Сушка зерна

4.5 Сушка зерна

Зерносушение - специальная отрасль знаний, так как только технически и биологически грамотное проведение данного приема обеспечивает нужную технологическую эффективность при наиболее экономных затратах топлива, электрической энергии, рабочей силы и т.д. (Трисвятский Л.А., 1991).

Сушке подвергается все зерно с влажностью выше критического уровня. Процесс сушки – это способность зерна испарять влагу, когда под действием температуры внутри зерна создается давление паров, которое намного выше, чем давление паров окружающей среды. При нагревании зерна влага от центра перемещается к периферии и постепенно испаряется с поверхности зерна. При таком процессе всхожесть семян не снижается. При сушке зерна устанавливают определенный съем влаги за один пропуск. При сушке семян зерновых культур этот съем должен быть 5 – 6 %, зернобобовых и гречихи – не более 3 %. Сушка – наиболее сложный и энергоемкий процесс. На её долю приходится 2/3 всех затрат на послеуборочную обработку.

Сушка включает следующие физические явления: передача тепла от агента сушки к зерну; испарение влаги с поверхности зерна и диффузия паров в окружающую среду и движение влаги из центральных слоёв зерна к периферии под действием термовлагопроводности.

Процесс сушки можно представить в виде 3 периодов:

1. Короткий период прогрева, сушка идёт медленно из-за пониженной температуры и плохой передачи влаги от центра к периферии;

2. Постоянной скорости сушки, испарение влаги идёт равномерно;

3. Убывающей скорости сушки, начинается, когда приток влаги из центральных слоёв оказывается недостаточным, а поверхностные слои не насыщенны влагой.

Продолжительность высушивания и эффект влагоотдачи зависят как от самого объекта сушки (семян той или иной культуры, их влажности и т. д.), так и от состояния и свойства агента сушки- той среды, которая обладает значительной влагоемкостью. В связи с этим довольно детально изучены свойства зерна и семян различных культур (отдельно семян и их массы) и свойства агентов сушки при различных параметрах.

Влагоотдающая способность семян неодинакова. Она зависит не только от их размеров, но и анатомических особенностей. Самый высокий коэффициент влагоотдачи у гречихи, самый низкий – у бобовых.

Все способы сушки зерна и семян разделяют на две группы: без специального использования тепла (без подвода тепла к высушиваемому объекту); с использованием тепла.

Второй способ (с подводом тепла) основан на создании условий, обеспечивающих повышение влагоемкости паровоздушной среды, окружающей зерно. В этом случае агентом сушки (теплоносителем) служит воздух, влагоемкость которого значительно повышается в результате нагрева. Наиболее распространенный способ с использованием тепла - сушка в специальных устройствах - зерносушилках и сушка на солнце (воздушно-солнечная).

Из способов сушки, относимых к первой группе, в сельскохозяйственном производстве применяют химическую (сушку сульфатом натрия) и сушку природным воздухом с использованием для этого установок активного вентилирования зерновых масс.

Сушка сульфатом натрия предложена для семян бобовых культур. Природный (высушенный озерно-морской минерал мирабилит) или технический сульфат натрия обладает хорошей водопоглотительной способностью. Сушку ведут, равномерно смешивая агент с семенами перелопачиванием или используя зернопогрузчики. При влажности 20 - 24 % семена за весь период перемешивают два раза, при большей влажности - три-четыре раза в течение суток в первый период сушки. Продолжительность сушки 5...10 сут, в зависимости от исходной влажности семян, культуры, состояния наружного воздуха и других факторов. Для доведения влажности семян до кондиционной расход безводного сульфата натрия составляет (кг / т): при влажности семян 20% - 60, 25% -120, 30% -180, 35 % - 240. Влажность химиката 1-5%.

Смешивание ведут на площадках под навесами, так как присоединение воды к химикату в процессе сушки сопровождается выделением тепла, вследствие чего повышается температура смеси.

Заключительный этап работы - отделение увлажнившегося сорбента от семян. Для этого применяют пневматическую семяочистительную колонку с зернопогрузчиком или другие зерноочистительные машины. Использованный сульфат натрия обладает высокой важностью (до 40..45%). Вторично его можно применять только после воздушно-солнечной сушки. Сухой препарат при смешивании с семенами пылит, поэтому занятые на такой работе люди должны надевать пылезащитные приспособления.

