Введение к работе
Актуальность темы.
Важное место в системе технологических мероприятий, направленных на получение высоких н экологически чистых. урожаев зерновых культур, принадлежит послеуборочной и предпосевной обработке семян.
В свою очередь в системе технологических операции по послеуборочной
обработке зерна важное место принадлежит сушке. Она позволяет не только
обеспечить сохранность собранного урожая и предотвратить его потери, но и в
ряде случаев повысить качество зернового материала. В целом по стране сушке
необходимо подвергать 40-45% собранного зерна. Для проведения
своевременной и качественной сушки свежеубранного зерна
сельскохозяйственные предприятия должны быть оснащены
высокопроизводительными, надежно работающими сушильными комплексами и установками, обеспечивающими минимальные затраты энергии на реализацию технологического процесса сушки.
В процессе сушки зерна протекающей при Т=40-70С, энергозатраты составляют 5,2-7,3 Дж * 108 на 1 тонну высушенных семян. Среднегодовое расходование условного жидкого топлива по России и странам СНГ на обработку зерна примерно составляет 1,0-1,2 млн. тонн, электрической энергии - около 5,5 млрд. кВт*ч. Из этого количества энергозатрат много расходуется не рационально, в связи с тем, что в целом по стране и СНГ высевают только 40-45% семян 1 класса всхожести 90-95%, даже при этом по крайней мере 10% высеянных семян исключается из процесса формирования урожая.
Потери семян увеличиваются также из-за использования на посеве некондиционных по всхожести семян и широко практикуемого в хозяйствах завышения нормы высева. По этим причинам ежегодно теряется не менее 2 млн. тонн не всхожих, но полноценных по пищевым или кормовым качествам семян.
По этому разработка энергосберегающих технологий и технических средств для предпосевной и послеуборочной обработок с получением экологически чистой продукции является актуальной.
Следует отметить, . что в концепции развития механизации, электрификации и автоматизации сельскохозяйственного производства России на период 2000 г. определены приоритетные направления по разработке и производству новых видов электротехнического и электротеплового оборудования. Создание на их основе высокоэффективных электротехнологий по сушке, обработке и хранению сельскохозяйственной продукции с использованием ВЧ и СВЧ - энергии.
Доказано, что наибольший экономический эффект получается при применении ВЧ - нагрева в тех процессах, в которых термообработка занимает много времени. Это связанно с тем, что ВЧ- энергия позволяет резко интенсифицировать процессы тепло и массопереноса. Однако на пути применения высокоэффективной ВЧ технологии по сушке и обеззараживанию семян стоят нерешенные задачи, связанные прежде всего с выбором экономически целесообразной технологии обработки и разработкой установки совмещающей в себе процесс сушки и процесс термического обеззараживания без применения ядохимикатов.
Поэтому разработка новых технологий и технических средств совмещающих два технологических процесса на основе ВЧ -энергии является актуальной. Исследования по данному направлению начались с 1981 г. Они проводились по плану НИР ВИЭСХа и КрасГАУ в соответствии с поручением СМ СССР и Постановлением ГКНТ СССР (№121 от 9.04.82 г., №552 от 11.04.91г.).
Целю диссертации является снижение энергозатрат при подготовке семян к посеву.
Цель достига ет с я путем реше ния следу ющих задач:
провести анализ существующих технологий и технических средств сушки семян зерновых культур и их термического обеззараживания.
обосновать технологические параметры и разработать математическую модель процесса высокочастотной адсорбшонно - контактной сушки семян зерновых культур
разработать методику экспериментальных исследований высокочастотной сушки семян при их термическом обеззараживашм,
5 изготовить экспериментальную установку и провести исследования режимов нагрева и сушки;
провести выбор рациональных технологических параметров и определить эффективные режимы высокочастотной обработки семенного материала.
разработать методику расчета термической установки и устройство автоматического поддержания температуры при высокочастотной адсорбционно-контактной сушке семян при их термическом обеззараживании.
провести технико-экономическое обоснование предложенного способа сушки семян при их термическом обеззараживании.
Объект исследования. Технологический процесс высокочастотной сушки
семян при их подготовке к посеву. '
Методы исследований. Решение поставленных задач осуществлялось на основе теоретических методов: теории теплопроводности, тепло-электродинамики, математического и физического моделирования с использованием измерительной и вычислительной техники, и с применением аппарата теории активного планирования технологического процесса.
