г. Брянск, пр-кт Московский, 99А

8(4832)74-86-51 +7(905)176-51-51 График работы: с понедельника по пятницу с 08:00 до 17:00

Технологии сушки зерна

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. (3)

Культура
Влажность зерна, %
сухого средней влажности влажного сырого
Пшеница, рожь, ячмень, гречиха, рис - зерно
14,0 14,0-15,5 15,5-17,0 17,0
Овес, горох, кормовые бобы, кукуруза
14,0 14,0-16,0 16,0-18,0 18,0
Кукуруза в початках, фасоль
16,0 16,0-18,0 18,0-20,0 20,0

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 °C) 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).

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:

  1. перенос (передача) тепла от агента сушки к поверхности просушиваемого материала;
  2. испарение влаги с поверхности зерна;
  3. передача тепла от поверхности зерна к его внутренним слоям;
  4. 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).

Влияние параметров сушки на производительность и качество зерна

Большое влияние на процесс испарения влаги, а, следовательно, на производительность зерносушилки, 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. Температура 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).

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.

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 в 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:

  1. 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;
  2. 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 движения с наименьшим числом препятствий внутри сушильной камеры. В имеющих сушильных камерах 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% (3).

Недостатки этого способа (3):

  • сушка происходит смесью топочных газов с воздухом (подогрев воздуха в теплообменнике до температуры 200°С приводит к неоправданно большим энергозатратам);
  • невозможность сушки зерна влажностью более 21% 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).

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).

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).

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.

Радиационную передачу тепла зерну можно осуществить при помощи инфракрасных (тепловых) лучей от инфракрасных излучателей. Ламповые генераторы инфракрасного излучения просты и безопасны работе, но имеют низкий КПД и потребляют около 5 кВт в час на 1 кг испарённой влаги. Кроме того, при инфракрасном облучении слой надо непрерывно перемешивать, испаряемую влагу удалять в атмосферу, а просушенное зерно направлять в охладитель, что усложняет устройство и обслуживание сушилок (3).

4. Сушка в электрическом поле высокой частоты (ТВЧ)

Сущность этого способа состоит в том, что зерно находится в поле токов высокой частоты, в котором энергия превращается в теплоту, благодаря чему зерно нагревается.

Температура зерна в поле ТВЧ быстро повышается (в течение нескольких секунд), причём однородный материал нагревается равномерно по всей толщине (3). Разогрев зерна происходит за счёт передачи зерну (как и любому токопроводящему материалу) энергии путём передачи молекулам зерна дополнительной кинетической энергии (разгона молекул). Влияние сушки ТВЧ на семенные и продовольственные качества зерна трактуются разными авторами неоднозначно. Этот способ требует большого расхода электроэнергии (до 5 кВт в час на 1 кг испарённой влаги) (3).

5. Адсорбционно-контактная сушка зерна

Адсорбционно-контактная сушка происходит следующим образом: силикагель (адсорбент) смешивается с влажным зерном, влага зерна адсорбируется (поглощается) силикагелем. После завершения процесса сушки смесь рассортировывается, силикагель направляется на просушку.

Преимущества данного способа:

  • зерно не подвергается термическому воздействию;
  • нет необходимости охлаждения после сушки;
  • на сушку силикагеля идёт значительно меньше энергии чем на сушку зерна, так как нет необходимости соблюдать строгие температурные режимы.

Недостатки:

  • необходимость в дополнительном агенте сушки - силикагеле, запас которого нужно периодически пополнять;
  • дополнительные затраты связанные со смешиванием и разделением зерна и силикагеля;
  • довольно сложная конструкция зерносушилки, обеспечивающая нормальное протекание процесса адсорбционно-контактной сушки.

Особенности сушки зерна различных культур

Свойства материала как объекта сушки, а также условия его обработки служат определяющими факторами при выборе способов сушки. Нередко роль одного из них является преобладающей. Так, семена с развитой удельной поверхностью испарения, например мака и многолетних трав, эффективнее сушить в «кипящем» (фонтанирующем, псевдоожиженом) слое, то есть при большом избытке воздуха, чтобы условия внешнего влагообмена не лимитированы довольно высокой скорости испарения влаги с поверхности зерна. Крупные семена таких культур, как фасоль, бобы, соя, целесообразнее сушить в плотном слое, организовывая процесс сушки таким образом, чтобы скорость испарения влаги с поверхности не опережала значительно скорость перемещения влаги из центра зерна к его периферии. В противном случае неодинаковое высыхание различных частей зерна приведет к неравномерной их усадке, а значит, к напряженному состоянию, вызывающему растрескивание зерен (10).

