Элеватор – наиболее совершенный тип зернохранилищ. Он обеспечивает комплексную механизацию производственных процессов и автоматизацию управления ими, создает все условия для сохранности и улучшения качества зерна.
Консервация зерна
Зерновые культуры являются одними из важнейших продуктов питания. Их посев и уборка урожая производятся очень тщательно. По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации Объединенных Наций (FAO), ежегодно в мире в результате порчи пропадает более 20% урожая зерновых. Основная часть этих потерь обусловлена деятельностью насекомых и развитием грибков. Использование технологии осушения зерна при его хранении в силосах позволяет эффективно этому препятствовать.
Почему именно осушение?
Клеточное дыхание зерна, с последующим произвольным его самосогреванием, является причиной порчи убранного зерна. Эти процессы зависят от температуры и влажности зерна – чем выше температура и влажность зерна, тем интенсивнее оно дышит. Самосогревание вызывает потерю сухой массы и благоприятствует развитию насекомых-вредителей и грибков. Известно, что в зонах с умеренным климатом в холодное время года возникает значительно меньше потерь при хранении, чем в летние месяцы, так как зимой абсолютная влажность в разы меньше, чем летом. Метод сорбционного осушение позволяет искусственно создать воздух с зимними параметрами по абсолютной влажности непосредственно после уборки урожая.
Из-за высокой влажности и жары, опасность порчи зерновых особенно высока в зонах с тропическим климатом. Поэтому в таких зонах особенно важно применять консервирование охлаждением. Особенности структуры и поверхности зерна, а также его низкая теплопроводность являются наилучшими предпосылками для осушения. Далее в этой статье преимущества использования этой технологии описаны более подробно.
Уменьшение потерь сухой массы
Часто, цикл охлаждения зерна проводится в период затяжных дождей, то относительная влажность воздуха возрастает выше критического уровня и создается опасность увлажнения хранимого зерна влагой из воздуха.Такая ситуация часто складывается в уборочный период.
Поэтому, в силосах и бункерах возникает ряд проблем, обусловленных неконтролируемой влажностью. Одна из таких проблем – образование конденсата на внутренних поверхностях стен и крыши. Это происходит, когда температура этих поверхностей опускается ниже температуры точки росы.
Так как силосы можно поделить на две категории: с активным вентилированием, и полностью герметичные. Осушители актуально и необходимо использовать, в силосах с активным вентилированием, так как в этом случае имеет место приток воздуха извне.
Поддержание низкой влажности в силосе необходимо тогда, так как, когда в силос засыпается зерно различной температуры и влажности (например, собранное при разной температуре или зерно разных партий). Тогда, на границе слоев с разными температурами, возможно местное повышение относительной влажности, из-за конденсации влаги на поверхности холодного зерна. А это способствует интенсивному развитию микроорганизмов, плесени, насекомых-вредителей, из-за бурного развития которых, происходит резкое очаговое повышение температуры, вплоть до процессасамовозгорания и безвозвратной порчи зерна.
Процесс созревания зерна достигает своего пика к моменту уборки урожая. Но и после уборки зерно продолжает дозревать, оно дышит. При этом углеводы под воздействием кислорода разлагаются с выделением тепла на углекислый газ и воду. Ниже приведена химическая формула этого процесса:
C 12 H 22 O 11 + 12 O 2 –› 12 CO 2 + 11 H 2 O + Q кВт*ч
углеводы + кислород –› углекислый газ + вода + тепло
На рисунке внизу показана диаграмма зависимости выделения тепла от температуры и влажности зерна. Это позволит оценить значение теплообразования урожая при хранении.
Из диаграмм ы видно, что чем меньше температура и влажность продукта то и значение теплообразования меньше.
Как избежать ухудшения качества из-за насекомых-вредителей
На рисунке приведены некоторые виды наиболее распространенных насекомых-вредителей и оптимальные условия для их жизни и размножения. Некоторые вредители чаще встречаются в зонах с умеренным климатом, другие предпочитают тропические условия.
