Сушіння кукурудзи без нагріву повітря

2 декабря 2021 г. опубликовано в журнале: AgroONE №73

СтатьиВопрос-ответСушіння кукурудзи без нагріву повітря
кукурудзи

У давнину імператор Сіаму (нинішній Таїланд) дарував деякім підданим білого слона. Це була велика честь та надзвичайна відповідальність для обдарованого: білий слон – священна в тих краях тварина. Відмовитись від королівського подарунка було не можна, використовувати слона для виконання будь-яких робіт – теж. «Священну» тварину необхідно було ситно та смачно годувати, розважати та лікувати за рахунок нового власника. А жере ця тварюка чимало…

Цього року власники вітчизняних господарств, які спеціалізуються на вирощуванні кукурудзи, відчули себе власниками «білих слонів». Чому так вийшло?

По-перше, через надто високу вологість зерна кукурудзи. Наприкінці жовтня центральні області України збирали кукурудзу з вологістю 35%. Навіть на півдні країни чимало господарств змушені були везти на елеватори зерно з вологістю 27-28%.

По-друге, через стрімке зростання вартості природного газу: у жовтні підприємства платили за 1000 кубічних метрів газу 27 000 гривень, а в листопаді – вже 35 000 гривень.

І по-третє, через високу врожайність кукурудзи: в середньому по краіні – 7,2 т/га.

кукурудзи
Зерно найкраще зберігається при мінімальній вологості та мінімальній температурі. Якщо вологість надмірна, ії негативний вплив можна частково компенсувати зниженням температури. Та навпаки.

Комбінація високої врожайності, високої вологості зерна та дуже високої вартості природного газу виявилася руйнівною. Бо виростити та зібрати врожай – це лише половина турбот. Зерно необхідно підготувати до зберігання/продажу. Тобто висушити до базової вологості 14%.

Для того, щоб зменшити вологість 1 тонни зерна кукурудзи на 1% при сушінні гарячим повітрям, необхідно спалити приблизно 1,5 кубічних метрів природного газу. Це 1,5*35 = 52,5 гривень. Для зменшення вологості на 10 тонно-відсотків (з 24 до 14%) необхідно витратити 525 гривень на природний газ. А для зменшення вологості з 35 до 14% – 1102 гривні. До того ж, витрати на сушіння кукурудзи – це не лише оплата природного газу. Це ще певні витрати на транспортування та перевалку зерна, амортизацію механізмів та інше. Сумарні витрати на післязбиральне доведення помірно вологого зерна кукурудзи до базисних показників становлять цього року щонайменш 600-700 грн/т, а дуже вологого – понад 1300 грн/т. Це при наявності сушарок та зернових силосів (складів) у господарстві. Елеватори оцінять свої послуги щонайменш у 1,5 рази більше.

Саме тому декілька десятків тисяч тонн зібраної кукурудзи на гармані – це не лише чималий прибуток у майбутньому. Це також нагальна необхідність витратити декілька мільйонів гривень. Витратити негайно, бо вологе зерно кукурудзи довго зберігатися не може. Дещо краще почувають себе ті власники підприємств, які вчасно переобладнали сушарки на альтернативні (майже безкоштовні) види палива: солом’яні пакунки, брикети та пелети.

Але таких щасливців небагато. Більшість господарств та елеваторів використовують сушарки, що працюють на газі. Неприродно дорогому природному газі.

Саме тому виникає питання – чи можна скоротити витрати на сушіння зерна кукурудзи? Якщо добре поміркувати – можна. По-перше, можна не поспішати зі збиранням врожаю та дочекатися максимальної втрати вологи зерном на полі. Якщо на початку жовтня вологість зерна становить 33-35%, за місяць вона зменшиться до 25-26%, а через два – до 18-20%. Але цей варіант вирішення проблеми має суттєві недоліки: зерно ушкоджується пліснявою, птахами та тваринами, зростають втрати при збиранні. До того ж, темпи втрати вологи залежать від погоди, тобто швидкості вітру, температури та вологості повітря. Тому тривалі дощі та тумани можуть загальмувати або взагалі зупинити процес «природного» сушіння незібраної кукурудзи. «Людський фактор», тобто крадіжки, також необхідно враховувати – бажаючих зібрати чужу незібрану кукурудзу завжди вистачає. Тому цей метод дещо зекономити на сушінні «працює» лише у сонячну, суху та теплу осінь. Тобто не тут та не зараз.