Воздушно-солнечная сушка. Прием не потерял своего значения во многих районах страны при сушке небольших партий семян. Во время воздушно-солнечной сушки влага испаряется только через поверхность насыпи зерновой массы. Чем тоньше слой зерна, тем интенсивнее оно высушивается. Однако при малой толщине слоя требуется большая площадь для размещения зерна. Рекомендуют следующую толщину насыпи зерна (см): основных зерновых культур 10 - 20, зернобобовых 10 - 15, проса 4 – 5.

Только деревянная или асфальтированная площадка достаточно изолирует зерно от увлажнения снизу (от грунта) и предохраняет от возникновения большого температурного градиента. Нагревание поверхности насыпи и воздуха около нее приводит к интенсивному испарению влаги из зерен, находящихся в верхнем слое насыпи.Особенно успешно сушка происходит в ветреную погоду, так как выделяющиеся пары воды не задерживаются над поверхностью насыпи.

При соблюдении правил влажность зерна в хорошую погоду за день снижают на 1...3% и более. Чем влажнее зерновая масса, тем больше влаги при благоприятных условиях можно удалить из нее.Воздушно-солнечная cушка способствует дозреванию свежеубранного зерна и делает его более устойчивым при хранении, так как при облучении солнечными лучами зерновая масса частично стерилизуется от микроорганизмов. (Трисвятский Л.А., 1991)

Типы сушилок распространенные в сельскохозяйственном производстве подразделяются на: шахтные, барабанные, камерные и бункерные.

Характеристика основных типов зерносушилок

В производстве наиболее широко распространены, как более производительные, сушилки непрерывного действия (прямоточные), то есть сушка в прямом потоке теплоносителя. Это шахтные сушилки: СЗШ-16, СЗШ-16А, М-819 (производительность 20 т/ч), М-839, СБВС-5 (производительность 5 т/ч). Имеются сушилки карусельного типа СКМ-1. В шахтных сушилках на один пропуск требуется 40 – 60 минут. При этом основным параметром является температура нагрева семенного зерна. Она не должна превышать 45^оС. Чем влажнее зерно, тем меньше температура нагрева зерна и теплоносителя. В зависимости от влажности зерна температура нагрева его изменяется на 2 – 3^оС, а температура теплоносителя повышается или понижается на 5^оС.

К прямоточным сушилкам относится брянская сушилка СБВС-5, для сушки высоковлажного зерна. Она смонтирована на базе активного бункера вентилирования емкостью 40 т. Зерно, попадая сверху бункера, пересыпается внутри его по специальным лоточкам, а снизу бункера подается теплоноситель. Поэтому зерно сушится в движении. Таким образом, режимы сушки на этих сушилках такие же, как и на шахтных.

Кроме того, имеются и сушилки барабанного типа. К ним относятся СЗБС-8 (8А) – стационарная, и СЗБП-2,5 – передвижная. Сушка в таких сушилках основана на принципе контакта пересыпающегося слоя зерна с агентом сушки и одновременно транспортирования зерна внутри вращающегося барабана.

Также используются сушилки периодического действия (или камерные). В своей конструкции имеют камеры различной формы. Сушилки не сложные по конструкции и технологии сушки, но режимы сушки отличаются от режимов прямоточных сушилок. Здесь зерно сушится в неподвижном состоянии и долго лежит, поэтому температура нагрева зерна и теплоносителя одинаковы. Сушат 15 – 30 часов. Температура семян 40 – 45^оС. Производительность 2 – 3 т/ч. Если влажность до 26 %, то держат температуру 42 – 43^оС. Недостатками данных сушилок являются невысокая производительность, неравномерность сушки зерна в камере, недостаточная степень механизации. А преимущества – высокое качество зерна при соблюдении режимов, которые являются мягкими.

Каждый год оборудование постоянно обновляется, усовершенствуется.

Закрытое акционерное общество "Агропромтехника"(г.Киров) - одно из ведущих российских машиностроительных предприятий, производящих оборудование для послеуборочной обработки зерна. Предприятие начало свою деятельность в начале 90-х годов, объединив под общим началом ряд машиностроительных заводов г.Кирова и Кировской области.

