О технологиях сушки зерна

О ТЕХНОЛОГИЯХ  СУШКИ ЗЕРНА 
 

1. ВВЕДЕНИЕ 

Зерно-это живой  организм, в котором происходит непрерывный  обмен веществ. По строению структура  зерна – капиллярно-пористое коллоидное тело с большим количеством капилляров. По ним влага в процессе сушки  поступает изнутри зерна на поверхность, откуда испаряется.(2)

Зерно состоит  из оболочек, зародыша и эндосперма, оно содержит белки, крахмал, жиры, клетчатку, влагу и незначительное количество минеральных веществ. В зависимости  от содержания в зерне влаги в  процентах к общей массе его считают сухим, средней сухости, влажным или сырым.  

Если влажность  зерна превышает 15%, то оно начинает интенсивно дышать; при этом выделяется много тепла, повышается температура 

зерновой массы - возникает процесс самосогревания.

Создаются условия, способствующие развитию и размножению различных микроорганизмов- бактерий и плесеней, которые дышат гораздо интенсивней, чем само зерно. Поэтому при их развитии процесс самосогревания массы влажного зерна происходит особенно быстро, и зерно может испортиться за очень короткий срок.

Хранение влажного зерна при низких зимних температурах ( доходящих в Сибири до – 50° ) приводит к потере его всхожести вследствие ослабления жизнедеятельности зародыша и его гибели.

В массе сухого зерна бактерии и плесени не размножаются. Оно хорошо переносит охлаждение даже до очень низких температур. Для того чтобы свежеубранное зерно с влажностью выше 15…16% не испортилось при хранении и не потеряло своих посевных качеств, его нужно сразу же просушить в зерносушилках.(2)

Термическая сушка  зерна уже много лет является наиболее известным методом консервации. Известны также другие методы, к  примеру, смешивание зерна с пропионовой  или муравьиной кислотой, хранение в среде азота или других неагрессивных  газов, охлаждение зерна к близким нулю температурам, но в широком масштабе они распространения не получили (4). 

2. ПРОЦЕСС СУШКИ  ЗЕРНА.  

Процесс сушки  зерна заключается в подведении тепла к просушиваемому зерну, извлечении из него влаги в виде пара и удалении его в атмосферу.

Процесс сушки  в основном состоит из взаимно  связанных между собой тепло-физических явлений, протекающих в следующем  порядке:

- перенос (передача) тепла от агента сушки к  поверхности просушиваемого материала;

- испарение влаги  с поверхности зерна; 

- передача тепла  от поверхности зерна к его  внутренним слоям;

- перемещение  влаги изнутри зерна к его  поверхности и одновременно продолжающееся  испарение влаги с поверхности.

Вся испаряющая влага поглощается агентом сушки  и уносится в атмосферу.

Скорость испарения влаги при сушке зерна зависит от факторов, влияющих на процесс перемещения влаги из зерна к его поверхности, в том числе от физико-химической структуры зерна и от формы связи влаги с сухим веществом.(3) Чем выше начальная влажность зерна, тем больше скорость сушки в первый период, но тем короче этот период. Отмеченная закономерность объясняется различной связью влаги с белками и крахмалом зерна. Гигроскопичность белкового комплекса зерна значительно выше, чем гигроскопичность крахмала, а скорость сушки белков ниже. В более влажном зерне влага связана с белками более прочно. И хотя скорость сушки в начале процесса довольно велика из-за удаления влаги крахмала, первый период быстро заканчивается и дальнейший характер протекания процесса определяется сушкой белкового комплекса. Сушка белка происходит с меньшей скоростью.(6) 

3. ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ  СУШКИ НА 

ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ  И КАЧЕСТВО ЗЕРНА. 

Большое влияние  на процесс испарения влаги, а  следовательно, на производительность сушилки, а также на качество зерна оказывает температура агента сушки и нагрева зерна. С повышением температуры агента сушки увеличивается температура зерна и интенсивность испарения влаги. Однако температура зерна должна быть в пределах, сохраняющих качество зерна.

