Хранение зерна. Сушка, влияние сушки на зерно

Влага в зерне, как в любом живом организме, - это среда, в которой совершаются все реакции обмена веществ. При увеличении влажности зерна выше определенного уровня, так называемой кондиционной влажности, в зерне появляется свободная влага, что приводит к активизации жизнедеятельности зерна. Задача сушки заключается, прежде всего, в снижении влажности зерна до кондиционной.

Влажность зерна, поступающего на сушку, зависит от многих факторов, т е от так называемой предыстории зерна. Различают четыре состояния зерна по влажности - сухое, средней сухости, влажное и сырое, которые определяют стойкость зерна при хранении. Интервалы, характеризующие состояние зерна по влажности, для разных культур имеют разные значения (табл. 1.15).

Влажность зерна зависит от условий, в которых оно находится.

Зерно - хороший сорбент, что объясняется высокой скважистостью зерновой массы и капиллярно-пористой структурой зерновок. Вся зерновка пронизана микрокапиллярами, радиус которых менее 10 -5 см, и макрокапиллярами, радиус которых более 10 -5 см, вследствие чего активная поверхность зерна, через которую происходит влагообмен с окружающей средой, в сотни тысяч раз превышает площадь геометрической поверхности зерна. По микро - и макрокапиллярам влага в виде жидкости или пара циркулирует из внутренних частей зерна к поверхности, и наоборот.

Сильно одревесневевшие цветковые оболочки (ячмень, рис, овес) в значительной степени затрудняют перемещение влаги как в одном, так и другом направлении, что ухудшает процесс сушки. Плодовые оболочки имеют большое количество капилляров и микропор, поэтому они не служат препятствием при удалении влаги из зерна в процессе сушки. Прилегающие к плодовым семенные оболочки характеризуются относительно слабой проницаемостью паров воды и ухудшают процесс сушки. Характер удаления влаги из зерна зависит от форм связи влаги с материалом.

Влага в зерне имеет различные формы связи с его твердым скелетом: от самой прочной, обусловленной молекулярными силами, до чисто механического удержания влаги на поверхности зерна. Все формы связи влаги с зерном делят на три группы: химическая связь, физико-химическая связь, механическая связь. Строгой границы между отдельными видами связи нё существует. В процессе сушки удаляется из зерна влага, связанная механическими силами, и частично физико - химически связанная влага. Так как в зерне всегда имеется влага, то общая его масса складывается из массы сухого вещества и массы воды:

G = G c +W, кг, (1.9)

где G c - масса сухого вещества зерна, кг;

W - масса воды в зерне, кг.

Наличие влаги в материале характеризуется влажностью, которую выражают в процентном отношении: масса влаги к общей массе зерна или к массе сухого вещества зерна

В теории сушки влажность материала относят к массе сухого вещества. В практике зерносушения влажность рассчитывают по отношению к массе влажного зерна.

При сушке масса зерна изменяется от начальной G 1 до конечной G 2 за счет испарения влаги, т. е.

W=G 1 - G 2 (1.12)

Количество влаги, испарившейся в процессе сушки, можно определить по формуле

Для сушки зерна важны его теплофизические и физические свойства: теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность, удельная поверхность, скважистость, сыпучесть, скорость витания зерна.

Все процессы тепло - влагообмена между зерном и агентом сушки осуществляются через поверхность зерна, поэтому большое значение имеет его удельная поверхность - отношение поверхности всех зерен, содержащихся в одном килограмме, к объему этой зерновой массы. Процесс сушки протекает быстрее при увеличении удельной поверхности зерна, следовательно, чем мельче зерно, тем интенсивнее оно высушивается.

При сушке зерновая масса продувается воздухом или агентом сушки, что возможно благодаря скважистости зерновой массы. Чем выше скважистость, тем легче агент сушки подводится к зерновке и тем интенсивнее и равномернее протекает сушка.

Важно знать сыпучесть зерновой массы, так как ее учитывают при выборе размеров, форм, углов наклона различных узлов зерносушилок (коробов, самотечных труб, выпускных устройств, жалюзийных решеток и др.). В период заполнения надсушильных бункеров происходит самосортирование зерновой массы, при этом тяжелые зерна попадают в центр бункера, а легкие примеси, щуплые зерна, крупные примеси, вегетативные части растения скатываются к стенкам бункеров и шахт зерносушилок, что приводит к неравномерности сушки и нагрева зерна.

Для некоторых конструкций зерносушилок очень важна скорость питания зерновок - это скорость воздуха, при которой зерно, помещенное в вертикальную трубу, находится под давлением воздушного потока во взвешенном состоянии. Скорость витания - исходный параметр, например, для выбора предельных скоростей агента сушки на входе и выходе из коробов. Средние величины скорости питания пшеницы колеблются от 9,0 до 11,5 м/с, ячменя - от 8,5 до 10,5 м/с, кукурузы и гороха - от 10 до 17 м/с. Скорость питания всегда учитывается при расчете, конструкции и эксплуатации зерносушилок. При сушке зерна идет процесс его обезвоживания и нагрева Учитывая то, что зерно - живой организм, важно знать его термоустойчивость, т е способность сохранять в процессе сушки семенные и продовольственные свойства. В процессе сушки зерно может снизить жизнеспособность или товарно-продовольственные качества.

Нагрев зерна по-разному влияет на содержащиеся в нем органические вещества (белки, углеводы, жиры, ферменты, витамины). Более устойчивы к нагреву углеводы и жиры. При влажности зерна 14% они выдерживают нагрев до 60-65°С. При более высокой влажности или температуре начинается процесс декстринизации крахмала, приводящий к ухудшение цвета муки и разложению жиров, в результате чего происходит повышение кислотного числа жира.

Белковые вещества более чувствительны к нагреву. Изменения связаны со сложными биохимическими преобразованиями белкового комплекса зерна, приводящими к денатурации белков, потере ими способности поглощать воду. Снижение посевных свойств семенного зерна, уменьшение выхода и ухудшение качества клейковины, снижение хлебопекарных достоинств продовольственного зерна, снижение активности ферментов вызваны в первую очередь денатурацией белков. Следует иметь в виду то, что белки зародыша более чувствительны к нагреву, чем белки эндосперма. Поэтому семенное зерно обычно нагревают до 40 ᵒС, в то время как зерно продовольственного назначения выдерживает нагрев до 50 ᵒС.

В процессе нагрева клейковина укрепляется, поэтому сушка зерна со слабой клейковиной приводят к ее укреплению и, следовательно, к улучшению качества.

При неправильном ведении процесса сушки в зерне кроме биохимических реакций могут произойти структурно-механические изменения уплотнение или разрыв оболочек, растрескивание ядра, запаривание и др.

Свойства зерна как объекта сушки всегда учитываются в технологии процесса и при выборе конструкции зерносушильного аппарата.

Типы и устройство зерносушилок

По характеру использования зерносушилки делятся на стационарные и передвижные. Стационарные монтируются в отдельно стоящих зданиях или специальных помещениях достаточно широкое распространение получили стационарные зерносушилки открытого типа, у которых только топка и некоторое оборудование защищаются от атмосферного воздействия. Передвижные зерносушилки монтируются на различных шасси.

По конструктивным признакам различают шахтные, барабанные пневмотрубные и специальные зерносушилки (камерные, бункерные, конвейерные). Принципиальные различия в конструкции зерносушилок зависят от способа сушки зерна (конвективный, кондуктивный, вакуумный в поле токов высокой частоты, радиационный, инфракрасный или комбинированный).

Ко всем типам зерносушилок предъявляют следующие основные требования:

• обеспечение требуемого снижения влажности и сохранение качества зерна;
• охлаждение зерна после сушки;
• исключение механического травмирования зерна;
• удобство обслуживания и эксплуатации;
• соответствие требованиям охраны труда, противопожарным требованиям и санитарным нормам;
• полная механизация всех работ, связанных с сушкой;
• оснащение приборами для контроля и регулирования процесса сушки;
• экономичность по удельным расходам теплоты, электроэнергии, эксплуатационным затратам;
• максимальная универсальность, обеспечивающая высококачественную сушку зерна различных культур;
• минимальная масса, габаритные размеры и высокая прочность передвижных зерносушилок.

В абсолютном большинстве современных зерносушилок используют конвективный метод сушки, при котором теплота, необходимая для сушки, передается зерну от нагретого агента сушки. Зерно при этом может находиться в состоянии неподвижного, движущегося, псевдоожиженного или взвешенного слоя. В качестве агента сушки применяют смесь топочных газов с воздухом или чистый воздух, нагретый в калориферах обычно топочными газами.

Наибольшее распространение получили шахтные прямоточные зерносушилки непрерывного действия. Их применяют для сушки пшеницы, ржи, ячменя, риса, подсолнечника и других культур продовольственного и семенного назначения. В сушильной шахте зерно под действием силы тяжести движется сверху вниз и пронизывается агентом сушки. Скорость движения зерна в шахте регулируется производительностью выпускного механизма различной конструкции.

Стенки шахт изготавливают из железобетона или стали. Производительность шахтных зерносушилок колеблется от 1 до 50 т/ч.

Принципиальная схема шахтной зерносушилки представлена на рисунке 1.14. Шахтная прямоточная зерносушилка состоит из одной или двух сушильно-охладительных шахт, напорно-распределительной камеры, выпускного механизма, над - и подсушильных бункеров, вентиляционного оборудования и топки.

Сушильно-охладительная шахта имеет прямоугольное сечение и до верха заполняется просушиваемым зерном. Верхняя часть шахты - сушильная - предназначена для высушивания зерна, а нижняя - охладительная - для охлаждения высушенного зерна. Конструкция их аналогична. Сушильная часть шахты может разделяться на 2-З секции - зоны сушки, - при этом в каждую зону подается агент сушки с различной температурой.

Внутри шахты установлены короба рядами в шахматном порядке для подвода и отвода агента сушки (воздуха) (рис. 1.15).

Зерно располагается между коробами. Агент сушки (воздух) по ступает в шахту через подводящие короба со стороны напорно-распределительной камеры, проходит слой зерна и выходит через отводящие короба в атмосферу или осадительную камеру.

Короб представляет собой канал обычно пятигранной формы с открытой нижней стороной. Иногда стенки коробов делают жалюзийными.

Напорно-распределительная камера предназначена для выравнивания потоков агента сушки (воздуха) с целью равномерного распределения по подводящим коробам. Камеру разделяют по высоте горизонтальными перегородками для подачи агента сушки в зоны сушки или воздуха в охладительную зону.

Надсушильный бункер предназначен для непрерывной подачи зерна в сушку и препятствует утечке агента сушки из верхних рядов коробов, т. е. служит своеобразным зерновым затвором

Выпускной механизм устанавливается под охладительной зоной, он предназначен для равномерного выпуска зерна из сушильно-охладительной шахты по всему ее сечению, а также для регулирования производительности зерносушилок.

