Влажность зерна – один из наиболее важных показателей его качества, который определяют сразу же после приема. Вода оказывает сильное влияние на само зерно и микроорганизмы на его поверхности. На влажном зерне быстрее развиваются микробы, увеличивается число клещей, насекомых, происходят другие изменения.
Влияние влажности на качество зерна
Влажность – фактор, показывающий долю питательных веществ зерна и длительность его хранения. Чем выше содержание влаги в зерновой массе, тем меньше она содержит питательных веществ и тем быстрее портится. Чрезмерное количество влаги приводит к активации физиологических, физико-химических процессов. Зерно начинает набухать, прорастать, расщепляются высокомолекулярные биополимеры, активизируются ферменты. Снижается натура, сыпучесть зерна, оно становится уязвимым для механических повреждений. Если влажным зерно остается на длительный срок, его хранение и обработка становятся невозможными. В любом случае, выход зерна и качество продукции при использовании влажного сырья снижаются.
Содержание воды в зерне: связанная и свободная влага
Из сказанного выше очевидно, что для улучшения качества зерна и облегчения его переработки необходима сушка. Эту процедуру проводят, учитывая конкретное состояние зерна при влажности.
Прежде всего, влажность зерна определяется отдельно от примесей, поскольку влажность разных культур отличается друг от друга.
Влага в зерне может быть:
механически связанной (иначе называется свободной);
физико-химически связанной;
химически связанной.
Свободная вода удаляется из зерновой массы легче всего. Если хранение зерновой массы организовано правильно, капельножидкой влаги в ней быть не должно. Избыточное количество влаги может образоваться при резких температурных перепадах или попасть в зерновую массу при неисправных стенах, крыше хранилища, т.е. в результате нарушения правил хранения.
Внутри самого зерна вода влияет на физические, химические, биологические свойства зерна, которые определяют его ценность. Выделить химически связанную воду можно, только нарушив структуру белков, жиров, углеводов, в состав которых она входит. Молекулы такой воды уже не обладают свойствами растворителя, поскольку связаны с гидрофильными веществами. Удаление связанной воды приводит к изменению технологических особенностей зерна.
Оценка содержания влаги
Чтобы определить влажность зерна, используют следующую градацию:
Сухое зерно;
средней сухости;
влажное;
сырое.
Эти оценки имеют разное выражение в зависимости от культуры. Для семян бобовых культур этот показатель больше среднего, а для масличных, напротив, меньше.
Разница в показателях объясняется химическим составом и анатомическим строением культуры. Так, масличные содержат большое количество жира, не удерживающего воду. Поэтому вода в подсолнечнике, клещевине и других культурах удерживается в больших количествах в гидрофильной части зерна и активизирует биохимические процессы.
Критическая влажность зерна
В очень сухом зерне интенсивность дыхания крайне низкая. Наоборот, сырое зерно, если оно не охлаждено, имеет свободный доступ воздуха, активно дышит, теряя до 0,2% сухого вещества в сутки.
Уровень влажности, при котором в зерне возникает свободная влага, а также резко увеличивается интенсивность дыхания, называют критической. Ее величины различны для каждого конкретного вида культуры.
Бобовые (горох, фасоль, чечевица) – 16%
Рожь, ячмень, пшеница – 15 – 15,5%
Сорго, просо, кукуруза – 13 – 14%
Среднемасличный подсолнечник – 10%
Высокомасличный подсолнечник – 7 – 8%
Для основных злаковых культур приемлемой обычно считается влажность до 14%. При такой влажности зерно можно хранить в насыпи высотой до 30м и более.
Средне-сухое зерно дышит уже в 2 – 3 раза интенсивнее, чем сухое, однако имеет малый газообмен, поэтому хранится достаточно хорошо. Влажное зерно дышит в 5 – 8 раз активнее, чем сухое, сырое зерно – в 20 – 30 раз интенсивнее сухого.
