Энергосберегающий способ обеззараживания семян люпина от антракноза

Энергосберегающий способ обеззараживания семян люпина от антракноза

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может найти применение в растениеводстве для обеззараживания семян люпина от возбудителя антракноза.

Известен способ термического обеззараживания семян люпина от возбудителя антракноза [5], включающий нагрев семян до заданной температуры при конвективном подводе тепла в потоке нагретого до заданной температуры теплоносителя с содержанием влаги 79…84%, продуваемого через слой семян толщиной, не превышающей 0,10…0,15 м, с последующим выдерживанием их при достигнутой температуре в течение определенного промежутка времени, определяемого по соотношению:

τ_опт.=0.016(Т_в-50)·10^(341+1,74W ₀ ^)/(38+0.62W ₀ ^)-0,1Т _в, ч

где Т_в - температура теплоносителя, °С;

W₀ - исходная влажность семян, %.

(Патент № 2249935. - Бюл. № 11. - 20.04.2005) [6] (аналог).

Однако энергозатраты на тепловую обработку семян остаются значительными и составляют около 180кВт·ч/т [2, 4].

Кроме того, согласно данному способу продуваемый слой семян выдерживают при заданной температуре определенное время, определяемое по вышеуказанному соотношению. Однако если это время окажется незначительной величиной, то из-за весьма низкой теплопроводности семян люпина получить высокое качество обеззараживания не представляется возможным. Так, например, если время тепловой обработки, определяемое по соотношению, окажется на уровне 0,5…1,0 час, то споры антракноза, находящиеся на семядолях (внутри зерен), могут выжить, так как только продолжительность прогрева семян до заданной температуры из-за низкой их теплопроводности составляет обычно 0,3…0,35 часа. Качество обеззараживания при этом снижается, снижается также надежность технологического процесса.

Из известных к заявленному по технической сущности наиболее близок способ термического обеззараживания семян люпина от возбудителя антракноза, включающий нагрев семян до необходимой температуры при конвективном подводе тепла в потоке теплоносителя с содержанием влаги 79-84%, продуваемого через слой семян толщиной 0,10-0,15 м, с последующим выдерживанием семян в указанном потоке при достигнутой температуре в течение 1,5-2,0 часов. Причем температуру теплоносителя определяют по соотношениям:

- для семян желтого кормового люпина

- для семян белого люпина

При этом T_min≤Т_доп≤T_max,

где W₀ - исходная влажность семян, поступающих на обработку, %;

, и , - минимальная и предельная температура при термообработке желтого и белого видов люпина, °С.

(Патент № 2286663, Бюл. № 31, 10.11.2006) [6] (прототип).

Для практической реализации данного способа была разработана и изготовлена установка производительностью 180…200 кг/ч [2, 3, 4].

Однако удельные энергозатраты на тепловую обработку семян люпина с применением этого способа остаются весьма высокими. По результатам испытаний способа в 2008 году при толщине продуваемого слоя 0,15 м они составили около 164 кВт·ч/т (табл.4).

В связи со значительным ростом тарифов на электроэнергию в 2008 году, термическое обеззараживание семян люпина в ближайшее время может оказаться дорогостоящим и недоступным для широкого практического использования.

Существует проблема создания нового технического решения, эффективного способа термической обработки семян люпина, позволяющего существенно снизить энергозатраты и повысить надежность технологического процесса при одновременном обеспечении практически полного обеззараживания семян люпина от антракноза с сохранением их посевных качеств.

Уменьшить энергозатраты на термическое обеззараживание семян люпина можно путем уменьшения экспозиции теплового воздействия, как было отмечено выше. Однако согласно известному способу обработки [6] (прототип) продолжительность обеззараживания семян 1,5-2,0 часа уменьшить не представляется возможным, так как в прототип заложено оптимальное время прогревания семян, уменьшение которого приводит к нарушению технологического процесса и, как следствие, снижению качества обеззараживания.

Одним из реальных путей существенного сокращения энергозатрат на термическое обеззараживание семян люпина - снижение относительной влажности теплоносителя, в качестве которого используется паровоздушная смесь. Согласно прототипу [6] подогретый до 60…75°С теплоноситель увлажняют до 79-84% путем подачи в камеру установки водяного пара и поддерживают ее на таком уровне в течение всего периода теплового воздействия - 1,5-2,0 часа.

