Технология сушки зерна в зерносушилках
Принципы сушки зерна
Сушка зерна и семян основана на двух принципах:
Удаление влаги из зерна без изменения ее агрегатного состояния и без подвода тепла; С изменением агрегатного состояния влаги в зерне (путем превращения жидкости в пар) с помощью подвода тепла. На первом принципе основан сорбционный способ сушки, при котором влажное зерно смешивается с влагопоглощающими материалами (опилками, силикагелем, хлористым кальцием, сульфатом натрия) или с более сухим зерном. Разновидностью этого способа является химическая сушка. Ее наиболее целесообразно применять для снижения влажности семян бобовых культур (вика, горох, соя, фасоль). Вследствие своих морфологических особенностей (плотные семенные оболочки) и химического состава (высокое содержание белка) эти семена очень плохо отдают влагу при тепловой сушке. Нагревать их сильно нельзя, так как они сильно растрескиваются. Именно для таких культур и разработан химический способ сушки. В нашей зоне он применяется крайне редко, но с его технологией необходимо ознакомиться.
Метод этот основан на высокой водопоглотительной способности некоторых химических веществ, в частности, технического сульфата натрия (Na2SO4) или природного озерно- морского минерала – мирабилита. Эти вещества должны иметь перед их использованием влажность 1-5 %. Сушку ведут, смешивая порошок с семенами. При исходной влажности зерновой массы 20 % на 1 т семян берут 60 кг безводного порошка указанных выше препаратов. При исходной влажности семян 25 % берут 120 кг на тонну, при 30 % — соответственно 180 кг. Смешивание ведут на площадке под навесом. Смесь семян с препаратом нужно регулярно перемешивать, так как процесс отнятия воды у семян сопровождается повышением температуры. Перемешивание производят 3-4 раза за сутки.
Продолжительность сушки – 5-10 суток, в зависимости от исходной влажности семян. После высушивания сорбент отделяют от зерновой массы на какой- либо сепарирующей зерноочистительной технике. Препарат после использования имеет очень высокую влажность – 40-50 %. Повторное его применение возможно только после его высушивания, используя сушилки, или на следующий год после высушивания его на солнце.
Высокая стоимость и трудоемкость химического способа сушки ограничивает его применение.
На втором принципе основаны контактный, радиационный и конвективный способы сушки и передачи тепла.
Контактный (кондуктивный) способ основывается на непосредственном контакте (соприкосновении) высушиваемого материала с нагретой поверхностью и получении тепла от нее за счет теплопроводности. Этот способ требует большого расхода топлива, не обеспечивает требуемой равномерности сушки, малопроизводителен, а поэтому имеет ограниченное применение.
Радиационный способ сушки заключается в том, что теплота подводится к высушиваемому зерну в виде лучистой энергии от солнечных или инфракрасных лучей. Примером является Воздушно-солнечная сушка, когда влага испаряется только через поверхность насыпи зерновой массы под воздействием солнечной радиации и ветра. Чем тоньше слой зерна, тем интенсивнее идет его высушивание. Поэтому при сушке зерна пшеницы и ячменя высота его слоя должна быть не более 20 см, а для мелкосеменных культур – 5-10 см.
Площадка для воздушно-солнечной сушки зерна должна иметь асфальтовое покрытие. Грунтовые или бетонные площадки необходимо изолировать от зерна пленкой, чтобы избежать увлажнения его нижних слоев от влаги почвы. Зерно на площадке лучше рассыпать не ровным слоем, а гребнями с направлением их с юга на север. В этом случае значительно увеличивается площадь поверхности зерновой насыпи и создается разница в парциальном давлении водяных паров между основанием и вершиной гребня, что способствует более интенсивному испарению влаги.
Для успешной сушки необходимо зерновую массу периодически (через 2-3 часа) перелопачивать, перемешивая нижние слои с верхними, уже высохшими. В случае необходимости воздушно- солнечную сушку можно продолжить и на следующий день. Только на ночь необходимо собрать зерно в кучу и укрыть ее брезентом или пленкой. Воздушно-солнечная сушка широко применяется в хозяйствах южной зоны вследствие ее простоты, низкой трудоемкости и затратности. При этом не только не требуется дорогостоящее топливо для тепловых сушилок, но и оказывается положительное воздействие на зерновую массу. Во-первых, в зерне более энергично идут процессы послеуборочного дозревания. Во-вторых, при облучении зерна солнцем происходит частичная или даже полная стерилизация зерновой массы от микроорганизмов, особенно от наиболее опасных из них – плесневых грибов. В-третьих, важным положительным эффектом этого способа сушки является обеззараживание зерновой массы от клещей и насекомых: при высоте насыпи 4-5 см в условиях Крыма они погибают практически полностью.