Имея влажность ниже на 2 – 3% от критического покзателя, зерновая масса долго сохраняет всхожесть, если обеспечено достаточное количество кислорода. Если кислорода не хватает, зерно теряет посевные свойства в первые месяцы хранения.
Методы определения влажности
Влажность зерна может определяться прямыми и косвенными методами. Когда зерно поступает на хлебоприемные пункты, требуется быстро определить, куда направлять партию: на длительное хранение в силос элеватора, в склад активного вентилирования, в зерносушилку.
Использование электровлагомера.
Определение влажности с помощью электровлагомера – экспресс-метод, который позволяет провести анализ в течение нескольких минут. Он основан на электропроводности зерна, которая зависит от содержания в нем влаги. Сухое зерно имеет свойства диэлектрика, во влажном состоянии оно становится полупроводником.
Для измерения влажности применяется прибор ЦВЗ-3. В нем зерно попадает в пространство между электродами, по которому пропускается электрический ток. Уже через 3 – 5 минут на цифровом табло прибора сразу показывается влажность зерна в процентах. Большое преимущество метода – высокая скорость. Однако, по точности он заметно уступает стандартному способу определения влажности. Показатели электропроводности могут измениться из-за нескольких факторов: температуры зерна и пространства между зернами, наличия примесей, химического состава культуры. Влияние этих факторов учитывается в электровлагомере, где в зависимости от названных показателей меняется код и режим работы.
Основной стандартный метод
Излишняя влажность зерна чаще всего устраняется с помощью обезвоживания в воздушно-тепловом шкафу. Температура и продолжительность сушки при этом способе фиксированы. После просушивания определяются потери размолотого зерна.
Метод часто используется хлебоприемными, перерабатывающими предприятиями. Он проходит в несколько этапов:
Предварительное измерение влажности при помощи электровлагомера;
сушка (при влажности более 17%);
подготовка к работе эксикатора, бюксов, сушильного шкафа (СЭШ-3М);
собственно измерение.
Определение влажности стандартным методом, без предварительной сушки.
Применяется для зерна с влажностью менее 17%. Предварительная влажность измеряется на электровлагомере. Затем для уточнения показателей влажность определяется с помощью гравиметрического метода.
1. За основу расчетов берутся ГОСТы, определяющие норму влажности крупы, муки, отрубей.
2. Навеска зерна (20 г) размалывается в течение 30 сек. на лабораторной мельнице. Измельченное таким образом зерно (шрот) помещается в банку с притертой пробкой и перемешивается.
3. Из пробы (разных мест) отбирается 2 навески массой 5 г (допускается погрешность в 0,01 г) и помещаются в 2 заранее взвешенные бюксы.
4. Бюксы ставят в открытом виде в сушильный шкаф, предварительно нагретый до 140° С. Затем температура убавляется до 130° С и оставляется на 40 мин. Это стандартное время для всех зерновых культур, кроме кукурузы. Молотое зерно кукурузы высушивается в течение 60 мин.
5. Из сушильного шкафа бюксы вынимаются щипцами и ставятся для охлаждения на 20 мин. в эксикатор.
6. Обе бюксы взвешивают. Значение влажности определяется по разности масс двух бюкс с зерновой навеской до высушивания и после. Из двух определений берется среднее арифметическое. Если разница между показателями из двух бюкс будет составлять более 0,2%, то анализ нужно повторить.
Определение влажности с предварительным подсушиванием.
Подсушивание необходимо для зерна, имеющего влажность выше, чем 17%.
1. На технических весах отвешивается зерно в количестве 20 г, помещается в бюксу диаметром 10 см. Зерно в бюксе подсушивается в сушильном шкафу при температуре 105° С в течение 8 – 12 мин.
2. Бюксы остужаются в течение 5 мин. и взвешиваются. После взвешивания зерно измельчается в течение 30 сек. на лабораторной мельнице, обезвоживается.