Охлаждение и осушение собранного урожая до температуры ниже 13°C и относительной влажности 50% позволяет эффективно предупреждать потери от повреждения насекомыми. При таких параметрах насекомые впадают в спячку и не наносят ущерба в зернохранилище.
Если же температура и влажность благоприятны для насекомых, возникают значительные потери от повреждения зерна вредителями и от загрязнения экскрементами. Эти потери растут из-за быстрого размножения насекомых при благоприятных условиях. Большинство жучков имеют очень короткий цикл развития – при идеальных условиях цикл воспроизводства долгоносика занимает всего лишь 25 дней.
Предупреждение развития грибков
В зависимости от погоды и севооборота поражение посевом грибком Fusarium может возникать в определенной местности (регионе) с различной частотой и силой.
Кроме значительных экономических потерь, возникает опасность образования микотоксинов, которые ядовиты для людей и животных. Например, свиньи чувствительны к вомитоксину и зеараленону. Это выражается в уменьшении аппетита, пониженных привесах и ухудшении репродуктивной способности животных.
Развитие грибков и продуктов их жизнедеятельности – микотоксинов (напримерафлатоксина), ускоряется при повышенной относительной влажности и температуре. Вентилирование зерна осушенным воздухом останавливает эти процессы.
Экономия расходов на сушку
Пшеницу после уборки сушат, в зависимости от предназначения, до 14-16% влажности, в европейских странах обычно до 15%. Для этого в специальной сушильной установке разогревается воздух. Этот теплый воздух отбирает влагу у зерна и выводит ее в атмосферу. Требуемая для нормального хранения влажность кукурузы, риса и масленичных культур ниже, чем для пшеницы.
Экономия при использовании постосушения в силосах или хранилищах обусловлена следующим:
- Обдув сухим воздухом дополнительно просушивает зерно. Оно снижает влажность зерна еще на 0,5–1,5 %. При высокой влажности зерна (более 18%), эффект дополнительной просушки сильнее, чем для сухого зерна (влажностью менее 14%).
- Время нахождения зерна в сушильной установке может быть сокращено за счет оптимизации сушки и охлаждения; при этом экономится энергия и повышается производительность сушки.
- Уменьшение времени и интенсивности сушки делает этот процесс более щадящим для зерна; возникает меньше трещин и повреждений зерен от сушки.
Технология
Вентилятор сорбционного осушителя всасывает атмосферный воздух. Этот воздух осушается с некоторым повышением температуры (вследствие выделения теплоты сорбции). Сухой тёплый воздух подводится шлангом к воздушному распределителю хранилища и продувается через зерновую массу. Эта технология может применяться как в напольных хранилищах, так и в элеваторах силосного типа. Отработанный воздух через отверстия выходится в атмосферу, вынося с собой отобранную у зерна влагу и тепло.
Опасности вентиляции не кондиционированным атмосферным воздухом
Между содержанием влаги в зерне и относительной влажностью воздуха устанавливается равновесие, зависящее от температуры. Эта зависимость описывается изотермой сорбции. Зерна злаков гигроскопичны. Если на сухое зерно подается влажный воздух, оно увлажняется и со временем портится. Поэтому аэрация атмосферным воздухом допустима только при определенных погодных условиях. Технология сорбционного осушения не зависит от погодных условий. Установку можно применять даже в дождь или туман без риска увлажнения зерна.
Баланс влажности зерна и воздуха
На нижнем рисунке показаны изотермы сорбции для пшеницы при различных температурах зерна (на правом рисунке дан больший набор культур). Приведенный пример для пшеницы показывает, что при содержании влаги в зерне равной 16%, активность воды между зернами составляет примерно aw0,74. Если в такой ситуации будет подаваться воздух с более высокой относительной влажностью, это приведет к увлажнению зерна. Результатом станет его порча. Увлажнение будет еще более сильным, если температура подаваемого воздуха выше температуры зерна.
В связи с этим существуют правила для всех видов зерновых:
Никогда не подавать влажный воздух на сухое зерно!
Никогда не подавать теплый воздух на более холодное зерно!
Оптимальные параметры хранения
В любом случае, всегда полезно посоветоваться со специалистами по хранению зерна, чтобы они дали рекомендации по вентилированию зерна. Так, исходя из среднегодовых значений температуры и относительной влажности воздуха в дневное и вечернее время, можно рекомендовать оператору зернохранилища, находящегося в южных регионах Украины (Крымская, Одесская, Николаевская, Кировоградская, Херсонская и Запорожская области), устанавливать на 25-30°С сразу после уборки урожая. Как только первый цикл вентилирования – охлаждения будет завершен, поддерживать 15-20°С для выполнения второго цикла охлаждения, и на 5-7°С – для третьего цикла. В любом случае, используемый для аэрации воздух должен быть прохладнее температуры зерновой массы на 10-15°, так как воздух, проходя через вентилятор, нагревается на 3-4°С, а также подаваться с требуемой относительной влажностью.
Область применения
Сорбционное осушение применимо как в напольных хранилищах, так и в элеваторах силосного типа. Важным моментом является правильное распределение воздуха. Технология позволяет осушать все сыпучие сельскохозяйственные культуры – к примеру, пшеницу, пивоваренный ячмень, рапс, кукурузу, рис, рис-сырец, соевые бобы, семена подсолнечника, арахис и т.д.
Применение технологий к хранению различных культур
Из-за многообразия сельскохозяйственных продуктов, ниже кратко описаны только главные области применения.
Рис/рис-сырец (нешелушеное зерно)
Рис является основным продуктом питания для многих миллионов людей. Известно 8000 различных сортов риса. Они подразделяются на длиннозерный, среднезерный и круглозерный типы. Для всех сортов риса справедливо одно – это легко повреждаемый товар.
Рис надо сушить в особенно щадящем режиме – предпочтительно в несколько этапов. Если сушку комбинировать с охлаждением, то можно сократить сушку на один – три этапа. Кроме известных и уже описанных преимуществ, консервация осушением и охлаждением риса/риса-сырца имеет дополнительные преимущества. Многочисленные исследования в Азии и Центральной Америке однозначно показали, что осушенный и охлажденный рис почти совсем не желтеет и меньше ломается. Консервация сухим воздухом повышает долю целых рисовых зерен (headrice) примерно на 3%. При обычном хранении рис приобретает через некоторое время затхлый запах. С рисом, консервированным осушением и охлаждением, этого не происходит. Эти преимущества существенны для сохранения качества риса и, в итоге, повышения цены продажи товара.
Семена рапса
Хранение рапса связанно с определенными трудностями, даже при низком содержании влаги (порядка 9%). В недавно убранном рапсе содержатся остатки стручков и стеблей, а также семена полевых трав. В процессе обмолота может произойти небольшое увлажнение зерен рапса от контакта с влажными частями растения. Во время уборки урожая часто происходит загрязнение микроорганизмами. Уже за одни сутки могут начаться процессы самосогревания и рапс может приобрести затхлый запах из-за микробиологического разложения. Такая среда является наиболее благоприятной для развития грибков. Поэтому обычно рапс подвергают предварительной очистке. Поскольку это не предотвращает полностью развитие грибков, необходимо вентилировать рапс воздухом <60% RH . При таких параметрах погибают грибки и иные микроорганизмов.
Хранение не должно сказываться на качество рапса как сырья для производства масла. При повышенной температуре и влажности хранения происходит расчипление масла с образованием свободных жирных кислот. Выделяющуюся при этом влагу и тепло необходимо отводить. Из этого следует необходимость постоянного контроля за хранимыми рапсом и принимать меры для его осушения и охлаждения. Плотность насыпи рапса выше, чем, например, у пшеницы, из-за меньшего размера зерен. Поэтому падение давления воздуха, проходящего через насыпь рапса, выше, чем у других зерновых. Это необходимо учитывать при выборе осушителя воздуха.
