Сушка зернового материала — обязательный и важный этап послеуборочной обработки урожая при его влажности выше критической отметки. В случае с товарным зерном при неравномерной его влажности без сушки можно обойтись. Но семенной материал при таких условиях очень важно умеренно просушить для более оптимального послеуборочного дозревания — особенно если в будущем планируется охлаждение семян.
В этой статье мы поговорим о различных способах сушки и оценим их с точки зрения сохранности зерна, его минимального травмирования, а в некоторых случаях — улучшения эксплуатационных свойств зернового материала. Эти способы будем классифицировать следующим образом.
У большинства сушилок для товарного зерна имеется ряд недостатков, которые делают их нежелательными для семенного материала. В сушилках гравитационного типа зерно движется сверху вниз под давлением собственного веса. Движение зерна сопровождается трением о другие зерна и металлическую поверхность агрегата. Это чревато травмированием защитной оболочки зерна и образованием большого количества пыли. Особенно это заметно в случае с шахтными зерносушилками. в которых зерно постоянно медленно движется по трехмерной синусоиде и подвергается непрерывному трению. Зерновая пыль накапливается после сушки, во время пересыпания сырья.
Стальные короба зерносушилок указанных типов обладают высокой теплопроводностью. Как следствие, из-за прямого контакта с горячими металлическими стенками образуются очаги перегрева зерновой массы, которые могут обернуться свертыванием белка в зародыше. Перегрев зерна усугубляется еще и тем фактом, что внутри сушилки оно движется медленнее, чем зерновой поток, скользящий между коробами.
Теплопроводность стали, из которой изготовлены короба зерносушилок, в 100 раз выше теплопроводности кирпича или бетона. В итоге, температура наружной поверхности стального короба примерно равна температуре теплоносителя. Если температура теплоносителя будет превышать допустимые нормы, семенной материал может перегреться и лишиться посевных свойств. Чтобы этого избежать, нужна сушилка с 2-стенными коробами. Но она стоит дороже, чем обычная.
Как работает сушилка с 2-стенными коробами:
Внутри такой сушилки семена контактируют с внешним коробом. Он, в свою очередь. нагревается от внутреннего короба за счет лучистого потока. Таким образом, его температура выходит ниже температуры теплоносителя.
В башенных гравитационных сушилках этот минус не настолько критичен, хоть и присутствует. В них зерно тоже движется с неравномерной скоростью. Кроме того, таким сушилкам присуща неравномерность влагоудаления. В итоге, может случиться так, что в одной зоне зерно пересушено, а в другой — наоборот, недосушилось. Это можно легко объяснить. Температура теплоносителя выше температуры зерновой массы. При прохождении через влажное зерно, он охлаждается.
Это происходит на всей поверхности зерновой массы. Устранить этот эффект можно путем охлаждения теплоносителя до критической для зерна температуры. Так, для сухой пшеницы такая температура составляет примерно 45 градусов по Цельсию. но в таком случае процесс сушки может очень сильно затянуться.
Примерно так и сушатся семена в напольных зерносушилках. 1 цикл может занимать несколько суток. Более реалистичные сроки при таком эффекте — в модульных (колонковых) и башенных зерносушилках, где циркуляция зерна осуществляется за счет его возврата норией. Различные по влажности семена замешиваются в однородную массу. Вероятность того, что пересушенное зерно окажется у стенок короба, составляет совсем ничтожные цифры — до 0,5%. А скорость ковша нории не должна при этом превышать 0,7 м/с.
При длительном контакте зерна разной степени влажности в процессе последующего хранения происходит влаговыравнивание. Может показаться, что в таком случае небольшое пересушивание допустимо. Но это не так. Пересушенное зерно подвержено травмам. Если пустить его самотеком по длине свыше 3 метров, оно обязательно раздробится. также в башенных и гравитационных модульных сушилках существует опасность возгорания зерна при контакте зерновой пыли с раскаленными частицами углеводородного топлива. Чтобы предотвратить возгорание, агрегат надо тщательно очищать от пыли и загрязнений. Особенно подвержены возгоранию семена подсолнечника.
Увеличение объемного расхода теплоносителя повышает эффективность сушки на умеренной температуре. Но это требует повышения напора. Соответственно, повышается расход энергии.
Градиенты скорости на поверхности твердой стенки, омываемой потоком, создают сопротивление движению воздуха. Но в 1 кг пшеницы примерно 30 тыс зерен, а это значит, что через такое количество мелких межзерновых объемов надо провести теплоноситель. Соответственно, увеличение скорости теплоносителя сопряжено с немалыми затратами.
Толщина зернового слоя, через который необходимо обеспечить движение теплоносителя с заданным расходом — тоже немаловажный вопрос. Ведь от толщины зернового слоя во многом зависит степень перепада давления теплоносителя.
Механизм гидравлического сопротивления в сушилках шахтного типа не позволяет обеспечить большой объемный расход теплоносителя. Поэтому процесс сушки зерна ускоряется за счет повышения температуры теплоносителя. Но это может привести к чрезмерному нагреванию зерна.
