VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Одной из основных задач обеспечения продовольственной безопасности страны является устойчивое развитие производства зернового хозяйства. Зерно стратегически и социально - экономически значимый продукт, по наличию которого судят о национальной продовольственной безопасности. Россия ежегодно производит более 70 млн. тонн зерна и на процессы ее тепловой обработки приходится более 10% энергии потребляемой в агропромышленном комплексе. Поэтому снижение энергоемкости тепловой обработки зерна является актуальной задачей, как в России, так и во всем мире. В настоящее время большое внимание уделяется разработкам технологий автоматизированных средств тепловой обработки зерна, с использованием современных методов воздействия на зерновую смесь различными источниками энергии, позволяющих существенно повысить эффективность ее использования.

К этим методам следует отнести фотометрические методы, учитывающие особенности с.х. производства, и существенно снижающие потери энергии при ее передаче от источника к объекту обработки [1].

Отмеченное выше можно отнести, как к сушке зерновой смеси, а так и к ее оптическому облучению, с целью повышения потенциальных возможностей всхожести семян.

Метод конвективной сушки имеет значительные недостатки: достаточно высокие удельные затраты энергии, значительная продолжительность сушки и высокая температура. За счет разности температур на поверхности и внутри материала происходит движение влаги внутрь, в направлении снижения температуры. При конвективной сушке влага удаляется с поверхности материала, тогда как электромагнитное излучение проникает внутрь материала и сушка заключается в возбуждении молекул воды. Молекулы самого продукта остаются в покое и, следовательно, не нагреваются излучением. Отсюда высокий коэффициент полезного действия процесса сушки. Исходя из отмеченного, использование электромагнитного излучения является более перспективным.

Электромагнитное излучение (электромагнитные волны) — распространяющееся в пространстве возмущение (изменение состояния) электромагнитного поля (то есть, взаимодействующих друг с другом электрического и магнитного полей).

Среди электромагнитных полей вообще, порожденных электрическими зарядами и их движением, принято относить собственно к излучению ту часть переменных электромагнитных полей, которая способна распространяться наиболее далеко от своих источников — движущихся зарядов, затухая наиболее медленно с расстоянием.

К электромагнитному излучению относятся радиоволны (начиная со сверхдлинных), инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое, рентгеновское и жесткое (гамма-)излучение.

Электромагнитное излучение способно распространяться в вакууме (пространстве, свободном от вещества), но в ряде случаев достаточно хорошо распространяется и в пространстве, заполненном веществом (несколько изменяя при этом свое поведение).

Электромагнитное излучение характеризуется чрезвычайно широким интервалом длин волн. Однако лишь небольшая часть этого интервала, лежащая между рентгеновскими лучами и радиоволнами, называется оптическим излучением.

Рисунок 1 - Границы оптического излучения

Оптическое излучение делят на видимое, ультрафиолетовое и инфракрасное. Видимое излучение может непосредственно вызывать зрительные ощущения. Излучение этого диапазона (от 380 до 780 нм) применяют для создания необходимого уровня освещенности, ускорения реакций фотосинтеза у зеленых растений, увеличения продуктивности и регулирования биологических ритмов сельскохозяйственных животных и птицы. Видимый свет представляет собой сочетание семи основных цветов: красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового. Перед красными лучами в оптическим спектре находятся тепловые (инфракрасные) лучи, а за фиолетовыми — ультрафиолетовые. Инфракрасное и ультрафиолетовое излучения невидимы для человеческого глаза. Ультрафиолетовое излучение (УФ) занимает диапазон волн от 1 до 380 нм. Свойства ультрафиолетовых лучей различны в зависимости от длины волны. Поэтому весь диапазон ультрафиолетового излучения условно разделен на три зоны: А — 320…380 нм; В — 280…320, С — 1…280 нм. Длинноволновое ультрафиолетовое излучение (зона А) способно вызывать свечение некоторых веществ. Сельскохозяйственные продукты при облучении УФ-лучами зоны А начинают светиться видимым светом, т. е. происходит своеобразная трансформация невидимых УФ-лучей в лучи видимого диапазона оптического излучения. Это явление называется люминесценцией. С помощью люминесценции можно быстро определить качество и биологическое состояние мяса, рыбы, масла, молока и молочных продуктов, яиц, зерна, овощей и фруктов. Качество и биологическое состояние исследуемых продуктов оценивают по цвету и интенсивности люминесценции. Например, свежее зерно пшеницы светится зеленым светом, лежалое — голубым, а пострадавшее от сырости — желтым. Эффект люминесценции также используется в современных системах автоматической сортировки овощей и фруктов. Средневолновое ультрафиолетовое излучение (зона В) оказывает сильное биологическое воздействие на живые организмы. Оно способно вызывать эритему (загар), и под его действием в коже животных и человека из провитамина D (стерина) синтезируется витамин D, играющий важную роль в регулировании обмена веществ. При недостатке в организме витамина D нарушается обмен веществ, вследствие чего у молодняка животных развиваются рахит и другие болезни. Поэтому облучение молодняка животных УФ-лучами зоны В снижает заболеваемость, повышает усвояемость корма и общий жизненный тонус организма. Коротковолновое ультрафиолетовое излучение (зона С) обладает сильным бактерицидным действием, поэтому его используют для обеззараживания воздуха в животноводческих помещениях, стерилизации питьевой воды, молока и молочной посуды, обеззараживания и предохранения от микробного загрязнения пищевых продуктов. Инфракрасное излучение занимает самую большую часть оптического спектра (от 780 до 106 нм). Глубоко проникая в поверхностные слои тканей живого организма, инфракрасное из¬лучение большую часть энергии своих фотонов расходует на образование теплоты. Глубина его проникновения в тело животных составляет 2,5мм, в зерно — до 12, в сырой картофель — 6, в хлеб (при выпечке) — до 7, в слой воды — 30…45 мм. Инфракрасное излучение практически не поглощается воздухом. В сельскохозяйственном производстве инфракрасное излучение используют в основном для обогрева молодняка животных и птицы, сушки и дезинсекции сельскохозяйственных продуктов (зерна, фруктов и т. д.), пастеризации молока, сушки лакокрасочных и пропиточных покрытий.[2]

