Способы охлаждения зерновых масс

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.

Источник

Способы охлаждения зерновых масс

В редакцию газеты «АгроИнфо» поступил вопрос от чи­тателя: «На что нужно обратить внимание при вентиляции зерна в бункерах? При каких условиях вентилируется зер­но?»

Иллюстративное фото

За ответом редакция обра­тилась к постоянному эксперту «АгроИнфо» по качеству зерна Карлыге Кумыковой.

Карлыга Кумыкова

– Карлыга Ахметовна, рас­скажите, как должно прохо­дить вентилирование зерна в бункерах?

– Активное вентилирование проводят для сохранения каче­ства сырого и влажного зерна, ожидающего сушки. Также для охлаждения хранящегося зерна в целях предотвращения и устра­нения самосогревания, преду- преждения развития плесеней и вредителей хлебных запасов, ускорения прохождения перио­да послеуборочного созревания.

– При каких условиях венти­лируется зерно?

– Активное вентилирование атмосферным воздухом прово­дят при условии, если фактиче­ская влажность зерна больше его равновесной влажности.

– Равновесная влажность – это…

– Влагообмен между воздухом и зерном прекращается, когда парциальное давление водяно­го пара в воздухе и над зерном равно. В этом случае наступает состояние динамического равно­весия. Влажность зерна, соответ­ствующая этому состоянию, на­зывается равновесной. Проще говоря, это такая влажность, при которой зерновки не от­дают и не поглощают влагу.

– Как она определяется?

– Для определения равновес­ной влажности обычно исполь­зуют относительную влажность воздуха (определяется по пока­заниям психрометра). Ведь каж­дому значению относительной влажности воздуха соответству­ет определенная равновесная влажность зерна.

В учебниках и справочниках по хранению зерна вы найдете таблицы с показателями равно­весной влажности на различные культуры в соответствии с отно­сительной влажностью воздуха при различной температуре зерна.

Есть методика расчета равно­весной влажности, но на прак­тике, скорее всего, вы ею не воспользуетесь, так как она длительная, да и вентилировать надо здесь и сейчас. Проводите вентилирование при условии, если температура наружного воздуха ниже температуры зерна на 4-5°С и более. В до­ждливую или туманную пого­ду разница должна быть более 8°С, а лучше не вентилировать в такую погоду.

При относительной влажности воздуха 75% зерно пшеницы приобретает равновесную влажность 15,4%, а при относительной влажности воздуха 90% зерно увлажняется до уровня 20,5%.

– Какие существуют режимы и условия для активного вен­тилирования?

– При активном вентилиро­вании только определенное ко­личество воздуха обеспечивает достаточно быстрое охлаждение зерна. Если воздуха недостаточ­но, зерно охлаждается медлен­но, а самые удаленные от места поступления воздуха участки зерновой насыпи нередко отпо­тевают и увлажняются.

Активное вентилирование надо проводить в строгом со­ответствии с установленными для каждой культуры режима­ми обработки. Под режимом активного вентилирования по­нимают оптимальное сочетание основных параметров обработки зерна воздушным потоком, обе­спечивающее наилучшие хозяй­ственные результаты. К таким параметрам относят удельную подачу воздуха, продолжитель­ность и периодичность венти­лирования, высоту зерновой насыпи. Удельная подача воз­духа – это расход воздуха в расчете на 1 тонну зерна за 1 час времени.

Общее количество воздуха, необходимое для охлаждения 1 тонны зерна с учетом его те­плоемкости, равно примерно 2000 м3. Эта величина мало за­висит от разности температур зерна и воздуха, так как при более высокой температуре зерна воздух будет нагреваться до соответственно большей тем­пературы и удалять за одно и то же время больше тепла, то есть охлаждение зерна будет идти более интенсивно.

Исходя из общей величины расхода воздуха, необходимого для охлаждения каждой тонны зерна (2000 м3/т), несложно обо­сновать и нормы удельной пода­чи воздуха при вентилировании для охлаждения.

– Как вентилировать грею­щееся зерно?

– Греющееся зерно вентилиру­ют непрерывно в любые часы су­ток, независимо от метеоусловий и равновесной влажности, до тех пор, пока зерно не будет охлаж­дено до температуры, близкой к температуре наружного воздуха. Конечно, это энергозатратно. Я советую пропустить такое зерно через холодную сушилку, если процесс самосогревания только начался. Но если самосогрева­ние 2 или 3 степени или появи­лись насекомые, то сушилку надо включить и пропустить зерно при мягком, щадящем режиме, не допуская денатурации белков.

