Вступление
В элеваторном мире есть ряд мнений на счёт того, какая должна быть температура рабочего агента при сушке коммерческой (фуражной) кукурузы:
- Кто-то сушит кукурузу на 140°С.
- Кто-то утверждает, что 135°С — это максимум.
- Кто-то говорит, что не выше 120°С.
- Некоторые видят ухудшение качества зерна даже при 110°С.
- А для некоторых и 100°С является высокой температурой, и они вынуждены понижать ее до 95°С, а то и 90°С, или сушить “в два прохода”.
В чём же дело? Попробуем разобраться в этом вопросе вместе.
Почему мы хотим сушить на высокой температуре?
Причин тут две и они немаловажны.
Причина №1: Чем выше температура рабочего агента в зерносушилке, тем выше производительность. А мы все знаем как она важна в сезон уборки.
Причина №2: Чем выше температура рабочего агента, тем меньше удельный расход газа (или любого другого топлива). То есть, если при сушке кукурузы на температуре 110°С у нас расход газа будет (условно) 1.20 м3/тонно-процент, то при сушке на температуре 130-135°С он может опуститься до 1.10-1.15 м3/тонно-процент (в зависимости от влажности зерна и др. факторов).
Так как же сушить на высокой температуре и, при этом, не потерять качество зерна?
Чтобы выяснить этот вопрос, давайте сначала поговорим немного о теории (в простой и популярной форме).
Причины большого разброса температур сушки кукурузы
Как видите, в разных зерносушилках рекомендуемые производителями температуры сушки кукурузы сильно разнятся. И зависят они от технологии, которую используют зерносушилки. Вы можете обратить внимание, что, например, по всех американских зерносушилках рекомендуемая максимальная температура сушки кукурузы ниже, а в европейских шахтных зерносушилках она выше.
Почему же технология сушки так сильно влияет на максимальную температуру рабочего агента?
Дело в том, что американские зерносушилки работают по принципу сушилок поперечного потока, а европейские по принципу смешанного потока воздуха. Это создаёт два важный условия, которые влияют на максимальную температуру рабочего агента.
Причина №1: Важна не температура воздуха, а тепло, которое подаётся в зерно
Дело в том, что разные сушилки подают в шахту разные удельные объёмы воздуха (в пересчёте на тонну зерна, которое находится в шахте). В то время как европейские сушилки подают очень приблизительно 1.000-2.000 м3 воздуха на 1 тонну кукурузы в час (исключая силосную часть вверху сушилки), американские сушилки намного более агрессивны и подают 4.500-5.500 м3 воздуха на 1 тонну кукурузы в час. Естественно, что, если мы захотим подать одинаковое количество тепла в обе зерносушилки, в американской сушилке мы должны подавать воздух меньшей температуры (ведь количество воздуха намного больше).
Таким образом, чем большим будет удельное количество воздуха, подаваемого в зерносушилку на каждую тонну зерна, тем меньшей должна быть его температура. А значит, нельзя сравнивать температуры воздуха в двух разных сушилках, так как они не говорят о скорости нагрева (и сушки) зерна.
Это первая причина почему, в шахтных зерносушилках температуру горячего воздуха можно поднимать до 120-140°С, в то время как в американских зерносушилках температура 110°С уже является пороговой.
Примечание: Конечно, следует оговориться, что европейцы не просто так делают большую шахту и подают в неё меньше воздуха. Ведь чем быстрее мы удаляем влагу, тем больше будет риск термического шока зерна.
Причина №2: Неравномерность сушки зерна
Например, мы уже знаем, что в колонковой зерносушилке (модульной или башенной), большое количество воздуха проходит сквозь слой зерна в поперечном направлении к вектору движения кукурузы (см. подробнее: зерносушилки поперечного потока).
Таким образом, внутренний слой кукурузы (который ближе к источнику тепла) нагревается быстрее внешнего, так как постоянно обдувается более горячим воздухом. Как видно на рисунке, воздух в красном слое зерна, который течет возле стенки, остывает со 110°С до 102°С, в желтом слое остывает до 78°С, а в голубом до 51°С.
В таких сушилках температура сушки не должна превышать 105-110°С во избежание перегрева внутреннего слоя кукурузы. (Даже при условии установки перемешивателей).
Это и есть вторая причина почему американские производители не рекомендуют подавать в свои зерносушилки воздух температурой более 110°С.
Примечание: Отсюда очевиден один главный недостаток американских сушилок: на нагрев большого объёма воздуха нужно больше газа (топлива)! А так как воздух слишком быстро проходит через зерно, он не успевает отдать максимум своего тепла и ещё достаточно теплым выбрасывается в атмосферу. Поэтому такие сушилки расходуют больше газа.
