Типичный высокоскоростной процесс просушки зерна резко снижает содержание влаги с помощью нагретого воздуха, далее, до передачи на хранение, зерно быстро охлаждается в сушилке. Процесс деаэрации разработан в университете Пердью в конце 1960-х годов. Высокоскоростной процесс просушки был изменен, путем передачи нагретого зерна в охлаждающий контейнер, устраняя влагу сухим охлаждением. Нагретое зерно подлежит закалке в охлаждающем бункере, по крайней мере, от 4 до 6 часов, прежде чем будет подвержено медленному остыванию. После охлаждения, зерно направляют на хранение. Деаэрация обеспечивает три преимущества высокоскоростного просушивания путём охлаждения: увеличение производительности, сокращение расхода топлива и улучшение качества зерна (малое растрескивание, лучшее свойство зерна, сохранение веса).

Внутреннее складское охлаждение является альтернативой рассматриваемой просушки. Передача нагретого зерна осуществляется в складское помещение, а не в специальный для охлаждения бункер, как в деаэрации. В этом случае процесс исключает дополнительный шаг обработки, чем не может похвастать деаэрация. Хотя деаэрация и имеет преимущество перед внутренним складским охлаждением (экономия энергии, увеличение емкости, качество зерна), то наличие в ней дополнительного шага обработки делает складское охлаждение реальной альтернативой. И деаэрация, и складское охлаждение подробно изучаются в этой публикации.

Деаэрация

Зерно поставляется нагретым из скоростной сушилки в бункер, закачка которого проходит без воздушного потока порядком 4-6 часов, а затем – охлаждается. За счёт этого ёмкость скоростной сушилки увеличивается, поскольку она не используется для охлаждения. Для непрерывно-потокового производства горелка сушилки может быть добавлена к секции охлаждения, что способно преобразовать последовательность просушки.

Преимущества

Сразу же после сушки на высокой скорости во внутренней части машины ядра зерна влажнее, чем на внешних дорожках. Когда происходит медленное охлаждение после закалки, теряется от 2-3% влаги. И наоборот, незначительный процент воды утрачивается при быстром охлаждении в сушилке. В связи с тем, что в зерне содержится тепло, которого достаточно для удаления воды в процессе охлаждения деаэрацией, расходуется меньше топлива. Высокая мощность скоростной сушилки позволяет эффективно удалять воду.

За счёт быстрого высыхания и охлаждения с деаэрацией ядра зерна получают завершающую стадию обработки. Это улучшенное качество ядра характеризуется меньшей чувствительностью и устойчивостью к повреждениям в случае последующих разгрузочно-погрузочных работ.
Когда скоростная сушилка используется для деаэрации, температура воздуха в ней может быть увеличена. Это возможно в связи с уборкой зерна в сушилку с более высоким содержанием влаги за меньшее время. Увеличения температуры воздуха сушки повышает мощность машины и увеличивает экономию топлива при высокой скорости работы. При сушке температура воздуха увеличивается, а качество повышается (происходит определение веса и тестирование растрескивания зерна под напряжением). Это дает гарантию удовлетворительного качества культуры.

Результат деаэрации следующий:
— 20-40% экономии энергии;
— увеличение емкости сушилки от 50 до 70%.

Фактическая экономия энергии, в первую очередь, зависит от начальной влажности зерна. Погодные условия и температура культуры также влияют на потребление энергии и мощность.

После охлаждения на этапе завершения зерно с деаэрации передается на ячеечное хранение. В процессе закалки конденсат периодически может скапливаться в зерне рядом со стенкой бункера, что способно привести к его порче. В таком случае зерно, прошедшее закалку в бункере деаэрации, не должно там храниться. Если бункер деаэрации будет использоваться для последнего высушенного объёма зерна, то следует соблюдать все рекомендации по такому хранению.

