CC BY
29
УДК 620:631.365.22
ПРИМЕНЕНИЕ ЭАВ И СВЧ ПРИ СУШКЕ ЗЕРНА КОРМОВОГО НАЗНАЧЕНИЯ
А.Н.Васильев Д.А.Будников
Статья посвящена применению электротехнологий в процессах сушки зерна. Особое внимание уделено использованию электромагнитных полей микроволнового диапазона и электроактивированного воздуха. Ключевые слова: зерно, сушка, аэроионы, микроволны.
В области повышения качественных показателей продукции животноводства не малое значение имеет сохранение качества компонентов кормовых смесей. Одним из важных составляющих компонентов является зерно. Качественная послеуборочная переработка зерновых. Сушка при этом является одним из наиболее энергозатратных, а, следовательно, дорогостоящих процессов. Обеспечение качественной экономичной сушки зерновых кормового назначения важный процесс вследствии невысоких цен на зерновые культуры этого класса. Применение электротехнологий наряду с классическими методами сушки способно принести существенную экономию при проведении послеуборочной обработки урожая.
Помимо классических высокотемпературных методов сушки в шахтных сушилках, а также прочих, менее энергоемких, но также менее производительных методов, например сушка активным вентилированием, развиваются методы с применением альтернативных источников энергии и использованием электротехнологий в интенсификации низкопроизводительных методов и снижением затрат на высокопроизводительные методы.
В данной статье представлены варианты применения электромагнитных волн СВЧ диапазона при проведении сушки и применения аэроионизации агента сушки.
Вариантом совершенствования способа сушки зерна активным вентилированием является применение электромагнитных полей микроволнового диапазона. В этом случае перед загрузкой в бункер активного вентилирования зернистый материал подвергают воздействию СВЧ поля.
Загруженное в бункер зерно, вентилируют заданное время, затем порциями выпускают из бункера, контролируют его влажность, зернистый материал, достигший заданной влажности, направляют на технологическую линию дальнейшей обработки, а влажный материал подвергают воздействию СВЧ поля и направляют обратно в бункер на досушку.
При этом процесс повторяется циклически, дополнительно введены операции, в которых зернистый материал выпускают из бункера по вертикальным
зонам из различных выпускных устройств. Материал, поступающий из двух разных вертикальных зон бункера, направляют в зону воздействия СВЧ поля, там перемешивают и циклически воздействуют СВЧ полем. Время воздействия полем устанавливают таким, чтобы температура нагрева материала не превышала заданную величину, после первого и второго воздействий полем материал выдерживают в течение времени необходимого для снижения температуры до заданного значения, после третьего воздействия полем зерно выдерживают требуемое время без всякого внешнего воздействия.
На рисунке 1 приведена схема, поясняющая способ сушки. Сырое зерно подают в СВЧ активную зону 1, где на него воздействуют полем СВЧ. Обработка полем СВЧ приводит к перемещению влаги в зерне от его центра к поверхности, что снижает затраты энергии на сушку и увеличивает скорость процесса.
Г
\
сырое 1 зерно
Рис.1. Способ сушки активным вентилированием с применением СВЧ: 1 - СВЧ - активная зона; 2 - бункер активного вентилирования, 3 - центральный воздуховод; внешняя стенка; 5 - вентилятор; 6, 7 - потоки зерновой массы; 8, 9 - заслонки; 10 - поток сухого зерна; 11 - поток зерна на досушку
воздух
сухое зерно
После обработки полем СВЧ материал подают в бункер активного вентилирования 2. Зерно распределяется между центральным перфорированным воздуховодом 3 и внешней перфорированной стенкой бункера 4. После частичного заполнения бункера воздухозапорный клапан, расположенный в центральном воздуховоде, устанавливают ниже верхней кромки зерна и начинают процесс вентилирования. Атмосферный, или подогретый калорифером, воздух подают в центральный воздуховод вентилятором 5. Оттуда, через зерновой слой по радиусу бункера, воздух движется к внешней стенке цилиндра 4. При такой системе воздухораспределения значительная неравномерность влажности материала по радиальной толщине слоя.
4
По истечению заданного времени вентилирования, когда подсушатся до требуемой влажности слои зерна расположенные ближе к центральному воздуховоду, через выпускное устройство выпускают из бункера вертикальные слои зерна расположенные ближе к внешнему цилиндру. В реальных установках активного вентилирования это зависит от конструктивных особенностей бункера. В них может быть как несколько выпускных устройств, так и одно, к которому элементы конструкции бункера направляют вертикальные слои зерна расположенные ближе к внешней стенке цилиндра. Одновременно начинают выпускать материал расположенный ближе к центральному воздуховоду.
