Suszenie ziarna po zbiorach Wstęp Możliwości techniczne suszenia ziarna odbieranego od kombajnów zbożowych są duże i zróżnicowane, co pozwala na dobranie odpowiednich rozwiązań do wielkości gospodarstwa rolnego. Możliwości te nie są jednak w pełni wykorzystywane przez rolników. Przyczyny tego stanu rzeczy są wynikiem głównie czynników ekonomicznych. Przemysł oferuje bowiem wiele urządzeń technicznych, które w dostatecznym stopniu spełniają wymagania przyszłych użytkowników. Znaczną część rolników nie stać jednak na zakupienie nowoczesnych suszarń. Przyjmując bowiem, że średnia powierzchnia użytków rolnych w Polsce wynosi około 7 ha, i że 70% tej powierzchni przeznacza się pod zboża i że średni plon wynosi 3 t/ha, to statystycznie w średnim gospodarstwie jest około 15 t ziarna do suszenia, które dodatkowo są podzielone na co najmniej na cztery gatunki. Małe gospodarstwa zatem starają się suszyć ziarno sposobem gospodarczym, głównie przez szuflowanie ziarna. Rolnicy raczej dążą do opóźnienia zbioru zbóż, aby zbierać ziarno przy mniejszej wilgotności, a w przypadku wystąpienia deszczu czekają dłużej, aby ziarno dobrze przeschło. Jest to oczywiście słuszne podejście, tym bardziej, że obecnie w Polsce jest wystarczająca ilość kombajnów, aby w 100% zbierać zboże z ich wykorzystaniem i nie ma powodu zbierać zboża w niesprzyjających warunkach pogodowych. Trzeba również zauważyć, że poza niektórymi regionami w Polsce nie było ostatnio złej pogody, która mogłaby utrudniać zbiór zbóż w określonym terminie. Ostatnie, długookresowe mokre żniwna występowały w latach 70. XX wieku. Pomiar wilgotności ziarna Mimo sprzyjających warunków zbioru, wilgotność ziarna przy odbiorze od kombajnu jest większa niż 14%, a przy takiej wilgotności nie można przechowywać ziarna, nie narażają surowca na straty. Przeciętna wilgotność ziarna podczas zbioru zbóż wynosi około 20%, i aby decyzja o sposobie kolejnych czynności związanych z ewentualnym suszeniem i przechowywaniem ziarna była prawidłowa wskazane jest zmierzenie wilgotności ziarna podczas zbioru zbóż. Znajomość wilgotności ziarna podczas zbioru może być również wykorzystana do przeprowadzenia dokładnych nastaw regulacyjnych zespołów roboczych kombajnu zbożowego, które mogą wpłynąć na wydajność zbioru i zmniejszyć uszkodzenia oraz zanieczyszczenia ziaren. Na polu wilgotność ziarna można szybko określić za pomocą małych, przenośnych i łatwych w obsłudze mierników (testerów). Ich dokładność nie jest zbyt duża, ale na tyle wystarczająca, aby ocenić poziom wilgotności ziarna. Przewagą tych mierników jest łatwość obsługi i szybkość wykonania pomiaru (kilkadziesiąt sekund). Na naszym rynku oferuje je klika firm: ACO Automation Components z Niemiec (import przez Introl z Katowic, mierniki PM-400, PM-600, FS 2002-1Z), Asonik z Poznania (Super CHTM2), Dickey-John z USA (import przez Cerus Wena z Torunia, testery o nazwie Multi Grain MGT, M20P), Dramiński z Olsztyna (WD-7), GRENE (Unimeter Super Digital), Oktiw z Borku Szlacheckiego (Farmpoint). Ważniejsze parametry techniczne wybranych testerów zestawiono w tabeli 1. Obecnie produkowane mierniki wilgotności ziarna mają ciekłokrystaliczne wyświetlacze cyfrowe LCD, co zmniejsza popełnienie błędu przy odczycie wartości. Niektóre z mierników są wyposażone w wewnętrzny system kalibracji temperatury, co zwiększa dokładność pomiaru