Влага в зерне, как в любом живом организме, - это среда, в которой совершаются все реакции обмена веществ. При увеличении влажности зерна выше определенного уровня, так называемой кондиционной влажности, в зерне появляется свободная влага, что приводит к активизации жизнедеятельности зерна. Задача сушки заключается, прежде всего, в снижении влажности зерна до кондиционной.
Влажность зерна, поступающего на сушку, зависит от многих факторов, то есть от так называемой предыстории зерна. Влажность зерна зависит от условий, в которых оно находится.
Зерно - хороший сорбент, что объясняется высокой скважистостью зерновой массы и капиллярно-пористой структурой зерновок. По микро - и макрокапиллярам влага в виде жидкости или пара циркулирует из внутренних частей зерна к поверхности, и наоборот.
Влага в зерне имеет различные формы связи с его твердым скелетом: от самой прочной, обусловленной молекулярными силами, до чисто механического удержания влаги на поверхности зерна. Все формы связи влаги с зерном делят на три группы: химическая связь, физико-химическая связь, механическая связь. Строгой границы между отдельными видами связи не существует. В процессе сушки удаляется из зерна влага, связанная механическими силами, и частично физико - химически связанная влага.
Для сушки зерна важны его теплофизические и физические свойства: теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность, удельная поверхность, скважистость, сыпучесть, скорость витания зерна.
Все процессы тепло - влагообмена между зерном и агентом сушки осуществляются через поверхность зерна, поэтому большое значение имеет его удельная поверхность - отношение поверхности всех зерен, содержащихся в одном килограмме, к объему этой зерновой массы. Процесс сушки протекает быстрее при увеличении удельной поверхности зерна, следовательно, чем мельче зерно, тем интенсивнее оно высушивается.
При сушке зерновая масса продувается воздухом или агентом сушки, что возможно благодаря скважистости зерновой массы. Чем выше скважистость, тем легче агент сушки подводится к зерновке и тем интенсивнее и равномернее протекает сушка.
При сушке зерна идет процесс его обезвоживания и нагрева. Учитывая то, что зерно - живой организм, важно знать его термоустойчивость, т е способность сохранять в процессе сушки семенные и продовольственные свойства. В процессе сушки зерно может снизить жизнеспособность или товарно-продовольственные качества.
Нагрев зерна по-разному влияет на содержащиеся в нем органические вещества (белки, углеводы, жиры, ферменты, витамины). Более устойчивы к нагреву углеводы и жиры. При влажности зерна 14% они выдерживают нагрев до 60-65°С. При более высокой влажности или температуре начинается процесс декстринизации крахмала, приводящий к ухудшению цвета муки и разложению жиров, в результате чего происходит повышение кислотного числа жира.
Белковые вещества более чувствительны к нагреву. Изменения связаны со сложными биохимическими преобразованиями белкового комплекса зерна, приводящими к денатурации белков, потере ими способности поглощать воду. Снижение посевных свойств семенного зерна, уменьшение выхода и ухудшение качества клейковины, снижение хлебопекарных достоинств продовольственного зерна, снижение активности ферментов вызваны в первую очередь денатурацией белков. Следует иметь в виду то, что белки зародыша более чувствительны к нагреву, чем белки эндосперма. Поэтому семенное зерно обычно нагревают до 40 ᵒС, в то время как зерно продовольственного назначения выдерживает нагрев до 50 ᵒС.
В процессе нагрева клейковина укрепляется, поэтому сушка зерна со слабой клейковиной приводят к ее укреплению и, следовательно, к улучшению качества.
При неправильном ведении процесса сушки в зерне кроме биохимических реакций могут произойти структурно-механические изменения уплотнение или разрыв оболочек, растрескивание ядра, запаривание и др.
Зерносушилки различаются по конструкции (стационарные и передвижные), способу движения зерна (циклические и поточные) и ряду других факторов.
