CC BY
62
УДК 66.047.3.085
Исследование процесса сушки семян подсолнечника семенного фонда
инфракрасным излучением
Канд. техн. наук Демидов С.Ф. [email protected], д-р техн наук, проф. Вороненко Б.А., [email protected] канд. техн. наук Демидов А.С., Бакк О.А
Университет ИТМО Институт холода и биотехнологий 921002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9
Проведено исследование процесса сушки семян подсолнечника семенного фонда инфракрасным излучением выделенной длины волны при достижении заданного влагосодержания и не превышающей температуры 44- 46 °С на поверхности слоя обрабатываемого материала в зависимости от высоты слоя продукта, плотности теплового потока, расстояния от инфракрасного излучателя до продукта.
Ключевые слова: инфракрасное излучение, семена подсолнечника, сушка.
Investigation of the drying process sunflower seed fund by infrared
radiation
Demidov S.F. [email protected], Voronenko B-А. [email protected], Demidov A.S., Bakk O.A.
University ITMO Institute of Refrigeration and Biotechnologies 191002, Russia, St. Petersburg, Lomonosov str., 9 Research of process of drying of seeds of sunflower of seed fund by the infrared radiation of the allocated length of a wave is conducted at achievement of the set moisture content and not exceeding temperature of44 - 46 °C on a surface of a layer of a processed material depending on height of a layer of a product, density of a thermal stream, distances from an infrared radiator to a product. Keywords: infrared radiation, sunflower seed, drying.
Анализ механико-технологических параметров серийно выпускаемых сушилок показал, что эти установки предназначены, в основном, для обработки зерновых культур
[1-5 ].
Производимая сушильная техника не отвечает всем технологическим особенностям сушки подсолнечника, как для семенных целей, так и для товарного производства (получение масла). В этой связи, решение задач по обоснованию и разработке технологии, конструкции и рекомендаций для сушильной техники, предназначенной для сушки семян подсолнечника, является одной из актуальных задач народного хозяйства. Ее решение может гарантировать снижение потерь семян при послеуборочной обработке и обеспечить качественную сохранность материала.
Одним из современных и эффективных способов обработки свежеубранных семян является инфракрасная сушка, которая в сочетании с очисткой обеспечивает сохранность семян в течение определенного времени
Перспективы использования инфракрасной сушки свежеубранных семян подсолнечника объясняются тем, что этот способ сушки отличается достаточно высокой интенсивностью, экономичностью и позволяет сохранить питательные и посевные качества семян.
В соответствии с нормативами, семенной фонд хранят в тканевых мешках, в сухих, чистых, обеззараженных помещениях. Мешки укладывают на деревянные поддоны. Во время хранения семенного материала проводят его обеззараживание.
В Институте холода и биотехнологий СПбГУ ИТМО проводятся работы по сушке пищевых продуктов инфракрасным излучением [6-11].
Целью данной работы является исследование процесса сушки семян подсолнечника семенного фонда инфракрасным излучением выделенной длины волны при достижении температуры на поверхности продукта не более 44- 46 °С.
Для исследования процесса сушки семян подсолнечника семенного фонда был разработан экспериментальный стенд (рис.1).
В сушильной камере (2) установлены инфракрасные излучатели (1) с отражателями.
В качестве генераторов ИК - излучения применены линейные кварцевые излучатели (1) диаметром 0.012 м с функциональной керамической оболочкой [1]. ИК - излучатели (1) установлены сверху и снизу относительно сетчатого поддона с подложкой из нержавеющей сетки(3) с шагом 2 мм, который может перемещаться с помощью направляющих в вертикальном направлении. На подложку из нержавеющей сетки помещается продукт. Перемещение поддона позволяет регулировать расстояние между инфракрасными излучателями (2) и поддоном (З).Скорость воздуха обдува слоя семян подсолнечника семенного фонда составляло 0,35 м/с.
Для регулировки плотности теплового потока, падающего на объект сушки, меняются значения сопротивления нихромовой спирали ИК - излучателя.
Для измерения напряжения на клеммах ИК - излучателей (1) в диапазоне 210-220В используется вольтметр.
Для снятия температурных полей в объектах сушки используются хромель-алюмелевые ТХА 9419-23 термопары градуировки ХА94 с диаметром проволоки 6-10-4 м (6).
Рис. 1. Экспериментальный стенд для исследования процесса сушки семян подсолнечника семенного фонда инфракрасным излучением.
