Технология сушки кукурузы на зерно
Обновлено: 19.09.2024
ВНИМАНИЕ! Эта статья является нашим личным мнением. В любом случае, операторы зерносушилок должны строго придерживаться температур сушки кукурузы, рекомендуемых производителем зерносушилки. ООО "Финпро Груп" не несет никакой ответственности за действия, совершенные после прочтения вами этой статьи.
В элеваторном мире есть ряд мнений на счёт того, какая должна быть температура рабочего агента при сушке коммерческой (фуражной) кукурузы:
● Кто-то сушит кукурузу на 140°С . ● Кто-то утверждает, что 135°С — это максимум. ● Кто-то говорит, что не выше 120°С . ● Некоторые видят ухудшение качества зерна даже при 110°С . ● А для некоторых и 100°С является высокой температурой, и они вынуждены понижать ее до 95°С , а то и 90°С .
Попробуем разобраться в этом вопросе.
Одно из основных отличий здесь заключается в типе зерносушилки, на которой производится сушка кукурузы. Именно поэтому, на наш вопрос не может быть однозначного ответа. Чтобы понять какие температуры мы сможем использовать при сушке, нам нужно осознанно понимать, как работает та или иная зерносушилка. У нас есть два самых распространённых способа сушки зерна:
● Американская технология (колонковые зерносушилки поперечного потока) ● Европейская технология (шахтные зерносушилки смешанного потока)
На фото: двузонная высокотемпературная кукурузная зерносушилка.
Разница между американской и европейской технологиями сушки кукурузы
При сушке зерна в американской зерносушилке есть два аспекта, из-за которых мы не можем существенно поднять температуру воздуха. Поэтому, в то время как шахтные зерносушилки успешно сушат зерно на температурах 110°С и выше (120°С, 135°С, 140°С), в колонковых мы вынуждены устанавливать температуру горячего воздуха не выше 110°С (100°С, 90°С).
Что же это за такие два аспекта?
1. Неравномерность влажности
Например, мы уже знаем, что в колонковой зерносушилке (модульной или башенной), большое количество воздуха проходит сквозь слой зерна в поперечном направлении к вектору движения кукурузы (см. подробнее: зерносушилки поперечного потока).
Таким образом, внутренний слой кукурузы (который ближе к источнику тепла) нагревается быстрее внешнего, так как постоянно обдувается более горячим воздухом. Как видно на рисунке, воздух в красном слое зерна, который течет возле стенки, остывает со 110°С до 102°С, в желтом слое остывает до 78°С, а в голубом до 51°С.
В таких сушилках температура сушки не должна превышать 105-110°С во избежание перегрева внутреннего слоя кукурузы. (Даже при условии установки перемешивателей).
Некоторые современные колонковые зерносушилки оснащены специальными устройствами, частично компенсирующими этот недостаток. Например, на полпути зерна установлен перемешиватель, который отодвигает зерно от внутренней стенки ко внешней. И наоборот, от внешней ко внутренней. Или есть системы дифференциальной разгрузки, которые зерно возле внутренней стенки выгружают быстрее, чем зерно, которое находится у наружной стенки.
Такие системы действительно помогают, и мы рекомендуем их к использованию. Однако, даже с наличием таких систем, невозможно полностью исключить неравномерность просушки зерна.
2. Скорость удаления влаги
Если мы правильно сравним зерносушилки американских и европейских производителей, мы обязательно обратим внимание на то, что через американскую сушилку зерно кукурузы с начальной влажностью 24-25% проходит за время около 1 часа. А через европейскую сушилку зерно двигается в течение аж 2.5-3.0 часа, т.е. почти в три раза дольше (при почти одинаковой суточной производительности!)
Это происходит благодаря тому, что зерно в колонковой (американской) зерносушилке нагревается намного быстрее за счёт увеличенного количества горячего воздуха, который проходит через зерно, по сравнению с шахтной (европейской). 250-300 тыс м3/час воздуха против 150 тыс м3/час воздуха.
Так как с 24% до 14% мы снимаем 10% влаги, то поделив количество снятой влаги на время нахождения зерна в шахте, мы получим скорость удаления влаги из зерна: 9-10% в час в "американках" и 3.5% в час в современных европейских сушилках.
Модели в таблице указаны лишь для примера. На самом деле, вы можете провести сравнение любых других колонковых и шахтных зерносушилок и придете к тому же выводу.
На картинке справа показано различие прохождения горячего воздуха и зерна шахтных зерносушилок (смешанного потока) и колонковых (поперечного потока).
Как мы уже написали выше, несмотря на то что "американки" сушат более низкой температурой, кукуруза нагревается намного быстрее, чем в шахтных сушилках, благодаря более высокому объёму воздуха, который подаётся в сушилку. Особенно быстро нагревается то зерно, которое течёт возле внутренней стенки. В итоге зерно намного быстрее проходит через шахту, а значит, влага из зерна удаляется с более высокой скоростью. Такие агрессивные режимы сушки и приводят к порче зерна и необходимости понижать температуру до 90°-100°С.
Как видно из той же таблицы выше, европейские сушилки более щадящие и используют намного меньше воздуха. Поэтому температура воздуха может быть повышена (в зависимости от модели сушилки) вплоть до 140°С без ущерба для зерна (в том числе и современных гибридов).
