Зерносушение

Зерносушение

Тема 1. Значение сушки в сохранности зерна. Объемы сушки зерна

Неблагоприятные природно-климатические условия, характерные для многих зернопроизводящих регионов России, предопределяют повышенную влажность убираемого с поля зерна. У колосовых культур она не редко достигает 20-25% и более; рис с связи с особенностями его возделывания, как правило, имеет более высокую уборочную влажность; влажность кукурузы достигает 30-35% и более; семена подсолнечника даже в южных районах нередко имеют влажность, достигающую 20% и более.

1.1. Требования, предъявляемые к сушке

Задача сушки заключается, прежде всего, в снижении влажности зерна до уровня ниже критической, при которой физиологические процессы замедляются, проявляются лишь в форме очень слабого дыхания, а зерновая масса пребывает в анабиотическом состоянии.

Просушенное зерно, очищенное от примесей, обеззараженное и охлажденное, можно хранить без перемешивания в силосах элеваторов 2-3 года, а в складах - 4-5 лет при обязательном соблюдении соответствующей технологии.

1.2. Принципы обезвоживания и способы сушки зерна

Принципы обезвоживания и способы сушки

Сушилка аэродинамическая комбинированного типа (АСКТ)

В технологии зерносушения используют два основных принципа удаления излишней влаги из зерна:

  • в виде жидкости
  • в виде пара.

Принцип удаления влаги из зерна в виде жидкости

Первый принцип сушки осуществляют при непосредственном контакте сырого зерна с более  гигроскопическим веществом, способным поглощать влагу из зерна путем сорбции. Это так называемая сорбционная сушка (контактный влагообмен).

В качестве сорбируемого вещества могут быть использованы сухое зерно, гранулированный силикагель или другие вещества.

Принцип удаления влаги из зерна в виде пара

Второй принцип сушки связан с затратой тепла на превращение жидкости в пар. Такая сушка называется тепловой.

Энергию, необходимую для испарения влаги, можно сообщать зерну различными методами:

  • конвекцией,
  • кондукцией,
  • терморадиацией,
  • в электрическом поле токов высокой частоты
  • и др.

Применение того или иного принципа сушки и метода энергоподвода необходимо увязывать со свойствами зерна, в частности, с прочностью связи влаги в зерне.

Сушка с конвективным теплоотводом

Конвективная сушка продуктов

Наибольшее применение в технологии зерносушения получила сушка с конвективным теплоотводом. В этом случаи энергию, необходимую для испарения влаги, сообщают зерну нагретым газом - воздухом или смесью воздуха с продуктами сгорания топлива.

Конвективную сушку осуществляют, как правило, продуванием зернового слоя потоком нагретого газа. Широкое распространение конвективного метода сушки зерна обусловлено простотой его осуществления и достаточно высокой экономичностью процесса.

Технология сушки зерна кондуктивным методом

Теплота может быть передана зерну от нагретой поверхности кондукцией (теплопроводностью), в связи с чем этот метод сушки называют кондуктивным. В качестве нагретой поверхности используют трубы, обогреваемые изнутри паром, горячей водой или газом. Выделяющийся из зерна водяной пар поглощается холодным или нагретым воздухом, подаваемым в сушильную камеру.

  • Скорость кондуктивной сушки зависит от температуры греющей поверхности и толщины зернового слоя.
  • Кондуктивную сушку применяют, главным образом, для прогрева зерна и небольшого снижения влажности при подготовке зерна к переработке.
  • Кондуктивный теплоподвод используют в вакуум - сушилках.
  • Сушка под вакуумом позволяет повысить интенсивность процесса, проводимого при низких температурах высушиваемого зерна.
  • Усиление вакуума приводит к снижению температуры зерна и интенсифицирует подвод тепла от поверхности нагрева к зерну.

Терморадиационная сушка зерна

Терморадиационная конвейерная сушилка

Терморадиационная конвейерная сушилка

При терморадиационной сушке подвод тепла к зерну осуществляют от генераторов инфракрасного излучения или солнечными лучами. Внимание к использованию солнечной энергии, как источника тепла для сушки зерна, в последнее время усиливается.

Технология терморадиационная сушка (воздушная)

Простейшую солнечно - воздушную сушку рекомендуется проводить в сухую и ясную погоду на специально оборудованных деревянных, кирпичных, асфальтовых или глинобитных площадках.

  • Зерно, в зависимости от влажности, рассыпают слоем толщиной 10-15 см. На  1 т. зерна требуется примерно 15 м2 площади.
  • В течение дня в благоприятных погодных условиях  влажность зерна может быть снижена на 3-4%.
  • При периодическом перемешивании и провеивании зерна сушка заметно ускоряется.

При солнечной сушке полностью сохраняются семенные и продовольственные достоинства зерна, ускоряется послеуборочное дозревание, снижается зараженность вредителями. Вместе с тем, солнечная сушка весьма трудоемка, зависит от метеорологических условий, требует специально оборудованных площадок.

Сушка зерна инфракрасным излучением

Инфракрасная сушка зерна

Сейчас накоплен достаточно большой экспериментальный материал по использованию инфракрасного излучения для сушки зерна.

  • Созданы полупроизводственные зерносушильные установки;
  • имеются промышленные установки небольшой производительности для удаления поверхностной влаги с промытого зерна, направляемого на переработку.

При инфракрасном излучении плотность теплового потока на поверхности материала в 20-100 раз выше, чем при конвективной сушке. Однако зерно в целом малопроницаемо для инфракрасного излучения. Так, при применении светлых излучателей проницаемость слоя толщиной в одно зерно составляет только 20%, а слоя толщиной в  два зерна - всего лишь 5%.

