CC BY
129
ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИИ АГРОПРОМЫШЛЕННОГО КОМПЛЕКСА
УДК 631.365.22:621.384.001.4 И.В. Григорьев, аспирант
С.П. Рудобашта, доктор техн. наук, профессор
ФГОУ ВПО «Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина»
импульсная инфракрасная сушка семян овощных культур
На операции послеуборочной обработки и хранения семян приходится 30...40 % всех трудозатрат в семеноводстве. Правильный выбор режимов обработки семян позволяет снизить потери, сохранить исходные качества семенного материала, увеличить срок его хранения. Особенностью семян овощных культур является повышенное содержание в них жира, клетчатки и специфической микрофлоры, которая ослабляет их стойкость при хранении и снижает посевные качества [1]. Свежеубранные семена овощных культур обладают повышенной влажностью, которая должна быть снижена до значений, требуемых по условиям хранения. Кондиционная влажность семян, закладываемых на хранение, достигается за счет сушки.
Послеуборочная сушка семян овощных культур осуществляется либо в естественных условиях, либо в сушильных шкафах с конвективным или кондуктивным теплоподводом. Недостатками данных способов являются длительность процесса, высокие энергозатраты и отсутствие эффекта стимуляции семян. Интенсификация процесса сушки семян овощных культур перспективна для снижения пиковых нагрузок на сушильные установки. Правильно организованный процесс сушки позволяет не только сохранить высокое качество сырьевого материала, но и улучшить его технологические и биологические показатели: снизить потери, уве-
личить срок хранения, повысить всхожесть и энергию прорастания.
Одним из способов интенсификации процесса сушки термолабильных материалов, к числу которых относятся семена овощных культур, позволяющим не только сохранить, но и в ряде случаев улучшить качественные показатели высушиваемого материала, является импульсная инфракрасная сушка [2]. В данном процессе инфракрасный энергоподвод к высушиваемому материалу осуществляется не в непрерывном режиме, а в осциллирующем, при котором температура материала поддерживается в определенном температурном режиме: *тт = 34 °С и ¿шах = 40 °С. Задаваемые значения гтП и ¿шах поддерживаются автоматически с помощью измерителя температуры материала и терморегулятора. Недостатком устройства для реализации импульсной ИК-сушки, описанного в работе [2], является использование в качестве датчика температуры материала термопары, заделываемой внутрь семени. Такой способ измерения температуры приемлем только для относительно крупных семян и совершенно не подходит для семян овощных культур. Кроме того, регулирование процесса только по температуре одного семени не обеспечивает полной достоверности по всей массе высушиваемых семян. В связи с этим для контроля температуры материала, высушиваемого импульсным ИК-спосо-
7
бом, в рассматриваемой работе использовали бесконтактный пирометр.
Импульсную ИК-сушку семян овощных культур осуществляли на экспериментальной установке, схема которой показана на рис. 1, на котором представлен продольный разрез устройства. Оно состоит из сушильной камеры 1 с размещенными в ней инфракрасными электрическими излучателями 2, датчиком оптического пирометра 3 и сетчатым поддоном 5 с высушиваемым материалом на лабораторных весах, а также из воздухозаборного отверстия 4, отводящего патрубка 6 и вентилятора 7.
Система автоматического регулирования включает в себя датчик оптического пирометра 3, электронный блок пирометра 8, блок питания 9, автоматический регулятор ТРМ202.
На поверхности, облучаемой ИК-излучателя-ми, температура измерялась бесконтактным пирометром Raytek MID с выходом стандартного сигнала 4.. .20 мА, а индикация значений температуры осуществлялась двухканальным измерителем-регулятором ТРМ202. Второй канал этого регулятора отображал температуру воздуха на входе в сушильную камеру, измеряемую термометром сопротивления Owen дтс 014-50м.в-3.20/0.2 (позиция 11 на рис. 1).
Относительная влажность и температура воздуха на выходе из камеры измерялись датчиком влажности и температуры MELA 13, с двумя каналами измерения сигнала 4.20 мА, а их индикация отображалась на втором двухканальном измерителе-регуляторе ТРМ202. Все сигналы от регуляторов ТРМ202 передавались на адаптер интерфейса 14 марки АС4, поступали на компорт ПЭВМ-15 в программу Owen Process Manager для отображения проСеть
БП
11
ЭБП ТРМ202
ТРМ202 АС4
Рис. 1. Экспериментальная установка для импульсной ИК-сушки
цесса в реальном времени и по окончании опыта архивировались в программе Owen Report Viewer для последующей обработки данных.
