Информация для плодоовощного бизнеса СНГ
Использование энергии в процессах хранения и обработки зерна
Уровень использования энергии в зерновом производстве имеет исключительно важное значение, поскольку от этого зависит объем, качество и стоимость продукции. В последнее время вследствие диспропорции между стоимостью энергии и готовой продукции снизилась эффективность выращивания ряда сельскохозяйственных культур.
Значение энергоресурсов в особенности усиливается при выращивании группы позднеспелых культур, или же при наступлении неблагоприятных условий, когда повышается уборочная влажность зерна и необходима его сушка. Дело в том, что среди технологических процессов сушки влажного зерна требует наибольших энергозатрат, и к тому же, в первую очередь, традиционно дорогих видов жидкого и газообразного топлива, электроэнергии. Цена энергоматериалов в стоимости такой сушки составляет 80-90%.
Особенно затруднительно положение с нужным количеством жидкого и газообразного топлива, поскольку его производство в Украине составляет лишь 33-35% от необходимых. Такая ситуация приводит к повышению внутренних цен на энергоресурсы, несмотря на целиком достаточное количественное обеспечение ими по импорту. Из этого вытекает ряд научно-практических выводов и решений. Наиболее простое из них - повысить стоимость продукции, что вместе с тем может привести к снижению ее конкурентоспособности и к сокращению собственного производства. Можно также увеличить объемы продукции и, таким образом, уменьшить относительную долю энергоресурсов в них, но это требует значительных разовых финансовых и материально-технических вложений. Другой путь - применение таких технологий и средств, которые сокращают затраты энергии на научно обоснованной основе.
Анализ показывает, что в отраслях хранения и обработки зерна применяются энергозатратные технологии и материально-техническое оснащение. Такое положение сложилось вследствие концентрации больших объемов зерна в системе заготовок, когда необходимо было применять, в первую очередь, высокомощное оснащение, независимо от его энергонасыщения. Поэтому в процессе обработки и хранения затраты энергии в отечественном производстве выше в среднем на 30% в сравнении с известными другими технологиями и научно обоснованными нормами.
Особенно большие энергозатраты концентрируются на стадиях первичной обработки влажного зерна, которые включают временное оперативное хранение, очистку, сушку. Из всего валового сбора зерновых культур подлежит очистке 80-90%, сушке 30-40%, хранению 20-25% урожая.
Объемы первичной обработки в последнее время значительно возросли в хозяйствах. Причиной этого являются такие условия бизнеса, когда товаропроизводитель стремится иметь у себя более дешевую продукцию и оперативно ею распоряжаться. Также в хозяйствах расширяются перерабатывающие предприятия, которые позволяют изготавливать из сырья готовую продукцию и получать с этого большую прибыль.
Увеличенные объемы зерна и его обработка требуют внедрения в хозяйствах эффективных, относительно дешевых технологий. Для установления эффективности нами выполнен анализ разных технологий, в том числе широко известных и новых, которые можно применять для первичной обработки влажного зерна. За главный критерий взяты назначения продукции, поскольку это определяет целесообразность растраты энергии и степень обеспечения зернового рынка. Были проанализированы основные технологии и те, которые находятся на стадии научно-исследовательских работ (табл. 1).
Массового распространения в производстве приобрела технология термической сушки. Этот наиболее радикальный прием обработки зерна разного назначения и состояния. Даже в случае повышенной влажности можно быстро обработать зерно и предотвратить его потери. Технологии сушки базируются в основном на использовании традиционных энергоносителей - топлива жидкого и газообразного. Последнее более дешевое, поэтому сейчас проводится работа по реконструкции действующих сушилок и конструированию новых на этом виде топлива. Но следует иметь в виду, что продолжительность сушки может возрастать через получение более влажного теплоносителя. Так, в наших опытах установлены повышения относительной влажности теплоносителя на 5-8% после сжигания газообразного топлива в сравнении с жидким.
В процессе термической сушки необходимое количество в энергии составляет 5-11 мДж на 1 кг влаги в зависимости от состояния зерна, способа сушки, типа зерносушилок. Для уменьшения затрат топлива разработан ряд технико-технологических приемов (рециркуляция зерна, реверсирование и повторное использование теплоносителя, сушка с периодами "нагрев-охлаждение"), которые широко применяются на практике.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Термическая сушка на традиционных энергоносителях и в дальнейшем будет преобладать в тех объемах первичной обработки влажного зерна, которые требуют высокого уровня технологичности, автоматизации параметров, их системного обеспечения, полной гарантии получения продукции. Такие требования возникают, прежде всего, при обработке семенного материала и продовольственного. Учитывая особые условия обработки и значение этой продукции, применение термической сушки имеет оправданный, в том числе и коммерчески прибыльный характер.