В зависимости от конструкции выпускного механизма зерно из шахты может выпускаться или непрерывно, или периодически, а сам механизм быть бесприводным или иметь привод.

Для подачи агента сушки или охлаждающего воздуха в шахту зерносушилки применяется вентиляционное оборудование вентиляторы и воздуховоды. Вентиляторы могут работать как на нагнетание, так и на отсасывание агента сушки, они должны обеспечивать его расчетные расходы. При любом варианте установки вентиляторов вся вентиляционная сеть (трубы, диффузоры, люки, соединения и пр.) должна быть тщательно уплотнена и не допускать утечек агента сушки.

Топки зерносушилок любого типа предназначены для сжигания топлива и смешивания продуктов сгорания с атмосферным воздухом, в результате чего получается агент сушки, подаваемый в шахту зерносушилки. Для сушки зерна смесью воздуха с топочными газами применяют только светлые малосернистые виды жидкого топлива или природный газ. Нефть, мазут, каменный уголь, другие виды топлива можно использовать только для нагрева воздуха в калориферах.

В качестве жидкого топлива в отечественных зерносушилках применяют дизельное топливо, соляровое масло или тракторный керосин. Для сжигания жидкого топлива применяют форсунки инжекционного или игольчатого типа, а газообразного - газовые горелки.

Наиболее распространены шахтные конвективные стационарные зерносушилки СЗС-8, ВТИ-8, ВТИ-15, СЗШ-8, СЗШ-1б, ДСП-12, ДСП-16, ДСП-24, ДСП-32, ДСП-32 от. Цифры показывают производительность сушилки в плановых тоннах - при снижении влажности пшеницы с 20 до 14%. В сельском хозяйстве наибольшее распространение получили зерносушилки типа СЭС и СЗШ, а в элеваторной промышленности - ДСП. Из передвижных применяют зерносушилки ЗСПЖ-8, КЧ-УСА и КЧ-УС-2А, производительностью 8 пл. т/ч.

Все перечисленные зерносушилки отличаются достаточной простотой конструкции, универсальностью и удобны в обслуживании и эксплуатации. Основные недостатки шахтных зерносушилок, следующие неравномерность нагрева и сушки зерна по сечению шахты, снижение влажности за один пропуск не более 6%. Разность во влажности высушиваемой партии зерна не более 2-4%. Эти недостатки почти полностью устранены в шахтных рециркуляционных зерносушилках. Рециркуляционная сушка зерна предусматривает возврат части просушенного зерна в смеси с сырым зерном в надсушильный бункер. В надсушильном бункере проходят процессы тепло - влагообмена между сырым и сухим зерном, в результате чего сырое зерно нагревается и частично подсушивается. Все это в конечном итоге приводит к значительной интенсификации процесса сушки. Шахтную зерносушилку любого типа достаточно просто реконструировать на рециркуляционный способ сушки, при этом производительность повышается на 30-50%.

Промышленность выпускает специальные рециркуляционные зерносушилки различных типов. В них кроме нагрева сырого зерна за счет тепла просушенного зерна применяют также его предварительный нагрев в специальных камерах. Наибольшее распространение получили зерносушилки Рд-2х25-70, А1-ДСП-50, А1-УЗМ, А1-УЗШ и типа «Целинная» - «Целинная-30», «Целинная-50 К», «Целинная-б0, «Целингщя-20» (на базе зерносушилки ЗСПЖ-8). «Целинная-36» (на базе зерносушилки ДСП-24-СН), «Целинная-40» (на базе зерносушилки ДСП-32-ОТ), «Целинная-50» (на базе зерносушилки ДСП-24-СН).

Кроме шахтных зерносушилок в системе хлебопродуктов и сельском хозяйстве применяют сушилки барабанного типа передвижные СЗПБ-2,5 и стационарные СЗСБ-8. Основным элементом барабанных сушилок является горизонтальный или чуть наклоненный вращающийся со скоростью 2-6 об/мин цилиндрический барабан, внутри которого зерно перемещается по длине и сушится воздушным потоком. Охлаждают просушенное зерно в охладительных колонках или барабанах.

Для сушки небольших партий продовольственного зерна и семян масличных культур в сельском хозяйстве часто используют, вентилируемы бункеры.

Для сушки кукурузы в початках применяют камерные сушилки коридорного и секционного типов.

Режимы сушки зерна

Под режимом сушки понимают определенное сочетание таких параметров, как температура агента сушки, его влагосодержание, скорость движения (расход) и предельно
допустимая температура нагрева зерна. Величину ее определяют термоустойчивостью зерна, которая зависит от его культуры, влажности, назначения и продолжительности теплового воздействия. Режим сушки, при котором обеспечивается высокое качество зерна, и достигаются наилучшие технико-экономические показатёли работы сушилки, называют оптимальным.

Своевременно и правильно проведенная сушка не только повышает стойкость зерна при хранении, но и улучшает его продовольственные и семенные достоинства. В результате сушки ускоряется послеуборочное дозревание, происходит выравнивание по влажности, улучшаются цвет, внёшний вид и технологические свойства зерна.

Режим сушки зависит от способа сушки и конструкции зерносушилок. При сушке зерна в шахтных прямоточных зерносушилках в нашей стране применяют режимы, при которых температуру агента сушки изменяют постепенно, по мере прохождения зерна по зонам сушки. Такие ступенчатые режимы особенно благоприятны при сушке свежеубранного зерна, а также для крупяных культур.

При сушке пшеницы температурный рёжим дифференцируют в зависимости от исходного качества клейковины - крепкой, нормальной, слабой. Сушка пшеницы со слабой клейковиной при повышенных температурах приводит к уплотнению клейковины и, следовательно, к улучшению ее качества.

При сушке зерна в шахтных прямоточных зерносушилках съем влаги за один пропуск не должен превышать 6%, а для риса-зерна - 3%. Если этого недостаточно, то применяет второй пропуск зерна через зерносушилку. В шахтных рециркуляционных зерносушилках снижение влажности за один пропуск может составлять 10%, в рециркуляционных зерносушилках с дополнительными камерами для нагрева зерна - без ограничения предела снижения влажности.

При организации процесса и выборе режима сушки руководствуются утвержденными инструкциями и правилами.

Режимы сушки зерна продовольственного назначения некоторых культур в шахтных
прямоточных зерносушилках приведены в табл. 1.16.

Как видно из приведенных данных, в большинстве случаев применяют восходящие режимы сушки. В первую зону подают агент сушки с меньшей температурой, так как зерно имеет высокую влажность и меньшую термоустойчивость. Во вторую зону подают агент сушки уже с более высокой температурой.

Режимы сушки зерна в рециркуляционных зерносушилках (табл. 1.17) также дифференцированы по начальной влажности зерна, а для пшеницы - и в зависимости от качества клейковины.

При сушке зерна в шахтных рециркуляционных зерносушилках допускают более высокие температуры нагрева зерна, чем в прямоточных шахтных зерносушилках, так как они характеризуются кратковременностью и большей равномерностью нагрева зерна.

Семена зерновых культур сушат в шахтных зерносушилках всех типов, за исключением передвижных. Семенное зерно не рекомендуется сушить в барабанных зерносушилках, но можно в рециркуляционных. Семена пшеницы, подсолнечника, ячменя и бобовых культур ушат и в камерных сушилках семяобрабатывающих заводов. Семенное зерно всех культур сушат также в складах на установках активного вентилирования атмосферным или подогретым воздухом.

В связи с тем, что белки зародыша более чувствительны к нагреву, чем белки эндосперма, предельная температура нагрева семенного зерна в зерносушилках всех типов ниже, чем продовольственного. Согласно действующей инструкции максимальный нагрев семян пшеницы, ржи, ячменя, подсолнечника, гречихи, проса, овса не должен превышать 40ᵒС, а температура агента сушки - 70ᵒС. При сушке бобовых культур и риса-зерна нагрев семян не должен превышать 35ᵒ С, а температура агента сушки - 60 ᵒС.

При сушке семян влажностью выше 19% применяют ступенчатый режим, при этом снижают предельную температуру нагрева семян в первой зоне на 5°С, а температуру агента сушки - на 10°С.

Организация и контроль процесса сушки зерна

Зерно, направляемое на сушку в шахтных прямоточных зерносушилках, формируют в партии по культурам, качеству, назначению и влажности. По влажности допускаются колебания до 2% при влажности зерна до 19% и до 4% при влажности свыше 19%. В первую очередь направляют на сушку партии более влажного зерна. Перед сушкой в шахтных зерносушилках зерно очищают от грубых и легких примесей, а в рециркуляционных - только от грубых.

Перед пуском зерносушилки ее тщательно очищают от сора, пыли, просыпей зерна, проверяют работу всего оборудования. Перед началом сушки включают транспортное и зерноочистительное оборудование и заполняют шахту очищенным зерном. Пусковой период сушки в зависимости от типа зерносушилки, культуры и влажности зерна составляет от 30 мин до 1 ч. Примерно через 10 - 15 мин после включения вентиляторов включают выпускное устройство и выпускаемое зерно возвращают в сушилку. После того как влажность выпускаемого зерна достигнет заданной, зерносушилку включают в нормальную работу. После пускового периода устанавливают нормальный тепловой режим сушки. Во время работы шахта зерносушилок и надсушильный бункер должны быть все время заполнены зерном. Съем влаги при сушке регулируют, уменьшая (при повышенной влажности) или увеличивая (при пониженной влажности) выпуск сухого зерна из зерносушилки. Температуру агента сушки регулируют количеством сжигаемого топлива и изменением количества добавляемого атмосферного воздуха.

Температуру нагрева зерна регулируют как температурой агента сушки, так и временем пребывания зерна в сушилке (ее производительностью).

Для правильного ведения и контроля процесса зерносушилки оснащаются специальными приборами. Для контроля заполнения надсушильного бункера в нем устанавливают датчики уровня зерна. Температуру агента сушки измеряют логометрами с термометрами сопротивления. Термометры сопротивления устанавливают в подводящих воздуховодах непосредственно перед сушильными зонами. Температуру нагрева зерна контролируют в нижнем ряду подводящих коробов сушильной зоны с помощью различных датчиков или с помощью непосредственного измерения температуры пробы зерна, отобранной из-под этих коробов. Влажность зерна контролирует лаборатория, отбирая пробы каждые 2 часа, или с помощью поточных влагомеров, устанавливал их датчики на выходе зерна из сушилки.

При работе сушилки обязательно определяют количество просушенного зерна. С этой целью на транспортных линиях устанавливают весь для взвешивания просушенного или сырого зерна. Экономичная и эффективная работа зерносушилок зависит от ряда организационных мероприятий. В первую очередь необходимо составить планы сушки зерна для каждой зерносушилки, конкретные мероприятия по ее подготовке к эксплуатации, повышению качества просушиваемого зерна, а также мероприятия по максимально возможному снижению себестоимости сушки. При составлении плана сушки учитывают максимальное
поступление зерна в предыдущие годы, максимальную влажность, а также прогноз на текущий год.