Разновидностью воздушно-солнечной сушки можно считать переброску партии зерна зернометами и зернопогрузчиками из одного бунта в другой. Этот прием позволяет быстро снизить физиологическую активность зерновой массы вследствие ее подсушивания и охлаждения (в случае, если температура воздуха ниже температуры зерна).
Конвективный способ сушки – это способ, при котором тепло передается зерну конвекцией от движущегося агента сушки (подогретого воздуха или смеси его с топочными газами). Агент сушки наряду с передачей тепла поглощает и удаляет влагу из зерна. По этому способу работают сушилки различных конструкций. Тепловая сушка зерна в зерносушилках является наиболее производительной и технологически эффективной, хотя и довольно дорогостоящей.
При конвективном способе теплопередачи главной технологической характеристикой является состояние слоя зерна в процессе его сушки и охлаждения. Слой зерна может находиться в неподвижном и в подвижном состояниях.
При сушке в неподвижном состоянии скорость движения зерна равна нулю, а скорость движения агента сушки меньше критической скорости частиц зерновой массы. Этот принцип используют в жалюзийных, лотковых, стеллажных, камерных сушилках периодического действия и в установках для активного вентилирования. Основные параметры таких сушилок: температура агента сушки 35-40 °С, то есть ниже предельно допустимой температуры нагрева зерна и семян, съем влаги 0,5-1,5 % за 1 ч, расход теплоты 8000-20000 кДж на 1 кг испаренной влаги. Сушилки этого типа имеют низкий КПД и не обеспечивают требуемую равномерность сушки.
При сушке в подвижном состоянии скорость движения зерна больше нуля, а скорость агента сушки меньше критической скорости частиц высушиваемой зерновой массы. Этот принцип положен в основу работы шахтных, рециркуляционных, барабанных сушилок непрерывного действия. Температура агента сушки в этих сушилках высокая, а расход теплоты составляет всего 5000-6000 кДж на 1 кг испаренной влаги. Они обеспечивают быструю и равномерную сушку зерна и семян.
Типы зерносушилок и технология сушки
В сельском хозяйстве в основном применяются шахтные и барабанные зерносушилки, которые работают как автономно, так и входят в состав зерносушильных комплексов КЗС. На хлебоприемных предприятиях также используются высокопроизводительные рециркуляционные сушилки
Технология сушки зерна в шахтных зерносушилках.
В сельскохозяйственном производстве для сушки зерна и семян наиболее широко используются высокопроизводительные шахтные зерносушилки СЗШ-8, СЗШ-16 и СЗШ-16А.
Сушильная камера сушилок представляет собой, башню, у которой высота в несколько раз превышает размеры сторон поперечного сечения. Шахтные сушилки являются установками непрерывного действия. При установившемся режиме работы зерно непрерывно поступает в верхнюю часть шахты и также непрерывно истекает из нее в нижней. Зерно движется за счет силы тяжести и сыпучести зерновой массы. Агент сушки движется поперек потока зерна (рис. 1).
Рис. 1. Технологическая схема шахтной зерносушилки
1. шахты; 2. вентилятор; 3. диффузор; 4. напорная камера агента сушки; І - зерно; ІІ - агент сушки
Благодаря тому, что слой зерна в шахте несколько разрыхлен, и зерно при движении поворачивается в разных направлениях, улучшается его взаимодействие с агентом сушки и ускоряется влагообмен. Скорость движения зерна и время нахождения его в шахте регулируют с помощью выпускного устройства. Продолжительность нахождения зерна в шахте примерно 40 минут, и за один пропуск его влажность снижается на 4-6 %.
