Микола МАКАРЕНКО,
Основним завданням сушки зернових і олійних культур є зниження вологості осушуваного продукту до значень, при яких зерно можна безпечно закласти на тривале зберігання. При правильно підібраному режимі сушіння також відбувається фізіологічне дозрівання зерна і поліпшення його якості.
Комфортне життя продукції
Зерно під час зберігання живе і дихає, хоча при цьому всі його життєві функції зведені до мінімуму. Сушка і охолоджування збіжжя дозволяють досягти максимально низьких втрат на дихання під час зберігання. З пониженням вологості зерна знижується інтенсивність дихання зернової маси, пригнічується життєдіяльність мікроорганізмів і шкідників зерна. Процес післяжнивного дозрівання у зібраному зерні при сушці прискорюються, зернова маса вирівнюється за вологістю і ступенем зрілості.
В умовах постійної температури чим вища вологість зернової маси, тим швидше наростає енергія дихання, причому цей процес відбувається нерівномірно. Це пов’язано з появою у зерні вільної води. При низькому вмісті вологи в зерні вода, поглинена ним, знаходиться у зв’язаному стані: її міцно утримують білки і крохмаль. При підвищенні вологості зернової маси в клітинах зерна з’являється вода, яка слабо або зовсім не утримується крохмалем і білками. Вільна вода легко переміщується по різних частинах зерна і використовується клітками для гідролітичних процесів. При появі вільної води також різко зростає активність ферментів, що беруть участь у диханні.
Суть сушки полягає у випаровуванні вологи із зерна, внаслідок чого в ньому збільшується відносний вміст сухої речовини. Необхідною умовою випаровування є різниця в тиску пари: у зерні воно має бути вищим, ніж у навколишньому середовищі. При цьому поверхня зерна висихає, а в середині у нього виникає градієнт вологи, що викликає переміщення її від центру до периферії. Швидкість випаровування залежить від швидкості руху повітря, що омиває зерно. Проте за дуже високої температури теплоносія волога з внутрішніх шарів зерна не встигає просуватися до поверхні, що призводить до спікання оболонки зерна. Тому під час сушки важливо не тільки видаляти вологу з поверхні зерна, але й сприяти рівномірному її підведенню із внутрішніх шарів.
Слід пам’ятати, що при порушенні встановлених режимів і правил технічної експлуатації сушарок при нагріванні зерна понад допустиму температуру відбувається погіршення його якості, знижується схожість і енергія проростання у насінному зерні, збільшуються кількість тріщин зернобобових культур, рису, зерна та погіршуються хлібопекарські властивості борошна, отриманого з нього.
Посівне зерно неможливо висушити за високих температурах без зниження схожості, тому температура посівного зерна, а також солодового ячменю і борошномельної пшениці під час сушіння не повинна перевищувати 45 °C. Для інших видів зерна температура може бути вищою. Гранична ж температура також залежить і від початкової вологості зерна: чим вища вологість, тим нижчою має бути температура. Тому для сушки насіннєвого, кормового і борошномельного зерна встановлені різні температурні діапазони сушки.
Для забезпечення якісного протікання сушки процес має бути рівномірним по всьому об’єму зерна, у його масі не повинно бути осередків, де температура значно вища допустимої для конкретного виду зерна.
Способи видалення вологи
Необхідна певна енергія на подолання сили зв’язку вологи із сухою речовиною зерна, а також на теплоту пароутворення. Теплова сушка є найбільш ефективним заходом щодо підготовки зерна до зберігання. Теплота, необхідна для перетворення вологи на пар, може бути підведена до зерна різними способами: конвективним, кондуктивним, інфрачервоними променями та іншими способами.
Основним способом сушіння зерна є конвективне, при якому теплота передається до зерна від нагрітого повітря або суміші повітря із продуктами згоряння палива. Підведена теплота витрачається на нагрів зерна, на підігрів вологи до температури випаровування та на перегрів пари, що утворюється. Водяні пари, що виділяються із зерен, поглинаються повітрям і виводяться із зони сушки. При конвективному способі випаровування вологи залежить від здатності теплоносія поглинати вологу, яка, своєю чергою, залежить від температури: з її підвищенням волога збільшується. Отже, щоб підсилити випаровування, треба нарощувати температуру, але слід пам’ятати, що високі температури згубні для зародка зернини. Величина нагріву зерна залежить від температури теплоносія, тривалості дії цієї температури, а також кількості теплоносія та його швидкості. Чим більше теплоносія надходить у сушарку, тим швидше він проходить через міжзернові простори маси зерна, і тим швидше відбувається процес сушки.