Деаэрация охлаждением

Отдельный бункер для охлаждения (или бункеры) необходимы для процесса деаэрации. Расположение сушилки и охлаждающих бункеров способствуют легкой передаче охлажденного зерна для хранения. Каждый из бункеров обладают высокой емкостью, которая позволяет осуществлять сушку на протяжении суток. Нагретое зерно доставляется в бункер на протяжении дня. После чего его охлаждают при выключенных вентиляторах. По прошествии первого нагрева, зерно помещается в бункер на 4-6 часов, где включается охлаждающий вентилятор. Как правило, такие вентиляторы охлаждения запускаются вечером, если зерно было загружено утром. Уже на следующий день сушка переходит на второй бункер. Затем охлажденное зерно передают на хранение. Процесс деаэрации чередуется изо дня в день.

Бункера большой мощности могут содержать зерно более одного дня, прежде чем отправить его на хранение. Чтобы получить максимальный эффект от деаэрации, работа охлаждающих вентиляторов должна быть скорректирована на обеспечение 4-6 часовой закалки нагретого зерна. Если для деаэрации используется только один бункер, его производительность должна быть достаточной для проведения нескольких дней сушки. Далее зерно транспортируется в бункер для закалки, после чего содержимое поступает на базовое охлаждение. Каждый день бункера подвергаются заполнению зерном, и работа по обеспечению максимальной выгоды от вентиляторов охлаждения в процессе деаэрации повторяется. Эти действия всегда требуют изначальной проверки и экспериментов над скоростью охлаждения вентилятора в системе бункера. Функционирование вентилятора охлаждения может контролироваться 24-часовым или процентным таймером. Именно последний вариант дает возможность оператору регулировать рабочее время вентилятора на основе процентного соотношения от взятого периода.

Когда используют только один бункер, применяют конкретный метод охлаждения и передачи зерна:

сушилка может быть закрыта, а охлаждение завершено. Завершение охлаждения и передача зерна занимает значительное время, что снижает общую пропускную способность сушильной установки;
сушилку можно использовать при нормальном режиме охлаждения, и зерно направляется напрямую к месту хранения, а при деаэрации – зерно поступает в охлаждающий бункер. Охлаждённое зерно не должно быть поставлено выше нагретого зерна в охлаждающий бункер, так как влага, из-за нагретого влажного воздуха будет конденсироваться на охлажденном зерне. Зерно из сушилки может быть доставлено в охлаждающий бункер, после чего подлежит выгрузке (завершающий этап);
в некоторых случаях нагретое зерно из сушилки поставляют в охлажденный бункер для хранения. Этого следует избегать. Такая поставка расценивается нормально, если нагретое зерно доставляется на более низкой скорости, чем выгруженное с охлажденного бункера. Это характерно для сушилок с непрерывным потоком доставки в контейнер охлаждения с высокой пропускной способностью отгрузки. Аэрация в бункере лучшим образом охладит зерно, это возможно при значительной емкости сушилки.

Полная разгрузка для бункера с плоским дном может проводиться, если пребывающее там зерно будет храниться в прохладном, сухом и хорошем состоянии. Тем не менее, бункеры охлаждения должны быть очищены полностью перед тем, как заполнить их последней партией хранения.

Воздушный поток и потребность в оборудовании

Успех системы деаэрации зависит от правильного дизайна и выбора оборудования, в частности:
-высокого пропускного потенциала, охлаждения воздухом систем доставки;
-правильного подбора вентиляторов охлаждения и вентиляционных систем доставки;
-слаженного управления системой с адекватными возможностями.

Бункеры для охлаждения должны быть таких габаритов, чтобы выдержать максимальное наполнение высокоскоростной сушилки на протяжении 24 часов. Помните, в случае использования деаэрации, мощность сушилки будет значительно увеличена (от 50-75%). Также, если в закромах осталось зерно после выгрузки в связи с гравитацией, его следует удалить из бункера. Объем зерна в бункере, который остался после выгрузки из-за силы тяжести, можно рассчитать путём умножения куб. м. бункера на диаметр – 0,11. Таким образом, 24-футовый бункер с плоским дном будет иметь около 1520 бушелей зерна, оставшегося после гравитационной разгрузки (0,11*243 или 0,11*24*24*24).