Що робити зі вже зібраним зерном? Його можна охолодити повітрям. Або (чи також) висушити тривалою аерацією. Тобто вентилюванням.

Охолоджена кукурудза

Наприкінці осені та рано взимку температура повітря вночі опускається до 0-5°С. Тому, якщо цим холодним повітрям «продути» зерно, його температура може впасти майже до температури повітря. Це швидко зупиняє само розігрівання зернової маси – неминучий наслідок компактного зберігання вологого зерна, яке інтенсивно «дихає».

Охолодження не лише зменшує температуру зернової маси, а й зменшує її вологість на 1-1,5%.

Охолодження вологого зерна дає ще один чималий «бонус»: холод гальмує біохімічні реакції у зернинах. У тому числі – дихання. Тому охолоджене зерно значно менше «гріється» (виділяє тепла) та «пітніє» (виділяє вологу). Тобто негативний вплив надмірної вологості на строки збереження зерна кукурудзи можна частково компенсувати його охолодженням.

Але радіти завчасно – охолодження збіжжя у більшості випадків не вирішує проблему зберігання вологого зерна, а дає трохи додаткового часу. Тобто дає можливість зберегти вологе зерно на протязі декількох тижнів (щонайбільш 1-2 місяців) після збирання, щоб безпечно дочекатися сушіння гарячим повітрям.

Якщо вологість зерна трохи перевищує базову, наприклад становить 15-16%, охолодження до 5-6°С надає можливість зберігати його до лютого або навіть початку березня. Але якщо вологість дещо вища, строк зберігання зменшується відповідно вологості зерна та його температурі.

Для деяких аграріїв джерелом невиправданого оптимізму є таблиці («made in usa»), в яких наведено терміни зберігання вологого зерна кукурудзи при різних температурах. Наприклад, таблиця 1.

Таблиця 1. Максимальний час зберігання зерна кукурудзи у металевих силосах (бункерах). Стандарт ASABE D535, 2014 рік.

Температура
зерна, °С
Максимальний час зберігання (діб) при вологості зерна
15%18%20%22%24%26%28%30%
­1300300300190127947461
43002881428456413227
10300128633725181412
1622556281711875
21125311696543
278717954322

Таблиця дійсно надихає: при температурі 4°С зерно з вологістю 28% можна зберігати місяць, а з вологістю 24% – майже два. Але радіти ще завчасно. Бо до цієї таб­лиці є інструкція. Яка змінює перше враження майже так, як деякі розділи, надруковані «мілким шрифтом» у кредитному договорі. Бо саме там наведено чималий перелік вимог та обмежень.

По-перше, ця інструкція передбачає, що зерно кукурудзи, яке зберігається, не має значних ушкоджень, тріщин та не містить дрібних частинок та сміття. Термін зберігання травмованого, засміченого та щуплого зерна є набагато меншим.

По-друге, бункер для зберігання кукурудзи має бути обладнаний датчиками температури та вологості. Підлога бункера повинна бути з повною аерацією, а вентилятори мати достатню потужність, щоб «продавити» холодне повітря через весь шар зерна, що охолоджується. Необхідно забезпечити надходження щонайменш 3 л повітря на секунду на кожну тонну зерна.

По-третє, перша стадія охолодження потребує чималих витрат часу – біля 40 – 48 годин після заповнення бункера. Потоки повітря повинні охолодити і підсушити все зерно, у тому числі верхній шар під дахом бункера. Повітря, яке виходить з верхньої частини силосу, повинно мати приємний запах та помірну температуру.

По-четверте, при зберіганні необхідно регулярно охолоджувати зерно в нічний час: щонайменш 24 години вентиляції щотижня. Якщо погода тепла, а зерно вологе, зерно доведеться охолоджувати вночі щоденно.

кукурудзи
Конічну западину після вивантаження засміченої серцевини насипу вирівнюють. Якщо шар зерна має помірну товщину та рівну поверхню, сушіння потребує менше часу та енергії

Для своєчасного виявлення ознак псування необхідно щотижня обстежувати зерно.

