Як правильно налаштувати зерносушарку

Сушіння є складним технологічним процесом, який має забезпечити не тільки збереження якості зерна, а й поліпшення деяких його показників. Тому створення раціональних конструкцій сушарок, вибір методів і режимів сушіння залежать, передусім, від результатів вивчення властивостей продукту, що сушиться.

Основною класифікаційною ознакою, яка істотно впливає на конструктивно-технологічну схему сушильних установок, є реалізований у них спосіб сушіння. В Україні найбільшого поширення набули зерносушарки, в яких застосовано конвективний спосіб сушіння — теплове сушіння сумішшю топкових газів із атмосферним повітрям або ж чистим нагрітим повітрям, яке виконує функції теплоносія. Цей спосіб сушіння має місце в найпоширеніших у сільському господарстві зерносушарках: шахтних, барабанних, сушарках періодичної та безперервно-періодичної дії, а також в установках із «киплячим» шаром. У деяких із них, окрім процесу конвективного сушіння, має місце незначний кондуктивний теплообмін (наприклад, від нагрітих поверхонь підвідних коробів у шахтних сушарках, від нагрітого рециркулюючого зерна до холодного в рециркуляційних сушарках), а також нетеплове — сорбційне сушіння.

Найефективнішим є конвективне сушіння шляхом примусового продування агента сушіння через зерновий шар. Від конструктивних і режимних параметрів процесу сушіння, а також від співвідношення між параметрами агента сушіння й зернового матеріалу залежатиме стан шару цільового об'єкта, який відіграє велику роль у процесі конвективного сушіння.

Від нього залежить інтенсивність тепломасообміну. Тож стан шару зернового матеріалу є його узагальненою характеристикою, від якої залежить решта характеристик зернового матеріалу: шпаруватість, активна поверхня, опір шару, теплопровідність, вологопровідність, теплообмін, вологообмін та ін.

Сушіння, залежно від швидкості руху потоку агента сушіння та зернового шару, може відбуватися в різному потоці: щільному нерухомому, щільному рухомому, псевдозрідженому, віброкиплячому, висхідному й низхідному. Найменш ефективним є сушіння в щільному нерухомому зерновому шарі, наприклад сушіння в бункерах або металевих ємностях із перфорованим днищем. Таке сушіння характеризується великою нерівномірністю нагрівання зерна та видалення вологи. Зерновий шар, що прилягає до місця входу агента, перегрівається й пересушується, а зернові шари, більш віддалені від місця входу агента сушіння, навпаки, недогріваються й недосушуються. Товщину шару за такого сушіння допускають на рівні 600–1500 мм, значно рідше — до 350 мм. За такого сушіння використовують дуже низьку температуру агента, щоб знизити ризик перегріву зерна. Відповідно, використання низьких температур значно подовжує процес сушіння й збільшує витрати палива та електроенергії.

Найбільшого поширення в зерносушильній техніці набув щільний малорухомий зерновий шар. Під дією сил гравітації такий шар рухається зверху вниз шахтою, камерою або колонкою сушарки. Товщина зернового шару, який стикається з агентом сушіння, постійно змінюється від 0 до максимуму (150–300 мм), що створює рівноцінні умови як для нагрівання, так і сушіння. У цьому випадку використовується агент сушіння з температурою, що перевищує в кілька разів граничну температуру нагрівання зерна (120–160°С). Питома подача агента сушіння дорівнює 3500 м³/год. Тривалість нагрівання зерна становить 15–20 хв. Принцип сушіння зерна в щільному малорухомому шарі широко використовується в шахтних зерносушарках із підвідними й відвідними коробами та камерних зерносушарках безперервної дії.

Характерною особливістю сушіння зерна в псевдозрідженому зерновому шарі є інтенсивний теплообмін між агентом сушіння та зерном. Зі збільшенням температури агента швидкість сушіння зерна різко зростає. Так, за збільшення її від 60 до 140°С швидкість сушіння зростає в 2,5 рази, а час прогрівання зерна скорочується вчетверо. Сушіння зерна в псевдозрідженому зерновому шарі забезпечує рівномірне нагрівання зерна й максимальне використання температури агента сушіння. Збільшення експозиції сушіння зерна в псевдозрідженому шарі призводить до перегріву зерна. Таким чином, сушіння зерна в псевдозрідженому зерновому шарі є найінтенсивнішим, але його промислове використання ускладнене через брак надійних робочих органів, які б стабільно забезпечували створення самої «киплячості» зернової маси.

Сушіння в падаючому зерновому шарі набуває все більшого застосування. Найбільшого поширення набув спосіб із протитечійним падаючим зерновим шаром, за якого зерно падає згори донизу, а агент сушіння подається знизу вгору. За короткочасного впливу агента сушіння на зерно не вдається випарувати багато вологи, тому установки з падаючим зерновим шаром застосовують для швидкого нагрівання зерна з подальшим його охолодженням і сушінням в апаратах із малорухомим щільним зерновим шаром.

Таким чином, важливою конструктивною особливістю сушильних камер зерносушарок, у яких використовується конвективний спосіб сушіння, є різний стан зернового шару. Попри те, що для цього виду сушарки тип шару один і той самий, зміна конструктивних (товщина зернового шару, форма та розташування коробів, полиць, мішалок, інверторів, вібраторів, що визначають напрямок руху зерна й агента сушіння) та режимних (швидкість агента сушіння, швидкість переміщення зерна, температура та вологовміст агента сушіння) параметрів дає змогу змінити стан зернового шару в межах певного типу шарів зернового матеріалу — збільшити ступінь його перемішування, розпушування, величину й ступінь оновлюваності активної поверхні, що бере участь у тепломасообміні; збільшити (для псевдозріджених типів) або зменшити (для щільних типів шарів) час фіксованого зерна в активній зоні за заданої експозиції.

Через відмінності в характеристиках різних культур є певні нюанси їхнього сушіння. Коротко опишемо основні особливості.

Особливості сушіння кукурудзи

Головною особливістю зерна кукурудзи щодо його сушіння, порівняно з іншими культурами, є низька вологовіддача. Причому інтенсивність вологообміну зерна різних сортів кукурудзи неоднакова, оскільки залежить від розміру зернин, їхньої форми, фізичної будови, хімічного складу. До того ж через досить тривалий сезон збору цієї культури на елеватор зерно, як правило, надходить різної якості й вологості. Щоб зберегти без втрат прийняте зерно, його сушать партіями. Це значно спрощує процес і допомагає уникнути пересушування або навпаки — недосушування зерна з різною вологістю. Особливу увагу приділяють попередньому очищенню. Для цього найкраще придатний сепаратор барабанного типу. Тут головне — рівномірність і дбайливість сушіння. Що вища початкова вологість зерна, то більш щадним за температурою теплоносія й тривалості за часом має бути процес сушіння. Так можна убезпечити зерно від пошкодження тканин і утворення тріщин.

Особливості сушіння насіння соняшнику

Питома щільність соняшнику майже вдвічі менша, ніж у пшениці, а сушіння відбувається швидше, ніж у насіння інших культур.  Особливу увагу тут варто приділити підготовці до сушіння. Сильна засміченість — причина низької стійкості під час зберігання й ризик загоряння. Культура повинна обов'язково пройти сепаратор, в ідеалі — з кількома типами сит. Під час сушіння соняшнику потрібно обов'язково контролювати рівень нагрівання насіння: температура не має перевищувати 55°С.

Крім того, краще зосередитися на сушінні великим об'ємом повітря, ніж на температурі, за якої це відбувається. Ідеальний варіант для якісного сушіння насіння соняшнику — зерносушарки шахтного типу з можливістю рециркуляції продукту. Продукт сушіння проходить через сушарку два-три рази: такий тип сушіння забезпечує поступове зняття вологи, а значить — дбайливе сушіння. Крім того, постійне перемішування насіння під час повторних циклів підсилює тепло- й вологообмін. У процесі сушіння соняшнику обов'язково варто приділити посилену увагу пожежній безпеці.

Особливості сушіння бобових

Зерно бобових, порівняно із зерном інших культур, містить більше білка. Воно більше за розміром, сухе, щільне, має структурно відособлені оболонки, а тому й меншу поверхню випаровування. А це, у свою чергу, знижує вологовіддачу. Вся теплота витрачається, в основному, на нагрівання насіння, а не на випаровування вологи. Під час сушіння поверхня зерна швидко зневоднюється, а центральна частина зернівки залишається вологою. Тому за застосування інтенсивних режимів сушіння розтріскуються насінні оболонки! Насіння квасолі й сої потрібно сушити так, щоб швидкість випаровування вологи з поверхні зерна не перевищувала швидкість переміщення вологи з центра зерна до його поверхні. Інакше нерівномірне висушування різних частин зерна призведе до їхнього нерівномірного усідання, що спричинить розтріскування зерен. Для сушіння зерна бобових використовують тільки шахтні сушарки. Допускається видалення за один пропуск 3—4%, а для крупнонасінних (квасоля) — 2% вологи. Бобові обов’язково сушать із відлежуванням зерна. Ефективне також сушіння бобових активним вентилюванням (повітря підігрівається до 30°С за питомої подачі 400– 600 м³/т).

