СПОСОБ СУШКИ СЕЛЕКЦИОННЫХ СЕМЯН СОИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD FOR DRYING BREEDER SOYBEAN SEEDS AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Группа изобретений относится к сельскому хозяйству, а именно к сушильной технике и может быть применена в сельскохозяйственных учреждениях, занимающихся селекционно-семеноводческой деятельностью.
Сушка является одним из важнейших мероприятий по сохранению семян. Процесс сушки семян состоит в передаче ими влаги агенту сушки, который может поглощать в себя влагу только в парообразном виде. Поэтому необходимыми условиями для сушки являются испарение воды в семенах и более высокое давление водяного пара в семенах, чем в агенте сушки. Каждая культура имеет свои особенности высушивания. Так, из-за большого содержания белка зернобобовые плохо отдают воду, неравномерно сохнут, что вызывает растрескивание оболочки, т.к. при сушке зернобобовых поверхность их быстро обезвоживается, а центральная часть семян остается влажной. Соя - очень интересная, капризная и сложная культура. Семена сои необходимо сушить так, чтобы скорость испарения влаги с поверхности зерна не превышала скорость перемещения влаги из центра зерна к его поверхности, иначе последует растрескивание зерен, потому что ее семена медленно отдают влагу (0,3-0,5%/час) и очень легко повреждаются от механического воздействия. Оболочка боба сои высыхает быстрее, чем ядро с семядолями и зародышем, уменьшается в объеме, и ее легко разорвать под давлением еще непросохшего ядра. А селекционные семена сои вообще не должны иметь даже микротрещин на оболочке. Максимальная температура высушивания для них - не выше 45°С. Даже при такой температуре соя может дать трещины при превышении необходимого % снятия влаги за проход. Семена сои считаются сухими с влажностью не выше 12%, а для селекционных семян - не ниже 12-14%, чтобы не «убить» зародыш в семени.
Из уровня техники известен способ сушки семян подсолнечника путем обдува семян воздухом с поддержанием температуры семян 65-75°С до получения конечной влажности 7,0-7,5%. Обдув осуществляют в две стадии: на первой - при температуре воздуха 500-600°С в течение 25-30 сек, а на второй - при температуре воздуха 100-175°С до получения конечной влажности (А.с. СССР №1007635, А23В 9/00, F26B 3/02).
Недостаток этого способа - неэффективность для сушки семян сои.
Известен способ сушки семян подсолнечника, являющийся усовершенствованием изобретения по а.с. №1007635 и включающий три стадии сушки: на первой семена нагревают до температуры 65-75°С в течение 25-30 сек в потоке горячего воздуха с температурой 500-600°С. Затем досушивают до конечной влажности 7-7,5% при температуре 100-175°С и охлаждают холодным воздухом с температурой 10-15°С в псевдосжиженном состоянии со скоростью охлаждения 0,6-0,7°С до температуры окружающей среды (а.с. СССР №1512549, А23В 9/00, А26В 3/02).
Недостаток этого способа - неэффективность для сушки семян сои.
Известен способ сушки зернисто-волокнистых материалов, преимущественно семян хлопчатника и сои, включающий продувание слоя семян в течение 5 мин горячим теплоносителем с температурой 105-110°С при числе псевдоожижения материала 0,4-0,8, обеспечивающем увеличение объема слоя в 1,1-1,7 раза относительно первоначального, при порозносности слоя 0,6 - 0,85 до конечной влажности 7-10% (А.с. СССР№1696823, F26B 17/10).
Недостаток этого способа - неэффективность для сушки селекционных семян сои.
3
Известен способ сушки семян зерновых культур, включающий пропускание их сковозь слой сушильного агента, в качестве которого используют озоновоздушную смесь, с концентрацией озона в озоновоздушной смеси 2-10 мг/см (А.с. СССР №1095899, A01F 25/08).
Недостаток этого способа - неэффективность для сушки селекционных семян сои, т.к. пропускание сушильного агента сквозь слой семян, а тем более с использованием при этом озона, интенсифицирущего процесс сушки, приводит к резкой неравномерности высушивания семян, к усадке и растрескиванию зерен сои из-за «быстрого» снятия влаги за проход.
Из уровня техники известна установка для тепловой обработки сыпучих материалов - семян подсолнечника, сои и других культур, содержащая последовательно соединенные камеры зажатого кипящего слоя с газораспределительной решеткой, газопроводящим коробом и разгрузочной течкой, и размещенные между камерами бункеры для отлежки материала, при этом решетка каждой камеры над течкой имеет окно, сообщающее надрешеточную зону с коробом с образованием сепарационной зоны (А.с. СССР №709933, F26B 17/10).