3. Влажность зерна измеряется по следующей формуле:
W = 100 - (mЗ - m4) * (ml - m2)
Здесь ml – это масса навески молотого зерна до высушивания, m2 – масса навески после высушивания, mЗ – масса навески целого зерна до высушивания, m4 – после высушивания.
При использовании предварительной просушки расхождение результатов между пробами из двух бюкс допускается не более 0,2% для зерновых культур, не более 0,7% – для кукурузы и бобовых.
Кроме перечисленных способов, влажность зерна определяется иными методами: химическими, дистиляционными, спектрально-оптическими, экстракционными.
Разница между начальной и конечной влажностью зерна, выраженная в процентах, называется процентом снижения влажности. Уменьшение массы вследствие снижения влажности зерна, выраженное в процентах, называется процентом убыли в массе. Процент убыли в массе всегда бывает больше, чем процент снижения влажности. Например, чтобы высушить 100 т семян кориандра с влажностью 21% до 15%, т. е. понизить влажность семян на 6%, потеря в массе будет составлять не 6, а 7 т. Это объясняется тем, что влажность до и после сушки отнесена не к одной и той же величине. Действительную убыль в
массе сырья при хранении вычисляют по формуле Дюваля
где а - начальная влажность, %; в - конечная влажность, %.
Процент убыли в массе зерна проще определить по таблице Дюваля, где число в точке пересечения горизонтальной и вертикальной граф показывает процент убыли.
Таблица Дюваля для определения процента убыли в массе зерна при снижении влажности
Снижение влажности, % | Первоначальная влажность, % |
|||||||||||||||
Для установления обоснованности изменения массы сырья зерновых эфирномасличных культур в зависимости от изменения их качества необходимо руководствоваться следующим.
1) По влажности и сорной примеси размер убыли в массе не должен превышать разницы, полученной при сопоставлении показателей влажности и содержания сорной примеси по приходу и расходу сырья с пересчетом этой разницы в проценты по формуле
Значения А я Б установлены по следующим формулам:
где В - влажность зерновой массы по приходу, %;
В 1 - влажность зерновой массы по расходу, %;
2) По влажности зерна размер убыли в массе не должен превышать разницы, получающейся при составлении показателей влажности по приходу и расходу с пересчетом этой влажности в процентах по формуле
где а - влажность зерна по приходу, %;
в - влажность зерна по расходу, %.
Сушка является основной технологической операцией по приведению зерна и семян в устойчивое при их хранении состояние. Только после того, как из зерновой массы удалена вся избыточная влага (то есть свободная вода) и зерно доведено до сухого состояния (влажность должна быть ниже критической), можно рассчитывать на его надежную сохранность в течение длительного периода времени.
В южной зоне (несмотря на сухой климат) приходится ежегодно сушить зерно и семена поздно убираемых культур (кукурузы, сорго, риса, подсолнечника, сои), а в отдельные годы и ранних зерновых культур, особенно зерно, которое получают при обкосах полей.
Все способы сушки основаны на сорбционных свойствах зерновой массы, то есть при сушке создаются условия, способствующие десорбции (выделению) воды и водяных паров из зерна и семян.
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.
В условиях Крыма в летнее время поверхность насыпи зерна прогревается солнечными лучами до 50-55 °С, а иногда и больше. В этом случае нагреваемый у поверхности воздух поднимается вверх, унося с собой испаряющуюся из зерновой массы влагу. Особенно интенсивно этот процесс происходит в ветреную погоду, так как пары воды при этом не задерживаются над поверхностью зерна.
При соблюдении правил воздушно-солнечной сушки влажность зерна в солнечную ветреную погоду в нашей зоне можно снизить за день на 3-4 %. Чем влажнее зерно, тем больше влаги может быть удалено из него. Следует иметь в виду, что в процессе воздушно-солнечной сушки, наряду с перемещением влаги к поверхности насыпи зерна, происходит и обратный процесс – перемещение ее в самые нижние слои вследствие явления термовлагопроводности с образованием там конденсата, что бывает заметно даже на ощупь. Поэтому 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.
