Малогабаритная зерносушилка для фермерских хозяйств

АННОТАЦИЯ

В статье проанализирован вопрос сушки рисового зерна с точки зрения уменьшения габаритов сушильных установок и снижения энергоемкости процесса сушки.

ABSTRACT

The article analyzes the issue of rice grain drying from the point of view of reducing the dimensions of drying plants and reducing the energy consumption of the drying process.

Ключевые слова: рис, влажность, сушка, способы сушки, магнетрон, микроволны.

Keywords: rice, moisture, drying, drying methods, magnetron, microwaves.

По статическим данным в мире площади посеянных рисом в 2016 году составил 165,22 млн. га, 2017 году 167,25 млн. га [2], потребление риса 2017 году 482,727 млн. тонн, 2018 году 490,266 млн. тонн,  2019 году 490,266 млн. тонн, 495,87 млн. тонн [3].  Учитывая растущее производство и увеличение потребления риса, необходима качественная сушка собранного урожая для дальнейшего хранения и переработки. В связи с этим создается необходимость разработки новых ресурсосберегающих технологий и конструирования нового модернизированного оборудования, позволяющего качественно выполнять требования хранения согласно условиям влажности и агротехническим требованиям к всхожести высушенного зерна.

В практике послеуборочной обработки за счет качественной сушки рисовых зерен возможно добиться уменьшения дробления зерен при последующих обработках. В этой области для сушки риса одним из основных задач является разработка и производство компактного, недорогого, удобного в эксплуатации и энергосберегающего оборудования.

В Республике Узбекистан выращиваются различные сорта риса. В 2018 году собранный урожай составил 186 тысячи тонн. В 2019 году − 400 тысячи тонн. В 2020 году фермерские и дехканские хозяйства засеяли рисом 128 тыс. га земли в 26 районах, это на 54 га больше, чем в прошлом году, и было собрано 614 тысячи тонн риса [1]. На фермерских и частных дехканских хозяйствах после уборки пшеницы в качестве промежуточных культур налажен посев и выращивание риса. Климатические условия способствуют тому, что собранный урожай подвергается радиационной сушке на открытом воздухе. Данный способ заключается в том, что обмолоченный рис расстилается небольшой толщиной на асфальтированных площадях под солнцем и периодически перемешивается. Сушка длится 3-4 дня в зависимости от температуры воздуха и солнечных часов (рис. 1).

а)                                                      б)

в)                                                      г)

Рисунок 1. Сушка риса радиационным способом

а) и б) способ, производимый в Республике; в) и г) способ, производимый за рубежом

Посеянный рис в качестве промежуточной культуры созревает осенью к октябрю и ноябрю в зависимости от сорта и вегетативного периода. К этому времени наблюдается понижение температуры и учащение осадков в виде дождя. Последствием чего является снижение качества сушки риса и, соответственно, увеличение дробленого зерна после переработки, которое определяет товарный вид продукции. В некоторых случаях из-за нехватки или отсутствия малогабаритного и мобильного сушильного оборудования весь урожай фермерских и дехканских хозяйств приходит в непригодность. При солнечных днях рис сушится без проблем, но в пасмурную погоду или во время дождя растилланный рис необходимо собрать в вал и укрыть влагонепроницаемой пленкой. Если объем риса больше, то производство таких работ приобретает сложность по времени и трудовым затратам. Кроме того, описанный метод из-за несовершенства технологии сушки не позволяет одинаково сушить все слои и определить действительную влажность высушенной массы. В последующей переработке рисового зерна происходит дробление. Дробленая фракция может составить до 50%. Поэтому в фермерских и дехканских хозяйствах создается необходимость в наличии технических средств для сушки риса. Традиционный способ сушки основан на передаче тепла радиационным способом: под инфракрасными лучами солнца прогревается слой зерна, содержимая влага испаряется и выводиться в атмосферу. Толщина высушиваемого слоя рисового зерна не должна превышать 20 см, чем тоньше толщина слоя, тем эффективнее происходит сушка. Толщина высушиваемого слоя зерен золотистой фасоли и кукурузы не должна превышать 5-10 см. При сушке таким способом потребуется большая площадь с асфальтовым покрытием, земляные и бетонные площадки. В последних двух площадках под зерна укладывается изоляционный слой для предохранения от влаги. Верхняя поверхность высушиваемого слоя зерна должна иметь борозды в направлении от юга к северу, это объясняется тем, что борозды имеют больше поверхности теплообмена, чем плоская поверхность. При этом увеличивается парциальное давление пара верхних и нижних слоев, который приводит к увеличению интенсивности испарения влаги. Преимущества данного способа заключается в том, что исключается потребность в наличии горючего, электричества, а также не останавливаются биологические процессы в зернах после уборки, под действием ультрафиолетовых лучей происходит процесс стерилизации от грибковых микроорганизмов, очищение от вредителей, которые способны приводить к непригодному состоянию для последующей обработки рисовое зерно.