При такой влажности теплоносителя исключается пересушка семян, а их влажность сохраняется практически на исходном уровне в течение всей тепловой обработки.

Однако на поддержание в камере установки такой высокой влажности теплоносителя в процессе всего периода теплового воздействия, составляющего 1,5-2,0 часа, необходимо затратить на каждую тонну семян более 100 кВт·ч электроэнергии (табл.4). В связи с этим даже незначительное снижение влажности теплоносителя позволит существенно сократить энергозатраты.

Результаты экспериментальных исследований по влиянию относительной влажности теплоносителя на посевные качества семян и уровень зараженности их антракнозом в процессе термического обеззараживания представлены в таблицах 1, 2 и 3.

Установлено (см. табл.1), что при температуре теплоносителя 72,4°С, соответствующей максимально-допустимой величине, определяемой по формуле (см. прототип):

В процессе тепловой обработки семян желтого и узколистного видов люпина с исходной влажностью 8,4%, при снижении относительной влажности теплоносителя от 79-84% до 30-40% посевные качества семян сохраняются на исходном уровне. В то же время содержание антракноза уменьшается до величины 0,4%. В отдельных образцах семян обеспечивается практически полное их обеззараживание.

Таким образом, при снижении влажности теплоносителя с 79…84% до 30…40% и его температуре на уровне предельно-допустимой величины, определяемой по соотношению (1), антракноз, хотя и на минимальном уровне (0,4%), сохраняется, то есть при снижении влажности теплоносителя с 79…84% до 30…40% отмечено некоторое снижение надежности технологического процесса.

Более того, при дальнейшем снижении влажности теплоносителя - до 18-20 и, наконец, до 4-6% процент пораженных антракнозом семян сохраняется на более высоком уровне: 1,6 и 2,8%, соответственно, хотя их посевные качества остаются на исходном уровне.

Таблица 1
Влияние влажности теплоносителя на посевные качества семян желтого и узколистного видов люпина, искусственно зараженных антракнозом до уровня 43,6% при их термическом обеззараживании (опыт 1)
Температура теплоносителя, °С	Влажность теплоносителя, %	Влажность семян, %	Поражение антракнозом, %	Длина, мм: гипокотиля корень	Всхожесть, %
до обработки	после обработки
контроль	-	8,4	-	43,6	54,5/75,6	89,2
72,4	79-84	8,4	8,4	-	49,1/84,0	90,0
72,4	30-40	8,4	8,0	0,4	46,5/69,6	89,6
72,4	18-20	8,4	7,4	1,6	45,9/73,7	84,0
72,4	4-6	8,4	7,5	2,8	43,0/71,1	91,6

Таблица 2
Влияние влажности теплоносителя на посевные качества семян желтого и узколистного видов люпина, искусственно зараженных антракнозом до уровня 31,2% при их термическом обеззараживании (опыт 2)
Температура теплоносителя, °С	Влажность теплоносителя, %	Влажность семян, %	Поражение антракнозом, %	Длина, мм: гипокотиля корень	Всхожесть, %
до обработки	после обработки
контроль	-	9,7	-	31,2	42,2/77,1	91,6
72,4	79-84	9,3	8,6	-	35,6/71,9	89,0
72,4	30-40	9,3	8,3	-	38,2/78,1	94,4
72,4	18-20	9,4	7,3	0,8	38,6/64,1	92,0
72,4	4-6	9,5	7,0	1,2	35,6/68,6	93,6

Таблица 3
Влияние относительной влажности теплоносителя на посевные качества семян желтого и узколистного видов люпина, искусственно зараженных антракнозом до уровня 37,6% при их термическом обеззараживании (опыт 3)
Температура теплоносителя, °С	Влажность теплоносителя, %	Влажность семян, %	Поражение антракнозом, %	Длина, мм: гипокотиля корень	Всхожесть, %
до обработки	после обработки
контроль	-	10,0	10,0	37,6	37,8/70,2	98,8
70,0 (прототип)	79-84	9,7	9,7	0	36,6/71,9	98,4
72,5	30-40	9,7	9,3	0	37,2/70,8	98,1
72,5	18-20	9,5	7,6	0,8	35,4/69,3	99,6
72,5	4-6	9,7	7,3	2,8	34,2/73,1	98,8
74,0	4-6	10,0	7,3	5,2	42,3/78,5	99,6

