АгроЕкспедиції 
Біржа елеваторів 
Проблеми визначення технологічної ефективності сортувального обладнання
Діючу систему вимірювання кількості зернової та сміттєвої домішки, які присутні у смітті зерна та у проміжних продуктах переробки зерна потрібно переглядати. Для цього необхідно впровадити нову техніку та технологію лабораторного контролю, змінити діючу систему арбітражного вирішення суперечок між суб’єктами господарювання у разі їх виникнення.
Чому виникла така потреба? Зараз в Україні розвивається модель «економіки замкненого циклу», що базується на повторному використанні та утилізації матеріалів, використанні відновлюваних джерел енергії, і так далі. Тобто на практиці вимоги до очисних машин змінюються, а виробники залишились на позиціях, коли сортувальні машини створювалися для післязбиральної первинної обробки зернової купи, коли достатнім було сортувальною машиною досягти заготівельних кондицій по сміттю зернової суміші, що сепарується.
Зараз виробники сортувального обладнання вважають, що кількість вилученої із зернової суміші домішки визначається тільки для типу домішок, які можуть бути вилучені із застосуванням закладеного в конструкції машини принципу взаємодії робочого органу і зернової суміші.
Наприклад, для сепаратора, конструкція та принцип дії якого заснована на використанні аеродинамічної ознаки подільності зернової суміші, вказується тільки та ефективність вилучення домішки, яка може бути реалізована, використовуючи аеродинамічні властивості частинок домішки.
Важливим фактором є склад зернової суміші, для якої був створений сортувальник. Сортувальне обладнання створювалось під стандартні показники суміші. Для насіння соняшника це показник засміченності у 4%, який складається із мінеральної домішки —1% та органічної домішки — 3%.
При цьому було визначено і стандартний метод визначення засміченості, це метод визначення засміченності з використуванням решета. Визначення засміченності призводить до спотворення показника, бо визначається сумма минеральної та органічної домішки. При цьому відомо, що мінеральна домішка непридатна для харчування як людей, так і тварин.
Такі сортувальні машини непридатні для сортування сміття насіння соняшника, бо неможливо відокремити оліїсту домішку для подальшого використання як сировини.
Але в цьому випадку можливо зустріти заперечення: «А давайте використовувати сортувальні машини, в яких реалізується інші ознаки подільності?» А яким чином можливо врегулювати взаємовідносини між постачальниками сировини та переробниками, якщо арбітражний метод спотворює показники наявності цільового продукту у суміші?
Цікавим є приклад сортування однієї і тієї же суміші на обладнанні, дія яких заснована на різних ознаках подільності зернової суміші.
Візьмемо суміш із трьох кульок диаметром кожної 2,9 мм, але виготовлених із різних матеріалів: свинець, пінополістерол та із зернового матеріалу, вага якого дорівнює зерну. Згідно до арбітражного методу, виконаємо сортування суміші із застосуванням решета з отворами 3 мм. Кульки мають діаметр менший за отвори у решеті, тому у сміття буде видалено 100% кульок. Іший результат ми маємо побачити, якщо застосуємо аеродинамічний сепаратор — у сміття буде видалена кулька із пінополістеролу, тобто у сміття буде видалено 33% суміші.
Зовсім інший результат ми маємо одержати, якщо застсуємо пневмосепараційний стіл: в залежності від налаштувань, у сміття буде видалена або кулька із пінополістеролу, або кульки із зернового матеріалу та пінополістеролу. У сміття буде видалено або 33%, або 66% зернової суміші.
Переробники зерна зіткнулися з тим, що не забеспечується належний вихід готового продукту та споживчі властивості харчового продукту. Скорочення засмічення основного зерна досягалося застосуванням того ж сортувального обладнання, яке використовувалося при обробці зернової купи, а також і при первинному очищенні, проте такі результати досягалися падінням продуктивності сортувальних машин у кілька разів, а також недопустимим виносом основного зерна, зернової та олійної домішки у сміття.
Сортувальні машини створювалися для обробки зернової суміші, в якій вміст домішок перебував у межах до 15%. Цілком інші вимоги були пред'явлені до обладнання, коли потрібно було сепарувати відходи зернових сумішей із вмістом домішок понад 15% та до 98%. При вмісті зернової домішки 2% і менше зернова суміш вважалася непридатною для цілей зернопереробки і підлягала або утилізації, або використовувалася для приготування кормів для свійських тварин.
Аналіз останніх досліджень і публікацій
Процес обробки зернової суміші в повітряному потоці комплексний, тобто використовуються і впливають один на одного одночасно всі можливі ознаки розподільності. І тільки за ознакою подільності, що надає максимальний вплив на процес сортування, визначають найменування процесу і тип сортувального обладнання. Наприклад, пропонується повітряний сепаратор, а в описі конструкції сепаратора часто виробник наголошує, що використовуються аеродинамічні властивості зернової суміші.
