Процесс послеуборочной обработки зерна

Процесс послеуборочной обработки зерна состоит из следующих операций: предварительная и первичная очистки, сушка, вторичная очистка, специальная обработка. Они выполняются последовательно нa отдельных машинах или поточных линиях зерноочистительных агрегатов (ЗАВ) и зерноочистительно-сушильных комплексов (КЗС).

Ha рис.2.1. приведена схема технологического процесса послеуборочной обработки семян зерновых, продовольственного и фуражного зерна. В зависимости от исходного качества и назначения зернa возможна обработка зернового материала по различным технологическим вариантам (как правило, сокращённым). Например, обработка зерна и семян без сушки, первичной очистки, пневмосортирования и др.

Очистка - это разделение (сепарация) зерновой смеси на отдельные фракции, различающиеся по каким-либо физико-механическим свойствам (размеру, плотности и др.). Очистка может быть предварительная, первичная и вторичная.

Предварительную очистку используют для свежеубранного зерна влажностью до 35 %. При этом в очищенном зерне снижается содержание наиболее крупных и мелких примесей (с 15...20 до 3 %), удаляется часть избыточной влаги, увеличивается его сыпучесть, облегчаются последующие процессы (особенно сушка), повышается устойчивость зерна к самосогреванию при временном хранении в насыпи.

Первичной очистке подвергают свежеубранное зерно влажностью нe более 22 % или предварительно обработанное и высушенное зерно влажностью нe более 18 %. При этом из зерна выделяются крупные, легкие и мелкие примеси, дробленое и щуплое зерно; содержание примесей в зерне снижается с 8...10 до 1...3 %. Исходный зерновой ворох разделяется на три фракции: очищенное зерно, фуражные отходы и примеси.

Вторичная очистка способствует выделению из зерна близких к нему по размерам примесей, трудноотделимых семян сорняков. В результате исходный зерновой ворох разделяется на семенную фракцию, зерно второго сорта, легкие, мелкие и крупные примеси.

Продовольственное и фуражное зерно подвергают в основном предварительной и первичной очистке, а семенное - ещё и вторичной.

Сушка - это процесс снижения влажности зерна от исходной до кондиционной (14...17 %), благодаря чему зерно может длительно храниться. Наряду с предотвращением порчи зерна сушка облегчает выделение примесей при очистке, выравнивает механические свойства зерновой массы, облегчает транспортирование зерна по самотёчным трубам.


 Схема технологического процесса послеуборочной обработки семян и зерна 

Рис. 2.1.. Схема технологического процесса послеуборочной обработки семян зерновых, продовольственного и фуражного зерна

Сортирование зерна- это разделение очищенного от примесей зерна на фракции, различающиеся хлебопекарными (для продовольственного) или посевными (для семенного) качествами.

Калибрование - это разделение очищенных семян на фракции по их размерам. Калиброванием семена подготавливают к высеву сеялками точного высева или к переработке зерна в муку и крупу.

 Способы очистки и сортирования

Очистка и сортирование зерна основаны на различии размеров, аэродинамических свойств, плотности, формы, состояния поверхности, электропроводности, цвета и других физических свойств компонентов зернового вороха.

При предварительной очистке потери зерна в отходах должны быть не более 0,05 %, дробление - 0,1 %, а полнота выделения сорной примеси - нe ниже 50 %. При первичной очистке потери полноценного зерна должны быть не более 1,5 % в фуражных отходах и 0,05 % в примесях, дробление - нe более l%, полнота выделения сорных примесей - нe ниже 60 %. При вторичной очистке потери семян основной культуры в отходах должны быть не более 7 %, дробление - нe более 0,8 %. Вторичная очистка должна обеспечить подготовку семян II и I классов посевного стандарта, при которых чистота семян составляет соответственно 98 и 99 %, а всхожесть - 90 и 95 %.

С учётом большого разнообразия свойств существует много способов очистки.

Разделение семян по размерам.

Любое семя имеет форму эллипсоида, геометрические параметры которого определяются тремя размерами: толщиной, шириной и длиной. Если размеры зерна существенно отличаются от размеров частиц примесей, то разделение по этому признаку возможно.

По толщине и ширине зерна разделяют на плоских или цилиндрических решётах с отверстиями одинакового размера (продолговатыми или круглыми).

