После уборки урожая зернопроизводители обычно должны принять решение – продавать зерно без доведения его до кондиционной влажности и при продаже учесть скидку на стоимость, связанную с превышением кондиционной влажности, или реализовать зерно без скидки после его сушки в хозяйстве (или на соседнем элеваторе).
Приходится сопоставлять целесообразность осуществления сушки с учетом расходов на нее, а также потери веса зерна в процессе сушки, которые обычно называют «усушкой» и выражают ее в процентном отношении к исходному весу зерна. Не существует стандартной методики расчета усушки [1,2].
В практике специалисты зернового хозяйства зачастую испытывают трудности при расчете потерь веса в процессе сушки. Не всегда представляют себе механизм расчета и, следовательно, не могут определить реальные стоимостные показатели целесообразности выполнения сушки и выбора конечной влажности зерна после сушки. Перед обобщением общей схемы расчета потерь веса зерна в процессе сушки, рассмотрим элементарный пример.
В процессе сушки основная часть потери веса зерна связана с испаряемой водой. Усушка зерна рассчитывается в виде отношения испаренной воды в процессе сушки к исходному весу, после чего результат умножается на 100 и выражается в процентах. Например, 1000 кг зерна пшеницы при влажности 25% содержит 250 кг воды и 750 кг сухого вещества. Какая величина усушки 1000 кг зерна при его высушивании до 15%? Высушенное зерно содержит 750 кг сухого вещества, однако в данном случае (после высушивания до 15%) доля сухого вещества составит 85% (=100%-15%) от общего веса. В связи с этим, общий вес высушенного зерна равняется отношению 750 кг к 0,85, и составляет 882,35 кг. После сушки зерно пшеницы содержит 132,35 кг воды (=882,35-750). Следовательно, в процессе сушки выделено 117,5 кг воды (=250-132,5). После определения количества удаленной влаги можно определить величину усушки. В нашем случае это: 117,5:1000×100=11,75%. Таким образом, зерно было высушено с 25% до 15%, то есть на 10% с потерей первоначального веса зерна – 11,75%.
Для практических расчетов применяют коэффициент усушки [2], который рассчитывают в виде отношения потерь веса к снижению влажности. Для вышеприведенного примера это 11,75:10=1,18%, что означает: вес зерна уменьшается на 1,18% на каждый процент снижения влажности.
Коэффициент усушки является постоянной величиной для конечной влажности сушки зерна. В предыдущем примере коэффициент усушки – 1,18% на каждый процент снижения влаги при высушивании зерна до конечной влажности 15%. Однако, коэффициент усушки меняется с изменением конечной влажности и рассчитывается очень просто:
Для ряда значений конечных влажностей зерна коэффициенты усушки приведены в таблице 1.
| Конечная влажность зерна (Хf), % | Коэффициент усушки (Kd) на каждый % уменьшения влажности |
|---|---|
| 16 | 1,190 |
| 15 | 1,176 |
| 14 | 1,163 |
| 13 | 1,149 |
| 12 | 1,136 |
| 11 | 1,126 |
| 10 | 1,111 |
| 9 | 1,099 |
| 8 | 1,087 |
| 7 | 1,075 |
| 6 | 1,064 |
| 1,000 |
Применяя значения коэффициентов усушки зерна (таблица 1) рассчитаем количество влаги, выделяемой при снижении влажности с 24% до 14%, то есть при уменьшении начальной влаги на 10%. Для вычисления количества выделяемой влаги через коэффициент усушки применяется следующая формула:
В нашем примере коэффициент усушки 1,163 для конечной влажности 14%, а снижение веса в процессе сушки будет: 10×1,163=11,63%. Коэффициент усушки 1,163 выбирается из таблицы 1 для значения конечной влажности 14% или рассчитывается элементарно по формуле (1): 100/(100-14)=1,163.
Следует заметить, что процентное уменьшение веса зерна в процессе сушки, всегда больше значения количества единиц снижения его влажности. Так, в вышеприведенном примере снижение влажности произошло на 10% (24%-14%), а снижение веса на 11,63%.
Обычно в литературных источниках более ранних изданий, приводятся табличные значения потери веса зерна в процессе сушки (таблица 2). Выбор значений потери веса зерна от испарения влаги в соответствии с данной таблицей находится на пересечении строк и столбцов.
Применение табличного метода оценки снижения веса зерна, в сравнении с предыдущим методом, с применением коэффициента усушки является более простым. Однако, в некоторых случаях, в практике, приходится прибегать и к значениям снижения веса, которые не приведены в таблицах. Для более точных расчетов иногда требуются значения начальной или конечной влажности зерна с десятичными знаками, например при высушивании его до 13,5%, которые также, как правило, не отражаются в таблицах.
Также количество выделяемой влаги в процессе сушки или уменьшение веса зерна могут быть определены по формуле:
Наряду с потерей веса зерна в процессе сушки, связанной с испарением влаги, имеют место небольшие потери сухого вещества, связанные с перемещением зерна. Часто эти потери называют «невидимыми» или потерями обусловленными самим процессом обработки. Потери, связанные с обработкой, происходят вследствие механических потерь (дробление зерна), наличия примесей, а также вследствие дыхания семян и потери летучих веществ. Они зависят от первоначальных физических свойств зерна, способов сушки, а также от применяемого транспортного оборудования.