Объясняется это тем, что при относительной влажности теплоносителя 30-40% прогреваемые в течение 2-х часов семена подсыхают незначительно, с 8,4% до 8,0%, то есть всего лишь на 0,4%, что не оказало существенного влияния на режим их термообработки. В то же время при влажности теплоносителя 18-20% семена за те же 2 часа подсыхают до влажности 7,5-7,7%, то есть на 0,9-1,0%.

Снижение влажности семян до такого уровня приводит к нарушению технологического процесса, при котором температура 72,4°С оказалась недостаточной для обеспечения полной гибели спор антракноза, хотя посевные качества семян при этом сохраняются практически на исходном уровне.

По известному способу при влажности семян 7,4-7,5% для обеспечения полного обеззараживания семян желтого и узколистного видов люпина температуру теплоносителя необходимо поддерживать на уровне 74,25-74,50°С [2, 4].

С целью повышения надежности технологического процесса и обеспечения высокого качества обеззараживания семян желтого и узколистного видов люпина, искусственно зараженных антракнозом до уровня 31,2%, максимально допустимую температуру, определяемую по соотношению (1), увеличили на 1…4°С.

Так, в опыте 2 при влажности семян 9,3-9,5%, экспозиции теплового воздействия 2,0 часа и температуре теплоносителя 72,4°С, что на 1,4°С выше максимально допустимой величины, определяемой по соотношению (1), либо с помощью таблиц [2, 4], обеспечивается практически полное обеззараживание семян от антракноза как при влажности теплоносителя 79-84%, так и при снижении его до уровня 30-40%. Посевные качества семян при влажности теплоносителя 30-40% сохраняются на исходном уровне. При этом режимы с температурой теплоносителя на 1,4°С выше максимально-допустимой величины, определяемой по соотношению (1), более предпочтительны, так как при всех прочих равных условиях повышается надежность технологического процесса.

При относительной влажности теплоносителя 18-20% и 4-6%, так же как и в опыте 1, содержание антракноза в прогретых семенах сохранилось на уровне 0,8-1,2%. Объяснить это можно существенным снижением влажности семян в процессе теплового воздействия с 9,3% до 7,0-7,3%, на 2,0-2,3%. При такой совокупности признаков: исходной влажности семян 9,3-9,5%, влажности паровоздушной смеси в интервале 18-20 и его температуре - 72,4°С - практически полного обеззараживания семян от антракноза достичь не удается, хотя посевные качества семян сохраняются на исходном уровне.

В очередном опыте искусственно зараженные антракнозом до 37,6% семена узколистного видов люпина с влажностью 9,7% подвергали тепловому воздействию в течение 2-х часов при температуре на 2,5°С выше максимально допустимой, определяемой по соотношению (1), либо по таблицам [2, 4], при различных влажностях теплоносителя: 30-40%, 18-20% и 4-6%.

Из таблицы 3 следует, что при совокупности указанных выше признаков снижение влажности теплоносителя с 79-84 до 30-40% не повлияло на качество тепловой обработки семян: обеспечивается практически полное обеззараживание семян от антракноза при условии сохранения их посевных качеств (табл.3).

Однако даже при температуре теплоносителя на 2,5-4,0°С выше максимально допустимой и снижении влажности паровоздушной смеси с 79-84% до 18-20 и далее до 4-6%, соответственно, достичь полного обеззараживания семян не удается. Содержание антракноза в процессе тепловой обработки снижается с 37,8% до 2,8-5,2%. В то же время при обеззараживании семян люпина по известному способу (прототип) (табл.3) с исходной влажностью семян 9,7%, экспозицией теплового воздействия 2,0 часа, влажностью паровоздушной смеси 79-84%, при ее температуре 70°С, что соответствует максимально допустимой величине, определяемой по соотношению (1), либо с помощью таблиц [2, 4], обеспечивается практически полное обеззараживание семян от антракноза с сохранением их посевных качеств.

