CC BY
4
УДК 664.724 DOI 10.24412/2311-6447-2023-4-245-250
Оценка пыле подавляющего воздеЗствия пищевого растительного масла в системе глазирования зерна пшеницы при его перемещении
Assessment of the dust-suppressing effect of edible vegetable oil in the glazing system of wheat grain during its movement
Директор С.В. Черкасов, заместитель директора Ю.Ф. Марков, младш. науч. сотрудник Л.Г. Ересько, младш. науч. сотрудник А.Н. Буряк
Кубанский филиал ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН, тел. (861) 255-30-02, kuban@fncps.ru
Director S.V. Cherkasov, Associate director Y.F. Markov, Junior research assistant L.G. Eresko, Junior research assistant A.N. Buryak
Kuban Branch of V.M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems of RAS, tel. (861) 255-30-02, kuban@fncps.ru
Аннотация. Существенной проблемой при перемещении, хранении и обработке зерна является выделение большого количества взрывоопасной пыли органического происхождения. Поскольку современные, широко распространённые в мире методы и приемы, позволяющие снизить количество выделяемой пыли в атмосферу и воздух рабочей зоны, не могут быть применимы в отдельных случаях, как, например, при погрузке зерна открытым способом на морские или речные суда, необходимо проводить исследования с целью поиска альтернативных способов пылеподавления. Таким способом является глазирование зерна пищевыми минеральными или растительными маслами. Данный метод пылеподавления позволяет провести однократную или двукратную обработку зерна с последующим снижением выделения пыли при его перемещении в течение длительного времени.
Abstract. A significant problem during the movement, storage and processing of grain is the release of a large amount of explosive dust of organic origin. Since modern, widespread methods and techniques in the world that reduce the amount of dust released into the atmosphere and the air of the working area cannot be applied in individual cases, such as loading grain in an open manner on sea or river vessels, it is necessary to conduct research in order to find alternative ways of dust suppression. This method is the glazing of grain with edible mineral or vegetable oils. This method of dust suppression allows for single or double processing of grain, followed by a reduction in the release of dust during its movements for a long time.
Ключевые слова: хранение зерна, промышленная безопасность, пылевыделение, глазирование
зерна
Keywords: grain storage, industrial safety, dust extraction, grain glazing
Предприятия по хранению и переработке зерна являются взрывопожароопас-ными. Источниками взрывопожароопасности является смесь воздуха с зерновой пылью определенной концентрации и искра или огонь.
Пыль, находящаяся в воздухе помещения и внутри оборудования (аэрозоль) при определенной концентрации, температуре и влажности - взрывоопасна, а осевшая на строительных конструкциях и оборудовании (аэрогель) - пожароопасна. Одной из главных причин разрушения при взрывах является вторичный взрыв, который приводит к более серьезным последствиям. Вторичные взрывы пыли - это результат накопления пыли на объекте. Накопленная пыль зажигается первоначальным взрывом, приводя его в более опасный бесконтрольный взрыв. Взвешенная в воздухе пыль (аэрозоль) характеризуется показателями взрывоопасности - нижним концентрационным пределом распространения пламени (НКПРП) и температурой
(О С.В. Черкасов, Ю.Ф. Марков, Л.Г. Ересько, А.Н. Буряк, 2023
самовоспламенения. Осевшая пыль (аэрогель) характеризуется показателями пожарной опасности - температурой тления, воспламенения и самовоспламенения.
Нижним пределом воспламенения аэрозоля является наименьшая концентрация пыли в воздухе, которая способна воспламениться от постороннего источника тепла с последующим распространением пламени на весь объем смеси. Для органической пыли НКПРП принят равным 30 г/м3.
Верхний концентрационный предел распространения пламени (ВКПРП) в аэрозоле характеризуется наибольшей концентрацией пыли в воздухе, при которой еще возможен взрыв. Дальнейшее увеличение концентрации пыли делает горение и взрыв невозможным из-за недостатка в пылевоздушной среде кислорода. Для органической пыли ВКПРП принят равным 2000 г/м3.
