Suszenie ziarna w grubej warstwie

Istnieje kilka metod suszenia ziarna. Często w gospodarstwach rolnych wielu krajów europejskich stosowana jest metoda suszenia ziarna w grubej nieruchomej warstwie – w silosach lub magazynach płaskich. Ta metoda zwana jest też suszeniem w temperaturze bliskiej temperaturze otoczenia lub krócej suszeniem niskotemperaturowym (w j. ang.: the bulk storage drying of grain lub near-ambient grain drying). Jest to metoda, która umożliwia długookresowe przechowywanie ziarna. W tabeli przedstawiono typowe maksymalne wilgotności ziarna podstawowych zbóż, rzepaku i kukurydzy oraz dopuszczalne wartości wilgotności ziarna do przechowywania długoterminowego.

W warunkach klimatycznych Polski można suszyć ziarno w grubej warstwie, jeżeli jego wilgotność w czasie zbioru z pola nie przekracza 20%, a więc, jak wynika też z tabeli, ta metoda nie dotyczy kukurydzy. Do suszenia ziarna w grubej warstwie wykorzystuje się zasadniczo potencjał suszący powietrza atmosferycznego. Jednostkowe zużycie energii na odparowanie jednego kilograma wody z masy ziarna jest dużo mniejsze w porównaniu z innymi metodami suszenia. W Wielkiej Brytanii w mokrym klimacie morskim metodą tą na początku tego wieku suszono około 50% masy ziarna zbieranego, a w suchym klimacie prerii północnoamerykańskiej aż około 80%. Ta metoda suszenia wymaga przestrzegania koniecznych zasad, na przykład:

a) wymaganych dawek powietrza suszącego,

b) dopuszczalnych grubości warstw dla danych wartości wilgotności ziarna zbieranego z pola,

c) zastosowania odpowiedniej kontroli wilgotności względnej i temperatury wdmuchiwanego powietrza do grubej warstwy ziarna.

Rolnicy pytają: jak to się dzieje, że powietrze suszy ziarno w warstwie grubości kilku metrów? Jak wyjaśnić proces suszenia ziarna w grubej nieruchomej warstwie?

Proces ten polega na tym, że pod perforowaną podłogę, na której leży ziarno w magazynie silosowym, lub płaskim wdmuchuje się sprężone wentylatorem powietrze, które może przyjąć parę wodną. Najlepiej, aby podłoga była perforowana na całej powierzchni. Sprężone powietrze pokonuje opór warstwy ziarna i przepływa w przestrzeniach między ziarniakami. Wilgoć znajdująca się w pojedynczych ziarniakach jest z nich odparowywana w postaci pary wodnej i przejmowana przez przepływające powietrze, które następnie jest wyprowadzane na zewnątrz magazynu.

Zagłębiając się jednak w mechanizm tego procesu, możemy zapytać dalej: co wymusza odparowywanie wody z powierzchni każdego ziarniaka? Inaczej można by spytać: co jest siłą napędową odparowywania wody z powierzchni ziarniaków? Otóż siłą napędową tego procesu jest różnica ciśnień cząstkowych pary wodnej w powietrzu przepływającym przez przestrzenie międzyziarnowe i na powierzchni ziarniaków – oczywiście w przepływającym powietrzu ciśnienie cząstkowe pary wodnej musi być niższe. Jest to równoznaczne ze stwierdzeniem, że wilgoć przepływa od ziarniaków do powietrza tam, gdzie wilgotność względna powietrza jest niższa od tak zwanej Wilgotności Równowagowej (WR). Należy też wyjaśnić, że wartości wilgotności WR można odczytać z odpowiednich tabel lub obliczyć na podstawie odpowiednich zależności matematycznych.

W wyniku procesu odparowywania ziarno zmniejsza swoją wilgotność, natomiast w przepływającym powietrzu przybywa pary wodnej. Należy nadmienić, że odparowywaniu wody towarzyszy zużycie ciepła i obniżenie temperatury ziarniaków w miejscach odparowywania wilgoci (wynika to z przemiany fazowej wody zawartej w ziarniakach w parę wodną przejętą przez powietrze suszące). Tak krótko można opisać transfer wilgoci między pojedynczymi ziarniakami a przepływającym między nimi powietrzem. Ale jak to się dzieje w całej masie ziarna, tzn. jak przepływ wilgoci od ziarniaków do powietrza przebiega w różnych miejscach grubej warstwy ziarna w czasie suszenia?

