Электротехнологии переработки и хранения сельскохозяйственной продукции

            
              
 

М.М. БЕЗЗУБЦЕВА, М.Э. КОВАЛЕВ 

 
 

 

 
     

ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ  ПЕРЕРАБОТКИ 

И  ХРАНЕНИЯ 

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ   ПРОДУКЦИИ 

 
 

У Ч Е Б Н О Е  П О С О Б И Е 

 

 
      
 
                                               
                                                
 
 
 
 
                                                  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

САНКТ- ПЕТЕРБУРГ 

2012 

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ 

ФГОУ ВПО «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

                                            М.М. БЕЗЗУБЦЕВА, М.Э.КОВАЛЕВ 

 

                      
 
                     
 
 
                                                       
 
                              
         ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ  ПЕРЕРАБОТКИ 

                               И  ХРАНЕНИЯ     

        СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ   ПРОДУКЦИИ 

 

 
 
                                
                                                  У Ч Е Б Н О Е  П О С О Б И Е 

 
 

 
 
 
                               

 
 
 
 
 
 
 
 
 
                                                
 
 
 
                                                    САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 
                                                                  2012  

 

УДК 621.311(07)   
ББК 40.76             
 
Составители: М.М. Беззубцева, М.Э. Ковалев 
Ре ц е н з е н т ы :  д.т.н., проф. С.А. Ракутько, д.т.н., проф. Орлов 
Редактор: д.т.н., проф. В.В.Тишин 
 
          М.М. Беззубцева, М.Э.Ковалев  
А24: Электротехнологии переработки и хранения сельскохозяйственной продукции. 
 – СПб: СПбГАУ, 2012. – 257 с. 
 

                                     
 

        В учебном пособии представлены инновационные электротехнологии переработки и 
хранения сельскохозяйственной продукции, разработанные на кафедре «Энергообеспечение 
производств в АПК» СПбГАУ. Рассмотрены электротехнологии электромагнитной 
механоактивации  и  перемешивания сельхозяйственной продукции,  обеззараживания и 
дезинсекции 
технологических 
сред 
сельскохозяйственного 
назначения, 
а 
также 

энергоэффективные способы хранения овощей. Приведена методика анализа эффективности 
внедрения  инновационных  электротехнологий в аграрный  сектор экономики. 
       Учебное пособие составлено в соответствии с рабочей программой дисциплины 
«Электротехнологии переработки и хранения сельскохозяйственной продукции»  и 
предназначено для магистров, обучающихся по направлению «Агроинженерия» профилю 
«Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве». Учебное пособие также 
может быть рекомендовано аспирантам и научным сотрудникам, работающим в различных 
областях АПК.  
                                                                                                                           

 
УДК 621.311(070) 
 ББК 40.76 

 

ISBN 978-5-85983-059-6 
 
 
 

                          
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
                                                                                                            ©    М.М. Беззубцева 
                                                                                                          
 

 

 

 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

 

      
 
 
 
 
 
 
 
 
          Целью учебного пособия «Электротехнологии переработки и хранения 
сельскохозяйственной продукции» является формирование профессиональных 
компетентных знаний магистров, обучающихся по направлению 110800.68  
«Агроинженерия»,  профилю  «Электротехнологии и электрооборудование в 
сельском хозяйстве».   
        Задачей учебного пособия  является обеспечение программного обучения 
магистров  знаниями, основанными на методологии  интегрирования 
современных 
достижений 
фундаментальных 
наук, 
интеллектуальной 

собственности  и научных методов проектирования в инновационные 
электротехнологии сельскохозяйственных производств. В пособие включены 
энергоэффективные  электротехнологии, разработанные и внедренные в 
производство АПК в рамках программы научного направления кафедры ЭОП в 
АПК «Обеспечение устойчивого развития сельских регионов путем повышения 
энергоэффективности и энергобезопасности потребительских энергосистем». 
       Учебное пособие состоит из предисловия, пяти глав, заключения и 
библиографического 
списка. 
Для 
лучшего 
усвоения 
материала 