wilgotności. Przy wyborze miernika należy kierować się jego przyszłym zakresem wykorzystania i wziąć pod uwagę uprawiane rośliny na ziarno lub na nasiona. Każdy mierniki, również wilgotnościomierz będzie lepiej pracował w mniejszym zakresie pomiarowym. Jeżeli będziemy mierzyć wilgotność ziaren zbóż i np. kukurydzy oraz nasion motylkowatych, to zakres pracy miernika powinien być większy, ale oczekując lepszej dokładności pomiaru będziemy musieli więcej zapłacić za przyrząd. Dokładność pomiaru zależy od możliwości kalibracji miernika dla danego gatunku roślin lub 1
możliwości wykonania samodzielnej kalibracji dla nasion, które nie mają standardowej kalibracji. Należy zwrócić uwagę raczej na dokładność pomiaru w zakresie niższych wilgotności, niż wyższych. Dokładniejszy pomiar wilgotności przy niższych wartościach pozwala na lepszy dobór terminu zbioru zbóż i pozwala lepiej wskazać sposób dosuszania lub magazynowania ziarna. Tabela 1. Charakterystyka wybranych wilgotnościomierzy ziarna Parametr Dramiński Unimiteter Super Multi Grain M20P Farmpoint WD-7 Digital MGT Wymiary podstawy miernika, 18,3x15 21x12,5 19,1x11,5 21x7,5 cm Wysokość, cm 9,8 10,0 19,7 7,5 Masa, kg 1,07 2,00 (z walizką) 1,22 1,6 (z walizką) Zasilanie, V 9 9 4x1,5 9 9 Zakres pomiaru wilgotności, % 3-47 8-32 5-45 Temp. pracy, o C 0-45 0-50 0-40 Dokładność pomiaru, % 1 (do 10%) 0,5 (po kalibrowaniu) 0,5 0,5 0,5 1,5 (do 20%) Cena, zł 1035 1100 1952 Wstępne czyszczenie ziarna Niezależnie od wilgotności i dalszego sposobu suszenia i przechowywania ziarna należy je oczyścić. Wstępne czyszczenie jest bardzo ważnym zabiegiem, który pozwala na usunięcie ewentualnie występujących zielonych nasion chwastów i zanieczyszczeń organicznych, a także drobnych ziaren, które zmniejszają przestrzenie i przewietrzanie pryzmy. Czystość ziarna w zasadniczy sposób wpływa na przebieg procesu suszenia, a także na trwałość instalacji suszarniczej. Należy zaznaczyć, że w czasie czyszczenia uzyskuje się częściowy efekt schłodzenia i suszenia ziarna. Ziarno o większej wilgotności powinno być bezwzględnie dosuszone. Ogólne problemy suszenia ziarna Ziarno i nasiona stanowią materiał biologiczny, bardzo wrażliwy zarówno na działanie termiczne (skurcz, pękanie, spadek zdolności kiełkowania, ubytek lizyny w białku), jak i długie przechowywanie w stanie dużej wilgotności (ubytek masy suchej substancji, rozwój pleśni i mikroorganizmów, spadek zdolności kiełkowania). Dogodne warunki rozwoju mikroorganizmów znajdują zarodniki grzybów w zanieczyszczeniach ziarna glebą, kurzem i resztkami roślinnymi, dlatego tak ważne jest wstępne czyszczenie ziarna. W związku z powyższym poszukując najkorzystniejszych warunków suszenia w istniejących urządzeniach suszarniczych należy, w miarę możliwości, brać pod uwagę wszystkie wymienione wyżej problemy. Intensywność procesów biologicznych, jakie zachodzą w ziarnie zależy przede wszystkim od wilgotności i temperatury. Do najważniejszych procesów należy oddychanie ziarna, które jest połączone ze spalaniem substancji organicznych. Przykładowo intensywność oddychania ziarna jest 35. razy większa przy 20% niż przy 15% wilgotności. Na skutek intensywnego oddychania i spalania substancji organicznych powstają straty wyrażające się ubytkiem masy ziarna. Dodatkowo, wraz ze wzrostem temperatury następuje rozwijanie się drobnoustrojów, bakterii i pleśni, co