Данные исследований в университете штата Айова показали, что в процессе сушки кукурузы на фермах, потери обусловленные обработкой находятся в диапазоне 0,22-1,71%. В практике, к потерям веса зерна обусловленным испарением влаги обычно добавляют 0,5% потерь, связанных с обработкой [2].
- Nichols T.E. Economics of on-farm corn drying. North Carolina State University. 1992. 6 p.
- Hicks D.R., H.A. Cloud. Calculating Grain Weight Shrinkage in Corn Due to Mechanical Drying. Iowa State University. 2001. 7 p.
Дринча В.М., д.т.н., профессор, ООО «Агроинженерный инновационно-исследовательский центр».
В практике специалисты зернового хозяйства зачастую испытывают трудности при расчете потерь веса в процессе сушки. Не всегда представляют себе механизм расчета и, следовательно, не могут определить реальные стоимостные показатели целесообразности выполнения сушки и выбора конечной влажности зерна после сушки. Перед обобщением общей схемы расчета потерь веса зерна в процессе сушки, рассмотрим элементарный пример.
Радиационная (солнечная) сушка является наиболее экономичным и старейшим методом сушки зерна, который целесообразно использовать во время созревания зерновых культур и после уборки урожая.
При естественной солнечной сушке не придется тратиться на топливо, при этом гарантируется полная сохранность качества зерна. Для таких целей в прошлом использовали площадки, проводили перелопачивание зерна, из-за чего требовались большие затраты ручного труда. Сегодня эти работы механизировали и проводят в южных и иных районах, где при уборке урожая стоит жаркая сухая солнечная погода с температурой 25-35 градусов.
Конвективный метод сушки более подходящий для зерновых культур, потому широко распространен во всех странах.
Контактный (кондуктивный) метод сушки. При этом методе сушки теплота, которая требуется для испарения влаги, подводится к зерну от нагреваемых поверхностей или от нагреваемого зерна. Метод «сковородки» применялся в разных вариантах достаточно широко до развития более эффективного и экономичного воздушно-теплового метода сушки зерна. Метод контактного влаго- и теплообмена в процессе сушки зерна широко применяется в практике. В особенности эффективна конвективно-контактная сушка, когда теплота к зерну подводится комбинированно, как контактным, так и конвективным методом (при смешивании нагреваемого и свежего зерна).
Обезвоживание (сорбционная сушка) зерна. В основе данного способа лежит высокая гигроскопичность зерна, который может поглощать пары разных веществ из окружающей среды.
Сорбционные свойства зерна имеют большое значение и берутся в учет в процессе его транспортировки, переработки, хранения и обработки.
Но применение для сушки зерна специальных адсорбентов – это очень непрактичный и дорогой метод. Он неконкурентоспособен в отличие от других методом, в особенности конвективного.
Сушка зерна в вакууме. Тепло в вакуум-сушилках сообщается зерну от нагреваемых поверхностей (к примеру, паровых трубок), а испаряемую влагу откачивает вакуум-насос. В вакууме процесс проходит так же, как и во время конвективной сушки. С увеличением вакуума и ростом температуры нагреваемых поверхностей увеличивается скорость сушки.
Во время радиационной сушки инфракрасными лучами передача тепла зерну осуществляется от генераторов инфракрасного излучения, в качестве которых выступают специальные электрические краны, нагревающиеся до 500-1000 градусов.
Основные достоинства сушки инфракрасными лучами заключаются в возможности подведения к материалу значительно большие потоки тепла (больше в 30-100 раз, чем во время конвективной сушки). Но для проведения сушки биологического термочувствительного объекта, то есть зерна, реализация данного достоинства невозможна.
Сушка зерна в электрическом поле токов повышенной частоты выполняется из-за превращения в теплоту энергии электрического поля. Интенсивность сушки зависит от объема выделяемого тепла при допустимой температуре нагревания зерна. В поле СВЧ зерно нагревается равномерно по всей толщине и быстро. Но сегодня сушка зерна методом СВЧ стоит существенно больше, чем нагреваемым воздухом.
Акустический метод сушки. Ультразвуковыми генераторами акустическая энергия превращается в тепловую, в итоге из зерна влага начинает испаряться и частично выводится в виде жидкости за счет различия парциального давления.
Так, из вышеперечисленных методов сушки зерна в хозяйственной практике широко применяются:
- Конвективная (воздушно-газовая и воздушная) сушка на установках для активной вентиляции зерна, в зерносушилках и в специальных металлических силосах, редко силосах элеваторов для любых регионов страны;
- Солнечная сушка на зернотоках хозяйств в районах с соответствующим климатом.
