Зерносушилки и зерноочистительно-сушильные комплексы для послеуборочной обработки зерна

1. Агротехнические требования и основы сушки зерна

Сушка – это процесс удаления влаги из различных материалов с целью повышения их сохранности.

В теории сушки есть понятие абсолютной влажности W_а, определяемой по формуле:

W_а= ,                          (15.1)

где m_в– масса воды в исследуемой порции материала, кг; m_{с, в}– масса абсолютно сухого вещества в данной порции материала, кг.

В практике зерносушения применяют понятие относительной влажностиW:

W = ,                             (15.2)

где m_в.з.– масса порции влажного зерна, кг.

Численное значение W_а > W при одном и том же содержании влаги в зерне. По содержанию влаги зерно делится на четыре состояния (табл.15.1).

Основные формы связи влаги с материалом следующие – химическая, физико-химическая и механическая. Химически связанная влага при сушке не удаляется. Наименее прочная механическая связь влаги с материалом, сюда относится капилярная влага и влага смачивания.

Отсюда следует, что сушка убираемой с поля продукции требует больших затрат энергии, чем досушивание уже высушенной, но попавшей под дождь.

Согласно агротребований при длительном хранении зерна его влажность должна составлять для зерновых злаков не более 14%. При увеличении влажности происходит самосогревание зерна.

Уборку хлебов прямым комбайнированием начинают, когда 90…95% зерен находится в фазе полной спелости и влажность зерна составляя 22%. Полученное при этом зерно необходимо высушить.

Таблица 15.1.

Состояние зерна по относительной влажности, %

Культура	Сухое	Средней влажности	Влажное	Сырое
	Относительная влажность
	До	Свыше	До	Свыше
Пшеница, рожь, ячмень, гречиха	14	14	15,5	15,5
Овес, горох, кукуруза	14	14	16	16
Семя льняное	11	11	13	13

Для снижения влажности зерна могут применяться: естественная сушка, термическая сушка в зерносушилках, активное вентилирование зерна; химическая сушка зернобобовых сульфатом натрия, электрическая сушка – в поле токов высокой частоты, сушка инфракрасным излучением и др.

При естественной сушке зерно рассыпают на асфальто-бетонной площадке зернотока слоем до 15 см и периодически перелопачивают вручную, что весьма трудоемко, или перебрасывают с места на место зернопогрузчиками. Применяют этот способ, если влажность зерна не более 20% и стоит сухая солнечная погода. За одно перелопачивание снимают до 0,9% влаги.

Термическую сушку выполняют в зерносушилках, где сушка происходит, как правило, конвективно-контактным способом, т.е. часть тепла передается зерну от воздуха или газов, а часть от нагретых поверхностей. При этом в движущийся с небольшой скоростью слой зерна нагнетают теплоноситель, в качестве которого может использоваться подогретый воздух или смесь воздуха с газами, получаемыми при сгорании топлива. Для сушки семенного зерна должны использоваться только зерносушилки, где в качестве теплоносителя применяется подогретый воздух.

Зерносушилка должна обеспечить определенный и постоянный режим сушки, определяемый температурой теплоносителя и временем пребывания зерна в прогретом состоянии, т.е. экспозицией сушки. Экспозиция сушки определяет температуру прогрева зерна, которую устанавливают в зависимости от культуры и первоначальной влажности зерна.

Температура прогрева для семян хлебных злаков не должна превышать 45⁰С, для продовольственного зерна 50…55⁰С – в зависимости от влажности зерна и характеристики клейковины. При перегреве снижается всхожесть семян, ухудшаются хлебопекарные качества зерна. Температура прогрева зернобобовых (гороха, фасоли) не должна превышать 25⁰С, так как большая температура приводит к растрескиванию оболочки и потере посевных качеств зерна.

Зерно после сушки необходимо охладить. Температура зерна после охлаждения не должна превышать температуру окружающего воздуха более чем на 10…15⁰С.

В сельском хозяйстве применяют барабанные, шахтные, напольные, колонковые и карусельные сушилки. Наибольшее распространение получили барабанные и шахтные зерносушилки, как правило, стационарные, непрерывного действия с принудительной подачей теплоносителя и механизированной загрузкой и выгрузкой зерна.

В барабанной зерносушилке зерно перемещается внутри вращающегося барабана от входа к выходу в направленном потоке теплоносителя, температуру которого регулируют от 90 до 210⁰С. Зерно при этом соответственно прогревается до 45⁰С и до 55⁰С.

В шахтной зерносушилке зерно перемещается сверху вниз под действием силы тяжести, а теплоноситель проходит через слой зерна в боковом направлении. Температура теплоносителя при сушке продовольственного зерна равна 100…140⁰С, а при сушке семян 65…90⁰С. Зерно при этом соответственно прогревается до 50⁰С, а семена до 45⁰С.

Влажность зерна за один пропуск через барабанную сушилку можно снизить не более чем на 8%, а через шахтную – на 6%. Потребуется два пропуска, если начальная влажность зерна выше соответственно 22 и 20%.

При активном вентилировании неподвижный слой зерна принудительно продувают атмосферным воздухом. Сушка здесь возможна до равновесной влажности, при которой не происходит обмена влагой между зерном и воздухом, что зависит от относительной влажности воздуха W_в (табл.15.2).

Таблица 15.2

Равновесная влажность (Р.В.) зерна (рожь, пшеница) при температуре воздуха 15…20⁰С

Wв %	30	50	70	90
Р.В., %	9,3	12,0	14,7	20,5

Из табл. 15.2 видно, что при относительной влажности воздуха свыше 70% высушить зерно до кондиционной влажности (14%) за счет продувания зерна холодным воздухом не удастся и в этом случае воздух нужно подогревать.

Барабанные зерносушилки

Сушилка зерна стационарная барабанная СЗСБ-8А предназначена для сушки продовольственного и фуражного зерна. Она состоит из топки 17, загрузочной камеры 2 с клапаном, сушильного барабана 6, разгрузочной камеры 11, охладительной колонки 8, норий 10, вентилятора 7, приводной станции 15, топливной системы и пульта управления (рис. 15.1).

Топка предназначена для сжигания топлива и образования теплоносителя. Топка для сжигания жидкого топлива состоит из горелки, камеры сгорания и смесительной камеры. Горелка состоит из вентилятора и форсунки для распыла топлива. Топливо подается к форсунке насосом из резервуара, установленного снаружи здания. Температура теплоносителя зависит от подачи топлива и поддерживается автоматикой топки. Топки различных сушилок могут работать на твердом, жидком или газообразном топливе.

Сушильный барабан разделен на 6 секций. Шестисекционная крестовина барабана снабжена лопатками (полочками) на лучах крестовины для перелопачивания зерна 5. На внутренней поверхности барабана в его начале и конце смонтированы лопасти, расположенные по винтовым линиям. Снаружи на барабане имеются два бандажа 4, которыми он опирается на приводные и поддерживающие ролики. Барабан приводится во вращение приводной станцией. Частота его вращения 8 мин^-1.

На крышке выгрузной камеры установлен вентилятор, засасывающий теплоноситель из топки. Внизу разгрузочная камера суживается, образуя выгрузной лоток, на котором смонтирован шлюзовой затвор.

 

 

 

Рис. 15.1. Барабанная сушилка СЗСБ-8А:

1 – загрузочный патрубок; 2 – загрузочная камера; 3 – винтовые лопасти; 4 – бандаж; 5 – подъемно-лопастное устройство; 6 – сушильный барабан; 7 – вентилятор; 8 – охладительная колонка; 9 – датчики; 10 – нория; 11 – разгрузочная камера; 12 – шлюзовый затвор; 13 – конусный патрубок; 14 – ролики; 15 – приводная станция; 16 – трубопровод; 17 – топка.

Охладительная колонка предназначена для охлаждения зерна после сушки. Она состоит из наружного и внутреннего перфорированных цилиндров, вентилятора, шлюзового затвора и автоматики для поддержания необходимого уровня зерна в кольцевой камере охладительной колонки.

Технологический процесс сушки. Влажный зерновой ворох подается в загрузочную камеру (обычно норией) и попадает на винтовые лопасти. Семена под действием потока теплоносителя, напора вороха и винтовых лопаток поступают в барабан. Лопатки крестовины захватывают порции семян, поднимают их вверх и сбрасывают вниз. При прохождении теплоносителя, часть влаги из семян испаряется, поглощается теплоносителем и удаляется из сушилки.

Отработанный теплоноситель вентилятором выбрасывается в атмосферу.

Количество и скорость теплоносителя, проходящего через барабан, регулируют с помощью заслонки вентилятора в зависимости от скорости витания (критической скорости) высушиваемых семян. Продолжительность сушки зависит от производительности разгрузочных устройств.

Высушенное зерно через шлюзовой затвор и норию загружается в охладительную колонку. Холодный воздух, всасываемый вентилятором, через отверстия наружного цилиндра проходит через слой зерна, охлаждает его и по внутреннему цилиндру поступает к вентилятору. Шлюзовой затвор охладительной колонки непрерывно выгружает зерно, в результате зерно в колонке движется вниз. Уровень зерна поддерживают датчики.

Производительность сушилки составляет 8 т/час при снижении влажности зерна с 20 до 14%. Удельный расход условного топлива 12,8 кг/т, суммарная мощность 38 кВт.

3. Шахтные зерносушилки

Шахтные сушилки в отличие от барабанных нельзя использовать для сушки малосыпучего вороха, например вороха семенников трав, льна, а также сильно засоренного вороха зерновых культур. Зерновой материал до сушки должен пройти предварительную очистку.

Зерносушилка СЗШ-16А предназначена для сушки продовольственного, семенного и фуражного зерна зерновых и крупяных культур. Сушилка состоит из топки 2, двух шахт 5 (сушильных камер), загрузочных 7, 9 и разгрузочной 8 норий, двух охладительных колонок 13, 14, подводящего 20 и двух отводящих 4 диффузоров, двух отсасывающих вентиляторов 1, 12, двух разгрузочных устройств 17, механизмов привода, зернопроводов 11, системы автоматического контроля и регулирования режима сушки зерна (рис. 15.2).

Топка смонтирована в отдельной пристройке. Теплоноситель получают в результате смешивания топочных газов с атмосферным воздухом или путем нагрева атмосферного воздуха, в зависимости от того, как собрана топка. К.п.д. топки в первом случае выше, чем во втором, однако в данном случае на сушилке можно сушить только фуражное зерно.

Сушильная шахта – это вертикальная камера вместимостью 18 м³. Между шахтами расположен подводящий диффузор. На боковых стенках шахт имеются диффузоры для отвода отработанного теплоносителя. Диффузоры соединены патрубком с всасывающим окном вентилятора. В патрубке имеются жалюзи с регулятором.

Шахта состоит из рамы, боковых стенок 1, 3 с вырезами и торцовых глухих и пятигранных коробов 2, 4 (рис. 15.3), размещенных между боковыми стенками рядами. Ребро каждого короба направлено вверх, открытая часть вниз. Короба установлены в шахматном порядке. Часть рядов коробов предназначена для ввода в сушильную шахту теплоносителя. Концы этих коробов соединены с окнами в стенке со стороны подводящего диффузора. Ряды коробов для отвода теплоносителя соединены через окна с отводящим диффузором.

Над шахтами смонтированы надсушильные бункера закрытого типа. На вертикальной стенке бункеров установлены датчики верхнего и нижнего уровней зерна, с помощью которых автоматика управляет работой разгрузочных устройств.

В нижней части каждой шахты размещены: разгрузочное устройство и подсушильный бункер с патрубком, подводящим высушенное зерно к нории. Разгрузочное устройство состоит из неподвижной лотковой коробки 5 с восемью окнами и подвижной каретки 8 с пластинами. Каретка движется возвратно поступательно.

Скорость движения зерна в шахте зависит от зазора между выпускными окнами и пластинами каретки, амплитуды и частоты перемещений каретки с пластинами.

 

 

 

Рис.15.2. Зерносушилка СЗШ-16А:

1, 12 – вентиляторы; 2 – топка; 3 – выпускная труба; 4 – отводящий диффузор; 5 – сушильные шахты; 6, 16, 18 – бункера; 7, 8, 9, 10 – нории; 11 – зернопривода; 13, 14 – охладительные колонки; 15 – шлюзовый затвор; 17 – разгрузочное устройство; 19 – патрубок; 20 – подводящий диффузор.

 

 

Рис. 15.3. Схемы движения теплоносителя и зерна и устройства коробов (а), шахт (б), и разгрузочных устройств (в):

1, 3 – стенки шахты; 2, 4 – подводящие и отводящие короба; 5 – коробка; 6 – окно для выпуска зерна; 7 – кривошинно-шатунный механизм; 8 – пластина каретки.

Зазор изменяют от 0 до 20 мм, поднимая и опуская каретку. Амплитуду колебаний в пределах 0…20 мм регулируют, изменяя взаимное расположение эксцентриков привода.

Охладительные колонки по устройству аналогичны колонкам сушилки СЗСБ-8А.

Технологический процесс. Предварительно очищенный, влажный зерновой материал непрерывно подается нориями в надсушильный бункер каждой шахты и заполняет пространство между коробами. Когда уровень зерна в надсушильном бункере достигнет верхнего датчика, автоматика включает привод кареток разгрузочного устройства и зерно под действием силы тяжести движется вниз. Если бункер опорожнится до нижнего датчика, автоматика выключает на время привод кареток.

При установившемся режиме зерно медленно движется сверху вниз в пространстве между коробами. Теплоноситель входит в подводящие короба, проходит через слой зерна, поступает в расположенные над ними отводящие короба и выводится из сушильной камеры вентилятором. Теплоноситель, проходя сквозь слой зерна, нагревает его, испаряет влагу и уносит ее из сушилки.

За каждый ход каретки сбрасывается порция зерна в подсушильный бункер. В результате обеспечивается непрерывная выгрузка высушенного зерна и движение сверху вниз всего объема зерна.

Высушенное зерно с помощью нории загружается в охладительные колонки.

После охлаждения атмосферным воздухом зерно выгружается из колонок шлюзовым затвором в промежуточный бункер и дальше норией подается на последующую обработку.

Режим сушки изменяют температурой теплоносителя и скоростью движения зерна. Температуру теплоносителя регулируют, изменяя подачу топлива к горелке и воздуха в смесительную камеру. Скорость движения теплоносителя в слое зерна изменяют регулятором, поворачивая жалюзи в патрубке перед вентилятором. Скорость движения зерна регулируют путем изменения производительности разгрузочного устройства.

Процесс сушки периодически контролируют, при этом определяют влажность и температуру прогрева зерна. Если температура выше допустимой, увеличивают производительность разгрузочных устройств или снижают температуру теплоносителя. Если температура нагрева соответствует максимально допустимой, а влажность зерна после сушки выше требуемой, то зерно сушат повторно.

Через 5-7 дней работы зерносушилку очищают. Производительность сушилки СЗШ-16А – 16 т/ч при снижении влажности на 6%.

Производительность сушилок М-819 и М-839 составляет соответственно 20 и 40 т/ч, при снижении влажности с 20 до 14%. От сушилки СЗШ-16А они отличаются тем, что их шахты разделены на камеру сушки и камеру охлаждения, т.е. отдельных охладительных колонок нет, а для охлаждения используется нижняя зона шахт, продуваемая атмосферным воздухом с помощью вентиляторов. Пространство между шахтами разделено перегородкой. Теплоноситель подается в подводящий диффузор, расположенный над перегородкой, т.е. в верхнюю зону шахт. В этих сушилках в качестве теплоносителя используется только чистый нагретый воздух, не смешанный с топочными газами. Расход печного топлива сушилкой М-819 – 160 кг/ч.

Зерносушилка шахтная модульная СЗШР-16 предназначена для сушки зерна и семян зерновых колосовых, зернобобовых, рапса, трав, кукурузы и крупяных культур. Состоит из двух модульных шахт, разделенных на камеры предварительного нагрева или регенерации тепла, сушки и охлаждения зерна, надсушильного бункера, роторных выпускных устройств, загрузочной и разгрузочной норий, топок АТ-0,7, системы воздухообмена с пылевыми вентиляторами, электрооборудования, средств автоматического управления и контроля за работой сушилки (рис. 15.4б). Сушилка позволяет экономить расход тепла путем использования отработанного теплоносителя для подогрева зерна в камере предварительного нагрева, т.е. зерна, поступающего в дальнейшем в сушильную камеру.

Производительность сушилки 16…20 т/ч., расход жидкого топлива – 80 кг/ч. Установленная мощность электродвигателей 56 кВт. Масса 10580 кг.

Аналогично устроена и работает зерносушилка шахтная модульная СЗШР-8 (рис. 15.4а). Ее производительность составляет 8-12 т/ч. Конструкция топки данной сушилки позволяет использовать местное топливо (дрова, торф).

Сушилка зерновая колонковая СЗК-8 предназначена для сушки зерна и семян зерновых колосовых, зернобобовых, крупяных, рапса, масличных культур и кукурузы. Состоит из двух колонковых шахт,

 

 

 

Рис. 15.4. Шахтные зерносушилки РБ:

а – СЗШР-8; б – СЗШР-16.

разделенных на камеры нагрева, сушки и охлаждения зерна, надсушильного бункера, шиберных выпускных устройств, загрузочной и разгрузочной норий, двух топочных агрегатов, системы воздуховодов с пылевыми вентиляторами, электрооборудования, средств автоматического управления и контроля за работой сушилки (рис. 15.5). Производительность – до 8 т/ч. Расход жидкого топлива до 50 кг/ч. Установленная мощность электродвигателей 40,7 кВт. Масса 8550 кг.

Аналогично устроена и работает колонковая сушилка СЗК-8-1. Она обеспечивает производительность до 12 т/ч при расходе жидкого топлива 80 кг/ч.