Чтобы сушка зерна проходила во всем объеме шахты, ее оборудуют специальными каналами-коробами, которые как бы разделяют насыпь на отдельные пласты толщиной 100-150 мм, соответствующие толщине зоны сушки. К каждому такому пласту подходит свежий агент сушки и после насыщения влагой выводится за пределы шахты. В простейшем виде короб представляет собой пятиугольный канал из листового металла с открытой нижней гранью. Короба устанавливают в шахте рядами (в шахматном порядке) по всей ее высоте. Для каждого короба в стенах шахты вырезано соответствующее его сечению отверстие, через которое подводится свежий агент сушки, и в этом случае короб называется подводящим, или отводится отработавший агент сушки – отводящий короб. Входные отверстия подводящих коробов обычно выходят в сторону топочного устройства, а выходные отверстия отводящих коробов – в противоположную. У всех подводящих и отводящих коробов один торец является глухим. Число подводящих и отводящих коробов обычно одинаковое, и они чередуются или целыми рядами или в каждом ряду. Важное технологическое достоинство шахтных сушилок заключается в том, что в них можно в широких пределах регулировать продолжительность нахождения зерна в сушильной камере и достаточно надежно обеспечивать поддержание заданного температурного режима сушки зерновой массы.
Благодаря наличию коробов весь объем зерна в шахте представляет собой зону сушки, в которой происходит непрерывный процесс испарения влаги, что вызывает снижение температуры зерна. Следовательно, в шахтных сушилках температура зерна практически всегда ниже, чем температура поступающего агента сушки, и поэтому его можно нагревать сильнее, чем в простейших камерных сушилках. В результате появляется возможность значительно интенсифицировать сушку зерна без ухудшения его качества. В зависимости от вида зерна, его влажности, целевого назначения температуру агента сушки в шахтных сушилках поддерживают на уровне 60-120 °С.
Очень удобна в эксплуатации и рекомендуется для фермерских хозяйств передвижная шахтная зерносушилка К4- УС2-А производительностью 10 т/ч, смонтированная на шасси автомобильного прицепа МАЗ-8925.
В шахтных сушилках сложно сушить зерно влажностью выше 25 % и особенно выше 30 %. Данная зерновая масса имеет плохую сыпучесть и склонна к зависанию между коробами. Это увеличивает продолжительность обработки, перегрев и даже порчу зерна, а иногда загорание легких органических примесей. Для улучшения прохождения зерна через шахту его необходимо предварительно очистить от крупных соломистых примесей и растительных остатков. Улучшению процесса сушки способствует также очистка зерновой массы и от мелких фракций примеси, закупоривающих межзерновые пространства.
Технология сушки зерна в барабанных зерносушилках.
В сельском хозяйстве широко используются для сушки зерна стационарные барабанные сушилки СЗСБ-8 и СЗСБ-8А производительностью 8 т/ч, а также передвижные барабанные сушилки СЗПБ-2,5 производительностью 2,5 т/ч. Хорошие результаты дает использование сушилок СБ-1,5, установленных на токах хозяйств в комплексе с агрегатом АВМ-1,5.
Сушильная камера барабанных зерносушилок изготавливается в виде вращающегося цилиндра (барабана), что позволяет успешно сушить засоренный, малосыпучий материал (рис. 2.).
Сушильный барабан оборудован подъемно-лопастной системой. Лопасти барабана в процессе вращения захватывают зерно и поднимают его вверх. Затем зерно свободно ссыпается после достижения им угла ската. Агент сушки перемещается вдоль оси барабана и активно взаимодействует с зерном в процессе его пересыпания. Благодаря хорошему контакту агента сушки с зерном представляется возможным за более короткий срок, чем в шахтных сушилках, удалить 3-5 % влаги, используя для этого более интенсивный нагрев. Время пребывания зерна в барабане 15-20 минут. Температура агента сушки при сушке зерна семенного назначения должна быть 100-110 °С, а при обработке продовольственного или фуражного зерна 180-250 °С.
Рис. 2. Барабанная сушилка СЗСБ-8
1 – топка; 2 – загрузочная камера; 3 - сушильный барабан; 4 – охладительная колонка
В барабанной сушилке практически не регулируется продолжительность сушки. Время пребывания зерна в барабане и скорость его перемещения по барабану определяются интенсивностью потока агента сушки и механическим подпором слоя зерна, поступающего в барабан. Это серьезный технологический недостаток барабанных сушилок. Для полного высушивания зерна повышенной влажности его пропускают через сушилку несколько раз или используют последовательно несколько сушилок. Так как зерно в барабане подвергается повышенным температурным и механическим воздействиям, эти сушилки не рекомендуется использовать для сушки семян, подверженных растрескиванию (горох и другие бобовые, кукуруза). Для сушки семенного зерна предпочтительнее использовать шахтные или камерные сушилки.
Технология сушки зерна в рециркуляционных зерносушилках.
В этих сушилках зерно многократно проходит циклы нагрева, отволаживания и промежуточного охлаждения, после чего часть рециркулирующего зерна окончательно охлаждают и направляют в склад. Одновременно с выпуском просушенного и охлажденного зерна в сушилку поступает соответствующее количество сырого зерна, так что общая масса рециркулирующего зерна остается постоянной. Число циклов, которые должно пройти просушиваемое зерно, зависит от требуемого общего снижения влажности, а также от снижения влажности за один цикл.
В рециркуляционной сушилке зерно в камеру нагрева равномерно поступает из бункера с загрузочным устройством и падает в виде дождя в потоке агента сушки, нагретым до температуры 250-350 оС. При этом зерно контактирует с таким горячим агентом сушки только в течение 2-3 с и поэтому нагревается до температуры не выше 55-60 оС. Затем нагретое зерно поступает в бункер для отволаживания на 10-12 минут, где происходит выравнивание температуры и частичное перераспределение влаги между отдельными зернами. После охлаждения, удаления части высушенного зерна и добавления новых порций сырого зерна нагревание повторяется. Вследствие хорошего перемешивания зерновой массы при рециркуляции зерно просушивается равномерно, качество его сохраняется, а влажность может быть снижена на 10-12 % и более. И что особенно важно, не следует перед сушкой формировать партии зерна по влажности, как в шахтных зерносушилках.
Режимы сушки зерна.
Под режимом сушки следует понимать рекомендуемую температуру агента сушки и предельно допустимую температуру нагрева зерна и семян. Также необходимо контролировать общую продолжительность сушки и устанавливать число пропусков зерна через сушилку, или циклов сушки.
Режим сушки определяется:
- родом и видом зерна и семян, или культурой;
- исходной влажностью зерна и семян;
- целевым назначением и качеством зерна и семян;
- конструкцией и типом зерносушилки.
Главная сложность сушки зерна заключается в том, чтобы работать при использовании предельно допустимых температур нагрева агента сушки и нагрева зерна, обеспечить максимальную производительность сушилки при полном сохранении качества продукции. Превышение установленных температур нагрева агента сушки и зерна ведет к порче продукции, применение слишком мягкого режима обработки снижает производительность сушилок.
Температурная устойчивость зерна при сушке определяется, главным образом, температурной устойчивостью его белковых веществ. Превышение допустимой температуры нагрева зерна вызывает коагуляцию белка, утрату жизненных функций семян и способности их к прорастанию, а у зерна пшеницы – резкое ухудшение растяжимости белков эндосперма, снижение количества и качества клейковины. Семенное зерно необходимо сушить при более мягком температурном режиме, так как белки зародыша менее стойки к нагреву и, кроме того, зародыш находится непосредственно под оболочкой, прогревается и высыхает в первую очередь. Поэтому норма выработки при сушке семенного зерна по сравнению с продовольственным снижается в 2 раза.
Семена гороха, фасоли и других культур имеют пониженную удельную поверхность испарения, что вызывает пересушивание поверхностных слоев семян. При их высушивании происходит уплотнение поверхностных слоев семян, уменьшение объема. Но так как уменьшение объема сначала происходит лишь в периферийных слоях семени, а внутренняя часть остается без изменения, это вызывает большие физические напряжения в семенах, и они растрескиваются, первоначально только их оболочка, а затем и центральная часть. Поэтому семена зернобобовых культур сушат при более мягких температурных режимах, чем семена зерновых культур. Нагрев семян бобовых культур не должен превышать 30-35 °С. Соответственно снижается и производительность сушилок.
Для предупреждения растрескивания семян, а также для проведения обработки в наиболее выгодных условиях постоянной скорости сушки приходится ограничивать разовый съем влаги у большинства типов сушилок в пределах 4-6 %. В последующий период отволаживания в ожидании повторного пропуска через сушилку в зерне происходит перераспределение и выравнивание влажности между центральной и периферийными частями.
Это обеспечивает при повторной обработке сушку зерна при достаточно высокой скорости влагоотдачи. Однако ограниченный съем влаги за один пропуск через сушилку резко усложняет организацию процесса сушки, вынуждает временно хранить недосушенное зерно, что часто приводит к его порче. Это серьезный недостаток сушилок шахтного и барабанного типа.