Сушка зерна в вакууме. Тепло в вакуум-сушилках сообщается зерну от нагреваемых поверхностей (к примеру, паровых трубок), а испаряемую влагу откачивает вакуум-насос. В вакууме процесс проходит так же, как и во время конвективной сушки. С увеличением вакуума и ростом температуры нагреваемых поверхностей увеличивается скорость сушки.
Зерносушение
Тепло, просушиваемому зерну можно передать различными способами:
Суть конвективного способа сушки в том, что тепло необходимое для нагрева и испарения влаги передается зерну при соприкосновении его с агентом сушки, имеющим более высокую температуру. При этом способе нагрева агент сушки не только подводит и передает тепло зерну, но и одновременно поглощает испарившеюся влагу.
При конвективном способе сушки зерно может находиться как в неподвижном состоянии, так и в непрерывном или периодическом движении: слой может быть разрыхленным, «кипящим», пересыпающимся.
Перемешивание зернового слоя в процессе сушки способствует более быстрому и равномерному нагреванию зерна и испарению из него влаги.
Кондуктивным или контактным называют способ, когда тепло передается зерну при непосредственном соприкосновении с поверхностью, имеющей более высокую температуру. В настоящее время данный способ не применяется, так как зерно, находящееся в нижнем слое, который соприкасается с нагретой поверхностью, перегревается, а вышележащие слои нагреваются слабо и медленно просушиваются.
Кондуктивный способ сушки применяют для испарения влаги из зерна в вакуум-сушилках, в которых тепло передается от стенок паровых труб. Чем больше разряжение в сушилке, создаваемое вакуум-насосом, тем ниже температура кипения воды, тем интенсивней испаряется влага. Главным недостатком таких сушилок является их дорогая стоимость.
Радиационным называют способ, при котором тепло передается просушиваемому зерну термоизлучением от нагретых поверхностей, находящихся от него на расстоянии. Сушка зерна солнечными лучами является одним из способов радиационной сушки.
Передача тепла на расстоянии может осуществляться при помощи инфракрасных лучей, получаемых от специальных электрических ламп, керамических плиток. Слабая проницаемость зернового слоя инфракрасными лучами приводит к неравномерности нагрева и сушки зерна. Поэтому в настоящее время этот способ сушки не применяется.
Электротоком тепло передается зерну, находящемуся в поле токов высокой частоты. Зерно нагревается вследствие превращения энергии электрического поля в тепло.
При облучении токами высокой частоты температура зерна повышается в течении нескольких секунд и равномерно по всей толщине слоя. Быстрый и высокий нагрев внутренних слоев зерна влечет за собой интенсивное испарение влаги, что сокращает продолжительность сушки, однако этот способ требует большого расхода электроэнергии. Установки для сушки зерна токами высокой частоты имеют сложную конструкцию и обслуживание.
Зерносушение
Все способы сушки зерна и семян можно разделить на две группы: 1) без специального использования тепла (без подвода тепла к высушиваемому объекту) и 2) с использованием тепла.
Примером способов первой группы служит сушка путем контакта зерновой массы с водоотнимающими средствами твердой консистенции (сухой древесиной, активированным углем, сульфатом натрия и др.) или обработка зерновой массы достаточно сухим природным воздухом.
Второй способ (с подводом тепла) основан на создании условий, обеспечивающих повышение влагоемкости окружающей зерно паровоздушной среды. В этом случае агентом сушки, или иначе, теплоносителем, является воздух, влагоемкость которого значительно повышается в результате его нагрева. Наиболее распространенный способ с использованием тепла — сушка в специальных устройствах — зерносушилках и сушка зерна на солнце (воздушно-солнечная сушка).
Из способов сушки зерна, относимых к первой группе, в сельскохозяйственном производстве распространены химическая (сушка сульфатом натрия) и сушка природным воздухом с использованием для этого установок активного вентилирования зерновых масс.
Химическая сушка. Сушки сульфатом натрия, или так называемая химическая сушка, была предложена Всесоюзным научно-исследовательским институтом кормов имени В. Р. Вильямса (1962—1965 гг.) для семян бобовых культур, используемых на посевные цели.
Природный (высушенный озерно-морской минерал мирабилит) или технический сульфат натрия (побочный продукт, получаемый на заводах искусственного волокна и некоторых других химических производствах) обладают хорошей водопоглотительной способностью. Порошок этого обезвоженного вещества химически связывает значительное количество влаги.
Сушку ведут, равномерно смешивая порошок с семенами перелопачиванием или используя зернопогрузчики. При влажности семян 20—24% за весь период сушки применяют двукратное перемешивание, а при большей влажности перемешивают 3—4 раза в течение суток в первый период сушки. Общая продолжительность сушки 5—10 суток в зависимости от исходной влажности семян, культуры, состояния наружного воздуха и других факторов.
Расход сульфата натрия зависит от исходной влажности семян и химиката. Так, при влажности семян 20% берут 60 кг безводного сульфата натрия на 1 т семян для доведения их влажности до кондиционной, при 25% — 120 кг, при 30% — 180 кг и при 35%—240 кг. Влажность химиката должна быть 1—5%. Смесь сульфата натрия и семян размещают на специальных площадках под навесами. Обработка больших партий в складах не рекомендуется, так как воздух в складе увлажняется и температура его повышается.