Оригинальность конструкторской мысли, а также постоянная работа по совершенствованию конструкции позволили создать уникальные зерносушилки, которые по своим технико-экономическим показателям сопоставимы с такими аналогами зарубежного производства, как "Rofama" М-819(Польша), "Law"(Франция), "Aeroglide"(США). Зерносушилки типа "С" прошли государственные испытания в КубНИИТиМ и в МИС Нечерноземной зоны, имеют сертифкат соответствия и разрешение федеральной службы по экологическому, технологическому и атомному надзору.

На крупных отечественных элеваторах широко используются зерносушильные комплексы 40…60 т/ч, и более, на базе зерносушилок С-20, С-30 и С-40 (Закрытое акционерное общество "Агропромтехника", 2010).

Бункерные: предназначены для сушки зерна с влажностью > 25%. Представляет собой цилиндрическую конструкцию из 2 сушильных камер с концентрично расположенной воздухораспределительной трубой. Внутри сушилки имеются 2 инверторные зоны, которые представляют собой полочки, направленные друг к другу. Благодаря им зерно в сушилке перемешивается. Производительность 5т/час. В хозяйстве 6 зерносушилок барабанного типа СЗБС-8А.

Рис. 3 - Зерносушилка СЗСБ-8: 1- вентилятор топки; 2 - топка; 3 - труба топки; 4 - труба горячего воздуха; 5 - загрузочное окно; 6 - загрузочная камера; 7 - патрубок ввода зерна; 8 - сушильный барабан; 9 - крестовина перелопачивания зерна; 10 - бандаж; 11 - труба вывода отработавшего воздуха; 12 - вентилятор разгрузочной камеры; 13 - разгрузочный элеватор; 14 - вентилятор охладительной колонки; 15 - труба вывода воздуха из охладительной колонки; 16 - охладительная колонка; 17 - труба контрольной сыпи; 18 - шлюзовой затвор охладительной колонки; 19 - камера разгрузки; 20 - шлюзовой затвор разгрузочной камеры; 21 - приемный ковш разгрузочного элеватора; 22 - приводные ролики барабана; 23 - вал роликов; 24- редуктор механизма привода роликов; 25 - клапан-мигалка

Барабан 8 (рис. 3) сушилки СЗСБ-8 разделен по сечению на шесть секторов. В каждом из них укреплены полки, захватывающие зерно при вращении барабана (скорость вращения последнего 8 об/мин, длина 8 м). Равномерный ввод зерна в барабан обеспечивает загрузочная камера 6. Вдоль барабана зерно перемещается во время пересыпания под действием подпора и потока агента сушки. Из разгрузочной камеры оно направляется в шлюзовой затвор 20, откуда подается в охладительную колонку 16.

Время контакта зерна с агентом сушки в барабанных сушилках меньше, чем в шахтных, поэтому температуры нагрева агента сушки в них более высокие (для семян 90...130°С, для продовольственного и кормового зерна выше 180 °С), что увеличивает опасность перегрева зерна в барабане. Кроме того, зерно контактирует с наиболее нагретым агентом сушки, температура которого при прохождении по барабану понижается. Способ перемещения зерна в барабанах (захват полками и пересыпание) не позволяет использовать эти сушилки для сушки семян бобовых, риса и кукурузы, так как они растрескиваются. Сушилки пригодны для зерновых масс повышенной засоренности. В качестве топлива используют тракторный керосин или смесь его с дизельным топливом. Расход топлива 65 кг/т, мощность 30,4 кВт.

Режимы сушки зерна различного назначения:

1. Предельно допустимая температура нагрева зерна.Перегрев всегда приводит к ухудшению или даже полной потере технологических и посевных качеств. Недостаточный нагрев уменьшает эффективность сушки и удорожает ее, так как при меньшей температуре нагрева меньше удаляется влаги. Предельно допустимая температура зерна и семян зависит от культуры, характера их использования (целевого назначения), исходной влажности (до сушки).

2. При пониженной температуре агента сушки по сравнению с рекомендуемой зерно не нагревается до нужной температуры или для достижения этого увеличивают срок его пребывания в сушильной камере, что снижает производительность зерносушилок. Температура агента сушки выше рекомендуемой недопустима, так как вызывает перегрев зерна. Основной агент сушки - смесь топочных газов с воздухом. Для получения нужной температуры агента существуют регулирующие устройства.