Недостаток этой установки - ее громоздкость и травмирование семян, что для селекционного материала недопустимо.
Известна камерная сушилка - для сушки зерновых, зернобобовых, масличных и других сельскохозяйственных культур, содержащая сушильную камеру, решетчатое днище с поперечным сечением в виде треугольника, обращенного вершиной вверх, и размещенные под днищем воздухораспределительный канал, а над днищем -направляющие элементы, выполненные в виде двухсекционной сетки, нижняя секция которой имеет форму днища и расположена от него с зазором, а верхняя установлена под углом к нижней с образованием расширения в сторону вершины днища. Кроме того, имеется корректирующее устройство в верхней части камеры, направляющий патрубок, воздухоподводящий патрубок, воздухоподогреватель, экран-отражатель, разгрузочные клапаны, другие элементы. (А.с. СССР №761801, F26B 9/06).
Недостаток этой сушилки - сложность конструкции и неэффективность для селекционных семян сои.
Известна камерная сушилка для термочувствительных материалов - бобовых, зерна, маслосемян, початков кукурузы, содержащая камеры с секциями загрузки и выгрузки материала и распределительный коридор, разделенный на отсеки, подключенные через клапаны к топочному блоку, подключенному в свою очередь к сборной камере отработавшего теплоносителя и коллектору, между которыми установлен патрубок, сообщающийся с атмосферой, коллектор снабжен шиберами и дроссельными заслонками и подключен к окнам топочного блока, а от секций загрузки и выгрузки материала к окнам топочного блока подведены трубопроводы для подсоса воздуха (А.с. СССР №956940, F26B 9/06).
Недостаток известной сушилки - сложность конструкции и неэффективность ее для селекционных семян сои.
Известна камерная сушилка для сельскохозяйственных продуктов - кукурузы в початках, зернобобовых культур и маслосемян, содержащая два ряда камер с наклонными продуваемыми днищами, верхними и нижними окнами подвода теплоносителя, перекрываемыми с помощью поворотных клапанов, загрузочные и разгрузочные люки и распределительный коридор для теплоносителя, подсоединенный к торцовым стенкам каждого ряда камер и разделенный вертикальными перегородками на центральный отсек с двухпозиционными клапанами для свежего и отработанного теплоносителя и два боковых отсека с многопозиционными двухсторонними клапанами для поочередного подключения отсеков к теплогенератору и атмосфере (А.с. №1015207, F26B 9/06).
Недостаток этой сушилки - сложность конструкции и травмирование семян, т.к. высушенный материал выгружают из камер через люки, а затем вновь загружают через другие люки для поочередного подключения отсеков к теплогенератору и атмосфере.
Известна сушилка для зерновых и зернобобовых культур, включающаяя сушильную камеру, воздуховод для сушильного агента, загружающее и разгрузочное устройства, газораспределительную решетку, установленную над решеткой диафрагму, состоящую из двух частей, одна из которых выполнена с возможностью перемещения в горизонтальной и вертикальной плоскости, а разгрузочное устройство расположено между диафрагмой и газораспределительной решеткой. Зерно проходит через открытые отверстия диафрагмы и заполняет пространство между ней и газораспределительной решеткой, под которую вентилятором подается сушильный агент требуемой температуры. После того, как зерно приобретет необходимую конечную влажность, подвижная часть диафрагмы сдвигается и закрывает ее отверстия, одновременно открывается разгрузочное устройство (А.с. СССР №1161800, F26B 9/06).
Недостаток этой сушилки - травмирование семян.
Известна камерная сушилка для дисперсных материалов, которая может быть использована в микробиологической, пищевой, химической и других отраслях, содержащая загрузочное устройство, сушильную камеру, корпус которой выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда, на каркасе которой между вагонетками с лотками для влажного материала установлены козырьки, делящие пространство камеры на три расположенные друг над другом зоны, вдоль которых последовательно движется сушильный агент, а свежий воздух, нагретый в наружном калорифере, засасывается вентилятором и подается в низ камеры, где он движется, два раза меняя направление и дважды нагреваясь в промежуточных калориферах, а часть отработанного воздуха с помощью шибера направляется на смешение со свежим воздухом в камеру смешения, а отработанный воздух отводится через систему пылеочистки, состоящей из акустической установки и циклона (Патент №2305236, F26B 9/06).
