Фотосепараторы для зерна – высокотехнологичные скоростные «Золушки» RGB, InGaAs, X-ray. Устройство. Окупаемость

Автоматическое очищение и сортировка зерна являются сегодня неотъемлемыми процессами в сельском хозяйстве. С помощью такой обработки из злаков и орехов убирают некондицию, камни, грязь, пыль и другие примеси, повышая тем самым качество сырья для переработки и безопасность потребления. Поэтому произведённые из чистого зерна продукты имеют более высокую степень безупречности и вкусовых качеств. К тому же чистые и отсортированные семена позволяют сельскохозяйственным предприятиям и пищевым производителям оптимизировать процессы производства, уменьшить количество бракованного продукта, повысить сроки хранения и снизить риски порчи. Помогают в этом агропромышленным организациям фотосепараторы для зерна. Далее расскажем об их разновидностях, устройстве и принципе действия.

Что такое фотосепаратор для зерна

Фотосепаратор – оптический сортировщик – оборудование промышленного класса, используемое для калибровки, бракеража и рассортировывания зерна по его физическим свойствам и качеству. В виде обрабатываемого сырья выступают семена и плоды хорошей сыпучести: пшеница, овёс, рис, горох, греча, подсолнечник, бобы, фасоль, орехи, изюм, вишня, чернослив и т. д. Агрономы, семеноводы, овощеводы и плодоводы называют между собой фотосепаратор «Золушкой». Аппарат основан на принципе использования чувствительных сенсоров и оптической системы. Автоматика легко выделяет и удаляет недопустимые частицы, примеси и брак, среди которых:

• камни;
• почвенная пыль;
• инородные предметы;
• битые зерна и контаминанты.

Машина работает в скоростном режиме и, в зависимости от конструкции, способна обработать до 15 тонн сырья в час. Но при этом обеспечивает высокоэффективную очистку и точное фракционирование, что позволяет повысить качество конечного продукта. Это главные преимущества фотосепаратора по сравнению с традиционными методами ручной переборки.

Поэтому использование оптического сортировщика позволяет отказаться от ручного труда, существенно повысив качество отбора и снизив его стоимость. А универсальность, благодаря которой можно настроить аппарат для обработки различных типов зерна (по сыпучести), позволяет адаптировать его под различные условия обработки и сортировки. Всё упомянутое положительно сказывается на производительности предприятий АПК в целом.

В мельничном производстве фотосепараторы занимают своё место в финальной части подготовительного процесса. Фактически, один раз пройдя через аппарат, зерно сортируется до 99,9 % чистоты.

История появления

Идея оптической сортировки впервые возникла у американских инженеров в 1930-х гг., из желания автоматизировать промышленную очистку сельскохозяйственных товаров, таких как фрукты и овощи. До этого фермеры пользовались механическим оборудованием, в том числе и из дерева, поэтому темпы производства оставляли желать лучшего. В 1931 году молодая компания «The Electric Sorting Company» приступила к разработке и выпуску первых в мире автоматических сортировщиков. Опытные образцы были поставлены зерновому предприятию Мичигана в 1932 году. А к 1937 г технология оптической сортировки продвинулась вперёд настолько, что позволила создавать системы на основе цветного отбора.

В конце 1960-х фотосепараторы начали применяться в новых отраслях промышленности, помимо сельского хозяйства, таких как сортировка черных и цветных металлов. К 1990-м годам технология широко использовалась в переработке твёрдых отходов. В связи с большой цифровой революцией, произошедшей в период 1990–2000 годов, оптические сортировщики стали более эффективными благодаря внедрению новых сенсорных датчиков с ПЗС, УФ- и ИК-камерами со светочувствительными элементами.

Что такое фотосепаратор для непищевых продуктов

Оптический сепаратор для непищевых продуктов, это тот же самый аппарат, что и для зерна. Он обеспечивает качественный отбор сырья по определённому физическому свойству и выведение из общего потока некондиционного продукта по:

• форме;
• объёму;
• размеру; 
• площади;
• наличию сколов;
• цветовой гамме;
• интенсивности или яркости оттенка.

Предназначены такие аппараты для очистки и сортировки отходов для вторичной переработки, фракционирования гранулята, частиц стекла и камней.

Где применяются

Фотосепараторы для семян хорошей сыпучести выпускаются изготовителями в разных размерах и различной производительности, что продиктовано запросами потребителей из числа агрономов, семеноводов и других специалистов. Чаще всего эти машины используются на мельницах, семенных предприятиях и в других организациях, занимающихся обработкой зерна и сыпучих продуктов, среди которых:

• мукомольные – основа для производства муки;
• крупяные – после обработки из зерна получают крупы;
• фуражные – идут на корм домашнему скоту и птицам;
• ореховые – плоды для переработки или употребления в пищу;
• кофемольные – для сортировки и выбраковывания зёрен;
• технические – сырье для различного производства.

В последнем случае речь идёт о промышленных гранулах, таких как: минералы, пластик, ПЭТ-хлопья, стекло. Они также подлежат сортировке и фракционированию для производственных циклов. Например, при переработке пластика важно учитывать, что разные виды полимеров имеют различную температуру плавления. Если использовать смешанное сырье, например, ПВХ и ПЭТ, то один вид полимера может перейти в стадию деструкции, пока второй достигает температуры плавления. Именно поэтому фотосепаратор можно назвать универсальной машиной, обрабатывающей пищевые и непищевые продукты.

Разновидности фотосепараторов

Фотосепаратор для зерна – это полностью автоматически устройство, системы которого могут на высокой скорости разделять зерно по его физическим свойствам, таким как размер, плотность и цвет. На тех машинах, которые стали активно внедряться в АПК в 1990-х гг., монохромные сенсоры распознавали только чёрно-белые оттенки (светлее-темнее), а не сам цвет. Такие установки снискали применение в сортировке красного риса и чёрной гречки. Впоследствии разработчики предложили рынку усовершенствованные модели сортировщиков:

• Цветные RGB.
• Рентгеновские с X-ray.
• Инфракрасные NTR, NIR и InGaAs.

Камеры цветных машин оснащены бихроматическими и трихроматическими сенсорами. Первые различают семена по двум цветам, а вторые – по трём, и знают RGB-линейку (RGB – аббревиация от названия цветов: red – красный, green– зелёный, blue – синий), из которой состоят все другие цвета спектра.

Рентгеновские фотосепараторы с камерами X-ray основаны на безопасном для человека излучении волны, в диапазоне между ультрафиолетовым и гамма-излучением. Работают они по тому же принципу, что и рамки на вокзалах и аэропортах. Эффективно выявляют инородные материалы и сортируют продукт по структуре.

Инфракрасные модели NTR, NIR или InGaAs имеют дело со свечение за пределами видимого глазу диапазоне спектра (900-1900 нм). Такие машины фиксируют не только внешние отклонения семян от стандарта, но и внутренние характеристики ядер. Тот же пустой и полный грецкий орех будет демонстрировать разную проницаемость для лучей через скорлупу.

По типу конструкции

По типу конструкции фотосепараторы разделяются на 2 вида:  

• Ленточные.
• Скатно-лоточные.

Ленточные сепараторы работают на принципе непрерывного цикла. Здесь семена и зёрна попадают конвейерную ленту с рифлёной поверхностью и далее передаются в зону сканирования. Ширина ленты может составлять 3-9 м. Это наиболее простой тип конструкции. Чаще всего такие машины используются на перерабатывающих отходы комбинатах и на промышленных предприятиях по изготовлению гранулята (пластикового, стекольного, гранитного, кварцитного и т.п.).

Скатно-лоточные «Золушки» имеют в конструкции бункер загрузки и наклонный лоток, по которому сырье равномерно скатывается вниз под силой гравитации. В процессе оно сканируется камерами и рассортировывается по лоткам. Тип камер или их комбинации зависят от модели аппарата. Их общий принцип работы тот же, что и у ленточного вида машин.

Устройство

Оптические сортировщики представлены сегодня на рынке широким ассортиментом, с различными характеристиками производительности, габаритов и автоматизированных систем. Но почти все они довольно схожи по основным компонентам конструкции. Вот некоторые узлы и агрегаты, которые присутствуют в каждом фотосепараторе для зерна:

• Зерновой бункер для загрузки семян перед обработкой.
• Загрузочный конвейер для передвижения зёрен на следующую стадию обработки.
• Вибрационный подающий лоток для подготовки потока зерна перед фотосепарацией.
• Ряд датчиков для определения характеристик зерна: размера, цвета и дефекта.
• Световые источники с различными типами света: инфракрасный или рентгеновский.
• Оптическая система на основе цифровой камеры для съёмки каждого семени.
• Обработчик изображений и сигналов для анализа данных, работающий по специальным программам и алгоритмам.
• Выгрузочный транспортёр для зерна, прошедшего фотосепарацию и отсортированного для следующих этапов производства.  

Это лишь основные компоненты для очистки и фракционирования зерна. Точная конструкция будет зависеть от производителя и конкретных технических решений.

Принцип работы

Концепция работы фотосепаратора построена на использовании оптических сенсоров, которые определяют: цвет, форму, размер и другие характеристики зерна. По полученным данным система осуществляет автоматическую сортировку семян на основе заранее заданных параметров. Это позволяет исключить примеси и дефекты, сохраняя только качественный продукт.

Излучатели 1 и 2 создают световые пучки различной длины волны с помощью волоконно-оптических систем сканера 3 и преобразуют их в плоский световой поток 4. Из бункера загрузки, через вибросита 5, семена подают на наклонные лотки 6 и 7. При скатывании по лоткам зерна проходят зону светового потока 4. Часть света, прошедшего через зёрна, фиксируется камерой 8.

Нестандартные формы семян, в отличие от качественных, пропускают меньше света, поэтому камера 8 фиксирует их, как более тёмные объекты, и с помощью системы обработки изображений подаёт сигнал на блок пневмопакетов 9. После этого сигнала через эжектор на некачественное зерно подаётся воздушный поток, с которым оно направляется в приёмник для промежуточной фракции 10. Качественные семена под действием силы тяжести продолжают попадать в приёмник 11 для чистого продукта. Промежуточная фракция направляется в бункеры вибрационного питателя 12 для повторной обработки, чтобы снизить потери качественных семян в отходах.

Отделение примесей от промежуточной фракции осуществляется следующим образом. Лазерные излучатели 13 и 14 с помощью сканера 15 создают ровный световой поток 16. Из бункеров вибрационного питателя 12 промежуточная фракция подаётся на наклонные лотки 17 и 18. При сборе этими лотками зерно попадает в зону светового потока 16.

С помощью камеры 19 и пневмоблока 20 некачественные по форме семена отправляются в приёмник отходов 21, а качественные зёрна и нераспределённая часть некачественных под действием силы тяжести попадают в приёмник 22 получистого продукта. Далее условно-чистая фракция поступает обратно в бункер вибрационного питателя 5, и сортировка повторяется.

Сколько стоит фотосепаратор

Чтобы узнать стоимость оптического сепаратора предлагаем обратиться к независимому источнику цен, такому как Яндекс.Маркет.

Окупаемость

Оптические сортировщики сегодня можно встретить в зернообработке, семеноводстве, фермерстве, мукомольной промышленности, на производстве пластика, декоративного камня и стекла. Задача машины – сделать продукцию чище и более конкурентоспособной. Но оборудование потребует вложений, которые инвестор захочет поскорее вернуть. Поэтому вопрос окупаемости встаёт на первое место в процессе планирования покупки. 

По отзывам предпринимателей, фотосепаратор окупается за 3–5 лет. С посевным оборотом 7-10 тысяч гектаров срок уменьшается до 2 лет. Это ещё без оказания услуг на стороне, когда можно брать на сортировку сырьё у соседей по фермерскому участку и на этом зарабатывать. Но бывали необычные ситуации, когда предпринимателям удавалось окупить машину менее чем за 1 месяц.

Реальный случай. Предприниматель не мог продать крупную партию суперэлитных семян овса, цена которых за тонну в 2,5 раза выше, чем на семена 2-3 репродукции. Товар не проходил по ГОСТ, поскольку был засорён овсюгом. Предприниматель стоял перед выбором: либо продать этот овёс на корм лошадям, как фураж, либо попытаться его очистить. В итоге он принял решение купить 2 фотосепаратора и за пару недель отсортировал большой объём семян. В результате окупил оборудование и начал зарабатывать на его эксплуатации. Это один из рекордов, когда сортировщик смог оправдать себя всего за 2 недели.

Кому нужен фотосепаратор

Если выходить на экспорт, то без фотосепаратора точно не обойтись, поскольку к качеству продукции предъявляются строгие требования. Только с его помощью можно довести сырьё до идеала. К тому же цена более чистого зерна, семян или орехов для экспорта гарантированно увеличивается на 100 – 150%.

На внутреннем рынке оптический сортировщик также необходим. Пусть даже качество сырья здесь регулируется ГОСТами времён СССР и ТУ (техусловиям). Возьмём такой пример: Пекарня печёт хлеб со льном. Ей надо закупать лён определённого качества по ТУ. Поэтому поставщик или переработчик должен поставить семена в соответствии с требованиями. Чтобы удовлетворить запрос пекарни, производитель должен очистить сырьё. В этом случае аппарат незаменим.

