Сушильные шкафы для определения влажности в зерне
Обновлено: 18.05.2024
Анализатором влажности или влагомером называется прибор, с помощью которого определяется содержание воды в газе, жидкости или твердом (в т.ч. сыпучем) материале. Устройство показывает процентное соотношение, которое выражает долю Н2О по отношению ко всей массе измеряемого вещества.
Показатель влажности требуется для определения качества сырья или готовой продукции, контроля условий труда и других целей.
Методы измерения влаги
Весовой (сушильно-весовой, термогравиметрический)
Классическая технология, подходит для газов и твердых веществ. Образец взвешивается, после чего высушивается и снова взвешивается. По общему весу материала, а также разности масс, вычисляется влажность. Для газов: в изолированную камеру помещается гигроскопичное вещество и закачивается газ. Через некоторое время, вещество впитывает влагу из газа. Расчет аналогичный.
Психрометрический
Психрометр состоит из двух термометров, сухого и мокрого. Резервуар последнего обернут влажной тканью. Из-за испарения влаги, интенсивность которого зависит от влажности воздуха, термометры дают разные показания. Значение определяется по таблице. Применяется только для воздуха.
Волосяной
Суть работы гигрометра заключается в том, что длина волоса зависит от влажности воздуха. В современных моделях, вместо волоса, применяются гигроскопичные полимеры. Способ менее точный, чем предыдущий.
Кондуктометрический (резистивный)
Технология основана на измерении электрического сопротивления образца, значение которого зависит от его влажности.
Химический
Применяется реагент, вступающий в реакцию только с водой. Влажность вычисляют после того, как определят количество выделившейся в результате реакции жидкости или газа.
Диэлькометрический (емкостный)
Прибор измеряет диэлектрическую проницаемость образца, которая зависит от его влажности, так как данный параметр у воды (80) выше, чем у прочих материалов (например, сухой рис – 3,5; кукуруза – от 5 до 10). Капиллярно-пористый предмет помещают между обкладками конденсатора, после чего определяют емкость, зависящую от проницаемости. Жидкое вещество (эмульсию с добавкой воды) располагают между электродами датчика. Его емкость изменяется, согласно уровню влажности эмульсии. Замеренный показатель преобразуется в выходной сигнал. Метод подходит также и для газов.
Оптический
Устройство измеряет оптическую плотность образца, зависящую от содержания влаги.
Инфракрасный
Для определения влажности выполняется спектрометрический анализ.
Сверхвысокочастотный
Резонатор воздействует на объект электромагнитными волнами в диапазоне СВЧ. Возбуждение проводится на двух модах, с помощью элементов связи с различным знаком реактивности. Измеряют затухание волн. По разности полученных величин находят влажность.
Типы влагомеров
Влагомеры бывают специализированные и универсальные. Первые предназначены для определения влажности одного вещества (воздух, почва, древесина и др.). С помощью универсального можно найти значение данного параметра практически для любого образца.
Универсальные влагомеры делятся на стационарные (лабораторные) и переносные (портативные).
Стационарные
Лабораторный влагомер представляет собой точные электронные весы с тензокомпенсатором и системой подогрева, обычно галогеновой или инфракрасной. Работают по сушильно-весовому методу (см. выше). Достоинства: высокая точность измерений. Недостатки: процесс занимает много времени (не меньше часа на одну пробу), требует наличия дополнительного оборудования (мельница, эксикатор, весы), должен выполняться лаборантом со специальной подготовкой, не может проводиться в полевых условиях.
Переносные
Переносной влагомер – это компактный прибор, обычно с датчиками. В большинстве случаев, используется для определения влажности твердых и сыпучих веществ, реже – для газов. Чаще всего такие устройства работают по одному из косвенных методов, когда сначала находится значение какого-либо параметра, зависящего от влажности образца, а уже потом вычисляется содержание воды. Самые распространенные способы: диэлькометрический и кондуктометрический.
Достоинства: переносной влагомер – это легкий и компактный аппарат, дополнительное оборудование не нужно, есть возможность работы в полевых условиях, быстрое определение влажности, специальная подготовка не требуется. Недостатки: на результат измерений влияет качество контакта датчика с веществом, при малых значениях влажности точность работы снижается (для диэлькометрического – ниже 1%) или невозможна (для кондуктометрического – ниже 5-8%).
Анализ влажности как один из основных показателей качества зерна
В сельском хозяйстве и пищевой промышленности широко используются такие приборы, как анализаторы влажности зерна. Они красиво выглядят и быстро работают. Но действительно ли так уж сильно необходимы влагомеры зерна, или их применение – всего лишь дань технологической моде?
Среди различных показателей качества собранного зерна влажность является одним из важнейших. Причина заключается в том, что вода напрямую влияет на интенсивность жизнедеятельности микроорганизмов, поэтому данную характеристику определяют сразу же в процессе приемки.
Риски при повышенной влажности зерна
От уровня влажности зависит, сколько в зерне содержится питательных веществ, а также насколько оно подходит для переработки или хранения. Чем этот показатель выше, тем больше в нем воды и меньше полезных компонентов и тем хуже оно будет храниться и перерабатываться. Избыточное наличие влаги является катализатором, активирующим физиологические и физико-химические процессы, такие как прорастание, дыхание, набухание, активизация ферментов, расщепление биополимеров.
