Использование сухого воздуха при хранении зерна

Зерно является основным продуктом сельского хозяйства. Из зерна вырабатывают важные продукты питания: муку, крупу, хлебные и макаронные изделия. Зерно необходимо для успешного развития животноводства и птицеводства, что связано с увеличением производства мяса, молока, масла и других продуктов. Зерновые культуры служат сырьем для получениякрахмала, патоки, спирта и других продуктов.

Всемерное увеличение производства зерна — главная задача сельского хозяйства.

Но наряду с увеличением производства зерна особое внимание следует обращаеть на правильность хранения зерна.

По данным FАО (Food and Agricultural Organization при ООН) — ежегодные потери зерновых составляют более 10% от общего производства с максимумом для некоторых менее развитых стран в 30 — 50%. В большинстве эти потери зависят от влажности и повышенной температуры зерна. На его досушиванне и охладжение израсходуется более 20% всех энергоносителей, необходимых для выращивания и уборки хлеба. В странах, которые ощущают дефицит в энергоносителях, много зерна не доводится до необходимой кондиции, вследствие чего оно портится и обесценивается. На современном этапе развития науки активное вентилирование для досушивания и искусственного охлаждения зерна рассматриваются как сложные технологические процессы, при которых свойства зерна, которые определяют его качество, должны быть не только сохранены, но и улучшены. Таким образом обеспечение энергоэкономного сохранения зерна является одним из важнейших современных задач во многих странах мира.

 
Некоторые аспекты хранения зерна.

Зерновые хлеба относятся к сырью, устойчивому в хранении при надлежащих условиях. Его нужно очистить от примесей, своевременно удалить избыточную влагу и обеспечить надежную сохранность до реализации или переработки. Да и стоимость продаваемого зерна сильно зависит от его качества.

Сушка зерна - ответственная технологическая операция перед закладкой на хранение. Оптимальные результаты дает сушка зерна теплым и что очень важно сухим воздухом.

Температура зерна при сушке не должна превышать 45 ‘С. Перегрев зерна приводит к ухудшению качества клейковины вплоть до полной ее денатурации. Снижается также активность ферментов.

За один прием сушки из очень влажного зерна нельзя удалять более чем 3 — 3,5% влаги, поэтому при сушке зерна в высокотемпературных зерносушилках зерно с влажностью более 17,5 — 18 % сушат в несколько приемов. Перерывы между этапами сушки необходимы для перераспределения влаги из внутренних частей зерновки к поверхности, в противном случае поверхностные слои зерна растрескиваются, что приводит к ухудшению сохраняемости, снижаются выход и качество готовой продукции. Это обстоятельство приводит к перерасходу энергоносителей, что не может не сказаться на себестоимости готовой продукции. В этом случае наиболее эффективным решением является использование предварительно подготовленного воздуха с относительной влажностью не более ?=1%-2% и с дальнейшим его подогревом до 45 °С. Для сравнения: подогрев сушильного агента в случае с стандартной зерносушилкой производиться до 300°С. После сушки влажность зерна не должна превышать 14 %.

Наибольшее влияние на стойкость зерна при хранении оказывают такие его физические свойства как гигроскопичность, тепло- и температуропроводность. Хорошо сохраняет свои исходные свойства только то зерно, в котором вся влага находится в связанном коллоидами состоянии. Между относительной влажностью (?) воздуха в хранилище и влажностью зерна через определенное время устанавливается динамическое равновесие. Каждому значению относительной влажности воздуха и его температуры соответствует определенная равновесная влажность продукта.Например, при температуре около 20 С и ?= 15 — 20 % равновесная влажность зерна устанавливается около 7 %, а при ?= 100 % достигает 33 — 36 %. Оптимальный интервал влажности воздуха при положительной температуре (10 — 20′С) находится в пределах от 50 до 60 %. В этих условиях равновесная влажность продуктов равна 13 — 14 %.

Влажность продукта, при которой в нем появляется свободная вода, носит название критической. Для большинства культур критическая влажность лежит в интервале 14,5 — 16 %. Зерно, достигшее ее, может заплесневеть.

Гигроскопичность зерна и продуктов его переработки зависит от содержания в них белков и высококомолекулярных пентозанов, способных поглощать влаги больше, чем другие вещества.

Тепло в зерновой массе распространяется двумя способами: от зерна к зерну при их соприкосновении — теплопроводность зерна и перемещением воздуха в межзерновых пространствах — конвекция. Зерно имеет теплопроводность, близкую к древесине, т. е. обладает низкой теплопроводностью. Воздух также характеризуется небольшой теплопроводностью. Поэтому суммарный показатель теплопроводности зерновой массы в целом невелик и колеблется в пределах от 0,12   до 0,2ккал

Скорость нагревания зерновой массы - температуропроводность зависит от теплопроводности и также невелика. Таким образом, зерновая масса характеризуется большой тепловой инерцией, изменение температуры зерна в средних слоях насыпи происходит очень медленно. Поэтому зерно в зимние месяцы можно охладить, проведя активное вентилирование насыпи холодным сухим воздухом. Низкая температура его сохраняется в течение большей части лета, в результате чего замедляются биохимические процессы, протекающие в нем, и прекращается размножение амбарных вредителей. Если же на хранение засыпано теплое зерно, то в нем долго сохраняются благоприятные условия для: активной жизнедеятельности самого зерна, амбарных вредителей и микроорганизмов. В весенне-летний период, а также в осенне-зимний наблюдается большая амплитуда колебаний температуры между отдельными слоями зерновой массы, что может привести к конденсации влаги на отдельных ее участках, увлажнению зерна.

Наиболее эффективным и экономичным приемом ухода за зерном является его активное вентилирование. Технология хранения зерна при активном вентилировании (поэтапного охлаждения зерна сухим воздухом, с температурой ниже температуры зерна в хранилище), идеально подходит для хранения в металлических вентилируемых емкостях  силосного типа или напольном хранении.

Профилактическое охлаждение зерна вентилированием позволяет с наименьшими затратами предупредить возникновение очагов самосогревания и неконтролируемого развития насекомых — вредителей. При продувании зерновой насыпи воздухом с низкой относительной влажностью (1%-5%) при необходимости попутно можно снижать влажность зерна за счет удаления свободной (избыточной) влаги из межзернового пространства. Так как семена таких зерновых культур как: горох, кормовые бобы, фасоль, чечевица и им подобные характеризуются преимущественно высокой начальной влажностью и большим содержанием белка (25…30%), то их доведение до кондиции также наиболее эффективно производить в хранилищах с вентилированием в «мягком» режиме досушивания. Такая технология досушивания позволяет избежать ухудшения их качества, благодаря исключению растрескивания семян. В семенах подсолнечника, а также клещевины и им подобных, при прочих равных условиях, равновесная влажность существенно отличается от злаковых. Поэтому их также необходимо досушивать в «мягком» режиме при вентилировании глубоко осушенным воздухом(?= 1% — 5%).

При повышении относительной влажности воздуха вентиляции эффект от кампании снижается в прямо пропорциональной зависимости. Чем выше относительная влажность вдуваемого воздуха, тем ниже его осушающая способность. При достижении значения ?=60% (значения критической влажности для зоны положительных температур) наступает равновесное состояние. При более высоких значениях ? от 60% и выше воздух вентиляции выполняет функцию увлажнителя. Понятно, что интенсивность увлажнения в этом случае будет зависит от относительной влажности воздуха вентиляции и времени вентилирования. При отсутствии воздухо подготовительной установки (осушителя воздуха) эксплуатация зернохранилища непременно сталкивается с проблемой выбора между снижением температуры хранящейся зерновой массы и ее попутным увлажнением. Стойкость зерна, обработанного наружным, предварительно осушенным воздухом пониженной температуры, резко возрастает. Так, при снижении температуры зерновой насыпи до 5 — 10 градусов биологические процессы в зерне идут на убыль, жизнедеятельность микроорганизмов и плесени подавляется, а насекомых-вредителей прекращается совсем. При понижении температуры зерновой массы до 12-15 градусов жуки-долгоносики живут, но уже не размножаются, а при понижении температуры меньше 5 градусов — впадают в спячку. При длительном же воздействии отрицательных температур личинки жуков вымерзают и гибнут — без воздействия каких-либо химикатов. Весной, при повышении температуры наружного воздуха, с помощью вентилирования сухим воздухом имеется возможность быстро прогреть, оздоровить зерно, продувая через него наружный предварительно осушенный воздух. При этом наблюдается повышение всхожести и силы роста семенного зерна, предотвращается выпадение росы на выгружаемое из хранилища зерно.

Вентиляция неподготовленным наружным воздухом способствует неконтролируемому изменению влажности зерновой массы. В этом случае имеет место так называемая “раскачка” физиолого-биохимического комплекса зерна, что вызывает повышение его жизнедеятельности, а также активности микрофлоры. Увеличенный тонус зерновой массы приводит в конечном итоге к преждевременному ее старению, увеличению кислотного числа, а что касаемо семенного фонда- снижению всхожести.

Послеуборочное дозревание - комплекс биохимических процессов синтеза высокомолекулярных органических соединений из низкомолекулярных, накопленных в зерне в ходе фотосинтеза растения и налива зерна. При дозревании заканчиваются процессы образования полисахаридов, белков и жиров. Уменьшается доля растворимых углеводов и небелкового азота. Белки клейковины уплотняются, качество ее улучшается. Снижается доля свободных жирных кислот и несколько возрастает содержание триглицеридов и других липидов. Всхожесть зерна достигает максимума. Активность ферментов снижается до уровня, характерного для хорошо созревшего зерна.

Послеуборочное дозревание наиболее быстро завершается в сухом зерне (до 14 %) при положительной температуре в хранилище (15 — 20 ‘С), достаточном доступе кислорода. Более низкая температура или недостаток кислорода растягивают время дозревания, а повышенная влажность зерна может привести к его плесневению. Необходимо подчеркнуть, что процессы синтеза протекают с выделением влаги, связанной низкомолекулярными соединениями. Поэтому наблюдение за изменением влажности зерна в первый период хранения имеет особенно большое значение.

Украина территориально относится к региону с повышенной относительной влажностью атмосферного воздуха особенно в осенне-весенний период. Это обстоятельство накладывает дополнительные трудности аграриев при хранении своей продукции, в частности зерновой массы. Так по данным украинского  гидрометеорологического центра по состоянию на 12.10.2004. относительная влажность атмосферного воздуха в % на территории Украины составляла в зависимости от региона от ?=80% (Крым), ?=90% (центральная часть) и до ?=100% (северные области) см. Рис.1. Понятно, что вентилирование находящейся на хранении зерновой массы в этот период без предварительной подготовки воздуха нанесет больше вреда, нежели чем пользы.

            Рис.1.
                                Роторная технология осушения воздуха.

Для работы в зернохранилищах наиболее приспособленными являются осушители воздуха с влагопоглащающим ротором компании.

Принцип работы, иллюстрируемый на рис.2, заключается в использовании влагопоглащающего ротора, располагающего высокими адсорбирующими свойствами. Внутренняя сорбционная поверхность ротора конструктивно выполнена в виде сот, что способствует ламинарному движению осушаемого и регенеративного воздуха и, тем самым, сокращет потери на трение. Подвод воздуха к поверхности ротора осуществлен таким образом, что через 85% поверхности ротора проходит рабочий (осушаемый) воздух, а через 15%, в противоток рабочему, воздух регенерации, предварительно подогретый до заданной температуры. Небольшое избыточное давление водных паров способствует эффективному обмену влажности между воздухом и сорбентом, а качество регенерации контролируется температурой воздуха регенерации. Кроме того, воздух регенерации выполняет функцию очистки внутренней поверхности ротора от возможного загрязнения вследствие попадания пыли с рабочим воздухом. Регулируя температуру воздуха регенерации (мощностью нагревателя), вполне реальным становится возможность поддержания заданной относительной влажности рабочего воздуха. Вращение ротора позволяет совместить процесс сорбции рабочего воздуха с регенерацией сорбента, а уплотнения секторов сокращают перетоки воздушных потоков к минимуму. Отсутствие конденсата позволяет использовать установку без привязки к канализационной системе.       Осушитель воздуха оснащен комплексной системой регулирования влажности, снабженной блоком управления и собственно датчиком регулирования производительности системы осушения. На индикаторе отображается фактическая относительная влажность в %. Кроме того, блок управления может быть предварительно настроен на поддержание необходимой относительной влажности, параметры регулирования или параметры аварийной сигнализации.

Конструкция установки удовлетворяет требованиям следующих стандартов:

·        EN 60204-Безопасность механизмов, электрическое оборудование механизмов;

·        EN 50081 (часть 1)- Электромагнитная совместимость, стандарт на общее излучение;

·        EN 50082 (часть 2)- Электромагнитная совместимость, стандарт на общую невосприимчивость, промышленная среда;

·        EN 746 (часть 2)- Требования к безопасности систем обработки газообразных продуктов сгорания и топлива.


Осушитель воздуха
Рис.2 Принцип работы роторного осушителя воздуха.