Зерно, которое хранится на элеваторах или в других местах, специально предназначенных для этих целей, представляет собой природный продукт, неизменно содержащий в своём составе некоторое количество влаги. Мало этого, зерно способно впитывать её из окружающей среды. Поэтому немаловажно полностью продумать процесс его сушки.

Есть и ещё одна причина повышенного интереса к быстрой и качественной просушке зерна – использование высокопроизводительных комбайнов, которые позволяют снизить сроки уборки урожая. Применение сушилок значительно уменьшает время, необходимое для подготовки зерна к долгосрочному хранению, снижает потери зерна во время сбора урожая и даёт возможность передать зерно с поля на склад для долгосрочного хранения.

Ещё не так давно, использовались сушилки конвективного типа, в основе работы которых был нагретый воздух.

Благодаря тому, что в процессе инфракрасной сушки зерна, не используется органическое топливо, он имеет существенные преимущества по сравнению с сушкой конвективным способом. Его принцип основан на том, что та влага, которая находится внутри зерна, поглощает инфракрасные лучи, вследствие чего происходит её нагрев. Другими словами, энергия непосредственно подводится к влаге, поэтому и появилась возможность достичь не только высокой эффективности, но и высокой экономичности. При использовании такого метода полностью отсутствует необходимость в превышении температуры влажного зерна. Таким образом, процесс испарения можно проводить достаточно интенсивно при воздействии температуры 40-60˚С.

Кроме того, низкие температуры не греют используемое оборудование, поэтому отсутствуют потери тепла через вентиляцию и стенки. Одновременно, инфракрасная сушка зерна при температуре 40-60˚С приводит к уничтожению всей микрофлоры, имеющейся на его поверхности, благодаря чему зерно становится чистым.

Инфракрасное излучение и используемое для этого оборудование совершенно безвредно для человека и для окружающей среды, потому что оно не подвергает вредному воздействию излучений и электромагнитных полей.

Вследствие всего этого можно выделить основные преимущества такого метода сушки:

- сушка зерна инфракрасным излучением позволяет достичь отличного качества конечного продукта, которое существенно отличается от качества, получаемого традиционными методами сушки: почти полностью сохраняются витамины, аромат, биологически активные вещества и естественный цвет;

- оборудование, применяемое для этого, отличается надёжностью, простотой, универсальностью и высокой производительностью;

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

- режим интенсивной работы ИК - энергоподвода позволяет испарить из зерна около 25% воды всего за 90-110 с, после чего происходит окончательное испарение влаги за 5-6 минут. Общее время просушки зерна до влажности 12-14% не превысит 8-10 минут;

- пророщенные зёрна не потеряют своей биологической ценности, а время их кулинарной обработки значительно сократится.

Сам 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 оттуда влагу.

Л и т е р а т у р а

1. Карпов В.Н., Юлдашев З.Ш., Панкратов П.С. Энергосбережение в потребительских энергетических системах АПК: монография, 2012 . -СПб.: СПбГАУ. -125 с.

2. Карпов В.Н., Зарубайло В.Т., Саакян А.З. Сборник избранных научных статей сотрудников ОНИЛ кафедры «Электротехнологии в сельском хозяйстве». СПб: СПБГАУ, 2009. – 255 с.

3. Карпов В., Юлдашев З., Карпов Н. Методы повышения эффективности использования энергии , 2013 . – Saarbrucken, Deutschland: Lambert Academic Publishing. – 174 с.

Код для цитирования: Скопировать