Во всех странах мира имеется законодательство или нормативные акты по соблюдению ряда правил реализации различных мероприятий, направленных на уменьшение пылевыделения при работе с зерном и мерах по предупреждению взрывов и пожаров. В России принят федеральный закон о промышленной безопасности предприятий, на его основе разработаны и действуют правила безопасности взры-вопожароопасных производственных объектов хранения и переработки растительного сырья [1]. С целью предупреждения взрывов и пожаров, снижения пылевыделения, предотвращения случайного искрообразования во всех странах мира в основном предусматривается аспирация транспортного технологического оборудования [2].
В некоторых странах для борьбы с зерновой пылью помимо аспирации широко используются и другие методы, такие как глазирование (аппликация) зерна минеральным или растительным маслами[3]. В России такая технология до настоящего времени широкого распространения не получила.
Актуальность решения на российских предприятиях, осуществляющих хранение и переработку зерна, задачи снижения выбросов зерновой пыли, выделяющейся при транспортировке зерна, на сегодняшний день высока в силу того, что экологические аспекты деятельности предприятий, а также вопросы безопасной эксплуатации оборудования являются одними из ключевых факторов при выработке стратегии решения экологических проблем окружающей среды, развития отечественной промышленности и повышения ее конкурентоспособности.
Сформировавшийся на мировых рынках кризис продовольствия привел к резкому повышению спроса на зерно, являющееся в настоящее время одним из существенных экспортных ресурсов России. Указанный конъюнктурный спрос предоставляет России, занимающей одно из первых мест в мире по экспорту зерна, уникальную возможность укрепить свою роль на мировых продовольственных рынках со всеми вытекающими отсюда последствиями, в том числе и политическими. При этом существенно то, что зерно относится к категории возобновляемых ресурсов.
Сложившийся на протяжении последних лет растущий ежегодный экспортный потенциал России, по оценкам Министерства сельского хозяйства, в сезоне 2023 г. составит более 65 млн т зерна. При этом большая часть экспортируемого зерна, отгружается через зерновые терминалы Краснодарского края.
Потенциальные возможности увеличения Россией экспорта зерновых культур значительны в силу далеко неполного использования имеющихся земельных ресурсов. Конечно, при этом основное внимание необходимо уделять внутреннему рынку зерновых [4].
Цель работы - определение эффективности распыления пищевого растительного масла в системе пылеподавляющего глазирования зерна. Методика опытного глазирования зерновых проб в лабораторных условиях заключается в создании специального лабораторного стенда, обеспечивающего возможность взаимодействия в ограниченной системе взвеси мелкодисперсного распыленного пищевого подсолнеч-
ного масла - с циклически пересыпающимися зерновками исследуемой зерновой пробы, находящейся во вращающейся реакционной камере [5].
Длительность взаимодействия распыляемого с постоянной скоростью масла и пересыпаемой пробы зерна фиксированного объема - являются параметрами, обеспечивающими возможность получения заданных концентраций распыленного масла в зерновых пробах. Набор зерновых проб с необходимыми концентрациями распыленного масла получают путем задания соответствующих длительностей распыления масла в циклически пересыпающихся зерновых пробах фиксированного объема.
Характеристики элементов лабораторного стенда:
- объем реакционной камеры — 15 л.
- скорость вращения реакционной камеры — 24 об/мин.
- объем разовой зерновой пробы — 1,5л и 4,5 л.
- расход распыляемого масла — 1 мг/с.
1
6
А
%
Рис. 1. Схема лабораторного стенда для проведения, опытного глазирования зерновых проб: 1 - вращающаяся камера, с засыпанной пробой зерна; 2 - привод вращения сосуда; 3 - левая опора; 4 - вал; 5 - соединительная муфта; 6 - опорная скользящая телескопическая муфта; 7 - правая опора; 8 - небулайзер; 9 - осевой вентилятор; 10 - пластинка пылеосаждения
Принцип работы стенда основан на взаимодействии циклически пересыпающейся зерновой пробы с мелкодисперсно распыленным потоком подсолнечного масла. Пересыпание зерновой пробы осуществляется в результате вращения вокруг собственной оси камеры с зерновой пробой 1. Распыленное компрессионным небулай-зером 8 с дисперсностью около 10 мкм масло вводится в камеру через скользящую телескопическую муфту 6 по продольной оси камеры 1.