При рециркуляційному способі сушіння сире зерно змішують із просушеним і потім направляють у зону нагріву, де температура агента сушки сягає 250–300 °C, а час знаходження зерна в зоні нагріву становить 2–3 секунди. Середня температура суміші досягає гранично допустимої, а вологість сирого зерна знижується на 0,5–1,0%. Нагріте зерно надходить у зону контактного тепловологообміну, де при витримці сирого і рециркулюючого зерна протягом 10–20 хвилин у зерновій суміші відбувається тепловологообмін: сухе зерно забирає вологу із сирого і віддає йому частину своєї теплоти. Вологість сирого зерна знижується при цьому на 1,5–3,0%, а температура вирівнюється. Разом з охолоджуванням зерна відбувається самовипарювання вологи на 0,8–1,2%. Рециркуляція просушеного зерна дозволяє понизити середню вологість суміші, підвищити її температуру і забезпечити сушку до необхідної вологості за один прийом.
Оптимальний режим сушіння
Оптимальний режим сушки — це такий, коли забезпечується найбільша продуктивність, повне збереження або поліпшення якості зерна при високій продуктивності роботи сушарки. Основними параметрами режиму сушки є: температура теплоносія, що подається у сушильну камеру; температура максимального нагріву зерна в процесі сушки; температура охолодженого зерна; час перебування зерна в нагрітому стані, що відповідає відсоткам знімання вологи. Для оптимізації процесу сушки необхідно враховувати також швидкість руху теплоносія і його відносну вологість, а також початкову вологість зерна.
Режим сушки залежить від роду зерна (насіння різних культур має різну термостійкість). В основі фізичної суті стійкості зерна до підвищених температур відмічено два явища, що діють у протилежних напрямах:
- нагрівання зерна за деяких умов сприяє його термоактивації, що проявляється у підвищенні його енергії проростання і схожості;
- підвищення температури призводить до теплової денатурації білків, зниження їх розчинності і порушення фізіологічних функцій зерна.
Чим вища вологість, тим меншою має бути температура теплоносія і нагріву зерна. Сире і вологе насіння втрачає життєздатність вже при нагріві до 50 °C, при нагріві до 60–65 °C життєздатність сирого зерна втрачається повністю. У міру зниження вологості зерна його термостійкість підвищується. Відмінність у термостійкості сухого і сирого зерна ґрунтується на неоднаковій швидкості теплової денатурації білків, причому з підвищенням вологості на 3–4%, або температури на 10 °C швидкість денатурації білків зерна зростає в 2–4 рази. Тому в умовах, що супроводжуються зниженням вологості (сушки), зерно може переносити вищі температури нагріву. Крім того, воно легше переносить короткочасний нагрів, протягом якого білки не встигають помітно змінитися. При сушці зерна вологістю вище 17% слід застосовувати ступінчасті режими, при цьому температуру агента сушки на першому ступені знижують на 10 °C, а нагріву зерна на 5 °C. Якщо конструкція зерносушарки не дозволяє використовувати такі режими, то зерно сушать поетапно за 2–3 пропуски.
Витрата палива зерносушарки залежить від кількох чинників: це вплив навколишнього середовища, вид та призначення просушуваного матеріалу, його початкові параметри (вологість, засміченість), якість самого палива.
Критерії вибору обладнання
При виборі зерносушильного обладнання визначальними факторами є показники продуктивності, вартості техніки, економії витрат палива, безпеки в роботі, надійності контролю вологості зерна на виході з сушарки, наявності автоматичного управління температурою зерна та гарячого повітря.
Сушка зерна повинна відбуватися дбайливо, без травмування і без перегріву, з мінімальною кількістю різного виду транспортних механізмів і пристроїв. Також важлива легкість проведення технологічного очищення сушарки, особливо при сушці різного зерна в одному агрегаті.
В основу енергоощадного принципу сушки покладений принцип рекуперації (повторного використання) тепла нагрітого сухого повітря, що пройшло крізь шар охолоджуваного гарячого зерна після сушки, за рахунок чого значно зменшується витрата палива і підвищується ККД сушарки.
Таким чином, при виборі сушарки варто звернути увагу на наступні критерії:
- продуктивність повинна відповідати масштабам господарства, оскільки недостатньо завантажена сушарка значно підвищить собівартість сушки;
- слід орієнтуватися на оптимальне співвідношення «ціна-продуктивність-собівартість робіт»;
- технологічні процеси сушки повинні бути автоматизовані і контрольовані з мінімальною можливістю впливу людського фактора;
- паливо, що використовується, має бути доступним і недорогим, тепло — мінімально втрачатися та рекуперуватися;
- обслуговування повинно бути зручним, що не тільки підвищує продуктивність сушарки, а й значно підвищує термін її використання.