Присоединение воды к химикату в процессе сушки сопровождается выделением тепла, вследствие чего повышается температура смеси. Поэтому во время сушки необходимо вести наблюдения за ней и перемешивать смесь, как только ее температура достигнет 25—30°С. Перемешивать необходимо еще и потому, что увлажнившийся химикат кристаллизуется и может превратиться вместе с семенами в монолит.
Заключительный этап работы — отделение увлажнившегося сульфата натрия от семян. Для этого применяют пневматическую семеочистительную колонку ОПС-2 с зернопогрузчиком или другие зерноочистительные машины.
Использованный сульфат натрия имеет высокую влажность (до 40—45%) и вторично может быть применен после его высушивания, которое можно провести дешево только на следующий год, используя воздушно-солнечную сушку.
Сухой препарат при смешивании с семенами пылит, поэтому занятые на этой работе люди должны надевать пылезащитные приспособления.
Значительный расход сульфата натрия на сушку 1 т семян, неудобства работы с ним, необходимость его отделения от семян, трудности регенерирования или утилизации химиката во многих районах страны и т. д. ограничивают возможности его применения.
Воздушно-солнечная сушка. Этот прием не потерял своего значения во многих районах страны при необходимости сушки небольших партий семян. Однако техника ее проведения часто не обеспечивает максимально возможного извлечения влаги, а при неправильно организованной сушке влажность зерна почти не снижается.
Во время воздушно-солнечной сушки влага испаряется только через поверхность насыпи зерновой массы. Следовательно, эта поверхность должна быть оптимальной для какого-то объема и веса зерновой массы. Установлено, что чем тоньше слой зерна, тем интенсивнее идет его высушивание. Однако при малой толщине слоя требуется большая площадь для размещения зерна.
Эффект сушки зависит также от интенсивности солнечной радиации и скорости ветра. Поэтому в одних случаях высота насыпи может быть повышена, а в других уменьшена. При сушке основных зерновых культур рекомендуется насыпь зерна 10—20 см, зернобобовых—10—15 см, проса — 4—5 см.
Важным фактором при солнечной сушке является характер основания, на котором находится зерновая масса. Только площадка из дерева или асфальта достаточно изолирует зерно от увлажнения снизу (от грунта) и предохраняет от возникновения большого температурного градиента. Практика показала, что нельзя сушить зерновую массу на площадках из бетона (если они не изолированы от грунта), прямо на грунте или даже с подстилкой брезентов на грунт.
Площадки из дерева или асфальтированные должны быть хорошо изолированы от грунта, деревянные площадки следует устанавливать на столбах.
Площадки нужно устраивать с небольшим уклоном (6°) к югу на территории тока или между складами. При таком наклоне их зерновая масса лучше прогревается, а с незагруженных площадок быстрее стекает дождевая вода.
Зерновая масса, рассыпанная на площадке тонким слоем и лучше с гребнями (что увеличивает ее поверхность и создает разницу в давлении), нагревается с поверхности до 25—50°С, а иногда и больше. При этом в ней происходит сложное перемещение влаги. 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 при этом не задерживаются над поверхностью насыпи. В результате создается большая разность во влажности и температуре верхнего и нижнего слоев зерна. При этом часть влаги в лежащих ниже слоях вследствие их прогревания также испаряется и уносится в виде пара через межзерновые пространства.
Наряду с перемещением влаги к поверхности наблюдается и обратный процесс — перемещение ее во внутренние, самые нижние слои насыпи с образованием конденсата, что бывает заметно даже на ощупь. Подобное явление происходит вследствие термовлагопроводности: от верхнего нагревшегося слоя тепло постепенно передается лежащим ниже слоям, а вместе с ним перемещается и влага. Поэтому для успешного ее удаления необходимо зерновую массу периодически (через каждые 2—3 часа) перелопачивать, перемешивая нижние слои насыпи с верхними.
При массовом применении воздушно-солнечной, сушки на токах перелопачивание заменяют перемещением зерновых масс при помощи зернопогрузчиков.
При соблюдении правил воздушно-солнечной сушки влажность зерна в хорошую погоду может быть снижена в течение дня на 1—3% и более. Чем влажнее зерновая масса, тем больше влаги при благоприятных условиях может быть удалено из нее. При необходимости (учитывая прогноз погоды на следующие сутки) воздушно-солнечную сушку продолжают и на следующий день. Оставляя зерновую массу на ночь на площадке, ее целесообразно собрать в кучу и укрыть брезентами, пленками или другими гидроизоляционными материалами.
Воздушно-солнечной сушкой, даже в условиях средней зоны СССР довольно часто можно снизить влажность зерновых масс с 15—18% до критической и ниже. Это особенно ценно для небольших партий посевного материала и в первичном семеноводстве.