Главной научно-практической проблемой в термической сушке является модернизация и разработка новых сушилок, которые способны максимально обеспечить технологические требования и сократить энергозатраты. Это более полная отработка потенциала теплоносителя, его стабильный режим, экологические нормы. Особой задачей является создание теплогенераторов универсального типа с использованием разных видов топлива. Перспективным направлением есть разработка калориферных систем, в которых теплоноситель получают путем получения тепла из нагретой поверхности. Такие системы в последнее время разрабатываются и внедряются ведущими фирмами США, Германии, Франции и других стран. Их преимуществом есть более высокая экономичность, экологическая чистота, качество процесса в сравнении с обычной системой, где теплоноситель получают от прямого сжигания топлива.
Активное вентилирование впервые приобрело широкое использование в элеваторно-складском хозяйстве. Причиной была заготовка больших объемов зерна, которое можно обрабатывать без термической сушки. Оказалось, что с определенной влагой зерно можно постепенно подсушивать, охлаждать, консервировать, аэрировать в зависимости от его состояния и назначения. Этот технологический прием обеспечивал, во-первых, существенное снижение энергии в сравнении с термической сушкой. Во-вторых, повышалось качество семян или зерна за счет "мягкого" завершения биохимических процессов, связанных с созреванием и стабилизацией белково-ферментного комплекса. В-третьих, прием не требует сложного оснащения или больших капитальных вложений. Поэтому не случайно, что на базе активного вентилирования были разработаны технологии, которые широко применяются при обработке основных объемов высококачественного зерна в ряде аграрно-развитых стран (США, Канада, Австралия).
Учитывая названные важные преимущества, прием активного вентилирования может быть значительно распространен для первичной обработки влажного зерна в хозяйствах. Уборочная влажность при этом может составлять до 20-25% в зависимости от культуры. Для внедрения приема необходимо наладить выпуск установок для активного вентилирования в помещениях зерноскладов или на площадках.
Охлаждение является одной из разновидностей активного вентилирования, но вместе с тем занимает отдельное место в технологии. В отличие от вентилирования, охлаждение выполняется, как правило, искусственно охлажденным воздухом при более низких температурах и постоянном режиме. С помощью охлаждения достигается быстрая консервация продукции, ее эффективная защита от фитопатогенной микрофлоры, вредителей. При этом значительно снижаются количественные потери при хранении, в том числе и связанные с естественным уменьшением сухого вещества.
Эффект охлаждения возрастает при объединении определенных условий. К ним принадлежат повышенная температура зерновых масс при уборке, слабая термостойкость самой культуры в процессе ее сушки. Поэтому при выращивании отдельных культур, например, риса, охлаждение имеет преимущества в сравнении с другими приемами первичной обработки влажного зерна. Применение эффекта охлаждения относительно других культур сдерживается из-за необходимости довольно сложного оснащения и его сервисного обслуживания. Поэтому довольно проблематично ожидать в ближайшей перспективе использование в широком масштабе приема охлаждения (но не активного вентилирования) в хозяйствах при обработке свежесобранного зерна.
Прием консервирования полностью сокращает все энергозатраты, связанные с термической сушкой. Весомыми преимуществами являются также обработка зерна с повышенной влажностью, простая материально-техническая база. Но прием пригоден только для кормового зерна, поскольку приостанавливается жизнеспособная функция - прорастание и всхожесть. Консервирование достигается за счет обработки химическими препаратами или самоконсервированием вследствие действия определенной микрофлоры. В последнем случае необходима герметизация зерновой массы.
Консервирование может иметь широкое использование, прежде всего, в животноводческих хозяйствах. Консервированию будет подлежать, в первую очередь, кукуруза, поскольку она является ценной кормовой культурой.
Эффект консервирования в значительной мере зависит от скорости выполнения этого технологического приема. Поэтому его целесообразно выполнять с помощью механизированных линий, которые имеют в своем составе оснащение для приема, обработки и загрузки зернохранилищ в потоке.
Сушка комбинировано с вентилированием или охлаждением является усовершенствованной технологией, где используется эффект разных приемов. Это дает возможность уменьшить относительные энергозатраты на 20-40%, сохранить качество продукции. Технология включает сначала быструю термическую сушку зерна во влажном критическом состоянии и его умеренную "мягкую" доработку на последних этапах в режиме энергосбережения.
Такая обработка эффективна для зерна, которое имеет низкую термостойкость, способность к растрескиванию. Она дает возможность готовить конкурентоспособную товарную продукцию, в том числе и для экспортных поставок. Особое распространение технология приобрела в США, где ее применяют при обработке зерна кукурузы.
