Михайло Гузь, Вікторія Опалко , ст. викладачі, Руслан Шатров, канд. техн. наук, доцент, НУБіП, Віктор Марченко, канд. техн. наук, Agroexpert (Україна)
Однією з основних технологічних операцій підготовки зерна до тривалого зберігання є сушіння. Величина отриманого врожаю набуває реальних значень лише після того, як із зернової маси буде видалено всю зайву вологу, а зерно набуде сухого стану.
Вологість свіжозібраної зернової маси завжди перевищує оптимальну. Відомо, що зерно здатне перебувати в анабіотичному стані лише у сухій зерновій масі. Отже, аби підтримати високу якість зерна, його потрібно зберігати сухим. Саме процес сушіння має видалити з зернової маси вологу, довести зерно до сухого стану і створити безпечні умови його зберігання. Тож аби якісно та якомога дешевше висушити зерно, необхідно правильно обрати зерносушильне обладнання.
Аби не помилитися з вибором зерносушильного обладнання потрібно врахувати, які культури переважають у господарстві. Варто скласти перспективний план вирощування зернових культур у найближчі роки. Це дасть змогу обрати відповідний тип сушарки. Важливо також, чи планує господарство користуватись комплексом лише для власних потреб, чи надаватиме послуги іншим аграрним підприємствам.
Параметри сушіння зерна
Основними параметрами процесу сушіння зерна є температура нагрітого повітря, вологість і час сушіння. Усі ці параметри пов’язані між собою. Що вищою буде початкова вологість зерна, то швидше воно сушиться у початковий період. Сире зерно містить механічно зв’язану вологу, яка випаровується першою. Капілярно зв’язана волога міцно з’єднана з крохмальними зернами і ще міцніше – з білками. Тому процес сушіння зерна лімітується переважно сушінням білкових складових.
Враховуючи біологічні особливості зерна, експериментально визначено та підтверджено практикою, що воно не може віддавати вологу швидше, ніж 4,5–5,0% за годину. Теоретично процес можна прискорити лише шляхом збільшення температури, але тоді зерно буде непридатне для подальшого використання. Особливо це стосується насіннєвих партій зерна. Здебільшого швидкість сушіння залежить від вологоємності повітря. Зокрема 1 м3 повітря з температурою 20°С поглинає 17 г води, 30°С – 31 г, 50°С – 90 г, 70°С – 250 г, 90°С – 400 г води.
Крім того, слід брати до уваги, що нагріте й висушене зерно потрібно охолодити, бо інакше внаслідок конденсації воно знову всмоктуватиме вологу. Варто також пам’ятати, що зародок зерна містить дуже чутливі до температури водорозчинні білки – альбуміни. За температури понад 41–42°С білки зародка, наприклад пшениці, денатурують, тобто насіння втрачає схожість. Білки клейковини більш термостійкі, однак температура нагрівання нормальної, міцної і слабкої за пружністю клейковини сильної пшениці не має перевищувати відповідно 50, 45 та 55°С.
Найважливішими параметрами процесу сушіння є температура агента сушіння та нагрівання зерна. Відхилення температури агента сушіння від встановлених норм не має перевищувати ±3°С, а температура нагрівання зерна – ±2°С.
Температуру агента сушіння вимірюють у нагнітальній камері перед вхідними отворами підвідних коробів. Вимірювання проводять кожні 30 хв за допомогою встановлених на сушарці електротермометрів, покази яких записують у журналі оператора що 2 год.
Температуру зерна визначити складніше, ніж температуру агента сушіння. У перші години роботи сушарки температуру насіння перевіряють кожні 10 – 15 хв, відбираючи проби зерна за виходу його з камери нагрівання. Після встановлення режиму сушіння температуру зерна вимірюють не рідше ніж через кожні 2 год.
У сучасних шахтних сушарках температуру нагрівання зерна контролюють за допомогою датчиків дистанційних термометрів, які встановлюють у підсушувальному бункері. Однак такий контроль дає лише приблизні результати.
Після охолоджувальної колонки перевіряють також температуру зерна (вона може бути на 8 – 10°С вищою за температуру навколишнього середовища), а також якість зерна за такими візуальними показниками, як колір, блиск, наявність сторонніх запахів. За порушення режимів сушіння зерно може запаритись, окремі зернівки можуть підгоріти, обвуглитись, потемніти, містити сажу й мати запах диму.