Обогревание зерновой массы солнцем, кроме того, благотворно действует на ее состояние. Солнечная сушка свежеубранного зерна способствует его дозреванию и делает партии такого зерна более устойчивыми при хранении, так как при облучении солнечными лучами происходит частичная стерилизация зерновой массы от микроорганизмов. После солнечной сушки часто не обнаруживаются грибы из родов Aspergillus и Penicillium, т. е. плесени хранения, наиболее нежелательные в зерновой массе. В южных районах нашей страны при солнечной сушке достигается частичное, а в некоторых случаях и полное обеззараживание зерновой массы от клещей и насекомых. Если необходимо добиться наибольшего эффекта обеззараживания, зерно насыпают слоем 4—5 см.
Тепловая сушка зерна и семян в зерносушилках — основной и наиболее высокопроизводительный способ. В колхозах и совхозах, на государственных хлебоприемных предприятиях ежегодно такой сушке подвергаются десятки миллионов тонн зерна и семян. На создание зерносушильной техники и ее эксплуатацию затрачиваются огромные средства. Поэтому сушка должна быть правильно организована и проводиться с наибольшим технологическим эффектом.
Практика показывает, что сушка зерна и семян во многих колхозах и совхозах обходится часто значительно дороже, чем в государственной системе хлебопродуктов. Это происходит не только потому, что там используют менее производительные сушилки, но и вследствие недостаточно четкой организации зерносушения, неправильной эксплуатации зерносушилок, несоблюдения рекомендуемых режимов сушки, отсутствия поточных линий. Действующие рекомендации по сушке семян сельскохозяйственных культур предусматривают ответственность за подготовку зерносушилок и их эксплуатацию в колхозах председателей и главных инженеров, а в совхозах — директоров и главных инженеров. Ответственность за технологический процесс сушки возлагается на агрономов и мастеров-зерносушилыциков. Государственные семенные инспекции осуществляют контроль за посевными качествами семян.
Чтобы наиболее рационально организовать сушку зерна и семян, необходимо знать и учитывать следующие основные положения.
Предельно допустимую температуру нагрева, т. е. до какой температуры следует нагревать данную партию зерна или семян. Перегрев всегда приводит к ухудшению или даже полной потере технологических и посевных качеств. Недостаточный же нагрев уменьшает эффект сушки и удорожает ее, так как при меньшей температуре нагрева меньше будет удалено влаги.
Оптимальную температуру агента сушки (теплоносителя), вводимого в камеру зерносушилки. При пониженной по сравнению с рекомендуемой температуре теплоносителя зерно не нагревается до нужной температуры или для достижения этого потребуется увеличивать срок пребывания зерна в сушильной камере, что снижает производительность зерносушилок. Температура агента сушки выше рекомендуемой недопустима, так как вызовет перегрев зерна.
Особенности сушки зерна и семян в зерносушилках р азличных конструкций, так как эти особенности часто влекут изменение других параметров и прежде всего температуры агента сушки.
Предельно допустимая температура нагрева зерна и семян зависит от: 1) культуры; 2) характера использования зерна и семян в дальнейшем (т. е. целевого назначения); 3) исходной влажности зерна и семян, т. е. влажности их до сушки.
Зерна и семена различных растений обладают разной термоустойчивостью. Одни из них при прочих равных условиях выдерживают более высокие температуры нагрева и даже в течение более длительного времени. Другие и при более низких температурах изменяют свое физическое состояние, технологические и физиологические свойства. Например, семена кормовых бобов и фасоли при более высокой температуре нагрева теряют упругость оболочек, растрескиваются, снижается их полевая всхожесть. Зерно пшеницы, предназначенное для выработки хлебопекарной муки, можно нагревать только до 48—50°С, а зерно ржи — до 60°С. При нагреве пшеницы выше указанных пределов резко снижается количество клейковины и ухудшается ее качество. Очень быстрый нагрев (при более высокой температуре теплоносителя) так же отрицательно влияет на рис, кукурузу и многие зернобобовые: (семена растрескиваются, что затрудняет их дальнейшую переработку, например, в крупу.
Обязательно учитывают при сушке целевое назначение партий. Так, предельная температура нагрева семенного зерна пшеницы 45°С, а продовольственного 50°C. Еще больше разница в температуре нагрева у ржи: 45°С для посевного материала и 60°— для продовольственного (на муку). (Вообще все партии зерна и семян, в которых необходимо сохранить жизнеспособность, нагревают до более низкой температуры. Поэтому ячмень для пивоварения, рожь для солода и т. д. сушат с применением режимов для посевного материала.
Предельно допустимая температура нагрева зерна и семян зависит от их исходной влажности. Известно, что чем больше в этих объектах свободной воды, тем они менее термоустойчивы. Поэтому при содержании в них влаги более 20% и особенно 25% должна быть снижена температура теплоносителя и нагрева семян. Так, при исходной влажности гороха и риса 18% (табл.36) допустимая температура нагрева равна 45°С, а температура теплоносителя 60 о С. Если исходная влажность этих семян 25%, то допустимая температура соответственно будет 40 и 50°С. При этом снижение температуры приводит и к уменьшению испарения (или, как говорят, съема) влаги.
