Дело на миллион ! Где теряется влажность зерна при лабораторном анализе

Когда лаборатория по анализу качества зерна оснащена оборудованием по последнему слову техники, казалось бы созданы все условия для анализа влажности термогравиметрическим методом.

И лабораторное оборудование заняло свои места - мельница лабораторная и сушильный шкаф для зерна.

И персонал даже ночью готов процитировать ГОСТ на память.

И не один процент влажности не потеряется при доставке зерна в лабораторию.

А вот лабораторная мельница, особенно при  постоянном режиме работы, в течение рабочего дня, может “скушать” до 1 % влажности (это реально много), даже если идеально настроен сушильный шкаф, досконально соблюдается стандарт, включая временные интервалы и температурные режимы.

А чем больше влажность, тем выше затраты (финансовые, энергетические, трудовые) на сушку и вентилирование – доведение зерна до уровня влажности, который приемлем для длительного хранения.

А если зерно влажное, то остается 2 варианта, чтобы компенсировать затраты.

Или прибыль свою уменьшать или цены увеличивать, что рынок сделат не позволит сделать.

Плюс с каждым процентом влажности, растет риск развития микроорганизмов, прорастания, и перехода в пониженный класс.

А значит будут отложены или урезаны инвестиционные проекты, а собственники получат “похудевшие” дивиденды.

Ладно еще, если зерно действительно влажное. От превратностей погоды и затяжных дождей не застрахован никто - сельское хозяйство всегда будет бизнесом повышенного риска.

Хуже, когда теряется доверие к лабораторной мельнице.

Пока зерно целое, за несколько часов от транспортировки до анализа на влажность, влага не испарится. Твердые плодовые оболочки не дадут.
Если конечно зерно не перевозится по пустыне Сахара.
 

Этот риск предусмотрен стандартом - ГОСТ 21194-93 прямо говорит: “следует быстро размолоть некоторое количество от средней пробы”.

Быстро – потому что при измельчении извлекается влага из внутренних слоев и размолотый образец начинает подсыхать.

В чем легко убедиться даже в быту, если развесить белье, даже не вынося на улицу – высохнет в любом случае.

Вот здесь и теряется влажность !

И к доставленным пробам в лабораторию нет претензий и персонал квалифицированный, а всего одна мельница может исказить результаты влажности огромной партии.

Опять вспоминаем про миллионы потерь.

Лабораторная мельница по определению не должна “грешить” и нагреваться сверх меры.

Это в домашней кофемолке никому нет дела до того, нагрелись ли кофейные зерна или нет.

С зерном иначе.

1. Начальная температура размольной камеры
2. Время размола
3. Расположение двигателя
4.  Мощность двигателя
5.  Форма и острота ножей
6. Естественный отвод тепла
7. Принудительное охлаждение размольной камеры

Как проверить, что мельница нагревает пробу и “крадет” проценты влажности еще до начала просушки в сушильном шкафу ?

Да никак. Термогравиметрический анализ влажности проводят, исходя из полного доверия к лабораторному оборудованию.

Цепочка: зерно ➜ отобранная проба ➜ мельница ➜сушильный шкаф ➜ лабораторные весы и так на каждом из звеньев накапливает погрешность и это нормально.

В допустимых ГОСТом пределах конечно.

Идеальных лабораторных приборов и оборудования не существует. Плюс человеческий фактор.

Но одно дело после всех процедур получить отклонение от истинного значения в 0,3%, а другое - на одной лабораторной мельнице потерять 1 %. Многовато !

Несмотря на непрямой метод измерения, даже инфракрасный анализатор зерна (откалиброванный по референтным образцам зерна по всем диапазоне) покажет значительно точнее.

Например, ИК анализаторы зерна Mininfra и Supnir обеспечивают погрешность, не превышающую 0,3 %.

Почему же мельницы лабораторные могут в буквальном слова сорвать весь процесс лабораторного анализа влажности ?

Изначально предполагается, что производитель провел десятки и сотни тестов, чтобы свести воедино мощностные характеристики, габариты, взаимное расположение структурных блоков, конструкцию режущих элементов мельницы для зерна…

А влажность все-таки теряется.

Разберем подробно каждый из факторов

Лабораторная мельница - где теряется влажность ?

Лабораторные мельницы могут работать в двух режимах:

• повторно-кратковременном;
• непрерывном.

Выбор режима зависит от загрузки лаборатории (количества исследований в течение дня) и специализации – если анализа зерна не основной профиль, мельница может использоваться периодически.

Соответственно в зависимости от режима, заказывается соответствующее оборудование.

Если мельница для зерна рассчитана на постоянный режим, камера для размола при интенсивной эксплуатации не будет нагреваться - внедрены решения для непрерывного отвода тепла.

В противном случае увеличивается температура измельченного образца и активизируется процесс испарения влаги.

В лабораторной мельнице, не рассчитанной на непрерывный режим, размольная камера будет постоянно теплой или даже горячей и использоваться такую мельницу для анализа зерна нельзя.

