Сушка очистка хранение зерна семян на элеваторе

Обновлено: 18.09.2024

Аннотация. Проведен анализ состояния хранения зерна на элеваторах и развития систем активного вентилирования. Установлено, что наращивание мощностей для хранения осуществляется в настоящее время в основном за счет металлических зернохранилищ, которые не обеспечивают длительное безопасное хранение зерна. На основе обобщения литературных данных определена величина изменения производительности отечественных и импортных зерносушилок при сушке зерна кукурузы, подсолнечника, рапса, риса и сои по сравнению с сушкой зерна пшеницы в зависимости от начальной влажности зерна и величины съема влаги.
Abstract. Analysis of grain storage elevators and development systems of active aeration. Found that increasing storage capacities is now mainly due to metal silos that do not provide long-term safe storage of grain. On the basis of generalization of literature data defined the magnitude of changes in productivity of domestic and imported grain dryers for drying corn, sunflower, canola, rice and soybeans compared with drying of wheat grain depending on the initial grain humidity and the amount of moisture removal.

За последние годы урожай в Российской Федерации достиг 110 – 135 млн. тонн, в связи с чем существенно обострилась проблема хранения и сушки зерна. В настоящее время в Российской Федерации общая емкость зернохранилищ составляет по разным данным от 120 до 146 млн.тонн, в том по данным Зернового Союза на перерабатывающих предприятиях 17,4 млн.тонн, на заготовительных предприятиях 47,3 млн. тонн, остальное на сельскохозяйственных предприятиях 81,3 млн.тонн, включая амбары для хранения, которые не могут гарантировать сохранность качества и количества зерна.

Общее количество хлебоприемных предприятий составляет 1615, в том числе элеваторов 393 ед. В соответствии с Государственной программой развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013 - 2020 годы предусматривается прирост современных мощностей единовременного хранения на 17,07 млн.тонн. Однако, в соответствии с целевой программой Минсельхоза планируется дополнительное строительство, реконструкция и модернизация мощностей по подработке, хранению и перевалке зерновых и масличных культур только на 6,1 млн.т, в том числе увеличение зернохранилищ первоначального приема, накопления и подработки зерна суммарной емкостью единовременного хранения до 2,0 млн.т.

Одновременно, по проекту Долгосрочной стратегии развития зернового комплекса РФ до 2025 года и на перспективу до 2035 года, предполагается дальнейшее увеличение производства зерна, в том числе за счет повышения урожайности и увеличения посевных площадей. То есть емкостей для хранения зерна едва хватает чтобы разместить собранный урожай, хотя минимальным считается соотношение суммарных мощностей для хранения зерна к валовому сбору 1,2 – 1,3, то есть когда мощность хранения на 20 – 30% превышает годовой урожай зерна.

Нужно сказать, что основные мировые производители зерна Австралия, Аргентина, Канада и США имеют ёмкости для хранения зерна в несколько раз, превышающие свои годичные потребности, включая экспортные операции. У нас этот показатель сопоставим с валовым сбором зерна, т.е. требуется существенное увеличение элеваторной емкости.

Прирост зерновой емкости осуществляется в последние годы в основном за счет строительства металлических зернохранилищ. Это объясняется меньшими по сравнению с железобетонными силосами капитальными затратами и короткими сроками монтажа. Вместе с тем, металлические силоса подвержены износу и коррозии, имеют повышенное энергопотребление и требуют отдельной теплоизоляции, отсутствие которой приводит к существенным ограничениям в их использовании, особенно при значительном изменении климатических условий, характерных для большинства регионов Российской Федерации.

Вследствие высокой теплопроводности ограждающих стальных металлических конструкций силосов превышающих теплопроводность зернового слоя в 350-450 раз, в отличие от железобетонных конструкций, теплопроводность которых превышает теплопроводность зернового слоя только в 8 – 10 раз, в периферийных участках насыпи, в верхнем слое и у стен силоса, температура зерна вследствие нагрева за счет солнечного излучения может достигать высоких значений - до 40-45 0 С и даже до 50-55 0 С, что может приводить к снижению его качества. Кроме того, при последующем охлаждении зерна при суточных колебаниях температуры наружного воздуха на внутренних стенках силоса возможна конденсация водяных паров из воздуха межзернового пространства, что приведет к увлажнению и порче пристенного слоя зерна.