Для комбинированной сушки необходимо иметь комплект оснащения для высоко- и низкотемпературной обработки зерна в зависимости от его влажности. Это тормозит массовое распространение приема, несмотря на относительное энергосбережение в сравнении с термической сушкой. В первую очередь, прием может применяться при наличии зерносушилки, в которой зерно досушивается до промежуточного состояния. Для его последующей обработки необходимо иметь вентилируемые бункеры или зернохранилища, которые работают в режимах аэрации или охлаждения, для дальнейшего снижения влажности зерна.
Прием хранения с постепенной доработкой имеет сходство с вышеприведенным, но технологически он другой и выполняется на другом оснащении. Этот прием не предусматривает применения термической сушки, т.к. влажность зерна должна быть относительно невысокой. Он выполняется в металлических башенных зернохранилищах, которые оборудуются разными системами для умеренного досушивания, охлаждения, аэрации, химической обработки, герметизации. По сути, этот прием основан на принципе активного вентилирования, но с использованием более прогрессивного оснащения.
Прием отличается также тем, что рассчитан на хранение готовой продукции, которая должна иметь товарные кондиции. Поэтому зерно сначала необходимо привести в определенное состояние по чистоте, а уже потом выполнять его постепенную доработку, прежде всего, по влажности и качеству.
Новые технологические приемы, такие как сушка на альтернативных энергоносителях и хранение в регулированной газовой среде, относятся к тем, которые имеют главной целью сократить использование невоспроизводимых энергоресурсов. Приемы имеют общераспространенное значение, поскольку могут применяться на разных этапах аграрного производства. В связи с этим существует государственная программа "Этанол", которая направлена на производство альтернативных энергоносителей.
К альтернативным энергоносителям можно отнести топливо, созданное из органики (например, этанол, метиловый эфир рапсового масла), и непосредственно саму органику (листостебельная масса, солома, стрежни кукурузы, отходы). В зависимости от технологии альтернативное топливо может применяться самостоятельно или в смеси с нефтепродуктами. Главной проблемой является создание теплогенераторов, которые смогут обеспечить нормальные температурно-вентиляционные режимы сушки. В некоторой мере эти нормативы будут подлежать корректировке или даже изменению в зависимости от назначения и состояния зерна.
Хранение в регулированной газовой среде (РГС) основано на применении в большинстве случаев инертных газов азота, углекислого газа в концентрациях, которые создают эффект самоконсервирования. От консервирования прием отличается более быстрым направленным процессом, а потому меньшими затратами сухого вещества. При этом удается хранить зерно не только кормовое, но и продовольственное и техническое. Для хранения в регулированной газовой среде необходимо иметь специальные герметичные зернохранилища, оборудованные системой аэрации.
Последние два способа (сушка на альтернативном топливе, хранение в РГС) требуют более глубокой научно-исследовательской и опытно-конструкторской обработки. Необходимо изучить технологические особенности выполнения этих и других приемов в зависимости от неоднородности зерна, его назначения и уборочного состояния. Исследование в этом направлении выполняются в Институте зернового хозяйства УААН.
Опыты показывают, что среди зерновых культур наиболее энергозатратной является кукуруза. Высокая уборочная влажность, низкий коэффициент влагоотдачи, тепловая трещиноватость зерна приводят к увеличению затрат топлива на 20-50% при термической сушке в сравнении с другими зерновыми культурами. В связи с этим нами разработана структура обработки и хранения в зависимости от энергонасыщения и использования кукурузы (табл. 2). Основной объем зерна предлагается обрабатывать без термической сушки с помощью технологии активного вентилирования, хранения с постепенной доработкой, консервирования. Такие технологии могут обеспечить обработку свежесобранного зерна также в случае его повышенной влажности. Термическая сушка необходима, прежде всего, для обработки семян, а также части продовольственного зерна при подготовке комбикормов.
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Таким образом, анализ технологий, которые имеют промышленное значение для первичной обработки и хранения зерна, позволяет их оценить и выбрать наиболее эффективный вариант в зависимости от энергонасыщения, назначения и состояния культуры. Выбор зависит также от уровня развития коммерческой направленности хозяйства или группы хозяйств, которые могут обслуживаться в единой материально-технической системе. При этом необходимо учитывать опыт и перспективы не только зарубежного аграрного производства, но и свой собственный, в первую очередь, элеваторно-складского хозяйства и местной первичной обработки в связи с характерными функциональными, технико-технологическими и агроклиматическими особенностями формирования и сборки зерновых культур. Машины и оснащение для разных технологий могут обеспечить отечественные машиностроительные заводы, которые в последнее время значительно повысили уровень и расширили ассортимент своей продукции. Выбор технологий и материально-технической базы целесообразно выполнять на основе научно обоснованного аудита и высокопрофессиональной помощи научных центров и учреждений, которые специализируются в области обработки и хранения зерна.
Николай Кирпа,
кандидат сельскохозяйственных наук
Институт зернового хозяйства УААН
Обсудить в форуме