При виявленні плісняви, сторонніх запахів або локальних вогнищ самозігрівання (так званих «гарячих точок») зерно негайно вивантажують із силосу та сушать у теплових сушарках. Та, як то кажуть, «вішенка на тістечку»: після завершення 60-70% теоретично можливого терміну зберігання зерно необхідно вивантажити і відправити на сушіння! Кукурудзу низької якості рекомендують зберігати на протязі щонайбільш 30-40% допустимого терміну зберігання. Тобто, при зберіганні якісного зерна реальний термін зберігання – це дві третини терміну з таблиці, а при зберіганні зерна «проблемної» якості – одна третина.

Якщо вологість зерна понад 18%, охолодження дозволяє виграти додатковий час (максимум 3-4 тижні), щоб без зай­вого клопоту відправити партію вологого зерна на сушіння.

Але охолодження не варто використовувати як надійний спосіб тривалого зберігання вологого зерна.

Проте, існує подібний до охолодження аерацією метод тривалого зберігання збіжжя – сушіння вентилюванням. Тобто сушіння тривалим «продуванням» зерна величезними обсягами повітря природної температурі. Цей метод використовують деякі фермери у Канаді та Австралії.

 «Холодне» повітряне сушіння

Сушіння повітрям природної температури має чимало переваг. По-перше, це надзвичайно акуратний метод сушіння, який не пересушує та не травмує зерно. По-друге, такий спосіб сушіння не потребує спеціального чи надзвичайно дорого обладнання: цілком достатньо звичайного бункера/силоса для зберігання зерна з потужним вентилятором (або декількома). По-трете, цей метод не використовує газ або інші види палива. Тому вартість сушіння є значно меншою, аніж при використанні звичайної теплової сушарки.

Існують, звісно, деякі недоліки: процес триває дуже довго та не завжди можна зменшити вологість зерна до базисних 14%. Чому так? Швидкість втрати вологи залежить від якісних характеристик зерна (форми, розміру, щільності його зовнішнього шару) та від інтенсивності аерації. А також від температури та вологості повітря. Точніше, від їх комбінації, яка впливає на рівноважну вологість зерна.

Рівноважна вологість – це співвідношення вологості повітря та температури, за якої вологість зерна не змінюється. Тобто зерно не втрачає та не поглинає вологу. У англомовній літературі використовують скорочення EMC (equilibrium moisture content). Значення EMC відповідає теоретично досяжній вологості зерна за конкретних умов (таблиця 2). Тобто, при відносній вологості повітря 80% і температурі 5°С зерно може висохнути до вологості 17,8%, а за такої ж температури, але меншої вологості повітря (60%) – до 14,4%.

Таблиця 2. Рівноважний вміст вологи (EMC) кукурудзи при різних температурах повітря та рівнях відносної вологості

Температура повітря, °СEMC (% вологість зерна) при відносній вологості повітря
50%60%70%80%90%
013,715,116,618,421,3
513,114,415,917,820,7
1012,513,815,417,320,2
1511,913,314,916,819,8
2011,512,814,416,419,4
2511,012,414,016,019,0

Для того, щоб швидко досягти EMC, необхідно забезпечити постійний рух повітря через зернову масу. Саме тому сушіння «холодним» повітрям передбачає постійне вентилювання зерна. На першому етапі вентилювання зменшує температуру зерна та сприяє видаленню вологи. Надалі регулярне вентилювання необхідне для досягнення ЕМС та стабілізації рівня вологості.

Зерно з вологістю понад 22% у такий спосіб сушити ризиковано: воно може почати псуватися. При низькій температурі та високій (понад 80% відносної вологості) вологості повітря вологість зерна кукурудзи без додаткового сушіння не опуститься нижче 18-19%. Але, як згадувалося вище, активне вентилювання (охолодження) дозволяє тимчасово зберегти дуже вологе зерно без втрати якості.

Тобто виграти кілька тижнів до сушіння партії зерна гарячим повітрям та дещо зменшити його вологість. Це теж важливо, бо кожен відсоток вологи у зерні – це гроші, спалені у сушарці.

При закладці на зберігання сирого зерна у прохолодну дощову погоду обійтися без додаткового сушіння гарячим повітрям неможливо!

Успішне сушіння аерацією (вентилюванням) передбачає:

а) високу швидкість повітряного потоку: щонайменш 15 л/с/т зерна;

б) тривале вентилювання: безперервна аерація протягом кількох діб після завантаження бункера та регулярне «провітрювання» під час зберігання;

в) теплу та суху погоду (бажано!)