библиографический список представлен отдельно для каждой главы. 
       Основными разделами являются обобщенные результаты научных и 
практических исследований  коллектива сотрудников кафедры ЭОП в АПК,  
опубликованные в монографиях, изобретениях  и научно-технических статьях. 
      В первые четыре главы включены инновационные электротехнологии 
электромагнитной механоактивации  сельхозяйственной продукции (глава 1), 
электромагнитного перемешивания (глава  2), обеззараживания и дезинсекции 
технологических 
сред 
сельскохозяйственного 
назначения 
(глава 
3). 

Представлены 
энергоэффективные 
способы 
хранения 
сочной 
овощной 

продукции (глава  4). 
       Главы объединяет общая методологическая основа изложения материала, 
аналогичная структуре построения диссертационных работ по специальности 
05.20.02 – «Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве». 
Каждая глава начинается  с  аналитического обзора, основанного на 
патентноинформационном 
поиске 
существующих 
в 
настоящее 
время 

электротехнологий 
и 
обоснования 
актуальности 
интенсификации 

анализируемых процессов,  что позволяет концентрировать внимание 

 

магистров на проблемных и перспективных вопросах, последовательно 
осваивать учебный материал.  Кратко и в доступной для понимания форме,  на 
конкретных примерах,  изложена концепция  разработки  фундаментальных и 
прикладных теорий.  Главы заканчиваются практической реализацией 
проектов. 
       Пятая 
глава 
 
посвящена 
изучению 
эффективности 
внедрения 

инновационных 
электротехнологий 
в 
аграрный 
 
сектор 
экономики.   

Представлена методика  анализа эффективности инвестиционных проектов при 
их внедрении в производство. 
       Учебное пособие составлено в соответствии с программными документами 
развития отрасли, а именно,  концепцией развития электрификации сельского 
хозяйства,  Федеральным законом  РФ «Об энергосбережении и о повышении 
энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные 
законодательные акты Российской Федерации»,  стандартами серии управления 
энергоэффективностью BS EN 16001:2009 и ISO 50001, энергетической 
стратегией России на период до 2030 года, стратегией инновационного 
развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на период до 
2020 
года, 
а 
также 
концепцией 
энергетического 
обеспечении 

сельскохозяйственного производства в условиях многоукладной экономики.   
       Пособие предназначено  для  магистров, может быть использовано в 
дистанционном процессе обучения. Представляет интерес для научных 
работников  и инженерно-технического персонала  энергетических служб 
предприятий АПК. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
 
 
 
 
 

 

 

Г л а в а 1. ИНННОВАЦИОННЫЕ ЭЛЕКТРОТЕХНОЛОГИИ 

ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ МЕХАНОАКТИВАЦИИ  

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ПРОДУКЦИИ 

 

1.1.    КРИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ СПОСОБОВ ФОРМИРОВАНИЯ 

ДИСПЕРГИРУЮЩЕГО   УСИЛИЯ И КОНСТРУКТИВНЫХ 

РЕШЕНИЙ МЕХАНОАКТИВАТОРОВ С  ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ 

ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ 

           Анализ научно-технической и патентной информации показал, что 
минимальные  энергетические потери обеспечивают конструкции мельниц, в 
которых энергия электромагнитного поля непосредственно преобразуется в 
кинетическую энергию движения размольных элементов без использования 
специальных 
передаточных 
механизмов 
[1,...,6]. 
При 
этом 
наиболее 

эффективными 
являютсямеханоактиваторы, 
 
реализующие 
способы 

диспергирования материалов в смеси со свободно размещенными в рабочих 
камерах мелющими телами. Эти устройства можно рассматривать как 
ферродинамический привод, в котором ферромагнитная загрузка (размольные 
элементы), участвуя в двух видах силового взаимодействия (с магнитным 
полем и продуктом), является посредником в передаче энергии к частицам 
обрабатываемого материала. Наибольшее распространение среди них получили 
мельницы с переменным магнитным полем. В последние годы выявлена 
возможность интенсификации процессов измельчения в аппаратах, основанных 
на нетрадиционном использовании энергии постоянных магнитных и 
электромагнитных полей. Все многообразие предложенных и разрабатываемых 
в 
настоящее 
время 
конструкций 
механоактиваторов 
с 
подвижной 

