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 исследования влажности термогравиметрическим методом.

✓ И лабораторное оборудование заняло свои места - мельница зерновая и шкаф сушильный.

✓ И персонал даже ночью готов процитировать ГОСТ на память.

✓ И не один процент влаги не потеряется при доставке зерна в лабораторию после отбора проб.

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

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

А если зерно сырое, то остается 2 варианта, чтобы компенсировать затраты:

• или прибыль свою уменьшать;
• или цены увеличивать, что рынок сделать не позволит.

Не говоря уже о том, что 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 влажноватое. От превратностей погоды и затяжных дождей не застрахован никто - сельское хозяйство всегда будет бизнесом повышенного риска.

Хуже, когда теряется доверие к электромельнице для измельчения зерна.

Пока зерно целое, за несколько часов от транспортировки до лабораторного анализа, 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 одно устройство для измельчения может исказить результаты по всей товарной партии зерна в десятки тысяч тонн.

Опять вспоминаем про миллионы денежных потерь.

Лабораторная электромельница 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 лабораторным анализом зерна 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 проводят, исходя из полного доверия к лабораторному оборудованию.

Цепочка: зерно ➜ отобранная проба ➜ зерновая 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 мельнице потерять 1 %. Многовато !

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

Почему же мельницы могут в буквальном слова сорвать весь процесс стандартного лабораторного исследования влажности зерновых, даже при полном соответствии методу исследования ?

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

А проценты все-таки теряется...

Разберем подробно каждый из факторов.

Лабораторная мельница - где теряется влажность ?

Зерновые мельницы могут работать в двух режимах:

• повторно-кратковременном;
• непрерывном.

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

Соответственно в зависимости от режима, закупается необходимое оборудование для оснащения зерновой лаборатории.

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.

Это одна из причин использовать в полевых условиях переносные влагомеры для зерна - не нужен размол образца, да и сама отобранная пробоотборником проба зерновой культуры не нагревается.

В зернодробилке, не рассчитанной на непрерывный режим, измельчительная камера будет постоянно теплой или даже горячей и использоваться такое оборудование для анализа качества 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 исключено повторение процедуры размола.

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 электромотор потребляет ток в разы больше, чем после выхода на рабочую частоту.
  
  Это связано как с преодолением момента инерции самого ротора, трения в подшипниках подшипников, так и для проворота ножей в массе зерна.
  
  Тем более если размалывается твердый крупнокусковой жмых или комбикорм.
  
  Увеличенный ток приводит к нагреву обмоток. При частых запусках температура постепенно распределяется путем теплопроводности по всему корпусу;
• 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.

В разумных пределах конечно.

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

• увеличенные размеры и вес. Громоздкое устройство просто не поместится на лабораторном столе. Это же не промышленная зернодробилка, а "тонкое" лабораторное оборудование;
• потребуется подключение к трехфазной системе питания;
• повышенная шумность;
• недопустимый 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 компактный и малошумящий и потребление электричества небольшое.

Проблема только в узкой сфере применения.

Точнее измельчение может и будет произведено, 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 для лабораторий по анализу качества  зерна с электродвигателем мощностью 1 КВт:

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

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

С ножами для разрезания и дробления ситуация аналогичная.
Играет роль:

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

Визуально затупившиеся режущие кромки можно и не заметить, но отследить необходимость заточки или замены по внешним, косвенным признакам:

• не достигнут заданный фракционный состав;
• измельчитель приходится включать повторно, хотя раньше для той же зерновой или масличной культуры достаточно было однократного измельчения;
• дробилка для зерна 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 мельница зерновая должна иметь тяжелое основание, чтобы противостоять динамическим нагрузкам, поскольку частота вращения может превышать 20000 об/мин.

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

На теплоотвод влияет:

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

При постоянном режиме мелкого измельчения или грубого дробления зерна, макухи, шрота, жмыха, естественного охлаждения не хватает.

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

• снизить 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 мельница для зерна, рассчитанная на непрерывный режим работы, соответствовала следующим требованиям:

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

Кроме того, такое оборудование для лаборатории обеспечит качественную пробоподготовку для анализаторов, исследующих методом инфракрасной спектроскопии, размолотые пробы зерна.