В качестве генераторов излучения следует применять газовые горелки или панели, обогреваемые продуктами сжигания природного газа или жидкого топлива.

Сушка зерна в электрическом поле высокой частоты

Микроволновая сушилка шнекового типа

Микроволновая сушилка шнекового типа

1 — воздуховод; 2 —внешний воздуховод; 3 — вентилятор; 4 — магнитрон; 5— корпус сушилки; б—шнек; 7—привод шнека

Возможен нагрев и сушка зерна в электрическом поле высокой частоты. Высокочастотный нагрев материалов основан на явлении поляризации. Имеющиеся во влажном материале полярные молекулы (диполи) стремятся расположиться своими осями вдоль поля. Колебания молекул связаны с трением частиц между собой, в результате чего в массе материала выделяется тепло.

Характер метода

Характерной особенностью такого метода сушки является прогрев зерна в массе. Количество выделяемой теплоты зависит от напряженности поля и частоты, а также от диэлектрических свойств зерна. С повышением его влажность диэлектрические потери возрастают, в связи с чем возрастает количество выделяемой теплоты.

В промышленных условиях обычно применяют ламповые генераторы. Общий к.п.д. их невысок, в связи с чем удельный расход энергии при высокочастотной сушке более чем в два раза превышает расход энергии при конвективной сушке.

Метод комбинированной сушки зерна

Проточные зерносушилки S3, S6, S6D

Перспективны различные методы комбинированной сушки, например, при сочетании конвективно-кондуктивного, радиационно-конвективного теплоотводе при разном состоянии зернового слоя.

Интерес представляет конвективною - контактная сушка зерна, получившая широкое развитие и внедрение в сушилках с рециркуляцией зерна.

На стадии опытной проверки находятся методы сушки зерна в акустическом поле, сушка сублимацией и вакуум - сушка.

2.2. Влагообменные и теплофизические свойства зерна. Термоустойчивость зерна

Влагообменные и теплофизические свойства зерна. Термоустойчивость зерна

Определение теримина тепловая сушка зерна

Процесс тепловой сушки зерна заключается в переводе влаги, находящейся в зерне, в парообразное состояние и удалении образующегося пара во внешнюю окружающую среду.

Важно знать состояние влаги зерна

Для понимания механизма процесса сушки важно знать состояние влаги в зерне и взаимодействие ее с сухим скелетом зерна.

Взаимодествие воды в вещеставми зерна

Специфические свойства зерна, как объекта сушки, в значительной мере обусловлены особым состоянием воды, содержащейся в зерне, и механизмом  взаимодействия ее с веществами зерна.

В зерне нет свободной воды.

Она более или менее прочно связана с тканями зерна и его клетками или находится в виде водного раствора той или иной концентрации и состава.

Вода активный агент

Вода активный агент

Вода в зерне не только важнейшая составная часть, но и активный агент, принимающий участие в биохимических процессах, постоянно совершающихся в зерне.

Содержание влаги в зерне обычно принято выражать в процентах.

В теории и практике сушки применяют три понятия, определяющих содержание влаги в зерне:

  1. влажность на общую массу
  2. влажность на сухое вещество
  3. влагосодержание

Гигроскопические свойства зерна

Зерновки всех культур представляют собой гигроскопические тела и вследствие этого поглощают  пары воды из окружающей среды (явление сорбции). Может происходить и обратный процесс - испарение влаги из зерна (явление десорбции). Характер взаимодействия зерна с окружающей средой зависит от состояния окружающего воздуха и от влажности и температуры самого зерна.           Графическую зависимость равновесной влажности зерна   wp  от относительной влажности воздуха φ, полученную при одной и той же температуре называют изотермой сорбции и десорбции (рис. 2.2.1.).

Классификация форм связи влаги в зерне

Формы и виды связи влаги, находящейся в зерне, различны: от самой прочной, обусловленной молекулярными силами, до чистого механического удерживания на поверхности зерна. Современные представления о формах связи влаги с материалом базируются на работах Ребиндера П.А. и Казакова Е.Д.

В зависимости от величины энергии связи принято различать: химически связанную, физико-химически связанную и физико-механически связанную влагу.

Химически связанная влага характеризуется наиболее высокой энергией связи. Она может быть удалена из зерна лишь при особо интенсивной тепловой обработке - прокаливании.

Физико-химической форме соответствуют три вида связи: адсорбционно связанная влага, осмотически связанная и структурная влага.

Адсорбционно связанная влага представляет собой слой воды толщиной в несколько сотен диаметров молекул, удерживаемой силовым полем на активной поверхности коллоидного капилярно-пористого тела. Зерно обладает огромной внутренней поверхностью, а, следовательно, и значительной свободной поверхностной энергией, за счет которой происходит адсорбционное связывание воды.

Теплофизические свойства зерна

Тепловые свойства зерна определяются его теплофизическими характеристиками: удельной теплоемкостью c  , теплопроводностью ? и температуропроводностью α. Знание их необходимо для выполнения расчетов процессов нагрева, сушки и охлаждения зерна. теплофизические характеристики зерна оказывают влияние на протекание тепловых процессов. Они определяют развитие процессов переноса и накопления тепла в различных участках зернового слоя. От численного соотношения этих двух процессов зависят скорость изменения температуры и теплового потока на каждом участке зернового слоя, скорость распространения температурной волны, глубина проникания тепловой зоны, затраты теплоты на нагрев зерна и т.д.

Процесс переноса тепла определяется теплопроводностью λ, накопление тепла - объемной теплопроводностью (сρ). Совокупное влияние их на общий процесс учитывается температуропроводностью  α=λ/сρ, которая характеризует способность зерна пропускать температурную волну.