Rysunek . Idea suszenia ziarna w grubej nieruchomej warstwie przez mechaniczną wentylację powietrzem o temperaturze bliskiej temperaturze otoczenia. Strefa suszenia powoli przesuwa się zgodnie z kierunkiem ruchu powietrza suszącego. Przedstawione wartości wilgotności powietrza 50% i 70% są wartościami przykładowymi.

Typowy proces suszenia ziarna w grubej nieruchomej warstwie zobrazowano na rysunku. Wilgoć przepływa od ziarniaków do powietrza zasadniczo tylko w warstwie o stosunkowo niewielkiej grubości, zwanej strefą suszenia lub frontem suszenia. Front suszenia powoli przesuwa się zgodnie z kierunkiem ruchu powietrza w masie ziarna. Rysunek ilustruje strefę suszenia w połowie grubości całej warstwy ziarna, czyli mniej więcej w połowie całego okresu suszenia.

W powietrzu, które przepływa przez strefę suszenia, przybywa pary wodnej, co jak wiemy oznacza, że wilgotność względna powietrza wzrasta. Gdy wilgotność względna przepływającego powietrza zwiększy się do poziomu wilgotności równowagowej, wilgoć przestaje przepływać od ziarniaków do powietrza. Taka sytuacja ma miejsce w warstwach ziarna ponad strefą suszenia. Oznacza to, że wilgotność ziarna w warstwach powyżej strefy suszenia utrzymuje się na poziomie zbliżonym do wilgotności początkowej przez prawie cały okres suszenia. Suszenie w grubej warstwie trwa od kilku dni w suchych latach, do ok. 2 – 3 tygodni w latach bardzo mokrych, co zależy też od grubości warstwy zasypanego ziarna.

Wilgotność ziarna suchego w warstwach poniżej strefy suszenia ustala się na poziomie wilgotności równowagowej powietrza WR w stosunku do wilgotności względnej powietrza wdmuchiwanego pod perforowaną podłogę. Wróćmy do warstw ponad strefą suszenia, gdzie ziarno pozostaje mokre przez prawie cały okres suszenia. Jeżeli tak się dzieje, to rodzi się uzasadnione pytanie: czy ziarnu nie grozi w tych miejscach zapleśnienie? Tak, istnieją tam sprzyjające warunki do rozwoju wszelkich żywych organizmów, w tym szczególnie grzybów pleśniowych. Problem jednak łagodzi zjawisko naturalnego oziębiania i osuszania powierzchni ziarniaków w tych miejscach, szczególnie gdy są wentylowane powietrzem nieznacznie podgrzanym. Trzeba jednak pamiętać, że suszenie ziarna w grubej warstwie to wyścig z pleśniami.

Należy zdążyć, wysuszyć górne warstwy ziarna, zanim rozwiną się w nich grzyby pleśniowe. Inaczej mówiąc, trzeba wziąć pod uwagę, czas bezpiecznego suszenia przy danej wilgotności i temperaturze ziarna. Kluczem do tego by wspomniany wyścig z pleśniami zakończył się sukcesem, jest:

1. odpowiedni strumień (dawka) powietrza penetrującego wszystkie miejsca grubej warstwy ziarna (im dawka powietrza większa, tym lepiej);
2. odpowiednia wilgotność względna i temperatura powietrza – im niższe, tym lepiej;
3. odpowiednia kontrola wilgotności względnej i temperatury wdmuchiwanego powietrza.

Wilgotność względna i temperatura wdmuchiwanego powietrza powinny być kontrolowane tak, by nie dopuścić do niepotrzebnego nawilżenia dolnych warstw ziarna oraz by strefa suszenia dotarła do najwilgotniejszych warstw, zanim rozwiną się tam pleśnie. Jednocześnie żąda się, by w chwili zakończenia suszenia nie występowało nadmierne przesuszenie warstw znajdujących się na wlocie powietrza suszącego.

Autorzy: prof. dr hab. inż. Antoni Ryniecki i dr hab. inż. Jolanta Wawrzyniak są pracownikami Uniwersytetu Przyrodniczego w Poznaniu

Tekst powstał na podstawie poradnika „Dobrze przechowane zboże” © MR INFO Poznań

Powrót do spisu artykułów