Еще сложнее сушить крупносемянные бобовые и сою, когда при большой влажности (30% и выше) сушку в зерносушилках приходится проводить при низкой температуре теплоносителя (30°С) и нагрева семян (28—30°С) с незначительным съемом влаги за первый и второй пропуск.
Особенности конструкций зерносушилок разных типов и марок определяют возможности их использования для сушки семян различных культур. Так, 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.
Рассматривая вопросы тепловой сушки в зерносушилках, нужно помнить о неодинаковой влагоотдающей способности зерна и семян различных культур. Если влагоотдачу зерна пшеницы, овса, ячменя и семян подсолнечника принять за единицу, то с учетом применяемой температуры теплоносителя и съема влаги за один пропуск через зерносушилку коэффициент (К) будет равен: для ржи 1,1; гречихи 1,25; проса 0,8; кукурузы 0,6; гороха, вики, чечевицы и риса 0,3—0,4; кормовых бобов, фасоли и люпина 0,1-0,2.
Предельно допустимая температура нагрева зерна и семян зависит от: 1) культуры; 2) характера использования зерна и семян в дальнейшем (т. е. целевого назначения); 3) исходной влажности зерна и семян, т. е. влажности их до сушки.
Все способы сушки зерна и семян можно разделить на две группы: 1) без специального использования тепла (без подвода тепла к высушиваемому объекту) и 2) с использованием тепла.
Примером способов первой группы служит сушка путем контакта зерновой массы с водоотнимающими средствами твердой консистенции (сухой древесиной, активированным углем, сульфатом натрия и др.) или обработка зерновой массы достаточно сухим природным воздухом.
Второй способ (с подводом тепла) основан на создании условий, обеспечивающих повышение влагоемкости окружающей зерно паровоздушной среды. В этом случае агентом сушки, или иначе, теплоносителем, является воздух, влагоемкость которого значительно повышается в результате его нагрева. Наиболее распространенный способ с использованием тепла — сушка в специальных устройствах — зерносушилках и сушка зерна на солнце (воздушно-солнечная сушка).
Из способов сушки зерна, относимых к первой группе, в сельскохозяйственном производстве распространены химическая (сушка сульфатом натрия) и сушка природным воздухом с использованием для этого установок активного вентилирования зерновых масс.
Химическая сушка. Сушки сульфатом натрия, или так называемая химическая сушка, была предложена Всесоюзным научно-исследовательским институтом кормов имени В. Р. Вильямса (1962—1965 гг.) для семян бобовых культур, используемых на посевные цели.
Природный (высушенный озерно-морской минерал мирабилит) или технический сульфат натрия (побочный продукт, получаемый на заводах искусственного волокна и некоторых других химических производствах) обладают хорошей водопоглотительной способностью. Порошок этого обезвоженного вещества химически связывает значительное количество влаги.
Сушку ведут, равномерно смешивая порошок с семенами перелопачиванием или используя зернопогрузчики. При влажности семян 20—24% за весь период сушки применяют двукратное перемешивание, а при большей влажности перемешивают 3—4 раза в течение суток в первый период сушки. Общая продолжительность сушки 5—10 суток в зависимости от исходной влажности семян, культуры, состояния наружного воздуха и других факторов.
Расход сульфата натрия зависит от исходной влажности семян и химиката. Так, при влажности семян 20% берут 60 кг безводного сульфата натрия на 1 т семян для доведения их влажности до кондиционной, при 25% — 120 кг, при 30% — 180 кг и при 35%—240 кг. Влажность химиката должна быть 1—5%. Смесь сульфата натрия и семян размещают на специальных площадках под навесами. Обработка больших партий в складах не рекомендуется, так как воздух в складе увлажняется и температура его повышается.
Присоединение воды к химикату в процессе сушки сопровождается выделением тепла, вследствие чего повышается температура смеси. Поэтому во время сушки необходимо вести наблюдения за ней и перемешивать смесь, как только ее температура достигнет 25—30°С. Перемешивать необходимо еще и потому, что увлажнившийся химикат кристаллизуется и может превратиться вместе с семенами в монолит.
Заключительный этап работы — отделение увлажнившегося сульфата натрия от семян. Для этого применяют пневматическую семеочистительную колонку ОПС-2 с зернопогрузчиком или другие зерноочистительные машины.
Использованный сульфат натрия имеет высокую влажность (до 40—45%) и вторично может быть применен после его высушивания, которое можно провести дешево только на следующий год, используя воздушно-солнечную сушку.
Сухой препарат при смешивании с семенами пылит, поэтому занятые на этой работе люди должны надевать пылезащитные приспособления.
Значительный расход сульфата натрия на сушку 1 т семян, неудобства работы с ним, необходимость его отделения от семян, трудности регенерирования или утилизации химиката во многих районах страны и т. д. ограничивают возможности его применения.
Воздушно-солнечная сушка. Этот прием не потерял своего значения во многих районах страны при необходимости сушки небольших партий семян. Однако техника ее проведения часто не обеспечивает максимально возможного извлечения влаги, а при неправильно организованной сушке влажность зерна почти не снижается.