Условия и закономерности тепловой сушки.
Сушка зерна – это сложный тепломассообменный процесс. На испарение из него влаги расходуется строго определенное количество тепла. Следовательно, чтобы сушить, необходимо обеспечить непрерывное и одновременное поступление к зерновой массе тепла и воздуха, который будет поглощать испарившуюся влагу и отводить ее за пределы зерновой массы. Сушка возможна лишь тогда, когда давление водяных паров внутри зерна или над его поверхностью выше, чем в окружающей среде. А это происходит при повышенной температуре зерна. Если температура поверхности зерна равна температуре сушильной камеры, то процесс сушки (испарения влаги) прекращается.
Тепло к зерну подводят, главным образом, с помощью воздуха, поэтому он получил название Агент сушки . Нагретый в топочном устройстве агент сушки обеспечивает передачу тепла зерну. Воздух одновременно поглощает влагу, испарившуюся с поверхности или из внутренних слоев зерна, и отводит ее за пределы зерновой массы. Агент сушки поступает в сушильную камеру горячим и сухим и выходит из нее насыщенным влагой и охлажденным. С помощью агента сушки происходит массообмен (обмен воды) и теплообмен (обмен энергии).
В качестве агента сушки используют не только нагретый или ненагретый воздух, но и смесь топочных газов с наружным воздухом. Для получения заданной температуры агента сушки смесь составляют обычно из одной части топочных газов с температурой 1000 °С и
20-30 частей атмосферного воздуха. Если топка сушилки работает с нарушением режима, возможно потемнение зерна и появление у него дымного запаха.
Зерно, как известно, содержит свободную и связанную влагу, которая с той или иной прочностью удерживается коллоидами белка, крахмала и других органических веществ. Чем выше влажность зерна, тем больше в нем свободной воды и тем меньше надо энергии для ее удаления. При влажности зерна выше 20 % вода испаряется почти так же легко, как и со свободной поверхности. По мере снижения влажности затраты тепла на удаление каждого последующего процента влаги возрастают. Особенно трудно удалять влагу при влажности зерна от 16 % до сухого состояния. Эти различия по влагоотдающей способности зерна различной влажности влияют на производительность сушилок.
Процесс сушки зерна можно представить в виде трех периодов.
1. Сравнительно короткий период прогрева, когда сушка замедлена из-за пониженной температуры зерна.
2. После прогрева наступает период постоянной, максимально высокой скорости сушки, когда испарение влаги с поверхности зерна еще не ограничивается ее притоком из внутренних слоев. Скорость процесса сушки определяется способностью зерна к влагоотдаче при данной температуре нагрева и параметрами агента сушки: его температурой, влажностью, скоростью движения. Скорость сушки и температура зерна в этот период постоянны. Количество воды в зерне изменяется с постоянной скоростью. Отработавший агент сушки максимально насыщен влагой в этот период. Чем выше исходная влажность зерна, тем выше скорость сушки.
3. Период убывающей скорости сушки, начинается с момента, когда приток влаги из центральных частей зерна отстает от скорости ее испарения, и на поверхности зерна образуются участки, недостаточно насыщенные влагой. Скорость сушки определяет уже не способность воздуха поглощать влагу, а все уменьшающаяся скорость, с которой зерно отдает влагу, в результате чего отработавший воздух уходит из сушилки недонасыщенным влагой. В этот период быстро увеличивается температура зерна сначала с поверхности, затем внутри, также быстро уменьшается скорость сушки. В заключительной части этапа скорость сушки зерна падает до нуля. Влажность зерна постепенно снижается и устанавливается на постоянном равновесном уровне, значительно ухудшается использование способности агента сушки к поглощению влаги, и резко возрастают затраты топлива
на удаление каждого килограмма воды.
