Сушка и охлаждение зерновой массы: технологические особенности и качественные параметры

При жестких условиях рыночной экономики зерно хлеборобам целесообразно продавать тогда, когда его можно реализовать по наиболее высокой цене. Для этого его необходимо более или менее длительный срок хранить, повышая качество зерна, как для внутренних потребителей, так и для отгрузки на экспорт. Между тем, с 2000 года объемы продаж продукции АПК, по экспорту выросли в 16 раз. Растет и внутренний спрос, в связи с хоть и не большим ростом пенсионных выплат и увеличением роста средних зарплат. Значение качественной сушки и рационального его хранения только возрастает.

Хранение зерна начинается с его просушки. Цель сушки заключается в том, чтобы по возможности  в кратчайшие сроки снизить влажность зерна до 14%. Важно и то, что при этом зерновки пшеницы дозревают, и количество и качество клейковины растет. 

Качество просушивания зерновой массы определяется кривыми равновесия относительной влажности воздуха и влажности зерна. Необходимое количество тепла для повышения температуры воздуха на один градус Цельсия составляет примерно 0,3 ккал/куб./м. Различают следующие современные способы просушки зерновых масс: 

1. Сушка с помощью вентилирования не подогретым воздухом. 
2.Сушка теплым или горячим воздухом.
3. Порционная сушка. 
4. Поточная сушка циркулирующим потоком воздуха. 
5. Активное вентилирование. 

Просушивание начинается только в том случае, когда поток воздуха имеет относительную влажность более низкую, чем воздух в зерновой насыпи, находящийся в равновесии с влажностью зерна. Сначала на месте притока воздуха образуется зона сушки, которая постепенно продвигается по насыпи к месту его выхода из вороха. Когда достигается влажность зерна 14%, даже в непроветриваемой массе, устанавливается относительная влажность воздуха примерно 65%. 

1  Сушка с помощью проветривания не подогретым воздухом требует от 4 до 8 суток. Это один из самых распространенных способов сушки, использующих для удаления влаги испарение. Он важен и потому, что щадит зародыши семенного материала и пивоваренного ячменя. В зоне Южного Урала и Зауралья требуется от 300 до 400 куб. м воздуха на 1 куб. м зерна в час. Сушильные установки отличаются по форме, пропускной способности и по проходимости воздуха. Практикой подтверждено высокое качество работы шахтных металлических сушилок, например компании «Мельинвест». При напольном способе хранения зерна требуется соблюдение следующих принципов: 

– оптимальная высота насыпи 3-4 м; 
– воздухопроводы для вентиляции заложить на полу на расстоянии 1-1,5 м; 
– скорость движения воздуха в основном воздухопроводе около 15 м/сек; 
– вывод воздуха из хранилища вентиляцией такой же мощности; 
– влажность воздуха около 60%; 
– лучше применять систему с повторным использованием воздуха (рециркуляцией). 

2  Сушка теплым и горячим воздухом проходит очень быстро, но при этом у зерна может снизится: всхожесть, хлебопекарные качества, кормовые достоинства от перегрева. Допустимая температура нагрева зерна зависит от его влажности и направления использования. Чем короче период воздействия высоких температур, тем ниже отрицательное влияние на качество. (Таблица №1). 
 

3  При порционной сушке формы сушильных установок и проход воздуха в основном соответствуют параметрам мханизмов, которые осуществляют сушку, вентилированием, не прогретым воздухом. Если процесс осуществляется теплым воздухом и при этом продувают примерно 1200 куб. м воздуха на 1 куб. м зерна в час период сушки сокращается до 6 часов. Важно вовремя закончить высушивание, чтобы не допустить пересушки. Требуется и охлаждение вороха, и перемещение его слоев. 

4  Сушка циркуляционным воздухом отличается от порционной сушки тем, что зерно в сушильной установке на винтовом конвейере или ковшовом элеваторе несколько раз перемешивается и поэтому не формируются различно просушенные слои зерновой массы. Если температура зерна значительно ниже чем у приточного воздуха, то можно использовать более высокие температуры не опасаясь повреждения зерна, поэтому они обеспечивают более высокую производительность агрегата, чем машины порционной сушки. 