Подробнее об этом можно почитать в нашей статье "Американские зерносушилки".
Примечание: Отсюда очевиден один главный недостаток американских сушилок: на нагрев большого объёма воздуха нужно больше газа (топлива)! А так как воздух слишком быстро проходит через зерно, он не успевает отдать максимум своего тепла и ещё достаточно теплым выбрасывается в атмосферу. Поэтому такие сушилки расходуют больше газа.
А потом мы читаем в Интернете вот такие комментарии (см. цитату ниже) и думаем, что проблема связана с сортом кукурузы, а не с зерносушилкой.
Кукурузу мы сушим при температуре теплового агента не больше 95 °C. Если в начале моей карьеры сушильщики поднимали температуру и до 150 °C, то современные гибриды при такой температуре превратятся в пыль.
Скорость нагревания кукурузы
Чтобы понять оптимальные температурные режимы сушки кукурузы, хотелось бы рассмотреть ещё два теоретических аспекта.
Удельная теплоёмкость кукурузы в зависимости от влажности
Прежде чем мы перейдём к следующему типу зерносушилок, которые могут сушить кукурузу и на более высоких температурах, хотелось бы совсем немного остановиться на теоретических основах. А именно, на скорости нагрева кукурузы .
Особенность здесь заключается в том, что скорость нагревания влажной и сухой (полусухой) кукурузы очень сильно разнится.
В общем, рассчитать энергию, необходимую на нагрев материала на 1°С можно по простой формуле:
где Q - количество теплоты, c - удельная теплоёмкость, m - масса тела, t2 - начальная температура, t1 - конечная температура.
Приведенный здесь график зависимости удельной теплоёмкости кукурузы от влагосодержания основан на результатах испытаний.
Очевидно, что на участке от 10% до 35% влажности, этот график имеет почти линейную зависимости и может быть описан по формуле:
c = 0,935 + 0,051 x W
где c - удельная теплоёмкость в кДж/кг, а W - влажность кукурузы.
Представим, что мы сушим кукурузу с 30% влажности до 14%.
Попробуем посчитать сколько тепловой энергии нам необходимо для нагрева кукурузы в начале процесса сушки, когда она ещё влажная, и в конце, когда она уже сухая.
Удельная теплоёмкость кукурузы влажностью 30% = 0,935 + 0,051 x 30 = 2,465 кДж/кг Удельная теплоёмкость кукурузы влажностью 14% = 0,935 + 0,051 x 14 = 1,649 кДж/кг
То есть мы видим, что на нагрев влажной кукурузы нам понадобится в 1,5 раза больше тепловой энергии!
Такая разница связана с тем, что влажная кукуруза при нагревании "парит" намного активнее сухой. А испарение воды отбирает энергию и не даёт нагреваться самому зерну. Известно, что удельная теплота парообразования воды составляет 2260 кДж/кг. Плюс еще понадобится энергия на нагрев воды в зерне от температуры зерна до 100°С. И чем больше воды в зерне, тем больше её нужно нагреть (помним, что удельная теплоёмкость сухого остатка зерна в 3-3.5 раз меньше удельной теплоёмкости воды).
Но не будем вдаваться в формулы и рассчитывать сколько воды испаряется из 1 кг кукурузы при нагревании её на 1°С при разной влажности. Остановимся на том, что на нагрев влажной кукурузы нужно гораздо больше энергии .
Примечание: Мы пренебрегаем тем фактом, что удельная плотность кукурузы увеличивается по мере её высыхания. Т. е. в одном кубическом метре мы получаем больший вес кукурузы, а значит нам требуется больше тепла на нагрев кукурузы в этой части сушилки. Однако, в то время как удельная теплоёмкость увеличивается в 1,5 раза, удельная плотность кукурузы увеличивается незначительно. Кроме того, по мере высыхания зерна у нас увеличивается поверхность теплообмена (больше зерен меньшего диаметра в одном кубометре).
Теплоёмкость кукурузы снаружи и внутри
Имеются некоторые данные и по зависимости удельной теплоемкости от влагосодержания для анатомических частей зерна. С.П. Колосков и Шефер приводят результаты своих определений для эндосперма и отрубей, представляющих собой, как известно, органическое целое оболочек и алейронового слоя. Оказалось, что значения удельной теплоемкости их выше, чем эндосперма. Так, для сухого вещества она при температуре 20°С равна 0,344 ккал/кг-град, при 40°С — 0,388 ккал/кг-град, при 50° С — 0,432 ккал/кг-град.
Промежуточный вывод
Итак, мы уже знаем, что на начальном этапе сушки удельная теплоёмкость зерна существенно выше удельной теплоёмкости зерна в конце процесса. Кроме того, на начальном этапе нагревается в основном оболочка и алейроновый слой, а ендосперм нагревается с неким опозданием.
Отсюда следует, что для того чтобы уравнять скорость нагревания зерна, на начальном этапе мы можем сушить зерно на повышенной температуре и понижать её к концу процесса сушки . Таким образом мы не перегреем зерно и лучше сохраним его органолептические свойства.
Читайте также: