4.2. Извлечение семян из шишек хвойных пород в шишкосушилках и другими способами

Извлечение семян в шишкосушилках производят из шишек сосны обыкновенной, ели европейской и сибирской, лиственниц сибирской, Сукачева и даурской. С целью интенсификации этой работы и обеспечения оптимальных экологических условий при извлечении семян из шишек созданы шишкосушилки, позволяющие механизировать и автоматизировать технологические операции и режимы среды. Для переработки шишек построены промышленные комплексы - непрерывно действующие, полностью механизированные и автоматизированные сушилки со складом для хранения шишек и семян, помещениями для отбора проб, определения посевных качеств семян, приемки шишек, размещения воздухоподогревательного оборудования (рис. 7).

Рис. 7. Промышленный комплекс по переработке шишек хвойных пород термическим способом: 1 - помещение для приемки лесосеменного сырья; 2 - склад для шишек; 3 - технологическое отделение

Рис. 8. Технологическая схема извлечения семян из шишек в шишкосушилке

Благодаря такому объединению шишкосушилок со всеми вспомогательными помещениями улучшились хранение и переработка шишек, обработка и хранение семян, отпала необходимость во внутри-площадном транспорте, стала возможной механизация и автоматизация всего технологического процесса, сократилась численность обслуживающего персонала и снизилась стоимость строительства. При переработке лесосеменного сырья в таких сушилках шишки сначала поступают в помещение для их сортировки и приемки (взвешивания), откуда они направляются на склад для хранения, а затем в технологическое отделение для переработки (рис. 8).

Чтобы проверить соблюдение режима работы шишкосушилки и определить фактический выход семян, перед началом массовой переработки шишек проводят контрольную сушку.

Стационарная шишкосушилка стеллажного типа. Из всех существующих конструкций стационарных сушилок лучшей признана шишкосушилка стеллажного типа, предложенная Тверским управлением лесного хозяйства (авторы проекта Л.В. Галеев и П.И. Чикизов). Она характеризуется высокой производительностью (100 кг семян сосны и 180 кг семян ели в сутки), простотой в эксплуатации, оптимальными режимами извлечения семян из шишек, обеспечивает сохранение качества уродившихся семян и их оптимальную влажность. Это чрезвычайно важно для длительного их хранения и выращивания хорошо развитого посадочного материала. Обслуживают шишкосушилку 3...4 человека.

Оптимальные режимы извлечения семян из шишек хвойных пород в сушилках стеллажного типа создаются за счет многоэтапных режимов, которые характеризуются невысокими температурами и влажностью агента сушки. Такие режимы обеспечиваются конструкцией сушильной камеры, состоящей из четырех сетчатых стеллажей, на которые насыпают слой шишек. Циркулирующий агент сушки по­дается снизу и сначала омывает слой шишек, находящихся на нижнем (четвертом) стеллаже, а затем последовательно на всех остальных. В качестве тепло- и влагоносителя используется подогретый в теплообменнике воздухоподогревателя атмосферный воздух (до 45°С при сушке шишек ели и до 50°С при сушке шишек сосны обыкновенной), который подается непрерывно в камеру сушки. Процесс сушки длится 12 ч и состоит из четырех этапов. Исследования кафедры лесных культур МГУЛа (доц. Грибков В.В., проф. Родин А.Р.) показали, что на первом этапе шишки находятся на верхнем стеллаже, где температура воздуха устанавливается в пределах 20...30°С. Затем они пересыпаются на 2-й стеллаж, где проходят второй этап сушки при температуре 24...31°С. После этого шишки пересыпаются на 3-й и 4-й стеллажи и сушатся соответственно при температуре 30...33° и 33...35°С. Средняя влажность шишек по стеллажам, начиная с 1-го по 4-й, распределяется соответственно следующим образом (%): 22...23; 14...16; 7...8; 4...5. Максимальное количество влаги из шишек (до 70%) удаляется на 1-м и 2-м стеллажах, при этом температура воздуха не превышает 31°С.

Исходя из физики процесса сушки капиллярно-пористых тел, какими являются шишки хвойных пород, и указанных значениях температуры в сушильной камере, влажность паровоздушной среды внутри шишек в начальный период их нахождения на 1-м и 2-м стеллажах составляет 81...92%. Таким образом на верхних двух стеллажах влажность паровоздушной среды внутри шишек не достигает полного насыщения, как это наблюдалось при подсушке шишек в сушилках старых конструкций. На 3-м и 4-м стеллажах шишки раскрыты и поэтому влажность воздуха, окружающего семена, будет примерно равна влажности агента сушки. Если даже отдельные шишки не раскрываются на 3-м и 4-м стеллажах, то и в этом случае влажность паровоздушной среды в шишках будет невысокой (30...45%). Следовательно, семена не испытывает термических перегрузок и губительного воздействия сочетания повышенной температуры и влажности. Сам процесс извлечения семян из шишек приближается к природным условиям в период разлета семян, т. е. является оптимальным.

Принцип работы и устройство шишкосушилки стеллажного типа показаны на рис. 9. Шишки, доставленные с места заготовки, ссыпают в приемный бункер 1, откуда они поступают в сортировочный вращающийся барабан 2. Отсортированные шишки с помощью пневмотранспортера 3 через специальные распределители 4 направляются в закрома 5 типового склада на 50 т для хранения шишек. Из закромов после открытия небольших люков, расположенных в нижней части, шишки самотеком ссыпаются на ленточный транспортер 6, а затем по пневмотранспортной системе 3 подаются в бункер-накопитель 7, расположенный над сушильной камерой 8; из бункера накопителя шишки самотеком поступают в камеру сушки, где имеются четыре сплошных стеллажа 9 типа решетчатого жалюзи.

Рис. 9. Принципиальная схема шишкосушилки стеллажного типа (по В.В. Грибкову)

Последние во время сушки находятся в горизонтальном положении. При загрузке камеры сушки все стеллажи закрыты, поэтому сначала загружают верхний (первый) стеллаж и с помощью специального автоматического устройства 10 разравнивают шишки. Слой шишек на стеллаже должен быть для сосны 20 см, для ели - 17 см. После заполнения шишками 1-го стеллажа проводится последовательное перемещение шишек с 1-го стеллажа на 4-й путем открывания жа­люзи 1, 2 и 3-го стеллажей. Затем закрывают жалюзи трех остав­шихся свободных стеллажей и аналогичные операции повторяют до полной загрузки всех стеллажей камеры сушки. Всего в сушильную камеру загружают около 6 т шишек, т. е. по 1,5 т на каждый стеллаж.

После загрузки шишками сушильной камеры наступает непрерывный процесс сушки. Для этой цели используют воздухоподогреватель 11 ВПТ-400, который непрерывно подает подогретый атмосферный воздух объемом 25 тыс. м³/ч, теплопроизводительностью до 3489 кВт. Воздух подается в нижнюю часть сушильной камеры под давлением 587,4 Па и, проходя через решетчатые жалюзи стеллажей, омывает слой шишек. Такой мощный поток воздуха, проходящий через камеру сушки, способствует относительному охлаждению шишек, так как известно, что температура влажного тела при интенсивном его обдувании ниже температуры воздуха.

Процесс сушки шишек в первые 12 ч после пуска сушилки осуществляется в три этапа. На первом этапе атмосферный воздух нагревается в воздухоподогревателе до 20°С, на втором не более чем до 40°С, а на третьем до 45°С для ели и 50°С для сосны. Время перехода с одного этапа на другой контролируется по влажности шишек. Через 12 ч с момента начала сушки открывают жалюзи 4-го (нижнего) стеллажа и раскрывшиеся шишки с выпавшими семенами направляются в цилиндрический сетчатый вращающийся барабан 12, где происходит отделение выпавших семян от шишек и вытряхивание семян, оставшихся в шишках. При этом семена падают вниз в специальный ящик для семян 13. Затем семена направляются для их обескрыливания и очистки от примесей в машину МОС-1А. Из вращающегося барабана отработанные шишки поступают для их последующей транспортировки к месту потребления.

После удаления шишек с нижнего стеллажа жалюзи закрывают. Шишки, находящиеся на 1-2 и 3-м стеллажах, к этому времени полностью не раскрываются, поэтому их пересыпают соответствен­но на 2-3 и 4-й стеллажи, а верхний, освободившийся при этом стеллаж, загружают свежими шишками. С этого момента воздухоподогреватель ВПТ-400 работает в постоянном режиме (температура воздуха в воздухоподогревателе поддерживается 45°С для сушки шишек ели и 50°С для сушки шишек сосны) до полного окончания сушки имеющихся на складе шишек или до остановки шишкосушилки. Через каждые 3 ч удаляют шишки с 4-го стеллажа, где они к это­му времени полностью раскрываются, и оставшиеся в сушилке шишки пересыпаются на очередной стеллаж, расположенный ниже. Освободившийся при этом 1-й стеллаж заполняется свежими шишками.

Передвижная шишкосушилка ШП-0,06. Для переработки шишек хвойных пород в отдаленных районах с неразвитой сетью дорог с целью сокращения транспортных издержек на доставку лесосеменного сырья используют передвижные шишкосушилки. Наиболее перспективной является передвижная шишкосушилка ШП-0,06, конструкции Тверского управления лесного хозяйства, которая монтируется на пневмоколесном шасси длиной 6 м, шириной 2,6 м. В этой шишкосушилке применен тот же технологический процесс, что и в стационарной шишкосушилке стеллажного типа. Технологическая схема работы передвижной шишкосушилки ШП-0,06 представлена на рис. 10, а ее общий вид на рис. 11. Ее производительность составляет 20 кг семян сосны в сутки. Агентом сушки является воздух, нагретый в теплонагревателе до температуры 55°С для сосны и 45 °С для ели. Тепловой режим в сушильной камере поддерживается автоматически. Все технологические операции автоматизированы и механизированы. Процесс переработки шишек непрерывный. Обслуживает шишкосушилку один оператор.

Рис. 10. Технологическая схема работы передвижной шишкосушилки ШП-0,06: 1 - бункер загрузочный; 2 - сушильная камера; 3 - стеллаж; 4 - пересыпка шишек; 5 - загрузка и разравнивание сырых шишек; 6 - шишки; 7 - отработавший воздух; 8 - высушенные шишки; 9 - камера сгорания; 10 - подача топлива; 11- теплообменник; 12- вентилятор; 13 - наружный воздух; 14 - подогретый воздух (t для сосны 55°С, для ели 45°С); 75- циркулирующий воздух; 16 - тележка; 17 - транспортер выгрузной; 18- отработанные шишки; 19 - отбивочный барабан; 20 - ящик для семян; 21 - семена; 22 - транспортер сетчатый

Рис. 11. Общий вид передвижной шишкосушилки ШП-0.06

Рис. 12. Общий вид камеры-сушки шишкосушилки СМ-45

Рис. 13. Барабан для отбивки шишек БОШ-4

Малогабаритная шишкосушилка СМ-45. Для переработки небольших партий шишек, собранных с плюсовых деревьев лесосе-менных плантаций и постоянных лесосеменных участков, ВНИИЛМ создана малогабаритная шишкосушилка СМ-45 (рис. 12). Она работает а автоматическом режиме, обеспечивающим поддерживание в сушильной камере заданной температуры при периодическом контроле влажности воздуха на каждом этапе сушки шишек. Время сушки, в зависимости от влажности шишек, составляет от 8 до 12 часов. Температура в процессе работы шишкосушилки постепенно повышается с понижением влажности шишек, но не превышает в конце рабочего цикла для сосны 50...60°С, для ели - 40...50°С. Масса шишкосушилки 200 кг, а загруженных шишек - до 50 кг. Высота сушилки 170 см, а длина и ширина - по 90 см, потребляемая мощность 6,5 кВт. Рекуперация (замена) воздуха в сушильной камере осуществляется путем открытия специальной заслонки.

Высушенные в шишкосушилке СМ-45 шишки поступают в специальное устройство, созданное ВНИИЛМ, и названное барабан для отбивки шишек БОШ-4 (рис. 13), предназначенный для извлечения семян, оставшихся в шишках, не выпавшими после сушки. БОШ-4 работает по принципу перемешивания шишек. Продолжительность процесса отбивки составляет 8... 10 мин. Потребляемая мощность 0,5 кВт/ч.

Извлечение семян из шишек хвойных пород механическим способом. Семена пихты, сосны кедровой сибирской, лиственницы европейской и сосен эльдарской, пицундской и алепской извлекают из шишек путем их механического разрушения. При этом шишки этих пород делятся на две группы: трудноразрушаемые, имеющие прочный центральный стержень (сосна эльдарская, пицундская и алепская) и легко разрушаемые (пихта, кедр и др.).

Извлечение семян из трудноразрушаемых шишек затрудняется в результате наличия в центральной части шишки механически прочного стержня (рис. 14), удаление которого в 5-6 раз уменьшает величину усилия, необходимого для механического разрушения шишки. В связи с этим переработка трудноразрушаемых шишек идет в два этапа. Вначале с помощью агрегата семеотделителя АС-0,5 высверливанием конусообразным сверлом удаляют стержни шишек, а затем шишки поступают в машину МИС-1, где происходит их механическое разрушение и отделение семян от частей шишек.

Рис. 14. Схема переработки шишек сосны эльдарской: а- общий вид шишки; б- продольный разрез шишки: 1- стержень шишки; 2- семена; 3- чешуйки шишки; в - схема высверливания стержня на агрегате АС-0,5; г - шишка после высверливания; д - шишка после ее разрушения; е - извлеченные семена после их обескрыливания и очистки

Из легкоразрушаемых шишек семена извлекают механическим способом путем их разрушения с использованием машин МИС-1, МК-1, МИС-0.4 и др. Шишки пихты при высокой температуре выделяют смолу и заплывают, а оставленные в естественных условиях - рассыпаются. Поэтому для извлечения семян шишки пихты собирают не совсем спелыми в тот момент, когда шишки, расположенные с южной стороны дерева, начинают рассыпаться. Для дозревания шишки рассыпают в хорошо проветриваемом помещении и 1...2 раза в сутки перемешивают.

Шишки сосны кедровой сибирской заготавливают в сентябре-октябре, но перерабатывать их следует зимой, когда они легче дробятся.