Сушка семян и зерновых культур

Сушка – процедура приведения семян и зерна в состояние, пригодное для дальнейшего хранения. Сохранность зерна в течении длительного времени возможна лишь при условии, когда из него удалена вся свободная вода, а влажность не превышает критически допустимых отметок.

Несмотря на засушливый климат, в южных широтах РФ, ежегодная сушка необходима бобовым, сое, подсолнечнику, кукурузе, рису, просо и другим поздно убираемым культурам. В дождливые годы сушка нужна и ранним зерновым, которые собирают при обкосах полей.

Все способы сушки основаны на десорбции – выведению воды и водяных паров из зерновой массы.

Главные принципы сушки семян и зерна

  1. Влагоотведение без подвода тепла и изменения агрегатного состояния свободной воды.
  2. Сушка с подводом тепла и изменением агрегатного состояния влаги (из воды в пар.

С первым принципом связана сорбционная сушка. Влажную зерновую массу смешивают с влагопоглотителем (опилки, сульфат натрия, хлористый кальций, силикагель). Наиболее популярна химическая сушка. Лучше всего она подходит для бобовых. При тепловой сушке эти культуры плохо отдают влагу из-за высокой плотности семенных оболочек и большого содержания белка. Если их сильно нагреть, оболочка растрескивается.

В нашей климатической зоне этот способ сушки применяется редко. Но все равно стоит с ним ознакомиться.

Технический сульфат натрия или природный минерал мирабилит – хорошие влагопоглотители. Их и используют для химической сушки бобовых культур. Перед использованием их доводят до влажности 1-5%.

Порошок мирабилита или сульфата натрия смешивают с семенами. При влажности зерна 20% требуется 60 кг вещества на тонну. При влажности 25% – 120 кг, 30% – 180 кг.

Химическую сушку проводят под навесом на обдуваемой площадке. Смесь химиката и зерна периодически перелопачивают – 3-4 раза в сутки. Вся процедура занимает 5-10 суток, в зависимости от исходной влажности зерна. Затем с помощью сепарационного зерноочистителя влагопоглотитель отделяют от зерновой массы. Влажность отработанного химиката – 40-50%. Его высушивают в сушилке и на солнце. После этого он готов к повторному использованию (при сушке на солнце – не ранее, чем через год).

Химическая сушка – дорогостоящий и трудоемкий способ. Гораздо дешевле контактная (кондуктивная) и радиационная сушка.

Контактная сушка проходит по принципу соприкосновения сырья с нагретой поверхностью. За счет высокой теплопроводности происходит теплоотдача. Способ сопряжен с большим расходом топлива, но зерно высушивается неравномерно. Ввиду низкой производительности контактная сушка сейчас мало где применяется.

При радиационном способе сушка производится за счет прямого воздействия солнечных лучей. На этом способе основана воздушно-солнечная сушка – влага испаряется за счет воздействия ветра и солнечной радиации. Чем тоньше зерновой слой, тем эффективнее процедура. На солнце сушат пшеницу, ячмень, мелкозерновые культуры. Толщина слоя не должна превышать 10-20 см.

Воздушно-солнечная сушка проходит на заасфальтированной открытой площадке, либо на грунте или бетоне, который накрывают пленкой. Зерно рассыпают на площадке неравномерно, гребнями, под небольшим наклоном по направлению с юга на север.

Так, в Крыму поверхность зерновой насыпи прогревается солнцем до 50-55 градусов, а иногда и выше. Горячий воздух с поверхности зерна поднимается вверх, унося с собой лишнюю влагу. Особенно эффективна такая сушка при умеренном ветре.

За сутки такой сушки влажность зерна снижается на 3-4% от исходных показателей. Чем сильнее влажность зерна, тем быстрее оно просушивается. Но ввиду термопроводности влага может уходить в нижние слои насыпи. Поэтому каждые 2-3 часа зерно перемешивают. При необходимости, процедуру повторяют на вторые сутки. На ночь зерно ссыпается в кучу и укрывается пленкой или брезентом.

Такая сушка целесообразна исключительно в южных широтах. Здесь ее проводить довольно просто – из-за особенностей климата. Нет нужды тратиться на топливо для автоматизированных сушилок. А из-за высокой солнечной активности послеуборочное дозревание происходит быстрее, чем в северных регионах. Кроме того, при солнечном облучении в толще зерновой массы уничтожаются клещи и насекомые. При толщине насыпи 4-5 см они гибнут полностью.

Переброска зернометом партий зерна из одного бунта в другой – тоже разновидность воздушно-солнечной сушки. Если температура воздуха ниже температуры зерна, то такая процедура быстро уменьшает физиологическую активность зерна.

При конвективной сушке тепло передается зерну посредством конвекции от сушильного агента (нагретого воздуха или воздушно-газовой смеси). Сушильный агент поглощает свободную воду и удаляет ее из зерновой массы. Слой зерна при этом может находиться как в спокойном, так и в подвижном состоянии. На основе конвекции работают автоматические зерносушилки.

Тепловая сушка в зерносушилке на сегодняшний день – самый эффективный, хоть и относительно дорогостоящий способ.

В неподвижном состоянии скорость движения зерна в сушилке равна нулю – движется сушильный агент. По такому принципу работают рециркуляционные, шахтные и барабанные сушилки непрерывного действия. Температура сушильного агента в них достаточно высока, а расход тепла – всего 5000-6000 кДж на 1 кг испаренной воды. Таким образом, зерно и семена просушиваются быстро и равномерно.

Тепловая сушка: условия и закономерности

Сушка зерна в сушилке – сложный тепломассообменный процесс. На одну процедуру расходуется строго определенное количество тепла. Поэтому для эффективной сушки необходимо обеспечить одновременную и непрерывную подачу воздуха и тепла к зерну. Оно просушивается только тогда, когда давление водяных паров внутри зернового слоя и над его поверхностью выше, чем в окружающей среде. Это возможно только при хорошем нагреве зерна. При одинаковой температуре зернового слоя и сушильной камеры испарения воды не происходит, и сушка прекращается.

К зерновой массе тепло подается посредством воздуха – сушильного агента. Его нагревают в топочном устройстве. Сушильный агент поглощает влагу как с поверхности, так и из толщи зерна и отводит ее во внешнюю среду. Воздух поступает в сушильную камеру горячим и сухим, а выходит влажным и охлажденным. Таким образом происходит массобмен воды и теплообмен энергии.

В качестве сушильного агента используют не только воздух, но и топочные газы, смешанные с наружным воздухом. Как правило, используют такое соотношение: 1 часть газов. нагретых до температуры 1000 градусов и 20-30 частей воздуха. Но при нарушениях в работе сушилки при таком соотношении зерно темнеет и появляется запах дыма.

Свободная и связанная влага в зерне удерживается коллоидами органических веществ: белка, крахмала и др. Чем влажнее зерно, тем меньше энергии расходуется при сушке. Если влажность выше 20%, влага внутри сушилки отводится так же легко, как и на свободной поверхности. Чем ниже влажность, тем сложнее выводится каждый последующий процент. Особенно затруднительно высушивать зерно при влажности 16% и менее. Такие различия влияют на производительность сушилок.

Процедура тепловой сушки зерна включает в себя 3 периода.

  1. Прогрев. Замедление сушки из-за низкой температуры зерна.
  2. Постоянная сушка на максимальной скорости. Испарение свободной воды с поверхности еще не ограничивается ее притоком из нижних слоев. Скорость постоянной сушки зависит от способности конкретной культуры к влагоотдаче, а также от параметров сушильного агента: скорости движения, температуры, влажности. Чем выше влажность зерна, тем быстрее проходит этот этап. В этот период скорость сушки и температура зерна не подвергаются изменениям. Отработанный агент в период постоянной сушки максимально увлажнен.
  3. Убывающая скорость сушки. Начинается при разнице притока влаги из срединных слоев зерна и скорости ее испарения, а на поверхности образуются сухие участки. Скорость влагоотдачи уменьшается, отработанный воздух постепенно уходит из сушилки. Температура зерна в это время быстро увеличивается, а скорость сушки наоборот – уменьшается. В финале скорость сушки падает до нуля, а влажность находится на постоянном равновесном уровне. Затраты топлива на этом этапе растут.

Затем просушенное зерно обрабатывают потоками холодного воздуха. После охлаждения температура сырья не должна превышать температуру окружающей среды.

Типы зерносушилок и технология сушки

В современном сельском хозяйстве чаще всего используют шахтные, рециркуляционные и барабанные сушилки – как самостоятельно, так и в составе сушильных комплексов. В южных зонах их используют реже, в северных – чаще. Так, в Крыму зерносушилками укомплектованы только рисоводческие хозяйства.

Сушка в зерносушилках шахтного типа

Самые популярные модели шахтных зерносушилок: СЗШ-8, СЗШ-16 и СЗШ-16А. Сушильная камера в таком устройстве оборудована в виде башни. Высота камеры в несколько раз превышает размер сторон поперечного сечения.