Если зерно убрано с поля с повышенной влажностью, то микроорганизмы на его поверхности развиваются ускоренными темпами. В общем объеме такой зерновой массы значительно возрастает количество клещей и различных вредителей из класса насекомых. Это тоже отрицательно влияет на качество крупы и семян, увеличивает вероятность их порчи при хранении.
Еще один важный фактор заключается в том, что у влажного зерна изменяются в худшую сторону физические свойства. Снижается натура (то есть, вес какого-либо объема, например, 1 тн. зерна, в отличие от распространенного показателя веса 1000 шт. зерен) и сопротивление раздавливанию, ухудшается сыпучесть. Оболочки становятся гладкими и более эластичными. В результате, на механическое дробление приходится расходовать больше энергии, чем для сухого материала. Бывает и так, что переработка оказывается просто невозможной.
В период уборки различных зерновых культур, влажность урожая колеблется в значительном диапазоне – от 10% до 30% и более. По указанным выше причинам, определение данного параметра является важным этапом производственного процесса. В зависимости от его результатов, принимается решение о необходимости повышении качества посредством сушки.
Уровень влажности в зерне
Определенное количество влаги в зерне есть всегда. Точное его значение зависит от множества факторов: климатических условий, вида культуры, особенностей ее анатомии, степени спелости, наличия гидрофильных коллоидов, условий уборки и последующего хранения.
По каждой группе определены показатели в процентах, разные для различных культур. Например, для ячменя, ржи или пшеницы они составляют, соответственно до 14% включительно; 14,1% – 15,5%; 15,6% – 17,0%; 17,1% и более. У некоторых бобовых эти цифры выше, у масличных – ниже. В частности, в сухом семени подсолнечника присутствует не более 7% влаги.
Нормативные акты и методы определения влажности
Важность получения своевременной и точной информации о наличии влаги в зерне подтверждается тем, что по данной операции на государственном уровне приняты соответствующие нормативные документы:
ГОСТ 13586.5-2015 «Зерно. Метод определения влажности (с Поправкой)».
ГОСТ 29027-91 «Влагомеры твердых и сыпучих веществ. Общие технические требования и методы испытаний».
Есть и другие, например, ГОСТ 29305-92. В первом стандарте прописан метод измерения влажности зерна злаковых, включая кукурузу, и зернобобовых культур, по технологии воздушно-тепловой сушки. Данный способ считается эталонным и наиболее точным. Используется на перерабатывающих и хлебоприемных заводах, во время проведения контрольных замеров и в спорных ситуациях. Второй ГОСТ распространяется на влагомеры твердых и сыпучих веществ, принцип действия которых основан на использовании косвенных (электрических) методов: диэлькометрическом (объемном), кондуктометрическом, инфракрасном и сверхвысокочастотном. Приборы, работающие по прямым методам измерения, к сфере действия этого документа не относятся.
Все методы измерения влажности твердых и сыпучих веществ делятся на две категории:
- Прямые – количество влаги в материале определяется непосредственно, путем его разделения на воду и сухое вещество.
- Косвенные – наличие влаги узнается путем измерения какой-либо физической величины, числовое значение которой связано с количеством воды в материале.
При поступлении зерна на хлебоприемные пункты необходимо четко знать, куда направлять ту или иную партию зерна: в зерносушилку, на хранение в склад активного вентилирования или в силос элеватора на длительное хранение. При этом необходим экспресс-метод, позволяющий провести анализ за несколько минут, иначе процесс приемки зерна чрезвычайно осложняется.
Приборы для определения влажности
В настоящее время анализаторы влажности отечественного и зарубежного производства представляют собой намного более совершенные приборы, чем те, которые выпускались в конце прошлого столетия. Все они делятся на две группы: лабораторные и портативные. Первые предназначены для стационарного применения. Они используют гравиметрическую технологию (высушивание образцов, с измерением массы навески) и выдают результаты через 15 секунд после начала измерений.
Большинство портативных устройств работает по кондуктометрическому или диэлькометрическому методу. Во втором случае, к прибору прилагается несколько (от 5 до 20) различных шкал для разных видов зерна. Есть возможность сделать индивидуальную градуировку. Диапазон измерений максимально широкий, от 0% до 100%. (Здесь надо отметить, что, при покупке влагомера для зерна, не обязательно выбирать аппарат с самыми большими возможностями, поскольку это увеличивает его цену. Вполне достаточно от 0% до 50%, или даже меньше, потому что содержание воды практически никогда не выходит за эти пределы).
Параметры, которыми руководствуются покупатели, практически одинаковы. Их интересуют точность измерения влажности на складе, цена и количество шкал в приборе.
Самые дорогие – влагомеры с тензовесами, делающие высокоточные измерения. Количество шкал в таких приборах увеличено до 450, а производители приборов только иностранные фирмы.
Поэтому при выборе дешевого прибора стоит подстроить его шкалы к определенным условиям работы. Диапазон регулировки может варьироваться от +/- 2% до +/- 10%, причем, не все приборы наделены такой возможностью, поэтому в инструкции могут быть не указаны требования к изменениям шкалы.
Для фермеров, выращивающих зерно самостоятельно, достаточно и более дешевый вариант без тензовесов. Для крупных сельскохозяйственных предприятий необходимо остановиться на влагомере с тензовесами.
Для пользователя важнее способ заполнения измерительного отсека устройства. Это оказывает сильное влияние на точность показателей и удобство при эксплуатации прибора. Устройства делятся на виды:
— с уплотнительной крышкой;
— с уплотнительной крышкой, а также измельчением зерна;
— с наполнением камеры путем свободного падения зерна.