Все поступающее сырое и влажное зерно должно быть просушено в течение 2 месяцев (615 часов работы стационарной зерносушилки). Из этого условия определяют требуемую прзводительность зерносушилок.

Все зерносушилки непрерывного действия, потому нельзя допускать их простоя, так как это приводит к неоправданным большим потерям рабочего времени, снижению их производительности и перерасходу топлива на вторичный прогрев установки и зерна.

Физическая производительность зерносушилок зависит в первую очередь от начальной и конечной влажности зерна до и после сушки, а также культуры и назначения зерна. Зная фактическую производительность зерносушилки, начальную и конечную влажность, целевое назначение зерна и культуру, определяют производительность в плановых тоннах, умножая ее на коэффициенты перевода.

Плановая тонна соответствует сушке 1 т зерна пшеницы при снижении влажности с 20 до 14%. Назначение зерна - продовольственные цели, тип зерносушилки - шахтная прямоточная, режим сушки - соответствующий зерну с нормальной клейковиной, начальная температура зерна -5 ᵒС. Коэффициенты перевода приведены в таблицах 1.18, 1.19 и 1.20.

Для обеспечения непрерывной работы зерносушилок необходимо иметь запас сырого зерна в накопительных емкостях.

При нарушении режимов сушки зерна ухудшается его качество Основные признаки нарушения режима:

• появление поджаренных или подгорелых зерен, зерен с морщинистыми, вздутыми или лопнувшими оболочками. Причина - чрезмерно высокая температура агента сушки, вследствие чего влага в зерне перемещается медленнее, чем испаряется с поверхности, внешние слои зерновок пересушиваются и лопаются из-за объемных напряжений;
• появление запаренных зерен . Причина - низкая температура и недостаточный расход агента сушки; он насыщается влагой до предельного состояния и препятствует испарению влаги из зерна;
• снижение количества и ухудшение качества клейковины . Причина - высокая температура агента сушки, замедленное движение зерна в шахте, застойные зоны в шахте. В этом случае необходимо снизить температуру агента сушки и увеличить пропускную способность выпускного устройства;

Работа зерносушилки в большой степени зависит от выбора рационального типа выпускного механизма и его эксплуатации. Применяют конструкции выпускных механизмов, обеспечивающих непрерывное или периодическое движение зерна в шахте. При непрерывном движении зерна в шахте обычно образуются устойчивые потоки зерна, движущегося по пути наименьшего сопротивления. Если поток зерна встречает местное сопротивление, движение зерна в шахте замедляется.

Неравномерная засоренность зерновой массы возникает вследствие ее самосортирования. При повышении засоренности отдельных потоков зерна в шахте повышается сопротивление движению зерна. Оно может возникнуть в любом месте зерносушилки, но наиболее часто - у стен шахты.

При непрерывном выпуске зерна из шахты зерно может задерживаться на верхних кромках коробов, над и под полукоробками (наиболее часто), где оно прижимается горизонтальным давлением движущегося слоя зерна к коробам и стенкам шахты.

При периодическом, т е скачкообразном, выпуске части зерна в шахте создаются условия для «самоочищения», так как при этом разрушаются своды зерна, застойные зоны в местах скопления соломистых примесей или местных сужений потоков зерна возле стен шахты и между коробками. Однако выпускной механизм периодического действия имеет свои недостатки. При неподвижном состоянии зерна в шахте в промежутках между открытиями затвора зерно может перегреваться от горячих поверхностей подводящих коробов. В этом случае процесс сушки и настройку выпускного механизма необходимо организовывать таким образом, чтобы при открытом затворе зерно в шахте с шахматным расположением коробов перемещалось по высоте на расстояние одного, трех, пяти рядов коробов (чтобы наиболее горячее зерно попадало на отводящий ряд коробов).

Неравномерность нагрева и сушки зерна в значительной степени устраняется применением диагонального расположения подводящих и отводящих коробов (в одном ряду через один).

Для устранения неравномерности распределения агента сушки по коробам рационально установить подводящие диффузоры по всей высоте напорно-распределительной камеры сушильной зоны.

Для уменьшения самосортирования зерновой массы, вследствие которого создаются
неблагоприятные условия для движения по сечению шахты, его в надсушильный бункер необходимо загружать 3-4 самотечными трубами, а зерновую массу предварительно очищать от грубых примесей в зерноочистительных машинах.

К мероприятиям по экономии топлива и электроэнергии следует в первую очередь отнести следующее:

• обеспечение полного сгорания топлива;
• уменьшить потери тепла в окружающую среду - для этого все теплотрассы должны быть теплоизолированы;
• воздух, направляемый для горения топлива, предварительно нагреть;
• контролировать температуру и относительную влажность отработавшего агента сушки, она не должна превышать среднюю температуру нагрева зерна более чем на 5°С с относительной влажностью не менее 60%;
• обеспечить бесперебойную работу зерносушилки, что позволит избежать непредвиденных потерь на повторный нагрев зерносушилки, топки, зерна;
• не допускать без надобности двукратную и более сушку зерна, так как это вызывает лишний расход топлива на повторный нагрев зерна, ведет к значительным затратам труда и электроэнергии;
• не допускать пересушивания зерна;
• использовать рециркуляционный способ сушки;
• следить за исправным состоянием зерносушилки и всего оборудования.

Одним из мероприятий послеуборочной обработки зерна является активное вентилирование. Материалы по активному вентилированию зерна выделены в отдельный раздел (см. раздел 3).

СУШКА ЗЕРНА

У. В. ХАКИЛЛ

I. ВВЕДЕНИЕ

Содержание влаги в зерне влияет на проведение таких операций, как уборка зерна , его хранение, использование для кормовых целей, проращивание, помол различных типов. Для многих процессов существует оптимальная, или критическая, влажность зерна , выше или ниже которой результаты получаются неудовлетворительные. Во время развития зерно содержит много влаги. По мере созревания количество воды в зерне снижается. Уменьшается содержание влаги и в процессе хранения до тех пор, пока зерно не станет «сухим». Но зерно, считающееся сухим, содержит удивительно много влаги (на каждые 100 кг «сухой» пшеницы приходится 7-15 кг воды).

В большинстве случаев нежелательно удалять из зерна всю влагу, даже если это было бы нетрудно сделать. По-видимому, самый важный фактор, связанный с влажностью зерна , заключается в том, что для роста плесневых грибов, дрожжей и других микроорганизмов требуется влага (см. гл. 3 и 4). Они не получают необходимой им влаги, если зерно не содержит относительно большого количества воды. Минимальное содержание влаги в зерне, выше которой микроорганизмы могут вызвать его порчу, составляет приблизительно 10-15%. Точный предел влажности зависит от вида зерна , температуры, вида микроорганизмов и продолжительности их воздействия.

Последующее рассмотрение сушки зерна разделено на три раздела: общие положения, теоретические и практические аспекты. Изложение теоретических вопросов придает главе технический характер, и, возможно, некоторые читатели не пожелают углубляться в детали. По этой причине автор пытался изложить материал так, чтобы каждый раздел можно было читать даже без предварительного ознакомления с предыдущим разделом.

II. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Сушка зерна не отличается от сушки воздухом других твердых материалов. Однако многие другие материалы, например свежие фрукты и овощи, содержат значительно больше воды. При нормальном содержании влаги в зерне скорость его сушки в большей степени лимитируется сопротивлением потоку влаги внутри зерна , чем сопротивлением потоку паров с его поверхности. В процессе сушки зерна происходит удаление ограниченного количества влаги. Практически сушке подвергают зерно с начальной влажностью не выше 35% и не ниже 10% (на сырое вещество). В дальнейшем речь идет именно о таком диапазоне влажности.

А, Способы выражения влажности

Количество воды в зерне обычно выражают в процентах его массы. Но при этом возможны два значения. Например, если говорят, что влажность зерна 25%, значит, 100 кг зерна содержат 25 кг воды. Эта верно, если влажность выражена в процентах по отношению к общей массе (к массе сырого вещества). Но вполне обоснованно можно предположить, что влажность 25% относится к массе сухого вещества В этом случае 100 кг зерна содержат 20 кг воды и 80 кг сухого вещества, поскольку 20 составляет 25% от 80. Таким образом, необходимо указывать, на массу какого вещества рассчитана влажность, В одних случаях удобнее вести расчет на сырое вещество, в других - на сухое. В США принято, особенно для коммерческих целей, выражать влажность зерна в процентах по отношению к общей массе, т. е. к массе сы роге вещества. В федеральных стандартах на зерно принят именно этот способ выражения влажности.

Б. Равновесная влажность зерна

Зерно гигроскопично и содержит значительное количество воды даже после продолжительного хранения в атмосфере относительно сухого воздуха. По мере увеличения относительной влажности воздуха зерно поглощает влагу Насыпанное тонким слоем зерно при колебаниях влажности воздуха то поглощает, то отдает влагу; при этом проявляется тенденция к установлению равновесия влажности между зерном и воздухом, На рисунке "08 показаны типичные колебания влажности защищенных от дождя обмолоченной кукурузы и кукурузы в початках в зависимости от изменения атмосферной влажности.

Относительная влажность воздуха в отдельные дни снижалась к вечеру и была высокой рано утром В часы низкой влажности воздуха зерно подсыхало, а по мере повышения влажности воздуха увеличивалась и влажность зерна . Наиболее высокая влажность зерна характерна для полудня, а наиболее низкая наблюдается незадолго до полуночи. Кривая влажности зерна приблизительно повторяет кривую относительной влажности воздуха, но с отставанием на несколько часов. Кривая для обмолоченной кукурузы точнее отражает изменения влажности воздуха, чем кривая для кукурузы в початках.

Эксперименты показали, что для каждого вида зерна существует свяоЬ между его влажностью и относительной втажностью воздуха, т.е. между ними устанавливается состояние равновесия. Другими словами, для данного содержания воды в зерне существует равновесная относительная влажность ьоздуха, при которой зерно не отдает и не поглощает влагу. Влажность зерна , находящегося в равновесии с данной относительной влажностью воздуха, обычно называют равновесной влажностью. При данной относительной влажности воздуха равновесная влажность несколько изменяется по мере колебания температуры. Равновес на я влажность зерна некоторых культур при разной относительной влажности воздуха и температуре 25° приведена в таблице 53. При более высоких температурах влажность зерна , соответствующая данной относительной влажности, будет ниже указанной в таблице.