Семена масленичных
Из-за высокого содержания масла и жиров в семенах подсолнечника, арахисе, семенах хлопка, соевых бобах, рапсе, кукурузе и т. д., выделение тепла усиливается вследствие процесса окисления. Это приводит к значительному снижению качества и спеканию хранимых продуктов. Кроме того, из-за увеличения доли свободных жирных кислот происходят потери качества и сухой массы. Консервация осушенным воздухом позволяет поддерживать влажность на 1-3% выше по сравнению с традиционным хранением.
Семенной материал / пивоваренный ячмень
При хранении посевного материала и ячменя для пивоварения главным вопросом является сохранение всхожести. Показатель всхожести семян с содержанием влаги от 15 до 16% и хранившихся с охлаждением значительно превышает соответствующий показатель более сухих, но хранившихся в условиях атмосферного воздуха семян.
На рисунке показана зависимость допустимого срока хранения семян от температуры и влажности. Этот график базируется на исходной всхожести и, поэтому, справедлив как для семенного материала, так и для пивоваренного ячменя. Своевременное осушение ячменя либо семян значительно продлевает допустимый срок хранения и уменьшает период покоя при прорастании.
Гранулированный корм
Гранулированный корм обычно охлаждается атмосферным воздухом в охладителях для гранулата. При этом гранулы с большим диаметром не охлаждаются полностью. Из-за внутренних напряжений возникают трещины, которые ведут к увеличению доли мучки и битых гранул и, соответственно, к снижению качества. Применение технологии сорбционного осушения, позволяет осушать хранимые гранулы равномерно и полностью, до самой сердцевины. После этого гранулы становятся очень твердыми и менее ломкими. Это ускоряет процесс разгрузки/погрузки.
Распределение воздуха
Осушение в силосе
При осушении сыпучих грузов очень важное значение имеет правильное распределение воздуха. В силосах с плоским основанием хорошо зарекомендовал себя перфорированный пол. В силосах с выпускным конусом применяются для охлаждения воздуховоды из стального листа. Воздуховоды открыты снизу и затянуты сеткой на 1/4 длины. Это предупреждает завихрение зерен. Через направленную вниз открытую сторону воздуховода холодный и сухой воздух попадает в насыпь зерна.
Так как насыпь зерна создает сопротивление движению воздуха, сухой воздух распределяется по всему сечению насыпи и проходит сквозь насыпь наверх. Чтобы нагретый воздух мог выходить в атмосферу, под крышей силоса должно быть достаточно отверстий. Также необходимо учитывать падение давления при прохождении воздуха через большой слой зерна в высоких силосах. Это необходимо учитывать при согласовании мощности вентилятора осушителя и области его применения. При этом надо принимать во внимание, что падение давления при прохождении насыпи рапса в три-четыре раза выше, чем у пшеницы.
Охлаждение в напольном хранилище / амбаре
В плосконасыпных хранилищах обычно на полу прокладываются вентиляционные каналы полукруглого сечения из перфорированной стали. Если каналы заглублены в полу, то они накрываются перфорированными стальными листами. Важно предусмотреть удобство очистки и минимизировать количество ниш и стыков, где могут скапливаться загрязнения. Преимуществом прокладки вентиляционных каналов ниже уровня поля является возможность использовать транспортные средства внутри хранилища. Это значительно облегчает разгрузку. Отдельные каналы объединяются внутри или вне здания собирательным каналом или выходят наружу каждый по отдельности.
Расстояние между вентиляционными каналами не должно превышать высоту насыпки, а расстояние от канала до стены хранилища не должно превышать половины высоты насыпки. Если насыпь имеет конусообразную форму, это необходимо компенсировать варьирующейся частотой перфорации, или надо прикрывать поверхность насыпи, иначе холодный воздух будет выходить по пути наименьшего сопротивления, и верхушка насыпного конуса не будет охлаждаться. Наилучшим решением было бы распределение хранимого зерна без насыпного конуса.