5  При сушке поточным воздухом зерновая масса движется непрерывно от загрузочной камеры до выпускного отверстия, обдуваемая горячим воздухом сушильной камеры. После прохода через сушильную камеру зерно поступает к камеру охлаждения. Автоматической регулировкой скорости движения вороха устанавливается его окончательная влажность и температура. Сушильные агрегаты непрерывного действия отличаются формами сушильных камер и емкостей охлаждения, а также направлениями потока воздуха и зерна. Самые распространенные сушильные агрегаты непрерывного действия – поперечно – точные сушилки. При активном вентилировании очень важно учитывать Аэродинамические свойства применяемого воздуха. (Таблица №2). 



Как видно из таблицы, при увеличении массы партии зерна снижаются затраты электроэнергии и удельная подача воздуха, что повышает рентабельность оперативного просушивания. Для качественной просушки зерновой массы важно учитывать гигроскопичность и равновесную влажность материалов. Вода является обязательным компонентом зерна любой культуры и сорта. Полностью обезвоженное зерно теряет функции живого организма. При хранении зерно активно обменивается влагой с окружающей средой. В связи с этим под гигроскопичностью понимают способность материалов (зерна и продуктов его переработки) поглощать и отдавать влагу. Явление поглощения материалом водяных паров (или каких-либо газов) называют сорбцией, а испарение влаги из материалов и переход ее в окружающую среду (воздух) — десорбцией. Десорбция протекает только в том случае, если парциальное давление водяных паров на поверхности материала больше парциального давления водяных паров в окружающей среде. В противном случае материал увлажняется в следствии сорбции. (Рис №1). 
 

В состоянии равновесия с влажным воздухом температура материала равна температуре воздуха, а парциальное давление водяных паров на поверхности материала равно парциальному давлению водяных паров в воздухе. В этот момент влажность материала имеет определенное значение и называется равновесной влажностью (иногда – равновесным влагосодержанием). «Максимальное значение равновесной влажности материала, соответствующее относительной влажности воздуха φ=100 %, принято называть гигроскопической влажностью».

Необходимо отметить, что гигроскопическая влажность всегда меньше максимальной влагоемкости, которая достигается при непосредственном контакте материала с жидкостью (в результате намокания или смачивания). При достижении массы состояния полного равновесия, ему соответствует определенная равновесная влажность материала. 

В силу сорбционных свойств зерно, крупа и мука способны сорбировать пары других веществ и газов и приобретать несвойственные им запахи.

Термовлагопроводность. Термовлагопроводность зерна – это явление перемещения влаги от участков зерновой насыпи с более высокой температурой к участкам с пониженной температурой. Подобное явление (рис. 2.10) наблюдается, например, в слоях зерна, омываемых воздухом окружающей среды с температурой ниже средней температуры зернового слоя, либо в слоях, примыкающих к наружной стенке хранилища (силоса, склада, бункера) или размещенных на холодном полу.

Негативным последствием возникающего градиента температуры является перемещение влаги к более холодным слоям материала не только вследствие термовлагопроводности, наблюдаемой даже при низкой влажности материала, но и в результате конвекции (в виде водяных паров, переносимых конвективными потоками от участков с меньшей плотностью воздуха к более холодным участкам, с большей плотностью воздуха). При хранении зерновых масс подобное перемещение влаги может привести к концентрации в отдельных слоях насыпи значительного количества влаги (в том числе в виде смачивающей конденсатной пленки) со всеми последующими негативными явлениями в результате активизации физиологических процессов. В некоторых случаях возможны явления набухания и даже прорастания отдельных зерен. Все эти данные и факторы необходимо учитывать при просушивании зерна. 

Как известно, затраты энергии при работе сушильных агрегатов состоят из затрат на продувку и обогрев воздуха. «В среднем требуется от 4000 до 8000 ккал. На 1 кг удаления влаги». При одинаковых условиях разница в энергозатратах у разных способов сушки относительно не велики. Выбор способов, в первую очередь, зависит от исходной влажности массы. По гигиеническим причинам к эксплуатации допускается установка только с непрямым обогревом воздуха, чтобы продукты сгорания не попадали на зерно. Затем зерно охлаждают. В итоге, чем меньше влажность зерна, тем более длительно можно его хранить. 

Литература: 1) Д. Шпаар. Зерновые культуры. Том 2. Москва – 2008 г.