Чем дольше длится процесс измельчения, тем больше нагревается образец. В зависимости от вида культуры, твердости зерна, если не достигнута желаемая степень крупности, не исключен повторный запуск мельницы.

Как следствие образец также нагревается.

Чем ближе электродвигатель к размольной камере, тем интенсивней процесс теплопередачи от нагретых обмоток.

Следует разделить два понятия:

• стартовая мощность двигателя, необходимая, чтобы раскрутить ротор от 0 до заданного числе оборотов.
  
  В момент запуска мельница лабораторная потребляется ток в разы больше, чем при выходе на рабочую частоту.
  
  Это связано как с преодолением момента инерции самого ротора, трения в подшипниках подшипников, так и для проворта ножей в массе зерна.
  
  Тем более если размалывается твердый крупнокусковой жмых или шрот.
  
  Увеличенный ток приводит к нагреву обмоток. При частых запусках тепло постепенно распределяется путем теплопроводности по всему корпусу мельницы;
• мощность потребляемая в рабочем режиме, расходуется на: разрезание зерна режущими кромками ножей (или дробление, если используется молотковая мельница), трение частиц измельчаемого продукта между собой и стенками емкости.
  
  Постоянная работа электродвигателя при повышенной температуре, приводит к тому, что сопротивление обмоток еще больше повышается и образуется замкнутый круг.

Мощность электродвигателя лабораторной мельницы должна быть “с запасом”. В разумных пределах конечно.

5-ти Киловатоный движок конечно измельчит все за секунды, но тогда появляются совершенно непремлемые сопутствующие факторы:

• увеличенный размеры и вес. Огромная мельница просто не поместился на лабораторном столе. Даже занести лабораторное оборудование будет большой проблемой;
• потребуется подключение к трехфазной системе питания;
• повышенная шумность;
• огромный расход электроэнергии – не окупится ни один лабораторный анализ. Кому нужна мельница для зерна, приносящая убытки ?

Двигатель мощностью в 500 Ватт казалось бы удовлетворяет всем условиям – и мельница будет компактной и малошумящей и расход электричествам небольшой.

Проблема только в узкой сфере применения.

Точнее размол может и будет произведен, но чтобы вращать ножи с заданным числом оборотов в плотной массе продукта, мощности как раз и не будет хватать.

Потребление тока возрастет, а измельчаемая проба нагреется.

Альтернатива – зерновая мельница с электродвигателем мощностью 1 КВт:

• потребляет электроэнергии меньше чем бытовой пылесос;
• разгоняется быстро;
• время непосредственного размола минимальное.

Тупые ножи на кухне уже стали понятием нарицательным. Приходиться прилагать в разы больше усилий, рискуя порезаться.

С ножами для мельниц ситуация аналогичная.

Играет роль:

• угол заточки, влияющий на остроту сроки;
• материал – чем более износостойкий, тем больше срок службы. Ножи должны быть изготовлены их закаленной стали;

Визуально тупые ножи можно и не заметить, и судить о необходимости заточки или замены по внешним признакам:

• не достигнут заданный фракционный состав;
• мельницу приходится включать повторно, хотя раньше для той же зерновой или масличной культуры достаточно было однократного измельчения;
• опять же лабораторное оборудование начинает греться значительно больше, чем несколько месяцев назад.

Кроме того, важное значение имеет вес ножей и балансировка, иначе центробежные силы быстро разобьют подшипника двигателя, а сам корпус будет вибрировать.

Хотя в любом случае лабораторная мельница должна имеет тяжелый корпус, чтобы противостоят динамическим нагрузкам, поскольку частота вращения может превышать 20000 об/мин.

При повторном-кратковременном режиме работы любого лабораторного оборудования: верхнеприводная и магнитная мешалка, лабораторная центрифуга при перерывах в работе детали успевают охлаждаться и мельница для зерна не исключение.

На теплоотвод влияет:

• материал размольной камеры;
• толщина стенок;
• температура в в лаборатории.

При постоянной режиме естественного охлаждения не хватает

Лабораторные мельницы, например модели LM-7020 с охлаждением позволяют одновременно решить 3 задачи:

• ь до минимума вероятность нагрева пробы;
• обеспечить непрерывный режим работы;
• при измельчении масличных культур избежать замасливая стенок камеры.

Существует 2 схемы подключения:

1. Непосредственно к водопроводу;
2. Замкнутая система охлаждения.

В последнем варианте расход воды сводится к нулю – теплоноситель циркулирует в замкнутом контуре и охлаждается вентиляторами.

Чтобы не терять влажность при стандартном, термогравиметрическом методе исследования, необходимо, чтобы лабораторная мельница, рассчитанная на непрерывный режим работы, соответствовала следующим требованиям:

• мощность электродвигателя 1 КВт;
• мельница должна оборудована размольной камерой с охлаждением;
• ножи изготовлены из закаленной стали.

Таким образом удастся размолоть за кратчайшее время продукты до заданного фракционного состава и передать образец для выполнения следующего этапа – сушки в сушильном шкафу.

Кроме того, такая мельница обеспечит качественную пробоподготовку для анализаторов, исследующим методом инфракрасной спектроскопии, размолотые пробы зерна.