Убыль влаги в процессе ИК-сушки измеряли лабораторными весами Scale Cas MWP-300 (позиция 12 на рис. 1). Получаемые при этом данные для удобства проведения эксперимента периодически (каждую минуту) архивировались в программу «CAS MWP — система сбора данных».
Результаты экспериментальных исследований, полученные в лаборатории семеноведения ВНИИ-ССОКа, показывают, что нагревание свежеубран-ных и искусственно увлажненных семян редиса, моркови, свеклы, томата, огурца, лука, репы, укропа до определенной температуры не вызывает снижения их всхожести, а нагревание свежеубранных семян до 40.. .45 °С способствует повышению всхожести семян по сравнению с контролем [1]. Воздействие на семена более высоких температур (выше tmax = 45 °С) приводит к постепенному снижению всхожести семян. При высокой влажности семян их термостойкость снижается и всхожесть начинает падать. Поэтому в данных опытах был выбран диапазон изменения температуры высушиваемых семян 34.40 °С.
В соответствии с изложенным установили значения уставок температуры в термоконтроллере ТРМ202 37 ± 3 °С.
Для проведения эксперимента использовали семена овощных культур, полученные после уборки и приготовленные для сушки. Эксперимент проводился следующим образом. Семена размещали в один слой на металлической сетке, а семена с размером меньше ячейки металлической сетки — на металлической чаше весов. В опытах исследовали влияние на процесс сушки типа излучателей (КГТ, OSRAM, ELCER), высоты их подвеса, интервала между излучателями, скорости обдува семян. Условия экспериментов приведены в таблице.
Перед началом опыта включали приборы, помещали семена в сушильную камеру, подавали электропитание на излучатели, включали обдув семян и с помощью ноутбука запускали программы Owen Process Manager, «CAS MWP — система сбора данных». Периодически через определенный интервал времени выключали обдув и взвешивали семяна, после чего включали обдув и продолжали процесс. Опыт заканчивали при достижении образцом неизменного веса. Полученные данные со-
15
\
14
9
8
7
храняли в программах Owen Report Viewer и «CAS MWP-система сбора данных». Часть высушенных семян анализировали на влажность весовым методом по ГОСТ 10856-96. Метод определения влажности, а часть использовали для определения всхожести и энергии прорастания.
Для каждого из материалов указанным выше способом снимали термограммы и кривые их сушки. На рис. 2 в качестве примера приведена термограмма нагрева, а на рис. 3 — кривые сушки семян томата сорта Гея.
Как видно из рис. 2, температура семян томата в процессе сушки колеблется в заданных пределах 34.. .40 °С, что объясняется безынерционностью используемого излучателя КГТ. Стадия прогрева семян от комнатной температуры до максимальной занимает 70 с. Продолжительность циклов нагрев-остывание в процессе сушки изменяется незначительно и составляет 70.75 с, из которых на стадию нагрева приходится 30 с, а на стадию остывания — 40.45 с.
Как видно из сопоставления рис. 2 и 3, осцилляции температуры не отражаются на форме кривой сушки (кривая 3 на рис. 3), которая имеет монотонный характер. Это объясняется намного большей инерционностью поля влагосодержания по сравнению с полем температуры.
Как видно из рис. 3, начальное влагосодер-жание исследованных семян томата, выделенных из плода и отмытых (согласно технологии подготовки их к сушке), колеблется в значительных пределах: от 32,5 до 77 %. Согласно ГОСТ Р 52171-2003 [3] семена данной культуры должны быть высушены до влажности 9 % (что соответствует их влагосодержанию 9,9 %). Следовательно, до такого влагосодержания семена сохли в условиях эксперимента как в первом, так и во втором периоде сушки. Из сопоставления кривых сушки 1 и 2 можно заключить, что при использовании излучателей OSRAM и ELCER интенсивность сушки примерно одинакова.
В отличие от этого при облучении семян лампой КГТ скорость сушки как в первом, так и во втором периоде была существенно ниже.