Недостаток этой сушилки состоит в том, что она не может обеспечить минимально необходимый отбор влажности семян в единицу времени, чтобы сохранить их всхожесть в полном объеме, что необходимо для селекционных семян сои.
Известна сушилка для термочувствительных материалов - для семенной кукурузы в початках, содержащая камеры с перфорированными днищами, размещенный между ними распределительный коридор, разделенный горизонтальной перегородкой на отсеки, подключенные к вентилятору и атмосфере, и поворотные клапаны, изменяющие направление движения теплоносителя в камерах на противоположное, при этом отсеки подключены к вентилятору при помощи диффузора с окнами на боковой поверхности и с разделительными рамами внутри, примыкающими одной стороной к перегородке, а клапаны, перекрывающие окна и приемы рам, шарнирно укреплены на стенках диффузора и соединены тягами регулируемой длины (А.с. СССР №523257, F26B 9/06).
Недостаток этой сушилки - сложность конструкции и неэффективность для сушки селекционных семян сои.
Известна камерная зерносушилка, содержащая камеры с перфорированными днищами, распределительный коридор между ними для теплоносителя, разделенный горизонтальной перегородкой на верхнюю и нижнюю секции. Коридоры соединены с топкой посредством диффузора, внутри которого установлены поворотные клапаны -верхний и нижний, соединенные между собой штангами с муфтами для регулирования длины. Над ними образована сборная камера для отработанного теплоносителя, на стенках которой имеются окна для возврата отработанного теплоносителя в топку по трубопроводам с жалюзийными автономными заслонками. Сверху и снизу окон расположены выхлопные окна для выброса отработанного теплоносителя наружу, которые периодически перекрываются шиберами, перемещающимися в направляющих вверх посредством блочно-троссовой системы, в вниз - под действием собственной массы. Клапаны перемещаются вверх от электролебедки, а вниз - под действием собственной массы и массы грузов-прововесов. Жалюзийные заслонки приводятся от общего исполнительного механизма. В топке установлен вентилятор. Наружный воздух поступает в топку через жалюзи, а отработанный теплоноситель подводится в зону форкамеры. С обеих сторон диффузора имеются проемы, перекрываемые сегментами, закрепленными на клапанах. На каждой стороне сборной камеры шибера соединены между собой регулировочными тягами, предназначенными для регулирования степени открытия и закрытия выхлопных окон. Заслонки управляются от датчиков относительной влажности отработанного теплоносителя (А.с. СССР №1109565, F26B 9/06, 1984 г.).
Недостаток известной зерносушилки - сложность конструкции и неэффективность для сушки селекционных семян сои.
Как видно из приведенного уровня техники недостатками существующих способов и устройств для сушки семян - их неэффективность для сушки семян сои, а наипаче селекционных семян сои, которые очень легко повреждаются от механического воздействия и могут дать трещины на оболочке, если скорость испарения влаги с оболочки боба будет превышать скорость перемещения влаги из центра зерна к поверхности.
Задачей заявляемой группы изобретений является создание эффективной для сушки селекционных семян сои технологии.
Цель - создать простую конструкцию сушилки, осуществляющую мягкий режим сушки, обеспечивающий равномерность высушивания с плавным съемом влаги, предотвращающим растрескивание зерен сои, а также их механическое повреждение.
Технический результат заявленного способа сушки селекционных семян сои обеспечивается тем, что семена помещают в тканевые сумочки и обдувают их воздухом с температурой 45±2°С с двух противоположных сторон сумочек, контролируя относительную влажность теплоносителя, при этом при достижении относительной влажности теплоносителя 55% осуществляют процесс обмена теплоносителя с окружающим воздухом в течение 4 минут через каждые 30 минут сушки циклами до достижения стабильной, в течение 1…2 часов, относительной влажности теплоносителя, равной 27%, после чего осуществляют процесс охлаждения семян с помощью обдува сумочек с семенами окружающим воздухом до температуры окружающей среды.
Исследуя уровень техники в процессе проведения патентного поиска по всем видам сведений, общедоступных в печати, мы не выявили технических решений, близких по сути своей к заявляемому способу сушки селекционных семян сои.
В результате наших исследований по изучению процесса сушки селекционных семян сои на специально разработанном опытном образце сушилки, позволяющем осуществлять операции сушки при различных режимах, были выявлены заявленные операции сушки и их режимы, позволяющие достичь поставленную цель и решить поставленную задачу.