Как известно, вода при сушке испаряется только с поверхности зерна. Из межклеточного пространства, капилляров и коллоидных тканей влага выходит медленно. Поэтому влаговыравнивание — это довольно длительный процесс, и ускорение сушки за счет повышения температуры теплоносителя — неэффективная и энергозатратная мера.
Конвективный теплообмен — более эффективный и экономичный способ. Сушить рекомендуется при умеренных температурах и большом объемном расходе теплоносителя. Но слой зерна должен быть относительно небольшим. Эффективность сушки при конвективном теплообмене оценивается по ускорению прогревания зерновой массы при различных скоростях теплоносителя. Так, при скорости до 0,7 м/с нагревание происходит за 10-15 минут. При доведении до кипящего слоя этот процесс не превышает 5 минут.
После каждого использования гравитационной сушилки необходима полная ее остановка и тщательная очистка от отходов предыдущей сушки, чтобы не допустить смешивания сырья.
Это очень трудоемкая и затратная процедура. Во-первых, остановка агрегата ведет к простою всей линии. Во-вторых, охлаждение с последующим нагреванием сопряжены с большим расходом энергии.
Зерносушилки с механизмом принудительного перемещения зерна
Барабанные
В процессе сушки зерно перемешивается. Теплоноситель контактирует только с тем зерном, которое находится на внешнем слое. Соответственно, равномерность сушки страдает, особенно если речь идет о сложных формах сырья (подсолнечник и др.). Возможно трение зерна о стенки барабана и избыточное давление зерновой массы, вследствие чего сырье нередко травмируется.
Барабанная зерносушилка: характеристики, назначение, особенности работы
Конвейерные
Больше всего плюсов у конвейерных зерносушилок. Вот самые значимые:
- отсутствие зерновой пыли;
- минимальное травмирование семян;
- отсутствие перегрева зерна, благодаря малому гидравлическому сопротивлению потока теплоносителя;
- отсутствие зависания зерна;
- возможность менять тип сырья, не останавливая агрегат;
- хорошая энергоэффективность.
Процесс сушки максимально автоматизирован. Поэтому можно регулировать такие показатели как:
- толщина зерна;
- скорость перемещения зернового слоя;
- температура теплоносителя;
- режим подачи теплоносителя по объемному расходу.
Конвейерные зерносушилки: назначение, преимущества, особенности работы
Но есть и небольшие минусы.
При так называемом “тепловом слое” зерно может растрескиваться, особенно когда горячий теплоноситель напрямую контактирует с холодным и влажным сырьем. Защитные оболочки верхнего слоя зерна быстро обезвоживаются — отсюда неравномерность сушки. При таком воздействии на защитной оболочке зерен образуются микротрещины.
Как предотвратить процесс образования микротрещин на оболочке зерна?
Во-первых, снизить температуру теплоносителя. Во-вторых, увлажнить его.
Почему недостаточно прогретое зерно плохо отдает воду?
Чтобы жидкость преобразовалась в пар, необходимо много энергии. Она необходима для прогрева этой воды. Кроме того, при перегреве семян интенсивность выхода влаги увеличивается.
Для этого могут подойти зерносушилки башенного типа. В них теплоноситель взаимодействовует с зерном в зоне досушивания, перед тем, как оно попадет в зону охлаждения. Теплоноситель идет с внешней стороны агрегата. Влажный теплоноситель комфортной температуры смешивается с подогретым сухим воздухом, которым семена уже ранее охлаждались. Чтобы сушка была равномерной, теплоноситель двигается реверсивно.
Как сократить энергозатраты на нагрев теплоносителя?
Эту задачу решает режим периодической подачи теплоносителя. Подача при этом чередуется с фазами отлежки зерна. Такой режим достигается 2 путями:
- подача теплоносителя прерывается с заданным интервалом;
- зерно перемещается по поверхности, равномерно обдуваемой теплоносителем. В результате, влага, которая вышла на поверхность в процессе отлежки, уходит.
Этот принцип успешно реализуется в сушилках непрерывного потока конвейерного типа.
Зерносушилка Dryer One
Как видите, процесс сушки зерна уже много лет непрерывно совершенствуется, благодаря конструкторским усилиям. Моделей и классификаций зерносушилок великое множество. Но совершенного механизма сушки зерна пока не существует. Иначе как объяснить многочисленные просьбы фермеров усовершенствовать этот процесс — даже при имеющейся технической базе?
В 2013 году бельгийские конструкторы разработали и испытали зерносушилку Dryer One. Для профилактики теплового стресса, при прохождении через верхний диск теплоноситель в ней увлажняется, а на нижнем диске — постепенно охлаждается.
Такой механизм позволяет сохранить посевные качества семян. Но для этого мало одной физики — необходимы глубокие знания особенностей каждого вида сельскохозяйственных культур.
