Одна из глобальных проблем человечества — продовольственная. Большую роль в ее решении играет зерновое хозяйство. Оно является системообразующим для остальных секторов агропромышленного производства.
Проблема качества зерна, идущего на производство муки — отнюдь не новая. Еще в 60-е годы прошлого столетия специалисты отрасли и публицисты с тревогой говорили о том, что пшеница теряет в содержании и качестве клейковины и белка
В последние десятилетия ситуация лишь усугубилась. Требования к зерну, причисляемому к продовольственному, значительно снизились. Если раньше пшеница четвертого класса не могла претендовать на статус продовольственного зерна, то теперь она занимает все большую долю в урожае. Определение качественных показателей как влажность зернистых материалов осуществляется с помощью разнообразных методов:
‒ Прямые методы;
‒ Физические методы;
‒ Высокочастотный метод;
‒ Сверхвысокочастотные методы;
‒ Теплофизические методы;
‒ Метод ядерного магнитного резонанса;
‒ Радиометрические методы;
‒ Акустические методы;
‒ Сорбционно-резистивный метод;
‒ Сорбционно-емкостный метод;
‒ ИК-методы;
‒ Рефрактометрические методы и т. д.
Применяемые в настоящее время в зерноперерабатывающей промышленности аналитические методы определения влажности не обеспечивают повсеместное, точное и быстрое получение информации о ней. В связи с этим, одной из актуальных задач дальнейшего развития производства зерновой продукции и повышения эффективности оценки выпускаемой продукции является разработка и внедрение современных методов и технических средств измерения влажности зерна и зернопродуктов. С помощью современных методов, основанных на физических методах исследования состава и свойств веществ, при этом используется элементная база физики полупроводников, оптоэлектроники и т. д. С помощью этих современных отраслей физики можно создать эффективные информационно-измерительные системы. Для зерноперерабатывающей промышленности эти методы и оптоэлектронный контроль являются новыми [1, 2].
Зерно, которое хранится на элеваторах, специально предназначенных для этих целей, представляет собой природный продукт, неизменно содержащий в своём составе некоторое количество влаги. Кроме того, зерно способно впитывать её из окружающей среды. Пшеница, высушенная, например, только до 15 % влажности, непригодна для длительного хранения. Приемлемая влажность зерна зависит от его будущего использования и продолжительности хранения до реализации. Для хранения сроком на 6 месяцев пшеница должна иметь влажность — 14 %, а сроком на год — 13 %. Поэтому немаловажно полностью продумать этот процесс и, по возможности, максимально оптимизировать.
Существует множество способов сушки зернистых материалов осуществляется с помощью разнообразных методов зерна и зернопродуктов:
‒ конвективная сушка нагретым воздухом;
‒ сушка током высокой частоты;
‒ сушка инфракрасным излучением;
‒ вакуумная сушка;
‒ контактная сушка.
Исследования последних лет направлены на совершенствование методов сушки, обеспечивающих наиболее высокую интенсивность процесса при максимальном сохранении пищевой ценности и вкусовых достоинств каждого конкретного продукта.
По результатам современных исследований, одним из наиболее перспективных способов является сушка инфракрасным излучением.
Инфракрасное излучение (IR) имеет длину волны от 780 nm до 1. Следуя классификации Международной комиссии по освещению (CIE), этот диапазон спектра подразделяется на излучение типа IRA (от 780 nm до 1,4), IRB (от 1,4 до 3,0) и IRC (от 3,0 до 1,0 mm). Такое подразделение приблизительно соответствует зависящим от длины волны характеристикам поглощения IR в тканях и возникающим вследствие этого различным биологическим эффектам.
Процесс сушки начинается с того, что галогенными лампами генерируется инфракрасное излучение, которое проходит затем через слой материала, преобразуясь в тепловую энергию. Он нагревает материал, выпаривая из него влагу. Такая технологическая схема обеспечивает неизменную толщину слоя зерна по высоте аппарата. Вследствие этого, толщина слоя оказывается равна ширине зазора, образованного перфорированным цилиндром и вращающимися дисками. Поэтому процесс сушки протекает равномерно и эффективно [2, 3].
В настоящее время интенсификация процесса ведется в различных направлениях. Так, например, теоретически и экспериментально установил, что удельные энергозатраты при нагреве крупы до заданной температуры или до начала момента потемнения снижаются с ростом облученности, что доказывает целесообразность повышения облученности в рабочих зонах ВТМ установок, увеличивая плотность размещения ИК генераторов. При фиксированных энергозатратах (при определенном количестве линейных излучателей) их следует располагать вдоль транспортера с возрастающим шагом, что меняет облученность в зоне ИК — обработки. В этом случае растет температурный импульс при постоянной энергетической экспозиции и, соответственно, глубина термоактивируемых процессов. Диапазон плотности укладки крупы на транспортере не оказывает существенного влияние на температуру продукта на выходе. Диапазон составляет 0,5–1,5 от максимально возможной плотности укладки монослоем.