Использование агента сушки с высокой температурой в начале процесса может привести к очень интенсивному испарению влаги с поверхности сырого зерна и к пересушиванию поверхности. Это может нарушить влагопроводность в зерне и ухудшить процесс переноса влаги из его внутренних слоев к поверхности. Кроме того, при высокой температуре агента сушки поверхностный слой зерна быстро нагревается до предельно допустимой температуры, влажность же его за это время успевает снизится незначительно.

Увеличение скорости агента сушки повышает скорость испарения влаги, но при этом быстро возрастает аэродинамическое сопротивление при одной и той же толщине зернового слоя.

При нагревании зерна сверх допустимой температуры  ухудшается его качество, снижается  содержание и качество клейковины пшеницы, снижается всхожесть и энергия прорастания в семенном зерне, увеличивается трещиноватость зернобобовых культур, риса-зерна.

Термоустойчивость зерновых культур различна. Температуру  агента сушки и нагрева зерна  в зависимости от культуры и влажности  принимается на основании исследований и опыта работы зерносушилок различных конструкций по инструкциям на них. (3). 

4. СПОСОБЫ СУШКИ  ЗЕРНА. 

Способы сушки  можно классифицировать по такому основному  признаку, как вид передачи тепла  зерну. Передавать тепло можно конвективным, кондуктивным, радиационным способами и электротоком. Существует и способ сушки без подачи тепла - это адсорбционно-контактный . 

4.1 Конвективный  способ сушки зерна 

Во всех зерносушилках, применяемых в системе в сельском хозяйстве, тепло передаётся конвективным способом. Агент сушки служит не только для передачи тепла зерну, но и одновременно для поглощения испарившейся из него влаги.

Сушить зерно  конвективным способом можно смесью топочных газов с воздухом или  атмосферным воздухом, нагретым в теплообменнике. Сушка нагретым воздухом исключает попадание в сушильную камеру продуктов сгорания топлива ( сернистого газа, дыма).

Конвективный  способ сушки можно применять  при разном состоянии зернового  слоя - плотном или разрыхлённом, в пересыпающемся, падающем или взвешенном состоянии. (3)

Сушка зерна  в плотном неподвижном слое осуществляется на различного типа напольных, треугольных, ромбических сушилках, построенных  в хозяйствах по типовым или индивидуальным проектам.(7) Процесс сушки происходит следующим образом: зерно высыпается самосвалом на сетчатый пол и разравнивается вручную напольных зерносушилках;

транспортёром заполняет пространство между сетками  на треугольных и ромбических  сушилках. Теплоноситель подаётся под  сетчатый пол на напольных и в межсеточное пространство на треугольных и ромбических сушилках. В зависимости от влажности зерна процесс сушки длится в течение 20…36 ч и более .(7) При сушке в плотном неподвижном слое невозможно осуществить поточный процесс. Другими недостатками этого способа являются:

- напольные сушилки  требуют больших затрат ручного  труда на погрузочно-разгрузочных  работах (выравнивание поверхности  зерна по толщине, подгребание  зерна при выгрузке и т.д.). Сушка  неравномерно по высоте насыпи  и по площади сушильной камеры (при выравнивании поверхности насыпи зерна рабочий вынужден ходить по насыпи, что обуславливает различное уплотнение слоя и разное сопротивление его проходу воздуха). При использовании напольных сушилок имеет место дополнительное травмирование зерна колесами автомобиля, погрузчика;

- при сушке  на ромбических и треугольных  зерносушилках очень большая  неравномерность влажности по  толщине слоя. (7)

Сушка зерна  в плотном движущемся слое. В плотном  гравитационно движущемся слое контакт  между зёрнами сохраняется. Однако вследствие относительного смещения зёрен точки контакта непрерывно обновляются. Активная поверхность из-за смещения зёрен также меняется, что также способствует ускорению процесса сушки. При движении слоя несколько увеличивается его скважистость, что также повышает скорость сушки. Зерно высушивается более равномерно, чем в неподвижном слое.(6) Сушка в плотном движущемся слое происходит в шахтных, колонковых, жалюзийных, бункерных и карусельных зерносушилках. При сушке данным способом необходимо обеспечить равномерность движения зерна по сушильной камере. Из-за неравномерности движения зерна неравномерность нагрева может достигать более 10°С. (9) Равномерность движения зерна достигается путём обеспечения порциональной выгрузки по всей ширине сушильной камеры и обеспечения обеспеченья движения с наименьшим числом препятствий внутри сушильной камеры. В имеющих в сушильных камерах большое количество коробов шахтных сушилках сложно сушить зерно влажностью выше 25% и особенно выше 30%. Зерновая масса имеет плохую сыпучесть и склонна к зависанию между коробами. Это увеличивает продолжительность обработки, перегрев и порчу зерна, а иногда загорание лёгких органических примесей.(11) К таким же результатам приводит отсутствие в бункерных зерносушилках механического выгрузного устройства.