Плоское решето помещают в решётный стан, который подвешивают к раме горизонтально или наклонно на пружинных или шарнирных подвесках и приводят в колебательное движение от эксцентрика, кривошипа или коленчатого вала. Горизонтальное и наклонное цилиндрические решёта устанавливают на подшипниках и приводят во вращательное движение, а вертикальное – во вращательное и колебательное.. Зерновой ворох подают на начало решета тонким слоем. Частицы начинают двигаться по его поверхности и много раз перемещаются над отверстиями. Если размеры зёрен или частиц примесей меньше размеров отверстий, то они проходят сквозь отверстия и образуют массу, называемую проход Пр, а если их размеры больше, то они сходят с поверхности решета и образуют сход Сх. Зёрна, размер которых близок к размеру отверстия, могут застревать в них и нарушать разделение. Чтобы исключить такие случаи, решёта снабжают щёточным или шариковым очистителем. Воздействуя нa нижнюю поверхность решета, щётки выталкивают, а эластичные шарики ударами выбивают застрявшие семена.

Качество очистки зерна на плоских решётах зависит от угла их наклона, частоты и амплитуды колебаний, а на цилиндрических - от частоты вращения и угла наклона. При больших значениях этих параметров зерновая смесь движется по решету быстро, часть зерна не успевает пройти сквозь отверстия, из-за чего качество разделения снижается.

По толщине семена делят на решётах с продолговатыми отверстиями. Сквозь продолговатое отверстие может пройти только такое зерно, толщина которого меньше ширины отверстия. Длина зерна не имеет значения, она всегда меньше длины продолговатого отверстия. Так как ширина зерна всегда больше толщины, то зерно, которое не проходит сквозь продолговатое отверстие по толщине, тем более не пройдет по ширине. Размеры отверстий указаны на полях решета.

По ширине семена делят на решётах с круглыми отверстиями, Сквозь круглое отверстие зерно может пройти только в том случае, если его ширина меньше диаметра отверстия. Длина и толщина зерна не препятствуют его проходу сквозь круглое отверстие.

По длине семена делят в дисковых или цилиндрических триерах. Цилиндрический триер - это вращающийся стальной цилиндр с ячейками на внутренней поверхности и желобом, установленным внутри цилиндра по всей его длине. В желобе вращается шнек. Зерновой ворох подают на внутреннюю поверхность цилиндра. Частицы начинают скользить по поверхности цилиндра и взаимодействуют с ячейками. Мелкие и короткие семена полностью погружаются в ячейки, длинные - частично. При повороте цилиндра на небольшой угол (менее 90°) из ячеек выпадают длинные зерна, а при дальнейшем повороте цилиндра - короткие зерна, которые падают в желоб.

Принцип разделения зёрен по длине заключается в том, что длинные зёрна при повороте цилиндра выпадают из ячеек раньше, чем короткие.

Для одновременного выделения из зернового вороха длинных и коротких примесей применяют два цилиндра. Триер для выделения коротких примесей (кукольный) снабжен мелкими ячейками, для выделения длинных примесей (овсюжный) – крупными. В ячейки овсюжного триера западают семена основной культуры, в ячейки кукольного - короткие примеси.

При вращении кукольного цилиндра мелкие примеси поднимаются выше края неподвижного желоба и выпадают из ячеек в жёлоб, из которого удаляются шнеком. Семена основной культуры перемещаются по дну цилиндра к выходу. Овсюжный цилиндр забрасывает семена основной культуры в жёлоб, а длинные примеси сходят по дну цилиндра. Чтобы отрегулировать полноту выделения примесей, поворачивают жёлоб, устанавливая его верхнюю кромку выше или ниже.

Частота вращения триерного цилиндра должна быть такой, чтобы все зёрна выпадали из ячеек. Если частота вращения цилиндра выше критической, то центробежная сила удержит часть семян в ячейках и точность разделения зерна на фракции снизится. Обычно частота вращения триерного цилиндра находится в пределах 35...50 мин -1.

Триерные цилиндры устанавливают в сложных зерноочистительных машинах, зерноочистительных агрегатах и комплексах. Промышленность выпускает триерные цилиндры с ячейками диаметром 6,3; 8,5 и 11,2 мм для сортирования зерновых культур и диаметром 1,8; 2,8 и 3,5 мм для выделения мелких семян.

Разделение семян по аэродинамическим свойствам.