Принцип работы компрессионного небулайзера (от лат. nebula — туман, облако) основан на эффекте Бернулли. Воздух, как рабочий газ, входит в камеру небулайзера через узкое отверстие (отверстие Вентури). На выходе из этого отверстия давление падает, скорость газа значительно возрастает, что приводит к засасыванию в эту область пониженного давления через узкие каналы масла из резервуара камеры. При встрече масла с воздушным потоком под действием газовой струи она разбивается на мелкие частицы, размеры которых варьируют от 15 до 500 микрон — это есть так называемый «первичный» аэрозоль. В дальнейшем эти частицы сталкиваются со встроенной «заслонкой», в результате чего образуется «вторичный» аэрозоль — ультрамелкие частицы размерами от 0,5 до 10 мкм (около 0,5 % от первичного аэрозоля), который далее выводится через выходной штуцер, а большая доля частиц первичного аэрозоля (около 99 %) осаждается на внутренних стенках камеры небулайзера и вновь вовлекается в процесс образования аэрозоля.
Вращение камеры обеспечивает привод постоянного тока с редуктором 2, частота вращения 24 об /мин.
Камера 1 имеет жесткое соединение с валом 4 привода 2 через соединительную муфту 5 с одной стороны и скользящее соединение через телескопическую муфту с другой стороны. Муфта 5 имеет аспирационный канал, обеспечивающий возможность протягивания воздуха через внутренний объем камеры 1. Опора 3 для вала 4 и опора 7 для скользящей муфты 6 обеспечивают стабилизацию горизонтальной оси вращающейся части системы. Объем камеры 15 л. Размер зерновой пробы от 1,5 до 4,5 л. Зерновая проба загружается в сосуд и выгружается из него через разъемную телескопическую муфту. Распыление масла производится компрессионным небулайзером с постоянным расходом 1 мг/с. Побудителем расхода является воздушный поток, создаваемый компрессором небулайзаера. Дисперсность распыления масла небулайзером составляет около 10 мкм.
Задание необходимой концентрации распыленного масла в зерновой пробе осуществляется путем задания пропорциональной длительности распыления масла в непрерывно пересыпаемую пробу зерна. Диапазон задаваемых концентраций масла в зерновой пробе от 0 до 800 мг масла кг зерна.
При имеющемся расходе распыляемого масла в 1 мг/с с учетом размеров зерновых проб указанные концентрации масла в зерновых пробах обеспечивают длительность распыления масла в диапазоне от 0 до 653 с.
Осевой микровентилятор 9 используется при оценке пылеобразующих свойств зерновой пробы — такие оценки проводят при вынутом небулайзере. При проведении же непосредственно опытного глазирования проб зерна с работающим небулайзером указанный вентилятор находится в выключенном состоянии.
В зоне разряжения работающего микровентилятора, вытягивающего из вращающейся камеры воздух с выделившейся из пересыпающейся зерновой пробы пылью, находится предварительно туда, установленная пластинка с нанесенным клеящим слоем, на которую и осаждается содержащаяся в воздухе зерновая пыль.
Такие пластинки пылеосаждения изготавливают разрезанием на прямоугольные части самоклеящейся пленки с последующим снятием покрывающей бумаги с их клеевого слоя. Площадь поверхности каждой такой пластинки составляет около 4 см2.
Каждая из таких пластинок помещена в свою отмаркированную чашку Петри - вынимают и помещают туда пластинки пинцетом.