Так, помещение семян в тканевые сумочки с последующим их обдувом теплоносителем исключает непосредственное соприкосновение семян с загрузочно-разгрузочными течками, с решетчатым днищем, с диафрагмами, со стенками сушильных секций и с другими разными конструктивными элементами известных сушилок - в зависимости от типа их конструкций. И это сохраняет селекционные семена от механического их травмирования, приводящего к получению ими микро- и макротрещин оболочек семян и непосредственно расположенных под оболочкой поверхностных тканей семядолей и осевых органов зародышей - зародышевого корешка, что ведет их к гибели, что чрезвычайно нежелательно в селекционной работе.
Обдув сумочек с семенами с двух противоположных сторон обеспечивает возможность более мягкого режима сушки - при температуре теплоносителя 45±2°С, более плавного съема влаги семян, более производительного процесса сушки, обеспечивающего отсутствие растрескивания семян, что очень важно в селекции.
Это объясняется тем, что при обдуве сумочек с семенами с двух противоположных сторон сумочек съем влаги со всего объема семян будет более плавным и одновременно более производительным, чем при продуве такого же объема семян теплоносителем.
Обмен теплоносителя с окружающим воздухом в течение 4 минут через каждые 30 минут сушки циклами после достижения влажности теплоносителя 55% и до достижения им стабильной, в течение 1…2 часов, влажности теплоносителя, равной 27%, обеспечивает плавное уменьшение влажности семян (0,3…0,5% за один час сушки), что исключает превышение скорости испарения влаги с поверхности зерна сои над скоростью перемещения влаги из центра зерна к его поверхности, а значит и не приводит к микро- и макротрещинам на оболочке зерна, что ценно для селекционных семян сои.
Заявляемый способ сушки селекционных семян сои поясняется чертежами: на фиг. 1 представлен график изменения влажности теплоносителя в процессе сушки селекционных семян сои; на фиг. 2 - график изменения влажности семян в зависимости от влажности теплоносителя; на фиг. 3 представлен график изменения удельного съема влаги семян в час.
Технический результат заявляемого устройства для сушки селекционных семян сои достигается за счет того, что оно содержит корпус, две одинаковые секции, соединенные общей перегородкой, каждая из секции включает воздушную камеру в форме прямоугольного параллелепипеда, три отсека сушки, три двери, теплогенератор, вентилятор, диффузор подачи теплоносителя, конус-распределитель теплоносителя, три вертикальных воздушных коридора, каждый из которых образован одной из стенок воздушной камеры и дверью отсека сушки, короб вытяжки, шибер теплообмена, воздуховод возврата теплоносителя к теплогенератору, переходник угловой, заслонку притока воздуха, заслонку возврата теплоносителя, сблокированные приводы шибера и заслонок с помощью тросовой системы, датчики температуры и влажности теплоносителя, пульт управления, микропроцессор, при этом каждый отсек сушки включает установленный в воздушном коридоре на одинаковом расстоянии от стенки воздушной камеры и от двери отсека решетчатый закром для помещения в него сумочек с семенами, задняя сторона которого выполнена в виде каркаса с системой вертикальных стержней из профильного проката, а передняя - в виде каркаса с горизонтально расположенными откидными решетчатыми загрузочно-разгрузочными окнами, смонтированными на направляющих, закрепленных на каркасе.
Далее решение поясняется ссылками на чертежи. На фиг. 4 схематично представлена двухсекционная камерная сушилка со снятой одной дверью (вид спереди); на фиг. 5 - внутреннее устройство секций сушилки (вид спереди); на фиг. 6 - разрез А-А на фиг. 5; на фиг. 7 - внутреннее устройство отсека сушки; на фиг.8 - закром сушильного отсека.
Устройство для сушки селекционных семян сои содержит корпус 1, две секции 2, соединенные общей перегородкой 3, каждая секция включает воздушную камеру 4, три отсека 5 сушки, три двери 6 отсеков сушки, теплогенератор 7 с вентилятором, диффузор 8 подачи теплоносителя, конус-распределитель 9 теплоносителя, три вертикальных воздушных коридора 10, каждый из которых образован одной из стенок 11 воздушной камеры и дверью отсека сушки, короб 12 вытяжки, шибер 13 теплообмена, воздуховод 14 возврата теплоносителя к теплогенератору, переходник 15 угловой, заслонку 16 притока воздуха, заслонку 17 возврата теплоносителя к теплогенератору, сблокированные приводы 18,19 соответственно шибера и заслонок с помощью тросовой системы 20, датчики 21 температуры и влажности теплоносителя, пульт 22 управления, микропроцессор 23, три решетчатых закрома 24 для сумочек с семенами, каркас 24 закрома, откидные загрузочно-разгрузочные окна 25 закрома, направляющие 26 окон.