Настройка прибора и проведение анализа
Еще один нюанс. К примеру, Вы сделали все правильно: выполнили все предписания инструкции по эксплуатации, но — в итоге получили разницу между показаниями сушильного шкафа и Вашего влагомера 0,5 %! Какой напрашивается вывод?! Либо влагомер бракованный, либо в лаборатории сделали измерения методом «на глазок». В представлении обычного человека разница в показаниях настроенного экспресс-влагомера без тензовесов и сушильного шкафа должна составлять 0 %. Но мы должны знать, что любой измерительный прибор имеет погрешность. Согласно паспортным данным, сушильный шкаф имеет допустимую погрешность ±0,5 %. Ваш влагомер имеет погрешность, например, ±1 %. И если предположить, что показания сушильного шкафа занижены на –0,5%, а показания Вашего влагомера занижены еще на –1 % (все в рамках указанных в паспорте классов точности), то, получается, что максимально допустимая разница в показаниях влагомера и сушильного шкафа составляет даже 1,5 %. А Вы получили всего лишь 0,5 %. Значит, Ваш влагомер настроен идеально.
Почему приходится заниматься корректировкой влагомера без тензовесов в начале каждого сезона?! Тут тоже всё понятно. Один и тот же сорт зерновой культуры в зависимости от погодных условий и разнообразных природных факторов каждый год дает разное зерно. Уродило мелкое зерно, значит, в измерительную камеру влагомера без тензовесов его попало больше по массе и показания влагомера будут завышены. В следующем году собрали более крупное зерно, и в измерительную камеру его попало меньше по массе, следовательно, показания влагомера без тензовесов будут занижены. Отсюда напрашивается вывод: для получения точных показаний влагомеров без тензовесов приходится ежегодно корректировать их под конкретное зерно.
Обратите внимание: во влагомерах с тензовесами предусмотрена автоматическая корректировка на натуру измеряемого зерна.
Обратить внимание нужно на объем измерительной камеры, чем ее объем больше, тем точнее будут полученные цифры. Ведь влажность распределяется неравномерно, и для достоверного результата нужно исследовать большое количество проб с разных точек поля, засеянного определенной культурой, а затем определить влажность каждой пробы. И здесь вывод очевиден:
1) при маленькой измерительной камере придется выполнять все измерительные процедуры для каждой из множества проб,
2) при большой камере число измерений и всех подготовительных мероприятий существенно сократится.
Что за «подготовительные мероприятия»?! Сразу можно оговорить, последующая информация касается большинства влагомеров (но не всех!). Дело в том, что обычно (но не всегда!) перед засыпанием очередной пробы зерна измерительную камеру нужно тщательно очистить от остатков влаги, содержавшейся в предыдущей пробе и осевшей на стенках. Соответствующее указание прописано в инструкции к прибору. Однако в некоторых влагомерах учитывается так называемая «остаточная» влажность. Такой влагомер измеряет влажность пустой камеры и учитывает полученное значение при анализе следующей партии зерна. Кстати, зерно в такой прибор можно будет засыпать только после специальной команды на табло. Если же в инструкции написано, что допускается сначала поместить пробу в измерительную камеру, а затем включить прибор, то, следовательно, данный влагомер не определяет влажность пустой камеры, и каждый раз ее нужно тщательно очищать (вытирать, высушивать) перед новым измерением.
Важный параметр, который влияет на точность их показаний и на удобство их эксплуатации, — это способ заполнения измерительной камеры. Здесь главное — обеспечить повторяемость плотности засыпанного зерна от замера к замеру.
Итак, в зависимости от способа заполнения измерительной камеры различают засыпные влагомеры:
1) с уплотняющей (подпружиненной) крышкой;
2) с уплотняющей крышкой и измельчением зерна;
3) с заполнением измерительной камеры свободным падением зерна (в этом случае зерно следует подавать через специальный засыпной стакан);
4) со свободным падением зерна при наличии встроенных тензовесов и автоматического учета плотности засыпанного зерна.
Первые три способа дают класс точности не ниже ±0,5 %; последний способ обеспечивает наиболее высокую точность — до ±0,3 %. И всегда влагомеры с тензовесами будут более точными. Это аксиома. Нужна точность — выбирайте влагомеры с тензовесами!
В конструкциях современных влагомеров предусмотрены всевозможные дополнительные функции (к примеру, запоминание предыдущего замера, вычисление среднего значения ряда замеров и т.д.), а также система подсказок, которые значительно облегчают жизнь их пользователям. Пожалуй, самая важная из таких дополнительных функций влагомера — температурная поправка. Известно, что между влажностью и температурой существует существенная зависимость. Поэтому влагомер без учета изменения температуры исследуемого зерна не будет выполнять свое предназначение. Значение температуры может выводиться на специальную шкалу, а может учитываться автоматически при определении показателя влажности. Но при выборе влагомера следует обязательно обратить внимание на наличие поправки на температуру
Что еще нужно знать при выборе влагомера?
В принципе влагомеры — это приборы, который может служить очень долго. А вот гарантию на них чаще всего дают 1 год (в исключительных случаях 3 года), потому что при большом количестве измерений некоторые механические детали изнашиваются и их нужно периодически менять. Например, в засыпных влагомерах с уплотняющими крышками со временем выходит из строя резьба, пружина теряет свои свойства; аналогичные детали (резьба, пружина), а также измельчающая поверхность срабатываются во влагомерах с уплотняющей крышкой и измельчением зерна. Обычно расходные детали без проблем можно купить у фирмы-продавца. Подчеркиваю: это относится только к влагомерам с изнашиваемыми механическими деталями. Что касается гарантийных обязательств, то в условиях конкуренции они выполняются в полном объеме и достаточно быстро.