Зерносушилки шахтного типа – непрерывного действия. Зерновая масса в непрерывном режиме поступает в шахту и так же непрерывно вытекает из нее. Движение зерна происходит за счет силы его тяжести, а сушильный агент движется поперек зернового потока.

Технологическая схема шахтной зерносушилки

1 ‑ шахты; 2 ‑ вентилятор; 3 ‑ диффузор; 4 ‑ напорная камера агента сушки;

І ‑ зерно; ІІ ‑ агент сушки

Зерновой слой находится внутри шахты в разрыхленном состоянии. Поэтому оно хорошо взаимодействует с сушильным агентом. Время сушки и скорость движения зерна регулируются выпускным устройством. Среднее время сушки – ориентировочно 40 минут. За 1 цикл влажность зерна снижается на 4-6%.

Шахты зерносушилок оборудованы коробами, которые разделяют общую массу зерна на отдельные слои толщиной 100-150мм. К каждому слою подается свежий сушильный агент. который по окончанию процедуры выводится за пределы шахты. Короб шахтной зерносушилки – это 5-угольный металлический канал с открытой нижней частью. Короба устанавливаются в шахматном порядке по всей высоте шахты. Под каждый короб в стенках шахты вырезано подводящее и отводящее отверстие для сушильного агента.

Очевидное преимущество шахтных зерносушилок заключается в возможности регулировать время сушки и оптимальный температурный режим.

Благодаря коробам, просушивать можно большие объемы зерна, а процесс испарения влаги происходит непрерывно. Таким образом, температура зерна в сушилке всегда ниже, чем температура сушильного агента. Поэтому зерно можно нагревать сильнее, чем в обычных сушилках и не опасаться за его эксплуатационные свойства. В зависимости от разновидности сельхозкультуры, ее влажности и назначения, можно выставлять температуру до 60-120 градусов.

Передвижная шахтная сушилка К4-УС2-А – одно из самых удобных в эксплуатации устройств. Ее производительность – 10 тонн в час. Смонтирована она на базе шасси автоприцепа МАЗ-8925. Модель оснащена 2 шахтами. Короба в каждой шахте расположены в 6 рядов – в 2 сушильных зонах и в зоне охлаждения.

Основной недостаток шахтных сушилок – ограниченный съем влаги за 1 цикл, не более 6%. Поэтому в большинстве случаев требуется несколько последующих циклов. Из-за передержки в ожидании повторного цикла сушки может снизиться качество зерна.

Зерно влажностью свыше 25-30% сложно сушить в таком устройстве. Слишком влажное зерно обладает плохой сыпучестью и может зависать между коробами. Это чревато перегревом, порчей и даже возгоранием зерновой массы.

Чтобы зерно лучше проходило внутри сушилки, его надо предварительно очистить от соломы и других примесей, которые закупоривают межзерновое пространство.

Сушка зерна в барабанных зерносушилках

Самые популярные модели стационарных барабанных зерносушилок – СЗСБ-8 и СЗСБ-8А, передвижных – СЗПБ-2,5. Их производительность – 8 тонн в час (у передвижных – 2,5 тонны в час). Также хорошо зарекомендовала себя модель СБ-1,5.

Сушильная камера в таких сушилках выполнена в виде вращающегося цилиндра (барабана). Такая форма подходит для сушки засоренного зерна, обладающего плохой сыпучестью. Внутри барабана находится подъемно-лопастная система. Лопасти перемешивают зерновой поток в процессе сушки.

Сушильный агент перемещается вдоль оси барабана и активно взаимодействует с зерновой массой. Из-за этого сушка происходит быстрее, чем в устройствах шахтного типа. За 1 короткий цикл (15-20 минут) удаляется 3-5% влаги. Температура сушильного агента для семенного материала – 100-110 °С, для фуражного и продовольственного – 180-250 °С.

Барабанная сушилка СЗСБ-8

1 – топка; 2 – загрузочная камера;

3 сушильный барабан; 4 – охладительная колонка

Время сушки в барабанной сушилке не регулируется автоматически, а определяется интенсивностью потока сушильного агента и механическим подпором зернового слоя. Поэтому для очень влажного зерна требуется несколько циклов, либо несколько сушилок разных моделей для одной партии.

Барабанные сушилки не подходят для кукурузы и бобовых из-за большой вероятности растрескивания. Для этих культур целесообразнее использовать камерные или шахтные сушилки.