В результате теоретических и экспериментальных исследований выявлено, что для разработанной экспериментальной установки оптимальная ширина неизлучающей полосы составляет 0,12–0,15 к ширине инфракрасной зоны. Также доказана возможность замены системы дискретно расположенных ИК излучателей полупрозрачным экраном с той же температурой (с тем же потоком излучения), что соответствует вырождению особой системы интегральных уравнений в систему алгебраических уравнений. Такой подход позволяет сохранить весьма высокую точность расчетов, следовательно, автором найдена упрощенная методика расчета таких систем.
Большинство исследователей склоняются к выводу, что при сушке семян пшеницы инфракрасными лучами, оптимальной с точки зрения сохранения семенных качеств, является температура нагрева до 35...45 °С. Что же касается длительности воздействия определенной температуры на зерно показали, что продолжительность пребывания зерна при данной температуре сказывается на семенных качествах зерна в гораздо меньшей степени, нежели незначительное повышение температуры выше предельной [1,2].
Кроме того, немаловажно чередование периодов нагрева и самопроизвольного охлаждения зерна. Экспериментальные исследования кинетики нагрева зерна сои показали, что вследствие интенсивного нагрева радиационным излучением в режиме непрерывного облучения постоянным потоком в материале возникает значительный температурный перепад между центром и поверхностью зерновки, который составляет 50–60°С за время нагрева 50 с. Это приводит к неравномерному прогреву зерна и частичному обгоранию поверхности отдельных зерновок. Во избежание этого явления рекомендован особый, осциллирующий режим ИК-обработки, который состоит из последовательности чередования периодов облучения и периодов отлежки без облучения.
В работе доказана возможность увеличения скорости сушки капиллярно-пористых материалов с использованием термодиффузии, проявляющейся при повторно-кратковременном облучении материала с помощью малоинерционных ИК излучателей. Результаты решения задачи могут быть использованы при проектировании и эксплуатации систем инфракрасных нагревательных устройств, предназначенных для тепловых испытаний различных материалов и конструкций, а также для термической обработки, как пищевых продуктов, так и других изделий (лакокрасочных покрытий, кожи, ткани и т. д.).
На основании полученных аналитических зависимостей были определены параметры рационального размещения ИК-генераторов в рабочей камере установки для термообработки зернового сырья. Предложено ИК-генераторы объединять в тепловые блоки и размещать их вдоль ленты транспортера в одной плоскости относительно поверхности облучения с шагом 100 мм. Также были экспериментально исследованы терморадиационные и оптические характеристики зерна пшеницы и ячменя в расширенном диапазоне длин волн (0,4–4,0) мкм, определена область наибольшего пропускания ИК- излучения — от 0,5 до 2,1 мкм. Установлено, что для ИК-обработки наиболее эффективными являются длины волн в диапазоне от 0,4 до 1,5 мкм [2].
Таким образом, можно сделать выводы, что преимущества, предоставляемые инфракрасной сушкой, позволяют эффективно использовать инфракрасные излучатели в самых различных областях, начиная от сушки красок и эмалей, и заканчивая сушкой сельхозпродукции и рыбы. Инфракрасная сушка имеет существенные преимущества перед традиционным конвекционным методом. В первую очередь это, безусловно, экономический эффект. Скорость и затрачиваемая энергия при инфракрасной сушке в разы меньше тех же показателей при традиционных методах.
Современные разработки и исследования подтверждают, что экономичность и эффективность сушильных аппаратов напрямую зависят как от толщины слоя продукции на ленте транспортера, так и от времени и температуры нагрева. Инфракрасные излучатели, размещенные вдоль транспортера с возрастающими промежутками, позволяют прогревать зерно более постепенно, не допуская его пригорания и последующей утраты посевных свойств зерна или его пищевой ценности. В итоге можно отметить, что при комбинировании вышеуказанных методов возможно еще больше интенсифицировать процесс сушки, не повышая количество затрачиваемой энергии, что положительно скажется и на экономике сельского хозяйства, и на качестве продукции АПК [2].
Литература:
- Бобоев Г. Г., Тураев Ш. А. Анализ методов и приборов контроля влажности зерна в потоке и технологических процессах, // «Агроилм журнали», 6-илова, 2015 йил, 25–26 бет
- Музычева О. С., Беззубцева М. М. Современные методы инфракрасной сушки зерна и зернопродуктов // Международный студенческий научный вестник. — 2015. — № 6.
- Азимов Р. К., Тураев Ш. А., Бобоев Г. Г., Машарипов М. Состояние современной влагометрии сельскохозяйственных материалов. //Журнал «ПРИБОРЫ», № 12, 2015 год, Россия, 44–46 стр.