Ко всем типам зерносушилок предъявляют следующие основные требования:
обеспечение требуемого снижения влажности и сохранение качества зерна;
охлаждение зерна после сушки;
исключение механического травмирования зерна;
удобство обслуживания и эксплуатации;
полная механизация всех работ, связанных с сушкой;
оснащение приборами для контроля и регулирования процесса сушки;
экономичность по удельным расходам теплоты, электроэнергии, эксплуатационным затратам;
максимальная универсальность, обеспечивающая высококачественную сушку зерна различных культур.
В абсолютном большинстве современных зерносушилок используют конвективный метод сушки, при котором теплота, необходимая для сушки, передается зерну от нагретого агента сушки. В качестве агента сушки применяют смесь топочных газов с воздухом или чистый воздух, нагретый в теплообменнике топочными газами. Наибольшее распространение получили шахтные прямоточные зерносушилки непрерывного действия. Их применяют для сушки пшеницы, ржи, ячменя, риса, подсолнечника и других культур продовольственного и семенного назначения. В сушильной шахте зерно под действием силы тяжести движется сверху вниз и пронизывается агентом сушки. Скорость движения зерна в шахте регулируется производительностью выпускного механизма различной конструкции. На сегодняшний момент подобные зерносушилки наиболее эффективное решение для сушки зерна.
Сушильно-охладительная шахта имеет прямоугольное сечение и до верха заполняется просушиваемым зерном. Верхняя часть шахты - сушильная - предназначена для высушивания зерна, а нижняя - охладительная - для охлаждения высушенного зерна. Конструкция их аналогична. В современных зерносушилках премиум класса, таких как например Strahl, сушильная часть шахты разделяется на 2-З секции - зоны сушки, - при этом в каждую зону подается агент сушки с различной температурой.
Внутри шахты установлены короба рядами в шахматном порядке для подвода и отвода агента сушки. Зерно располагается между коробами. Агент сушки поступает в шахту через подводящие короба со стороны напорно-распределительной камеры, проходит слой зерна и выходит через отводящие короба в осадительную камеру. Короб представляет собой канал пятигранной формы с открытой нижней стороной. Напорно-распределительная камера предназначена для выравнивания потоков агента сушки с целью равномерного распределения по подводящим коробам.
Надсушильный бункер предназначен для непрерывной подачи зерна в сушку и препятствует утечке агента сушки из верхних рядов коробов, т. е. служит своеобразным зерновым затвором.
Выпускной механизм устанавливается под охладительной зоной, он предназначен для равномерного выпуска зерна из сушильно-охладительной шахты по всему ее сечению, а также для регулирования производительности зерносушилок.
Для подачи агента сушки или охлаждающего воздуха в шахту зерносушилки применяется вентиляционное оборудование вентиляторы и воздуховоды. Вентиляторы могут работать как на нагнетание, так и на отсасывание агента сушки, однако по расходу электроэнергии вакуумные вентиляторы являются предпочтительными. Так, у зерносушилок Strahlза счет установки вытяжных вентиляторов экономия электроэнергии составляет 40%, что значительно снижает себестоимость высушенного зерна и эксплуатационные расходы на сушку.
Основные недостатки шахтных зерносушилок следующие: неравномерность нагрева и сушки зерна по сечению шахты, снижение влажности за один пропуск не более 6%. Эти недостатки полностью устранены в шахтных зерносушилках с рекуперацией агента сушки. Шахтная зерносушилка подобного типа повторно распределяет отработанный нагретый воздух для повторной сушки зерна, при этом производительность повышается на 30-50%.
Под режимом сушки понимают определенное сочетание таких параметров, как температура агента сушки, его влагосодержание, скорость движения (расход) и предельно допустимая температура нагрева зерна. Величину ее определяют термоустойчивостью зерна, которая зависит от его культуры, влажности, назначения и продолжительности теплового воздействия.
Своевременно и правильно проведенная сушка не только повышает стойкость зерна при хранении, но и улучшает его продовольственные и семенные достоинства. В результате сушки ускоряется послеуборочное дозревание, происходит выравнивание по влажности, улучшаются цвет, внешний вид и технологические свойства зерна.