3. Особенности сушки в сушилках различного типа: в барабанных сушилках не рекомендуют сушить семена зерновых и нельзя сушить семена зернобобовых, рис, кукурузу. За один пропуск через сушилку снимают 4…6 % влаги. Время нахождения зерна в шахтных сушилках 40…60 минут, в барабанных – 15…20 минут, в периодических сушилках – до полного снижения влажности.

В процессе сушки зерна на его семенные и продовольственные качества влияют следующие показатели: температура нагрева зерна, температура и скорость подачи агента сушки, время пребывания зерна в нагретом состоянии. Так семенное зерно сушится при наименьших температурах, так как зародыш не должен перегреваться, поэтому температура зерна должна составлять до 45^оС максимум. В среднем 43^оС. Для продовольственного зерна режим более жесткий 45-55^оС, для кормового до 55-60^оС, но зерно должно оставаться живым. Для фуражного зерна не важно живое зерно или нет, поэтому его сушат в наиболее жестких условиях.

В зависимости от культуры температура нагрева зерна тоже различная: например при влажности 16% температура нагрева пшеницы на продовольственные цели составляет 55^оС, а овса, ячменя, ржи - 65 ^оС. Для семенного зерна температура нагрева различных культур одинакова не выше 45^оС.

Учёт работы зерносушилок.

Работу сушилок учитывают по массе сырого зерна, поступившего в сушилку. При нескольких пропусках через сушилку зерна одной партии, каждый пропуск учитывают отдельно.

Производительность сушилок характеризуют разными показателями: количеством испаренной влаги в килограммах за 1 час, тонно-процентами снижения влажности и др. Так как производительность их зависит от начальной и конечной влажности зерна и семян, их целевого назначения и культуры, установлен единый показатель – плановая единица сушки, характеризующая снижение влажности 1 тоны продовольственной пшеницы на 6% (с 20 до 14%). В техническом паспорте, руководствах и рекомендациях по сушке производительность сушилок приводят в плановых тоннах

Сохранить зерно можно продуванием его слоя воздухом (активное вентилирование); температура зерна снижается, устраняется самосогревание. Если воздух сухой, вентилирование можно использовать и для сушки зерна. Надежность действия активного вентилирования, как способа сушки, обеспечивается продуванием воздухом, нагретым до 65°.

Устройство для активного вентилирования устанавливают в имеющемся помещении или строят напольную камеру для зерна. Воздух нужно нагнетать под весь слой зерна, для этого на полу укладывают воздухораспределительное устройство: короба, трубы с отверстиями. Производительность вентилятора выбирают в зависимости от массы вентилируемого зерна.

Промышленность выпускает передвижные воздухоподогреватели аналогичной конструкции, снабженные мощными вентиляторами.Установку для активного вентилирования атмосферным или подогретым воздухом применяют с целью охлаждения, временной консервации, предпосевного теплового обогрева и сушки зерна и семян.

Контроль за работой сушилок.

1) определяют начальную и конечную влажность зерна через каждые два часа. Первоначальную влажность определяют у зерна поступающего с предварительной очистки или активного вентилирования. Конечная влажность определяется после охлаждения зерна. У шахтных сушилок – после охладительных колонок, в остальных типах – на выходе зерна из накопительных ёмкостей. Для сухого зерна отклонения показателя влажности должно быть не более ±0,5. Конечная влажность устанавливается для яровых культур 14 %, озимых – 12 –13 %, зернобобовых – 15 – 16 %;

2) температуру нагрева зерна наблюдают по датчикам или в зоне максимального нагрева: у шахтных – в нижней части сушильной камеры, у барабанных – на выходе из барабана. Температура нагрева зерна не должна превышать среднюю более чем на ±2^оС;

3) если температура нагрева зерна выше допустимой, а влажность ниже, то увеличивают пропускную способность сушилок. Если температура и влажность зерна выше нормы, то уменьшают температуру агента сушки и выпуск зерна из сушилки;

4) температура охлажденного зерна не должна превышать температуру окружающего воздуха более чем на 10^оС, иначе может образоваться капельножидкая влага;