prowadzi do samozagrzewania się ziarna. W temperaturze 35-50 o C rozwijają się pleśnie, które powodują powstawanie charakterystycznego stęchłego zapachu. Tlen zawarty w powietrzu, które wypełnia przestrzenie między ziarnami jest zużywany na oddychanie ziarna i rozwój pleśni. Może prowadzi to do rozpoczęcia się procesu fermentacji alkoholowej lub octowej. Jeśli nie przerwiemy tych procesów, to nastąpi dalszy samoczynny wzrost temperatury do 50-60 o C, przy której ziarno ulega zepsuciu, tracąc zdolność i energię kiełkowania, a białko ulega ścięciu i denaturyzacji (skażeniu). 2
W procesie suszenia ziarno nie może być nadmiernie nagrzewane. Uwaga ta odnosi się zwłaszcza do ziarna siewnego, którego temperatura nie powinna przekroczyć 35-45 o C, a dla ziarna konsumpcyjnego może być większa, ale również nie powinno się przekraczać temperatury 50-60 o C, powyżej której zachodzą nieodwracalne procesy w ziarnie. W zależności od wielkości gospodarstwa stosuje się suszenie przez wentylację (w małych) lub suszenie termiczne (w dużych). W przypadku jednak kukurydzy konieczne staje się zastosowanie suszenia termicznego, gdyż tylko ten sposób suszenia zapewnia efektywne zmniejszenie wysokiej wilgotności ziarna w możliwym do przyjęcia czasie. Oczywiście małe partie ziarna można suszyć sposobem gospodarczym. Należy jednoznacznie podkreślić, że suszenie termiczne jest metodą energochłonną, wymagającą kapitałochłonnych inwestycji oraz odpowiednio wykwalifikowanej obsługi. Wszystkie te elementy wpływają na wysokie koszty suszenia, które w przypadku suszenia kukurydzy mogą wynosić 40-60% całkowitych kosztów produkcji i zależą od wyjściowej wilgotności ziarna, przy której rozpoczyna się proces suszenia. Koszty te znacząco zmniejszają opłacalność produkcji kukurydzy, a przy małym plonie zysk może być znacznie mniejszy niż przy uprawie pszenicy. Suszarnie podłogowe Przy małej wilgotności ziarna można zaproponować zastosowanie suszarń podłogowych. Przykładowo może to być suszarnia podłogowa M858 firmy BIN Sp. z o.o. z Aleksandrowa Kujawskiego. Suszarnia składa się kanału głównego i kanałów bocznych dwustronnych, na których można ułożyć warstwę ziarna do 1,5 m o całkowitej pojemności 34,2 m 3. Powietrze do kanałów jest tłoczone wentylatorem promieniowym, który jest napędzany wbudowanym w urządzenie silnikiem elektrycznym. Masa całej suszarni wynosi 800 kg, a cena około 5,5-6,0 tys. zł. Wersja z jednostronnymi kanałami bocznymi jest tańsza o połowę, natomiast większa, o pojemności 52 m 3, z kanałami dwustronnymi kosztuje ponad 8 tys. zł. Suszarnie podłogowe są budowane w postaci segmentów, dzięki czemu można zmieniać wielkość powierzchni urządzenia w zależności od potrzeb, a także od wielkości pomieszczenia. Dosuszanie można prowadzić zarówno powietrzem zimnym, jak i podgrzanym. W przypadku suszenia powietrzem podgrzanym należy zainstalować podgrzewacz powietrza, który może być elektryczny, gazowy, na paliwo ciekłe lub stałe. Jeżeli wilgotność ziarna nie jest duża i panują sprzyjające warunki pogodowe, to do przewietrzania ziarna można zastosować świeże powietrze. Najlepsze efekty uzyskuje się wentylując powietrzem porannym, tuż po opadnięciu rosy. Przykładowo, w przeciętnych warunkach pogodowych umieszczona na rusztowej podłodze warstwa ziarna o grubości do 300 cm traci w ciągu 24 godzin około 0,15% wilgotności. Intensywność wentylacji zależy od wilgotności ziarna i jego temperatury. Aby uzyskać odpowiednią efektywność chłodzenia, wentylację należy prowadzić przez parę lub kilka miesięcy. Przy większej ilości ziarna do jego dosuszania można zastosować silosy suszące, co pozwala na wyeliminowanie bardzo drogich suszarń przepływowych. Przebieg suszenia w silosach przebiega podobnie jak w innych suszarniach wsadowych. Stosowanie silosów suszących lub suszarń podłogowych może w istotny sposób, dzięki małym nakładom inwestycyjnym i energetycznym, obniżyć koszty suszenia ziarna. Suszarnie do ziarna W dużych gospodarstwach rolnych najczęściej są stosowane suszarnie termiczne o pracy ciągłej. Największe zastosowanie praktyczne znalazły suszarnie kolumnowe o zabudowie daszkowej. Zasadniczymi zespołami tych suszarń są kolumna susząco-chłodząca, podgrzewacz powietrza, wentylator główny i wentylator czynnika chłodzącego. Ponadto w skład suszarni wchodzą urządzenia elektryczne do napędu i układy kontrolno-sterujące. W piecu suszarni jest wbudowany wymiennik ciepła, który służy do podgrzewania powietrza tłoczonego przez wentylator. Zastosowanie wymiennika ciepła zapobiega mieszaniu się spalin z podgrzewa- 3
nym powietrzem. Komora robocza suszarni składa się z komory zasypowej, komory suszenia, zapory, komory chłodzenia, wygarniacza, wentylatora oraz przewodów doprowadzających i odprowadzających powietrze. Najczęściej strefa suszenia jest oddzielona od komory chłodzenia strefą neutralną. Daszki w segmentach suszarni, ich kształt i usytuowanie, poza zapewnieniem przepływu czynnika suszącego lub chłodzącego przez warstwę ziarna, muszą również zapewniać równomierny przepływ suszonego ziarna przez kolumnę. Obecnie takie typy suszarń są produkowane przez firmy krajowe: Araj we Wrocławiu, AG- Projekt, Agremo Brzeg, Pinus Term (tab. 2). Suszarnie są wykonywane jako porcjowe i z recyrkulacją w różnych odmianach. Na przykład suszarnie porcjowe firmy Araj mogą być wykonywane w wersji podstawowej P (która obejmuje suszarnię, piec oraz szafkę sterującą procesem suszenia i chłodzenia); kompaktowej PK (wyposażonej dodatkowo w podnośnik kubełkowy, szafkę sterującą urządzeniami dodatkowymi, z cyrkulacją, niezbędne podesty, rury) i kompaktowej PKK (w tej wersji na dachu suszarni umieszczona jest wialnia, która podczas suszenia wstępnie czyści ziarno odwiewając zanieczyszczenia lekkie, co znacznie poprawia jakość wysuszonego ziarna). Podobnie inni producenci oferują zróżnicowane wersje suszarń, które są wyposażone w dodatkowe urządzenia wspomagające i ułatwiające obsługę urządzenia. Suszarnie kolumnowo-daszkowe charakteryzują się prostą konstrukcji, a zatem i łatwością obsługi oraz dobrym dostępem do elementów regulacyjnych. Wadą tych suszarń jest natomiast ich wrażliwość na zanieczyszczenia słomiaste, które powodują nierównomierny przepływ ziarna, wskazane jest zatem wstępne czyszczenie ziarna. Suszarnie cylindryczne, np. firmy Pedrotti, Drzewicz, mogą być stosowane w małych i średnich gospodarstwach. Nie wymagają dużych nakładów inwestycyjnych i mogą być zasilane od ciągnika. Na ich cykl pracy składają się dwa procesy. W pierwszym procesie następuje suszenie ziarna, a w drugim jego schładzanie. W zależności od stosowanej technologii ziarno może być zasypywane za pośrednictwem przenośnika poziomego lub od góry bezpośrednio do komory suszenia. W dużych magazynach surowiec powinien być suszony w instalacjach suszarniczych o dużej wydajności dobowej i powinien być zintegrowany z ciągiem technologicznym wewnątrz magazynu. Dla małych gospodarstw dobrym rozwiązaniem są suszarnie przewoźne. W średnich i dużych gospodarstwach ziarno zbóż powinno być przechowywane w silosach. Krajowymi producentami tych urządzeń są BIN, Araj, Zuptor, Agremo Brzeg. Na naszym rynku działają również firmy zagraniczne: Riela, Brock i Ilper. Konstrukcja tych silosów jest zbliżona. Do budowy płaszcza zewnętrznego jest wykorzystywana blacha gładka lub falista. Dna tych silosów mogą być płaskie lub stożkowe. Pojemności silosów są zróżnicowane. Silosy do przechowywania ziarna suchego mają duże pojemności: 100, 150, 200, 300 lub 400 t (produkcji krajowej), a silosy z aktywną wentylacją (przechowywanie ziarna wilgotnego, oczekującego na suszenie: 50 lub 100 t). Pojemności silosów suszących są mniejsze i wynoszą: 10, 15 lub 30 t. 4
Tabela 2. Charakterystyka techniczna wybranych suszarń stacjonarnych i przewoźnych Pojemność komory Symbol suszenia, Producent, importer m 3 Moc cieplna całkowita, kw 1 2 3 4 Araj Wrocław S 21 5,0 175 S 22 P 9,5 263 S 23 P 11,2 450 S 25 P 17,7 652 S 22 PK 9,5 263 S 23 PK 11,2 450 S 25 PK 17,7 652 S 22 PKK 9,5 263 S 23 PKK 11,2 450 S 25 PKK 17,7 652 Agremo Brzeg SU-3 11,7 256 SU-5 14,8 407 SU-7 17,9 582 SU-10 25,2 815 SU-13 27,4 1106 SU-15 31,8 1164 SU-20 40,5 1397 SP-8 10,2 119 SP-11 13,3 175 SP-15 18,7 233 SP-17 20,9 291 SP-21 25,2 407 SP-23 27,4 594 Pinus-Term, SD-332K 8 150 Poniatowa SD-643K 22 400 Kongskilde KBD 2.09.1 7,8 129 KBD 2.10.2 19,5 482 KRD 3.04.3 17,4 319 Drzewicz SP-102 10,2 400 SP-103 15,3 570 SP-104 20,4 760 SC-345 12 645 SC-545 17 880 SC-600 21,7 880 M-810 11 250 M-810 PLUS 14,2 250 M-851 8 t/h ciągła 450 Pedrotti Super Farmer TC 30 5,5 (EuroFarm) Super Farmer TC 50 8 Super Farmer TC 90 12 Super 120E 15 281 Super 120E (ciągnikowa) 15 Super 120E plus 17,5 Large Maxi 220-250E 31,2 427 Large Maxi 400E Big 50 Large Maxi 550E Super Big 62,5 OKTIW, M 150k 12 250 Borek M 180k 16 250 Szlachecki M 205k 18 310 M 240k 21 310 M 275k 25 400 M 300k 27 500 5
Bezpieczeństwo obsługi suszarń do ziarna Podczas pracy suszarń wydzielają się duże ilości ciepła, znaczne ilości części lotnych i pyłu, dlatego też do zapylonych pomieszczeń nie powinno się wchodzić z ogniem i palić w nich tytoniu. Obsługa suszarń może być powierzona tylko osobom wcześniej przeszkolonym. Przeglądy i konserwacje suszarń należy wykonywać po ich unieruchomieniu i odłączeniu dopływu prądu. Wszelkie naprawy i konserwacje urządzeń elektrycznych może wykonywać tylko osoba do tego upoważniona, posiadająca odpowiednie kwalifikacje. Podczas eksploatacji suszarni powinny być założone wszystkie osłony, a w pobliżu pieca nie wolno magazynować żadnych łatwopalnych materiałów. W razie wystąpienia zapachu palonego zboża lub palonej farby, należy natychmiast wyłączyć suszarnię i ustalić przyczynę tego zapachu, a w przypadku wystąpienia pożaru natychmiast przystąpić do jego gaszenia. Pomieszczenie, w którym pracuje suszarnia powinno być wyposażone w sprzęt gaśniczy. Ponowne uruchomienie suszarni może nastąpić dopiero po ustaleniu i usunięciu przyczyny powstania niepokojących objawów. Dr hab. inż. Aleksander Lisowski, prof. nadzw. SGGW Katedra Maszyn Rolniczych i Leśnych SGGW w Warszawie 6