Если у вас возникают другие потребности, их следует искать в настройках системы деаэрации бункера. Для обслуживания такого бункера на сегодняшний день требуется 4-рядный комбайн, а в дальнейшем может использоваться 6-и или 8-и-рядная машина. Бункера обладают запасом мощности не зря, поскольку они могут быть использованы и для хранения.

Расход воздуха

Зерновые бункеры могут быть оснащены широким спектром воздушных потоков (фут3/мин/бушель), используемых в зависимости от предназначения. В бункерах, поддерживающих аэрацию, осуществляется расход воздуха в диапазоне от 1/5 до 1/20 фут3/мин/бушель. Этой возможности достаточно для изменения температуры хранящегося зерна в межсезонье и для поддержания равномерной температуры по всему складу. Бункеры для сушки имеют полностью перфорированный пол, в них установлены большие вентиляторы расхода воздуха (соответствуют половине фут3/мин/бушель диапазона). Этого воздуха вполне достаточно для сушки зерна.

В большинстве случаев вентилируемые бункеры хранения и сушки обеспечивают охлаждение при деаэрации. Это зависит от скорости потока воздуха в ёмкости и скорости поставки нагретого зерна с сушилки.

В контейнере деаэрации движение воздуха происходит вверх, так что первое загруженное зерно охлаждается в первую очередь. На время предоставляется отсрочка запуска вентилятора (не менее 4 часов). Затем вентилятор приходит в действие, и сушилки обеспечивают бункер зерном. Нагретая зерновая культура для верхней части бункера не должна быть охлаждена прежде, чем не пройдёт её закал (время нагрева – 4-6 часов).

Когда ёмкость заполнена, и процесс сушки завершён, должно пройти минимум 4 часа для охлаждения зерновых. В связи с этой операцией вентилятор обязан поставить достаточно воздуха, чтобы соответствовать работе сушки. Если охлаждающий вентилятор превосходно сочетается с ёмкостью сушки и начинает работу по истечении 6 часов от запуска сушки (охлаждения идёт после сушки), то охлаждение состоится после 6 часов от завершения просушки.

Подбор вентилятора

Минимальный расход воздушного потока в 12 фут3/мин на каждый бушель в час сушильной емкости обеспечивает охлаждение зерна. Вентилятор должен быть выбран так, чтобы распределять поток воздуха при заполнении бака. Как правило, нереально сочетать скорость охлаждения и скорость сушки. На малых глубинах охлаждение протекает быстрее, чем на больших, из-за повышенного расхода воздуха. Исходя из опыта, можно осуществлять различные коррективы: сделать так, чтобы стартовое и рабочее время вентилятора соответствовало минимальному периоду закалки зерна перед охлаждением (4 часа).

Расход воздуха зависит от потенциала сушилки, а не размера бункера. Минимальная скорость воздушного потока составляет 4800 фут3/мин, что соответствует объёму нагретого зерна в 400 бушелей в час, поставляемого для охлаждения в бункер. В течение 24 часов эта сушилка заполнит бункер охлаждения на 9600 бушелей (400 бушелей в час х 24 часа). Охлаждающий вентилятор обеспечивает воздушный поток в 4800 фут3/мин, когда емкость заполнена. В результате чего скорость потока воздуха равняется 1/2 кубического метра в минуту при полной загрузке бункера. С другой стороны, если через сушилку необходимо пропустить 19200 бушелей, то вам потребуется 48 часов на заполнение бункера и использовать ту же синхронность с сушкой в 4800 фут3/мин. В этом случае вентилятор поставляет 1/4 фут3/мин/бушель для полного заполнения контейнера.

Перекрытия

Не смотря на то, что перфорированный настил сушки предпочтительнее для бункеров охлаждения, можно использовать неполные настилы с системой воздуховодов. Для них важны внешняя перфорированная поверхность и размер трубы, так как скорость воздуха должна быть достаточно низкой, чтобы предотвратить излишний прирост статического воздействия наносов, и, как результат, — уменьшение производительности вентиляторов.

Воздушная скорость ввода зерна через перфорированную площадь в кв. фут не должна превышать 25-30 футов/минуту и сохраняться на этом уровне. В воздуховоде или системе неполных настилов скорость потока воздуха в любом месте движется через отверстие, переход или канал, не превышая 1500-2000 футов/минуту. Какие-либо ограничения не желательны. Они увеличивают скорость и создают наносы с дополнительным статическим давлением.