Сушка зерна в рециркуляционной сушилке

В рециркуляционных сушилках зерно проходит через несколько этапов: нагрев, отволаживание, промежуточное охлаждение. Затем зерно окончательно охлаждается и отправляется на дальнейшее хранение. Одновременно с удалением просушенного зерна в сушку запускается влажная партия. Таким образом, поддерживается постоянная масса зерна. Количество циклов сушки зависит от уровня исходной влажности зерна.

Зерно поступает в сушилку одновременно с потоком сушильного агента, нагретого до 250-350 градусов. Зерно контактирует с воздухом только первые 2-3 секунды, поэтому прогревается лишь до 50-60 градусов. Затем оно отволаживается в течение 10-12 минут, температура зерна выравнивается, влага перераспределяется. На место высушенной и охлажденной части зерна поступает свежая партия. На этом этапе нагрев повторяется. При рециркуляции вся зерновая масса перемешивается, равномерно просушивается. Такая сушка способствует наилучшему сохранению товарных свойств зерна. За 1 цикл сушки влажность снижается на 10-12%. В отличие от шахтных сушилок, нет необходимости разделять зерно на партии, исходя из его влажности.

Режимы сушки

Режим сушки – это совокупность предельно допустимой температуры нагрева зерновых культур и температуры сушильного агента, продолжительности 1 цикла, количества пропусков одной партии через сушилку.

Режим сушки выбирается исходя из этих факторов:

  • вид сельскохозяйственной культуры;
  • исходная влажность;
  • качество зерна, его назначение;
  • вид зерносушилки.

Основная задача зерносушилки – возможность работы при предельно допустимых значениях, находиться в состоянии максимальной производительности и сохранять высокое качество зерна. Повышение температуры выше предельно допустимой ведет к порче сырья, а ее снижение – к ухудшению производительности устройства.

Устойчивость зерна к высоким температурам зависит от температурной устойчивости белковых соединений в его составе. Если выставить температуру выше предельных значений, белок свертывается, посевные свойства зерна утрачиваются. У пшеницы при перегреве ухудшается растяжимость белков эндосперма, что приводит к снижению качества и количества клейковины (т.е. ухудшаются хлебопекарные свойства).

Семенной материал сушится при мягких температурных режимах – белки зародышей неустойчивы к нагреву.

Чем выше исходная влажность зерна, тем ниже его устойчивость к нагреванию. Поэтому слишком влажное зерно прогревается постепенно. Температуру необходимо повышать с каждым последующим циклом. Такой режим сушки называется ступенчатым.

Что касается зависимости режима сушки от назначения сельхозкультуры, продовольственное и хлебопекарное зерно со слабой клейковиной (пшеница) при высоких температурах становится более качественным и устойчивым к растрескиванию. Если клейковина крепкая, нужен более деликатный режим сушки. В противном случае хлебопекарные свойства зерна утрачиваются.

Температура нагрева зерна и температура нагрева сушильного агента – разные величины. Вторая всегда должна быть выше первой. Чем интенсивнее уровень испарения, тем лучше зерно охлаждается – равно как и наоборот. Если температура зерна уравнивается с температурой воздуха в межзерновом пространстве, сушку можно считать оконченной.

Температурные различия зерна и сушильного агента зависят от типа сушилки. Допустимое различие в шахтных сушилках – 20-30 градусов, в барабанных – 40-60, в рециркуляционных оно может быть выше. В некоторых случаях (например, при сушке зерна для пищевого производства) это различие может достигать 100 градусов.

Таким образом, оптимальная температура – один из ключевых факторов сохранения товарных свойств сырья. В процессе сушки температуру надо тщательно контролировать.

Сырое зерно обладает невысокой термоустойчивостью. Поэтому начинать надо с минимальных значений. Так, семенной материал на начальном этапе нагревают до 40-45 градусов, продовольственную пшеницу – до 45-55 градусов, фуражное зерно – до 60 градусов. Бобовые культуры примечательны тем, что склонны к растрескиванию и плохо отдают влагу. Они имеют довольно низкую удельную поверхность испарения. Поэтому сушить их надо в более щадящем режиме, нежели зерновые. Оптимальная температура – 30-35 градусов. Но такой мягкий режим ухудшает производительность сушилки.

Чтобы зерно не растрескивалось, за первый цикл рекомендуется снимать не более 4-6% влаги. При отволаживании перед повторной сушкой влажность зерна выравнивается и перераспределяется между центральным и периферийными слоями. Поэтому отдача влаги при повторной сушке всегда выше. Но при этом организация процесса усложняется, потому что возникает необходимость хранения недосушенного зерна – а это чревато его порчей. Это существенный недостаток барабанных и шахтных зерносушилок.