Спецвозможности
Технологии

Сушка семян ультразвуком

18.09.2020
2438
Сушка семян ультразвуком фото, иллюстрация
Наибольшее распространение в практике сушки семян получили конвективные сушилки, которые используют в технологическом процессе работы воздушные потоки с температурой нагрева 60-70°С. Такие сушилки характеризуются высоким энергопотреблением (особенно это заметно при сушке больших партий семян), большим процентом порчи материала из-за его перегрева или неравномерного высушивания, а также вследствие длительной сушки.

 

 

При использовании сушилок конвективного типа посевные свойства семян ухудшаются. Для уменьшения негативного влияния сушки на посевные свойства семян следует ограничить температуру воздушного потока, который продувает семена в сушильной камере. Но в то же время обеспечение этого условия ухудшает качество высушенных семян, особенно когда начальная влажность семян на 3% превышает кондиционную. И выход есть! Решить эту проблему возможно путем применения ультразвуковых колебаний во время сушки зерновой (семенной) массы.
 
Обычно, ультразвуковые колебания в семеноводстве используют для предпосевной обработки, стимулирующей семена к прорастанию. Для этого семена помещают в водный раствор, в который погружены ультразвуковые излучатели. Наличие жидкости между ультразвуковым излучателем и семенами обеспечивает качественную передачу ультразвука почти без затухания.

А вот во время сушки семян следует избегать контакта семян с водой. А это значит, что для передачи ультразвука возможно использование только воздух. Поскольку воздух хуже передает ультразвук, чем вода, нужно увеличивать интенсивность ультразвуковых колебаний. Для качественной сушки их уровень должен принимать значение 130-150 дБ, что соответствует удельной мощности ультразвуковых колебаний 50-65 Вт/кг. Частоту ультразвуковых колебаний выбирают в диапазоне 24-27 кГц в условиях минимального затухания в сушильной камере и допустимых норм шума.

Процесс сушки семян ультразвуком можно разделить на две стадии. Первая стадия характеризуется постоянной скоростью сушки, при которой влага, удаляющаяся с поверхности семян, постоянно пополняется влагой, которая поступает из внутренних слоев благодаря диффузии. Удаление влаги из капилляров и поверхности семена происходит в результате встряхивания под действием энергии акустических волн ультразвуковой частоты, распространяющейся в воздушной околосемянной среде.

Волога видаляється в результаті струшування під дією енергії акустичних хвиль ультразвукової частоти

Диффузный предельный слой влаги постоянно деформируется. Под действием ультразвуковых волн влага перемещается по капиллярам к поверхности, где встряхивается в воздушную среду в виде микрокапель. Встряхивание влаги с поверхности семян и капилляров также увеличивает поверхность слоя жидкости, что способствует повышению скорости испарения. Уменьшение влажности в капиллярах и на поверхности семян приводит скорую диффузию влаги из внутренних частей. Таким образом, в результате облучения семян ультразвуком влага постоянно удаляется в воздух в виде «тумана» с микрокапель. Для того, чтобы произошло встряхивание влаги, необходимо некоторое пороговое значение акустического давления, которое зависит от формы семени, типа акустического потока, влажности семени и воздуха в сушильной камере. Скорость сушки на этой стадии в два-шесть раз превышает скорость обычной конвективной сушки.
 
Вторая стадия сушки характеризуется убывающей скоростью сушки, поскольку семя имеет уже низкую влажность и из внутренних его слоев влага почти не поступает.
 
Эффективно применять ультразвук на первой стадии сушки семян. Для этого нужно постоянно отслеживать текущую влажность семян.
 
В случае применения ультразвука при сушке семян следует иметь в виду некоторые особенности. Поскольку ультразвуковые волны распространяются в воздухе, следует обеспечить их меньше затухание при распространении в сушильной камере. Для этого, как правило, выбирают ультразвуковые излучатели дисковой формы, а сушильная камера представляет собой продольный канал цилиндрической или прямоугольной формы, которая служит волнопроводником. Чтобы ультразвуковые волны не затухающили во время распространения в сушильной камере, ее объем должен быть согласован с частотой ультразвукового излучения. Это дает возможность путем резонансного усиления дополнительно увеличить интенсивность на 20-40 дБ. Для эффективного использования энергии ультразвука на одном краю сушильной камеры размещают излучатель, а на противоположном - акустический отражатель, или поглотитель. Все это обусловливает определенные ограничения в конструкции сушильных камер.

Щоб ультразвукові хвилі не затухали під час поширення в сушильній камері, її об’єм має бути узгоджений із частотою ультразвукового випромінювання

Кроме этого, следует отметить, что при ультразвуковой сушке семян в пространстве сушильной камеры создается «туман», который нужно быстро выпарить или удалить, чтобы избежать образования конденсации влаги на стенках сушильной камеры или на семенной массе. Поскольку слой влаги в капиллярах тоньше, чем на поверхности, то перенос влаги из внутренних слоев под действием ультразвука происходит интенсивнее, чем удаление ее с поверхности. Это приводит к ухудшению условий удаления влаги с поверхности. Поэтому для эффективного использования ультразвука для сушки семян нужно дополнительно применять и другие методы, которые дадут возможность испарять «туман» и интенсифицировать процесс удаления влаги с поверхности семени.

Учитывая недостатки сушки нагретым воздухом, дополнительно наряду с сушкой ультразвуком можно применять вакуум. Польза использования последнего объясняется тем, что это дает возможность интенсивно испарять влагу при комнатных температурах (20-30°С), которые безопасны для семян. Однако одновременно следует учитывать, что уменьшение давления воздушной среды увеличивает затухание ультразвуковых колебаний. Поэтому рекомендуется поддерживать давление на уровне 30–45 кПа.
 
Какие преимущества имеет эта технология над другими? Во-первых, можно достичь интенсивного влагоудаления без нагрева семян, что позволяет сушить семена без потерь их посевных свойств. Во-вторых, применение ультразвука в сушке, кроме того, убивает микрофлору на поверхности семени, тем самым повышая срок его хранения. В-третьих, облучение ультразвуком повышает силу роста и дружественность появления всходов. И, наконец, экологичность технологии, поскольку этот процесс сушки семена не требует использования топлива, а следовательно, нет вредных продуктов его сгорания.
 
К недостаткам следует отнести потребность в генераторе акустических колебаний и специальном излучателе, а также обязательное наличие сушильной камеры, которая обеспечивала бы равномерное взаимодействие акустических колебаний во всем объеме материала сушки.

 

Вывод
 
Таким образом, использование комбинированной вакуумной и ультразвуковой сушки семян сельскохозяйственных культур является перспективной технологией, которая дает возможность сушить семена без нагрева с дополнительным обеззараживанием, что повышает посевные свойства семян. В то же время необходимо использовать сушильную камеру с определенными конструктивными особенностями.

 

В. Швыдя, канд. техн. наук

Журнал «Пропозиція», №7, 2019 р.

Ключевые слова: сушка зерна

Интервью
Аграрный союз Украины - это общественная организация, объединяющая сельхозпроизводителей. Преимущественно - «середняков» с земельным банком от 1000 до 3000 га. Она, как и ряд других объединений сельхозпроизводителей, выступила с резкой... Подробнее
В марте Ассоциация «Укрсадпром» избрала нового председателя. Им стал Юрий Вахель. О себе он рассказывает, что «родом из маслично-зернового бизнеса»​. Сайт «Пропозиція» расспросил у нового председателя ассоциации о текущей ситуации с... Подробнее

1
0