Выбираем сублиматор для лечения пчел

Сублимацией называют такой процесс, благодаря которому вещество, находящееся в твердом состоянии, переходит в газообразное агрегатное состояние, без пребывания в жидком агрегатном состоянии. Сублимация вещества происходит только благодаря воздействию на него тепловой энергии.

Сублиматор – устройство позволяющее производить сублимацию того или иного вещества.

Сублиматор для обработки пчел – это специализированное устройство, предназначенное исключительно для противоварроатозной обработки пчел путем окуривания парами, полученными при воздействии высокой температуры на щавелевую кислоту, т.е. при ее испарении. В качестве нагревателей для испарителя щавелевой кислоты, применяют, как правило, электрические тены, газовые горелки или паяльные лампы. Сублиматор для противоварроатозной обработки пчёл щавелевой кислотой часто называют варромором или окуривателем для возгонки щавелевой кислоты.

Варроатоз – опасное и широко распространенное в настоящее время заболевание пчел, возбудителем которого является клещ варроа якобсони. На сегодняшний момент существует огромное множество и химических и растительных лекарственных средств, предназначенных для борьбы с этим заболеванием. Но, к сожалению, несмотря на высокую первоначальную эффективность этих препаратов, приспособленческие особенности клеща настолько высокие, что уже через 1-2 года его особи свободно размножаются в обрабатываемых ульях. Исключением остается только щавелевая кислота, принадлежащая к сильным органическим кислотам, и встречающаяся в природе в таких растениях как щавель, шпинат, ревень и некоторых других. Она имеет широкое применение в промышленности, а для ее получения используют различные способы.

Дигидрат щавелевой кислоты С₂Н₂O₄×2H₂O (2-водная щавелевая кислота) при нагревании более 30°C обладает способностью терять кристаллизационную воду, и около 100°C полностью обезвоживается (безводная щавелевая кислота - С₂Н₂O₄), при этом температура сублимации порядка 125°C , плавления -189,5°C, а температура декарбоксилирования 166÷180°C.

В зависимости от температуры нагрева щавелевой кислоты в сублиматоре от варроатоза возможны два варианта событий:

1. Испарение щавелевой кислоты с выделением менее 1%, от исходного веса, муравьиной кислоты при температуре не превышающей 190°C.

2. При более высокой температуре нагрева (особенно быстро это происходит при температурах выше 210°C) щавелевая кислота разлагается на углекислый газ, воду, и оксид углерода - угарный газ, у которого отсутствует запах, но при этом является очень опасным как для здоровья человека, так и для самих пчел, особенно маток, даже в малых количествах.

Из выше сказанного следует, что оптимальным режимом работы сублиматора для обработки пчел является температура от 180°C до 190°C. Только в этом случае щавелевая кислота при испарении не выделяет оксид углерода, а пары воды, образовавшиеся при попадании дигидрата щавелевой кислоты на нагреватель сублиматора, выталкивают в обрабатываемый улей пары именно щавелевой кислоты без образования каких либо вредных веществ. При больших значениях температуры нагревателя на выходе варромора получаем угарный газ.

Учитывая молярную теплоемкость испаряемого вещества, можно рассчитать, что для возгонки 1 грамма дигидрата щавелевой кислоты расходуется порядка 3 кДж тепловой энергии. С учетом того, что в среднем при обработке пчелосемьи используют 2 грамма вещества, необходимая энергия для возгонки щавелевой кислоты в сублиматоре составит примерно 6 кДж. Из курса физики известно, что 1 Дж равен 1 Вт⋅сек, следовательно, мощность, которая потребуется для испарения в сублиматоре щавелевой кислоты за 10 секунд составит 600 Вт, если же необходима возгонка за 5 секунд, потребуется 1200 Вт.