При сушке пшеницы температурный режим дифференцируют в зависимости от исходного качества клейковины - крепкой, нормальной, слабой. Сушка пшеницы со слабой клейковиной при повышенных температурах приводит к уплотнению клейковины и, следовательно, к улучшению ее качества.
При сушке зерна в шахтных прямоточных зерносушилках съем влаги за один пропуск не должен превышать 6%, а для риса-зерна - 3%. В шахтных зерносушилках с системой рекуперации и с дополнительными камерами для нагрева зерна, как например у зерносушилки Strahl - без ограничения предела снижения влажности.
При сушке зерна в шахтных зерносушилках cрекуперацией допускают более высокие температуры нагрева зерна, чем в обычных шахтных зерносушилках, так как они характеризуются кратковременностью и большей равномерностью нагрева зерна.
Семена зерновых культур сушат в шахтных зерносушилках всех типов, за исключением передвижных. Семенное зерно не рекомендуется сушить в барабанных зерносушилках, но оптимально в зерносушилках с рекуперацией тепла. В связи с тем, что белки зародыша более чувствительны к нагреву, чем белки эндосперма, предельная температура нагрева семенного зерна в зерносушилках всех типов ниже, чем продовольственного. Согласно действующей инструкции максимальный нагрев семян пшеницы, ржи, ячменя, подсолнечника, гречихи, проса, овса не должен превышать 40ᵒС, а температура агента сушки - 70ᵒС. При сушке бобовых культур и риса-зерна нагрев семян не должен превышать 35ᵒ С, а температура агента сушки - 60 ᵒС.
Во время работы шахта зерносушилок и надсушильный бункер должны быть все время заполнены зерном. Съем влаги при сушке регулируют, уменьшая (при повышенной влажности) или увеличивая (при пониженной влажности) выпуск сухого зерна из зерносушилки. Температуру агента сушки регулируют количеством сжигаемого топлива и изменением количества добавляемого атмосферного воздуха. Температуру нагрева зерна регулируют как температурой агента сушки, так и временем пребывания зерна в сушилке (ее производительностью).
Все поступающее сырое и влажное зерно должно быть просушено в течение 2 месяцев (615 часов работы стационарной зерносушилки). Из этого условия определяют требуемую производительность зерносушилок.
Все зерносушилки непрерывного действия, потому нельзя допускать их простоя, так как это приводит к неоправданным большим потерям рабочего времени, снижению их производительности и перерасходу топлива на вторичный прогрев установки и зерна.
При нарушении режимов сушки зерна ухудшается его качество Основные признаки нарушения режима:
появление поджаренных или подгорелых зерен, зерен с морщинистыми, вздутыми или лопнувшими оболочками. Причина - чрезмерно высокая температура агента сушки, вследствие чего влага в зерне перемещается медленнее, чем испаряется с поверхности, внешние слои зерновок пересушиваются и лопаются из-за объемных напряжений;
появление запаренных зерен. Причина - низкая температура и недостаточный расход агента сушки; он насыщается влагой до предельного состояния и препятствует испарению влаги из зерна;
снижение количества и ухудшение качества клейковины. Причина - высокая температура агента сушки, замедленное движение зерна в шахте, застойные зоны в шахте. В этом случае необходимо снизить температуру агента сушки и увеличить пропускную способность выпускного устройства;
К мероприятиям по экономии топлива и электроэнергии следует в первую очередь отнести следующее:
обеспечение полного сгорания топлива;
уменьшить потери тепла в окружающую среду - для этого шахта зерносушилки должна быть теплоизолирована;
воздух, направляемый для горения топлива, предварительно нагреть;
контролировать температуру и относительную влажность отработавшего агента сушки, она не должна превышать среднюю температуру нагрева зерна более чем на 5°С с относительной влажностью не менее 60%;
обеспечить бесперебойную работу зерносушилки, что позволит избежать непредвиденных потерь на повторный нагрев зерносушилки, топки, зерна.