Это отражено во Временной Инструкции по хранению зерна в металлических зернохранилищах № 9-4-79 утвержденной еще Министерством заготовок СССР. Уточненные требования к условиям хранения зерна в металлических силосах приведены также в Инструкции № 9-7-88 по хранению зерна, маслосемян, муки и крупы утвержденной Министерством хлебопродуктов СССР, а также в Методических рекомендациях 2.

В соответствии с этими документами запрещается загрузка и хранение в металлических силосах свежеубранного зерна не прошедшего сушку и очистку. Разрешается хранение сухого и очищенного зерна максимальной влажностью до 14% для южных районов РФ сроком для пшеницы до 6 месяцев, для ячменя и кукурузы – до 3 месяцев, а для риса-зерна – до 5 месяцев. При этом все металлические силоса в которых хранится зерно должны быть оборудованы установками для дистанционного контроля температуры зерна с периодическим контролем 1 раз в 3 дня, а также установками активного вентилирования зерна для его охлаждения с удельным расходом воздуха не менее 10 м 3 /ч.т. Вместе с тем, строящиеся в настоящее время металлические силоса, как иностранного производства Германии, Испании, США и других стран, так и отечественного производства имеют удельные подачи воздуха на уровне не превышающем 5 м 3 /ч.т., что в наших климатических условиях не позволяет обеспечить надежную длительную сохранность зерна.

Во ВНИИЗе проведены исследования влияния изменения температуры окружающей среды на температуру зерна пристенного слоя в металлических силосах [4]. В условиях постоянной и переменной температуры атмосферного воздуха получены соответствующие уравнения:

Зная значение относительной избыточной температуры зерна, можно, например, по уравнению (1) рассчитать изменение температуры зерна при стационарном прогреве металлической стенки силоса (рис.1).

Как видно из рисунка, с увеличением толщины слоя зерна, т.е. чем дальше от стенки, тем влияние температуры атмосферного воздуха на величину нагрева зерна снижается, но остается существенным до толщины слоя 3-5 см. Пристенный слой зерна толщиной до 3-5 см в течение, например, 7 часов существенно нагревается, при этом слой зерна толщиной от 0,5 до 3 см нагревается до температуры близкой температуре окружающей среды. Слой зерна толщиной от 20 см и выше в условиях передачи теплоты теплопроводностью практически не меняет свою температуру.

Рисунок 1 – Зависимость температуры нагрева пристенного слоя зерна пшеницы от толщины слоя и продолжительности нагрева. Начальная температура слоя зерна 10°С, температура атмосферного воздуха 40°С

Обеспечить безопасную сохранность зерна при хранении в элеваторах можно только при наличии систем термометрии и активной вентиляции. К сожалению большинство элеваторов не имеет систем активной вентиляции, а существующие морально и физически устарели. В настоящее время практически не проводится разработка новых и модернизация действующих систем активного вентилирования в элеваторах, хотя существующих способов активного вентилирования достаточно много, рисунок 2. При этом, в основном используется малоэффективный способ вертикального вентилирования при нагнетании воздуха в силос и недостаточно надежное горизонтальное вентилирование при сочетании нагнетания и отсасывания воздуха из силоса.

Рисунок 2 – Существующие способы активного вентилирования зерна в силосах элеваторов

В соответствии с Инструкцией по сушке продовольственного, кормового зерна, маслосемян и эксплуатации зерносушилок № 9-3-82 (5) для сушки зерна различных культур, которых в Российской Федерации насчитывается около 30 наименований (6), и которые существенно отличаются по своим физическим, теплофизическим и биохимическим свойствам, предусмотрены соответствующие режимы сушки, обеспечивающие сохранение его качества. При этом производительность зерносушилки будет соответственно изменяться. Для учета этого изменения и расчета энергозатрат на сушку в Инструкции по сушке предусмотрены соответствующие коэффициенты К_в – пересчета массы просушенного зерна в плановые единицы в зависимости от влажности зерна до и после сушки и К_к – пересчета массы просушенного зерна в плановые единицы при сушке различных культур. При этом за плановую единицу принята одна тонна просушенного зерна при снижении влажности с 20 до 14%, то есть на 6%. Значения этих коэффициентов приведены в соответствующих таблицах.