Использование точного и многофункционального влагомера зерна является залогом успешной деятельности производителей зерна.
Определение влажности зерна в сушильных шкафах.
Образцовый метод определения влажности. Метод устанавливает измерение влажности зерна (зерновых и зернобобовых культур) и продуктов его переработки (муки, крупы и отрубей) при помощи образцовой вакуумно-тепловой установки ОВЗ-1, предназначенной для градуирования, определения погрешности действующих и аттестации вновь разрабатываемых рабочих средств измерения влажности.
Основной метод определения влажности. Этот метод установлен стандартом и заключается в высушивании навесок размолотого зерна в электрическом сушильном шкафу СЭН1-1 при температуре 130° С в течение 40 мин. Можно пользоваться также и сушильным шкафом СЭШ-Зм.
Методом высушивания влажность зерна можно определять и на других сушильных шкафах, но при условии, что результаты определения не будут превышать установленные стандартом нормы допустимых отклонений.
При определении влажности на предприятиях отрасли хлебопродуктов применяют электросушильные шкафы марки СЭШ-1, СЭШ-3 и СЭШ-Зм.
Электрический сушильный шкаф СЭШ-1 (рис. 20, а). Представляет собой сушильную камеру с электрическим подогревом и автоматическим регулированием температуры в камере при помощи контактного термометра. Отклонение от заданной температуры должно быть не более ±2° С.
Электрический сушильный шкаф СЭШ-Зм (рис. 20, б). В отличие от сушильного шкафа СЭШ-1 имеет вращающийся стол с гнездами, приспособленными к быстрой замене обыкновенных бюксов, в которых высушивается размолотое зерно или продукты его переработки, сетчатыми бюксами для предварительного подсушивания целого сырого зерна влажностью выше 18%. Под сушильной камерой шкафа расположен вентилятор.
На панели шкафа расположены выключатели нагревателей и гнезда контактного термометра.
При помощи левого (основного) выключателя подключаются электродвигатель и основная секция нагревателя, при помощи правого - включается дополнительная секция для ускоренного разогрева шкафа и для работы шкафа при температуре свыше 120° С.
Рис. 20. Электрические сушильные шкафы: а - СЭШ-1; б - СЭШ-Зм.
К сушильному шкафу СЭШ-Зм прилагается специальный аппарат АУО-1 для охлаждения зерна (рис. 21) при ускоренном определении навесок зерна с предварительным подсушиванием.
Аппарат состоит из полого цилиндра, внутри которого находится вентилятор, вращающийся со скоростью 1400 об/мин. Верхняя часть цилиндра плотно закрыта крышкой, на которой имеются шесть сетчатых гнезд. Аппарат может охладить в течение 5. мин одновременно шесть навесок зерна до температуры окружающей среды. За этот срок наступает относительно устойчивое распределение влаги в зерне.
Обычно навески зерна после предварительного подсушивания охлаждают в помещении лаборатории до температуры окружающей среды. Однако при таком охлаждении температуру окружающей среды приобретают лишь поверхностные слои зерна.
Рис. 21. Аппарат АУО-1 для охлаждения зерна
Высушивание в электрических сушильных шкафах. Последовательность определения влажности в сушильном щкафу такая: включатель шкафа ставят в положение «Включено», при этом загорается сигнальная лампа;
взвешивают на технических весах нужное количество бюкс;
размалывают на лабораторной мельнице исследуемые образцы зерна;
помещают размолотое зерно в банку с притертой пробкой, тщательно смешивают его. Отобрав от каждой банки ложечкой из разных мест по две порции размолотого зерна, помещают его в бюксы с известной массой и доводят до 5 г. Бюксы для навесок должны быть алюминиевыми. Диаметр бюкс 48 мм и высота 20 мм. Бюксы должны быть чистыми, с номером на крышке и на самой чашке;
нагревают сушильный шкаф до температуры 140° С, для этого отключают контактный термометр;
по достижении указанной температуры контактный термометр включают и бюксы с навесками размолотого зерна вместе со снятыми с них крышками быстро помещают в шкаф. Температура в шкафу при этом обычно падает, на что указывает включение сигнальной лампы, продолжительность горения которой должна быть не более 15 мин. Если сигнальная лампа погаснет через 15 мин, анализ считается неправильным, и его следует повторить;
по истечении 40 мин бюксы с навесками вынимают из шкафа тигельными щипцами, закрывают бюксы крышками и переносят в эксикатор до полного охлаждения примерно на 15-20 мин.
В нижнюю часть эксикатора насыпают слой сухого хлористого кальция или наливают крепкую серную кислоту плотностью 1,84. Примерно один раз в месяц хлористый кальций из эксикатора перемещают в фарфоровую чашку и прокаливают до превращения его в аморфную массу, а серную кислоту проверяют на изменение плотности. Если плотность кислоты изменилась, ее заменяют. Края эксикатора в местах шлифовки смазывают тонким слоем вазелина;
охлажденные бюксы взвешивают на технических весах;
определяют потерю навески в массе до и после высушивания. Влажность выражают в процентах, для чего при навеске в 5 г массу испарившейся влаги умножают на 20 или пользуются формулой
где а - масса бюксы с крышкой, г;
b - масса бюксы с крышкой и навеской до высушивания, г;
с - масса бюксы с крышкой и навеской после высушивания, г.