Таблица 53. Равновесная влажность верна а семян различных культур при разной относительной влажности воздуха и комнатной температуре (около 25°), %

Культура	Влажность зерна (на сырое вещество) при относительной влажности воздуха, %							Литературный источник
Гречиха
Кукуруза желтая зубовидная
обмолоченная
Кукуруза белая зубовидная
обмолоченная
Кукуруза обмолоченная ло
пающаяся
Лен (семена)
Овес
Рис (шлифованный)
Рожь
Сорго
Соя (семена)
Пшеница белая
Пшеница дурум
Пшеница мягкая красная ози
Пшеница твердозерная крас
ная озимая
Пшеница твердозерная крас
ная яровая

* Влажность определяли в водяном шкафу.

** Влажность определяли официальным воздушно-тепловым методом. *"* Влажность определяли вакуумио-тепловым методом. Приведенные данные интерполированы «з опубликованных графиков.

В. Сушка зерна

Влага в зерне и воздухе находится в равновесии, когда давление паров в зерне равно давлению паров воды в воздухе. В таком состоянии поток влаги к зерну или из зерна равен нулю и его влажность постоянна. Если влажность зерна выше равновесной, то вода уходит из зерна , и оно подсыхает. Скорость испарения воды из зерна зависит от разницы между влажностью зерна и влажностью окружающего воздуха, температуры, вида, формы и размера зерен.

В результате различных экспериментальных работ установлена скорость сушки зерна и семян разных культур воздухом постоянной температуры и постоянной относительной влажности. Типичная кривая сушки (рис. 109) получена для образца овса, рассыпанного слоем толщиной в одно зерно и подвергнутого воздействию воздуха с температурой 54,2° и относительной влажностью 30,3%. Зерно периодически взвешивали и влажность рассчитывали на сухое вещество. Для всех опытов по скорости сушки характерно вначале быстрое снижение влажности, а затем все более и более медленное. К концу опыта, когда влажность зерна становится почти равновесной, понижение ее настолько замедляется, что его трудно установить по уменьшению массы зерна .

Сказанное характерно для любого зерна , подвергаемого воздействию атмосферного воздуха постоянной температуры и влажности. В общем, скорость сушки больше, если высокая начальная влажность

зерна или температура воздуха или если низкая относительная влажность воздуха. Увеличение скорости движения воздуха, если она очень мала, также ускоряет сушку. При других условиях изменение скорости дает незначительный эффект. Совместное действие перечисленных переменных обусловливает сушку примерно так, как в опыте с овсом (рис. 1С9) Однако сила воздействия каждой переменной еще недостаточно изучена для правильного предсказания точной скорости сушки при заданных условиях.

Из рисунка 109 видно, что скорость сушки снижается по мере уменьшения влажности зерна . На основании данных опыта можно провесить, пропорциональна ли скорость сушки в каждый момент количеству подлежащей удалению в чаги, Простейший способ проверки заключается в построении графика по данным опыта в полулогарифмических координатах. Если на графике получается прямая линия, то скорость сушки в любой момент пропорциональна количеству подлежащей уда лению влаги. Связь между влажностью и временем сушки можьо выразить простой формулой.

График (рис. 110) представляет собой кривую, вычерченную по данным рисунка 109 Время в часах откладывают, как и на рисунке 109, но равновесную влажность сначала вычитают из наблюдаемой влаж ности, а логарифм процентного содержания подлежащей удалению влаги откладывают по оси ординат Влажность выражают в процентах сухого вещества. Для этой цели выражать влажность в ироцеьтах сырого вещества нельзя

Полученная полулогарифмическая кривая не яьляется прямой линией. Если бы она была прямой, то зависимость между влажностью и временем выражалась бы формулой:

м-м Е = те~~ к \ О)

где М - влажность в любой момент; М Е - равновесная влажность; ДМ - первоначальная влажность (М 0) минус М Е (все виды влажности выражэны в процентах сухого вещества); е- основание натуральных логарифмов; К - постоянная, выражающая наклон вычерченной линии, / - время в часах.

При некоторых условиях скорости сушки таковы, что на графике получается почти прямая линия Уклон линии К может быть использован для характер] стики скорости данного вида зерна при конкретных условиях. Шервуд рассматривал зависимость между влажностью и временем сушки твердых материалов е целом и предложил модифицировать приведенное выше уравнение для некоторых случаев сушки. Ньюмен приводит другие модификации, которые могут быть применены к материалам, содержащим частицы различной формы.

Если при изменении температуры или вследствие проведения нового опыта получают иные значения К или же установленные значения К имеют определенную зависимость от температуры, то в формулу сушки может быть включен и показатель воздействия температуры. При учете влияния первоначальной влажности зерна , относительной влажности и скорости воздуха можно написать полную формулу для прогнозирования скорости сушки образцов зерна , полностью подвергающихся воздействию воздуха. Несмотря на то, что формула (1) характеризует скорость сушки лишь приблизительно, а при некоторых условиях и недостаточно верно, других алгебраических выражений для общего применения не найдено.

Холман и Пейдж проанализировали результаты своих исследований, использовав формулу:

М - М Е = АМе-^ п. (2)

При ограниченном числе рассмотренных ими данных все же можно найти значения Кг и п, при которых кривая сушки была бы характерна для всех наблюдавшихся случаев. В каждом случае п меньше единицы и колеблется в описанных опытах примерно от 0,55 до 0,85.

Скорость сушки увеличивается по мере повышения температуры. Изменение скорости сушки К в зависимости от относительной влажности воздуха может быть выражено также функцией температур мокрого и сухого термометров. Для приблизительного учета влияния изменения относительной влажности на К Хакилл предложил считать, что при данном показании мокрого термометра величина К пропорциональна разнице между показаниями сухого термометра и температурой, при которой влажность зерна находится в равновесии с влажностью воздуха при данной температуре мокрого термометра. Для очень сырого зерна с относительной влажностью 100% величина К пропорциональна разнице между показаниями сухого и мокрого термометров (для более сухого зерна разница меньше).

Г. Сушка зерна в неподвижном слое

Выше рассматривалась скорость сушки образцов зерна , полностью подверженных воздействию воздуха, т. е. каждая зерновка находилась в непрерывном контакте с воздухом заданной температуры и относительной влажности. Практически зерно сушат при иных условиях. На практике воздух с постоянной начальной температурой и относительной влажностью проходит через зерно или поверх него и уносит часть влаги. Затем он движется через зерно, но его температура и влажность уже иные, поэтому только первые зерна высыхают с максимальной скоростью. Скорость сушки остальной массы зерна зависит не только от характера зерна и начальных параметров воздуха, но также от количества зерна и объема циркулирующего воздуха.

Скорость изменения температуры и относительной влажности воздуха при прохождении его через массу зерна зависит от скорости испарения влаги из зерна . Таким образом, все происходящие в силосе изменения - уменьшение влажности зерна , возрастание влажности воздуха, снижение температуры воздуха - определяются скоростью, с которой влага испаряется из каждого зерна , индивидуального элемента, подвергшегося сушке. Чтобы предвидеть ход сушки при разных условиях, необходимо знать, как влияют влажность зерна , его свойства, температура и влажность воздуха, а также скорость его движения на скорость сушки при условии непрерывного контакта каждого зерна с воздухом.

К сожалению, еще нет общей формулы точного расчета скорости сушки, в которой (формуле) учитывали бы влияние каждого из перечисленных выше факторов. Из обсуждения приведенных эмпирических формул, предложенных различными исследователями, следует, что имеются только приближенные методы. Пока не будут разработаны достаточно точные методы определения скорости сушки в условиях непрерывного контакта каждого зерна с воздухом, возможны лишь приблизительные расчеты для выявления характера процесса сушки в любой сыпучей массе.

Хакилл описал способ расчета скорости сушки зерна в неподвижном слое, основываясь на приближении к подлинной скорости сушки в условиях непрерывного контакта каждого зерна с воздухом. Расчетные скорости сушки зерна в массе позволяют прогнозировать истинные скорости приблизительно, что, однако, достаточно для практических целей. На рисунке 111 показана приблизительная влажность зерна слоев, расположенных в силосе друг над другом. Зерно имело одинаковую первоначальную влажность. Через него непрерывно продували в одном направлении постоянное количество воздуха, имевшего постоянную начальную температуру и относительную влажность.

При использовании рисунка 111 для определения влажности зерна в любой точке силоса после известного периода продувания воздуха необходимо выразить влажность зерна , высоту слоя зерна до точки и продолжительность работы сушилки в соответствующих единицах. Тогда по графику можно установить искомую влажность. Способ выражения указанных величин в соответствующих единицах будет описан после рассмотрения процессов, происходящих при сушке зерна в неподвижном слое.

Д. Удельная теплоемкость и теплота парообразования

Литературные данные о теплоте парообразования воды в различном зерне и об удельной теплоемкости зерна далеко не полные. Келли приводит удельную теплоемкость пшеницы при некоторых значениях влажности и температуры. Там, где не требуется точность, для зерна может быть применена формула Зибеля . Согласно формуле, удельная теплоемкость воды в зерне равна 1,0, а сухого вещества- 0,2, и между показателями нет взаимодействия. Формула Зибеля имеет вид:

5 = 0,2 + 0,008 (3)

где 5 - удельная теплоемкость материала, БТЕ/фунт-°Ф (британские тепловые единицы, английский фунт, градусы Фаренгейта), а М ю - влажность в процентах на сырое вещество.

Теплота парообразования содержащейся в зерне воды больше, чем свободной воды при той же температуре. Можно предполагать, что разница равна теплоте смачивания, но экспериментальные данные по теплоте смачивания также ограничены. Скрытая теплота наибольшая при низкой влажности и почти такая же, как и для свободной воды при высокой влажности.

Уинклер и Геддес измеряли теплоту гидратации муки и крахмала. Их результаты выражены в тепловых единицах на единицу массы сухого материала и ье могут быть непосредственно переведены в британские тепловые единицы на фунт абсорбированной воды (кал на 1 кг) при каждом уровне влажности; пересчет потребовал бы анализа степени изменения теплоты гидратации. Однако их данные включают суммарную теплоту гидратации материала различной первоначальной влажности, увлажняемого избытком воды. Результаты показывают, что количество.высвобождаемого тепла при добавлении воды к муке и крахмалу с очень низкой влажностью (1,7%) составляет примерно 200 кал/г. Из результатов следует также, что при влажности материала выше 16% добавление воды ведет к освобождению значительно меньшего количестза тепла (20 кал/г, что равно 360 БТЕ/фунт).

