Лабораторная работа № 3 Переработка шишек хвойных пород
Полный цикл переработки шишек включает: сортировку шишек, извлечение семян из шишек, обескрыливание семян, очистку их от примесей, сортировку, калибровку и просушку до рекомендуемой влажности.
Семена из шишек извлекают двумя основными методами: термическим и механическим. Шишки хвойных пород, раскрывающиеся при сушке, перерабатывают термическим способом, крупные, нераскрывающиеся шишки для извлечения из них семян раскрывают механически.
Механическая переработка лесосеменного сырья заключается в дроблении, измельчении, разминании плодов или шишек и отделении семян из раздробленной массы. Работу выполняют вручную и специальными машинами МИС-1, АС – 0,5, МК –1, МОС – 1М и другими.
Термическим методом извлекают шишки в шишкосушилках. Различают три типа шишкосушилок: барабанные,шахтныеистеллажные. Кроме того различают шишкосушилкистационарныеипередвижные.
Из стационарных шишкосушилок наибольшее применение нашли шишкосушилки стеллажного типа, разработанные специалистами Калининского управления лесного хозяйства, которые обеспечивают концентрацию переработки шишек и механизацию всех производственных процессов от приема шишек до получения семян. Производительность этих шишкосушилок 100-200 кг семян сосны в сутки.
В сушильной камере шишкосушилок стеллажного типа установлены 4 яруса сетчатых стеллажей. Подогретый воздух принудительно подается в камеру сушки под нижний стеллаж воздухонагревателем, установленным в соседнем помещении. Шишками камера загружается через люк сверху камеры.
В сушильную камеру свежие шишки поступают по ленточному транспортеру. Часть шишек с ленточного транспортера попадает в закрома, необходимые для бесперебойной работы шишкосушилки.
Сначала свежими шишками загружаются все яруса стеллажей и в течение 3-х часов производится предварительная подсушка при температуре 30° С. После этого температура увеличивается. На нижнем ярусе температура воздуха наиболее высока и составляет для сосны 60° С, для ели 50° С. В процессе прохождения через каждый ярус воздух отдает часть тепла шишкам каждого яруса и в верхнем ярусе уже имеет температуру 30° С. Через определенные промежутки времени створки стеллажей раскрываются и шишки высыпаются на ярусы, расположенные ниже. Подсушенные раскрывшиеся шишки нижнего яруса пересыпаются в сетчатый барабан, а освободившийся верхний ярус загружается новыми шишками. Продолжительность подсушки на каждом ярусе в сушильной камере для шишек сосны составляет 3 часа и для шишек ели 2,5 часа.
В сетчатом барабане семена отделяются от шишек и попадают в семяприемные ящики, а отработанные шишки удаляются автоматически через воздуховоды. Выгрузка и переработка шишек в сетчатом барабане занимает 20-30 минут.
В малодоступных и многолесных районах с неразвитой сетью дорог рекомендуется использование передвижной шишкосушилки ШП-0,06 производительностью 20 кг сосновых семян в сутки или перевозной шишкосушилки ШП-15 производительностью 1,5 т шишек сосны в сутки.
Эти шишкосушилки имеют деревянный теплоизолирующий корпус и работают по тому же принципу, что и стационарная шишкосушилка стеллажного типа Калининского управления лесного хозяйства.
Температурный режим при сушке шишек в шишкосушилках всех типов контролируют с помощью термометров, установленных в камере сушки. Для контроля используют сигнализацию или записывают показатели термометра через определенные промежутки времени.
Перед сушкой определяют влажность партии шишек, для чего отбирают средний образец шишек массой 1,5 кг с соблюдением ГОСТ 56-28-77 "Шишки сосны и ели обыкновенной. Методы отбора образцов определение влажности".
Семена некоторых видов хвойных пород плохо извлекаются из шишек в шишкосушилках из-за большой слоистости и особенностей строения, поэтому в этих случаях их извлекают механическим способом путем дробления на шишкодробильных машинах. Для дробления шишек сосны кедровой сибирской и корейской используют малогабаритную машину МК-1М, предназначенную для эксплуатации в местах сбора шишек, а также машины МНС-1 и МНС-0,4. Также машину МНС-1 применяют для отделения семян из шишек сосны эльдарской, лиственницы европейской, пихты белой, кавказской и сибирской. Семяочистительный агрегат АС-0,5 извлекает семена из шишек сосны эльдарской, пицундской и элеппской, а также из плодов кипариса, гледичии, биоты, рябины и других пород.