Сушка семян рапса - одна из наиболее трудоёмких и ответственных операций в технологии получения семян. Влажные семена, содержащие большой процент масла и белка, самовозгораются. Сушить их надо осторожно, поддерживая температуру теплоносителя значительно ниже, чем при сушке семян злаковых культур, так как при высокой температуре свёртывается и гибнет белок (8).

Сушка семян подсолнечника. Трудности обработки семян подсолнечника связаны с физическими особенностями и отличием их от злаковых культур Так, насыпная плотность вдвое меньше, чем у пшеницы. Наличие воздушной прослойки между ядром и плодовой оболочкой семян, а также значительное содержание жира является причиной более низкой скорости витания семян подсолнечника, чем для зерна. Удлинённая форма семян и шероховатая поверхность обуславливают большую скважность. Следовательно, семена подсолнечника, имея большую скважность, оказывают меньшее сопротивление при прохождении агента сушки в зерносушилках и сушатся быстрее, чем семена других культур (9).

Сушка риса. Свежеубранный рис-зерно, как правило, имеет высокую влажность, что объясняется специфическими условиями его выращивания и сравнительно поздними сроками уборки. Для сушки риса используют те же сушилки, что и для большинства зерновых культур (6). По условиям сохранения качества риса-зерна снижение его влажности за один пропуск через шахтную зерносушилку не должно превышать 2,0-2,5%. При большем снижении влажности зерно нагревается выше предельно допустимой температуры, и трещиноватость его резко увеличивается. При мягких режимах сушки (нагрев не более 30 °С) качество зерна вполне удовлетворительное, выход целой крупы практически не снижается (6).

Сушка кукурузы. Свежеубраная кукуруза имеет, как правило, высокую (35-45%) влажность. Даже при полной спелости початка влажность зерна может достигать 25-30%. В пределах одного початка влажность отдельных зерновок колеблется в широких пределах. Плотные и гладкие оболочки зерна кукурузы затрудняют подвод влаги к его поверхности, и при интенсивной сушке лопаются. В эндосперме зерна также образуются макро- и микротрещины, которые появляются при влажности 14-19%. С повышением скорости сушки снижается натура зерен, что свидетельствует об образовании внутри них пустот. Быстрое охлаждение высушенного зерна также способствует образованию трещин. Особое внимание уделяют сушке зерна кукурузы, направляемого в крахмало-паточную промышленность. Поэтому сушку проводят при мягких режимах и нагреве зерна не выше 46 °С (6).

Литература

  1. Ктн. Голубкович А.В., ктн. Чижиков А.Г., ктн. Машковцев М.Ф. «Технология и технические средства сушки высоковлажных семян зерновых культур». Киров, 1986 г.
  2. Дбн. Критович В.Л., ктн. Гержой А.П., кнт. Птицын С.Д., кбн. Бундель А.А. «Руководство по сушке семенного зерна в зерносушилках». Москва, 1954 г.
  3. Самочетов В.Ф., Джорогян Г.А., Никулин Е.И. «Техническая база хлебоприемных предприятий». Москва, 1978 г.
  4. Доц. Эугениуш Д. «Послеуборочная обработка зерна». Познань, 1984 г.
  5. А. Аккман, В. Берндт, В. Эккс и др. «Обработка и хранение зерна». Берлин, 1982 г.
  6. А. Е. Баум. А. А. Резчиков. «Сушка зерна». Москва, 1983 г.
  7. И. В. Захарченко. «Послеуборочная обработка семян в нечернозёмной зоне». Москва, 1983 г.
  8. Ф. Д. Суханов. И. В. Артёмов и др. «Рекомендации по интенсивной технологии возделывания рапса». Липецк, 1987 г.
  9. Л. Д. Комышник, А. П. Журавлёв, Ф. М. Хасанова. «Сушка и хранение семян подсолнечника». Москва, 1988 г.
  10. В. И. Анискин. «Обоснование способа сушки селекционных семян и расчёт основных режимных параметров».
  11. Б. А. Карпов. «Технология послеуборочной обработки и хранения зерна».

Контакты

Адрес: 241020, РФ, г. Брянск, пр-т Московский, 99А

Для писем: 241004, РФ, г. Брянск, а/я 181

Телефон: 8 (4832) 74-86-51, +7(905)176-51-51

Режим работы: с понедельника по пятницу с 08:00 до 17:00;
перерыв с 13:00 до 14:00

E-mail: agrozernomash@mail.ru