Если предположим, что теплота гидратации - это разница между теплотой парообразования в муке и теплотой парообразования свободной воды, то можно заключить, что количество тепла, необходимое для сушки муки (или зерна ), должно равняться теплоте парообразования свободной водь (приблизительно 1000 БТЕ/фунт) плюс 360 E TE"фунт. Сказанное справедливо для случая удаления воды при крайне низкой влажности. Для сушки при ьлзжности 10- 20% теплота парообразо вания значительно меньше, Из-за отсутствия точных данных Хакилл принял, что теплота парообразования равна 1120 БТЕ/фунт

Шренк и др измеряли теплоту гидратации крахмала и установили более высокое значение, чем данные Уинклера и Геддеса, хотя показатели не вполне сравнимы. Теплота гидратации различных видов крахмала, согласно Шренку и др., равнялась 23-30 кал/г, а по данным Уинклера и Геддеса - 20 кал/г. Все опыты проводились с совершенно сухим крахмалом, поэтому нельзя установить теплоту гидратации для различных значений влажности.

Теплота парообразования может быть подсчитана по давлению во дяных паров в зерне с помощью следующего уравнения, близкого к уравнению Клаузиуса - Клапейрона:

где Hj g -теплота парообразования, футофунт/фунт; Vj g - количестве пара, фут 3 /фунт, Т - абсолютная температура, °Р; Р - давление пара, фунт/фут 2 . К сожалению, точных данных о давлении водяного пара в зерне нет.

Е, Общие замечания

Предыдущее обсуждение дает общую картину современного состояния основных исследований по сушке зерна . Все важные факторы, влияющие на скорость сушки, известны. Но пока нет достаточного количества экспериментальных данных для точного формулирования математических законов сушки зерна . Ключевая проблема, очевидно, относится к простейшему случаю, при котором каждое зерно полностью подвергается воздействию воздуха при постоянной температуре и влажности. До vex пор пока эта проблема не будет разрешена, т. е. пока не будет выведено уравнение с учетом всех переменных, сушка зерна в неподвижном слое будет оставаться, по существу, эмпирической операцией. Пообелы в наших знаниях становятся особенно заметными в следующем разделе, где рассмотрены некоторые основные понятия сушю зерна в неподвижном слое и дан математический анализ процесса.

Е31. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

В этом разделе рассматривается связь между различными факторами при сушке зерна в неподвижном слое. Математическая обработка данных позволяет интерпретировать различные процессы сушки и установить общий характер изменений влажности в любой зерновой массе, хотя уравнения выведены для простых процессов периодической сушки. Тепловой баланс, выражаемый при помощи дифференциального уравнения, применим к любому адиабатическому процессу сушки зерна в неподвижном слое (периодическая сушка, непрерывная сушка с противотоком, изменение направления движения воздуха и т. д.) и является существенной частью любого инженерного расчета сушки в неподвижном слое. Этот раздел изложен независимо от других разделов главы, поэтому неизбежны некоторые повторения.

А. Значение температуры мокрого термометра

Рассмотрим партию влажного зерна однородной исходной влажности в силосе с вертикальными стенками. Воздух для сушки подается в зерно через перфорированный пол, движется с постоянной скоростью снизу вверх и выходит через поверхность зерна наружу. Предполагается, что температура и влажность поступающего в зерно воздуха постоянны. По мере продвижения воздуха вверх его влажность увеличивается в результате испарения влаги из зерна . Возрастание влажности воздуха сопровождается снижением его температуры. Увеличение влажности и снижение температуры происходят одновременно. Так как оба процесса почти пропорциональны количеству тепла, используемого на испарение воды, то общее количество тепла воздуха остается практически неизменным.

Температура мокрого термометра почти точно отражает общее количество тепла воздуха, поэтому она почти постоянна по мере прохождения воздуха через зерно. Практически, ее можно считать постоянной. Следовательно, изменение состояния воздуха по мере его прохождения через зерно соответствует кривой температуры мокрого термометра на психрометрической диаграмме. Снижение температуры воздуха зависит от скорости испарения влаги из зерна .

Б. Тепловой баланс

Количество тепла, расходуемого на испарение влаги из отдельного зерна , должно быть равно количеству тепла, поступающего к этому зерну в результате падения температуры воздуха, плюс количество тепла, подводимое в результате изменения температуры зерна , плюс тепло за счет теплопроводности или излучения от окружающего зерна или стенок силоса. Практически тепло, получаемое или отдаваемое через стенки силоса, незначительно и им можно пренебречь. При дальнейшем изложении материала оно не учитывается. Следовательно, рассматривается баланс тепла между теплотой парообразования, энтальпией воздуха (чувствительным теплом воздуха) и теплосодержанием зерна (чувствительным теплом зерна ).

Для дальнейшего упрощения предположим, что рассматривается случай, когда теплосодержание зерна незначительно, хотя при некоторых условиях этот фактор может оказывать значительное влияние на скорость сушки. В последнем случае требуется поправка для установления влияния начальной температуры зерна на расчетную-влажность.

В. Скорость сушки зерна при полном воздействии на него воздуха

Как уже отмечалось, точная связь между скоростью сушки зерна , полностью обдуваемого воздухом, и условиями сушки не установлена. Приближенно данную связь можно выразить уравнением:

м-м Е = те~ Кі . (і)

Это уравнение применяют в сочетании с уравнением теплового баланса и строят основной график влажности при сушке (см. рис. 111). При этом необходимо знать связь К с температурой, относительной влажностью и скоростью воздуха. Опыты показали, что в большинстве случаев скорость движения воздуха, обдувающего каждое зерно, оказывает очень небольшое влияние на скорость сушки. Это утверждение, однако, не относится к действию переменного расхода воздуха при сушке в неподвижном слое. В рассматриваемом случае принято, что изменение скорости движения воздуха при полном его воздействии на зерно влияет на скорость сушки незначительно. Когда будет достаточно экспериментальных данных по влиянию скорости воздуха на скорость сушки зерна , это влияние можно будет учесть при более полном анализе процесса сушки.

Г. Изменение температуры воздуха при сушке зерна в неподвижном слое

Влияние изменения температуры и влажности воздуха на скорость сушки полностью обдуваемого зерна вкратце рассматривалось выше. Отмечалось, что при сушке зерна в неподвижном слое обе переменные изменяются одновременно таким образом, что температура мокрого термометра остается почти постоянной. Так как влажность воздуха зависит от температуры сухого термометра в данном процессе сушки, то следует рассмотреть только изменения температуры воздуха. В самом начале сушки воздух в сушильном силосе движется через зерно вверх, и скорость сушки, а следовательно, и скорость понижения температуры воздуха уменьшаются по мере подъема воздуха. Температура воздуха снижается по мере его подъема к верхней части силоса все медленнее, приближаясь к равновесной температуре, ниже которой она уже не падает. Это предельная температура (T G), при которой (постоянная температура мокрого термометра) относительная влажность воздуха находится в равновесии с влажностью зерна . Чтобы на психометрической диаграмме найти T G , сперва находят точку, представляющую начальное состояние воздуха, т. е. начальную температуру сухого термометра (Т 0) и температуру мокрого термометра {T w). От этой точки по линии постоянной температуры мокрого термометра следует двигаться до точки относительной влажности, равновесной начальной влажности зерна . В последней точке температура сухого термометра означает T G . Для очень сырого зерна Tg = T w , а для сухого зерна T G больше T w .

Скорость, с которой Т приближается к I q , когда все зерно имеет одинаковую влажность, зависит от скорости удаления влаги из зерна . Как уже говорилось, точная связь не установлена, но можно использовать приближенное выражение:

Т-Т с = ЛТе~ Сх , (10)

К. Термический коэффициент полезного действия

Если при сушке зерна применяется искусственный подогрев, важно знать полезную отдачу тепла. В большинстве процессов сушки зерна тепло для испарения влаги поступает с воздухом, который подогревают и пропускают через зерно. Обычно только часть тепла воздуха используется для сушки. Тепло, доставляемое воздухом, равно количеству воздуха, умноженному на его теплоемкость и на повышение температуры. Тепло, расходуемое на сушку, - это тепло, которое воздух отдает при движении через зерно. Его можно определить как количество воздуха, умноженное на его теплоемкость и падение температуры. Термический коэффициент полезного действия, если пренебречь потерями на

излучение, может быть вычислен как отношение падения температуры воздуха во время его прохождения через зерно к повышению температуры воздуха при нагревании его перед пропуском через зерно:

Воздух, достигающий слоя, которому соответствует кривая 1, еще имеет тепло для удаления влаги. В последующих слоях его способность удалять влагу снижается. Проходя слой, соответствующий, например, кривой 5, воздух уже почти насыщен влагой и очень слабо сушит, если процесс сушки непродолжителен. После периода времени, выраженного на графике двумя или тремя единицами, влажность зерна слоя, соответствующего кривой 5, снижается быстрее, потому что находящееся ниже зерно имеет невысокую влажность и воздух в нем меньше насыщается влагой.

Если в силосе имеется только Б килограммов зерна (фактор глубины равен единице), то воздух уходит из зерна почти ненасыщенным. Он имеет значительную способность сушить зерно. В этом случае термический коэффициент "полезного действия низок, так как воздух уходит из силоса не полностью увлажненным. Если же зерна в силосе много, способность воздуха высушивать зерно используется в большей степени. В общем, можно сказать, что чем больше зерна в силосе, тем выше термический коэффициент полезного действия, но за пределами фактора глубины, характеризующегося кривой 4 или 5, он возрастает очень медленно.

Л. Фронт еушки

Если в силосе находится зерно в количестве, соответствующем одной единице глубины, то в конце сушки нет большой разницы между влажностью зерна нижнего и верхнего слоев. Если же в силосе много зерна (пять единиц глубины), влажность зерна верхнего слоя мало изменяется, в то время как нижний слой оказывается почти сухим. При большой высоте слоя зерна (более пяти единиц глубины) четко проявляется зона сушки, перемещающаяся снизу вверх до тех пор, пока все зерно в силосе не будет высушено.

Выше зоны сушки зерно имеет исходную влажность. В пределах зоны, т. е. в пределах очень тонкого слоя, влажность зерна колеблется от начальной до конечной, равной, например, 14%. Постепенно влажносто 14% тонкого слоя зерна перемещается вверх. Гакое перемещение влажности известно как фронт сушки. В силосе с равномерной высотой слоя зерна и равномерной подачей воздуха в вертикальном направлении фронт сушки представляет собой горизонтальную плоскость, перемешающуюся вертикально вверх. Влияние нелинейного потока на фронт сушки рассматривается ниже

М. Движение воздуха через слой зерна

Для того чтобы преодолеть сопротивление потоку воздуха через зерно, требуется давление, которое зависит от вида зерна , подачи воздуха и пути воздушного потока через слой зерна .

На рисунке 112 показаны кривые Шедда , выражающие связь между подачей воздуха (фут 3 /фут 2) и падением давления (дюймы водяного столба на фут высоты слоя) для зерна и семян различных культур. Связь носит линейный характер.

Н. Фронт сушки в нелинейном воздушном потоке

При сушке зерна воздушный поток часто распределяется неравномерно по сечению силоса. Это объясняется неравномерной высотой слоя зерна или неравномерной подачей воздуха в зерновую массу, например, через воздуховоды, расположенные на некотором расстоянии друг от друга.