Стоит отметить, что во время возгонки за счет образовавшихся паров происходит понижение внутренней температуры сублиматора для обработки пчел, а соответственно и температуры выходящих газов. Для наилучшей возгонки испаритель щавелевой кислоты должен обладать достаточно высокой инертностью. В противном случае температура образовавшихся паров при возгонке упадет ниже определенной величины, что послужит причиной обратной кристаллизации щавелевой кислоты в выводном канале варромора.

На сегодняшний день существует несколько модификаций устройств, позиционируемые как испаритель, или сублиматор щавелевой кислоты:

· электрические испарители без контроля температуры;

· электрические сублиматоры, аналогичные Provap 110 или Sublimox, с контролем температуры испарения;

· устройства для обработки пчел от варроатоза, в которых в качестве нагревателя используется открытое пламя газовой горелки или паяльной лампы, например, такие, как “карамультук башкирский”.

Нет смысла здесь рассматривать электрические испарители, которые не имеют контроля температуры, ведь возгонка щавелевой кислоты благодаря этому идет совершенно бесконтрольно, и невозможно знать лечим мы своих пчел, или калечим.

Электрические сублиматор для противоварроатозной обработки пчёл щавелевой кислотой аналогичные Provap 110 пользуются у пчеловодов все большей популярностью. Но и у них имеется ряд недостатков:

· малая мощность ТЭНов при высокой их инертности – низкая скорость нагрева;

· малая инертность испарителя при возгонке – быстрое остывание;

· относительное неудобство при использовании;

Размеры камер нагрева сублиматоров, повторяющих конструкцию Provap 110 или Sublimox, имеют достаточно малый объемом. Это связано с тем, что при испарении дигидрата щавелевой кислоты должно создаваться избыточное давление для условия выхода газов через газоотводную трубку. В связи с этим хомутовые нагреватели, используемые в этих устройствах, также ограничены в размерах, и варьируются по мощности от 200 до 300 Вт. Согласно расчетам, изложенным выше, такой мощности явно недостаточно для быстрого нагрева дна сублиматора посредством которого и испаряется щавелевая кислота. К их недостаткам можно отнести и высокую инертность самих нагревателей. Ведь в силу своих технологических особенностей ТЭНы не могут мгновенно разогреваться и отдать температуру нагреваемому объекту. Еще одним существенным недостатком этих конструкций является то, что дно испарителя, в котором и находится датчик температуры, нагревается через стенки “стакана” сублиматора, тем самым увеличивается время нарастания температуры пятна соприкосновения со щавелевой кислотой при и так высокой инертности ТЭНа. Температура стенок при возгонке здесь может отличаться от температуры дна на несколько десятков градусов, и, следовательно, пары от соприкосновения со стенками испарителя будут перегреваться с выделением угарного газа, хотя термостат, установленный в этом устройстве, будет указывать на то, что температура нагрева находится в норме. Во избежание данного эффекта, необходимо увеличить инертность дна сублиматора с целью сохранения стабильной температуры при возгонке. Этого можно достичь благодаря увеличению массы испарителя, контактирующего со щавелевой кислотой. Минимальный приемлемый вес рассчитывается исходя из уравнения теплового баланса. Для наших целей он будет составлять примерно 162 грамма. Самое парадоксальное то, что основная масса производителей, которые создают репликации сублиматора Provap 110 и ему подобных, используют в качестве дна нагревателя, контактирующего со щавелевой кислотой, алюминий, что является совершенно неприемлемым. Не будем останавливаться на вопросах взаимодействия металлов и кислот, отметим лишь тот факт, что при плотности алюминия 2,7 г/см³ толщина дна, с учетом минимального веса испарителя, должна составлять 48 мм. Заметьте, почти 5 см!!! При том, что хомутовые нагреватели при диаметре 40 мм высотой более 60 мм не встречаются. Как правило, все это не учитывается при производстве сублиматоров для обработки ульев из-за удешевления конструкций, что и приводит к резкому падению температуры возгонки, и как следствие необходимости завышения температуры нагревателя и перегреву щавелевой кислоты с появлением угарного газа.