Дополнительная обработка зерна в случае потребности

Дополнительная обработка зерна в процессе деаэрация иногда может привести к трудностям. В системе деаэрации выделяют 3 основные зерновые операции по перегрузке:
-разгрузка влажного зерна;
-движение нагретого зерна от сушилки к бункеру деаэрации;
-движение охлаждённого зерна с бункера деаэрации для хранения.

Существует ещё одна операция, которая может возникнуть. Бывает, что это лишнее действие являет собой повторение режима работы трёх основных шагов в более короткий промежуток времени. Например, удаляют одну или несколько операций в процессе передачи охлаждённого зерна с бункера для хранения. Во избежание длительных периодов простоя при выполнении других операций высокие скорости движения необходимы. В других случаях может быть добавлено дополнительное подъёмно-транспортное оборудование (например, на второй операции), позволяющее осуществлять непрерывную передачу с более медленным темпом. Дополнительные операции передачи зерновых могут быть особенно важны в процессе использования одного бункера охлаждения: тут важно быстро очистить контейнер для продолжения операции сушки. Каждый монтаж индивидуален, но тут следует учитывать передачу зерна в системе деаэрации. Хотим отметить, что возможности некоторых компонентов погрузочно-разгрузочного оборудования, таких как шнеки, уменьшаются (при перемещении более влажного и тёплого зерна). Такое зерно может не пройти через трубы вывода под углом 45° С. Это способно в итоге сузить проход движущегося из сушилки в охлаждающий бункер зерна.

Внутренняя система хранения-охлаждения

Внутренняя система аналогична деаэрации с одним исключением — замедленное охлаждение, где закалка и вымачивание зерна не рекомендуется. С мест хранения нагретые зерновые культуры доставляют в бункер с достаточным воздушным потоком для охлаждения. Хранение происходит там же. Если нагретое зерно поставляют в контейнер, и охлаждение задерживается, как и при деаэрации, конденсация может накапливаться на стенках ёмкости и, в последствии, попадать на продукт. Ели произойдёт накопление конденсата, то более влажное зерно, оставленное на хранение вблизи стенок ёмкости, испортится. Серьезность проблемы зависит от температуры из вне. Холодная погода увеличит количество конденсата, что приводит к большим потерям, когда стенки бункера нагреются.

Для внутренней системы хранения-охлаждения, вентиляторы должны подавать большее количество воздуха, чтобы соответствовать высокой скорости сушки. Это означает, что воздушный поток охлаждающего вентилятора или вентиляторов ориентируется на максимальную емкость сушилки, вместо емкости бункера. Мощность сушилки возрастает на 20-40 процентов, когда в хранилище происходит охлаждение. Необходимый воздушный поток в основном такой же, как и для деаэрации – 12 фут3/мин/ бушель.

Для существующих бункеров, оборудованных системой вентиляции, объём нагретого зерна, соответствующий возможностям доставки в контейнер за один час, определяет расход воздуха вентилятора при аэрации. Стандартный бункер обеспечивает аэрацию воздушного потока около 1/10 фут3/мин/ бушель для заполненной ёмкости. Таким образом, ёмкость ячейки для складирования в 12000 бушелей должна продуваться воздухом не менее, чем 1200 фут3/мин в случае заполнения. В итоге, нагретое зерно должно быть доставлено в контейнер со скоростью 100 бушелей/час (12 фут3/мин х 100 бушелей/час = 1200 фут3/мин). За полный период длительностью в 24 часа это составит 2400 бушелей, а бункера будут заполнены в течении 5-6 дней. Если контейнер наполняется быстрее, чем заявлено, то дополнительный воздушный поток для охлаждения должен соответствовать скорости сушки. В случае оснастки бункеров аэрационной системой воздуховодов для хранения и охлаждения, рекомендуют осуществить поставку высококачественного зерна в первый бункер с целью обезопасить проблемные области между воздуховодами. Для успеха в работе нужно считывать информацию с термометров.