Процесс сушки зерна состоит из нескольких тепловых процессов, осуществляемых в определенном порядке. На начальном этапе с агентом сушки к поверхностям зерна подводится теплота. На второй ступени вода, находящаяся в связанном состоянии с зерном, при разогревании выходит из него и переходит в парообразное состояние. На заключительном этапе вода, превращенная в пар уносится агентом сушки в атмосферу [4].

В настоящее время существует несколько способов сушки зерновых, в частности риса, которые отличаются друг от друга в основном по способу подвода теплоты к зерновой массе. Конвективный метод является самым распространенным методом. В этом методе агент сушки (нагретый воздух), проходя от прослойки зерна, одновременно подводит тепло, испаряет влагу и уносит в атмосферу. При этом способе применяют различные конструкции сушильных установок [8, с. 145-150]. Затраты на сушку зерновых посредством теплоты больше, но эффективнее. Основными операциями технологического процесса является сушка и охлаждение. Слой зерновой массы может быть подвижным и неподвижным. При неподвижном состоянии скорость зерна равна нулю, скорость агента сушки меньше критической скорости. Описанный процесс применяется в жалюзных, стеллажных, камерных периодических сушилках и используется интенсивное вентиляционное оборудование [6, с. 125-127]. Скорость движения зерновой массы при подвижном слое больше, чем скорость агента сушки. По этому способу работают шахтные, рециркульяционные, барабанные сушилки непрерывного действия [7, с. 162-166].

Для конвективных систем сушки риса подача горячего воздуха может быть осуществлена попутно, противотоком в поперечном направлении и комбинированными способами [5].

Современным методом высушивания является сублимационная сушка, которая отличается наибольшей эффективностью, щадящим режимом и дороговизной оборудования, производящего процесс сушки. Установки сублимационного типа работают по принципу возгонки льда, при котором, вода, минуя стадию жидкости, переходит из твердого состояния в газообразное.

При акустическом способе высушиваемая масса подвергается воздействию ультразвуковых волн. Этот процесс имеет циклический характер, заключающийся в том, что ультразвук выводит влагу с поверхности, а влага, находящаяся внутри зерна выходит наружу через капилляры. Приведенный процесс повторяется до достижения требуемой влажности. В этом способе зерновая масса высушивается без теплообмена, поэтому негативные последствия, связанные с температурой исключаются, благоприятно сказывается на физико-механических свойствах и всхожесть зерен. При кондуктивной сушке тепло к зерну передается через поверхность нагрева. При нагревании влага зерна испаряется. В этом способе потребуется значительный объем горючего, сушка производится неравномерно, поэтому применяется реже. Из-за повышения температуры нагрева (320-340°С) теряются витамины и биологически активные составляющие зерна, в результате полученная масса имеет склонность к дроблению.