Взвешивание пластинок пылеосаждения до и после 5 минутного цикла пересыпания зерновой пробы позволяет производить сравнительную оценку пылеобразующих свойств анализируемых зерновых проб. Такая 5 минутная длительность цикла пересыпания зерновой пробы была выбрана экспериментально как наиболее эффективно обеспечивающая осаждение на пластинку пыли.
В табл. 1 представлены исходные данные экспериментов, проведенных на описанном выше лабораторном стенде для 10 зашифрованных зерновых проб, обработанных масляным аэрозолем в концентрациях от 0 до 800 мг масла на кг зерна, что эквивалентно значению от 0 до 800 г масла на тонну зерна в промышленном варианте проведения глазирования. Обработанные маслом пробы были упакованы в герметично закрываемые емкости, на которые были нанесены шифры проб.
Все 10 полученных проб были переданы в аккредитованную лабораторию для проведения испытаний, которые показали полное соответствие проб нормативной документации на продукцию [6].
На этом основании можно сделать вывод о том, что концентрация введенного в зерновой поток масла вплоть до 800 мг/кг или 800 г/т не приводит к проявлению в зерновых пробах признаков, позволяющих идентифицировать наличие масла и иных посторонних признаков в зерне.
Таблица 1
Пробы зерна пшеницы, подвергнутые опытному глазированию в лабораторном стенде
Шифр зерно- Концентра- Масла Расход Длительность Тип Отметка
вой пробы ция масла, мг/ бутылку масла распыления зерновой выполнения
мг/кг (1,225 кг) мг/с масла, с пробы
10 0 0 0 0 1 +
11 10 8,16 1 8 1 +
12 20 16,33 1 16 1 +
13 50 40,82 1 40 1 +
14 100 81,63 1 81 2 +
15 200 163,27 1 163 2 +
16 300 244,90 1 244 2 +
17 400 326,53 1 326 2 +
18 500 408,16 1 408 2 +
21 800 653,06 1 653 2 +
* Примечание: тип зерновой пробы: 1 - из имевшихся ранее проб зерна; 2 - из вновь полученной партии проб зерна.
Отдельно проводилась лабораторная оценка пылевых характеристик зерна в этих же зерновых пробах. Для этого на специальную площадку в телескопической муфте устанавливали отмаркированные и предварительно взвешенные пластинки пылеосаждения. Далее включали привод вращения камеры с пересыпающейся зерновой пробой и привод микровентилятора, вытягивающего воздух с содержащейся в нем зерновой пылью на пластинку пылеосаждения . Экспозиция каждого такого цикла пылеосаждения составляла 5 мин. Данные с результатами взвешиваний пы-леосаждающих пластинок представлены в табл. 2.
Таблица 2
Результаты взвешивания пластинок пылеосаждения
07.04 № чашки Вес пленки с клеящим слоем , г
Дата взвешивания
07.03.23 13.03.23 14.03.23 Чистая пленка 04.04.23 07.04.23 24.05.23
1 0,1934 0,1935 0,1330 0,1330
2 0,2000 0,2000 0,1503 0,1506
3 0,1922 0,1922 0,1596 0,1606
4 0,1798 0,1799 0,1401 0,1402
5 0,1890 0,1890 0,1425 0,1425
6 0,1889 0,1890 0,1357 0,1360
7 0,1965 0,1966 0,1469 0,1474
8 0,1897 0,1894 0,1392 0,1392
9 0,1953 0,1952 0,1381 0,1382
10 0,1860 0,1862 0,1415
11 0,1927 0,1927 0,1582 0,1587
12 0,1952 0,1954 0,1078 0,1079
13 0,1894 0,1894 0,1495 0,1497
14 0,1967 0,1968 0,1416 0,1418
15 0,1975 0,1975 0,1475 0,1486
16 0,1901 0,1902 0,1434 0,1437
17 0,1870 0,1875 0,1410 0,1415
18 0,1764 0,1769 0,1496 0,1502
19 0,1901 0,1904 0,1379 0,1383
20 0,1808 0,1808 0,1410 0,1413
21 0,1741 0,1742 0,1479 0,1484
22 0,1943 0,1943 0,1581 0,1584
23 0,1942 0,1943 0,1608 0,1621
24 0,1753 0,1754 0,1402 0,1402
25 0,1766 0,1767 0,1466 0,1466
Шифры-номера пластинок пылеосаждения привязаны к измерениям осаждения пыли в зерновых пробах, подвергнутых лабораторному глазированию с разными нормами введения масла.