Ещё один пример – семечки. Лет 15–20 назад их сортировали бригады женщин на заводе у ленты конвейера. В свою очередь ручной труд на поточном транспортёре отличался низким качеством (люди отвлекались, плохо себя чувствовали, теряли реакцию). Из-за этого владелец одной ростовской компании получал низкое качество семян, меньшие объёмы продаж и небольшую выручку. Поэтому отказ от ручной сортировки в пользу оптической машины повысил качество продукции, а вместе с ней поднял прибыль организации и создал положительную репутацию.  

Реальная история из Калининграда. Компания ООО «Торговый дом-Запад» занимается выпечкой и реализацией хлебобулочных изделий с черносливом, абрикосом, вишней и т.п. В августе 2020 г. калининградка купила ватрушку в торговой точке продавца и повредила зуб вишнёвой косточкой, после чего отсудила у ООО «Торговый дом-Запад» компенсацию за лечение 11 788 руб и стоимость булочки – 27 руб. Чтобы исключить повторный удар по репутации, компания купила оптический сепаратор и теперь самостоятельно проверяет сырьё перед выпечкой.

Рынок фотосепараторов

В данный момент на мировом рынке фотосепараторов можно выделить несколько ведущих компаний. Что касается РФ, то здесь тоже есть свой фаворит и мы его назовём.

В целом рейтинг выглядит так:

• Satake Corporation: Японская компания Satake занимает лидирующую позицию в производстве и поставке фотосепараторов для зерна, зернобобовых и других сельскохозяйственных продуктов. Предлагает широкий ассортимент машин с различными функциональными возможностями.
• Bühler AG. Является международной компанией со штаб-квартирой в Швейцарии. Её инженеры специализируются на разработке и производстве разнообразного оборудования для пищевой промышленности, включая фотосепараторы. Bühler обладает высокими технологическими компетенциями и богатым опытом в этой области.
• Alvan Blanch Development Co. Ltd. Британская компания Alvan Blanch также является лидером в производстве фотосепараторов для сельскохозяйственной промышленности. Предлагает инновационные решения и технологии для обработки сыпучих материалов с использованием сенсорных систем.
• Forsberg's Inc. Является одним из ведущих производителей фотосепараторов в мире. Специализируются на оборудовании для разделения и очистки зерна, семян и других сельскохозяйственных продуктов, и предлагают широкий выбор моделей с различными характеристиками. Находится в США.
• PETKUS Technologie GmbH: Немецкая компания PETKUS также является ведущим в мире производителем фотосепараторов для сельскохозяйственной промышленности. Специализируется на разработке и поставке высококачественного оборудования для переработки зерна и семян.
• TAIHO (Hefei Taihe Optoelectronic Technology Co., Ltd): китайский производитель фотосепараторов, которые отличаются передовыми технологиями и инновационным дизайном. Компания специализируется на разработке и производстве высококачественных машин, которые широко используются в различных отраслях, включая пищевую, фармацевтическую, химическую и другие промышленности. Китайские «Золушки» сегодня признаны и востребованы в различных странах по всему миру, благодаря надёжности, эффективности и долговечности.
• СиСорт. Российский разработчик оптических сепараторов для больших фермерских и семеноводческих хозяйств, производителей круп, снеков и чипсов, а также отходов. Машины отличаются простой конструкцией и доступны и для широкого российского покупателя. Но если рассматривать российское производство, то можно провести аналогию с российским автопромом. В производстве фотосепараторов используются зарубежные компоненты, порядка 70-80%, в основном из Китая. И это не миф, а горькая реальность. Постоянные поломки, постоянное ощущение подвоха, да и качество сортировки уступает зарубежным аналогам.

Это только некоторые ведущие компании на мировом рынке. Есть и другие производители, которые также занимаются разработкой, сборкой и поставкой этого оборудования. Однако, сегодня есть некие трудности с покупкой иностранных машин из США, ЕС, Южной Кореи и Японии. Импорт из стран Запада приостановлен. Остаётся обратить внимание на ассортимент машин из КНР. Они неплохие и задают динамичный ритм мировому рынку перерабатывающего оборудования.   На снимках производство TAIHO

Заключение

Очищение и сортировка зерна являются неотъемлемыми этапами в процессе производства продуктов питания. Они способствуют улучшению качества, безопасности и эффективности. Добиться хороших результатов помогают оптические сепараторы. Это автоматические машины, способные обеспечить до 99,9 % чистоты зерна, орехов, плодов и других продуктов.