Следующим важным этапом переработки шишек является обес-крыливание, очистка и сортировка семян. Наиболее часто для этих целей используется семяочистительная машина МОС-1А конструкции ЛенНИИЛХ.
Допускается применение для обескрыливания и очистки семян обескрыливателя – веялки ОВС и обескрыливателя ОЛС – 2, для очистки семян с разделением на фракции – веялки лесных семян ВЛС- 2, для очистки и сортировки машины «Пектус», применяемые в сельском хозяйстве.
У организаций шишки принимаются по объему и по массе. При приеме шишек по массе их приходуют в пересчете на 25-%ную влажность. При этом массу определяют по формуле:
где М25 – масса шишек при 25 -%ной влажности, кг;
М – фактическая масса партии шишек до их сушки, кг;
Во – относительная влажность шишек, %.
Выход семян из шишек определяется по формуле:
где Вс – всхожесть семян, %
Мс – масса семян, кг;
М – фактическая масса партии шишек до их сушки, кг;
Во – относительная влажность шишек, %.
Студентами составляется принципиальная схема шишкосушилки стеллажного типа на бумаге формата А4 с условными обозначениями.
,
Ответы на контрольные вопросы
1) Семена хвойных пород в большинстве случаев выпадают из шишек вследствие раскрывания чешуек при их высыхании. На этом свойстве основано извлечение в шишкосушилках семян из шишек сосны обыкновенной, ели европейской и сибирской, лиственниц сибирской, Сукачева и даурской. Для раскрывания чешуек шишек необходим хорошо просушенный воздух. Хотя повышение температуры сушки шишек ускоряет процесс извлечения семян, однако значительное повышение температуры приводит к генетическим изменениям - нарастанию мутационного процесса и снижению энергии прорастания. Всхожесть семян снижается медленнее, чем генетические изменения и энергия прорастания (А.Р. Родин, Т.М. Олиференко, 1987). Это объясняется тем, что высокая температура окружающей среды приводит к уплотнению запасного питательного вещества семени и нарушению обмена веществ. Вследствие этого затрудняется работа ферментов при прорастании семян, снижается энергия их прорастания, ослабляется рост зародыша - посадочный материал. Это подтверждается работами Е.П. Заборовского, который установил, что средняя продолжительность прорастания семян хвойных пород возрастает с повышением температуры нагревания, что указывает на замедление физиологических процессов в них. Излишне высокая температура окружающей среды при извлечении семян из шишек отрицательно сказывается на качестве семян при их хранении. Уплотнившееся в этом случае запасное питательное вещество не может в полной мере и всем необходимым снабжать живой покоящийся зародыш длительное время, что ведет к его ослаблению, а в отдельных случаях и к гибели. Кроме того, часть отмерших клеток запасного питательного вещества является благоприятной средой для развития бактерий и прорастания спор грибов.
На качество семян влияет не только температура сушки, но и влажность воздуха и шишек. Сочетание высокой температуры с повышенной влажностью шишек и воздуха в сушильной камере оказывает губительное действие на качество семян. Так, при температуре 80 °С и абсолютно сухом воздухе семена сосны имеют всхожесть 80 %, а при температуре 66 °С и относительной влажности воздуха 95 % те же семена полностью теряют всхожесть. Скорость сушки шишек увеличивается при их обдувании нагретым воздухом, так как в этом случае возрастает тепло- и влагообмен между шишками и агентом сушки.
2)Сбор шишек хвойных пород, как правило, производят после созревания семян. Их влажность в это время составляет около 20—25%. Семена в шишках бывают плотно закрыты семенными и кроющими чешуйками. Для раскрывания шишек и извлечения из них семян необходимо создать такие условия, чтобы влага, содержащаяся в шишках, интенсивно испарялась. При этом чешуйки усыхают, отгибаются, шишки раскрываются и семена из них высыпаются.
Быстрота испарения влаги из шишек зависит от недостатка насыщения воздуха парами воды при данной температуре. С повышением температуры быстро возрастает влагоемкость воздуха и вместе с ней возрастает скорость испарения влаги из шишек. При этом насыщенный водяными парами воздух необходимо удалять из сушильного помещения и заменять его свежим воздухом, не насыщенным парами, чтобы не наступило насыщение воздуха парами воды.
3) Механическая переработка лесосеменного сырья заключается в дроблении, измельчении, разминании плодов или шишек и отделении семян из раздробленной массы. Работу выполняют вручную и специальными машинами МИС-1, АС-0,5, МК-1, МОС-1М, СУМ-1 и др
Термическим методом извлекают шишки в шишкосушилках. Различают 3 типа шишкосушилок: барабанные, шахтные и стеллажные. Кроме того различают шишкосушилки стационарные и передвижные.