Спочатку необхідно визначитися з термінологією. Історично склалося те, що способи обробки повітряним потоком називаються по-різному, що дезорієнтує споживачів під час добору необхідних машин. До них відносяться:
- аспіраційне очищення, сортування, сепарація;
- повітряне очищення, сортування, сепарація;
- аеродинамічне очищення, сортування, сепарація;
- пневматичне очищення, сортування, сепарація.
Відмінність між аспіраційною, повітряною, пневматичною та аеродинамічною обробкою здавалося, на перший погляд, відсутня, тому що обробка здійснюється повітряним потоком. З іншого боку, таку відмінність необхідно визначати, оскільки встановлюється зв'язок між способом взаємодії повітряного потоку та оброблюваної зерновою масою, що є вирішальним фактором при виборі типу машини в залежності від місця встановлення машини у технологічному процесі обробки зернової маси.
Аспіраційне сортування — видалення дрібних сухих частинок, використовуючи метод засмоктування їх із потоком повітря, з яким частки досягають місця сепарації (фільтра, відстійника).
Повітряне сортування — процес поділу продуктів по крупності заснована на тому, що великі частинки сортованої зернової суміші, що знаходяться в потоці повітря, під впливом сил (гравітаційних, відцентрових, інерції, тертя) виносяться із зернової суміші та осаджуються, а дрібні відносяться повітряним потоком.
Аеродинамічне сортування (сепарація) — процес поділу продуктів відбувається внаслідок різних аеродинамічних властивостей окремих компонентів суміші.
Пневматичне сортування (сепарація) — процес поділу продуктів за щільністю у завислому шарі з керованої його циркуляцією. Щільність, через яку відбувається поділ, визначається гідравлічною крупністю частинок, що формують шар, яка в свою чергу задається швидкістю газової фази, що проходить через псевдозріджений шар.
Якість насіннєвого матеріалу визначають шляхом підрахунку органічних та мінеральних домішок, що дає змогу оцінити його чистоту, згідно з діючим державним стандартом України ДСТУ 4138-2002.
Існують дослідження, де якість виконання технологічного процесу сепарації визначають шляхом оцінки фракційного складу насіннєвого матеріалу, який очищується, що ускладнює порівняння якісних показників роботи сепараторів.
Є роботи, у яких в якості критерію оцінки просіювання зерна використовують показник повноти просіювання, який визначається як відношення (кількості) маси домішок до загальної кількості (маси).
Згідно досліджень, опублікованих в роботах Лещенко С.М., Сало П.Г., Васильковский О.М., Богатирьовв Д.В., Отт В.В. «Аналітична оцінка якості пневмосепарації на основі алгоритму функціонування зерноочисних машин». та Сало В.М., Лузан П.Г.,Богатирьов Д.В. «Технічне забезпечення підготовки зерна до зберігання», головним висновком, який був зроблений авторами, це те, що ефективність очищення повноцінного зерна можна визначити аналітично, базуючись на теорії ймовірності та з врахуванням початкового вмісту кожної з фракцій зернової суміші у вхідному матеріалі.
Дослідженями Алієва Е.Б «Експериментальні дослідженя процесів розділення насіння соняшника під дією повітряного потоку» запропоновані узагальнюючі критерії якості виконання технологічного процесу сепарації насіннєвої суміші, в результаті якого фракція компонента безперервно розподіляється дискретно, в якості узагальнюючого критерію прийнято сумарну концентрацію насіння проходу і сходу.
Аналіз літературних джерел показав відсутність єдиного узагальнюючого і універсального критерію оцінки технологічної ефективності процесу сепарації насіннєвого матеріалу.
Різноманітність підходів до оцінки технологічної ефективності сортувального обладнання, різні методики, один арбітражний метод визначення зернової та сміттєвої домішки, різні типи лабораторного обладнання, в конструкції яких закладено використання різних ознак розподільності, створило кілька проблем при промисловій переробці:
- розбіжність результатів сортування зернової суміші, одержаних на устаткуванні різних типів;
- проблема вирішення спорів між господарюючими суб'єктами, бо як арбітражний метод використовується тільки один метод — метод ситового сортування за геометричними показниками;
- стримування застосування прогресивної лабораторної техніки, що використовують конструкції, засновані на інших фізичних властивостях складових зернової суміші.