Приведенные на рис. 3 кривые сушки были продифференцированы с помощью программы Advanced Grapher. Соответствующие им кривые скорости сушки представлены на рис. 4, из которого следует, что полученные кривые скорости сушки удовлетворительно согласуются. На графиках 1 и 2
Условия сушки семян овощных культур
T, °С
Высушиваемый материал (семена) Тип лампы Высота подвеса излучателей h, м Интервал между излучателями b, м
Томат Огурец Бобы Свекла КГТ 4 0, 8 ,0 0, чо ,3 0, 02 0,
Морковь Пастернак Укроп Петрушка OSRAM 4 0, 8 ,0 0, 0,16...0,105
Шалфей Иссоп Змееголовник молдавский Кресс салат ELCER 4 0, 8 ,0 0, 6 ,3 0, 02 0,
Примечание. Скорость обдува 1 1,8 м/с, tmin = 34 °С,
= 40 °С.
четко прослеживается первый период сушки, который наблюдается от начального влагосодержания до ин = 0,5 кг/(кг сух. материала). Это объясняется большим начальным влагосодержанием семян в данных опытах. Сушка семян, облучаемых лампой КГТ, протекает полностью во втором периоде. Это объясняется низким начальным влагосодержа-нием семян в этом опыте.
Обращает на себя внимание тот факт, что скорость сушки семян при облучении лампой КГТ ниже, чем при облучении излучателями OSRAM и ELCER. Это видно как из кривых сушки, так
t/60, с
Рис. 2. Термограмма нагрева семян томата сорта Гея в процессе импульсной ИК-сушки (излучатель КГТ, высота подвеса излучателей к = 0,15 м; интервал между излучателями S = 0,36 м; начальная влажность семян = 25 %; конечная влажность семян ^ = 9 %).
t
Рис. 3. Кривая сушки семян томата сорта Гея:
1 — излучатель 08ЯЛМ, высота подвеса к = 0,08 м; интервал между излучателями Б = 0,16 м;
2 — излучатель БЬСБЯ, высота подвеса к = 0,14 м; интервал между излучателями Б = 0,19 м; 3 — излучатель КГТ, высота подвеса к = 0,15 м; интервал между излучателями Б = 0,36 м
-dU/dф 10 2, 1/с
0,132"
0,126"
0,12"
0,114"
0,108"
0,102 0,096 0,09 0,084 0,078 0,072 0,066 0,06 0,054"
0,048 0,042 0,036 0,03 0,024"
0,018
0,12 0,16 0,2 0,24 0,28 0,32 0,36 0,4 0,440,48 0,52 0,56 0,6 0,640,68 0,72
и, кг/(кг вл., м-ла)
Рис. 4. Кривая скорости сушки семян томата сорта Гея:
1 — излучатель 08ЯЛМ, высота подвеса к = 0,08 м, интервал между излучателями Б = 0,16 м; 2 — излучатель БЬСБЯ, высота подвеса к = 0,14 м, интервал между излучателями Б = 0,19 м; 3 — излучатель КГТ, высота подвеса к = 0,15 м, интервал между излучателями Б = 0,36 м
и из кривых скорости сушки. Все кривые скорости сушки стремятся при т ^ да к равновесному влаго-содержанию, которое в условиях опытов составляло и = 0,17 кг/(кг сух. материала).
Высушенные импульсным ИК-способом семена овощных культур проверялись на энер-
гию и всхожесть согласно ГОСТ Р 52171-2003. В результате исследования установлено повышение всхожести семян овощных культур, высушенных импульсным инфракрасным способом, на 10...30 % и энергии прорастания — на 30.50 % (в зависимости от вида культуры), а у овощных нетрадиционных и редких культур в среднем соответственно — на 10.20 % и 15.30 % (в зависимости от вида культуры). Таким образом, ИК-сушка не только интенсифицирует процесс, но и стимулирует высушиваемые семена, повышая их посевные качества.
Список литературы
1. Методические указания и рекомендации по семеноведению и семеноводству овощных и бахчевых культур; под ред. В.Ф. Пивоварова, П.Ф. Конон-кова. — М., 1999. — 148 с.
2. Рудобашта, С.П. Кинетика импульсной инфракрасной сушки зерна в монослое / С.П. Рудобашта, С.А. Проничев // Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. Агроинженерия. — 2006. — № 3. — С. 53-55.
3. ГОСТ Р 52171-2003. Семена овощных, бахчевых культур, кормовых корнеплодов и кормовой капусты. Сортовые и посевные качества. Общие технические условия. — Режим доступа: http://www.gostrf.com/standart/Pages_gost/5921.htm.