ферромагнитной средой целесообразно объединить в три группы: 

- с квазистационарным магнитным полем переменного тока; 
- со стационарным магнитным полем постоянного тока; 
- со статическим магнитным полем постоянных магнитов. 

Механоактиваторы с переменным магнитным полем представляют собой 

основную, наиболее распространенную и изученную группу. В современных 
отечественных и зарубежных патентных материалах представлено около 100 
наименований измельчающих устройств [1,2], принцип действия которых 
основан на физических методах активации с использованием переменных 
электромагнитных 
полей. 
Результаты 
исследований 
достаточно 
полно 

отражены в работах А.Н. Лонгвиненко, А.Н. Шелякова, И.С. Косяковой, Н.Н. 
Оберемок и др. авторов [7,8]. Аналитический обзор этой информации 
обнаружил тенденцию всемерной интенсификации процесса диспергирования в 
результате комплексного воздействия на материал высоких локальных 
давлений, трения, перемешивания, акустической обработки и т.д.  

Мельницы этой группы целесообразно классифицировать по ряду 

признаков, 
определяющих 
реализуемый 
в 
них 
способ 
формирования 

диспергирующего усилия: 

 

- по виду источника магнитного поля: с плоскими (одно и  

двухсторонними) индукторами; с кольцевыми индукторами (явно 
и неявно полюсного типа); с электромагнитами переменного тока 
специального исполнения; 

- по числу источников магнитного поля и способу их располо 

жения относительно объема обработки продукта: с одним или 
двумя индукторами, расположенными по всей длине камеры 
измельчения; 

- с 
двумя 
или 
несколькими 
индукторами, 
размещенными 

последовательно со смещением по длине камеры измельчения; 

- по месту расположения источников магнитного поля: на 

внутренней, на наружной, на обеих одновременно элементах 
устройства, образующих рабочий объем (камеру измельчения); на 
выносном магнитопроводе; 

- по виду магнитного потока: с постоянной и чередующейся 

полярностью, с постоянной и изменяющейся индукцией; 

- по режиму работы электромагнитов: непрерывного и импульсного 

типа; с встречным и согласным включением обмоток; 

- по форме камеры измельчения: цилиндрические, кольцевые 

специального исполнения; 

- по виду размольных элементов: с элементами сферической, 

цилиндрической формы, специального исполнения. 

Несмотря на большое количество технических предложений мельниц с 

переменным магнитным полем и представленных в литературе доказательств 
их преимуществ, в производство внедрены только два типа механоактиватора 
этой 
группы 
– 
электромагнитные 
измельчители 
(ЭМИ) 
и 
вихревые 

электромагнитные аппараты (ВЭА). Наиболее достоверную информацию об 
основных достоинствах и недостатках электромагнитныхмеханоактиваторов, 
реализующих аналогичные способы измельчения материалов, можно получить 
из анализа их конструктивных решений. 

Одна из классических конструктивных схем ЭМИ (рисунок 1.1) [1] 

используется в производстве сухих порошков. Этот аппарат можно 
охарактеризовать следующим образом: измельчитель с квазистационарным 
магнитным полем переменного тока, цилиндрический, с одним кольцевым 
индуктором, расположенным на корпусе рабочей камеры по всей ее длине, 
импульсного типа, со сферическими мелющими телами. Совокупность этих 
признаков обуславливает хаотический характер движения и взаимодействия 
мелющих тел по всему объему рабочей камеры. Продукт измельчается в 
результате воздействия на него энергонапряженных и высокочастотных 
ударных импульсов со стороны размольных элементов. Сопутствующим 
способом измельчения является истирание. ЭМИ выгодно отличается 
минимальным количеством ступеней преобразования подведенной энергии в 
энергию разрушения материалов и простотой конструкции.   