Во время воздушно-солнечной сушки влага испаряется только через поверхность насыпи зерновой массы. Следовательно, эта поверхность должна быть оптимальной для какого-то объема и веса зерновой массы. Установлено, что чем тоньше слой зерна, тем интенсивнее идет его высушивание. Однако при малой толщине слоя требуется большая площадь для размещения зерна.
Эффект сушки зависит также от интенсивности солнечной радиации и скорости ветра. Поэтому в одних случаях высота насыпи может быть повышена, а в других уменьшена. При сушке основных зерновых культур рекомендуется насыпь зерна 10—20 см, зернобобовых—10—15 см, проса — 4—5 см.
Важным фактором при солнечной сушке является характер основания, на котором находится зерновая масса. Только площадка из дерева или асфальта достаточно изолирует зерно от увлажнения снизу (от грунта) и предохраняет от возникновения большого температурного градиента. Практика показала, что нельзя сушить зерновую массу на площадках из бетона (если они не изолированы от грунта), прямо на грунте или даже с подстилкой брезентов на грунт.
Площадки из дерева или асфальтированные должны быть хорошо изолированы от грунта, деревянные площадки следует устанавливать на столбах.
Площадки нужно устраивать с небольшим уклоном (6°) к югу на территории тока или между складами. При таком наклоне их зерновая масса лучше прогревается, а с незагруженных площадок быстрее стекает дождевая вода.
Зерновая масса, рассыпанная на площадке тонким слоем и лучше с гребнями (что увеличивает ее поверхность и создает разницу в давлении), нагревается с поверхности до 25—50°С, а иногда и больше. При этом в ней происходит сложное перемещение влаги. 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 при этом не задерживаются над поверхностью насыпи. В результате создается большая разность во влажности и температуре верхнего и нижнего слоев зерна. При этом часть влаги в лежащих ниже слоях вследствие их прогревания также испаряется и уносится в виде пара через межзерновые пространства.
Наряду с перемещением влаги к поверхности наблюдается и обратный процесс — перемещение ее во внутренние, самые нижние слои насыпи с образованием конденсата, что бывает заметно даже на ощупь. Подобное явление происходит вследствие термовлагопроводности: от верхнего нагревшегося слоя тепло постепенно передается лежащим ниже слоям, а вместе с ним перемещается и влага. Поэтому для успешного ее удаления необходимо зерновую массу периодически (через каждые 2—3 часа) перелопачивать, перемешивая нижние слои насыпи с верхними.
При массовом применении воздушно-солнечной, сушки на токах перелопачивание заменяют перемещением зерновых масс при помощи зернопогрузчиков.
При соблюдении правил воздушно-солнечной сушки влажность зерна в хорошую погоду может быть снижена в течение дня на 1—3% и более. Чем влажнее зерновая масса, тем больше влаги при благоприятных условиях может быть удалено из нее. При необходимости (учитывая прогноз погоды на следующие сутки) воздушно-солнечную сушку продолжают и на следующий день. Оставляя зерновую массу на ночь на площадке, ее целесообразно собрать в кучу и укрыть брезентами, пленками или другими гидроизоляционными материалами.
Воздушно-солнечной сушкой, даже в условиях средней зоны СССР довольно часто можно снизить влажность зерновых масс с 15—18% до критической и ниже. Это особенно ценно для небольших партий посевного материала и в первичном семеноводстве.
Обогревание зерновой массы солнцем, кроме того, благотворно действует на ее состояние. Солнечная сушка свежеубранного зерна способствует его дозреванию и делает партии такого зерна более устойчивыми при хранении, так как при облучении солнечными лучами происходит частичная стерилизация зерновой массы от микроорганизмов. После солнечной сушки часто не обнаруживаются грибы из родов Aspergillus и Penicillium, т. е. плесени хранения, наиболее нежелательные в зерновой массе. В южных районах нашей страны при солнечной сушке достигается частичное, а в некоторых случаях и полное обеззараживание зерновой массы от клещей и насекомых. Если необходимо добиться наибольшего эффекта обеззараживания, зерно насыпают слоем 4—5 см.
Тепловая сушка зерна и семян в зерносушилках — основной и наиболее высокопроизводительный способ. В колхозах и совхозах, на государственных хлебоприемных предприятиях ежегодно такой сушке подвергаются десятки миллионов тонн зерна и семян. На создание зерносушильной техники и ее эксплуатацию затрачиваются огромные средства. Поэтому сушка должна быть правильно организована и проводиться с наибольшим технологическим эффектом.
Практика показывает, что сушка зерна и семян во многих колхозах и совхозах обходится часто значительно дороже, чем в государственной системе хлебопродуктов. Это происходит не только потому, что там используют менее производительные сушилки, но и вследствие недостаточно четкой организации зерносушения, неправильной эксплуатации зерносушилок, несоблюдения рекомендуемых режимов сушки, отсутствия поточных линий. Действующие рекомендации по сушке семян сельскохозяйственных культур предусматривают ответственность за подготовку зерносушилок и их эксплуатацию в колхозах председателей и главных инженеров, а в совхозах — директоров и главных инженеров. Ответственность за технологический процесс сушки возлагается на агрономов и мастеров-зерносушилыциков. Государственные семенные инспекции осуществляют контроль за посевными качествами семян.