После сушки зерно охлаждают. Для этого на завершающем этапе сушки зерно обрабатывают холодным воздухом. Температура зерна после охлаждения не должна превышать температуру окружающего воздуха более чем на 10-15 оС.
Скорость сушки зерна данной культуры до определенной влажности определяется, главным образом, количеством агента сушки и его температурой. Практически все сушильные устройства проектируются с таким расчетом, чтобы пропускать через зерновую массу максимальное количество агента сушки. Таким образом, весьма трудно ускорить сушку за счет увеличения подачи нагретого воздуха сверх расчетной нормы его расхода. Поэтому основным фактором ускорения сушки, доступным производственнику, является повышение температуры агента сушки в тех пределах, которые возможно применить для сушки конкретной партии зерна или семян при полном сохранении их качества. При повышении температуры агента сушки и нагрева зерна процесс сушки ускоряется. Чем выше температура зерна, тем легче испаряется вода. Кроме того, с повышением температуры агента сушки резко возрастает его способность поглощать влагу. При полном насыщении влагой 1 м3 воздуха может удерживать 17 г парообразной воды при температуре 20 °С и соответственно 31 г при 30 °С, 83 г при 50 оС, 200 г при 70 °С и 420 г при 90 °С. Однако, если превысить известные пределы нагрева зерна, оно будет испорчено – семена утратят всхожесть, продовольственное зерно нельзя будет использовать для получения муки и доброкачественного хлеба, зерно фуражного назначения утратит свои кормовые достоинства.
2.2.3. 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. Хозяйства южной зоны, как правило, плохо укомплектованы зерносушильной техникой. В Крыму зерносушилки имеют лишь те хозяйства, которые занимаются выращиванием риса.
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. 2.6).
Рис. 2.6. 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. Сушилка имеет две шахты, в каждой из которых установлены по 6 рядов коробов, установленных в двух сушильных и одной охлаждающей зоне.
Шахтные сушилки имеют серьезные технологические недостатки. Главный из них заключается в ограниченном съеме влаги за один пропуск зерна через шахту, равном 4-6 %. Поэтому для полного высушивания зерна иногда приходится проводить обработку в несколько приемов. Передержка частично просушенного зерна
в ожидании повторных пропусков через сушилку является причиной снижения его качества.
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. 2.7). 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. 2.7. 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.
Температурная устойчивость зерна зависит от его исходной влажности. Белки сухого зерна более устойчивы к нагреву, по мере повышения влажности эта устойчивость снижается. Поэтому сушку высоковлажного зерна следует начинать при мягком температурном режиме и с каждым последующим пропуском через сушилку постепенно усиливать его в соответствии с установленными рекомендациями, то есть применять ступенчатый режим сушки.
На температуру нагрева оказывает влияние исходное качество зерна. Продовольственное зерно пшеницы со слабой клейковиной в процессе сушки при несколько более высокой температуре его нагрева улучшает свое качество вследствие повышения упругости клейковины. Зерно пшеницы с крепкой клейковиной необходимо сушить особенно осторожно, при пониженной температуре нагрева, иначе клейковина станет крошащейся, а зерно – непригодным для хлебопечения.
Для правильной эксплуатации сушилок важно различать температуру нагрева зерна и температуру агента сушки. Температура агента сушки почти всегда выше температуры зерна. Зерно охлаждается, если вода испаряется с его поверхности. Чем интенсивнее испарение, тем сильнее охлаждается зерно, и наоборот. Если температура зерна принимает температуру проходящего по межзерновым пространствам воздуха, это означает, что его сушка прекратилась, и зерно приняло равновесную влажность по отношению к этому воздуху. Различия между температурой агента сушки и зерна изменяются в широких пределах в зависимости от типа сушилки. Например, при обработке семян на шахтных сушилках такое различие будет 20-30 °С, на барабанных – 40-60 °С, на рециркуляционных сушилках еще выше. При обработке продовольственного зерна это различие достигает
70-100 °С и более.