Перемещаясь в воздушной среде, любое тело преодолевает сопротивление воздуха, зависящее от его размеров, формы, массы и расположения в воздушном потоке. Чем больше сопротивление воздуха, тем медленнее движется свободно падающее тело. На этом принципе основан процесс выделения примесей и разделения зерна горизонтальным или вертикальным воздушным потоком. Обычно разделяемую смесь вводят в воздушный поток, создаваемый вентилятором, или подбрасывают, заставляя двигаться в воздухе.

Смесь зерна можно разделить воздушным потоком только в том случае, если критические скорости семян и примесей различны. Критическая скорость семян зерновых культур 8...17 м/с (пшеницы 8...11,5 м/с, овса 8,1...9,1 м/с, гороха 15,5 м/с). Критическая скорость одного и того же тела неправильной формы - непостоянная величина, так как зависят от площади поверхности тела, на которую действует поток воздуха. Площадь же поверхности тела зависит от его расположения относительно направления воздушного потока. Например, площадь поверхности зерна пшеницы будет наименьшей, если его продольная ось совпадает с направлением потока воздуха, и наибольшей, если продольная ось зерна перпендикулярна направлению потока.

Тела разделяют по аэродинамическим свойствам с помощью пневмосепараторов или аспирационных систем, встроенных в зерноочистительные машины. Пневмосепараторы применяют для предварительной очистки зерна, поступающего от комбайна. Воздушным потоком выделяют из зерна кусочки соломы, полову, пыль и семена некоторых сорных растений. Пневмосепараторы используют также для очистки плодов машинного сбора от примесей. Существует большое разнообразие схем и конструкций пневмосепараторов. По принципу действия их можно разделить на три типа: пневмогравитационные, пневмоимпульсные и пневмоцентро-бежные.

Пневмогравитационные сепараторы с наклонным или вертикальным воздушным потоком состоят из вентилятора, воздушного канала, загрузочного устройства, осадочной камеры и приёмника для сбора зерна. В этих сепараторах зерновой ворох подается в воздушныи канал самотёком или перемещается поперёк канала колеблющимся решетом. Под воздействием воздушного потока расщепляются траектории движения частиц зерновой смеси: тяжелое зерно сохраняет первоначальное направление движения и сходит в приемники и, а лёгкие примеси отклоняются от направления ввода и уносятся воздушным потоком.

В пневмогравитационных сепараторах на частицу вороха действуют две силы: сила тяжести Q и аэродинамическая сила R..

Направление аэродинамической силы может меняться в зависимости от направления движения воздушного потока. В таких сепараторах скорость ввода материала в камеру сепарации нe превышает 1...2 м/с. Поэтому скорость воздушного потока vв должна быть меньше критической скорости зерна vкp, т.е.

λ = vв /vкp ≤ 1.

В зависимости от обрабатываемой культуры скорость воздушного потока в канале изменяют, регулируя частоту вращения вентилятора, также перекрывая заслонкой канал или окна вентилятора.

В пневмоимпульсных сепараторах ворох выбрасывается в камеру сепарации ленточным, или роторным метателем. На частицу вороха также действуют сила тяжести и аэродинамическая сила. Скорость ввода ма териала в камеру сепарации может быть сколь угодно большая, а следовательно, частица будет иметь запас кинетической энергии для преодоления сопротивления воздуха. В таких сепараторах значение λ может быть больше 1. Увеличивая скорость воздуха и скорость вбрасывания, можно интенсифицировать рабочий процесс. Однако при этом возрастают размеры камеры сепарации.

В пневмоцентробежных сепараторах ворох раскручивается в камере разгона и подается в делительную камеру или. Воздушный поток, всасываемый вентиляторами, взаимодействует с частицами, совершающими вращательное движение по поверхности делительной камеры. Воздух уносит лёгкие примеси к вентилятору и далее в осадочную камеру, а зерно сходит к горловине и поступает в бункер. В пневмосепараторе ворох раскручивается винтовыми желобами, а поток воздуха направлен вниз к горловине воздухопровода – приемника. В пневмосепараторе ворох раскручивает лопастной ротор-распределитель, а поток воздуха направлен вверх.