Данный 
тип 
механоактиваторов 
имеет 
относительно 
высокую 

производительность (400 кг/ч при тонине помола от 100 до 25 мкм) и 

 

относительно небольшие энергозатраты  (до 20 кВтч/т).  Сравнительный анализ 
проведен  с шариковой и струйной  мельницами.  Их энергоемкость - 500 и 
1360 кВт*ч/т [2].                                                            

                                                                          исходный ПРОДУКТ 

 

                                 ИЗМЕЛЬЧЕННЫЙ ПРОДУКТ 

Рис.  1. 1.  Конструктивная схема электромагнитного измельчителя  (ЭМИ): 

I - соленоид;   2- рабочая камера;   3 - размольные элементы; 4 - обрабатываемый продукт 
 
Узким местом, сдерживающим широкое внедрение ЭМИ в производство, 

являются 
размольные 
элементы. 
Их 
специальное 
изготовление 
из 

магнитотвердого материала (гексаферрита бария) связано с дополнительными 
затратами. 
Снижение 
и 
потеря 
магнитных 
свойств 
этих 
элементов 

обуславливает постепенное падение эффективности работы аппарата, что 
ухудшает качество готовых изделий и затрудняет прогнозирование выходных 
параметров продуктов помола. Для обеспечения стабильности характеристик 
необходимо частое намагничивание мелющих тел в постоянном магнитном 
поле напряженностью до 600 Э. Их замена и магнитная обработка вызывают 
продолжительные простои  и повышает расходы на эксплуатацию. К 
недостаткам 
также 
относится 
отсутствие 
энергоэффективных 
систем 

автоматического 
управления 
процессом 
измельчения 
и 
практическая 

невозможность целенаправленного регулирования фракционным составом 
обрабатываемых 
продуктов. 
Этим 
объясняется 
узкоспециализированная 

область применения ЭМИ в промышленности. Их эффективно использовать 
при производстве сухих порошкообразных материалов средней твердости с 
высокой степенью измельчения, но не регламентированным стандартом 
распределением гранулометрического состава. Проектирование типовых рядов 
ЭМИ 
на 
заданные объемы производства связано со значительными 

трудностями. 
Сложная 
функциональная 
зависимость 
между 
режимно  

конструктивными 
и 
технологическими 
параметрами, 
обусловленная 

хаотичностью физико-механических процессов в объемах обработки продукта, 
не поддается аналитическому описанию. Проектирование базируется на 
эмпирических 
решениях, 
устанавливаемых 
методами 

экспериментальностатистического анализа [2].  

 

Отдельные из этих недостатков присущи большинству  предложенных в 

настоящее время конструкций мельниц с переменным магнитным полем, в том 
числе 
имеханоактиваторам, 
 
реализующим 
способы 
диспергирования 

материалов в вихревом слое размольных элементов [1,2]. 

Классическая конструктивная схема ВЭА (рис. 1.2) [2] используется в 

промышленности для тонкого измельчения сухих пигментов, биоматериалов, 
силицида молибденa, барида циркония, карбита титана, кварцевого песка, а 
также волокнистых материалов типа целлюлозы. Он основан на принципе 
обработки материалов в магнитоожиженном слое ферромагнитных частиц, где 
псевдоожиженное состояние достигается с помощью энергии бегущего 
магнитного поля. 

ВЭА отличаются  видами источника магнитного поля и магнитного 

потока, а также формой мелющих тел. Для генерации магнитного поля может 
быть использован кольцевой индуктор, состоящий из шести радиально 
размещенных соленоидов, питаемых током промышленной частоты 50 Гц.  
Рабочая камера  выполнена из магнитоактивного материала и размещена в 
цилиндрческой рассточке между зубцами сердечника, заполнена смесью 
цилиндрических ферромагнитных размольных элементов  и обрабатываемым 
продуктом. 