При сушке электрическим током зерновую массу располагают в районе высокочастотного электромагнитного поля. При воздействии высокочастотного электромагнитного поля в зернах появляются вихревые токи (ток Фуко) за счет изменения полюсности направления прохождения тока. Встречные токи, сопротивляясь друг другу, нагревают зерно. Основным недостатком этого способа является низкий к.п.д. (60%).

Еще одним из способов сушки электрическим током является сушка инфракрасными лучами нагревательного оборудования. По сущности этот способ тождественен радиационному способу, отличием от второго является источник инфракрасного излучения, в первом – солнце, а во втором – нагревательный прибор. Инфракрасные лучи проникают вглубь зерна и поглощаются водой, влага испаряется. При такой передаче тепло, вырабатываемое нагревательным прибором, почти полностью поглощается зерном, кроме того, за счет уничтожения микрофлоры, продукция стерилизуется. При адсорбционно-контактном способе зерновой массе добавляются влагопоглошающие адсорбенты. Этот способ отличается отсутствием расходов на электрическую энергию и материалы для термообработки. В качестве адсорбентов применяются опилки, силикатный гель, хлористый кальций, сульфат натрия и т.п., а также высушенное зерно. Из-за дополнительных операций (перемешивание для сушки, разделение после сушки) такой способ применяется реже. Существующая на сегодняшний день техника для сушки зерна имеет недостатки: по своим массогабаритным параметрам её нельзя эффективно использовать в условиях мелкотоварного производства зерна (фермерские хозяйства, малые и частные предприятия и др.); использование в качестве топлива углеводородного сырья повышает уровень концентрации канцерогенных и сернистых соединений в конечном продукте. С учетом этих недостатков авторами разработана малогабаритная зерносушилка, в которой агентом сушки служит воздух, нагревание риса и воздуха производиться магнетроном, излучающим микроволны (СВЧ)[9]. В отличие от классических способов разогрев зерна в СВЧ-сушилке происходит не только с поверхности разогреваемого тела, но и по объёму его, содержащему полярные молекулы (например, воды), так как волны проникают и поглощаются зерном в глубину. Это сокращает время разогрева зерна и ускоряет выделение влаги.

Что касается вопроса сушки риса, есть проблема, которую никто из исследователей не учитывает, данная проблема заключается в том, что зерно риса состоит из тонкой оболочки охватывающей плотность, влагосодержание и теплопроводность самого риса, которая существенно отличается от других видов зерновой продукции.

Список литературы:

1. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://kursiv.uz/news/ekonomika/2020-07/uzbekistan-narastil-proizvodstvo-risa (дата обращения: 17.01.19).
2. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.statista.com/statistics/271969/world-rice-acreage-since-2008/ (дата обращения: 17.01.19)
3. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.statista.com/statistics/255977/total-global-rice-consumption/ (дата обращения: 17.01.19).
4. Cушка зерна. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://agro-portal/su/sushka-zerna.html (дата обращения: 12.01.18)
5. Dr.Dirk E.Maier and Dr. Fred W. Bakker – Arkema. Grain drying systems. – U.S.A: St.Charles, Illinois, 2002. – Рр.44 – 48.
6. Беккулов Б.Р., Ибрагимжанов Б.С. Дон маҳсулотларини қуритишнинг замонавий усуллари // Қишлоқ хўжалик маҳсулотларини ишлаб чиқариш, сақлаш ва қайта ишлашнинг тежамкор технологиялари ва уларнинг инновацион ечимлари. Республика илмий ва илмий-техник анжумани материаллари. – Фарғона: ФарПИ, 2017. – С. 125 – 127.
7. Манасян С. К. Камерная зерносушилка. – Краснодар: Вести. Крас ГАУ, 2009. – №2. – С.162-166.
8. Манасян С.К. Принципы конвективной сушки зерна. – Краснодар: Вес-ти. Крас ГАУ, 2009. – №6. – С.145 – 150.
9. Эргашев Ш. Т., Отаханов Б. С., Абдуманнопов Н. А. Способ сушки и оборудание для сушки сыпучих материалов. IAP 2021 0073.