Для каждого образца проводят два параллельных определения. Влажность исследуемого образца выводят как среднее арифметическое из двух определений.
Время определения влажности зерна и зернопродук-тов в сушильных шкафах основным методом может быть значительно сокращено при использовании для высушивания тарированных бюкс определенной массы, имеющих разницу в массе в сотых долях грамма, но не более 0,05 г (предложение С. П. Сысойкина).
При работе с тарированными бюксами сокращается время, затрачиваемое на взвешивание, расчеты и запись результатов определения в журнал.
Лаборант при взвешивании пустых бюкс пользуется только тремя разновесами (10, 20 и 30 мг). Вычисление результатов определения упрощается, так как можно руководствоваться специальной таблицей.
Кроме общих данных (номер анализа, Дата и др.), журнал по влажности должен иметь следующие четыре колонки (табл. 2).
Определение влажности с предварительным подсушивание м, При влажности зерна более 18% его предварительно подсушивают.
Ускоренные методы определения влажности зерна.
Ускоренный метод определения влажности сырого зерна пшеницы и ржи. Сущность метода заключается в предварительном подсушивании навески в электрическом сушильном шкафу типа СЭШ-Зм с применением сетчатых бюкс при последующем охлаждении в аппарате АУО-1 с искусственной тягой и измерении остаточного содержания влаги в зерне после подсушивания на влагомере ВП-4. Ускоренный метод применяют при влажности зерна свыше 18%. Остаточное содержание влаги в зерне после предварительного подсушивания должно быть не менее 12 и не более 18%.
Порядок работы. Из среднего образца зерна выделяют навеску массой 50 г и помещают ее в плоскую чашку. Из разных мест чашки отбирают ложечкой в сетчатую бюксу (предварительно высушенную и взвешенную) немногим более 20 г зерна, из которого легким встряхиванием удаляют пыль. Бюксу переносят на технические весы, на которых отвешивают точно 20 г. Затем бюксу с зерном закрывают сетчатой крышкой п помещают в сушильный шкаф, предварительно нагретый до температуры 105°С. Зерно подсушивают в течение 2-5 мин, считая с момента установки бюкс. При влажности до 25% подсушивание длится примерно 2 мин, при более высокой влажности - 5 мин.
Бюксу, вынутую из сушильного шкафа, охлаждают в охладителе в течение 5 мин, взвешивают и определяют потерю массы зерна в результате подсушивания и охлаждения.
Предварительно подсушенное и охлажденное зерно тщательно перемешивают и отбирают из него две навески массой по 5 г. Затем на влагомере ВП-4 определяют влажность каждой навески в порядке, указанном выше. Среднее из двух определений принимают за остаточное содержание влаги в предварительно подсушенном зерне.
Общее содержание влаги в образце (по данным предварительного подсушивания и показаний влагомера) устанавливают на основании таблиц, составленных применительно к температуре воздуха в рабочем помещении 20°С, или по формуле
где А - масса зерна после предварительного подсушивания, г;
Б - содержание влаги в предварительно подсушенном зерне, %; Т - температура воздуха помещения, где измерялась влажность на влагомере, °С.
Пример. Допустим, в процессе предварительного подсушп-ванпя навески ржп массой 20 г усушка составила 3,51 г; стрелка влагомера ВП-4 при нажатии на кнопку «С» остановилась на делении «12»; температура воздуха в помещении была 25° С. Пользуясь этими данными, требуется определить влажность зерна.
Отметке «12» на шкале измерителя влагомера ВП-4 предварительно подсушенного зерна соответствует влажность 13,15%, а масса его после подсушивания составляет 20-3,51=16,49 г.
Ускоренный метод определения влажности сырой кукурузы. Из среднего образца выделяют навеску массой около 50 г и помещают в плоскую чашку. Из разных мест чашки ложечкой отбирают немногим более 25 г зерна. Зерно встряхивают и удаляют пыль. Затем на технических весах массу пробы доводят до 25 г и бюксу закрывают сетчатой крышкой.
Бюксы с зерном (крышки бюкс закрыты) помещают в сушильный шкаф, предварительно нагретый до температуры 130°С. Зерно подсушивают в течение 3-8 мин с момента установки бюкс в сушильный шкаф. В процессе высушивания навески зерна допускаются колебания температуры внутри шкафа от 115 до 130°С.
Экспозицию предварительного подсушивания регулируют в зависимости от исходной влажности зерна и подбирают с расчетом остаточного содержания влаги в подсушенном зерне в интервале от 12 до 18%.
После подсушивания бюксы вынимают из шкафа и охлаждают на аппарате АУО-1 в течение 5 мин, поворачивая бюксы по истечении первых двух минут. После этого бюксы взвешивают и определяют потери массы зерна кукурузы в результате подсушивания и охлаждения.
Размолотое зерно тщательно смешивают и отбирают ложечкой из разных мест две навески по 8 г. Затем на влагомере ВП-4 определяют остаточное содержание влаги каждой навески по способу, предусмотренному правилами определения влажности на этом влагомере. Среднее из показаний двух навесок принимают за показание влагомера. При этом необходимо учитывать показания температуры воздуха в комнате. Если влажность менее 12% или более 18%, определение повторяют с изменением экспозиции подсушивания.