Принципи сталого розвитку та раціонального використання ресурсів лягли в основу концепції «циркулярної економіки», або «економіки замкненого циклу» як нової економічної моделі, але перший крок — визначення максимальної кількості домішок, які можливо використовувати для подальшої обробки, базується на обладнанні, яке має можливість визначення тільки приблизно 10% наявної кількості домішок. І це є головною проблемою.
На нашу думку, завданням агроінженерії є створення нової лабораторної техніки, яка б подолала дистанцію між необхідністю сприйняття нової моделі господарювання в умовах «циркулярної економіки» і можливостями задоволення її новітньою сільськогосподарською технікою. Наступним завданням було б створення не тільки лабораторної, але й новітньої сортувальної техніки для вилучення оліїстої і зернової домішок із сміття зерна.
Опис матеріалів та методів дослідження
Основним методом визначення засміченності насіння, який регламентований стандартом, є решітний метод визначення засміченності насіння. Метод регламентує умови решітного аналізування насіння (форму отворів решета, розмір отворів, тривалість просіювання) для кожної культури. Для насіння соняшника додатковою вимогою є необхідність струшування решета після кожної хвилини просіювання.
Правила арбітражного аналізування насіння регламентовані тим же стандартом, що і регулярне аналізування основного насіння. При цьому, обладнання, яке використовується при аналізуванні, таке ж саме.
Для полегшення проведення аналізів та забезпечення стабільності результатів аналізування рекомендовано використання розсівів лабораторних, наприклад розсів лабораторный РЛУ-1 виробництва компанії «ОЛІС». Основна вимога до обладнання — це виконання методики проведення аналізування, а саме забезпечення основних умов решітного аналізування, а також додаткових вимог, як то струшування та інше.
На ринку України доступні лабораторні розсіви різних торгівельних марок, які дозволяють проводити груповий розсів з одним, двома і трьома наборами решіт одночасно, а також проводити струшування, вібрацію, зворотно-поступальний та обертальний рух набору решіт. Наприклад, лабораторний розсів ROTACHOC, який оснащений всіма необхідними функціями для проведення аналізів на засміченність різних сільськогосподарських культур.
Незважаючи на кількість додаткових можливостей, що надаються конструкцією лабораторних розсівів, які скорочують в основному час проведення аналізів на засміченість, цей тип обладнання забезпечує проведення аналізу лише за геометричними показниками подільності зернової суміші, що спотворює реальну картину вмісту зернової домішки у смітті та продуктах проміжної переробки насіння та виведенню у сміття значної кількості зернової та олійної домішки, що не сприяє досягненню цілей «циркулярної економіки».
Метод визначення сміттєвої та зернової домішок на аналізаторі засміченості У1-ЕАЗ-М реалізує як решітий метод, а й повітряний метод. Барабанний решітний модуль продувається потоком повітря, реалізуючи так само ще два способи взаємодії повітряного потоку і зернової суміші — повітряний спосіб за вітрильністю та аспіраційний спосіб за виваженістю частинок зернової суміші.
Однак метод визначення не знайшов широкого застосування через різницю результатів з решітним методом і протидію арбітражних органів, і був рекомендований тільки для пшениці.
Ряд моделей лабораторного обладнання реалізують два способи взаємодії зернової суміші і повітряного потоку. Обов'язково є присутнім аспіраційний спосіб і один із способів взаємодії зернової суміші і повітряного потоку.
Лабораторний повітряний аналізатор насіння WESTRUP реалізує спосіб взаємодії зернової суміші по вітрильності і аспіраційний спосіб.
Повітряний сепаратор Pfeuffer Auto Sample Cleaner також реалізує спосіб взаємодії зернової суміші по вітрильності.
Малогабаритний аспіратор LA-DUAL призначений для розділення зернової суміші на аспіраційну фракцію за аеродинамічними характеристиками на дві або три фракції у горизонтальному повітряному потоку повітря.
Фотоелектронний сепаратор для визначення засміченості насіння Mini Color Sorter Mini 32 проводить сортування різноманітного зерна, насіння за кольором, формою, розміру і структурі.
Фотосепаратори, які дають неперевершені результати при сортуванні насіннєвої суміші, частки яких мають близькі геометричні ознаки, неможливо застосувати при сортуванні сміття та відходів. Зазвичай у фотосепараторах використовуються скидачі пневматичного типу, при спрацьовуванні яких утворюється хмара аспіраційного пилу та дрібних відходів, при цьому порушується поле фотофіксації та у відхід потрапляє неприпустимо велика кількість сміття. Таким чином, сортування сміття та відходів неможливе на фотосепараторах через припинення сортування як такого.
Ринок лабораторного обладнання наповнений моделями різних торговельних марок і виробників, однак у всіх моделях лабораторного обладнання не реалізовані конструкції, що використовують всі доступні способи сортування сумішей за відомими ознаками подільності частинок сміття і відходів, і не створюється агрегатоване лабораторне обладнання.