Устройство для сушки селекционных семян сои работает следующим образом. Оператор открывает дверь 6 одного из трех отсеков 5 сушки, открывает поочередно загрузочно-разгрузочные окна 25, начиная снизу сушильного отсека, вкладывает через окна семена сои с исходной влажностью, например 30%, в тканевых сумочках в закром 24, заполняя его на 80…90% его объема и закрывая последовательно окна снизу вверх данного отсека. Закрывает дверь отсека и так поступает и с остальными двумя отсеками обеих секций сушилки, затем с пульта 22 управления включает в работу теплогенератор 7.
Процесс сушки начинается с нагрева воздуха теплогенератором 7 до температуры 45±2°С. При этом шибер 13 и заслонка 16 забора воздуха находится в закрытом положении, а заслонка 17 возврата теплоносителя - в открытом положении. Нагреваемый воздух с помощью вентилятора (на чертеже не показан) через диффузор 8 поступает в воздушные коридоры 10. Поднимаясь вверх, нагревает сумочки с семенами, которыми заполнены решетчатые закрома 5, с двух сторон сумочек. Далее теплоноситель поступает в вытяжной короб 12 и по воздуховоду 14 возврата теплоносителя через угловые переходники 15 возвращается к теплогенератору 7, совершая замкнутую циркуляцию во внутреннем объеме секций, забирая влагу с семян. Микропроцессор 23, соединенный с датчиками 21 температуры и влажности теплоносителя и с исполнительными органами (на чертеже не показано), проводит анализ параметров протекания процесса сушки и задает оптимальный режим посредством воздействия управляющими сигналами на исполнительные органы элементов сушилки. Так, при увеличении, относительной влажности теплоносителя выше допустимых для сои значений (55%) автоматически срабатывают приводы 18, 19 шибера 13 и заслонок 16, 17 соответственно, открывается шибер13 и заслонка 16 забора воздуха и закрывается заслонка 17 возврата воздуха. Происходит процесс воздухообмена, при котором влажность теплоносителя снижается в течение 4 минут, после чего закрываются шибер 13 и заслонка 16, а заслонка 17 -открывается. Теплоноситель нагревается в течение 30 минут. Процесс воздухообмена происходит циклически по заданной программе автоматически: 4 минуты длится воздухообмен через каждые 30 минут нагрева теплоносителя, что обеспечивает плавный съем влаги семян не выше 0,5% в час, предотвращающий их растрескивание (фиг. 1). Окончание процесса сушки задается программой, отключающей теплогенератор и открывающей шибер 13 и заслонки 16,17 при достижении стабильной, в течение 1…2 часов, влажности теплоносителя, равной 27%, при которой влажность семян равна 14%, а удельный съем влаги семян - не более 0,5% (фиг. 3). При этом вентилятор продолжает работать, происходит вентиляция секций наружным воздухом до температуры окружающей среды с уменьшением температуры и влажности семян в сумочках.
Пример.
3
В частном случае реализации изобретения была изготовлена камерная сушилка для сушки селекционных семян сои со следующими техническими характеристиками: количество секций- 2 шт, количество сушильных отсеков с закромами в камере - 6 шт, емкость камеры по семенам сои - 200 кг, вес семян в одной сумочке - от 1,5 кг до 4 кг, толщина решетчатого закрома - 60 мм, температура воздуха в камере - 45±2°С, циркуляция воздуха в камере - 390 м/ч, габариты сушилки: длина - 1600 мм, ширина -860 мм, высота - 1950 мм, масса - 270 кг, максимальная потребляемая мощность - 6,5 кВт, частичная потребляемая мощность - 3,5 кВт.
Проводилась сушка семян сои согласно заявляемому способу (фиг. 1) до конечной влажности семян 14% (фиг. 2 и фиг. 3) при которой сохраняется качество селекционных семян сои, благодаря плавному съему влаги семян, не более0,5% в час.
Таким образом, заявляемая группа изобретений предлагает эффективную для сушки селекционных семян сои технологию, включающую простую конструкцию сушилки, осуществляющей мягкий режим сушки с плавным съемом влаги семян, предотвращающим их растрескивание и механическое повреждение.
Признаки заявляемых изобретений необходимы и достаточны для того, чтобы осуществить сушку селекционных семян сои с сохранением их селекционного качества в мягком режиме при обеспечении удельного съема влаги не более 0,5% в час, т.е. для достижения поставленной цели и решения поставленной задачи.