УДК 631.363.5

Тельнов М. Ю., Тюрин И.Ю.

ФГОУ ВПО «Саратовский ГАУ им. Н.И. Вавилова», г. Саратов.

Задачи и способы сушки зерна и семян культур сельскохозяйственного назначения в процессе их заготовки.

Основной задачей сушки зерновых и масличных и других культур сельскохозяйственного назначения - является снижение его влажности до значений, при которых зерно можно безопасно заложить на длительное хранение, не опасаясь возникновения очагов самосогревания. Однако сушка - это не только способ понижения влажности зерна [1]. При правильно подобранном режиме сушки происходит физиологическое дозревание зерна и улучшение его качества.

Так, семена с развитой удельной поверхностью испарения, например мака и многолетних трав, эффективнее сушить в «кипящем» (фонтанирующем, псевдоожиженом) слое, то есть при большом избытке воздуха, чтобы условия внешнего влагообмена не лимитированы довольно высокой скорости испарения влаги с поверхности зерна. Крупные семена таких культур, как фасоль, бобы, соя, целесообразнее сушить в плотном слое, организовывая процесс сушки таким образом, чтобы скорость испарения влаги с поверхности не опережала значительно скорость перемещения влаги из центра зерна к его периферии. В противном случае не одинаковое высыхание различных частей зерна приведет к неравномерной их усадке, а значит, к напряженному состоянию, вызывающему растрескивание зерен [4].

Иными словами, процесс сушки зерна заключается в подведении тепла к просушиваемому зерну, извлечении из него влаги в виде пара и удалении его в атмосферу [2].

Процесс сушки в основном состоит из взаимно связанных между собой тепло-физических явлений, протекающих в следующем порядке:

- перенос (передача) тепла от агента сушки к поверхности просушиваемого материала;

- испарение влаги с поверхности зерна;

- передача тепла от поверхности зерна к его внутренним слоям;

- перемещение влаги изнутри зерна к его поверхности и одновременно продолжающееся испарение влаги с поверхности.

Вся испаряющая влага поглощается агентом сушки и уносится в атмосферу.

Скорость испарения влаги при сушке зерна зависит от факторов, влияющих на процесс перемещения влаги из зерна к его поверхности, в том числе от физико-химической структуры зерна и от формы связи влаги с сухим веществом. Чем выше начальная влажность зерна, тем больше скорость сушки в первый период, но тем короче этот период. Большое влияние на процесс испарения влаги, а следовательно, на производительность сушилки, а также на качество зерна оказывает температура агента сушки и нагрева зерна. С повышением температуры агента сушки увеличивается температура зерна и интенсивность испарения влаги. Однако температура зерна должна быть в пределах, сохраняющих качество зерна.

Использование агента сушки с высокой температурой в начале процесса может привести к очень интенсивному испарению влаги с поверхности сырого зерна и к пересушиванию поверхности. Это может нарушить влагопроводность в зерне и ухудшить процесс переноса влаги из его внутренних слоев к поверхности. Кроме того, при высокой температуре агента сушки поверхностный слой зерна быстро нагревается до предельно допустимой температуры, влажность же его за это время успевает снизится незначительно.

Увеличение скорости агента сушки повышает скорость испарения влаги, но при этом быстро возрастает аэродинамическое сопротивление при одной и той же толщине зернового слоя.

Способы сушки можно классифицировать по такому основному признаку, как вид передачи тепла зерну. Передавать тепло можно конвективным, кондуктивным, радиационным способами и электротоком. Существует и способ сушки без подачи тепла - это адсорбционно-контактный

Во всех зерносушилках, применяемых в системе в сельском хозяйстве, тепло передаётся конвективным способом. Агент сушки служит не только для передачи тепла зерну, но и одновременно для поглощения испарившейся из него влаги.

Сушить зерно конвективным способом можно смесью топочных газов с воздухом или атмосферным воздухом, нагретым в теплообменнике. Сушка нагретым воздухом исключает попадание в сушильную камеру продуктов сгорания топлива ( сернистого газа, дыма).

Конвективный способ сушки можно применять при разном состоянии зернового слоя - плотном или разрыхлённом, в пересыпающемся, падающем или взвешенном состоянии.

Недостатки этого способа:

- сушка происходим смесью топочных газов с воздухом (подогрев воздуха в теплообменнике до температуры 200°С приводит к неоправданно большим энергозатратам);

- невозможность сушки зерна влажностью более 21 процента в потоке (необходим неоднократный пропуск зерна через зерносушилку);

- невозможность обеспечить сушку семенного зерна (применение мягких режимов сушки приводит к 4-х кратному уменьшению производительности и влагосъема).