Вместе с тем, с введением коэффициентов культуры становится неопределенным сравнение зерносушилок при сушке разных культур и пересчете затрат топлива на сушку плановой тонны.
У зарубежных фирм, поставляющих в Российскую федерацию зерносушильную технику другой подход к определению производительности. При этом каждая фирма приводит для своей конструкции зерносушилки показатели по производительности только по 2–3 зерновым культурам при некотором заданном съеме влаги, как правило, 3–5%, а также указываются единые значения расхода топлива для всех указанных зерновых культур при фиксированных атмосферных условиях. При этом остаются неясными значения этих показателей при изменении величины съема влаги, а также для большинства остальных зерновых и масличных культур не указанных в рекламных проспектах, что не позволяет планировать сушку зерна на предприятиях и производить сравнения зерносушилок по технико-экономическим показателям.

В связи с этим, на предприятиях часто возникают вопросы по изменению физической производительности зерносушилок и расчету необходимых затрат топлива и электроэнергии при сушке разных культур различной начальной влажности. Представляется целесообразным обобщить известные данные по производительности зерносушилок при сушке различных культур и получить средние расчетные данные по изменению производительности этих и других прямоточных зерносушилок при различном съеме влаги.

Используя методы математической статистики, можно, зная производительность зерносушилки при сушке основной зерновой культуры пшеницы, рассчитать предполагаемое изменение производительность прямоточных зерносушилок при сушке другой зерновой культуры, естественно в рамках соответствующих режимов сушки, обеспечивающих сохранение качества зерна. Это должно объединить два различных подхода для оценки производительности зерносушилки и ее технико-экономических показателей [7].

Для обобщения результатов и пересчета производительности были рассмотрены показатели ведущих зарубежных и отечественных зерносушилок опубликованные в паспортах, статьях и рекламных проспектах. При этом температура сушильного агента при сушке зерна пшеницы при сравнении с разными культурами изменялась в пределах 70–95°С, начальная влажность пшеницы 18 - 20%, конечная 14-15%, величина снижения влажности при сушке зерна пшеницы составляла 4–6%.

На рисунке 3, в качестве примера, приведено изменение производительности зерносушилки при сушке кукурузы по сравнению с производительностью этой же зерносушилки при сушке пшеницы равной 30 пл.т/час.

Рисунок 3 – Изменение производительности зерносушилки равной 30 т/час при сушке пшеницы и съеме влаги на 6% ( с 20 до 14%) при сушке кукурузы и съеме влаги соответственно на 10, 15 и 20%

По результатам обработки паспортных данных по шахтным зерносушилкам: Торнум (Швеция); Риела, Ноэро, Петкус, Бюлер-Миаг (Германия); Веста (Россия); АГ-Проект, Арай, Джевич, Феерум (Польша); Кимбрия (Дания); Антти (Финляндия); ДСП (Украина); колонковым: Астра (Россия); Метьюз, Бенталл, Делюкс, Фарм Фанз (США); СЗМ (Украина); жалюзийным: Мега (Аргентина); башенным: Мейер (США); передвижным: Агрекс (Италия), получено уравнение для расчета производительности зерносушилки при сушке зерна кукурузы:

П_кук = П_пш (0,428 + 0,137∆W_пш – 0,042∆W_кук), (5)
где П_пш – производительность при сушке зерна пшеницы,т/час; ∆W_пш и ∆W_кук – съем влаги при сушке соответственно зерна пшеницы и кукурузы,%.

Уравнение справедливо в диапазоне параметров: Wпш = 18 - 20%; rWпш = 4 - 6%; Wкук = 20 - 35%; rWкук = 5 - 21%, температура агента сушки составляла t = 90 – 125C. Коэффициент достоверности уравнения составил R 2 = 0,912.

Так, например, при производительности зерносушилки при сушке пшеницы равной 30 пл.т/час при сушке кукурузы начальной влажностью 25,30 и 35% она составит соответственно 24,9; 18,6 и 12,3 т/час.
Аналогичным образом получена зависимость для расчета производительности при сушке семян подсолнечника, рисунок 3.

По результатам обработки паспортных данных по шахтным зерносушилкам: Риела (Германия); Веста (Россия); АГ-Проект, Арай (Польша); Антти (Финляндия); ДСП (Украина); колонковым: СЗ, СЗК (Россия); Метьюз, с, Фарм Фанз (США); жалюзийным: Мега (Аргентина, получено уравнение для расчета производительности зерносушилки при сушке семян подсолнечника:

Рисунок 4 – Изменение производительности зерносушилки равной 30 т/час при сушке пшеницы и съеме влаги на 6% ( с 20 до 14%) при сушке семян подсолнечника и съеме влаги соответственно на 4, 6 и 8%

П_подс = П_пш (0,289 + 0,074∆W_пш – 0,024∆W_подс, (6)
где П_пш – производительность при сушке зерна пшеницы,т/час; ∆W_пш и ∆W_подс. – съем влаги при сушке соответственно зерна пшеницы и семян подсолнечника,%.

Уравнение справедливо в диапазоне параметров: Wпш = 18 - 20%; rWпш = 4 - 6%; Wподс. = 13 - 25%; rWподс. = 6 – 18,5%, температура агента сушки составляла t = 75 – 95C. Коэффициент достоверности уравнения составил R 2 = 0,868.

Аналогичным образом получена зависимость для расчета производительности при сушке семян рапса, рис.5.

Рисунок 5 – Изменение производительности зерносушилки равной 30 т/час
при сушке пшеницы и съеме влаги на 6% ( с 20 до 14%) при сушке семян рапса и съеме влаги соответственно на 4, 6 и 8%
Уравнение получено по результатам обработки данных по шахтным зерносушилкам: Ноэро, Риела (Германия); АГ-Проект, Джевич,М819 (Польша); Антти (Финляндия); Кимбрия (Дания); колонковым: Метьюз (США); жалюзийным: Мега (Аргентина).

П_рапс = П_пш (0,433 + 0,166∆W_пш – 0,103∆W_рапс), (7)
Уравнение справедливо в диапазоне параметров: Wпш = 18 - 20%; rWпш = 4 - 6%; Wрапс. = 13 - 22%; rWрапс. = 4 – 10%, температура агента сушки составляла t = 60 – 9оC. Коэффициент достоверности уравнения составил R 2 = 0,876.

Получены также уравнения для расчета производительности риса и сои, соответственно уравнения 8 и 9:
П_рис = П_пш (1,049 + 0,016∆W_пш – 0,134∆W_рис), (8)
П_соя = П_пш (0,668 + 0,220∆W_пш – 0,248∆W_соя), (9)
Коэффициенты достоверности уравнений 8 и 9 составили соответственно R 2 = 0,937 и 0,970.

Таким образом, в результате проведенного обобщения данных по производительности зарубежных и отечественных зерносушилок по зерну пшеницы опубликованных в паспортах, статьях и рекламных проспектах получены уравнения регрессии для прогнозирования производительности зерносушилок по зерну кукурузы, подсолнечника, рапса, риса и сои при разных значениях начальной влажности.
Это является важным при планировании работы зерносушилок для определения их производительности при сушке различных зерновых культур в зависимости от требуемой величины съема влаги, а также планировании потребления топлива и электроэнергии.

ВЫВОДЫ
1. Увеличение мощностей для хранения зерна целесообразно осуществлять для Южных и Центральных районов Российской Федерации за счет металлических элеваторов, для Сибири и Восточных регионов – в железобетонно исполнении. Провести исследования по разработке систем активного вентилирования для увеличения удельных подач воздуха и предотвращения конденсатообразования в металлических элеваторах.
2. Возобновить техническое переоснащение и модернизацию зерносушильного парка страны за счет производства отечественных высокопроизводительных и энергоэффективных рециркуляционных зерносушилок с теплогенераторами на жидком и газовом топливе для сушки зерна любой начальной влажности за один проход, выпуск которых в настоящее время прекращен.
3. Продолжить научно-исследовательские работы по обеспечению условий длительного хранения продовольственного зерна пшеницы и определению нормативов безопасного хранения для различных климатических условий Российской Федерации.

Сорочинский В.Ф., д-р техн. наук

Сушка зерна – это важный завершающий обработку зерна технологический этап, при котором сырьё доводится до кондиционной влажности. Влажность зерна после сушки обычно составляет 14%.

После сбора посевного продукта (пшеницы, бобовых, крупяных или масличных культур) необходимо снять с него излишек влажности. Важно, чтобы технология сушки зерна обеспечивала минимальный расход топлива, минимальное травмирование (бой) зерна, а также гарантировала правильный режим сушки, который позволит получить физиологическое дозревание и улучшение качества зерна.

Каждое зерно любит свои тепловые режимы, типы зерна имеют разные размеры, пожароопасность, абразивность, каждое топливо также имеет свои особенности. Определённая сушка зерна хорошо работает для одних культур, но плохо для других и от этого никуда не деться. Поэтому мы всегда ищем зерносушилку с правильным балансом плюсов и минусов.

Основные цели и задачи обработки и сушки зерна

Благодаря качественному процессу снижения влажности зерновой культуры (сушке) мы обеспечиваем длительное хранение зерна и поддерживаем её начальное качество и класс. Процесс сушки зерна предполагает, что понижение влажности продукта должно проходить плавно, постепенно от центра зёрнышка к периферии. Сушка зерна и температура нагрева зерновой массы должна контролироваться датчиками, так как даже незначительное повышение температуры может привести к обгоранию оболочки зёрен.

Конструкция зерносушилок признана более продуктивной и экономичной, если она работает на смеси топочных газов с воздухом. КПД топки становится выше, а расход топлива снижается. Такие топки прямого действия необходимо тщательно контролировать при эксплуатации: важно предупредить попадание искр из топки в сушильную камеру.

Во всех без исключения зерносушилках должно работать условие: продукт должен прогреваться равномерно в процессе сушки, не пригорать и не перегреваться в отдельных местах. Нормативами установлена максимальная температура сушки зерна в зерносушилках:

сушка семенного зерна ─ 43-45°С;
продовольственного и фуражного зерна ─ 53-55°С.

Результаты сушки зерна

Процесс сушки зерна обеспечивает ряд положительных изменений собранной влажной зерновой культуры:

Дозревание зерновой массы. Сушка зерна способствует его равномерному распределению, высыханию и дозреванию. После потери влаги ускоряется процесс дозревания культуры (сушка свежего зерна пшеницы, проса, ячменя и т.п.).
Обеззараживание культуры. Когда снижается влажность зерна, резко снижается жизнедеятельность вредных микроорганизмов, которые присутствуют в продукции.
Улучшение и сохранение качества. Обработка зерна способна повысить его класс и продовольственные характеристики. Качественная сушка в зерносушилке позволяет довести сырую продукцию до отменного качества, тем самым можно вывести компанию на новые рынки сбыта, конкурировать с другими предприятиями и развивать бизнес.
Консервация продукта для длительного хранения. Сушка зерна на семена представляет собой процесс консервации культуры, чтобы сохранить посевной материал до следующего сезона.

Принцип действия зерносушилки

Процесс сушки зерна в зерносушилке (важнейшем оборудовании на элеваторе) заключается в просушивании зерновых культур до кондиционной влажности (зачастую она составляет 14%). Качественная, технологически правильная и своевременная сушка зерновой культуры станет залогом её длительного хранения и соответствия требованиям рынка.

Зерносушилка ─ это элеваторное оборудование, которое подбирается в зависимости от семейства культур, которые будут обрабатываться на оборудовании, а также для каких целей будет использоваться зерно.

Процесс работы агрегата для просушки в зависимости от модели организовывается принципиально разными способами:

контактным (продукт теряет влагу на поверхности печи подового типа, равномерно нагревающейся по всей площади;
газовым (подогретый воздух смешивают количеством другого газа);
воздушным (горячий воздух пропускается в заданном направлении).

Зерносушилка ─ это устройство, принцип действия заключается в сжигании топлива и передаче тепловой энергии зерновому продукту для снижения его влажности. Такие агрегаты разрабатывают стационарными (неподвижно установленные) и мобильными (есть возможность перемещать в разные зоны помещений завода).

Все виды зерносушилок укомплектованы нагревательной печью (топкой) и камерой для сушки сырья. Нагревательные печи могут работать на дровах, каменном угле, торфе, газе, дизельном топливе. В зависимости от вида и конструкции зерносушильных агрегатов, их камеры отличаются по форме и объему (зависит от производительности).

Во время процесса сушки в камере зерновая смесь может быть неподвижна (сушилки периодического действия) или непрерывно медленно передвигаться (агрегаты непрерывного действия). Конвективный теплообмен ─ это основной путь передачи тепловой энергии от топки к зерновой массе практически во всём современном сушильном оборудовании.

Конвекция ─ это передача теплоты перемещением потоков нагретого воздуха, смеси воздуха с топочными газами или жидкости.

Воздух получает тепло от прикосновения с горячей поверхностью топки или с металлическими трубами с горячими газами внутри.

Зерносушильное оборудование

Сушилки зерна, в первую очередь, различаются по типу конструкции. Они бывают барабанными, мобильными, колонковыми, башенными, карусельными и шахтными.

Трудно сказать, какой из типов конструкции чаще встречается на сельскохозяйственных предприятиях, но хозяйства, которые развиваются и увеличивают площадь пашни, преимущественно закупают шахтные зерносушилки.

Сотрудничество с лидерами отрасли и предприятиями, имеющим хорошую репутацию, сводит к минимуму риск впустую потратить денежные средства на устаревшие технологии.

Зерновой материал необходимо сушить, если его начальная влажность (после сбора урожая) составляет более 15 %. Классификация зерносушилок по видам включает в себя такие агрегаты:

Шахтные сушилки. Это оборудование непрерывного действия, используемые на продолжение всего сезона. Данный тип сушилок имеет рабочую камеру, устроенную в виде шахты, поперек которой размещены короба для подачи нагретого воздуха.

Барабанные сушилки. Рабочая ёмкость такого агрегата ─ это барабан с перемешивающими зерновую массу лопастями

Рециркуляционные сушилки. Оборудование выполняет сушку зерна любого назначения до требуемой влажности в течение одного прохода. Такие типы зерносушилок действуют путем перемешивания кратковременно разогретого зерна с влажным.

Напольные сушилки. Это камера, с подключёнными нагревателем и вентиляционной установкой. Распределение влажности по высоте неоднородно. При высоте насыпи в 1 метр влажность может изменяться от 12 до 16 % от низа к верху.

Колонковые (модульные) зерносушилки. Этот вид оборудования позволяет наращивать мощности (добавлять новые модули) при увеличении масштабов производства или при хорошем урожае, который необходимо обработать в сжатые сроки.

Горизонтальные сушилки

Ещё один популярный агрегат, который предпочитают многие агропредприятия — колонковая (модульная) зерносушилка. Устройство зерносушилки основано на поперечной подаче горячего и холодного воздуха сквозь слой зерна, просачивающегося между перфорированными стенками. Основные рабочие органы зерносушилок ─ сушильная камера, загрузочное и разгрузочное устройство, топочный блок с вентилятором сушки. Также машина для сушки зерна оснащена патрубками подвода теплоносителя, площадкой обслуживания, электрооборудованием и системой зернопроводов. Между двух колонок, из которых состоит сушильная камера, пространство замкнуто. Загрузочное устройство расположено над сушильной камерой. Оно состоит из рамы, обшитой стенками, а также разравнивающего шнека и рассекателя. Датчики, расположенные на раме, поддерживают определённый уровень зерна. С целью обслуживания этих датчиков. Площадка обслуживания как раз создана для обслуживания датчиков уровня продукта. Каждая сушильная колонка разделена на 6 секций, обшитых перфорированными листами. Пять верхних секций работают для сушки зерновой продукции, а единственная нижняя секция предназначена для охлаждения сухого зерна.

Типы и устройство зерносушилок

По характеру использования зерносушилки делятся на стационарные и передвижные. Стационарные монтируются в отдельно стоящих зданиях или специальных помещениях достаточно широкое распространение получили стационарные зерносушилки открытого типа, у которых только топка и некоторое оборудование защищаются от атмосферного воздействия. Передвижные зерносушилки монтируются на различных шасси.

Типы сушилок зерна различаются по таким основным конструктивным признакам:

Читайте также: