajlagos tömörítési munka (5. ábra). A kisebb furatméreteknél ugyanis rohamosan csökken a matricába kialakítható szabad felület, ezáltal romlik a granulálási teljesítmény, megnő a fajlagos energiafogyasztás és a matrica élettartama kisebb lesz. (A kis furatméretû matrica egyébként is drágább.) A teljes technológiát figyelembe véve a fajlagos energia igény, a granulátum átmérőjétől függően a 14-30 kWh/t érték között alakul.

  5. ábra: A granulálás fajlagos energiaigénye az átmérő függvényében

  A présgörgők felületi kialakítása rovátkolt vagy érdesített. A présgörgő sugara a matrica sugarának 0,3-0,4-szerese. Kis és közepes teljesítményû gépeken 2 db, a nagyobb teljesítményû gépeken 3 db présgörgő található.

  A granuláló gépek üzemeltetése során külön figyelmet kell fordítani a gyorsan kopó, nagy igénybevételnek kitett alkatrészekre, a görgők és a matrica állapotára. A megkopott matrica belső hengeres felülete felszabályozató, ezzel azonban a furat hossza csökken, egyben az elérhető nyomás is alacsonyabb lesz.

  Új matrica beszerelésekor a bejáratás nem maradhat el. Ennek célja a munkavégző felületek fényesítése. A bejáratáshoz zsírral vagy olajjal összekevert koptató hatású keveréket használnak, amely lehet korpa-növényi olaj vagy kukoricadara-árpadara-finom, szitált homok-olaj keveréke. Ez utóbbi keveréket akkor kell használni, ha a furatok nem dörzsárazással készültek. A bejáratás időtartama 0,5-1 óra. A bejáratáshoz használt anyagot gondosan el kell távolítani. Ehhez zabdarát tartalmazó darakeveréket alkalmaznak. A présgép hosszabb leállításakor a korpa-növényi olaj keverékkel való járatás szükséges.

  A matricák cseréjekor a görgőket is cserélni kell. Görgők cseréjére szükség lehet továbbá az elhasználódásuk, meghibásodásuk miatt is. Ilyenek: görgőköpeny rovátkolt felülete elkopik, berágódik, rovátkák éle legömbölyödik ill. csapágytörés vagy besülés következik be.

  A jelenleg gyártott gépeknél általában a matrica síkja függőleges, a tengelye vízszintes elhelyezkedésû (6. ábra). Léteznek azonban függőleges tengelyelrendezésû granuláló gépek is, 1975-ig hazánkban is gyártottak licenc alapján egy ilyen típust (7. ábra). Ez utóbbinál a kondicionáló egység a vízszintessel szöget zárt be. A prés terhelésének (áramfelvételének) függvényében a kilépő keresztmetszetet egy szervomotor automatikusan szabályozta.

  A préselés kiegészítő mûveletei és gépei

  A préselést követő mûveletek célja, termék tárolásra és felhasználásra alkalmas állapotba hozása. Ugyanis a granuláló gépből kikerülő termék hőmérséklete magas (elérheti a 75-80°C-t), nedvességtartalma a megengedett 14%-nál nagyobb, szilárdsága sem megfelelő, külső behatásra könnyen morzsolódhat. Továbbá a nagyobb átmérőjû, gazdaságosan gyártható granulátumokat morzsázással apríthatjuk fel megfelelő mérettartományú szemcsékre az egyes állatfajoknál (főleg baromfiak, malacok). Az előzőek miatt a granuláló vonalba hûtő, morzsázó és háromfrakciós osztályozó beépítésére kerül sor.

  A granulátumhûtőben a préselt takarmány közel a környezeti hőmérsékletre hûl, ezzel egyidőben a nedvességtartalma is lecsökken a megengedett értékre, valamint megnő a szemcsék szilárdsága. A különböző szerkezeti kialakítású hûtőkben többnyire gravitációsan áramlik az anyag, és a 150-250 mm rétegvastagságú préselvényen környezeti levegőt áramoltatnak át. Leggyakrabban az egy- és kétcsatornás hûtőoszloppal rendelkező gépeket használják, melyekben 15-20 percig tartózkodik az anyag. A hûtőberendezés és a granuláló gép teljesítményét össze kell hangolni, a hûtőnek mindig telítve kell lenni, csak így lesz egyenletes a levegő áthaladása.

  Morzsázás

  Elsősorban a növendék állatok részére szükséges, kis átmérőjû granulátumok előállítása csak aránytalanul nagy energiával (lásd 5. ábra) és a présgép alkatrészeinek fokozott igénybevételével valósítható meg. Gazdaságosabb megoldás, ha nagyobb átmérőjû granulátumot készítünk, majd a hûtés után morzsázó hengerpárral aprítjuk fel a kívánt méretre. Ez akkor javasolható, ha 5 mm-nél kisebb átmérőjû granulátumra van szükség.

  A morzsázó hengerek hasonlítanak az egyszerû malmi hengerekhez. Felületük rovátkolt, átmérőjük 150-200 mm. A két henger kerületi sebessége eltérő, a gyorsan és lassan forgó henger kerületi sebességének ill. fordulatszámának aránya megközelítően 3:2. A két henger közötti un. morzsázó rés az egyes típusú gépeknél eltérő mérettartományban állítható (maximálisan 0-20 mm). A lassú henger beépítése lehetővé teszi a beállított résen belül további 20 mm elmozdulást rugó ellenében, amennyiben idegen anyag (pl. vas szennyezés) kerül a gépbe.

  A morzsázás technológiája lényegében egy háromfrakciós osztályozással egybekapcsolt körfolyamatos aprítás is egyben. Így a technológiai sorba a morzsázó-gép után a háromfrakciós osztályozó beépítésére mindig szükség van. A morzsázó rés beállításánál a minimális dercés anyag képződésre kell törekedni (az alsó átesés max. 20%), mert ezt a részt vissza kell juttatni a granulálóba. Ilyenkor 15-20% úgynevezett felső átmenet képződik az osztályozó berendezés felső rostáján, amit újbóli morzsázásra vezetünk vissza. A morzsázás technológiájának elvi vázlatát bemutató 8. ábra is szemlélteti, hogy a megfelelő szemcseméretû frakció aránya 60-65%.

  A morzsázó-gép kialakítása (9. ábra) lehetővé teszi a technológiai folyamatban előtte és utána álló gépekkel történő egybeépítést. Ha a granulátumot nem kívánjuk morzsázni, akkor a hûtőberendezésből távozó anyagot kerülő vezetéken vezethetjük át a morzsázó-gépen. Ilyenkor a hengerpárok nem forognak. Osztályozásra ilyenkor is szükség van, mert a rostán átesett dercés, morzsálódott anyagot a granuláló gép elé vissza kell vezetni.

  Préselt takarmányok minősítése

  A témakörnek megfelelően jelenleg a granulátumok minősítésével foglalkozunk, és csak a fontosabb jellemzőkre térünk ki. A préselvény minőségének ellenőrzésére több szempontból is szükség lehet. Leggyakrabban a méretének, kopásállóságának, valamint a sûrûségének (darab- és halmazsûrûség) az ellenőrzésére kerül sor. Méretvizsgálatnál a minta tömege függ a granulátum átmérőjétől: 5 mm-ig 10 g, 5-10 mm között 50 g, 10 mm felett 100 g. A vizsgálatnál a minta hosszát és átmérőjét egyenként mérik, és átlagolva adják meg az l/d értéket.

  A kopásállóság meghatározása szabványosított 300x300x127mm méretû koptatódobban történik. Az 500 g tömegû mintát 500 ejtéssel (50 1/min fordulaton 10 percig forgatják) vizsgálják. Az átforgatott anyagot a granulátum átmérőjéhez előírt lyukméretû (2. táblázat) rostán kell átereszteni. A kopásállóságot kifejező PD indexet a rostán fennmaradt (Q) és a felöntött teljes tömeg (500 g) arányában 10-es szorzót figyelembe véve határozzák meg: PD==(Q/500)×10. A granulátum minőségi besorolása a 3. táblázat szerint történhet.

  2. táblázat
  A granulátum átmérőhöz előírt rostalyuk méretek
  A granulátum átmérője, mm	A vizsgálati rostalyuk mérete, mm
  2,0	1,4
  2,5	2,0
  3,0	2,8
  3,5	2,8
  4,0	2,8
  4,5	4,0
  5,0	4,0
  6,0	5,6
  7,0	5,6
  8,0	5,6
  9,0	8,0
  10,0	8,0

  3. táblázat
  A granulátum minősítése a PD index szerint
  PD index értéke	Granulátum minősítése
  9,0	a minőség nagyon jó
  8,5-9,0	a minőség jó
  8,0-8,5	a minőség elfogadható
  7,5-8,0	a minőség gyenge
  7,5	a minőség nem fogadható el

  A tárolás, manipulálás során bekövetkező morzsálódás úgy vizsgálható, hogy 500 g mintát engednek át a fentiekben megadott lyukméretû rostán. Az áthullott (Y) mennyiséget viszonyítják a minta teljes tömegéhez, és %-ban fejezik ki a morzsolódási mutatót:

  T=(Y/500)×100 [%]

  A vizsgálatot a szállító kiadagoló vonal különböző pontjain végezve, meghatározható az egyes eszközök okozta morzsolódási hatás.
  
  A granulátum sûrûséget (r) a mért értékekből számított térfogat és szemcsetömeg ismeretében határozzák meg. Értéke 1,6-2,2-ször nagyobb, mint a dercés táp sûrûsége (ro).
  
  A halmazsûrûség (vagy ömlesztett térfogattömeg) viszont az adott granulátum halmaz tömegének és ömlesztett térfogatának hányadosaként számítható.