Аналіз сучасних, зокрема зарубіжних лабораторних зерносепараторів показує, що конструювання і виробництво також ведеться з окремих принципів і ознак теорії сепарування.
Поєднання в одній машині різних ознак і режимів суперечить теорії та практиці сепарування зернових мас, особливо насіннєвого призначення та фракціювання сміття і відходів. У зв'язку з цим рекомендується оцінювати машини, що супроводжуються даними про їх універсальність:
- на конструктивні дані щодо наявність агрегатування;
- на можливості проводити на них попереднє очищення, первинне очищення, калібрування, а також змішаний режим (калібрування та очищення одночасно).
У крайньому випадку, цього можна досягати лише при надмірно великому відході повноцінного насіння, отже, при неприпустимо низькому виході готової продукції.
Найбільш близькими технічними рішеннями для вирішення завдання по максимальному вилученню домішки є лабораторні агрегати, робота яких заснована на використанні не тільки аеродинамічних, але й відомих властивостей компонентів суміші, Це аеродинамічний сепаратор колонного типу відображені у роботах:
- Бардадим В.К., Бардадим Б.О., Кудрявцев М.І., Ярошкін В.П. Аеродинамічний сепаратор колонного типу для очищення засмічених насіннєвих матеріалів. 125200 Україна, 27 01 2022 г. Винахід
- Бардадим В.К., Бардадим Б.О., Кудрявцев М.І., Ярошін В.П. Аеродинамічний сепаратор колонного типу для тонкого очищення насіннєвих матеріалів. 145744 Україна, 29 12 2020 г. Корисна модель.
Найкращі можливості управління сортувальним процесом отримані при застосуванні вертикального повітряного потоку.
Авторами проведено дослідження різних способів та сортувальних машин для сортування зерновідходів з метою вилучення найбільшої кількості зернової та олійної домішки для подальшої переробки.
Найбільш наближені результати сортування порівняно з контрольним ручним розбиранням сміття насіння соняшника показав лабораторний агрегат СС-002-05 компанії НВО «Сортувальні машини», м.Дніпро. Сортувальна машина являє собою комбінований агрегат для обробки зернових сумішей по комплексу способів обробки вертикальним висхідним повітряним потоком: аспіраційна обробка, повітряна обробка, пневматична обробка, аеродинамічна обробка, які дозволяють сортувати зернову суміш за комплексом ознак подільності.Машина має тонке налаштування, що дозволяє відокремлювати фракцію зернової/олійної домішки у вузьких межах показників подільності зернової суміші.
Таблиця 1. Результати порівняльного сортування сміття насіння сільськогосподарських культур
Результати сортування вказують на те, що жоден із перевірених методів не забезпечує результатів, які можуть задовольнити переробну промисловість. Так, наприклад, результати лабораторних досліджень вмісту олійної домішки в смітті насіння соняшника, виконані із застосуванням ситового розбирання за стандартною методикою та на лабораторному комбінованому агрегаті СС-002-05 компанії «Сортувальні машини», показали розбіжність результатів у 20 разів, а розбіжність результатів, отриманих на лабораторному комбінованому агрегаті СС-002-05, з результатами ручного розбирання контрольних зразків становив 12%.
Таким чином, незважаючи на певний прогрес в агроінженерії лабораторного обладнання, є ще значні резерви поліпшення.
Висновки та рекомендації
Необхідний перегляд нормативів, що регламентують арбітражні методи визначення домішок у зерні у бік групи методів, які найбільш повно забезпечують визначення вмісту домішок за комплексом ознак подільності, що застосовуються.
Інструмент оцінки та контролю технічної ефективності сортувальних машин повинен перевищувати або бути адекватним ознакам подільності зернової суміші, закладеним у конструкції сортувальних машин.
Необхідно створення агрегатного обладнання перш за все для визначення реального вмісту домішок і домішок, які можливо використовувати як сировину при подальшій переробці, для лабораторій, а також для промислового використання, які містили б конструкції модулів, що реалізують різні способи взаємодії робочих органів і зернової суміші за ознаками подільності зернової суміші:
-модуль сортування за питомою вагою;
-модуль сортування за розмірами;
-модуль сортування за швидкістю витання;
-модуль повітряного сортування;
-модуль аспіраційного сортування;
-модуль сортування за властивостями поверхні зерна;
-модуль сортування за формою та кольором зерна.
Мельник С.М., директор ТОВ НВО «Сортувальні машини», stealths1978@gmail.com
Кудрявцев І.М, аспірант кафедри технології зберігання і переробки сільськогосподарської продукції. kudravcevigor898@gmail.com