Неравномерный воздушный поток нарушает фронт сушки. Ха-килл и Шедд предложили способ использования данных рисунка 112 для определения формы фронта сушки, если поток непрямолинеен, а градиенты давления в зерне известны. Этот способ подробно не описывается, но приводится расчет времени перемещения частицы воздуха в зерне по заданной траектории. Все точки фронта сушки имеют одинаковое время перемещения. Сушка считается законченной в момент, когда наиболее запаздывающая во времени часть фронта сушки достигает поверхности зерна .

На рисунке 113 показаны типичные нелинейные воздушные потоки в зерне. Два силоса имели прозрачные боковые стенки, так что можно было видеть перемещение плотного дыма, который подавали в различных точках.

Воздух отсасывали из верхнего силоса через отверстие в нижнем правом углу, а из нижнего силоса через отверстия, расположенные в днище. При криволинейной траектории воздух перемещается дальше, потому что его путь длиннее. Если бы можно было отметить на каждой линии воздушного потока точки, соответствующие его движению в зерне, скажем, в течение 1 с, а затем соединить эти точки, то полученная линия показала бы положение фронта сушки. Каждое последующее положение фронта сушки - это совокупность точек, имеющих одинаковое время перемещения.

Форма фронта сушки при нелинейном воздушном питоке также была показана в модельном сушильном силосе с прозрачной стенкой (рис. 114). Для того, чтобы цвет зерна в ходе сушки изменялся, его предварительно обрабатывали. Воздух подавали по двум воздуховодам у днища. Оба фронта имели светло-серый цвет и двигались вверх вплоть до поверхности зерна не смыкаясь. Сушка всего зерна в силосе заканчивалась, когда самый нижний участок фронта достигал поверхности зерна .

о. Общие пояснення

В разделе показано, как может быть выведена математическая формула для прогнозирования приблизительной влажности на любом уровне в силосе при сушке зерна в неподвижном слое и заданных условиях. Чтобы получить точную формулу, необходимую для расчетов характеристик производственных зерносушилок, потребуется большая дополнительная информация по разным видам зевна. Прежде всего нужны сведения о следующих факторах: 1) теплота парообразование для зерна различной влажности; 2) равновесное состояние между влажностью зерна и относительной влажностью воздуха; 3) скорость сушки полностью обдуваемого зерна различной влажности в зависимости от температуры, влажности и скорости дгижения воздуха.

IV. ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

В производстве применяются разные способы сушки зерна . Выбор типа сушилки определяется прежде всего ее производительностью, стоимостью, безопасностью при работе, надежностью контроля температуры, стабильностью производительности и наличием соответствующего транспортного оборудования. Легкость очистки также играет важную роль, особенно при сушке разных партий семенного зерна . В процессе сушки возможно ухудшение качества зерна вследствие потери всхожести, подгорания, закала, усложняющего размол, снижения хлебопекарных свойств муки, растрескивания, особенно риса (появление битых зерен), снижения вкусовых качеств или питательной ценности зерна , предназначенного на корм. Возможно плесневение зерна , если сушка продолжается слишком долго.

А. Периодическая и ступенчатая сушка

При периодической сушке, т. е. при полной сушке одной партии зерна , термический коэффициент полезного действия может быть высоким, но зерно должно быть засыпано слоем в несколько единиц высоты. Однако относительно равномерная конечная влажность зерна достигается только в том случае, если высота (глубина) слоя мала или сушка продолжается почти до равновесной влажности. Обычно невыгодно и нежелательно сушить зерно очень низкой влажности. При периодической сушке зерна следует выбирать среднее между экономией топлива и равномерностью влажности в конце сушки.

Ступенчатая сушка - это модифицированная периодическая сушка, при которой может быть достигнута значительная равномерность конечной влажности зерна без снижения экономических показателей. При ступенчатой сушке воздух проходит последовательно через два или большее число силосов. В первом силосе зерно высушивается до желаемой влажности, во втором подсушивается лишь частично за счет воздуха из первого силоса. Затем с помощью нагретого воздуха из калорифера заканчивают сушку во втором силосе, а отработанный воздух направляют в третий силос. Тем временем первый силос опорожняют и заполняют вновь.

При ступенчатой сушке исключается чрезмерное пересушивание зерна , хотя тепло воздуха используется почти полностью. Если количество зерна в каждом силосе соответствует двум или трем единицам высоты (глубины) слоя, то достигается равномерная влажность при невысоких затратах топлива. Гибридные семена кукурузы в початках часто сушат в два или три этапа.

Б. Отпотевание зерна в процессе периодической сушки

При использовании подогретого воздуха верхние слои зерна часто увлажняются на ранней стадии сушки. Это явление иногда называют отпотеванием. Оно происходит, если зерно холоднее, чем выходящий из него воздух, или если тепло с поверхности теряется на излучение. Отпотевание обычно наблюдается при высоте слоя зерна выше четырех или пяти единиц. Влияние временного увлажнения на экономию топлива незначительно, потому что конденсируемая на зерне влага передает тепло парообразования зерну. Однако отпотевание может привести к плесне-вению зерна при высокой влажности и температуре зерна в течение продолжительного времени. Если применяется подогретый воздух, важно обеспечить достаточную подачу воздуха, чтобы все слои зерна своевременно полностью высыхали.

В. Непрерывная сушка

Сушилки непрерывного действия используют для сушки обмолоченной кукурузы и зерна пшеницы, ржи, ячменя, овса. Зерно может перемещаться под действием силы тяжести при регулировании потока механическими средствами. Воздух проходит через зерно по мере его движения вниз. Сушилки непрерывного действия мало чем отличаются от сушилок периодического действия по скорости сушки последовательных слоев зерна . Например, если воздух проходит в горизонтальном направлении через падающее неперемешиваемое зерно, то сушка протекает так же, как и в сушилке периодического действия; расход топлива и равномерность сушки при этом примерно одинаковы. Если воздух последовательно проходит сначала через нижнее, а затем через верхнее сечение столба падающего зерна , процесс сушки почти не отличается от сушки в двухступенчатой сушилке периодического действия.

При тщательном перемешивании зерна в одноступенчатой сушилке непрерывного действия достигается равномерность высушенного зерна по влажности, но термический коэффициент полезного действия оказывается невысоким. Для повышения коэффицента воздух должен находиться в контакте с сырым зерном длительное время, чтобы его температура снизилась почти до уровня (Г с), при котором относительная влажность воздуха находится в равновесии с влажностью зерна .

Сушилки обычно устанавливают на зерноперерабатывающих предприятиях или элеваторах и, как правило, они работают на газе или на жидком топливе. В большинстве сушилок продукты сгорания смешивают с воздухом, используемым для сушки. Таким образом, исключается необходимость установки дорогостоящих теплообменников и потери тепла с отходящими газами. При полном сгорании дымовые газы не оказывают вредного действия на зерно. В процессе горения образуется некоторое количество воды. Например, из 1 кг жидкого топлива образуется около 1 кг воды, а при использовании пропана или бутана даже больше. Но эта дополнительная влага оказывает незначительное влияние.

Сушилки для пшеницы, обмолоченной кукурузы и овса обычно конструируют так, чтобы они могли работать на воздухе, подогретом примерно до 93° С. Чем выше температура, тем больше воды извлекается из зерна за час. Максимальный теоретический коэффициент полезного действия сушилки также обычно выше при высоких температурах.

Зерносушилки применяются уже многие годы на терминальных элеваторах США и Канады. На многих местных элеваторах, особенно в кукурузном поясе, имеется сушильное оборудование. Искусственная сушка пшеницы, овса, кукурузы и другого зерна еще недавно рассматривалась как способ предотвращения порчи партий сырого зерна . Сейчас технология меняется, широко внедряется механизация, и искусственная сушка стала необходимым элементом системы обработки зерна на фермах.

Г. Влияние сушки на зерно

Сушка может оказывать разнообразное влияние на зерно. Важную роль при этом играет вид зерна и его дальнейшее использование. Например, у кукурузы в результате сушки при высокой температуре полностью теряется всхожесть, но целиком сохраняется кормовая ценность.

Влияние сушки на мукомольное качество. В процессе сушки при высокой температуре происходит закал зерна пшеницы, что затрудняет его размол. Хлебопекарное качество пшеничной муки может ухудшиться в результате сушки зерна при температуре выше 80° С. Кукуруза, высушенная при высокой температуре, непригодна для мокрого размола. Крахмал трудно отделяется, и специалисты стараются не принимать искусственно высушенную кукурузу.

Для сушки риса при температуре 55° С характерно растрескивание зерен. Трещиноватые зерна при шлифовании разрушаются. Поэтому иногда одну и ту же партию риса пропускают через сушилку несколько раз, удаляя относительно небольшое количество влаги за каждый пропуск. Путем отлежки между отдельными пропусками трещиноватость может быть сведена к минимуму.

Влияние сушки на всхожесть. Зерно, которое должно быть использовано для посева, ячмень, предназначенный для приготовления солода, невозможно высушить при высоких температурах без снижения всхожести. В процессе сушки кукурузы и ячменя для солодоращения температура воздуха не должна превышать 43° С. Для других видов зерна температура может быть выше. Температура, выше которой снижается всхожесть, зависит от его начальной влажности, чем выше влажность, тем ниже должна быть температура. Семенную кукурузу иногда сушат в початках потому, что трудно обмолотить высоковлажную кукурузу без повреждения зерна . В некоторых случаях кукурузу в початках сушат до влажности 16-20%. Затем початки обмолачивают и окончательно сушат зерно.

Влияние сушки на питательную ценность. Кормовая ценность является сложным показателем, поэтому трудно определить с помощью анализа влияние различных режимов сушки. Углеводы, белки и витамины реагируют по-разному на температуру, а животные, например свиньи, птица и жвачные, неодинаково чувствительны к качеству упомянутых элементов. Кейбелл и др. отмечают, что белки более чувствительны к нагреву, чем углеводы. Кейбелл и др. определяли питательную ценность белков высушенной различными способами кукурузы на крысах. Эти исследователи установили, что питательная ценность белков не снижалась, когда кукурузу с влажностью около 30% сушили при температуре 115°С (существенное ухудшение происходило при температуре 138°С). В опытах с той же кукурузой не выявлено существенных потерь каротина и заметного повышения кислотности жира.

Кейбелл и др. не наблюдали снижения питательной ценности белков и повышения кислотности жира у кукурузы с влажностью 28%, которую сушили неподогретым воздухом при низких его подачах. Повышенные подачи воздуха позволяли предотвратить потери благодаря ограничению роста плесневых грибов при быстром снижении влажности. Последствия медленной сушки рассматриваются в разделе «Сушка неподогретым воздухом» (стр. 445).

Влияние сушки на товарность. Много зерна поступает на открытый рынок, и покупатель высушенного зерна не всегда знает, как оно будет использовано. Существуют официальные стандарты на реализуемое зерно, но в них почти не отражается качество зерна искусственной сушки. Например, кукуруза с изменившейся под влиянием высокой температуры окраской может быть классифицирована как поврежденная теплом. При естественной сушке изменение окраски зерна кукурузы обычно происходит в результате плесневения. Изменение внешнего вида, вызванное высокой температурой, не обязательно означает ухудшение качества зерна . Так, если при высокой температуре уничтожен зародыш, то официальный стандарт это не учитывает.

Зерно кукурузы, высушенное при высокой температуре, может иметь внутренние трещины. Если в партии имеются дробленые зерна , ее класс снижается. Наличие же одних внутренних трещин не влияет на класс зерна . Зерна с внутренними трещинами могут дробиться при последующей транспортировке и вызывать пыление.

Предельные значения температур точно не определены. Томпсон и Фостер рассматривали связь между условиями сушки и трещи-новатостью зерна . Трещиноватость при данных параметрах сушки можно снизить путем медленного охлаждения (отлежки) зерна после сушки в течение нескольких часов. Фостер описал последовательность операций сушки кукурузы, позволяющей снизить трещиноватость. Кукурузу сушили при высокой температуре, транспортировали в силос для отлежки в течение 6-10 ч, а затем охлаждали .

Д. Сушка кукурузы в початках

Созревающая рано осенью кукуруза обычно содержит при уборке слишком много влаги, поэтому нельзя проводить обмолот и сразу закладывать зерно на хранение. Если зерно кукурузы при уборке содержит приблизительно 20% влаги, то початки без оберток можно заложить в вентилируемые сапетки, где сушка продолжится благодаря ветру. К концу весны початки высохнут, так что их можно обмолотить и хранить зерно. Если вегетационный период неблагоприятен или погода во время уборки не способствует естественной сушке, требуются специальные меры, иначе кукуруза может испортиться. В связи с новой технологией ведения сельского хозяйства зависимость от естественной сушки снизилась.

Поскольку значительная часть урожая кукурузы потребляется на ферме, а также в связи с высокими транспортными расходами, особенно для кукурузы в початках, организация централизованной сушки вряд ли будет оправдана. Практически сушку кукурузы в початках за пределами фермы не проводят, за исключением гибридной семенной кукурузы.

Кукурузу в початках часто подвергают на ферме искусственной сушке в обычных сапетках с помощью подогретого или неподогретого воздуха. Воздух должен быть подведен таким способом, чтобы он равномерно проходил через всю массу кукурузы. Сушка неподогретым воздухом может продолжаться несколько недель. При сушке кукурузы в початках подогретым воздухом с температурой 16-21° С снижение влажности происходит очень медленно. Большинство сушильных установок рассчитано на работу при температуре выше температуры окружающего воздуха приблизительно на 15-26°С (т. е. 33-44°С), некоторые сушилки работают при температуре 93° С или выше.

Для того чтобы снизить влажность до требуемого для хранения уровня, необходимо испарять 7,6 л воды или даже больше из каждых 25 кг кукурузы в початках. При сушке зерно сморщивается, и насыпь может осесть на 90 см в сапетке с первоначальной высотой загрузки 4,2 м. Большая часть воды в необмолоченных, особенно свежеубранных, початках приходится на стержни. Для сушки кукурузы в початках требуется значительно больше тепла, чем для сушки обмолоченного зернй. Шмидт показал связь между количеством влаги в зерне и стержне.

Е. Сушка неподогретым воздухом

До второй мировой войны искусственная сушка зерна на фермах практически не проводилась. Неподогретый воздух используется преимущественно на фермах для сушки в силосах, в которых также хранят зерно. При нагнетании неподогретого воздуха в зерно через перфорированное днище фронт сушки перемещается вверх медленнее, чем при сушке подогретым воздухом. Важно, чтобы фронт сушки прошел через всю массу зерна прежде чем оно начнет портиться. Недостатки сушки зерна с помощью неподогретого воздуха заключаются втом, что возможна порча зерна из-за медленного удаления влаги и не всегда удается высушить зерно до требуемой влажности.

Ж, Дыхание и допустимая продолжительность сушки

Дыхание зерна , связанное с ростом плесневых грибов и других микроорганизмов, рассматривалось в главе 4. Ниже показана зависимость продолжительности сушки от погодных условий, вида зерна и начальной влажности. Зерно дышит постоянно, поглощая атмосферный кислород и выделяя наряду с другими веществами углекислый газ. Следовательно, на дыхание расходуются вещества зерна , которые необходимы также для роста плесневых грибов. Другими словами, непрерывное дыхание сопровождается ухудшением качества и потерей сухого вещества. В конечном счете зерно становится непригодным для использования При низкой же температуре и низкой влажности зерно можно хранить в течение многих лет.

При высокой влажности дыхание происходит во много раз интенсивнее, чем при низкой. Также высокие температуры в определенных пределах ускоряют дыхание, поэтому теплое сырое зерно кукурузы может испортиться в течение нескольких дней или даже часов. Допустимая степень порчи зависит в некоторой степени от использования зерна . Саул и Стил пришли к заключению, что обмолоченная в поле кукуруза и потерявшая 0,5% сухого вещества в процессе дыхания может не соответствовать требованиям класса № 2. Для такой кукурузы характерно выделение 7,35 г С0 2 на 1 кг сухого вещества. Саул и Стил установили также периоды, в течение которых при различных температурах, влажности 28% и наличии до 30% поврежденных зерен теряется 0,5% сухого вещества (рис. 115). Саул и Стил также показали, как рассчитать допустимую продолжительность сушки и при других значениях влажности.

Эти расчеты позволяют установить, с какой скоростью должен проходить фронт сушки в силосе, чтобы предотвратить порчу зерна в верхнем слое.

Саул и Стил указывают температуру самого зерна . Зерно в силосе до сушки имеет температуру, равную температуре мокрого термометра воздуха, используемого для сушки. Шмидт и Вейт составили карты ежемесячных средних значений температуры мокрого термометра в США.

На картах указаны также ежемесячные средние снижения температуры мокрого термометра, которые частично определяют быстроту перемещения фронта сушки в силосе. Карты, а также данные Саула и Стила позволяют оценить, насколько быстро надо сушить кукурузу со средним механическим повреждением в любом районе в течение года. Упомянутые авторы дают информацию по расчету подачи воздуха, необходимой для сушки зерна за данное время.

3. Механическое повреждение до сушки

Механическое повреждение кукурузы в процессе обмолота во время уборки заметно влияет на интенсивность порчи зерна и его дыхание.

Если бы кукурузу удавалось обмолотить без механического повреждения, то можно было бы сушить ее неподогре-тым воздухом при низких удельных подачах.

Для неповрежденного зерна допустима отсрочка в сушке, в 2-3 раза более продолжительная, чем для зерна , обмолоченного в поле.

И. Конечная влажность

Конечная влажность зерна после сушки неподогретым воздухом в значительной степени зависит от его влажности. Если после прохождения фронта сушки через силос влажность зерна слишком высока, последующую сушку можно проводить в периоды низкой влажности воздуха.

Кукуруза, высушенная, например, до влажности 15%, непригодна для длительного хранения, но удовлетворяет требованиям при продаже по классу № 2. Продолжительность хранения при указанной влажности без снижения класса зависит от того, сколько сухого вещества уже потеряно в пределах допустимых 0,5%. Поэтому приемлемая влажность зерна зависит от его использования и продолжительности хранения до реализации.

Уважаемые пользователи! Не забывайте, пожалуйста, при копировании любых материалов данного сайта сайт оставлять активную гиперссылку на копируемые материалы этого сайта.

К. Общие замечания

При любом способе сушки зерна после его уборки, будь то сушка зерна , рассыпанного тонким слоем на солнце или на ветру, или сушка в специальных устройствах с принудительной вентиляцией, удаление влаги происходит благодаря тому, что каждое зерно обдувается воздухом.

Время, необходимое для значительного снижения влажности, является серьезным фактором сушки зерна на фермах. Выбор способа сушки- обычного или полностью механизированного - зависит от того, сколько человеко-часов может быть уделено этой работе, какой тип механического транспортирующего оборудования имеется и как процесс сушки увязывается с другими работами на ферме. После второй мировой войны механизированная сушка зерна на фермах находит все более широкое применение. Механизированная сушка, прежде всего кукурузы, позволяет предотвратить порчу вследствие неблагоприятных погодных или климатических условий.

литература

1. С a bell С. A., R. Е. Davis, R. A. S a u 1. 1958. Relation of drying air temperature, time, and air flow rate to the nutritive value of field-shelled corn. A technical progress report. ARS 44-41. Agr. Res. Service, U. S. Dep. Agr.

2. С о 1 e m a n d. A., H. C. Fellows. 1925. Hygroscopic moisture of cereal grains and flaxseed exposed to atmospheres of different relative humidities. Cereal Chem., 2, 275-287.

3. С о 1 e m a n D. А., В. E. R о t h g e b, H. C. F e 11 о w s. 1928. Respiration of sorghum grains. U. S. Dep. Agr. Tech. Bull. 100.

4. Foster G. H. 1964. Dryeration - A corn drying process, progress report. Agr. Marketing Serv., U. S. Dep. Agr., AMS 532.

5. H о 1 m a n L. E. 1948. Basic drying rates of different grains. Pres. at A. S. A. E. Annual Meeting.

6. Hukill W. V. 1947 Basic principles in drying corn and grain sorghum. Agr. Eng. (St. Joseph, Mich.), 28, 335-338.

7. Hukill W. V., С. K- Shedd. 1955. Non-linear air flow in grain drying. Agr. Eng. (St. Joseph, Mich.) 36. 462-466.

8. IvesN. C, W. V. H и k i 11, R. A. S а и 1. 1959. Grain ventilation and drying patterns. Trans. Amer. Soc. Agr. Eng., 2, 95-101.

9. Kelly C. F. 1940. Methods of ventilating wheat in farm storages. U. S. Dep. Agr. Circ. 544.

10. McKenzie B. A., G. H. Foster, R. I. No yes, R. A. Thompson, 1966. Dryeration - Better corn quality with highspeed drying. Coop. Ext. Serv. Purdue Univ.

11. Newman A. B. 1931. The drying of porous solids. Trans. Amer. Inst. Chem. Eng., 27, 203-220, 310-333.

12. Page G. 1948. Basic drying rates of different grains Pres. at A. S. A. E. Annual Meeting.

13. R am st a d P. E., W. F. Geddes. 1942. The respiration and storage behavior of soybeans. Minn. Agr. Exp. Sta. Tech. Bull. 156.