Таким образом, определяющим в сохранении качества зерна при сушке, является температура его нагрева. Температура агента сушки должна быть такой, чтобы обеспечить поддержание заданной температуры нагрева или семян в соответствии с их влажностью, целевым назначением и исходным качеством. Поэтому при сушке зерна необходимо регулярно контролировать как температуру агента сушки, так и температуру нагрева зерна.
Термоустойчивость сырого зерна невысокая, поэтому температура нагрева зерна разных культур в зависимости от влажности и целевого назначения изменяется в небольших пределах. Семенное зерно большинства культур при сушке нагревают до 40-45 °С, зерно продовольственной пшеницы до 45-55 °С, зерно фуражного назначения до 50-60 °С. На выбор температурного режима сушки крупносемянных зернобобовых культур оказывает влияние их специфическая особенность – плохая влагоотдача и склонность к растрескиванию.
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.
Таблица 2.1. Режим сушки семенного зерна
|
Культура |
Влажность семян до сушки, % |
Число пропусков зерна через сушилку |
|||
|
Барабанные |
|||||
|
Температура агента сушки, |
Предельная температура нагрева семян, оС |
||||
|
Пшеница, рожь, |
|||||
|
Гречиха, |
|||||
|
Горох, |
|||||
Примечание: температура агента сушки у барабанных зерносушилок поддерживается на уровне 90-130 оС; семена ряда культур (зерновые бобовые, рис, кукуруза) с меньшей термостойкостью или склонные к растрескиванию не рекомендуется сушить на установках барабанного типа.
Таблица 2.2. Режим сушки продовольственного зерна
|
Культура |
Влажность зерна |
|||
|
Барабанные |
||||
|
Температура агента сушки, |
Предельная температура нагрева зерна, оС |
|||
|
Рожь, |
||||
|
Горох, |
||||
|
Подсолнечник |
Независимо от влажности |
|||
|
Независимо от влажности |
Примечание: в барабанных сушилках температуру агента сушки при сушке продовольственного зерна устанавливают в пределах 180-210оС, фуражного – до 250оС.
Таблица 2.3.
Режим сушки продовольственного зерна пшеницы
в шахтной зерносушилке
|
Качество зерна |
Влажность зерна |
Пропуск через сушилку |
Предельная температура нагрева зерна, оС |
Предельная температура агента сушки, |
|
С крепкой клейковиной |
||||
|
С хорошей клейковиной |
||||
|
Со слабой клейковиной |
||||
Цель занятия – научиться рассчитывать фактическую производительность зерносушилок и убыль массы зерна после сушки.
Производительность зерносушилок при оптимальном режиме сушки зависит от начальной и конечной влажности зерна, вида обрабатываемой культуры и целевого назначения зерна. Для сушилок разных марок установлены единые часовые нормы выработки в так называемых плановых (условных) тоннах. Плановой единицей считается 1 т просушенного зерна продовольственной пшеницы при снижении влажности на 6% (с 20 до 14%).
Фактическая расчетная производительность зерносушилки (П ф, т/ч) определяется по формуле
где П п – паспортная производительность сушилки, т/ч;
К э – коэффициент эквивалентности культуры, который показывает
влагоотдающую способность культуры по отношению к пше-
К ц – коэффициент целевого назначения партии;
К п – коэффициент перевода высушенного зерна из физических в
плановые тонны в зависимости от влажности партии до и пос-
ле сушки (табл. 1.13).
Влагоотдающая способность пшеницы принята за 1,0. Влагоотдающая способность других культур соответствует коэффициенту К в: овес, подсолнечник, ячмень – 1,0; рожь – 1,1; гречиха – 1,25; пшеница сильной и ценных сортов – 0,8; кукуруза – 0,6; ячмень пивоваренный – 0,6; просо – 0,8; горох – 0,5; бобы, люпин, фасоль – 0,1 – 0,2.