От запаха при такой стадии вы не избавитесь, но хотя бы оста­новите процесс самосогревания.

– Вы говорили, что вентили­рование используется еще и при охлаждении зерна. А зачем вообще охлаждать зерно?

– Для повышения устойчи­вости зерна при хранении с наступлением похолодания его охлаждают и доводят до отрица­тельных температур.

– Есть какие-нибудь особен­ности этого процесса?

– Да, есть. При проведении охлаждения нельзя допускать увлажнения зерновой массы. Поэтому основным условием проведения этого мероприятия является холодная и сухая по­года. Равновесная влажность зерна, соответствующая относи­тельной влажности атмосферно­го воздуха и температуре зерна, должна быть меньше исходной влажности зерна во избежание его увлажнения. Помните о том, что чем больше разница между температурой наружного возду­ха и температурой зерна, тем ин­тенсивнее будет его охлаждение.

Денатурация белков – это процесс, при котором нарушается нативная пространственная структура молекулы белка под влиянием разных внешних воздействий, который также сопровождается изменением биологических и химико-физических свойств.

– А насколько максимально можно охладить зерно? Су­ществуют ли какие-нибудь пределы?

– Зарегламентированных точ- ных показателей нет. Еще со­всем недавно было широко распространено мнение о це­лесообразности охлаждения зерновых масс до максимально возможных низких температур. Был даже популярен термин «промораживание зерна». Не­которые специалисты считали, что чем лучше проморожено зерно, тем надежнее и дольше его можно хранить. Однако, как показали наблюдения, в услови­ях производственного хранения избыточное охлаждение зерно­вых масс часто приводит к отри­цательным результатам.

Как правило, при значительном охлаждении зерновых масс (до –20º и более) создаются условия для очень большого перепада температур в весенний период, что обычно и приводит к разви­тию процесса самосогревания зерна в верхнем слое насыпи.

– Какие еще способы охлаж­дения существуют?

– Все способы можно разде­лить на две группы: пассивные и активные. Пассивное – это охлаждение, при котором темпе­ратуру зерновых масс снижают, проветривая зернохранилища, устраивая естественную при­точно-вытяжную вентиляцию в хранилищах и непосредственно в емкостях, загружаемых зерно­вой массой.

В зернохранилищах зерно ох­лаждают, открывая окна и двери в складах, башне, надсилосном и подсилосном помещениях зернохранилищ. С технологиче­ской точки зрения такой метод пассивного охлаждения далеко не всегда дает достаточный эф­фект, так как воздух, циркулируя у поверхности зерновой насыпи, крайне медленно, постепенно, послойно ее охлаждает. В связи с плохой теплопроводностью зерновой массы ее внутренние участки поддаются охлаждению чрезвычайно медленно.

Наилучшие результаты при пассивном охлаждении наблю­даются в партиях зерна сухого и средней сухости. В зерновой массе с высокой влажностью и значительной положительной температурой (20º и более) при высоте насыпи более 1 м охлаждения всех ее слоев не происходит и угроза самосо­гревания не исчезает.

Активное – это охлаждение при помощи транспортных механизмов, зерноочиститель­ных машин и зерносушильных агрегатов. Чем длиннее путь движения зерна при помощи последовательно установлен­ных транспортеров или через зерноочистительные машины, снабженные аспирационными установками, тем больше оно соприкасается с воздухом и тем интенсивнее происходит его ох­лаждение.

Пропуск зерна через транс­портирующие механизмы дол­жен проводиться в условиях, обеспечивающих наибольший доступ холодного воздуха. Для этого все окна и двери в складах или башнях, подсилосных и над­силосных помещениях зернохра­нилища должны быть открыты.

Как при пассивном, так и при активном способе охлаждения необходимо вести регулярное наблюдение за температурой зерна, влажностью и заражен­ностью до и после процесса.

Зерновые массы с темпера­турой во всех слоях насыпи от 0º до 10º считают охлажденны­ми в первой степени, а с темпе­ратурой ниже 0º – во второй.

– А есть ли культуры, кото­рые не охлаждают вовсе?

– Не охлаждают кукурузу, предназначенную на посевные цели. Вентилирование сырого и влажного зерна любой культу­ры семенного назначения при отрицательной температуре атмосферного воздуха следует прекратить, если зерно будет охлаждено до температуры 0°С или близкой к ней, но не ниже -3- 5°С. Промораживать такое зерно не рекомендуется.

Беседовала Жанна Батабаева

Источник