Общее содержание влаги в образце (по данным предварительного подсушивания и показаниям влагомера) определяют при помощи специальных таблиц или по формуле
где S,- количество извлеченной влаги при предварительном подсушивании зерна, %; В2- остаточное содержание влаги в подсушенном зерне, % (по данным таблиц); t -температура воздуха в помещении, где проводилось измерение,
Пример. Допустим, что в процессе предварительного подсушивания навески зерна кукурузы массой 25 г (для пшеницы и ржи масса навески 20 г) усушка составила 4,08 г, а показания влагомера ВП-4, когда на кнопку «С» не нажимают, 24 деления.
Температура воздуха в помещении 17° С. По этим данным надо определить влажность зерна.
Пользуясь таблицей, находим, что делению 24 соответствует влажность 17,34%.
Подставляя полученные значения в формулу, находим общее содержание влаги в образце
При организации работы по ускоренному методу определения влажности необходимо аппаратуру расположить так, чтобы передвижения исполнителей были минимальными.
В стандарте отдельным разделом выделено определение влажности семян масличных культур (кроме арахиса, клещевины и сои). Применяя этот же режим высушивания, влажность определяют в двух навесках массой по 5 г целых (неразмолотых) семян.
При определении влажности зерна каждым из указанных методов (кроме образцового) отклонения допускаются не более 0,25%.
При контрольных и арбитражных определениях отклонения допускаются не более 0,5%. В документах о качестве зерна влажность выражают с точностью 0,1 %.
Определение влажности кукурузы в початках по стандарту. Влажность определяют в отдельности для зерна и для стержней.
Для определения влажности зерна исследуемые початки шелушат вручную или на лабораторном шелушителе, а из полученного зерна выделяют среднюю пробу массой 50 г. Пробу размалывают, помещают в банку с притертой пробкой и отбирают две навески п» 5 г.
Для определения влажности стержней от концов каждого из трех стержней, освобожденных от зерна, отрезают (ножом или пилой) по кусочку длиной 2 см и отбрасывают. Затем от оставшейся части каждого стержня отрезают три кусочка (по одному с концов и в средней части) длиной до 3 см и после предварительного разрезания на мелкие части направляют для определения влажности.
Влажность зерна определяют в соответствии с методами, установленными государственным стандартом. Влажность стержня определяют так же, как и зерна, за исключением методов с предварительным подсушиванием и ускоренного. Влажность кукурузы в початках обозначают дробью, в числителе указывают влажность зерна, в знаменателе - стержня.
На всю партию кукурузы в початках влажность пересчитывают, исходя из весового соотношения зерна и стержня.
Пример. При влажности зерна 20% и стержня 24% влажность кукурузы в початках при выходе зерна 72% и стержня 22% будет равна
Влажность зерна. Методы измерения. Анализаторы
В сельском хозяйстве и пищевой промышленности широко используются такие приборы, как анализаторы влажности зерна. Они красиво выглядят и быстро работают. Но, действительно ли так уж сильно необходимы эти влагомеры зерна, или их применение – всего лишь дань технологической моде?
Влажность зерна
Среди различных показателей качества собранного зерна, влажность является одним из важнейших. Причина заключается в том, что вода напрямую влияет на интенсивность жизнедеятельности микроорганизмов – как тех, которые составляют сам растительный плод, так и находящихся на его поверхности. Поэтому данную характеристику определяют сразу же, в процессе приемки.
От уровня влажности зависит, сколько в зерне содержится питательных веществ. А также – насколько оно подходит для переработки или хранения. Чем этот показатель выше, тем больше в нем воды и меньше полезных компонентов. И тем хуже оно будет храниться и перерабатываться. Избыточное наличие влаги является катализатором, активирующим физиологические и физико-химические процессы, такие как прорастание, дыхание, набухание, активизация ферментов, расщепление биополимеров.
Влагомер зерна HE Lite
Влагомер зерна WILE 55
Влагомер A&D MS-70
Влагомер сена, соломы и силоса WILE 27
Влагомер хлопка WILE COTTON
Влагонатуромер WILE 200 для зерна
Влагомер A&D MF-50
Влагомер сена, силоса, сенажа WILE 26
Виды влаги в зерне
Вода в зерне может находиться в трех состояниях:
Химически связанная. В этом случае молекулы Н2О, в строго определенных соотношениях, входят в состав молекул компонентов зерна. Чтобы удалить такую воду, надо прокалить материал, или провести химическую реакцию. В обоих случаях, структура входящих в зерно веществ окажется разрушенной.
Физически связанная. Сюда относится вода структурная, осмотически поглощенная и адсорбционная. Соотношения молекул Н2О могут варьироваться в некоторых пределах. Если они сорбированы присутствующими в зерне гидрофильными коллоидами, то выступать в качестве растворителя уже не могут. Перемещение таких молекул Н2О в теле зерна затруднено, как и участие в химических реакциях. В результате физиологические процессы с их участием почти не происходят. При высушивании такая влага, с трудом, но все же удаляется.
Механически связанная. Она располагается в имеющихся в теле зерна макро- и микрокапиллярах. Эта вода называется свободной. Она сохраняет все свои свойства и принимает участие в происходящих в зерне микробиологических, биохимических и физиологических процессах. Легко убирается высушиванием.
Физически и механически связанную воду, которую можно удалить из зерна в процессе сушки, называют гигроскопической.
Оценка влажности и ее критическое значение
По уровню влажности зерно может быть сухое, средней сухости, влажное или сырое. По каждой группе определены показатели в процентах, разные для различных культур. Например, для ячменя, ржи или пшеницы они составляют, соответственно: до 14% включительно; 14,1% - 15,5%; 15,6% - 17,0%; 17,1% и более. У некоторых бобовых эти цифры выше, у масличных – ниже. В частности, в сухом семени подсолнечника присутствует не более 7% влаги.