Кондуктивный способ сушки зернового слоя, насыпанного непосредственно на горячую поверхность, малоэффективна и требует большого расхода тепла. При таком способе нижний слой зерна, соприкасающийся с горячей поверхностью, быстро нагревается, в это же время поверхностный слой почти не нагревается и не просушивается.

Разновидностью кондуктивной сушки является сушка в вакууме. В вакуум-сушилках тепло передаётся зерну от стенок паровых труб, а испаряемая влага непрерывно откачивается вакуум-насосом и поступает в конденсатор. Чем больше вакуум в зерносушилке, тем интенсивнее испаряется влага из зерна и тем ниже температура его нагрева.

Однако значительный расход электроэнергии на работу вакуум – насосов, потребность в установке парового котла и охладителя, а также сложность устройства для обеспечения герметичности поступления зерна в вакуум-сушилку и при выпуске из неё является причиной того, что эти зерносушилки не нашли широкого применения.

Радиационный способ сушки зерна. К этому способу относят солнечную сушку, когда зерно рассыпают на открытой площадке и оно нагревается от солнечных лучей, а испарившаяся влага поступает в атмосферу. Скорость солнечной сушки увеличивается при тонком зерновом слое и при наличии ветра над слоем. Солнечную сушку применяют в отдельных случаях для сушки небольших партий семенного зерна.

Радиационную передачу тепла зерну можно осуществить при помощи инфракрасных (тепловых) лучей от инфракрасных излучателей. Ламповые генераторы инфракрасного излучения просты и безопасны работе, но имеют низкий к.п.д. и потребляют около 5 кВт /ч на 1 кг испарённой влаги. Кроме того при инфракрасном облучении слой надо непрерывно перемешивать, испаряемую влагу удалять в атмосферу, а просушенное зерно направлять в охладитель, что усложняет устройство и обслуживание сушилок.

Сушка в электрическом поле высокой частоты (ТВЧ). Сущность этого способа состоит в том, что зерно находится в поле токов высокой частоты, в котором энергия превращается в теплоту, благодаря чему зерно нагревается.

Температура зерна в поле ТВЧ быстро повышается (в течение нескольких секунд), причём однородный материал нагревается равномерно по всей толщине. Разогрев зерна происходит за счёт передачи зерну (как и любому токопроводящему материалу) энергии путём передачи молекулам зерна дополнительной кинетической энергии (разгона молекул). Влияние сушки ТВЧ на семенные и продовольственные качества зерна трактуются разными авторами неоднозначно. Этот способ требует большого расхода электроэнергии (до 5 кВт/ч на 1 кг испарённой влаги).

Адсорбционно-контактная сушка происходит следующим образом: селикогель (адсорбент) смешивается с влажным зерном, влага зерна адсорбируется (поглощается) селикогелем. После завершения процесса сушки смесь рассортировывается, селикогель направляется на просушку. Преимущества данного способа:

-зерно не подвергается термическому воздействию;

-нет необходимости охлаждения после сушки;

-на сушку селикогеля идёт значительно меньше энергии чем на сушку зерна, так как нет необходимости соблюдать строгие температурные режимы.

Недостатки:

-необходимость в дополнительном агенте сушки - селикогеле, запас которого нужно периодически пополнять;

-дополнительные затраты связанные со смешиванием и разделением зерна и селикогеля;

- довольно сложная конструкция зерносушилки обеспечивающая нормальное протекание процесса адсорбционно-контактной сушки.

Таким образом, свойства материала как объекта сушки, а также условия его обработки служат определяющими факторами при выборе способов сушки. Нередко роль одного из них является преобладающей. Поэтому необходимо разрабатывать необходимое оборудование и технологию для сушки продуктов растениеводства.

Список использованной литературы

1. Тюрин И.Ю. Перспективы развития экспериментальных исследований процесса сушки // Научное обозрение, № 5. – Саратов, ООО «АПЕКС-94», 2010. – 96 с.

2. Тюрин И.Ю., Лишавский В.С., Комаров Ю.В. Основы современной сушки семян и зерна // Вавиловские чтения. Материалы международной научно-практической конференции, (часть 2) ИЦ «Наука» - Саратов, 2009. – 507 с.

3.Л.А. Трисвятский, Б.Е. Мельник. Технология приема, обработки, хранения зерна и продуктов его переработки. М, 1983 г.- 351 ст

4. http://www.agrozernomash.ru/tehnologiya_sushka_zerna.htm