При сушке семенных партий производительность сушилок рассчитывают по коэффициенту К ц, который равен 0,5. У продовольственно-фуражных партий он равен 1.
Убыль в массе зерна при сушке (усушка) определяется по формуле
где X – процент убыли зерна после сушки;
a – влажность зерна до сушки, %;
b – влажность зерна после сушки, %.
Убыль в массе зерна при сушке определяется по каждому пропуску зерна в отдельности.
Т а б л и ц а 1.13. Коэффициенты перевода массы просушенного зерна
в плановые тонны
| Влажность, % | Коэффи-циент | Влажность, % | Коэффи- циент | Влажность, % | Коэффи-циент | ||||
| до сушки | после сушки | до сушки | после сушки | до сушки | после сушки | ||||
| 0,54 | 0,69 | 1,46 | |||||||
| 0,67 | 0,52 | 1,29 | |||||||
| 0,49 | 1,20 | 1,15 | |||||||
| 0,80 | 1,12 | 1,01 | |||||||
| 0,62 | 0,96 | 0,91 | |||||||
| 0,92 | 0,82 | 0,80 | |||||||
| 0,74 | 0,68 | 1,43 | |||||||
| 1,00 | 0,51 | 1,23 | |||||||
| 0,87 | 1,31 | 1,13 | |||||||
| 0,72 | 1,17 | 1,00 | |||||||
| 0,54 | 1,10 | 0,93 | |||||||
| 1,10 | 0,93 | 0,78 | |||||||
| 0,97 | 0,80 | 0,39 | |||||||
| 0,85 | – | – | – | – | – | – | |||
Пример. Установить режим сушки семян ячменя на зерносушилке СЗШ-16 с начальной влажностью 22%, масса обрабатываемой партии составляет 30 т. Найти массу семян после сушки.
Семена ячменя сушатся до стандартной влажности 15,5%. В процессе сушки необходимо снять 6,5% лишней влаги (22% – 15,5% = 6,5%). При сушке семян зерновых культур допускается за один пропуск снимать не более 4–5% влаги. Таким образом, при сушке данной партии нужно сделать два пропуска. При первом пропуске семена высушиваются до влажности 18% (22% – 4%), при втором – до 15,5% (18% – 2,5%).
Температурный режим согласно табл.1.8 нужно установить следующий: температура нагрева семян при первом пропуске – 43 о С, при втором – 45 о С, температура теплоносителя при первом пропуске – 60 о С, при втором – 70 о С.
Фактическую производительность сушилки СЗШ-16 находим по формуле
при следующих значениях: П п – 16 т/ч; К э – 1,0; К ц – 0,5; К п – 1,2.
П ф 
т/ч.
Время, необходимое для сушки партии 30 т, будет равно:
30÷6,7 = 4,5 ч.
Убыль при сушке данной партии составит при первом пропуске:
Убыль при втором пропуске будет равна:
Масса семян ячменя после первого пропуска будет равна:
т.
Масса семян ячменя после второго пропуска через сушилку составит:
Таким образом, при сушке семян ячменя влажностью 22% на сушилке СЗШ-16 необходимо сделать два пропуска, температура нагрева семян устанавливается в пределах соответственно 43 и 45 о С, температура теплоносителя – 60 и 70 о С. На сушку партии массой 30 т потребуется 4,5 ч при фактической производительности сушилки 6,6 т/ч. После сушки будет получено 27,19 т семян ячменя стандартной влажности.
Т а б л и ц а 1.14. Расчет фактической производительности и времени сушки
Т а б л и ц а 1.15. Убыль массы зерна при сушке
Задание 3. Ознакомиться и описать методы контроля за режимами сушки.
Материалы и оборудование: табличный материал, задания для расчетов, литература .