Технология послеуборочной обработки и хранения зерна

Зерновые культуры убирают при наступлении технической спелости, т.е. при таком состоянии посевов, когда накоплена максимальная масса урожая зерна и его состояние по влажности обеспечивает благоприятные условия для обмолота [4].

При известных условиях в первый период хранения свежеубранного зерна происходит его дальнейшее дозревание, которое заключается в повышении жизнеспособности семян, их всхожести и энергии прорастания.

Комплекс процессов, происходящих в зернах и семенах при хранении, приводящих к улучшению их посевных и технологических качеств, получил название послеуборочного дозревания [10].

Продолжительность периода послеуборочного дозревания зависит, кроме сортовых особенностей, от условий формирования, налива и созревания зерна в поле и условий последующего его хранения. Определяющими параметрами является температура и влажность среды.

Послеуборочное дозревание значительно ускоряется, если зерно сразу после уборки хорошо просушено и в первый период времени хранится при повышенной (20…220 С) температуре.

Для ускорения послеуборочного дозревания зерно сушат на установках активного вентилирования или хранят его сразу после уборки в сухом состоянии при температуре зерна 20…220 С в течение двух-трех недель с последующим охлаждением активным вентилированием [4].

Управляя процессами послеуборочного дозревания, можно добиться значительного улучшения посевных, а иногда и технологических качеств зерна и семян различных культур [10].

Суть послеуборочной обработки – очистка и сушка зерна до базисных кондиций, проведенная в кратчайшие сроки с минимальными затратами, а также предотвращение потерь при очистке и хранении. Несвоевременная и некачественная очистка приводит к потере 15-30% выращенного урожая.

В период уборки на токах скапливаются большие массы зерна с высокой влажностью и засоренностью, поэтому в подобном ворохе происходят негативные биохимические изменения, повышается влажность, температура, понижается всхожесть, зерно начинает дышать, и если не остановить самосогревание, то это приведет к полной порче зернового материала. Поэтому такой ворох следует обрабатывать в предельно сжатые сроки. Особенно негативное влияние на сохранность зернового вороха оказывают зеленые части растений, влажность которых составляет 50-80%, и которые являются источником гнездового самосогревания. Поэтому особую роль приобретает предварительная очистка свежеубранного зерна, которая позволяет удалить подавляющую часть сорняков и зеленых частей растений, тем самым, увеличив время безопасного хранения зерна до основной обработки и создав благоприятные условия для последующих операций.

Благодаря предварительной очистке (посредством выделения крупных и мелких примесей) можно снизить влажность зерна 1-4%. А снижение влажности всего на 1% приведет к снижению расходов на дальнейшую сушку.

Применение устаревших технологий и техники, изношенный парк зерноочистительных машин, снижение эффективности их работы с увеличением влажности и засоренности свежеубранного вороха, невозможность быстрой замены оборудования зернотоков и элеваторов на новое из-за его дороговизны является причиной несвоевременной и некачественной послеуборочной обработки, что приводит к потере большой части выращенного урожая.

В настоящее время на очистку, сортирование и сушку зерна приходится до 30% затрат в себестоимости конечного продукта. Для их снижения необходим поиск новых технологий и строительство новых линий, позволяющих уменьшить количество операций и повторных пропусков зерна через машины при его подработке.

Сотрудниками Челябинского агроинженерного университета был создан и модернизирован пневмоинерционный сепаратор, который имеет высокую удельную производительность и технологическую надежность.

Пневмоинерционный способ разделения зернового вороха сводится к тому, что он тонким слоем с ориентацией компонентов по отношению к направлению воздушного потока с одинаковой начальной скоростью подается в наклонный или закрученный воздушный поток, скорость которого превышает скорость витания зерна основной культуры. При этом зерна, обладая большим запасом кинетической энергии, проходят зону действия воздушного потока и поступают в зерноприемник.

Объемный характер процесса и отсутствие решет позволяет обрабатывать зерновой ворох повышенной влажности и засоренности.