кукурудзи
На бункер впливає сонячне проміння та коливання температури повітря. Зміна погоди (пори року) потребує певних дій для збереження зерна

У верхній частині бункера обов’язково мають бути отвори для витяжної вентиляції. З «відпрацьованим» повітрям має йти 10 л води на кожен відсоток вмісту вологи, що видаляється з тонни зерна. Якщо у верхній частині бункера немає отворів або вони перекриті, волога буде конденсуватися на нижній стороні даху та зволожуватиме верхній шар зерна.

Інтенсивне вентилювання потужним потоком повітря необхідне для швидкого переміщення так званого «фронту сушіння» у зерні та активного відведення вологи. Коли повітря проходить через зерно, воно збирає вологу та утворює «фронт сушіння». Якщо потік повітря надто слабкий, «фронт сушіння» рухається дуже повільно. Це може створити проблеми у верхній частині зернового насипу, у тому числі спровокувати самозігрівання зерна через локальне збільшення його вологості.

Якщо повітряний потік неспроможний швидко «пробити» товстий шар зерна, доцільно зменшити завантаження бункера на 20-30%. Повітря рухається шляхом найменшого опору, тому нерівна поверхня насипу (впадини і горби) буде висихати нерівномірно. Верхня частина насипу зерна має бути пласкою та рівною – це значно прискорює процес сушіння.

Дрібні частинки (сміття, дроблене зерно) зазвичай концентруються в центральній частині бункера. Ця ділянка насипу створює дуже великий опір потоку повітря через високу щільність, тому після заповнення бункера «пробку» зі сміття та битого зерна доцільно прибрати. Для цього включають розвантажувальний шнек і вивантажують частину зерна доти, доки на верхній частині насипу не утворюється конічна западина. Вивантажене зерно можна очистити та завантажити повторно. Западину необхідно вирівняти: кілька годин роботи з розрівнювання поверхні вмісту бункера скорочують тривалість сушіння на 1-2 тижні.

Після підготовки бункера можна розпочинати вентилювання. Вентилятори повинні працювати без перерви доти, доки «фронт сушіння» не пройде через всю товщину насипу. Як це визначити? Якщо у поверхневому шарі насипу вологість зерна зменшилася, «фронт сушіння» вже пройшов через весь насип.

Не можна припиняти аерацію, якщо «фронт сушіння» зупинився в товщі зерна! Це гарантовано викликає псування зерна у зволоженому шарі.

Якщо вихідна вологість кукурудзи була невисокою, цього може виявитися достатньо для подальшого зберігання з періодичною аерацією. Але якщо вологість була висока, вентилювання необхідно продовжувати після того, як фронт сушіння пройшов знизу догори. Для ефективного сушіння вологість повітря має бути мінімальною. Тому вентилювання проводять з урахуванням погодних умов: у суху теплу погоду вентилятори працюють, за високої вологості (дощ, туман) – «відпочивають».

Для аерації в сиру холодну погоду можна використовувати нагріте до 10-12°С повітря. Підвищення температури на 5-8°C зменшує відносну вологість на 20-30%, це дозволяє продовжувати сушити зерно навіть у дуже вологу погоду.

Якщо до зимових холодів зерно кукурудзи не встигло висохнути до базисної вологості, під час морозів процес сушіння необхідно «поставити на паузу». Тобто охолодити зерно до -1°С і припинити вентиляцію доти, доки не повернеться тепла погода. При потеплінні необхідно негайно відновити сушіння, щоб виключити псування зерна.

Сушіння зерна повітрям «природної» температури є тривалим процесом. Потрібно кілька тижнів і навіть місяців, щоб зерно з вологістю 18-20% втратило 4-5% вологи. Точний час залежить від погоди, повітряного потоку, якості врожаю та вологості зерна.

Процес необхідно контролювати. І не варто повністю покладатися на техніку, на датчики температури та вологості. Людський нюх дозволяє виявити проблему набагато раніше, ніж це зробить начебто «розумна» електроніка. Тому зерна бажано хоча б раз на тиждень оцінювати на вигляд та запах.

На щастя, зерно кукурудзи, на відміну від згаданого на початку статті білого слона, можна (треба!) продати. Тому витрати на сушіння та зберігання рано чи пізно будуть компенсовані. Але поки що кукурудзу – «білого слона» – необхідно ретельно доглядати… Бо, як казали у відомому анекдоті, «інакше ви слона не продасте..».

Олександр Гончаров