14. Saul R. A., J. L. Steele. 1966. Why damaged corn costs more to dry. Agr. Eng. (St. Joseph, Mich.), 47, 326-329, 337.

15. Schmidt J. L. 1948. How to reduce ear corn to bushels of shelled corn. Agr. Eng. (St. Joseph, Mich.), 29, 294-296.

16. Schmidt J. L., P. J. Waite. 1962. Summaries of wet-bulb temperature and wetbulb depression for grain drier design. Trans. Amer. Soc. Agr. Eng., 5, 186- 189.

17. Schrenk W. G., A. C. Andrews, H. H. King. 1947. Calorimetric measurements of heats of hydration of starches. Ind. Eng. Chem., 39, 113-116.

18. S h e d d C. K- 1953. Resistance of grains and seeds to airflow. Agr. Eng. (St. Joseph, Mich.), 34, 616-619.

19. Sherwood T. K- 1936. Air drying of solids. Trans. Amer. Inst. Chem. Eng., 32, 150-168.

20. Siebel J. E. 1911. Compend of mechanical refrigeration and engineering (8th ed.). Nickerson and Collins Co., Chicago, 111.

21. Thompson R. A., G. H. Foster. 1963. Stress cracks and breakage in artificially dried corn. Marketing Res. Rep. 631. U. S. Dep. Agr. Agr. Marketing Serv.

22. Winkler C. A., W. E. Geddes. 1931. Heat of hydration of wheat flour and certain starches including wheat, rice, and potato. Cereal Chem., 8, 455-475

Сушка является обязательным процессом подготовки зерна в послеуборочный период. Сушке подлежит зерновой материал выше критического уровня - уровень, выше которого начинает проявляться свободная влага. Перед сушкой зерновой материал подготавливается на предварительной очистке. Сушка является самым энергоёмким процессом послеуборочной обработки. На неё приходится 2/3 всех затрат. Процесс сушки основан на сорбционных свойствах зерна, на его способности испарять влагу, при давлении паров воды в зерне выше давления окружающей среды. Чем выше разница между давлениями, тем выше влагоотдача. Процесс сушки можно представить в виде 3 периодов:

• 1)короткий период прогрева, когда сушка идёт медленно из-за пониженной температуры и плохого передвижения влаги от центра к периферии;
• 2)период постоянной скорости сушки - испарение влаги происходит как со свободной поверхности воды из-за постоянной температуры зерна.
• 3)период убывающей скорости, начинается с момента, когда приток влаги из внутренних слоёв оказывается недостаточным.

Процесс сушки включает в себя следующие физические явления: передача тепла от теплоносителя зерну, испарение влаги с поверхности зерна, движение влаги от центра к периферии.

При оптимальном процессе сушки испарение происходит с поверхности зерна. При слишком высокой температуре теплоносителя, влага не успевает переместиться от центра к периферии и испаряется из внутренних слоёв зерна, что приводит к потери качества.

Способы сушки зерновых масс:

Все способы сушки зерна и семян разделяют на две группы: без специального использования тепла (без подвода тепла к высушиваемому объекту); с использованием тепла.

Примером способов первой группы служит сушка путём контакта зерновой массы с водоотнимающими средствами твёрдой консистенции (сухой древесиной, активированным углем) или обработка зерновой массы достаточно сухим природным воздухом. Второй способ основан на создании условий, обеспечивающих повышение влагоёмкости паровоздушной среды, окружающей зерно. В этом случае агентом сушки служит воздух, влагоёмкость, которого значительно повышается в результате нагрева.

Применяют также химическую и сушку природным воздухом с использованием для этого установок активного вентилирования зерновых масс. Сушка сульфатом натрия предложена для семян бобовых культур. Природный - высушенный озёрно-морской минерал мирабилит - или технический сульфат натрия. Сушку ведут, равномерно смешивая агент с семенами перелопачиванием или используя зернопогрузчики.

Воздушно-солнечная сушка - толщина насыпи зерна: основных зерновых культур - 10-20; зернобобовых -10-15. Нельзя сушить зерно на бетонных площадках, прямо на грунте или с подстилкой брезента на грунт. Сушка проходит очень успешно в ветреную погоду, так как выделяющиеся пары воды не задерживаются над поверхностью насыпи. Воздушно-солнечная сушка семян способствует дозреванию свежеубранного зерна и делает его более устойчивым при хранении.

Характеристика основных типов зерносушилок, используемых в сельском хозяйстве:

ь Барабанные - в сушилках такого типа агент сушки действует на зерно во время его пересыпания во вращающемся барабане. В барабане или в рабочей камере укреплены 6 полочек, которые захватывают зерно при вращении барабана. Зерно движется равномерно вдоль барабана за счёт потока агента сушки и подпора зерна. После барабана зерно поступает в охладительную камеру, где остужается до температуры окружающего воздуха. Время нахождения зерна в барабане составляет 15-20 минут, что позволяет установить боле жёсткие режимы обработки, так, например, семенное зерно обрабатывается до 110 0 С. Такие сушилки используются для подсушивания высоковлажного и высокозасорённого зерна. Семенное зерно стараются не сушить на данных сушилках в виду жёстких режимов обработки. Нельзя обрабатывать зернобобовые культуры, рис и кукурузу, так они могут потрескаться. В моём хозяйстве используется сушилка - СЗБС -8А. Рисунок сушилки представлен в приложении В.

ь Шахтные - являются самыми распространенными. Рабочая камера представлена в виде вертикального бункера шахты, внутри шахты имеются металлические короба, которые делают зерновую массу более доступной агенту сушки и равномерно газопроницаемой. Зерно в сушилке движется самотёком. Время нахождения зерна в шахте - 40-60 минут. Сушилки рассчитаны на обработку зерна с влажностью до 30%. Если зерновая масса имеет влажность выше 20% необходимо установить количество пропусков зерна через сушилку, причём на каждом предыдущем проходе температура агента сушки и нагрева зерна должны быть ниже. За 1 проход зерна через сушилку снимается 4-6% влаги. Шахты сушилок в зависимости от влажности зерна могут работать по последовательной или параллельной схеме.

ь Камерные - сушилки периодического действия, зерно в процессе сушки лежит в рабочей камере неподвижно и продувается подогретым воздухом снизу, практически не используются как сушилки. «+» - возможность обработки зерна любого качества любой культуры. В моём хозяйстве используется ОСВ-60 + ВПТ-600.

Рисунки сушилок представлены в приложении В.

Условия и режимы сушки:

Чтобы наиболее рационально организовать сушку зерна и семян, необходимо знать и учитывать следующее:

• - предельно допустимая температура нагрева (до какой температуры следует нагревать данную партию зерна или семян). Перегрев приводит к ухудшению или даже полной потере технологических и посевных качеств. Недостаточный нагрев уменьшает эффективность сушки и удорожает её, та как при меньшей температуре нагрева меньше удаляется влаги. Предельно допустимая температура зерна и семян зависит от культуры, характера использования, исходной влажности.
• - оптимальная температура агента сушки вводимого в камеру зерносушилки - при пониженной температуре агента сушки по сравнению с рекомендуемой зерно не нагревается до нужной температуры или для достижения этого увеличивают срок пребывания в сушильной камере, что снижает производительность зерносушилок. Температура теплоносителя зависит от исходной влажности зерна, назначения, типа сушилки.
• - особенности различных типов сушилок. На барабанных сушилках нельзя сушить зернобобовые, рис, кукурузу, не рекомендуется обрабатывать семена. На шахтных - нельзя обрабатывать зерно с влажностью более 30% и имеющую засорённость соломистой примеси. За один пропуск зерна через барабанные, шахтные сушилки снимается около 6% влаги. В камерных сушилках можно обрабатывать зерно с любой влажностью и засорённостью, но температура теплоносителя не должна превышать максимальную температуру нагрева зерна.

Контроль и учёт работы зерносушилок:

Важнейший показатель технологического процесса - температура нагрева зерна и семян. Его проверяют систематически, для этого отбирают пробы. Пробы помещают в деревянные ящики, через отверстие в крышке в зерно на 6-8 минут вводят максимальный термометр, постоянно передвигая термометр вглубь насыпи. Установленная таким путём температура не должна превышать предельно допустимой температуры нагрева для данной партии. Допускается отклонение не более + /- 3%

Важнейший показатель работы - процент съёма влаги. С этой целью проверяют влажность зерна и семян до, и после сушки. Пробы отбирают после охладительной камеры не реже чем через каждые два часа, а в период установленного режима сушки ежемесячно. Данные заносят в журнал учёта работы зерносушилки и, если температурные режимы в процессе сушки отклоняются от рекомендованных, принимают необходимые меры.

Плановая единица сушки и убыль в массе зерна при сушке.

Производительность сушилок зависит от начальной и конечной влажности зерна и семян, их целевого назначения и культуры, установлен единый показатель - плановая тонна, ил плановая единица сушки, характеризующая снижение влажности 1т продовольственной пшеницы на 6% (с 20 до 14%).

Очень важен учёт изменений массы партии вследствие испарения влаги, так как потери в результате сушки всегда больше, чем процент снижения влажности, так как меняется исходная величина, принимаемая за 100 при вычислении процентов. Процент влажности вычисляют по массе сухого вещества и влаги. Показатель убыли массы Х (%) находят по формуле:

где а и б - влажность зерна до и после сушки, %

Массу зерна после сушки Р 2 (т) находят по формуле:

где Р 1 - масса зерна до сушки, т

Использование активного вентилирования подогретым воздухом для сушки семян:

Повышение температуры воздуха всего на 3-6 0 С значительно увеличивает его влагоёмкость, а следовательно и его сушильную способность. Наибольший эффект достигают при подогреве зерна до температуры 30-35 0 С, а иногда и до предельно допустимой температуры нагрева зерна. Используют бункера активного вентилирования. Продолжительность сушки каждой партии зерна - 1-3 суток. Она зависит от степени подогрева воздуха, исходной влажности зерновой массы и удельной подачи агента сушки. Сушка активным вентилированием создает условия для послеуборочного дозревания, исключает перегрев. Однако, при данном способе неравномерно обогреваются и несколько неравномерно высушиваются по слоям насыпи: нижний слой нагревается и высушивается больше. Сушку заканчивают, когда влажность верхнего слоя насыпи снижается до 16-17%.

Таблица 4.4.1

Режимы сушки семенного зерна в хозяйстве

Культура	Влажность, %	Марка сушилки	Число пропусков	Температура, 0С
Исходная	Конечная		Теплоносителя
Озимая рожь
			ОСВ-60 + ВПТ-600
			ОСВ-60 + ВПТ-600

Рассчитываем производительность сушилок по формуле:

Рс - требующаяся производительность сушильного оборудования, т/час;

Сс - сезонное количество зерна данной культуры, подлежащее сушке,т;

Псм - количество смен (2);

Кс - коэффициент суточного поступления зерна (1,6-1,8);

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.