Во всех случаях, независимо от влажности паровоздушной смеси, посевные качества семян сохраняются на исходном уровне 98,8-99,6%. На уровне контроля сохранились также длина гипокотиля и корня (табл.3).

В таблице 4 приведены результаты исследований по влиянию на величину затрат электроэнергии влажности теплоносителя, продуваемого через слой, в интервале от 4-6 до 79-84%.

Установлено, что при снижении влажности паровоздушной смеси в камере установки с 79-84% до 4-6% затраты электроэнергии на тепловую обработку семян люпина снижаются с 23,04 кВт·ч до 7,45 кВт·ч, то есть более чем в 3 раза.

Таблица 4
Влияние влажности теплоносителя на энергозатраты при термическом обеззараживании семян люпина
Показатели	Единица измерения	Влажность теплоносителя, %
75-80	30-40	18-20	4-6
1	2	3	4	5	6
Энергия, потребляемая установкой	кВт·ч	23,04	13,84	9,04	7,45
Удельные затраты электроэнергии, при толщине продуваемого слоя семян:
А) 0,010 м		245,8	147,6	96,4	79,5
Б) 0,15 м		163,9	98,4	64,3	53,0
В) 0,20 м		122,9	73,8	48,2	39,7

Удельные энергозатраты на тонну прогретых семян, при этом, в зависимости от толщины продуваемого слоя, снижаются от 122,9-163,8 до 39,7-53,0 кВт·ч/т.

В результате исследований установлена возможность существенного снижения энергозатрат на термическое обеззараживание семян люпина путем снижения относительной влажности паровоздушной смеси (теплоносителя).

В то же время повышение температуры теплоносителя на 1,4-2,5°С по отношению к максимально допустимой дает более стабильные результаты по качеству обеззараживания семян, независимо от степени зараженности их антракнозом. Повышается при этом надежность технологического процесса.

Таким образом, с целью снижения энергозатрат, повышения надежности технологического процесса обеззараживания от антракноза семян желтого и узколистного видов люпина тепловую их обработку целесообразно проводить при относительной влажности паровоздушной смеси (теплоносителя) в пределах 30-40%, а его температуру необходимо поддерживать на 1,4-2,5°С выше максимально допустимой, определяемой по соотношению (1).

В конечном итоге соотношение для определения температуры паровоздушной смеси в предлагаемом изобретении примет вид:

где Т_опт - оптимальная температура теплоносителя при влажности паровоздушной смеси 30-40%.

Цель предлагаемого изобретения - снижение энергозатрат, повышение надежности технологического процесса.

Указанная цель достигается тем, что в способе термического обеззараживания семян люпина от возбудителя антракноза, включающем нагрев семян до необходимой температуры при конвективном подводе тепла в потоке нагретого до необходимой температуры теплоносителя, продуваемого через слой семян толщиной 0,15-0,20 м, с последующим выдерживанием в потоке теплоносителя при достигнутой температуре в течение 1,5-2,0 часов, согласно изобретению семена подвергают тепловому воздействию при относительной влажности теплоносителя в пределах 30-40%, а его температуру поддерживают на уровне, определяемом по соотношению:

где W₀ - исходная влажность семян, %,

Т_опт - оптимальная температура теплоносителя, при влажности паровоздушной смеси 30-40%, °С.

Способ осуществляется на известной установке, включающей герметичную камеру, состоящую из 3-х секций, вентилятор, нагреватель, парообразователь, нагнетательный и всасывающий воздухопроводы, циркуляционный контур, загрузчик зерна в установку [2, 3, 4].

Верхняя секция камеры - рабочая, средняя - выгрузная и, наконец, нижняя нагнетательная.

В верхней секции на валу смонтирована опрокидывающаяся платформа. Рабочая поверхность платформы покрыта сетчатым полотном, на котором слоем 0,15-0,20 м загружается зерно. Для поворота платформы при выгрузке зерна из камеры предусмотрен реверсивный электропривод, что позволяет после выгрузки обработанных семян возвращать ее в исходное положение.

Средняя секция содержит установленную под углом 45 градусов перфорированную скатную доску. В нижней части средней секции предусмотрено выгрузное окно.