Статья по теме
Вот так и получается что люди покупают американские зерносушилки, а потом мы читаем в Интернете вот такие комментарии (см. цитату ниже) и думаем, что проблема связана с сортом кукурузы, высокой температурой сушки, а не с зерносушилкой.
Кукурузу мы сушим при температуре теплового агента не больше 95 °C. Если в начале моей карьеры сушильщики поднимали температуру и до 150 °C, то современные гибриды при такой температуре превратятся в пыль.
Александр Попов,
Главный инженер
ООО «Волынь-зерно-продукт»
Источник: Сайт elevatorist.com
Учитывая, что американцы не разрешают сушить температуру на 150°С, можно предположить, что в начале карьеры Александра, у него был опыт работы не с американскими сушилками, а с какими-то другими. Например, популярные в то время ДСП. Но на ДСП и сегодня кукурузу сушат на 150-160°С! А некоторые клиенты говорят нам, что и на 180°С.
Некоторые современные колонковые зерносушилки оснащены специальными устройствами, частично компенсирующими этот недостаток. Например, на полпути зерна установлен перемешиватель, который отодвигает зерно от внутренней стенки ко внешней. И наоборот, от внешней ко внутренней. Или есть системы дифференциальной разгрузки, которые зерно возле внутренней стенки выгружают быстрее, чем зерно, которое находится у наружной стенки.
Такие системы действительно помогают, и мы рекомендуем их к использованию. Однако, даже с наличием таких систем, невозможно полностью исключить неравномерность просушки зерна. Ведь такие системы перемешивают зерно всего один раз за весь маршрут. И перемешивание не является таким тщательным, как в зерносушилках смешанного потока (в шахтных зерносушилках).
Статья по теме
Скорость нагревания кукурузы
Чтобы поговорить про оптимальные температурные режимы сушки кукурузы, хотелось бы рассмотреть ещё два теоретических аспекта.
Аспект 1: Удельная теплоёмкость кукурузы в зависимости от влажности
Прежде чем мы перейдём к следующему типу зерносушилок, которые могут сушить кукурузу и на более высоких температурах, хотелось бы совсем немного остановиться на теоретических основах. А именно, на скорости нагрева кукурузы.
Особенность здесь заключается в том, что скорость нагревания влажной и сухой (полусухой) кукурузы очень сильно разнится.
В общем, рассчитать энергию, необходимую на нагрев материала на 1°С можно по простой формуле:
Q = cm (t2-t1)
где Q – количество теплоты, c – удельная теплоёмкость, m – масса тела, t2 – начальная температура, t1 – конечная температура.
Приведенный здесь график зависимости удельной теплоёмкости кукурузы от влагосодержания основан на результатах испытаний.
Очевидно, что на участке от 10% до 35% влажности, этот график имеет почти линейную зависимости и может быть описан по формуле:
c = 0,935 + 0,051 x W
где c – удельная теплоёмкость в кДж/кг, а W – влажность кукурузы.
Теперь представим, что мы сушим кукурузу с 30% влажности до 14%.
Попробуем посчитать сколько тепловой энергии нам необходимо для нагрева кукурузы в начале процесса сушки, когда она ещё влажная, и в конце, когда она уже сухая.
Удельная теплоёмкость кукурузы влажностью 30% = 0,935 + 0,051 x 30 = 2,465 кДж/кг
Удельная теплоёмкость кукурузы влажностью 14% = 0,935 + 0,051 x 14 = 1,649 кДж/кг.
То есть мы видим, что на нагрев влажной кукурузы нам понадобится в 1,5 раза больше тепловой энергии!
Такая разница связана с тем, что влажная кукуруза при нагревании “парит” намного активнее сухой. А испарение воды отбирает энергию и не даёт нагреваться самому зерну. Известно, что удельная теплота парообразования воды составляет 2260 кДж/кг. Плюс еще понадобится энергия на нагрев воды в зерне. И чем больше воды в зерне, тем больше её нужно нагреть (помним, что удельная теплоёмкость сухого остатка зерна в 3-3.5 раз меньше удельной теплоёмкости воды).
Но не будем вдаваться в формулы и рассчитывать сколько воды испаряется из 1 кг кукурузы при нагревании её на 1°С при разной влажности. Остановимся на том, что на нагрев влажной кукурузы нужно гораздо больше энергии.
Примечание: Мы пренебрегаем тем фактом, что удельная плотность кукурузы увеличивается по мере её высыхания. Т. е. в одном кубическом метре мы получаем больший вес кукурузы, а значит нам требуется больше тепла на нагрев кукурузы в этой части сушилки. Однако, в то время как удельная теплоёмкость увеличивается в 1,5 раза, удельная плотность кукурузы увеличивается незначительно. Кроме того, по мере высыхания зерна у нас увеличивается поверхность теплообмена (больше зерен меньшего диаметра в одном кубометре).