Чтобы наиболее рационально организовать сушку зерна и семян, необходимо знать и учитывать следующие основные положения.
1. Предельно допустимую температуру нагрева, т. е. до какой температуры следует нагревать данную партию зерна или семян. Перегрев всегда приводит к ухудшению или даже полной потере технологических и посевных качеств. Недостаточный же нагрев уменьшает эффект сушки и удорожает ее, так как при меньшей температуре нагрева меньше будет удалено влаги.
2. Оптимальную температуру агента сушки (теплоносителя), вводимого в камеру зерносушилки. При пониженной по сравнению с рекомендуемой температуре теплоносителя зерно не нагревается до нужной температуры или для достижения этого потребуется увеличивать срок пребывания зерна в сушильной камере, что снижает производительность зерносушилок. Температура агента сушки выше рекомендуемой недопустима, так как вызовет перегрев зерна.
3. Особенности сушки зерна и семян в зерносушилках р азличных конструкций, так как эти особенности часто влекут изменение других параметров и прежде всего температуры агента сушки.
Предельно допустимая температура нагрева зерна и семян зависит от: 1) культуры; 2) характера использования зерна и семян в дальнейшем (т. е. целевого назначения); 3) исходной влажности зерна и семян, т. е. влажности их до сушки.
Зерна и семена различных растений обладают разной термоустойчивостью. Одни из них при прочих равных условиях выдерживают более высокие температуры нагрева и даже в течение более длительного времени. Другие и при более низких температурах изменяют свое физическое состояние, технологические и физиологические свойства. Например, семена кормовых бобов и фасоли при более высокой температуре нагрева теряют упругость оболочек, растрескиваются, снижается их полевая всхожесть. Зерно пшеницы, предназначенное для выработки хлебопекарной муки, можно нагревать только до 48—50°С, а зерно ржи — до 60°С. При нагреве пшеницы выше указанных пределов резко снижается количество клейковины и ухудшается ее качество. Очень быстрый нагрев (при более высокой температуре теплоносителя) так же отрицательно влияет на рис, кукурузу и многие зернобобовые: (семена растрескиваются, что затрудняет их дальнейшую переработку, например, в крупу.
Обязательно учитывают при сушке целевое назначение партий. Так, предельная температура нагрева семенного зерна пшеницы 45°С, а продовольственного 50°C. Еще больше разница в температуре нагрева у ржи: 45°С для посевного материала и 60°— для продовольственного (на муку). (Вообще все партии зерна и семян, в которых необходимо сохранить жизнеспособность, нагревают до более низкой температуры. Поэтому ячмень для пивоварения, рожь для солода и т. д. сушат с применением режимов для посевного материала.
Предельно допустимая температура нагрева зерна и семян зависит от их исходной влажности. Известно, что чем больше в этих объектах свободной воды, тем они менее термоустойчивы. Поэтому при содержании в них влаги более 20% и особенно 25% должна быть снижена температура теплоносителя и нагрева семян. Так, при исходной влажности гороха и риса 18% (табл.36) допустимая температура нагрева равна 45°С, а температура теплоносителя 60 о С. Если исходная влажность этих семян 25%, то допустимая температура соответственно будет 40 и 50°С. При этом снижение температуры приводит и к уменьшению испарения (или, как говорят, съема) влаги.
Еще сложнее сушить крупносемянные бобовые и сою, когда при большой влажности (30% и выше) сушку в зерносушилках приходится проводить при низкой температуре теплоносителя (30°С) и нагрева семян (28—30°С) с незначительным съемом влаги за первый и второй пропуск.
Особенности конструкций зерносушилок разных типов и марок определяют возможности их использования для сушки семян различных культур. Так, 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.
Рассматривая вопросы тепловой сушки в зерносушилках, нужно помнить о неодинаковой влагоотдающей способности зерна и семян различных культур. Если влагоотдачу зерна пшеницы, овса, ячменя и семян подсолнечника принять за единицу, то с учетом применяемой температуры теплоносителя и съема влаги за один пропуск через зерносушилку коэффициент (К)будет равен: для ржи 1,1; гречихи 1,25; проса 0,8; кукурузы 0,6; гороха, вики, чечевицы и риса 0,3—0,4; кормовых бобов, фасоли и люпина 0,1-0,2.
Температурные режимы (в °С) сушки семян различных культур на зерносушилках
Еще сложнее сушить крупносемянные бобовые и сою, когда при большой влажности (30% и выше) сушку в зерносушилках приходится проводить при низкой температуре теплоносителя (30°С) и нагрева семян (28—30°С) с незначительным съемом влаги за первый и второй пропуск.
Давайте будем совместно делать уникальный материал еще лучше, и после его прочтения, просим Вас сделать репост в удобную для Вас соц. сеть.