Хозяйственные испытания показали, что сложно осуществить подачу зернового вороха в делительную камеру надувными вальцами. Возникают проблемы для изготовления такой конструкции. Для устранения данного недостатка был предложен гравитационный питатель.

Однако при движении по гравитационному питателю, а в дальнейшем и в делительной камере происходит взаимодействие крупных и мелких компонентов с зерновками – это снижает эффект сепарирования. Изучение физико-механических свойств примесей показало, что движение вороха до делительной камеры и в ней зависит от влияния этих примесей на процесс взаимодействия и сепарирование зернового вороха.

Из этого следует, что уменьшить взаимодействие частиц в зоне сепарации, значит интенсифицировать процесс разделения зернового вороха воздушным потоком за счет предварительной подготовки разделяемого материала и выделения на первом этапе крупных примесей на основе различия размеров.

Для отделения крупной примеси на первом этапе (соломы, колосков, стеблей, соцветий растений, комков земли, и т.д.) необходимы дополнительные рабочие органы.

Разработана установка по отделению крупных примесей при помощи скельператора. Исследования показали, что качественные и количественные показатели работы от сетчатого отделителя крупных примесей зависит от подачи, состава вороха, наличия в ворохе примесей, их фракционного состава, длины сепарирующей поверхности и т.д. На основании опытов выявлено, что полнота выделения крупных примесей возрастает с увеличением частоты вращения скельператора, но и возрастает сход полноценного зерна. Это можно объяснить тем, что меньше времени частица находится на поверхности решета и не успевает сориентироваться для прохода в ячейку. Поэтому дальнейшее увеличение скорости приводит к нарушению технологического процесса сепарации. Частота вращения решета должна быть в пределах 45…50 об/мин.

Таким образом, на основе проведенных опытов и полученных результатов установлено, что отделитель крупных примесей способствует улучшению качественных показателей пневмоинерционного сепаратора [2].

Зерновой ворох, поступивший от комбайнов, представляет собой механическую смесь различных компонентов, примесей. При послеуборочной обработке зерна все примеси должны быть выделены на различных рабочих органах зерноочистительных машин (воздушные каналы, решета, триеры), применяемых в технологиях. Качество сепарирования зависит от многих факторов, в том числе и от технологических схем, заложенных в эти машины.

Несовершенство двухярусных решетных схем плоскорешетных сепараторов не позволяет получить максимальный эффект разделения. Наиболее перспективной схемой является каскадное размещение решет. Такую схему решет имеет машина ОЗС-25. в сравнении с решетной схемой машины ОВС-25 площадь решет больше в два раза. Качество решетной очистки зависит от многих факторов: правильного подбора решет на соответствующую культуру, частоты колебаний решетных станов, скорости перемещения частиц по решету и других.

Триерная очистка необходима для выделения длинных и коротких примесей. Однако даже при самых благоприятных условиях полного разделения длинных и коротких компонентов смеси не происходит.

    Недостатком некоторых типовых  технологий является отсутствие  важных технологических операций, особенно при подготовке семян (предварительной и окончательной  очистки). В качестве машины окончательной  очистки должен применяться пневмосортировальный  стол (ПСС).

В основе процесса разделения материала на ПСС лежит свойство семян зерновых культур расслаиваться в вибропсевдоожиженном (виброкипящем) слое в зависимости от комплекса физико-механических свойств семян.

 Сушка  зерна или подсушка в бункерах  активного вентилирования должны  стать обязательной технологической  операцией при послеуборочной  обработке семян.

Итак, определены необходимые технологические операции для разработки технологии послеуборочной обработки семян и машины, входящие в эту технологию.

На первой стадии обработки производится очистка зернового вороха от всех сорных примесей: предварительная и первичная очистка производится на машине МПР-50С, настроенная а отделение от основного материала только сорных примесей; на второй стадии обработки производится сушка полученной смеси в бункерах активного вентилирования БВ-40А; на третьей стадии – вторичная очистка на воздушно-решетной машине ОЗС-50, имеющей четыре яруса решет, подбором решет, настроенных для вторичной очистки.