В том и другом варианте воздух обдувает рабочую перфорированную поверхность с кольцевыми каналами для его прохода. В данных сепараторах на частицы вороха действуют сила тяжести, аэродинамйческая и центробежная силы. Придавая частицам вороха вращательное движение с любой угловой скоростью, можно увеличивать скорость воздушного потока до значений, при которых λ будет значительно больше 1. Камера сепарации имеет кольцеобразную форму. Поэтому габаритные размеры пневмоцентробежных сепараторов могут быть значительно меньше, чем пневмоимпульсных при одинаковой их пропускной способности.

Разделение семян по плотности в жидкостных сепараторах или нa пневматических сортировальных столах обеспечивает выделение из зернового вороха наиболее жизнеспособных семян (сортирование по плотности) или очистку зерна от трудноотделимых примесей (например, дикой редьки от семян ячменя, гречихи и др.). В жидкостных сепараторах используют жидкость заданной плотности, в которой тяжёлые семена тонут, а лёгкие всплывают. На пневматических столах на слой зерна воздействуют одновременно колебаниями и воздушным потоком. При этом слой зерна на столах «псевдоожижается», т. е. приобретает свойства жидкости: тяжёлые частицы опускаются, а лёгкие всплывают.

Разделение семян по состоянию поверхности и форме.

Семена разных культур имеют различные поверхности (гладкую, шероховатую, пористую, бугристуго, покрыты плёнками, пушком) и форму (длинные, шарообразные, трёхгранные). Коэффициент трения при движении таких семян по наклонной поверхности также различен. С учётом этого для разделения семян созданы устройства, имеющие наклонные фрикционные поверхности: горки, винтовые сепараторы, фрикционные триеры.

Обычно в качестве фрикционной поверхности применяют наклонное шероховатое полотно, движущееся равномерно вверх. Если на это полотно подавать зерновую смесь, частицы с малым коэффициентом трения, слабо сцепляющиеся с полотном, скатятся вниз. Частицы, сильнее сцепляющиеся с полотном, уносятся вверх. Таким способом можно выделить овсюг из овса, отделить клубочки семян сахарной свеклы от клубочков со стебельками, очистить семена льна и клевера.

Используют также способность шероховатых семян удерживать порошок тонкого помола. Для этого семена смешивают с порошком, содержащим железо, и пропускают смесь через электромагнитную очистительную машину, магнитный барабан которой притягивает порошок и вместе с ним шероховатые семена. Длинные и круглые семена можно отделить одни от других, используя устройство с винтовой поверхностью (змейка). Семена высыпают небольшой равномерной струей на верхнюю часть винтовой поверхности. Длинные зерна (например, овёс) из-за значительного сопротивления скользят по винтовой поверхности и сходят с нижнего витка в лоток. Круглые зерна (вика, куколь) движутся быстрее, скатываются к наружному краю винтовой поверхности и падают за её пределы. Семена сорняков трехгранной формы выделяют на решете с треугольными отверстиями.

Разделение семян по упругости происходит на отражательных столах, на которые сбрасывают семена. После удара семена с различными упругими свойствами по-разному отражаются от поверхности стола и движутся по разным траекториям.

Разделение семян по цвету происходит на установках, снабженных фотоэлементами. Семена движутся мимо фотоэлементов дискретным потоком. Светлые зерна возбуждают в фотоэлементе электрический ток, вырабатывается сигнал и открывается клапан нa пути этих семян в бункер. Темные семена клапан направляет в другой канал.

По электропроводности, диэлектрической проницаемости и другим электрическим свойствам семена разделяют в электрическом поле. При этом могут быть использованы электрический, коронный и диэлектрический методы разделения.

Типы зерноочистительных машин.

Для очистки и сортирования зерна применяют безрешетные, воздушно-решетные, комбинированные и специальные машины

Зерноочистительные машины подразделяются нa машины общего назначения, предназначенные для очистки зерна и семян зерновых, технических и бобовых культур и трав, и специального назначения (электромагнитные машины, горки, пневматические сортировальные столы и др.), по способу очистки - нa воздушные, воздушно-решётные, триерные, воздушно-решётно-триерные.

По назначению различают машины предварительной, первичной и вторичной очистки. Машины первой группы используют для очистки зерна, поступившего от комбайна перед сушкой или закладкой на хранение, машины первичной очистки -для обработки зерна после сушки, вторичной - для окончательного очищения и сортирования семенного зерна. Выпускаются передвижные и стационарные зерноочистительные машины: первые применяют нa открытых токах и складах, вторые - в поточных линиях агрегатов и комплексов.