Внутренняя система хранения-охлаждения предусматривает запуск вентилятора, как только нагретое зерно поступает в бункер. Прибор должен продолжать свою работу, пока не исчерпается нагретое зерно в верхней части бункера. Как только температура в бункере будет совпадать с внешним градусом, можно использовать вентилятор для аэрации. Градус целесообразно понизить до 35° F в конце осени и начале зимы.

Направление воздушного потока

Для хранения зерна в аэрационных системах рекомендуют обеспечить перемещение воздуха вниз бункера и выводить его через вентилятор. Однако, для деаэрации и охлаждённого хранения необходимо, чтобы воздух принудительно циркулировал вверх бункера и выводился оттуда. В большинстве случаев вентиляторы охлаждения работают во время сушки и подачи нагретого зерна в бункер. При использовании восходящего потока воздуха зерно в нижней части контейнера не подвергается нагреву. Влага при этом удаляется в верхних частях строения, она конденсируется на стенках и крыше, что особенно заметно в холодную пору. При деаэрации это не вызывает каких-либо проблем с хранением зерна, так как при перемещении охлаждённой массы вдоль стенок бункера, происходит перемешивание зерна. Боковая конденсации не страшна, если вентиляторы перемещают достаточный объём воздуха и запускаются одновременно с подачей нагретого зерна в бункер.

Управление системой

Надлежащее управление требует точной проверки влажности зерна до и после охлаждения, определения температуры нагретой культуры при выгрузке из сушилки и охлаждении в бункере. Именно для мониторинга системы охлаждения используют специальный зонд. С этой целью определяют температуру кабеля в закромах, объёмом 20.000 до 25.000 бушелей или больше. Закрытый и открытый термометр, состоящий из одного шара, расположенного в отсосах воздуха верхней части бункера – полезный прибор в системе контроля за охлаждением. Однако, низкий показатель на этом термометре не обязательно свидетельствует о правильности применения ёмкости. Зерно, которое находится в верхней и центральной части бункера, будет охлаждаться в последнюю очередь, поэтому его следует проверить специальным зондом. Работа вентилятора не может приостанавливаться, пока ёмкость наполнена нагретым зерном.

Следует проявлять осторожность при осмотре бункеров при охлаждении нагретого зерна. Горячий и влажный воздух, отрываясь от зерна, может препятствовать правильному дыханию и впоследствии привести к чрезмерной дегидратации, ведущей к тепловому удару. Никто не должен проникать в бункер при таких температурных условиях. Осторожность следует соблюдать даже стоя перед дверью в бункер, поскольку металлические поверхности могут быть скользкими, а видимость – низкой.

Чтобы набраться опыта в управлении деаэрацией или контролировать систему охлаждения в хранилище, необходимо проверять температуру зерна сразу же после высокоскоростной сушки, в процессе попадания в бункер и после охлаждения. Лучший способ проверить температуру зерна после высокоскоростной сушки — поместить образец в термос, вставить термометр и считать с него информацию, как только градус зафиксируется. Нагретое зерно необходимо оставить в термосе до взятия следующей пробы. Этот термос будет хранить тепло для следующего образца.

Электрические тестеры влажности общего назначения не предоставляют надёжных результатов касательно содержания влаги в нагретом зерне после его утечки из высокоскоростной сушилки. С этой целью были проведены эксперименты для определения уровня надёжности полученных результатов от влагомеров.

Один из экспериментов показал: чтобы быстро охладить образец нагретого зерна, необходимо подать воздух на зёрнышко с небольшого вентилятора. Регулирование уровня влаги должно происходить, поскольку некоторая её часть удаляется в процессе быстрого охлаждения. Измерения электрическими тестерами дают неточные показания на только просушенном и охлаждённом зерне. Коррекцию проводят на основе тщательного перемешивания дубликата образцов: одни быстро охлаждают и проверяют, другие хорошо запечатывают и помещают в герметичный контейнер, затем охлаждают в течении 24-х часов, и только тогда проверяют. Пробный образец может также подвергаться сушке в печи или подлежит Duvel-тесту (при перегонке нефти).