Стоит сразу оговориться, что применение PID-контроллеров проблему инертности нагревателей не решает. Некоторые производители утверждают, что “обучаемость” PID-регуляторов позволяет устранить эффект “заторможенности”. Да, это имеет место быть, но с одной оговоркой. Благодаря PID контроллеру мы можем поддерживать стабильную температуру в камере сублиматора, но лишь до тех пор, пока мы не начали им пользоваться. Ведь какой бы не была система интегрирования/дифференцирования, заложенная в ПО контроллера, она не может предвидеть момент загрузки щавелевой кислоты в сублиматор.

Следует упомянуть также о некотором неудобстве использования Provap 110, Sublimox и им подобным устройствам — это сама загрузка щавелевой кислоты в испаритель при помощи фторопластовой крышки, и переворачиванием сублиматора. Прямо скажем – на любителя. Особенно, если учесть то, что металл и фторопласт имеют разные коэффициенты расширения при нагревании, из-за чего крышка периодически подклинивает перед очередным ее открыванием. От этого многие избавляются увеличением зазора, но для этого приходится использовать недешевые уплотнительные кольца из фторкаучука, которые достаточно быстро выходят из строя из-за высокой температуры и взаимодействия с кислотой. Да и сама манипуляция при открывании/закрывании фторопластовой крышечки может привести к ожогу от нагревательного элемента. Неудобством данных устройств является также необходимость наличия на пасеке электричества. При его отсутствии, конечно, возможно воспользоваться переносной электростанцией или аккумулятором, что делает сублиматор для обработки пчел более мобильным. Но и здесь имеются подводные камни. Эти устройства для испарения щавелевой кислоты потребляют относительно много энергии. Например, 300 ваттный нагреватель, без учета потерь на преобразователе 12 > 220, которые могут составить до 20-25% от аккумулятора, будет потреблять минимум 25 ампер. Соответственно для его работы необходим аккумулятор большой емкости, а это значит и большого веса, который придется переносить от улья к улью.

Устройства для обработки пчел от варроатоза, в которых в качестве нагревателя используется открытое пламя газовой горелки или паяльной лампы известны достаточно давно, и обладают большей мобильностью, чем упомянутые выше. Как правило, загрузка вещества в этих сублиматорах осуществляется через открываемую верхнюю крышку, что является более предпочтительным. Они имеют массивное дно, благодаря чему испаритель обладает высокой инертностью и не успевает остыть во время обработки улья. Пламя горелки имеет меньшую инертность и большую энергию по сравнению с электрическими нагревателями, поэтому процесс нагрева происходит намного быстрее. Но основным фактором, сводящим на нет все их достоинства – невозможность контроля температуры возгонки щавелевой кислоты.

Преимущества нового инновационного сублиматора щавелевой кислоты GenusPro в том, что он лишен тех недостатков, которые имеются у рассмотренных выше устройств:

· испаритель обладает относительно большим весом, около 300 грамм, что благотворно влияет на стабильность температуры во время возгонки;

· для нагревания камеры сублиматора используется энергия газовой горелки мощностью 1300 Вт., благодаря чему отсутствует инертность свойственная электрическим нагревателям, гистерезис при возгонке существенно сокращается, и зависит, в основном, только от установленных параметров PID регулятора;

· благодаря инновационному методу регулировки подачи газа, электрический ток, потребляемый контроллером, в среднем не превышает 140 mA при 12v, поэтому для питания сублиматора возможно использовать как аккумулятор от палаточного фонарика или шуруповерта, так и несколько пальчиковых батареек. При этом питающее напряжение может быть от 10 до 20 вольт, что существенно повышает мобильность этого варромора;

· наличие механизма управления крышкой испарителя облегчает загрузку сублиматора щавелевой кислотой;

· температура выходящих паров при возгонке стабилизируется за счет их сквозного прохода через испаритель;