Сельское хозяйство/4.Технологии хранения и переработки сельскохозяйственной продукции

Преподаватель Осинцева Д.В.

К.т.н. Рудакова Т.И.

К.т.н. Осинцев Е.Г.

Южно-Уральский государственный университет, Россия

Челябинский филиал Российской академии народного хозяйства и государственной службы

Пути решения проблемы быстрой и безопасной сушки семян зерновых культур

Данная статья посвящена рассмотрению возможных способов сушки семян зерновых культур и выбору из них наиболее предпочтительных с точки зрения быстродействия и безопасности. Приведены кривые, показывающие скорость протекания процесса влаговыделения при инфракрасном и СВЧ нагреве семян зерновых культур различной влажности.

Быстрая и безопасная сушка семян зерновых культур является актуальной и серьезной проблемой сельского хозяйства. Для сохранности семян необходимо их высушить до безопасной влажности не ухудшая их репродуктивные показатели. Основным способом сушки семян зерновых культур является нагрев с последующим удалением влаги с поверхности. При этом необходимо учитывать допустимую температуру нагрева, при которой семена остаются жизнеспособными и не теряют урожайные показатели. Кроме нагрева существуют и другие способы сушки, которые были объединены в общую категорию. На рисунке 1 представлена классификация способов сушки семян зерновых культур.

Рисунок 1 – Классификация способов сушки зерна

Изменение свойств зерна при сушке можно понять и направлено регулировать лишь при комплексном его изучении с позиции физики и биохимии.

В литературе [1] приводится следующая классификация влаги коллоидного капиллярнопористого тела:

I. Свободная вода.

II. Влага капиллярносвязанная (физико-механической связи): 1) влага капиллярного состояния в макропорах; 2) стыковая влага макропор; 3) капиллярная влага микропор.

III. Влага адсорбционносвязанная (физико-химической связи): 1) влага полимолекулярной адсорбции; 2) влага мономолекулярной адсорбции.

IV. Вода химически связанная (химической связи).

Влажность, при которой в зерне появляется свободная вода, называется критической. С повышением свободной влаги повышается энергия дыхания зерна и развиваются микроорганизмы.

Критическая влажность дает представление о стойкости зерна при хранении. Сухое зерно основных злаковых культур с влажностью до 14% включительно устойчиво при хранении. Его можно хранить в насыпи большой высоты, что и практикуется при хранении. Наличие свободной влаги в зерне влияет на сохранность зерна, поэтому при размещении свежеубранного зерна на хлебоприемных предприятиях различают четыре состояния зерна и семян по влажности.[1]

Пшеница:

1. сухое (до – вкл.) – 14,0%

2. средней сухости – 14,0…15,5%

3. влажное – 15,5…17,0%

4. сырое (свыше) – 17,0%

Удаление свободной влаги позволит сохранить без потерь их продуктивные свойства, но при условии, что процесс нагрева будет находиться в допустимых пределах температуры, удаление других видов влаги вредны и даже губительны для семени.

Если рассматривать процесс нагрева семян зерновых культур с точки зрения электромагнитных воздействий, в первую очередь на влагу, то на основании рисунка 2 можно сказать, что наиболее восприимчивым является диапазон СВЧ излучения.

На рисунке приведена зависимость потерь энергии в воде от частоты электромагнитного поля [2].

Рисунок 2 - Дисперсионная кривая воды при комнатной температуре для разных частот ЭМП

Данная зависимость (рисунок 1.9) наглядно показывает, что большее количество энергии в воде выделяется при частоте электромагнитного поля, приходящееся в диапазон СВЧ. Для всех других частот фактор потерь намного ниже, чем для СВЧ.

Для сравнения двух видов нагрева был проведен эксперимент по влаговыделению семян зерновых культур при инфракрасном и СВЧ воздействии.

Используя основной закон переноса влаги для определения плотности потока можно сказать, что интенсивность влаговыделения можно определить по формуле [3]:

(10)

где dG – количество влаги;

dt – время влаговыделения;

DS – площадь поверхности влаговыделения.

На рисунке 3 приведены зависимости интенсивности влаговыделения семян зерновых культур при инфракрасном и СВЧ нагреве различной влажности от энергии, затрачиваемой на нагрев.

Рисунок 3 – Интенсивность влаговыделения семян зерновых культу от энергии нагрева

Как видно из рисунка 3, при одной и той же энергии, затрачиваемой на процесс сушки, интенсивность влаговыделения при СВЧ выше чем при инфракрасном воздействии. Это можно объяснить тем, что на первом этапе поток влаги, как и тепловой энергии инфракрасного излучения направлен от внешних границ семян внутрь, а уже потом изнутри наружу, тем самым вызывая длительность процесса, а при СВЧ – излучение проникает насквозь семена, при этом поток влаги и энергии направлен сразу же наружу.

Использование ЭМП СВЧ частот открывает новые возможности создание экологически чистых и безопасных технологических процессов сушки, производства, переработки и хранения семян зерновых культур [4].

Преимущества СВЧ нагрева по сравнению с другими видами нагрева:

1. Тепловая безинертность, т.е. возможность практически мгновенно включения-выключения теплового воздействия на обрабатываемый материал;

2. Высокий КПД преобразования энергии в тепловую;

3. Избирательность нагрева, т.е. нагрев только влажных зерен;

4. Стерилизация зерна;

5. Биостимуляция семян.

Литература:

1. Физиология семян / Данович К.Н., Соболев А.М., Жданова Л.П. и др. М.: Наука, 1981. – 318 с.

2. Бензарь В.К. Техника СВЧ-влагометрии. Минск, «Вышэйш. школа», 1974. – 352с. с ил.

3. Гинзбург А.С., Дубровский В.П., Казаков Е.Д., Окунь Г.С., Резчиков В.А. Влага в зерне. М.: Колос, 1969. 224 с.

4. Знаев А.С., Осинцев Е.Г. Использование электромагнитных полей в сушке зерна // Энергосбережение: состояние и перспективы: Труды VIII Всероссийского совещания-выставки по энергосбережению, Екатеринбург 20-21 марта 2007, - Екатеринбург: ООО «РИА Энерго-Пресс, 2007, с.58-59.