Особливості сушіння ріпаку

Сушіння насіння ріпаку є однією з найтрудомісткіших і найвідповідальніших у технології сушіння зернових. Вологе насіння, що містить великий відсоток олії та білка, має великий ризик самозаймання. Його треба сушити дуже обережно, встановлюючи температуру теплоносія значно нижчу, ніж за сушіння насіння злакових культур. Оскільки за високої температури згортається й гине білок. Температура агента сушіння має бути не вища за 50°С, аби насіння не втратило своєї життєздатності. Щоб зберегти якість насіння, після сушіння ріпак потрібно обов'язково охолодити до температури 15–20°С. Система вентиляції зерносушарки має бути обладнана актуаторами (заслінками) для регулювання ступеня розрідження повітря. Інакше насіння ріпаку через невелику вагу за потужної вентиляції буде просто видуватися на вулицю.

Особливості сушіння гречки

Зерно гречки добре піддається сушінню. Однак через нерівномірність дозрівання і, як правило, велику засміченість зернова маса гречки часто зігрівається. Тому після збирання очищати й сушити її треба негайно! Робити це найкраще за використання м'яких режимів на шахтних сушарках.

Сушіння жита

Зерно жита має товсту оболонку, що уповільнює випаровування з нього вологи. Висока термостійкість дає змогу нагрівати його до 60°С.

Сушіння вівса

Зерно вівса, завдяки великій шпаруватості, добре сушиться, але через небезпеку самозаймання насіннєвих і плодових плівок його не можна нагрівати до температури понад 50°С.

Сушіння проса

Зерно проса має щільну оболонку й знижену шпаруватість. Між оболонкою і ядром є повітряний зазор, який перешкоджає теплопередачі. Тож тепло концентрується на оболонках проса, що призводить до їхнього розтріскування. Тому під час сушіння зерна проса температура його нагрівання має бути не вище як 40°С.

Особливості сушіння зерна рису

Зерно рису має знижену вологовіддачу через наявність під плодовими плівками повітряного зазору. Крім того, низький вміст білків у ньому спричинює велику тріщинуватість, що потребує м’яких режимів сушіння. Температурний режим повинен бути диференційованим залежно від початкової вологості зерна: якщо вологість становить 18% — сушать за один пропуск за температури теплоносія 65–70°С і нагрівання зерна не вище ніж 40°С; за вологості близько 20% застосовують двоступінчастий режим (за першого ступеня температура теплоносія — 60°С, за другого — 70°С), допускаючи нагрівання зерна відповідно до 35 і 40°С. Продуктивність сушарок під час сушіння зерна рису низька. На практиці майже завжди застосовують багатогодинне (2–3 год) відлежування зерна між першим і другим висушуванням. Тривалість відлежування залежить від кількості вологи, яка випаровується під час сушіння за один раз: 3% — не менше як 4 год, 2% — не менше як 3 год, 1% — до 2 год. Слід також врахувати, що в зерні сухого рису вологість зародка на 2–3% нижча, а вологого — навпаки. Тому, щоб не допустити швидкого самозігрівання внаслідок високого рівня інтенсивності дихання, зерно рису треба доводити до сухого стану.

Поширеними помилками сушіння вологого зерна є те, що його намагаються висушити надто швидко. Поспішність у цьому випадку — згубний чинник. Підвищення температури агента сушіння призводить до пошкодження (тріщинок) оболонки зерна. У результаті отримуємо неякісний продукт на виході із зерносушарки. У пошкодженому зерні прискорюються несприятливі біохімічні та мікробіологічні процеси. Його переміщення до силосу може призвести до погіршення якості зерна загалом, сприяти самозігріванню зернової маси та в найгіршому випадку — спричинити самозаймання.

Підвищена вологість ефективніше видаляється не збільшенням температури агента сушіння, а періодом часу, протягом якого зерно перебуває в зерносушарці в зоні сушіння. Ідеальний варіант — забезпечити кількаразове проходження зерна через зону сушіння, завдяки чому досягається плавність витіснення зайвої вологи й недопущення псування зародка й ендосперму зерна.

Із підвищеною вологістю зерна дієво справляються тільки зерносушарки потокового типу або рециркулярного. У такому разі їхній недолік — необхідність пропускати продукт через сушарку двічі-тричі — перетворюється на перевагу. Таке сушіння знімає вологу поступово, тобто забезпечує обережне сушіння зерна. Крім того, постійне перемішування зерна під час повторних циклів підсилює тепло- й вологообмін. На сьогодні під час вибору шахтної сушарки слід звертати увагу на:

• конструкцію сушильної шахти, що має забезпечувати рівномірний розподіл агента сушіння;

• потужність турбовентиляторів, якщо зерносушарка працює під розрідженням;

• короби, які підводять та відводять агент сушіння й повинні мати рівномірний переріз та бути розташовані шахівницею. Саме це сприяє кращому перемішуванню зерна в шахті та його вільному проходженню.

Активне вентилювання також дає змогу зняти вологу із зерна без термічної обробки. Такий спосіб — сушіння вологого зерна з подальшим довготривалим охолодженням із вентилюванням — на 20-40% скорочує енерговитрати.

Причому потрібно готувати до сушіння не лише зерно, а й повітря. Щоб зменшити вологість зерна, впливайте не тільки на об'єкт сушіння, але й на повітря, яке для цього використовується. Великий вплив має також температура та вологість навколишнього середовища.

Слід використовувати підсушене повітря безпосередньо для сушіння. Зручним для визначення наявності вологи в повітрі є такий інструмент, як «i-d діаграма вологого повітря». За допомогою останньої легко визначити наявність вологи в повітрі: після внесення показників температури й відносної вологості повітря просто визначити, до якого рівня знизити вологість повітря до його подавання в бункер сушіння. Діаграма з можливістю таких розрахунків є в Інтернеті у вільному доступі.

Зняти зайву вологу з партії зерна безпосередньо перед сушінням можливо за допомогою оперативних передсушильних бункерів із вентиляцією. Зерно охолоджується, а первинна волога відводиться до вентиляції. Далі — підсушене холодом зерно передається до бункера сушіння.

Якщо після сушіння зерна зразу передбачено його охолодження, то слід врахувати рівень вологи під час охолодження після сушіння. Річ у тім, що в процесі охолодження зерна після сушіння на ньому може виступати конденсат, який потім усмоктується і, як наслідок, знову підвищує рівень вологи.

Ніколи не варто поспішати із забором зерна! Закладати на тривале зберігання можна тільки зерно або олійні, які відповідають вимогам ГОСТу. Наприклад, якщо вологість пшениці має бути не більше як 14%, а насіння соняшнику — 7%, то з приблизно такими показниками його й треба закладати на зберігання. Інакше можна втратити не лише окреме зерно, а й усю партію. Обираючи режим сушіння, слід орієнтуватися на максимальну вологість партії зерна, яка надходить на сушіння.

Коли на вулиці дощ — не треба продувати масу, що піддається сушінню! Навіть якщо ви завантажили сухе зерно й продуватимете його в «сезон дощів», воно набере вологи. Тому навіть не намагайтеся забирати повітря ззовні, поки воно не стане сухим. Тоді вам не потрібно буде витрачати кошти на додаткове сушіння.

Обирайте автоматизовану зерносушарку. Це допоможе уникнути небажаного впливу людського фактора, підвищити якість і посилити безпеку сушіння завдяки точному контролю температури зерна й повітря. А ще, завдяки датчикам, ви точно знатимете вологість насіння на вході, задасте точні параметри сушіння й по завершенні процесу отримаєте продукцію потрібної якості й вартості.

Водночас слід розуміти, що будь-яка модернізація сушарки, що сприяє підвищенню її продуктивності, в тому числі й інтенсифікація процесу сушіння, тією чи іншою мірою сприяє зниженню витрат палива на сушіння, про що свідчать теорія і практика сушіння. В основі інтенсифікації процесу сушіння мають бути заходи, які враховують закономірності явищ внутрішнього вологоперенесення та зовнішнього тепло- й вологообміну. Комплексного впливу на інтенсифікацію зовнішнього вологообміну та внутрішнього вологоперенесення можна домогтися шляхом оптимального поєднання технологічних прийомів, використовуваних для зневоднення зерна в експлуатованих і проєктованих зерносушарках.

Процес внутрішнього вологоперенесення можна інтенсифікувати шляхом підвищення температури зерна та зменшення гальмівної дії термовологопровідності (на основі використання прогресивних технологій сушіння), а процес зовнішнього вологообміну — як шляхом підвищення температури та швидкості агента сушіння, так і збільшення активної поверхні зерен, що беруть участь у процесі тепло- й вологообміну з агентом сушіння. Головна порада аграріям цього збирального сезону: сушіть зерно грамотно!

М. Федотова, асистент

Д. Трушаков, доцент,

Кафедра автоматизації виробничих процесів,

Центральноукраїнський національний технічний університет

Журнал «Пропозиція», №10, 2020 р.