Под действием сил магнитного поля рабочие тела приходят в 

интенсивное движение, которое из-за многочисленных взаимных столкновений 
имеет хаотический характер. Образуется магнитоожиженный (вихревой) слой 
ферромагнитных элементов. 
           Характер движения ферромагнитных элементов в ВЭА определяется 
комплексом приложенных к ним сил и моментов: вращающим моментом, 
вызванным 
воздействием 
на 
ферромагнитные 
элементы 
равномерного 

вращающегося магнитного поля; силами и моментами, действующими на 
ферромагнитные элементы со стороны других (соседних) элементов во время 
их соударений и трения; центробежными силами инерции; силой Кариолиса и 
др. В результате ферромагнитные элементы в ВЭА совершают как 
поступательное движение с частым изменением скорости и направления, так и 
вращательное с переменной угловой скоростью. Сталкиваясь с частицами 
обрабатываемого продукта, они обмениваются с ними ударными импульсами и 
производят механическую работу измельчения. При этом на продукт действует 
комплекс факторов, ускоряющих процесс его диспергирования: силы трения и 
ударов размольных тел друг о друга с большим числом производственных 
контактов, 
высокие 
акустические 
колебания 
среды, 
электромагнитная 

обработка, 
электролиз, 
перемешивание. 
 
Подводимая 
извне 
энергия,  

локализуясь в отдельных зонах  (в местах соударения феррочастиц),  
обеспечивает высокие значения удельной мощности с достижением контактной 
силы удара порядка 800 Н.  В местах соударений  размольных элементов  
возникают давления до тысячи Паскаль, что вызывает в объеме частицы 
продукта микросдвиговую деформацию и приводит к  увеличению в них запаса 
энергии, которая расходуется на образование новых поверхностей  и 
механоактивацию [1,2] . 

 

  

 

Рис. 1.2.  Конструктивная схема ВЭА -механоактиватора: 
1 - индуктор;   2 - рабочая камера;  3 - размольные элементы; 4 - 

обрабатываемый продукт 

 

        Одним из основных недостатков ВЭА является потеря его 

работоспособности 
при 
критическом 
заполнении 
рабочей 
камеры 

ферромагнитными 
размольными 
элементами, 
когда 
наступает 
явление 

"останова" их хаотического движения.  В этом случае вся масса рабочих 
элементов разделяется на поперечные слои - диски из плотно прилегающих 
друг к другу цилиндров, которые образуют сплошное "паркетное" покрытие 
поперечного сечения камеры [1, 7,8].  

Опираясь на опыт практического применения в промышленности 

вращающегося магнитного поля в устройствах типа ВЭА, можно сделать 
следующие выводы, указывающие на их существенные недостатки:  

- частота вращения размольных тел ограничена частотой питающего 

напряжения;  

- циркуляция измельчаемого материала в рабочем объеме недостаточна;  
- система многофазных обмоток, создающих вращающееся магнитное 

поле, потребляет значительную энергию;  

- на изготовление таких обмоток расходуется большое количество 

дефицитного стратегического материала - меди, а на корпус - стальных 
ферромагнитных и немагнитных материалов;  

- вращающееся магнитное поле не позволяет осуществлять тонкое 

регулирование силовыми нагрузками на частицы обрабатываемого 
материала, что затрудняет создание рациональной и экономичной  
автоматической 
системы 
управления 
процессом 
измельчения 

(механоактивации). 
Совершенствование конструкций мельниц с использованием энергии 

электромагнитных полей является перспективным направлением в области 
тонкого и сверхтонкого измельчения (механоактивации)  и требует проведения 
дальнейших научных исследований. 

В патентных материалах представлены различные конструктивные 

решения мельниц с движущимся магнитным полем, в которых отражены 
попытки усовершенствования всех основных частей ЭМИ и ВЭА. Основными