4) Первоначально в сушилке загружаются шишками все 3 яруса и в течение первых 3 ч проводится подсушка шишек при температуре 30 С. В дальнейшем шишки сосны сушат при температуре в нижнем ярусе до 60 С и ели до 50 С. После выгрузки шишек с нижнего яруса на него пересыпаются шишки второго яруса, на второй ярус с третьего яруса, а третий ярус загружается свежими шишками. Расчетная влажность свежих шишек принята 40%.Теплый воздух, поступающий в камеру сушки в нижний стеллаж с подсушенными уже шишками, отдает часть тепла на сушку шишек этого яруса, проходит слой шишек второго яруса, там также теряет часть тепла и достигает слоя шишек верхнего яруса, уже имея температуру 30 С, при которой ведется подсушка загруженных свежих шишек.
Каждый стеллаж загружается 1500 кг шишек сосны и 1000 кг шишек ели. Время сушки шишек сосны на каждом стеллаже 4 ч, ели 3 ч. Производительность шишкосушилки в сутки: по сосне 80 кг семян (с выходом 1,2%), по ели 180 кг семян (с выходом 3%)
5) Стационарная шишкосушилка состоит из барабана для очистки шишек от примесей и сортировки; трех ленточных транспортеров для подачи шишек; камеры сушки, в которой установлены три яруса стеллажей с решетчатыми створками жалюзийного типа, и отбивочного барабана. Требуемая температура сушки создается воздухонагревателем, работающим на смеси дизельного топлива с техническим керосином. При работе шишкосушилки нагретый воздух подается в камеру сушки снизу вверх со скоростью до10 м/с, который проходя через слои шишек, расположенных на стеллажах, постепенно охлаждается и удаляется в атмосферу. Температура воздуха регулируется автоматически: на нижнем стеллаже -- до 55 °С, на среднем – до 45°С, на верхнем – до 30°С.Через каждые 4 ч сухие шишки выгружают с нижнего стеллажа в наклонноустановленный отбивочный барабан, затем на нижний стеллаж пересыпают шишки со среднего стеллажа, а на средний -- с верхнего. На верхний стеллаж равномерным слоем загружают новую партию (1,5 т) сырых шишек. Полный цикл сушки длится 12 ч. При вращении отбивочного барабана с частотой 12--16 об 1 семена выбиваются из сухих шишек и пересыпаются в ящики семясборники, а пустые шишки и примеси пневмотранспортером уносятся наружу. Производительность шишкосушилки --до 80 кг семян в сутки.
6) В отличие от большинства хвойных пород шишки лиственницы европейской из-за плотно сомкнутых чешуй и высокого содержания смолы раскрываются плохо и семена из них выпадают лишь частично, поэтому их извлекают путем дробления шишек в машине МИС-3. У кедровых сосен (сибирской, корейской, европейской и стланника) в естественных условиях шишки опадают нераскрывшимися вместе с семенами, а у пихт они рассыпаются при достижении морфологической спелости семян. В связи с этим извлечение семян из шишек пихт, собранных до рассыпания, и кедровых сосен производят путем механического их разрушения на машине МИС-2. Для извлечения кедровых орехов используют также машину МК-1, которая, кроме того, очищает орехи от примесей.
7) Для сушки малых партий шишек (до 50 кг) применяют сушилку малогабаритную СМ-45. Сушилка состоит из сушильной камеры, двери, заслонки, противней, вентилятора, измерителя влажности и температуры, командоаппарата. Противни в количестве 22 шт. установлены на направляющих. Для лучшей циркуляции воздуха дно противней выполнено из металлической сетки, и они имеют различную ширину. Система нагрева и вентиляции воздуха включает в себя 3 вентилятора с нагревательными электрическими элементами. Система управления и регулирования нагревом осуществляется командоаппаратом. Потребляемая мощность - не более 6,5 кВт. Производительность за 1 цикл - до 0,5 кг семян. Время сушки - от 8 до 12 ч.
М25=Мфакт (100-В0)/(100-25),кг
В0=М-М1/М*100%,М-маса шишки до сушки,
М1-после шишки
М=1-1,5
М25=2,5(100-45)/(100-25)=1,8
Вс=(100-25)Мш(100-В0) %
М25=Мфакт(100-В0)/(100-25) кг
М25=925(100-38)/(100-35)=764 кг