5) температуру теплоносителя измеряют каждые 30 минут. В журнал записывают показания каждые два часа. Для измерения температуры агента сушки пользуются датчиком или на входе в шахту или в камеру. Отклонение температуры агента сушки от заданной должно быть не более 3^оС;

6) Проводят органолептический контроль по цвету, запаху и блеску. Зерно может проходить из одной сушилки запаренным при медленном процессе сушки или низкой температуре агента сушки. В этом случае в зерне образуются застойные зоны и накапливается капельножидкая влага. Наблюдается в зерне закал (при высоких температурах теплоносителя). Зерно при этом сцепляется и теряет способность отдавать влагу. Зерно перегревается и раздувается. Часто на шахтных сушилках зерно приобретает запах топочных газов. Причина – неполное сгорание топлива из-за неправильно подобранных распылителей. Для семенного зерна рекомендуют распылители диаметром 0,3…0,5 мм; для продовольственного – 0,6…0,8 мм; для фуражного – 1,2…1,5 мм;

7) за полнотой загрузки шахт и охладительных колонок судят по датчикам уровня зерна. При неисправности датчика судят по обратному зерносливу зерна. У сушилок периодического действия высота насыпи зерна не должна превышать одного метра при влажности до 20 %.

Таблица 5 – Режимы сушки семенного зерна в хозяйстве

В барабанных сушилках не сушат бобовые, кукурузу и рис. Перемещение зерна в них и температура агента сушки (110...130 °С) таковы, что зерна и семена указанных культур растрескиваются и сильно травмируются, поэтому, я рекомендую сушить горох путем активного вентилирования или арендовать у соседних хозяйств сушильные комплексы.

Семена гороха овощного, прошедшие очистку и сортирование, сушат до влажности не более 15% для мозговых сортов и 14% - для гладкозерных. Они требуют «мягкой» сушки, чтобы устранить растрескивание семян и повреждение зародыша. Сушат их в напольных сушилках, состоящих из решетчатой деревянной поверхности, покрытой сеткой с ячейками 2x2 мм, воздухопроводящей камеры под решетчатой поверхностью и вентилятора или теплогенераторов ВПТ-400, ВПТ-600, а также ТГ-2,5 в сочетании с осевыми и центробежными вентиляторами с расходом воздуха 25-50 тыс. м3 в 1 ч на площади 55 м2.

На напольную сушилку семена насыпают слоем от 30 до 80 см в зависимости от исходной влажности. Горох сначала сушат воздухом, подогретым до +20...+25°С, когда влажность семян понизится до 25%, постепенно поднимают его температуру до +30...+35°С. Для обеспечения более равномерной сушки семян чередуют подачу подогретого и атмосферного воздуха. Скорость съема влаги в период сушки до 0,1% в 1 ч исключает растрескивание семян (Сompany name, 2010).

Расчет производительности сушилок проводится по формуле:

Рс=(С_с*К_с)/(Д_к*Т_см*П_см*К_см*К_к*К_в) (8)

где Рс - требующаяся производительность сушильного оборудования, т/час;

Сс- сезонное количество зерна данной культуры, подлежащее сушке, т;

Кс - коэффициент суточной неравномерности поступления зерна;

Кс - коэффициент суточной неравномерности поступления зерна;

Дк - количество дней уборки данной культуры;

Тсм - продолжительность смены;

Псм - количество смен в сутки;

Ксм - коэффициент использования времени смены;

Кв - коэффициент, учитывающий изменение производительности в зависимости от начальной влажности зерна;

Кк - коэффициент перевода производительности на культуру.

Рс _{оз.рожь} =(635,1*1,6)/(10*10*2*0,8*1,25*1,2)=4,2т/час

Рс_{пшеница} =(626,3*1,6)/(10*10*2*0,8*1,0*1,1)=5,7 т/час

Рс _ячмень = (248,1*1,6)/(6*10*2*0,8*1,0*1,31)=3,1 т/час

Рс овес =(529,1*1,6)/(8*10*2*0,8*1,0*0,92)=7,2 т/час

Теперь рассчитывается фактическая производительность сушилок. Для этого необходима формула:

П_р=(0,85*К_к*О_п)/Кв (9)

где Пр – фактическая производительность сушилки, т/час;

0,85 – коэффициент использования эксплуатационного времени;

Кк – коэффициент, учитывающий культуру;

Оп – паспортная производительность сушилки, т/час;

Кв – коэффициент, учитывающий первоначальную влажность зерна.

