2. Основные способы сушки зерна

Основное количество влаги в зерне прочно связано с сухим веществом, удалить ее из зерна удается лишь при испарении. Необходима определенная энергия на преодоление силы связи влаги с сухим веществом, а также на теплоту парообразования. Такая сушка называется тепловой.

Тепловая сушка является наиболее эффективным мероприятием по подготовке зерна к хранению. Теплота, необходимая для превращения влаги в пар, может быть подведена к зерну различными способами: конвективным, кондуктивным, инфракрасными лучами и другими способами. Сушку называют соответственно конвективной, кондуктивной и т.п.

Основным способом сушки зерна является конвективная сушка, при которой теплота передается к зерну от нагретого воздуха или смеси воздуха с продуктами сгорания топлива. Подведенная конвективным путем теплота на испарение влаги, на подогрев влаги до температуры испарения, на перегрев образующегося пара и на нагрев самого зерна. Образующиеся водяные пары поглощаются воздухом (в нагретом состоянии он имеет низкую относительную влажность) и выводятся из зоны сушки. Нагретый воздух, таким образом, выполняет функции не только теплоносителя, но и влагопоглотителя, поэтому его называют агентом сушки.

При конвективном способе сушки испарение влаги зависит от влагопоглотительной способности теплоносителя, которая, в свою очередь, зависит от температуры: с увеличением температуры она увеличивается. Следовательно, чтобы усилить испарение, надо повышать температуру, но следует помнить, что высокие температуры губительны для зародыша зерновки и в процессе сушки пивоваренного ячменя его жизнеспособность должна быть полностью сохранена, поэтому важно соблюдать рекомендуемые режимы сушки.

Величина нагрева зерна зависит от температуры теплоносителя, продолжительности воздействия этой температуры, а также количество теплоносителя и его скорость. Чем больше теплоносителя поступает в сушилку, тем быстрее он проходит через межзерновые пространства массы зерна и тем быстрее происходит процесс сушки. Но скорость движения теплоносителя при выходе из отводящих коробов сушилки не должна превышать 6 м/с, чтобы исключить вынос зерна из сушилки.

При кондуктивной сушке теплота передается зерну от нагретой поверхности. В качестве нагретой поверхности могут использоваться трубы, обогреваемые изнутри паром, горячей водой или паром. Для поглощения водяного пара, выделяемого из зерна, через сушильную шахту пропускают нагретый или холодный воздух. Воздух выполняет функции только влагопоглотителя.

Кондуктивный способ сушки в чистом виде в настоящее время не применяется, а сочетается с конвективным способом в рециркуляционных сушилках. При этом теплота, необходимая для испарения влаги, передается зерну конвективным путем, в дальнейшем эта теплота перераспределяется кондуктивным теплообменом между нагретым рециркулирующим и холодным сырым зерном, поступающим на сушку.

Сущность рециркуляционного способа сушки заключается в следующем. Сырое зерно смешивают с просушенным (рециркулирующим) и затем направляют в зону нагрева, где температуре агента сушки до 250-300˚С, а время нахождения зерна в зоне нагрева 2-3 секунды. Средняя температура смеси достигает предельно допустимой, а влажность сырого зерна снижается на 0,5-1,0%, в основном в результате испарения поверхностной влаги. Влажность рециркулирующего зерна снижается при этом незначительно. Нагретое зерно поступает в зону контактного тепловлагообмена. Сырое и рециркулирующее зерно выходит из зоны нагрева с разной влажностью и температурой. Температура рециркулирующего зерна несколько выше, чем сырого. При контакте и выдержке сырого и рециркулирующего зерна в течение 10-20 мин в зерновой смеси происходит тепловлагообмен: сухое зерно поглощает влагу из сырого и отдает ему часть теплоты. Влажность сырого зерна снижается при этом на 1,5-3,0%, а температура выравнивается.

Далее зерновую смесь разделяют на две части. Основная часть поступает в зону сушки, где зерно продувают атмосферным воздухом. Происходит процесс самоиспарения влаги, при котором расходуется часть теплоты, аккумулированной зерном в зоне нагрева. Температура зерна при этом снижается. При охлаждении зерна скорость испарения влаги из него резко замедляется. Поэтому снижение температуры зерна не должно превышать 10-15˚С. В зоне сушки из зерна испаряется 0,5-0,8% влаги. По выходе из зоны сушки частично охлажденное и просушенное зерно смешивают с сырым и смесь зерна направляют в зону нагрева. Меньшая часть зерновой смеси из зоны контактного тепловлагообмена поступает в зону охлаждения, где ее также продувают атмосферным воздухом. Вместе с охлаждением зерна происходит самоиспарение влаги на 0,8-1,2%.

Рециркуляция просушенного зерна позволяет снизить среднюю влажность смеси, одновременно повысить ее температуру и обеспечить сушку до необходимой влажности за один прием.

Режим сушки

Оптимальный режим сушки – это создание и устойчивое поддержание таких условий работы, при которых обеспечивается наибольшая производительность, полное сохранение или улучшение качества зерна и высокие показатели работы сушилки.

Основными параметрами режима сушки являются:

- температура теплоносителя, подаваемого в сушильную камеру;

- температура максимального нагрева зерна в процессе сушки;

- температура охлажденного зерна;

- время пребывания зерна в нагретом состоянии, определяемое процентом съема влаги;

Для более полного представления о процессе сушки необходимо учитывать скорость движения теплоносителя и его относительную влажность, но эти два параметра в действующих сушилках не поддаются учету в единицах измерения и регулировке.

Режим сушки зависит:

- от рода зерна (семена разных культур обладают различной термоустойчивостью).

Под термоустойчивостью зерна понимают устойчивость его химического, биологического и структурного комплексов к повышенным температурам. Термоустойчивость зерна зависит от сочетания ряда факторов: состояния белкового комплекса, состояния влаги в зерне, в свою очередь, зависящих от вида культуры и сорта, влажности, степени зрелости зерна и т.д. В основе физической сущности устойчивости зерна к повышенным температурам отмечены два явления, действующие в противоположных направлениях:

а) нагревание зерна при некоторых условиях способствуют его термоактивации, что проявляется в повышении его энергии прорастания и всхожести;

б) повышение температуры приводит к тепловой денатурации белков, снижению их растворимости и нарушению физиологических функций зерна.

- от исходной влажности зерна, семян. Чем выше влажность, тем меньше должна быть температура теплоносителя и нагрева зерна. Сырые и влажные семена теряют жизнеспособность уже при нагреве до 50˚С, при нагреве до 60-65˚С жизнеспособность сырого зерна теряется полностью. По мере снижения влажности зерна его термоустойчивость повышается. Различие в термостойкости сухого и сырого зерна основано на неодинаковой скорости тепловой денатурации белков, причем с повышением влажности на 3 – 4 % или температуры на 10 ˚С скорость денатурации белков зерна возрастает в 2 – 4 раза. Поэтому в условиях, сопровождающихся снижением влажности (сушки), зерно может переносить более высокие температуры нагрева. Кроме того, оно легче переносит кратковременный нагрев, в течение которого белки не успевают заметно измениться. При сушке ячменя влажностью выше 17% следует применять ступенчатые режимы, при этом температуру агента сушки на первой ступени снижают на 10˚С, а нагрева зерна на 5˚С. Если конструкция зерносушилки не позволяет использовать ступенчатые режимы сушки, то зерно сушат за 2-3 пропуска.

- от целевого назначения. При сушке пивоваренного ячменя или семян для сохранения полной жизнеспособности применяют более мягкие режимы сушки. Белки зародыша менее термоустойчивы, чем белки эндосперма, поэтому для семенного зерна и пивоваренного ячменя допустимы более низкие температуры нагрева и меньшая продолжительность выдержки, чем для зерна продовольственного и фуражного.

- от физиологического состояния зерна. Оболочки свежеубранных зерен, так же, как и эндосперм, и зародыш, еще не достаточно отвердели, и влагопроводящая способность их понижена. В связи с этим термоустойчивость такого зерна снижена по сравнению с термостойкостью зерна, прошедшего послеуборочное дозревание. Чтобы сохранить качество свежеубранного зерна, его сушат при мягких режимах, применяя пониженные температуры теплоносителя.

- от конструкции зерносушилки (см. табл. 1): в рециркуляционных сушилках используются более высокие температуры теплоносителя, чем в шахтных сушилках.

Табл. 1 Режимы сушки пивоваренного ячменя [2, 3, 8]

Тип сушилки	Влажность ячменя до сушки, %	Число пропусков через сушилку	Температура, ˚С
			теплоносителя	нагрева зерна
Шахтная	До 17	1	68	40
Шахтная	До 20	2	60	35
Шахтная рециркуляционная	До 19	1	70	40
Рециркуляционная (нагрев в камерах с падающим слоем)	До 19	1	280-300	40-50 (рекомендуемая 40)

Следует помнить, что успех зерносушения зависит не только от соблюдения оптимальных режимов, но и от состояния зерносушилок и правильности их эксплуатации. Существенное значение имеет и подготовка зерна к сушке, и соблюдение определенных правил ведения технологического процесса.