Аспект 2: Теплоёмкость кукурузы снаружи и внутри
Имеются некоторые данные и по зависимости удельной теплоемкости от влагосодержания для анатомических частей зерна. С.П. Колосков и Шефер приводят результаты своих определений для эндосперма и отрубей, представляющих собой, как известно, органическое целое оболочек и алейронового слоя. Оказалось, что значения удельной теплоемкости их выше, чем эндосперма. Так, для сухого вещества она при температуре 20°С равна 0,344 ккал/кг-град, при 40°С — 0,388 ккал/кг-град, при 50° С — 0,432 ккал/кг-град.
Промежуточный вывод
Итак, мы уже знаем, что на начальном этапе сушки удельная теплоёмкость зерна существенно выше удельной теплоёмкости зерна в конце процесса. Кроме того, на начальном этапе нагревается в основном оболочка и алейроновый слой, а ендосперм нагревается с неким опозданием.
Отсюда следует, что для того, чтобы уравнять скорость нагревания зерна, на начальном этапе мы можем сушить зерно на повышенной температуре и понижать её к концу процесса сушки. Таким образом мы не перегреем зерно и лучше сохраним его органолептические свойства.
Двузонные кукурузные зерносушилки
В начале статьи мы пришли к выводу, что колонковые (американские) зерносушилки требуют более низких температур сушки, чем шахтные. Однако, шахтные зерносушилки тоже бывают разных типов. Даже среди них допустимые температуры сушки могут существенно отличаться.
Как мы уже говорили выше, в зерносушилке с одной горелкой, где температура сушки неизменна по всей высоте зерновой колонны, кукуруза в начале процесса сушки нагревается гораздо медленнее, чем в конце процесса сушки, где её влажность приближается к 14%. Связано это с тем, что:
- Более влажная кукуруза отдаёт больше влаги. Процесс образования пара – очень энергоёмкий процесс. При превращении воды в пар, из зерна отбирается много тепловой энергии и оно охлаждается.
- Более влажная кукуруза имеет меньшую скважность и поэтому через неё проходит меньший объём воздуха. (Это, кстати, большая техническая задача перед производителями сушилок – правильное распределение тепловых потоков, ведь свойства кукурузы могут быть разными – влажность, сорность, скважность – а сушилка должна быть универсальной).
Это все приводит к тому, что кукуруза вверху сушилки нагревается медленнее и не так чувствительна к высоким температурам воздуха.
Таким образом, мы можем предположить, что если разделить сушилку на две сушильные зоны с двумя независимыми горелками, то мы можем подавать в верхнюю зону, где кукуруза еще влажная и нагревается медленно, более высокую температуру, а в нижнюю зону, где кукуруза более сухая и нагревается быстрее, более щадящую (низкую) температуру.
По такому принципу и построены т. н. двузонные сушилки, почитать о которых вы можете в нашей статье. (Статью эту нужно почитать обязательно, так как помимо температуры сушки такие сушилки обладают и рядом других интересных особенностей.)
Статья по теме
Поэтому, в зависимости от типа двузонной сушилки, в них возможно повышать температуру до 140°С. Даже при такой температуре, зерно в этой зоне нагревается медленнее, чем в нижней зоне сушки, где температуру обычно держат не выше 110-115°С.
Помимо всех прелестей этой сушилки (рекуперация, рециркуляция тепла, пылеподавления, равномерность конечной влажности и т. п.), мы максимально эффективно используем тепло в том числе и за счёт того, что самый горячий воздух наиболее активно участвует в испарении влаги. А там, где зерно уже более сухое, мы используем меньше топлива для нагрева воздуха.
Поэтому эффективность таких зерносушилок достигает очень высоких показателей: до 720 ккал/1 кг испарённой воды.
На видео показана отличная сбалансированная работа двузонной кукурузной сушилки Scolari: мощный поток воздуха и густой, насыщенный пар.
Интересное решение
Здесь также хотелось бы вспомнить и об интересных итальянских зерносушилках Ravaro. Хотя они не двузонные, но, по сути, работают по тому же принципу.
Дело в том, что, понимая то, о чём мы говорили выше, компания Ravaro также понимает и то, что важна не температура горячего воздуха, а количество тепла, которое подаётся в ту или иную зону зерносушилки и объём воздуха, который проходит в разных слоях зерна. Поэтому, регулировать скорость нагрева зерна можно не только температурой воздуха, но и его количеством.
Ravaro устанавливают в свои зерносушилки вертикальную стенку, которая разделяет горелку и зерновую колонну. Однако, эта стенка в каждой секции оснащена множеством регулируемых окошек (например, для четырехметровой базы – 8 шт на каждой секции).