Пр _{оз,рожь} =(0,85*1,25*48)/1,2=42,5 т/час

Пр _{пшеница} =(0,85*1,0*48)/1,1=37,1т/час

Пр _ячмень = (0,85*1,0*48)/1,31=31,1 т/час

Пр овес =(0,85*1,0*48)/0,92=44,3т/час

Таким образом, фактическая производительность машин оказалась больше, чем требующаяся, значит, сушилки справятся с поступающим объемом зерна.

Расчет убыли в массе зерна при сушке, и списание убыли массы производятся по формуле:

X = 100*(а – б)/(100 – б) (10)

где Х – искомый процент убыли массы зерна;

а – влажность зерна до сушки, %

б – влажность зерна после сушки, %

Х _оз.ржи =100*(22-13)/(100-13)=10,3%(65,4т)

Х _{пшеница} =100*(21-14)/(100-14)=8,1%(50,7т)

Х _ячмень =100*(23-14)/(100-14)=10,5%(26,1т)

Х овес =100*(19-14)/(100-14)=5,8%(30,7т)

Таким образом, масса зерна озимой ржи после сушки составила 569,7 т, пшеницы – 575,6т; ячменя – 222,0т; овса – 498,4т.

Для сушки зерновых культур и гороха можно порекомендовать более практичную, и, значит, более эффективную шахтную сушилку СЗШ-16. Производительность данной сушилки значительно выше, чем барабанной, и к тому же на ней можно сушить зернобобовые культуры.

При нарушении режимов сушки зерна ухудшается его качество. Основные признаки нарушения режима:

ü   появление поджаренных или подгорелых зерен, зерен с морщинистыми, вздутыми или лопнувшими оболочками. Причина - чрезмерно высокая температура агента сушки, вследствие чего влага в зерне перемещается медленнее, чем испаряется с поверхности, внешние слои зерновок пересушиваются и лопаются из-за объемных напряжений;

ü   появление запаренных зерен. Причина - низкая температура и недостаточный расход агента сушки; он насыщается влагой до предельного состояния и препятствует испарению влаги из зерна;

ü    снижение количества и ухудшение качества клейковины. Причина - высокая температура агента сушки, замедленное движение зерна в шахте, застойные зоны в шахте. В этом случае необходимо снизить температуру агента сушки и увеличить пропускную способность выпускного устройства.

Работа зерносушилки в большой степени зависит от выбора рационального типа выпускного механизма и его эксплуатации. Применяют конструкции выпускных механизмов, обеспечивающих не прерывное или периодическое движение зерна в шахте. При непрерывном движении зерна в шахте обычно образуются устойчивые потоки зерна, движущегося по пути наименьшего сопротивления. Если поток зерна встречает местное сопротивление, движение зерна в шахте замедляется.

Неравномерная засоренность зерновой массы возникает вследствие ее самосортирования. При повышении засоренности отдельных потоков зерна в шахте повышается сопротивление движению зерна.

Неравномерность нагрева и сушки зерна в значительной степени устраняется применением диагонального расположения подводящих и отводящих коробов (в одном ряду через один).

Для устранения неравномерности распределения агента сушки по коробам рационально установить подводящие диффузоры по всей высоте напорно-распределительной камеры сушильной зоны.

При работе с семенами следует обращать особое внимание на их травмирование. Любое травмирование семян приводит к понижению всхожести. Необходимо знать участки технологического процесса, на которых происходит наибольшее механическое травмирование.

Для уменьшения травмирования семян следует уменьшать угол наклона самотеков до допустимых пределов, уменьшать высоту падения семян, снижать скорость ленты норий и конвейеров, скорость рабочих органов молотильного барабана, увеличивать коэффициент заполнения самотеков и транспортирующих механизмов. Место удара семян о стенки самотеков желательно покрывать резиной и т.д.

Скорость норий и конвейеров желательно снижать в 1,5-2 раза.

В каждом конкретном случае рекомендованная последовательность и виды операций могут быть изменены.