Також важливо звернути увагу на наявність системи охолоджування. Якщо її немає — це знижує продуктивність зерносушарки, оскільки зерно потрібно пропускати через колону ще раз, щоб охолодити.
Конструкція зерносушарок має максимально убезпечувати продукт сушіння від спалаху. Велику роль у довговічності зерносушарок відіграє матеріал, з якого вона зроблена (сталь, алюміній), а також товщина стінок сушильної колони. Оскільки зерносушарки з однаковою продуктивністю можуть мати різну товщину стінок колони, вибирати слід із товщими стінками — вони хоч і дорожчі, але служитимуть довше.
Конкретні зерносушарки
Ринок заповнений пропозиціями сушарок. Від малих фермерських до гігантських — для елеваторів. Значного поширення набули наступні типи сушильного обладнання: сушарки шахтного типу з рециркуляцією (наприклад, зерносушарки ДСП виробництва KMZ) і рекуперацією тепла (PETKUS, Shmidt-Zeeger, STELA та ін.), а також сушарки модульного типу: Sukup, Farm Fans, Delux та ін.
Передову продукцію зерносушарок пропонує KMZ Industries — провідний виробник елеваторного обладнання, виробничі потужності якого знаходяться у місті Карлівка Полтавської області (ПАТ «Карлівський машинобудівний завод»).
Із 2012 року, відколи KMZ Industries придбав англійську компанію Brice-Baker — європейського виробника устаткування для зерносховищ — підприємство почало виготовляти весь модельний ряд зерносушарок Brice-Baker (115 моделей) із продуктивністю від 9,5 до 300 т/год. Brice-Baker — це високотехнологічні та надійні зерносушарки нового класу. Вони забезпечують не менше 15% економії на паливі агента сушіння і від 40% економії на електроенергії, що витрачається для переміщення агента сушіння. Це комплексний пристрій з індивідуальною системою управління технологічним процесом транспортування і сушіння зерна.
Автоматизована система управління технологічним процесом забезпечує дотримання параметрів сушіння зерна згідно з технологічним рецептом. Підтримання оптимального режиму сушіння здійснюється за рахунок постійного контролю датчиками температури, вологості, граничнодопустимого нагріву агента сушіння, контролю спалаху, тощо.
Ефективні газові пальники останнього покоління дозволяють здійснювати автоматичне плавне регулювання потужності. Камера згоряння дає можливість зробити наладку, що забезпечує повне згоряння палива, а система і форма коробів сушильної камери гарантує рівномірний потік повітря, що проходить через зерно, створюючи умови для його ефективного сушіння. Завдяки цьому в зерносушарках Brice-Baker знижено витрату енергоносіїв.
Корпус зерносушарки виготовляється з оцинкованого металу європейських виробників. Якісне програмне забезпечення та електричні схеми відповідають усім стандартам ISO, DIN. Весь модельний ряд зерносушарок комплектується системою пиловідділення. За потреби зерносушарки можуть комплектуватися як пальниками в закритих вертикальних камерах згоряння, так і безкамерними.
Протягом останніх двох років нашим підприємством введені в експлуатацію нові зерносушарки Brice-Baker SCN сумарною продуктивністю 724 т/год., у тому числі одна з найпотужніших в Україні зерносушарок (300 т/год. по пшениці), яка працює на Вороновицькому ХПП.
Із зарубіжних виробників розглянемо ще шахтну зернову сушарку NDT від німецького виробника Neuero. Ця модель має високу енергоефективність і здатна якісно висушити більшість не тільки зернових, але й олійних культур (пшениця, ячмінь, кукурудза, ріпак, соняшник тощо) без переобладнання і переоснащення. Продуктивність їх може бути у межах від 8 до 280 т/год. Важливою якісною відмінністю цих агрегатів є те, що така сушарка може без погіршення якісних характеристик зерна знизити вологість кукурудзи з 35% до 15% за один прохід з одночасним охолоджуванням збіжжя. Крім того, слід відмітити, що сушарки NDT мають дуже низьке енергоспоживання до 0,89 кВт на кг/л випареної вологи.
Також опційно до сушарки NDT пропонується система автоматичного налаштування часу знаходження продукту в шахті сушарки залежно від потрібної зміни вологості вхідного продукту. Досягши критичної температури в сушильній колоні, пальник і вентилятори системи автоматично вимикаються. Крім того, пальник із витяжним вентилятором оснащені електричним системним блокуванням — при позаштатному скороченні об’ємів повітря, що подається, на рівень, менший встановленого мінімуму, відбувається автоматичне вимикання пальника.