В верхней секции над платформой установлено разравнивающее устройство, имеющее возможность перемещаться над платформой из одного края камеры в противоположный по направляющим.

В нижней секции герметичной камеры предусмотрено окно, соединяющее камеру с нагнетательным патрубком вентилятора. Верхняя же секция снабжена таким же окном, соединяющим камеру установки воздухопроводом циркуляционного контура с всасывающим патрубком вентилятора.

Электрокалорифер установлен на всасывающем участке циркуляционного контура, непосредственно у всасывающего окна вентилятора, и предназначен для подогрева теплоносителя до заданной температуры.

Парообразователь предназначен для подачи водяного пара по паропроводу во всасывающий воздухопровод циркуляционного контура.

Заявляемый способ обеззараживания семян люпина от возбудителя антракноза удовлетворяет условию патентоспособности - «изобретательский уровень», поскольку цель изобретения - снижение энергозатрат и повышение надежности технологического процесса, при условии сохранения посевных качеств семян, может быть достигнута только при совокупности признаков: семена люпина в потоке теплоносителя подвергают тепловому воздействию при влажности паровоздушной смеси в пределах 30-40%, а температуру теплоносителя при этом поддерживают на уровне, определяемом по соотношению (2).

Пример конкретного выполнения заявляемого способа термообработки семян люпина при влажности теплоносителя 30-40% в сравнении с известным, где его влажность в процессе прогревания семян поддерживается на уровне 79-84%, при естественной зараженности семян желтого и узколистного видов люпина 0,-4,4%, приведен в таблице 5.

Из таблицы следует, что заявляемый способ позволяет обеспечить практически полное обеззараживание семян от антракноза в слое толщиной до 0,2 м при влажности теплоносителя в интервале 30-40% и фактической температуре, определяемой по соотношению (2). Посевные качества семян при этом сохраняются практически на исходном уровне, о чем свидетельствуют данные таблицы по всхожести, а также длине гипокотиля и корня (графы 7 и 8).

Таким образом, заявляемый способ термообработки от антракноза семян желтого и узколистного видов люпина позволяет снизить энергозатраты на 35-40%, повысить надежность технологического процесса, обеспечив при этом практически полное их обеззараживание от антракноза, при условии сохранения посевных качеств.

Источники информации

1. Деркачев И.П. «Термический способ обеззараживания семян люпина от антракноза». // Кормопроизводство, № 6, 2005, - стр.24-25.

2. Деркачев И.П. «Установка для термического обеззараживания семян люпина от антракноза» // Сб. научных трудов - Брянск 2007, стр.232-244.

3. Деркачев И.П. «К предпосевному термическому обеззараживанию семян люпина от антракноза» // Сб. научных трудов XV Международной научно-практической конференции, 12, 15 октября 2007 г. - Москва, ВИМ, 2008. - стр.239-247.

4. Деркачев И.П. «Методические рекомендации по эффективному использованию установки для обеззараживания семян люпина от антракноза» - Брянск, 2006.

5. Деркачев И.П., Такунов И.П. «Способ термического обеззараживания семян люпина от возбудителя антракноза» // Патент № 2249935. - Бюл. № 11. - 20.04.2005 (аналог).

6. Деркачев И.П., Такунов И.П. «Способ термического обеззараживания семян люпина от возбудителя антракноза» // Патент на изобретение № 2286663 - Бюл. № 31 - 10.11.2006 (прототип).

Способ термического обеззараживания семян люпина от антракноза, включающий нагрев семян до необходимой температуры при конвективном подводе тепла в потоке нагретого до необходимой температуры теплоносителя, продуваемого через слой семян толщиной, не превышающей 0,15-0,20 м, с последующим выдерживанием в потоке теплоносителя при достигнутой температуре в течение 1,5-2,0 ч, отличающийся тем, что семена подвергают тепловому воздействию при относительной влажности теплоносителя в пределах 30-40%, а его температуру поддерживают на уровне, определяемом по соотношениюТ_опт=(123,9…125,0)-0,021W₀ ³+0,806W₀ ²,где W₀ - исходная влажность семян, %;Т_опт - оптимальная температура теплоносителя при его относительной влажности в интервале 30-40%, °С.