Рис. 2. Фото экспериментального стенда.
Измерение температуры поверхности облучаемого материала производится при помощи дистанционного неконтактного инфракрасного термометра Raytek MiniTemp МТ6.
Измерение плотности теплового потока осуществлялось при помощи термоэлектрических датчиков плотности теплового потока ДТП 0924-Р-О-П-50-50-Ж-О(7).
Измеритель температуры ИТ-2 в комплекте с преобразователями плотности теплового потока (7) и ТХА (ХА94) термопарами используется в качестве устройства автоматизированного сбора и обработки информации.
Убыль массы семян подсолнечника семенного фонда в процессе сушки измеряется устройством автоматического взвешивания (5), разработанного на базе электронных аналитических весов GF-600.
Для измерения влажности семян подсолнечника семенного фонда используется анализатор влажности ЭЛВИЗ-2.
Нами был использован метод экспериментально-статистических исследований, в результате которых получили эмпирическую математическую модель изучаемого процесса (уравнение регрессии). В дальнейшем ею используем для управления процессом - нахождения оптимальных условий его проведения и создания этих условий [12, 13].
Таблица 1
Таблица экспериментальных данных исследований процесса сушки семян
подсолнечника семенного фонда.
№ п/ п Высота слоя семян подсолнечн ика, мм 21 Плотнос ть тепловог о потока, кВт/м2 22 Расстояние от ИК-излучателей до слоя семян подсолнечника, мм 23 Влагосодержа ние семян подсолнечник а, кг/кг 24 X 1 Х2 Х3 Х4 Значение отклика, У (мин.)
1 20 3,33 60 19 1 1 -1 1 41,40
2 20 3,33 60 15 1 1 -1 -1 29
3 20 2,84 60 19 1 -1 -1 1 46,30
4 20 2,84 60 15 1 -1 -1 -1 33
5 20 3,33 70 19 1 1 1 1 43
6 20 3,33 70 15 1 1 1 -1 30
7 20 2,84 70 19 1 -1 1 1 48
8 20 2,84 70 15 1 -1 1 -1 34,30
9 30 3,33 60 19 1 1 -1 1 44
10 30 3,33 60 15 1 1 -1 -1 30,48
11 30 2,84 60 19 1 -1 -1 1 46,40
12 30 2,84 60 15 1 -1 -1 -1 35,28
13 30 3,33 70 19 1 1 1 1 45,30
14 30 3,33 70 15 1 1 1 -1 32,18
15 30 2,84 70 19 1 -1 1 1 44,20
16 30 2,84 70 15 1 -1 1 -1 36,58
На рисунках 3-6 представлены графики зависимости влагосодержания семян подсолнечника семенного фонда от времени сушки.
Ъ4 кг/кг
19
17
15 ^
13 11
1111
"ч
e=5í¡
lili
X
^fe
12
24
36
48
60
Графики 1,2 при:
20мм г2= 3,33кВт/м гз=60мм Графики 3,4 при:
г1=30мм
♦ 1 график
3 график 2 график
4 график
У, мин
Рис. 3. График зависимости влагосодержания семян подсолнечника от врем ени при высоте слоя семян подсолнечника 21, плотности теплового потока ИК - излучателя 22, расстоянии от ИК - излучателя до слоя семян подсолнечника 73.
кг/кг 21
19 17 15 13 11
12
24
36
48
"рафики 1,2
при:
г1=20мм
г2=2,84кВт/м2
гз=50мм
"рафики 3,4
при:
г1=30мм
г2=2,84кВт/м2
♦ 1 график
3 график
2 график
4 график
60
У, мин
Рис. 4. График зависимости влагосодержания семян подсолнечника от времени при высоте слоя семян подсолнечника 21, плотности теплового потока ИК - излучателя 22,
2
9
7
0
9
7
0
расстоянии от ИК - излучателя до слоя семян подсолнечника Ъ3.
кг/кг 21
19 17 15 13 11 9 7
X
%
"X
ш
ш
\
Л.
12
24
36
48
60
У, мин
Графики 1,4
при:
г1=30мм
г2=2,84кВт/м
гз=70мм
Графики 2
при:
г1=20мм
Графики 3 при:
г1=30мм г2=2,84кВт/м г3=60мм
3 график ■ 1 график
2 график
4 график
0
Рис. 5. График зависимости влагосодержания семян подсолнечника от времени при высоте слоя семян подсолнечника Ъь плотности теплового потока ИК - излучателя Ъ2, расстоянии от ИК - излучателя до слоя семян подсолнечника Ъ3.