Соотношение объёмов выпускаемого влажного и подсушенного зерна зависит от исходной влажности материала загруженного в бункер, влажности зерна возле центрального воздуховода, критерия управления процессом активного вентилирования. Влажность выпускаемого зерна измеряют с помощью влагомеров. Если она соответствует требуемой конечной влажности, то материал с помощью заслонок 9 направляют в линию сухого зерна 10 для последующей обработки. Зерно, требующее досушки 11, направляют в СВЧ активную зону 1. Здесь зерно перемешивают, чтобы обеспечить равномерность обработки и повысить её эффективность.
Одновременно с перемешиванием зернистый материал подвергают воздействию СВЧ поля. СВЧ полем на материал воздействуют троекратно. Время воздействия поля устанавливают таким, чтобы температура нагрева зерна не превысила требуемого значения. После первого и второго воздействий полем материал выдерживают в течение времени необходимого для снижения температуры до заданного значения.
В течение этого времени происходит перераспределение влаги между влажным и подсушенным зерном. Экспериментально установлено, что после третьего воздействия полем на материал температуры его влажной и сухой составляющей выравниваются. Это говорит о том, что произошло выравнивание влажности между компонентами материала. Для этого зерно выдерживают без всякого воздействия требуемое время. Процесс рециркуляции закончен. Из СВЧ активной зоны 1 материал направляют в бункер активного вентилирования 2 для досушивания.
Также рассмотрим применение аэроионизации агента сушки при активном вентилировании зерна. Далее представлены результаты эксперимента в результате которого были получены кривые сушки, некоторые из которых приведены на рисунках 2 - 5.
Сравнивая кривые сушки (рисунок 2а и рисунок 2б) можно отметить, что изменение скорости агента сушки влияет на скорость сушки зерна и на соотношение скоростей влагосъёма для различных режимов. Так для скорости агента сушки 0,6 м/с время высыхания зерна до 14% влажности, при циклическом режиме воздействия аэроионов, составляет 1,2 часа. При постоянном воздействии аэроионов - 2 часа, а при классической сушке - 1,7 часа.
а) б)
Рис.2. Кривые сушки для исходных данных при трёх режимах сушки: а) Жй=16%, 7=20 0С, У=0,6 м/с; б) Жй=16%, 7=20 0С, У=1 м/с
При скорости воздуха 1 м/с уменьшилась скорость сушки зерна при циклическом воздействии аэроионов на участке влажности зерна с 16 до 15%. Скорость сушки же при постоянном воздействии аэроионов осталась постоянной, а при классической сушке - увеличилась. Однако, при скорости воздуха 1 м/с время сушки до влажности 14% как при классическом режиме, так и при постоянной подаче аэроионов не стало меньше времени сушки, чем при циклической подаче аэроионов и составило 1,2 часа.
Данные результаты позволяют говорить, что при сушке зернового слоя атмосферным воздухом, как это бывает при сушке активным вентилированием, увеличение скорости агента сушки с 0,6 м/с до 1,0 м/с равносильно по скорости сушки зерна применению циклического режима воздействия аэроионов. С учётом того, что при увеличении скорости агента сушки затраты электроэнергии будут больше, чем при режиме циклического воздействия аэроионами, то именно режим с циклическим воздействием может быть рекомендован при активном вентилировании зерна влажностью до 16%.
При увеличении температуры агента сушки до 34% (рисунок 3) опять наблюдается влияние на скорость влагосъёма скорости фильтрации воздуха в зерновом слое.
Так при скорости воздуха 0,6 м/с наибольшая скорость сушки наблюдается при постоянном воздействии аэроионов. При этом режиме зерно высохло до 14% за 0,32 часа, при циклическом воздействии - за 0,45 часа, а при классическом режиме - за 0,75 часа.
Увеличение скорости воздуха до 1,0 м/с уменьшило время сушки при классическом режиме до 0,62 часа, а при постоянном воздействии аэроионов -увеличило до 0,6 часа. При режиме циклического воздействия аэроионов время сушки зерна до 14% осталось равным 0,45 часа.
Время, ч Время, ч
а) б)
Рис.3. Кривые сушки для исходных данных при трёх режимах сушки: а) Ж„=16%, 7=34 0С, ¥=0,6 м/с; б) Ж„=16%, Т=34 °С, ¥=1 м/с
Данные результаты позволяют говорить о том, что при низкотемпературной сушке зерна влажностью до 16% наиболее эффективными являются режимы с использованием электроактивированного воздуха, но какому из режимов отдать предпочтение зависит от скорости агента сушки.