Научная новизна исследований:
разработана математическая модель сушки и обеззараживания семян в высокочастотном поле;
установлена взаимосвязь основных факторов, высокочастотной адсорбционной - контактной сушки, влияющих на качественные показатели семян пшеницы;
представлены технические устройства, реализующие высокочастотный способ предпосевной обработки семян зерновых культур;
разработаны статистические модели решения задач исследования высокочастотной обработки семян пшеницы, позволяющие определить показатели эффективности и осуществлять выбор рациональных технологических режимов;
получены адекватные уравнения регрессии, связывающие результативный признак (температура нагрева, скорость сушки, всхожесть, урожайность, зараженность) с режимными параметрами высокочастотной
обработки семян (напряженность, соотношение объемов (зерно-адсорбент), экспозиция);
- разработан алгоритм расчета технологического процесса обработки
семян и определены режимы, обеспечивающие максимальный эффект прибавки
урожая и снижение зараженности семян при снижении энергозатрат.
Практическая значимость работы:
выполненные исследования создают базу для проектирования технолопш и технических средств ВЧ оборудования для предпосевной и послеуборочной обработок семян пшеницы по данным экспериментальных исследований.
разработанные техническое задание, техническое условие итехническая документация на установку предназначены для проектирования и изготовления ВЧ установок для подготовки семян к посеву.
разработан алгоритм управления технологическим процессом.
разработана программа, для ПЭВМ, позволяющая определять оптимальный режим технологического процесса обработки семян в ЭМПВЧ.
Р еализация результатов.
установка по предпосевной обработке семян испытана в производственных условиях учхоза "Миндерлинское" Су хобу зиме кого района;
результаты исследований использованы в методических рекомендациях "Интенсификация тепловых процессов подготовки семян к посеву энергией ВЧ полей", которые утверждены на НТС Госагропрома СССР;
результаты исследований использованы в учебном процессе КрасГАУ.
Техническая докумеїггация на ВЧ сушилку принята к внедрению « Укрсортсемовощ» .
Автор защищает:
энергосберегающий и экологически чистый способ обработки семян сельскохозяйственных культур.
теорию и методику исследований высокочастотной технологии сушки семян пшеницы при их термическом обеззараживании;
установки для сушки семян при их одновременном термическом обеззараживании.
- алгоритм управления технологическим процессом обработки семян
зерновых культур энергией высокочастотного поля;
- энергосберегающие режимы термообработки семян пшеницы в ЭМПВЧ.
Апробация работы.
Основные положения диссертации представлялись и обсуждались на
международных, всероссийских и региональных конференциях, симпозиумах,
совещаниях и семинарах, в частности: научно-технические конференции,
ЧимЭСХ и СибИМЭ СО ВАСХНИЛ, (г.Челябинск и г.Новосибирск 1983 -1985
г.г.); Киевское специальное проектно-конструкторское бюро
"Укрсортсемовощ", (г.Киев, 1986 г.); V Научно-техническая конференция "Применение СВЧ энергии в энергосберегающих технологических процессах (г. Саратов 1986 г.); НТС Красноярского СХИ, 1987 г.; Научно-технический совет Госагропрома СССР, (г. Москва, 1989 г.); региональная научно-техническая конференция "Ресурсосберегающие технологии" (г. Волгоград 1988 г.; Первая научно-техническая конференция "Использование СВЧ-энергии в сельскохозяйственном производстве" (г.Зерноград 1988 г.); научные конференции КрасГАУ, (г.Красноярск 1983-1998 гг.); Всероссийский научно-технический семинар "Высокоэффективные электротехнологии по производству продуктов сельского хозяйства, по переработке и хранению" МГАУ (г.Москва 1993 г.); -Всесоюзная научно-практическая конференция с международным участием "Достижения науки и техники-развитию сибирских регионов", КГАУ (г.Красноярск, 1999 г);. Вторая Всероссийская научно-практическая конференция "Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов" КГАУ (г.Красноярск 2000г.).
Работа выполнена на кафедре системоэкергетики Красноярского государственного аграрного университета в соответствии с планом НИР КрасГАУ на тему: "Разработка методов и технических средств обеззараживания, стимуляции и сушки семян сельскохозяйственных культур", задание ГКНТ № 268 от 21 июня 1981 года.
Публикации. По теме диссертации опубликовано, две методических рекомендации, девять патентов и пять авторских свидетельства на изобретения, шесть статей, два отчета по научным исследованиям, двенадцать тезисов
8 докладов, два информационных листка, два техішческих задания, один эскизный проект и одна техно-рабочая конструкторская документация.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, включающего 119 наименований, и 2 приложений, изложена на 120 страницах машинопис ного текста, содержит -17 рисунков и 15 таблиц.