Способи сушіння зерна
Порівняно з природним сушінням, умови проходження зерна через зерносушарки значно жорсткіші, та й якість зерна, безумовно, може погіршитися. Тому слід обирати такі способи сушіння, за яких висушування зернової маси відбувається за безпечніших умов.
Існують три способи сушіння зерна: тепловий, сорбційний, механічний (застосовують рідко, лише на борошномельних заводах у спеціальних мийних машинах). Найчастіше сушать зерно тепловим способом, під час якого зайва волога перетворюється на пару.
Своєю чергою, теплове сушіння також різниться за способами передавання тепла зерну. Серед них найпоширеніший – конвективний, під час якого тепло передається від теплоносія, який поглинає вологу, і виводиться в атмосферу. Найчастіше в якості теплоносія використовують нагріте повітря.
Застосування зерносушарок знижує витрати часу на підготовку зерна, зменшує втрату зерна під час збирання врожаю, а також дає змогу з мінімальними втратами та за короткий період перемістити зерно з поля до зерносховища. Особливо це має значення під час збирання врожаю кукурудзи, більшу частину якої в Україні збирають протягом вологого осіннього періоду, коли її вологість сягає 33 – 34%, що значно перевищує оптимальну для тривалого зберігання – 14%.
Вибір на користь тієї чи іншої сушарки визначається насамперед її продуктивністю, вартістю, надійністю контролю температури, безпечністю та стабільністю роботи, і наявності відповідного транспортного устаткування. Велике значення також має зручність очищення сушарки, особливо коли є потреба сушіння різних партій насіннєвого зерна. Адже забруднення в сушарці можуть викликати погіршення якості зерна, і як наслідок – знижується його сходження, а згодом і хлібопекарські якості борошна.
Під час періодичного сушіння, тобто за повного сушінні однієї партії зерна, термічний коефіцієнт корисної дії може бути високим за умов нерівномірної кінцевої вологості зерна. За періодичного сушіння слід шукати компроміс між економією палива й рівномірністю вологості після завершення процесу сушіння. У сушарках для охолодження зерна варто використовувати силоси з активним вентилюванням.
Ступінчасте сушіння – це модифіковане періодичне сушіння, за якого можна досягти значної рівномірності кінцевої вологості зерна. Бо повітря проходить крізь зернову масу поступово за два або три процеси сушіння. Також за поступового сушіння унеможливлюється пересушування збіжжя. Однак установку слід обладнати так, аби дві сушарки були з’єднані послідовно, або забезпечити таку схему сушіння, коли зерно спочатку висушується, потім трішки охолоджується, досушується, знов охолоджується і лише тоді відправляється на складування.
Типи сушарок
Майже всі сушарки використовують як сушильний агент нагріте повітря. Більшість сушарок конвективного типу – діють за принципом перенесення тепла до зерна й видалення вологи.
Найпоширенішими видами сушарок є шахтні. Через шахтну сушарку, що складається з двох однакових шахт і вертикальної норії, у процесі сушіння зерно проходить під впливом власної маси. Рух нагрітого повітря відбувається знизу догори. Потім зерно потрапляє до спеціальних камер охолодження. Аби запобігти загорянню збіжжя, перед завантаженням до сушарок зерно необхідно очистити від соломи та інших рослинних решток.
Шахтні проточні сушарки зазвичай виготовляють великої продуктивності, їх використовують у технологічних схемах великих зерносховищ. Але існують і малі, розраховані на роботу у невеликих фермерських господарствах. Вони працюють практично безперервно впродовж тривалого періоду року.
Саме такий тип зерносушарок найекономічніший. Теплообмін у шахтній зерносушарці відбувається за допомогою підвідних і відвідних коробів, що дають змогу рівномірно розподілити загальний обсяг теплого повітря в шахті зерносушарки. Крім того, шар матеріалу, який висушується в шахтних конструкціях, менший, аніж в інших типах зерносушарок, завдяки чому він просушується рівномірно.