В соответствии с планом экспериментальных исследований были получены кривые сушки зерна исходной влажностью 24% активным вентилировании атмосферным воздухом. Кривые приведены на рисунке 4.
а) б)
Рис.4. Кривые сушки для исходных данных при трёх режимах сушки: а) Ж„=24%, Т=20 0С, У=0,6 м/с; б) Ж„=24%, Т=20 0С, У=1 м/с.
Из графиков видно, что наименьшее время высыхания зерна наблюдается при циклическом воздействии аэроионов.
Однако, при скорости воздуха 0,6 м/с, при сушке зерна до 17%, скорость влагосъёма была больше, чем при классическом режиме сушки. Затем она уменьшилась до скорости сушки при постоянной концентрации аэроионов.
При увеличении скорости агента сушки до 1 м/с более высокая скорость влагосъёма до влажности 16% наблюдалась при режиме постоянного воздействия аэроионов. Далее скорость сушки стала больше при циклическом воздействии аэроионов.
Данные результаты позволяют говорить, что при сушке активным вентилированием зерна влажностью 14-24% режим сушки необходимо выбирать в зависимости от текущей влажности зерна и скорости воздуха.
При низкотемпературной сушке зерна, когда атмосферный воздух подогревали до 34 0С, кривые сушки показали более однозначные результаты (рисунок 5).
Так, при скорости воздуха 0,6 м/с и при 1 м/с наибольшая скорость влаго-съёма наблюдается при режиме циклического воздействия аэроионов.
—без попов
1 И -попы ■попы постоянно ЦИК.1ИЧССКИ
\ \ «ц
1 V"...... \х ЛХ
N NN V
"ч.
25
2(1
л
*
= И
I
0.5
Время, ч
а)
2.5
3.5
—без ионов — ионы постоянно • ионы циклически
\ V
Ж "Ч Рч. N ""»■Чц^ *Чч( ___
_ _ ----------
Время, ч б)
Рис.5. Кривые сушки для исходных данных при трёх режимах сушки: а) ^П=24%, 7=34 0С, У=0,6 м/с; б) Жй=24%, 7=34 С, У=1 м/с
Поэтому сделаем вывод, что при сушке зерна влажностью 16-24% подогретым воздухом, для увеличения скорости влагосъёма целесообразно применять режим циклического воздействия.
Анализ кривых сушки позволил определить, для каких исходных данных процесса, какой режим сушки целесообразно использовать. Но движущие силы процесса интенсификации сушки при использовании электроактивированного воздуха не видны из кривых сушки. Это говорит о целесообразности изучения применения электротехнологий в процессах послеуборочной переработки зерна и кормоприготовлении.
Литература:
1. Пат. 201138312 РФ. Бункер для хранения и вентилирования зерна / А.Н.Васильев, Д.А.Бу-дников и др. - №113631; Заявлено 15.02.2006; Опубл. 27.02.2012.
2. Тихенький, В.И. Методы и средства повышения эффективности процесса сушки семян при электроразрядном воздействии на поток воздуха: Автореф. дис. канд. техн. наук: 05.20.01 / В.И. Тихенький. - СПб.: НПО «Нечерноземагромаш», 1993. - 16с.
3. Голубкович, А.В. Влияние ионизированного воздуха на массоперенос в зерне / А.В. Голуб-кович, Л.В. Шампанова // НТБ ВИМ. - 1986. - №65. - С.26-28.
Васильев Алексей Николаевич, доктор технических наук, заместитель директора Будников Дмитрий Александрович, кандидат технических наук, главный специалист ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства
Тел. (8499) 171-19-20 E-mail: vish@dol.ru
The article devoted to the application electrotechnologies in the process of the grain drying. Particular attention is paid to the use of the microwave fields and electroacti-vated air.
Keywords: grain, drying, aeroions, microwave.
УДК 620:631.365.22
ВАРИАНТЫ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ ЗЕРНА В ЛИНИЯХ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ ОБРАБОТКИ
A.А.Васильев
B.Р.Краусп
Статья посвящена разработке способа обеззараживания зерна от спор плесневых грибов и уничтожению микотоксинов при послеуборочной обработке, образующихся в процессе жизнедеятельности грибов. Использование способа позволит повысить качество обеззараживания, увеличить сроки хранения зерна и снизить энергозатраты на обработку.
Ключевые слова: обеззараживание зерна, электротехнологии, микотоксины, микроволны.
В последние годы как у нас в стране, так и во многих странах мира отмечается увеличение поражения пшеницы, ячменя и других колосовых культур болезнями, вызываемыми грибами родов Fusarium, Altemaria, Aspergillus, Pénicillium, Mucor, Trichoderma, Cladosporium и др.
