Технические науки/5. Энергетика

Д.т.н. Попов В.М., Афонькина В.А., Шукшина Е.И., Хатмуллин Ш.А.

Челябинская государственная агроинженерная академия, Россия

Поиск рационального энергосберегающего способа сушки рапсового семени

Развитие перерабатывающих отраслей АПК на сегодняшний день направлено на совершенствование существующих и создание новых энергосберегающих экологически чистых технологий. Возделывание и переработка семян рапса не является исключением и на сегодняшний день наращивает обороты.

Известно, что количество влаги определяет интенсивность протекания биохимических процессов в семенах, в первую очередь, их дыхание. С понижением влажности жизненные процессы замедляются, обмен веществ в семени идет медленно, что способствует сохранению семян от порчи при длительном хранении. Таким образом, сушка семян рапса является обязательным и необходимым процессом перед закладкой их на хранение.

Сушка мелкосемянных культур, представителем которых является рапс, имеет свои особенности по сравнению с сушкой зерновых, из-за их различных физико-механических свойств. Влажность таких семян после сушки и охлаждения не должна превышать 8%. Размеры их значительно меньше, скорость витания ниже, а аэродинамическое сопротивление выше. Из-за небольшого размера семени, наличия масленичной составляющей и повышенной текучести, проектирование установок для сушки рапса связано с рядом трудностей. Масла при незначительном перегреве самовозгораются. Белок при высокой температуре свёртывается и гибнет. Рапс, высушенный высокотемпературной технологией, после нескольких месяцев хранения пригоден только для производства низкокачественного масла. Таким образом, тепловая сушка семян рапса является одной из наиболее трудоёмких, ответственных и уязвимых звеньев во всем технологическом процессе послеуборочной переработки рапса на семена.

Сушка свежеубранных семян должна протекать с минимальными затратами энергии на удаление влаги при наилучших технологических свойствах высушиваемого материала, не должны ухудшаться качественные показатели, не должно происходить растрескивания поверхности и увеличения масличной примеси, не должны снижаться всхожесть и энергия прорастания. Стойкость семян в процессе хранения зависит от целостности его структуры. Нарушение целостности оболочки, являющейся механической защитой от действия микроорганизмов, снижает устойчивость семенной массы, при хранении органическая сорная примесь обладает большой гигроскопичностью.

Сушка представляет собой комплекс одновременно протекающих и влияющих друг на друга явлений. Это перенос тепла от агента сушки к высушиваемому материалу через его поверхность, испарение влаги, перемещение влаги с поверхности материала в сушильную зону [1-3].

На испарение влаги влияют в основном два процесса: влагопроводность и термовлагопроводность. Для того, чтобы эти процессы испарения влаги совпадали по направлениям, необходимо, чтобы температура поверхности семени была ниже температуры внутри ядра, так как в противном случая сушка будет значительно тормозиться.

Низкий коэффициент влагопроводности создает условия для растрескивания семян при конвективной сушке. При испарении влаги с поверхности происходит усадка семени, влага не успевает переместиться из глубинных слоев к поверхности, в результате чего семенная оболочка трескается.

В барабанных сушилках процесс сушки происходит в перемешивающемся слое семян, а сушильный агент выполняет дополнительную функцию по транспортированию их внутри сушилки [4]. Продолжительность пребывания в сушилке отдельных семян может различаться на 30%, что отрицательно влияет на равномерность нагрева. Количество обрушенных семян увеличивается. Съем влаги составляет 2-4% за один проход.

При сушке семян рапса в шахтных сушилках выявлен ряд существенных недостатков: неравномерность скорости движения внутри шахты и распределения сушильного агента в зонах сушки [3,4]. Следствием этого является неравномерное и местами очень сильное нагревание семян по всей ширине шахты, что приводит к возникновению пожаров и ухудшению качества семян и содержащегося в них масла.

Данные недостатки можно исключить, используя электротехнологии ИК - сушки [5]. При сушке мелкосемянных культур с использованием ИК-излучения с длиной волны 8,5-9 мкм есть ряд преимуществ:

- среда, окружающая семена рапса не является теплопередающей, следовательно, потери тепла на нагрев воздуха значительно меньше;

- отсутствие прямого контакта между ИК - излучателем и семенами не является препятствием для эффективной передачи тепла;

- возможность достичь отличного качества конечного продукта, которое существенно отличается от качества, получаемого традиционными методами сушки;

- почти полностью сохраняются витамины, аромат, биологически активные вещества, естественный цвет, а также все физические свойства.

- ИК - сушка в отличие от конвективной, обладает сниженным удельным потреблением энергии, из расчёта на 1 кг испарённой влаги.

Инфракрасная сушка дает возможность применения в качестве генераторов ИК – излучения пленочных электронагревателей, которые обеспечивают равномерное облучение продукта в режиме щадящих температур при уменьшении энергетических затрат. Применение пленочных электронагревателей в качестве тепловыделяющих и излучающих элементов позволяет кардинально расширить функциональные возможности сушки.

Примером инфракрасной сушильной установки с применением пленочных электронагревателей служит установка транспортерно-каскадного типа на производительность 5 тонн в час представленная на рисунке 1 [6].

Рисунок 1 – Схема сушильной установки транспортерно-каскадного типа на основе пленочных электронагревателей

Сушильные установки такого типа могут быть изготовлены по индивидуальным размерам, под конкретное помещение и любую производительность от 20 кг/ч.

Литература:

1. Гинзбург А.С. Основы теории и техники сушки пищевых продуктов. Пищевая промышленность, 1973. –528 с

2. Атаназевич В.И. Сушка зерна. –М.:Агропромиздат, 1989. –240 с.

3. Куцакова В.Е., Павлов В.Г., Петров С.В. Модернизация барабанной сушилки. -Масложировая промышленность, 1981, No1, с. 22-24.

4. Гержой А.П., Самочетов В.Ф. Зерносушение и зерносушилки. –М.: Колос, 1967. –255 с.

5. Гинзбург А.С. Инфракрасная техника в пищевой промышленности. М.: Пищевая промышленность, 1973. –527 с.

6. Патент РФ №102771. Сушильная установка. Попов В.М., Афонькина В.А., Кечкин А.А. Опубл. 10.03.2011.