Сушка в пересыпающемся слое. Такой способ сушки применяют  только в барабанных зерносушилках. Камерой сушки служит пустотелый барабан, внутри которого размещены  лопасти и полочки, поднимающие  зерно и распределяющие его по всему сечению барабана. При его вращении лопасти поднимают зерно, затем оно падает вниз, пересыпается с полочки на полочку и пронизывается агентом сушки. Зерно можно сушить независимо от его влажности и засоренности; зерно хорошо перемешивается и интенсивно продувается агентом сушки, при этом оно равномерно нагревается и просушивается. Процесс сушки происходит при температуре агента сушки 150 – 200° С. Экспозиция сушки 20 – 40 минут. Съем влаги до 6 процентов. (3).

Недостатки этого  способа:

- сушка происходим смесью топочных газов с воздухом (подогрев воздуха в теплообменнике до температуры 200°С. приводит к неоправданно большим энергозатратам);

- невозможность  сушки зерна влажностью более  21 процента в потоке (необходим неоднократный пропуск зерна через зерносушилку);

- невозможность  обеспечить сушку семенного зерна  (применение мягких режимов сушки  приводит к 4-х кратному уменьшению  производительности и влагосъема). (3)

Конвективную  сушку разрыхлённого, или кипящего, слоя осуществляют на сетке (сите). На ней зерно продувается агентом сушки со скоростью 1,0…1,2 м/с. В зависимости от скорости агента сушки зерновой слой имеет разную степень разрыхления, начиная от слабо разрыхлённого до кипящего напоминающего по виду сильно кипящую жидкость. Зерно перемещается к выходу при незначительном наклоне сетки. Чем больше скорость продувания зернового слоя, тем сильнее оно перемешивается. При больших площадях сетки не обеспечивается равномерное продувание зернового слоя. Поэтому наблюдается неравномерность нагрева и сушки зерна. В кипящем слое при толщине 100 мм и температуре агента сушки 120…140°С, то есть температура его почти достигает максимально допустимого значения (50…60° С), а снижение влажности зерна за это время составляет не более 2,0…2,5%. При температуре агента сушки 60°С влажность зерна снижается за 1 мин на 1%. Вследствие малого снижения влажности при быстром нагревании зерна зерносушилки с кипящим слоем не нашли практического применения. (3)  

4.2 Кондуктивный  способ сушки зерна. 

Сушка зернового  слоя, насыпанного непосредственно  на горячую поверхность, малоэффективна и требует большого расхода тепла. При таком способе нижний слой зерна, соприкасающийся с горячей  поверхностью, быстро нагревается, в  это же время поверхностный слой почти не нагревается и не просушивается.(3)

Разновидностью  кондуктивной сушки является сушка  в вакууме. В вакуум-сушилках тепло  передаётся зерну от стенок паровых  труб, а испаряемая влага непрерывно откачивается вакуум-насосом и поступает  в конденсатор. Чем больше вакуум в зерносушилке, тем интенсивнее испаряется влага из зерна и тем ниже температура его нагрева.

Однако значительный расход электроэнергии на работу вакуум – насосов , потребность в установке  парового котла и охладителя, а  также сложность устройства для обеспечения герметичности поступления зерна в вакуум-сушилку и при выпуске из неё является причиной того, что эти зерносушилки не нашли широкого применения.(3) 

4.3 Радиационный  способ сушки зерна 

К этому способу  относят солнечную сушку ,когда зерно рассыпают на открытой площадке и оно нагревается от солнечных лучей, а испарившаяся влага поступает в атмосферу. Скорость солнечной сушки увеличивается при тонком зерновом слое и при наличии ветра над слоем. Солнечную сушку применяют в отдельных случаях для сушки небольших партий семенного зерна.