В колонках с датами 07.03.23 и 13.03.23 приведены данные о взвешивании пластинок, не подвергнутых осаждению на них пыли. Это сделано для оценки погрешности и чувствительности такого весового метода измерений. В колонках с датами 14.03.23, 04.04.23, 07.04.23, 24.05.23 приведены данные взвешивания пластинок, подвергнутых осаждению пыли из зерновых проб с разными нормами лабораторного глазирования зерна. Имеющиеся различия в полученных результатах такого взвешивания подтверждают, что такой метод оценки вполне однозначно отражает изменения запыленности воздуха при различных нормах распыления масла.
Вес устанавливаемых в муфту пластинок пылеосаждения при пересыпании необработанного и обработанного масляным аэрозолем зерна существенно отличается, что и подтверждает эффективность пылеподавляющего глазирования зерна. Глазирование зерна снижает капитальные и эксплуатационные затраты при его отгрузке на экспорт, сокращает выбросы пыли в атмосферу, обеспечивает нормативную запыленность на рабочих местах, снижает взрывоопасность, сохраняет товарную массу зерна от приема до загрузки в суда.
ЛИТЕРАТУРА
1. Федеральный закон от 21 июля 1997 г. N 116-ФЗ "О промышленной безопасности опасных производственных объектов";
2. Приказ Федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору от 3 сентября 2020 г. № 331 "Об утверждении Федеральных норм и правил в области промышленной безопасности «Правила безопасности взрывопожа-роопасных производственных объектов хранения и переработки растительного сырья".
3. Технический регламент Таможенного союза TP ТС 029/2012 «Требования безопасности пищевых добавок, ароматизаторов и технологических вспомогательных средств» (с изменениями на 18 сентября 2014 года) // Решение Совета Евразийской экономической комиссии от 20 июля 2012 г. N 58;
4. Указ Президента Российской Федерации от 21.01.2020 г. № 20 «Об утверждении Доктрины продовольственной безопасности Российской Федерации» / / http: //publication.pravo.gov.ru/Document/View/0001202001210021;
5. QUIPMENT AND SCIENTIFIC STUDIES OF EXPERIMENTAL DATA ON STORAGE OF WHEAT GRAIN Yuri F. Markov, Alexandra N. Buriak, Larisa G. Eresko Журнал «Пищевые системы», 2019, том 2, № 4. С. 25-30;
REFERENCES
1. Federal Law No. 116-FZ of July 21, 1997 "On Industrial Safety of Hazardous Production Facilities".
2. Order No. 331 of the Federal Service for Environmental, Technological and Nuclear Supervision dated September 3, 2020 "On Approval of Federal Norms and Rules in the field of Industrial safety "Safety Rules for explosion- and Fire-hazardous production facilities for storage and processing of vegetable raw materials".
3. Technical Regulations of the Customs Union TR CU 029/2012 "Safety requirements for food additives, flavorings and technological aids" (as amended on September 18, 2014) // Decision of the Council of the Eurasian Economic Commission of July 20, 2012 N 58.
4. Decree of the President of the Russian Federation No. 20 dated 01/21/2020 "On approval of the Doctrine of Food Security of the Russian Federation" / / http: / / publication.pravo.gov.ru/Document/View/0001202001210021.
5. QUIPMENT AND SCIENTIFIC STUDIES OF EXPERIMENTAL DATA ON STORAGE OF WHEAT GRAIN Yuri F. Markov, Alexandra N. Buriak, Larisa G. Eresko Journal of Food Systems, 2019, volume 2, No.4. pp. 25-30.