Окошки позволяют направить больше воздуха вверх, где кукуруза ещё мокрая, а меньшее его количество – вниз, где она уже сухая. Таким образом, мокрое зерно получает больше тепловой энергии, чем сухое.
Интересно отметить, что конкуренты, не зная ни о наличии стенки, ни о наличии таких окошек, рассказывают покупателям сушилок Ravaro полную чушь о том, как неправильно в этой сушилке двигается поток воздуха. Но достаточно взглянуть на эту тепловую схему, чтобы понять, насколько это гибкая и универсальная сушилка.
Мы, в компании Финпро Груп, не видели подобных простых и, в то же время эффективных решений, ни у одного другого производителя.
Статья по теме
Зона предварительного подогрева кукурузы
Отсюда можно сделать ещё один вывод о том, что всякие зоны предварительного подогрева зерна будут иметь очень низкую эффективность и лишь удорожают конструкцию сушилки.
Например, в сушилке украинского производителя на рисунке справа есть зона В1, в которой предлагается “подогревать” влажное зерно рабочим агентом температурой 50°C. При этом мы видим, что зона В1 довольно маленькая.
Учитывая низкую температуру рабочего агента, высокую удельную теплоёмкость зерна в этой зоне и её малую ёмкость, по нашему мнению кукуруза здесь практически не наберёт температуру и не испарит много влаги.
Тем не менее, как маркетинговый трюк, звучит это приятно для уха покупателя.
Базируется он на всеукраинском заблуждении о том, что подогревать зерно нужно воздухом меньшей температуры во избежание его растрескивания. Однако, по нашему мнению — это не так.
Конечно, основные проблемы, которые могут случиться с зерном, происходят в конце процесса сушки, а не в его начале. В начале процесса сушки зерно нагревается медленно, активное испарение влаги отбирает полезные тепловые калории из воздуха, и наша практика показывает, что это не приводит к каким-либо проблемам.
При подаче кукурузы в зерносушилку мы сразу поднимаем температуру теплового агента до 110, 120 °C. Это особенно актуально, если кукуруза имеет влажность 25% и выше. Есть теория, что при этом запекается верхний слой. Но, по нашему мнению, важно не то, как ты изначально принял зерно в сушилку и начал сушить, а то, как войти в процесс охлаждения. Именно при охлаждении кукуруза может начать трескаться. Поэтому снижать температуру нужно постепенно и не резко.
Сергей Щербань,
Начальник технического отдела
Группа «Агротрейд»
Источник: Сайт elevatorist.com
Зерносушилки, которые мы рекомендуем для кукурузы
Самый щадящий режим сушки кукурузы (и других культур) обеспечивают зерносушилки смешанного потока (шахтные зерносушилки). Но даже среди них есть сушилки, которые отличаются возможностью подачи разного количества тепла в зерно на разных стадиях его сушения. Среди всех сушилок мы рекомендуем и поставляем такие зерносушилки:
Заключение
Сушить кукурузу можно при температурах рабочего агента (горячего воздуха) от 90°С до 140°С, в зависимости от типа зерносушилки. Самый важный фактор — это тип зерносушилки, от которого зависит скорость удаления влаги из зерна, равномерность просушивания, количество подаваемого воздуха (тепла) в сушилку, как следствие, органолептические свойства зерна. А самое главное – чем выше температура рпбочего агента, тем экономнее будет работать зерносушилока!
Немаловажно также смотреть на возможность сушки в разных зонах разной температурой подводящего агента (горячего воздуха).
Естественно, чем выше температура сушки, тем более внимательно мы должны отнестись к зерносепаратору предварительной очистки. Это должна быть хорошая машина, которая не пропускает солому и другой легковоспламеняющийся мусор в шахту.
В люблм случае, мы не рекомендуем отклоняться от температур, рекомендуемых производителем вашей существующей зерносушилки. Однако, если вы ещё находитесь на этапе выбора зерносушилки, рекомендуем пригласить нашего специалиста на предварительную консультацию или просто рассмотреть наше предложение. Связаться с нами вы сможете по этому телефону: +380 (67) 111‑6666.
Остались вопросы? Свяжитесь с нами!
По телефону
WhatsApp: +380 (67) 111‑6666Телефоны:
В Украине: +380 (67) 111-6666 (Киевстар)
В Казахстане: +7 (747) 095-1626
В Молдове: +373 (22) 011-214
В Турции: +90 (536) 452-1184
По e-mail
Наш адрес: info@finpro.group
В комментариях под этой статьёй
Задайте свой вопрос или напишите комментарий в конце этой статьи. Регистрация не требуется.
С помощью формы связи
Напишите нам, используя форму связи внизу этой страницы.