Проверка содержания влаги в нагретом зерне, поступающем из сушилки, необходима для управления деаэрацией или в хранилище системы
охлаждения. Однако, следует также поместить образец зерна в ёмкость после охлаждения, чтобы убедиться, что уровень требуемой влажности достигнут.

Преобразования высокоскоростных сушилок

Партия сушилок, как в автоматическом, так и ручном режиме подходит для деаэрации. В связи с этим просто упускают цикл охлаждения и выгрузки непосредственно после сушки. В некоторых поэтапных пакетных сушилках доля нагрева и охлаждения на заключительной фазе могут быть скорректированы. В этих сушилках завершающим этапом является соблюдение теплового режима.

Непрерывно-поточные сушилки, как правило, очень сложно подогнать под деаэрацию. Наверное, лучшим способом перестройки большинства непрерывно-поточных сушилок является добавление блока горелки для секции охлаждения. Это позволит использовать сушилку в надлежащих целях. С внутренними сушилками для охлаждения дела обстоят по-другому: необходимо провести деактивацию горелки в секции охлаждения. Некоторые непрерывно-поточные сушилки могут использовать только один вентилятор для доставки воздуха с целью отопления и охлаждения. В этих сушилках горелки могут быть добавлены в воздушный поток, идущий в секцию охлаждения. Иногда удаление перегородки между секциями нагрева и охлаждения и перераспределение отклонителя на участке охлаждения обеспечивают возможность преобразования для деаэрации.
В некоторых непрерывно-поточных сушилках с 2-я вентиляторами, особенно с высоким расходом воздуха (в фут3∙мин/бушель), положительная трансформация может быть достигнута за счет устранения охлаждающего вентилятора и снятия делителя между секциями нагрева и охлаждения. В случае плохо вентилируемой сушилки значительно снижается показатель фут3∙мин/бушель. Кроме того, поскольку воздушный поток вентилятора для сушки будет увеличен, мощностью горелки не может ему соответствовать.

Во всех ситуациях преобразование непрерывно-поточных сушилок для деаэрации должно производиться только изготовителем или по согласованию с производителем. Производитель обязан предоставить вам рекомендации относительно сушилки, её производительности и безопасности в процессе эксплуатации после переустройства под деаэрацию.

Проблемы конденсации

В случае деаэрации и охлаждённого хранения нагретое зерно должно перемещаться шнеком из трубы высокоскоростной сушки. Конденсация способна произойти и в этом оборудовании, особенно при холодной погоде. Конденсат в магистрали элеватора может стекать вниз резервуара и замерзать. Оборудование должно постоянно проверятся на предмет серьёзных скоплений конденсата. Периодическая чистка поддона элеватора, бункера и другого оборудования поможет минимизировать эти проблемы.
Когда нагретое зерно подаётся посредством трубы, тёплый влажный воздух перемещается вверх и конденсируется. Этот конденсат может вернуться обратно вниз и попасть в бункер. Если конденсация происходит вначале элеватора, то она способна попасть в другие контейнеры через трубы подачи зерна. Ручной или управляемый клапан на конце трубы возле бункера может предотвратить движение воздуха вверх по трубе, а значит – решить вопрос с конденсированием.

Проблемы конденсации в трубе могут быть устранены путём установки вытяжных вентиляторов в крышу бункера. Они будут перемещать от 25 до 50% больше воздуха (от 1/8 до 1/4 дюйма воды при статическом давлении), чем охлаждающие вентиляторы. Вытяжки, находящиеся в верхней части бункера, будут работать под небольшим отрицательным давлением (от 1/8 до 1/4 дюйма воды) и обеспечивать незначительное всасывание тёплого влажного воздуха, продвигающегося вверх по трубе.

Другое решение может заключаться в том, чтобы поддерживать давление в трубе, используя маленький вентилятор, что оказывает влияние на струю воздуха, направив её вниз к бункеру.

Внимание: загрузка зерна опасна!
Никогда не входите в бункер с зерном или другие хранилища, когда оно загружается.
Движение зерна происходит с такой скоростью, что засыпает человека среднего роста всего за несколько секунд и влечёт за собой удушье.