Ъ4, кг/кг
21 19 17 15 13 11 9 7
12
24
36
48
Графики 1,2 при:
г1=20мм г2=3,33кВт/ гз=60мм Графики 3,4 при:
г1=30мм
♦ 1 график
2 график
3 график
4 график
У, мин
2
0
Рис. 6. График зависимости влагосодержания семян подсолнечника от времени при высоте слоя семян подсолнечника Ъ1, плотности теплового потока ИК-излучателя Ъ2, расстоянии от ИК-излучателя до слоя семян подсолнечника Ъ3.
Продолжительность инфракрасной обработки при заданной плотности теплового потока инфракрасного (ИК) излучения определяется временем достижения заданного влагосодержания 7 кг/кг и температуры на поверхности слоя обрабатываемого материала, не превышающей 44- 46 °С.
Из анализа кривых (рис. 3-6) видно, что влажность семян подсолнечника на протяжении всего процесса сушки уменьшается с течением времени по линейному закону, при этом температура в центре слоя продукта не превышает 44- 46 °С.
Список литературы
1. Комышник Л.Д., Журавлев А.П., Хасанова Ф.М. Сушка и хранение семян подсолнечника. - М.: Агропромиздат, 1988. - 95 с.
2. Кошевой Е.П. Технологическое оборудование предприятий производства растительных масел. - СПб.: ГИОРД, 2001.- 368 с.
3. Куцакова В.Е., Логинов Л.И., Петров С.В. Некоторые кинетические закономерности процесса сушки в барабанных агрегатах при кондуктивно-конвективном теплоподводе. - Журнал прикладной химии, том 3, вып. 1. -С. 146-150.
4. Куцакова В.Е., Павлов В.Г., Петров С.В. Модернизация барабанной сушилки. -Масложировая промышленность, 1981, №1. - С. 22-24.
5. Лебедев П.Д. Сушка инфракрасными лучами. - М. Госэнергоиздат, 1955. - 232 с.
6. Демидов С.Ф., Вороненко Б.А., Демидов А.С. Сухое жарение ядер семян подсолнечника инфракрасным излучением // Процессы и аппараты пищевых производств. 2011. № 1.
7. Вороненко Б.А., Демидов С.Ф., Демидов А.С. Кинетика сушки семян подсолнечника инфракрасным излучением // Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья: Сб. материалов международной научно-практической конференции.- Краснодар: РАСН ГНУ КНИИХЛ, 2012,- С.223-229.
8. Демидов С.Ф., Вороненко Б.А., Ободов Д.А. Кинетика сушки бурых водорослей инфракрасным излучением. // Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья: Сб. материалов международной научно-практической конференции.- Краснодар: РАСН ГНУ КНИИХЛ, 2012,- С. 240-243.
9. Беляева С.С., Демидов С. Ф., Вороненко Б. А. Оптимизация процесса инфракрасной сушки с электроподводом зародышей пшеничных. // Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья: Сб. материалов международной научно-практической конференции.- Краснодар: РАСН ГНУ КНИИХЛ, 2012,- С. 219-222.
10.Демидов А.С., Вороненко Б.А., Демидов С.Ф. Сушка семян подсолнечника инфракрасным излучением // Новые технологии. - 2011. - Вып.№3. - С.25-30.
11.Ахназарова С.Л., Кафаров В.В. Методы оптимизации эксперимента в химической технике: учеб. пособие для хим.-технол. вузов. - 2-е изд., перераб. и допол. - М.: Высшая школа, 1985. - 327 с
12.Налимов В.В. Теория эксперимента. - М.: Наука, 1971. - 208 с.
13.Смирнова Г.П., Смирнов А.А., Буркацкая О.А. Сравнительный анализ развития малого предпринимательства в СЗФО РФ.: Lambert academic publishing. - 2011.
14.Smirnov A. Artificial intelligence: Concepts and Applicable Uses. Lambert Academic Publishing. - 2013.
15.Smirnov A., Abraham A., Vorobiev S. The potential effectiveness of the detection of
pulsed signals in the non-uniform sampling.: IEEE. - 2013. 16.Smirnov A. Modeling improved POS tagger using HMM. - 2013. 17.Smirnov A. Creating utility - based agent using POMDP and MDP //Ledentsov Readings. - 2013. - C.697.