Лучше всего хранить сухое зерно. Свободная влага в нем практически отсутствует. А связанная, в основном, удерживается гидрофильными коллоидами. Влажность, при которой в зерне появляется свободная вода, после чего резко интенсифицируются дыхание, прорастание и прочие физиологические процессы, вследствие которых начинают активно развиваться микроорганизмы, называют критической.
По основным злакам нормальной для хранения считается влажность ниже 14%, то есть, меньше критической. В этом случае зерно можно относительно долго держать в насыпях высотой до 30 м и более. Если влажность на грани критической (зерно средней сухости), то интенсивность дыхания возрастает в 2 – 4 раза. Но, поскольку газообмен небольшой, то сроки хранения тоже достаточно долгие. У влажного зерна данный показатель увеличивается в 4 – 8 раз, у сырого – в 20 – 30 раз. При этом, с активным развитием микроорганизмов, наблюдается процесс выделения тепла – самосогревание, в процессе которого температура зерновой массы иногда поднимается до 75 град С.
Нормативные документы
Методы определения влажности
Прямые. Количество влаги в материале определяется непосредственно, путем его разделения на воду и сухое вещество.
Косвенные. Наличие влаги узнается путем измерения какой-либо физической величины, числовое значение которой связано с количеством воды в материале.
Прямые методы
В первую категорию измерения влажности твердых и сыпучих материалов входят способы: высушивание, дистилляционные, экстракционные и химические.
Наиболее распространенным является метод воздушно-тепловой сушки (термогравиметрический), описанный в ГОСТ 13586.5-2015. Суть его заключается в том, что навеску измельченного зерна взвешивают, а затем высушивают в специальном шкафу при температуре 130 град С в течение 40 мин. После этого – охлаждают в эксикаторе (без доступа влаги из атмосферы) и снова взвешивают. Влажность зерна определяют по формулам, исходя из полученных значений масс, и выражают в процентах. Достоинство метода заключается в его высокой точности. Недостатки – длительный процесс, необходимость наличия сушильного шкафа и вспомогательного оборудования, а также квалифицированного лаборанта.
Для ускорения сушки материала, могут применяться инфракрасные лучи или токи высокой частоты.
При дистилляционном методе материал нагревают в сосуде с жидкостью, которая с водой не смешивается (минеральное масло и др.). В процессе нагрева, из сосуда выделяются пары этой жидкости с парами воды, содержащейся в исследуемом материале. Их отводят через холодильник в мерный сосуд, где пары воды конденсируются, после чего остается измерить их вес или объем. Эта технология не слишком точная, допускаются ошибки, в том числе, систематические.
В экстракционных методах влага из исследуемого материала извлекается с помощью водопоглощающей жидкости (например, спирта). После этого надо определить числовые значения физических характеристик полученного экстракта, таких как температуры замерзания или кипения, показателя преломления, плотности или других, зависящих от содержания в нем воды.
В основу химических методов положена обработка исследуемого образца таким реагентом, который вступает в реакцию только с содержащейся в материале влагой. Процентное содержание воды определяется по количеству образовавшегося в результате реакции конечного продукта. Самыми популярными в данной категории являются газометрический (карбидный) способ и технология с использованием реактива Фишера.
Косвенные методы
К косвенным методам относятся механические, физические и другие. В ходе механических измеряют характеристики, которые зависят от количества влаги в материале. Например, определяют сопротивление пшеничного зерна раздавливанию. Или усадку материала под давлением поршня, сопротивление деформации или вдавливанию конуса и прочие. Механические технологии отличаются простотой исполнения и низкой точностью результатов, поэтому большого распространения они не получили.
Намного шире используются физические методы. В ходе их проведения, влажность материала преобразуется в другую величину, более удобную для измерения. Все они относятся к двум категориям: электрические и неэлектрические. В первом случае измеряются электрические параметры образца, зависящие от количественного содержания влаги. Во втором – другие характеристики.
Среди неэлектрических технологий наиболее популярными являются способы, в основу которых положено применение или изучение:
Теплофизических характеристик вещества.
Акустических свойств материала.
Нейтронов и гамма-лучей (радиометрические методы), рентгеновского излучения.
Магнитного ядерного резонанса.
Инфракрасного излучения и видимого света (спектральные способы).
В группе электрических методов самыми популярными являются кондуктометрический и диэлькометрический (емкостный). Кроме них, есть и другие, основанные на изучении прочих характеристик влагосодержащих веществ – электростатического заряда, ЭДС гальванический пары и т.д. Но их распространенность крайне низкая.
При определении влажности кондуктометрическим методом , меряется электрическое сопротивление исследуемого вещества, которое зависит от содержания в нем воды. Пробу материала 1 располагают между электродами 2 преобразователя. Амперметр 3 показывает силу проходящего через образец тока. Резистор R0 нужен для того, чтобы точно выставить аппарат на нулевую отметку. Первые приборы, работающие по этому способу, определяли влажность сыпучих веществ в диапазоне от 2% до 20%. Выше было проблематично, так как, с ростом влажности, снижается чувствительность. Ниже – тоже, по причине трудности измерения значительных сопротивлений.
При диэлькометрическом методе емкостный влагомер служит для измерения в большом диапазоне частот диэлектрических свойств материала. При этом, работа на сверхвысоких частотах имеет некоторые существенные отличия, из-за чего ее иногда рассматривают, как отдельный способ.