Для последующей очистки семян осуществляется на пневмосортировальном столе МОС-9Н.

Таким образом, внедренная технология показала высокую эффективность очистки семян, которые соответствовали высшим категориям нормы ГОСТ Р 52325-2005 г. на обрабатываемые культуры [8].

Сохранение зерна и семян с минимальными потерями возможно лишь при условиях, обеспечивающих состояние анабиоза всех живых компонентов. Этого можно добиться, зная свойства зерновых масс и характер процессов в них происходящих. Интенсивность этих процессов определяется главным образом температурой, влажностью зерновой массы и газовым составом воздуха межзерновых пространств.

Указанные факторы положены в основу режимов хранения. В сельскохозяйственной практике применяют следующие основные режимы хранения зерна и семян:

- в охлажденном состоянии (при  температуре ниже 100 С резко снижается интенсивность дыхания зерна и семян, приостанавливается размножение насекомых и микроорганизмов);

- в сухом состоянии (при отсутствии  свободной воды в зерне исключается  возможность активного развития  микроорганизмов, массового развития  клещей и обеспечивается минимальный  газообмен основного зерна и  семян сорняков);

- без доступа воздуха (при отсутствии  кислорода, зерно и живые компоненты  лишаются возможности дышать  аэробно, дыхание значительно снижается, принимает тип анаэробного. Образующийся  при этом этиловый спирт способствует  гибели любого зерна).

Кроме тех режимов хранения зерновых можно выделить четвертый – химическое консервирование. Оно основано на обработке кормового зерна различными химическими веществами, но чаще всего - низкомолекулярными кислотами (муравьиной, уксусной, пропионовой, масляной, сорбиновой) или препаратами, полученными на их основе [1].

Актуальность применения искусственного холода при хранении зерна определяется следующими факторами.

Во-первых, использование в последнее время высокопроизводительных зерноуборочных машин и специализированных транспортных средств значительно сократило время заготовок, но создало проблемы, связанные с хранением значительных объемов влажного зерна.

Во-вторых, традиционные методы подготовки и хранения зерна (очистка, сушка, хранение в элеваторе или зерноскладе) связаны с потерями зерна на каждом из этапов. Вместе с тем использование искусственного холода на 25-30% экономичнее тепловой обработки зерна – потери сухого вещества во время дыхания зерна при температуре 20 0С втрое больше, чем при 10 0С. Охлажденное зерно не подвержено самосогреванию, в нем не развиваются вредители, отсутствует необходимость его перемещения из одной емкости в другую, то есть отсутствуют дополнительные отходы, меньше расход электроэнергии и износ оборудования.

В-третьих, традиционная сушка, как правило, проводится смесью топочных газов и воздуха, что вызывает загрязнение зерна канцерогенными веществами.

Установки для хранения зерна искусственным холодом могут периодически охлаждать зерно в силосах с помощью продуваемого через испаритель воздушного потока. В России были сделаны попытки использовать искусственный холод для хранения риса в Краснодарском крае с помощью стационарных рассольных холодильных машин.

 Была  проанализирована работа стационарных  и мобильных систем охлаждения. Область применения стационарных  холодильных машин – крупные  элеваторы с длительным низкотемпературным  хранением зерна, а мобильных  – небольшие хранилища с кратковременным  сроком хранения, в том числе  в местах заготовки.

Исходя из величины требуемой холодопроизводительности (не менее 5 кВт), перспективно применение в мобильных системах для охлаждения зерна парокомпрессорных холодильных машин (ПКХМ) и газовых (воздушных) холодильных машин (ГХМ). К преимуществам ГХМ относят отсутствие проблем с рабочим агентом, так как воздух взрывопожаробезопасен и может подаваться непосредственно в охлаждаемое помещение. ГХМ просты в эксплуатации. Недостатки ГХМ – большие габариты и масса, низкая энергетическая эффективность при работе на температурном уровне минус 30 – минус 20 0С.