Сушарки шахтного типу, що в нижній частині обладнані зоною охолодження, дають змогу заощадити на монтажі додаткових ємностей для зниження температури після сушіння. Шахтні сушарки мають високу продуктивність, досить якісно сушать зерно всіх видів та економно використовують теплову та електричну енергію. Для цих сушарок досить легко встановити повну автоматизацію та контроль процесу, а також плавне регулювання подавання зерна. Модульна конструкція шахти зерносушарки дає змогу нарощувати її висоту, збільшуючи таким чином продуктивність.
Теплогенератори, що входять до комплекту зерносушарки, поділяються на два типи: з прямим і непрямим нагріванням.
Теплогенератор прямого нагрівання має вищий ККД порівняно з подібними пристроями, що використовують непрямий нагрів. Він забезпечує значно нижчий опір проходження теплоносія, але водночас має підвищену пожежну небезпеку, тому зерносушарки без теплообмінника з прямим нагріванням обмежено застосовують для сушіння олійних культур, а також вівса. Крім того, для забезпечення пожежної безпеки необхідно повністю унеможливити потрапляння легкозаймистих домішок до камери згоряння (разом із припливним повітрям з території підприємства) та забезпечити якісне попереднє очищення матеріалу.
Теплогенератор із непрямим нагріванням (оснащений теплообмінником) повністю унеможливлює контакт продуктів згорання з матеріалом, що сушиться. Можна використовувати різні види палива. Такий вид нагрівання дає змогу застосовувати зерносушарку для сушіння зерна практично будь-якої сільськогосподарської культури, забезпечуючи значно вищу пожежну безпеку.
Сушарки виготовляють із антикорозійних матеріалів. Вони повністю автоматизовані й підтримують температурний режим із точністю до 1°С.
У горизонтальних сушарках потокового типу гаряче повітря йде крізь решета зсередини назовні, а зерно шаром завтовшки 30–35 см переміщується згори донизу з обох боків уздовж усієї сушарки. Таким чином, нагріте повітря проходить крізь шар зерна, віддаючи йому тепло. Утім, така схема не забезпечує рівномірного прогрівання зерна. Крім того, насіння вздовж сушильної камери розподіляється двома шнеками (згори та знизу), кожен із них травмує зерно – до 4%. Тож одразу слід мати на увазі, що з кожних 10 тис. т зерна 400 т буде пошкоджено. Тобто за стабільного обсягу сушіння господарство щороку недорахується 400 т. По-перше, це знижує якість усієї партії зерна, до того ж за тривалого зберігання бите зерно всотує вологу, отже, є джерелом поширення грибних захворювань, шкідників тощо.
Недоліком горизонтальних сушарок є оцинковані решета, які за рік-два інтенсивної експлуатації втрачають захисне покриття, іржавіють, тож дуже швидко потребують капітального ремонту.
Рециркуляційні сушарки за конструкцією подібні до шахтних. Та за принципом роботи вони відрізняються. Зерно, яке постачається у шахту зерносушарки зверху, швидко нагрівається і падає на дно шахти під дією гравітації. Частина зерна потрапляє на зберігання, а частина – в іншу шахту, де перемішується з щойно завантаженим сирим збіжжям. Там воно частково підсушується і направляється в першу шахту. Таким чином, процес змішування вологого зерна з сухим економить енергоносії.
Барабанні зерносушарки складаються з барабана, топки та камери охолодження. У барабанній сушарці зерно переміщується горизонтальною спіраллю завдяки спеціальним металевим пластинам, якими оснащена вісь барабана. Такі сушарки компактні й легко транспортуються. За продуктивністю барабанні сушарки не поступаються шахтним. У барабанних сушарках можна регулювати тривалість сушіння зерна, змінюючи частоту обертів барабана та кут його нахилу. Такі сушарки використовують тоді, коли кількість зерна невелика.
Камерні сушарки складаються з двох камер, які оснащені перфорованою підлогою. Процес сушіння відбувається завдяки продуванню зерна підігрітим повітрям. Аби зерно добре просушувалося, воно засипається шаром, товщина якого не перевищує 80 см. Коли перший шар висихає, завантажується другий, потім третій – поки силос повністю не заповниться зерном. За допомогою спеціального обладнання відбувається процес наповнення силосу та видалення збіжжя. Камерні сушарки обладнані шнеками для перемішування зерна.