Основные компоненты сухого зерна – слабо полярные или неполярные. Их диэлектрическая проницаемость невысокая. Например, у жиров она составляет 3,5, у клетчатки – 6,5, у крахмала – 10. Вода, наоборот, является веществом сильно поляризованным, у нее данный параметр равен 81 (при 18 град С). Поэтому, наличие в зерне влаги значительно изменяет его диэлектрическую проницаемость – когда зерно сухое, оно диэлектрик, когда влажное, оно проводник. Для определения содержания воды, достаточно измерить емкость конденсатора, между пластинами которого размещен исследуемый материал.
Резонансный контур влагомера состоит из конденсатора переменной емкости СХ и катушки индуктивности L. Для получения резонанса, настраивается конденсатор С0. С помощью такого контура, определяется емкость преобразователя и, соответственно, диэлектрические потери. Вольтметр 2 служит для индикации резонанса. От генератора 1 колебательный контур отделен конденсатором СР.
Если влажность исследуемого материала 3 увеличивается, то, соответственно, изменяется емкость преобразователя. Чтобы восстановить симметричное положение, следует емкость конденсатора С0 изменить на такую величину, чтобы общая емкость контура вновь стала равна первоначальной. Разница между начальным и конечным положением ручки конденсатора С0 покажет содержание влаги в зерне.
У диэлькометрического метода есть один минус – емкость образца зависит не только от влажности, а еще и от химического состава. Поэтому, для каждого материала в комплекте прибора должна быть «своя» градуированная шкала.
Современные анализаторы влажности
В настоящее время анализаторы влажности отечественного и зарубежного производства представляют собой намного более совершенные приборы, чем те, которые выпускались в конце прошлого столетия. Все они делятся на две группы: лабораторные и портативные. Первые предназначены для стационарного применения. Они используют гравиметрическую технологию (высушивание образцов, с измерением массы навески). Работают быстро. Например, влагомер серии РМ (Kett, Япония), выдает результаты через 15 секунд после начала измерений.
Большинство портативных устройств работает по кондуктометрическому либо диэлькометрическому методу. Во втором случае, к прибору прилагается несколько (от 5 до 20) различных шкал для разных видов зерна. Есть возможность сделать индивидуальную градуировку. Диапазон измерений максимально широкий, от 0% до 100%. (Здесь надо отметить, что, при покупке влагомера для зерна, не обязательно выбирать аппарат с самыми большими возможностями, поскольку это увеличивает его цену. Вполне достаточно от 0% до 50%, или даже меньше, потому что содержание воды практически никогда не выходит за эти пределы).
Есть модели для определения влажности зерна в потоке. Например, «Фауна – П».
На рынке предлагаются анализаторы влажности универсальные и специализированные. Первые могут определить содержание воды практически в любом материале, или в очень большом перечне веществ разных типов. Они способны работать, как с твердыми и сыпучими образцами, так и с жидкими либо газообразными. Вторые предназначены для одного или нескольких материалов одной группы, например, для зерновых, для древесины и т.д.
Ниже, в качестве примера, описано несколько марок наиболее популярных влагомеров для зерна.
Анализатор влажности Эвлас
Анализатор влажности Эвлас – это универсальный прибор, с помощью которого можно определить содержание воды в более чем 300 видов пищевых продуктов и других материалов в отраслях сельского хозяйства, химической, фармацевтической, строительной и прочих.
Аппарат работает по гравиметрической технологии. Сушильная камера оборудована тороидальным инфракрасным нагревательным элементом, благодаря чему влага удаляется равномерно. Близкое к пробе расположение управляющего сенсора позволяет точно регулировать температуру. Время измерения (сушки) колеблется в пределах от 5 мин до 15 мин. Точное значение зависит от массы навески, влажности материала и его способности «отдавать» воду. Диапазон значений – от 0% до 100%.
Влагомер состоит из двух основных узлов: сушильной камеры с нагревателем и блока управления (микропроцессора) со взвешивающим устройством. Программное обеспечение позволяет работать в автоматическом или полуавтоматическом режиме. Результаты выводятся на индикатор с точностью до 0,01%.
Влагомер зерна Фауна
Влагомер зерна Фауна – это специализированный портативный аппарат с автоматической термокомпенсацией температуры, предназначенный для определения влажности до двух десятков зерновых, зернобобовых и масличных культур. При необходимости, после выполнения индивидуальной градуировки, можно работать и с наименованиями, не входящими в базовый перечень. Анализатор компактный (помещается на ладони), весит всего 330 г., имеет автономное питание от батареи 9В, поэтому применяется в полевых условиях, на токах, в хранилищах и во всех других случаях, когда надо быстро определить влажность зерна на месте взятия пробы.
Аппарат работает по диэлькометрическому методу. Диапазон влажности составляет от 4,5% до 35,0% для зерновых и зернобобовых, от 6,5% до 20,0% для масличных культур. Время непосредственного измерения – 12 секунд.
Не смотря на большое число разнообразных методов определения влажности, в настоящее время на производстве все большее распространение получают анализаторы двух видов – универсальные лабораторные, работающие по гравиметрической технологии, и специализированные портативные, в которые реализованы кондуктометрический или емкостный способы. Эти приборы просты в обслуживании, выдают довольно точные результаты в течение короткого времени и могут работать автономно, что чрезвычайно важно в промышленных условиях.
Читайте также: