Лицам, ответственным за выращивание, закупку, хранение, обработку и переработку зерна, важно знать системы обработки. Складские сооружения, системы обработки и атмосферные условия могут существенно повлиять на качество и ценность зерна. Системы сортировки зерна отражают повреждение зерна, которое происходит во время хранения и обработки. Неподходящее механическое оборудование может вызвать изменения качества, такие как увеличение нарушения целостности ядра и количества мелкой пыли в зерне. Острый затхлый запах плесени является проблемой при сортировке зерна; соответственно, такое зерно обозначается как грязное. Тепловое повреждение возникает в результате неправильных условий хранения.

Несмотря на то, что растущие мировые цены на группу сырьевых товаров оказали негативное влияние на зерноперерабатывающую отрасль, все ещё существует высокий спрос на новые проекты и развитие в нескольких регионах мира, что ещё больше усиливает конкурентное давление на промышленность. В таких ситуациях безопасное хранение и надлежащее обращение с техникой зерна становится спасением.

Как мы можем сбалансировать потребности растущего населения мира с пределами роста, которые могут быть обусловлены различными экологическими соображениями во всём мире? Каким бы ни было давление, какие бы ни были решения, одно можно сказать наверняка: зерно будет и впредь оставаться в центре мировых усилий по обеспечению продовольствием растущего населения.

Лицам, ответственным за выращивание, закупку, хранение, обработку и переработку зерна, важно знать системы обработки. Складские сооружения, системы обработки и атмосферные условия могут существенно повлиять на качество и ценность зерна. Системы сортировки зерна отражают повреждение зерна, которое происходит во время хранения и обработки. Неподходящее механическое оборудование может вызвать изменения качества, такие как увеличение нарушения целостности ядра и количества мелкой пыли в зерне. Острый затхлый запах плесени является проблемой при сортировке зерна; соответственно, такое зерно обозначается как грязное. Тепловое повреждение возникает в результате неправильных условий хранения.

Согласно системе сортировки в США, более 0,2% повреждённых при нагревании ядер снижают качество зерна до уровня № 3. Таких физических, химических и биологических изменений качества зерна можно избежать, если надлежащим образом контролировать условия хранения и обработки.

ВВЕДЕНИЕ Инфраструктура, связанная с хранением зерна, является основным компонентом системы управления зерном. Комплекс хранения и обработки зерна включает: приём, перемещение, обработку, регенерацию, очистку и хранение зерна. Это крупная инвестиция, поэтому вся система должна быть тщательно спланирована. Комплексы для хранения и обработки зерна (и переработанного зерна) должны быть совместимы с цельным, измельчённым или переработанным зерном.

Требуемые параметры Комплексы для хранения и обработки зерна должны быть спроектированы, построены и управляемы таким образом, чтобы:

• операционная технология и схема распределительной системы соответствовали типам и характеристикам обрабатываемых материалов, а также эксплуатационным требованиям комплекса • качество обрабатываемого зерна не нарушалось по причине загрязнения, насекомых или грызунов • вопросы безопасности персонала, оборудования и всего комплекса были реализованы. Обязательные требования В соответствии с: • AS1657 -1992 Стационарные платформы, пешеходные дорожки, лестничные клетки и трапы — проектирование, строительство и монтаж для доступа, лестниц, площадок и т. п. на оборудовании для хранения и обработки зерна. • AS2865-2009 Закрытые зоны для требований входа в закрытые зоны.

Схема комплекса Тип конструкции и количество доступной земли могут определять физическую планировку объекта. Относительное расположение зон, предназначенных для приёма зерна, подготовки кормов и загрузки и выгрузки, будут влиять на операционную производительность и затраты на эксплуатацию комплекса. Факторы проектирования для каждого хранилища и погрузочно-разгрузочного комплекса должны включать нижеуказанные критерии: • Пропускная способность хранилища • Скорость обработки • Капитальные затраты • Краткосрочная (например, монтажная площадка/силосный бункер) и долгосрочная (например, силосы) инфраструктура • Допустимый уровень ухудшения качественных характеристик зерна • Защита зерна от порчи, насекомых, вредителей и паразитов • Требования к техническому обслуживанию • Технологическая схема / требования к планировке сооружения • Автоматизация • Требования к управлению по охране природы • Определённая степень гибкости • Ожидаемый срок службы системы • Безопасность (например, взрыв пыли).

Характеристики зерна Зерно можно разделить на три группы: зерновые (кукуруза, пшеница, ячмень, сорго, рис); бобовые (люпин, фасоль, горох); масличные (соя, подсолнечник, льняное семя, канола).

Различные зерновые характеристики могут влиять на тип выбранной системы дистрибуции и компоненты, требуемые для неё. Эти характеристики включают влажность, респирацию, угол естественного откоса, а также истирание зерна по отношению к контактным поверхностям и лёгкость его потока. Краткое описание содержания влаги и угла естественного откоса приведено ниже.

Содержание влаги Содержание влаги в зерне определяется как количество воды, которое поглощается ядром зерна, в процентах от общего веса ядра зерна. Содержание влаги в зерне обычно указывается на «во влажном состоянии» (wb) и рассчитывается следующим образом: Стандартные сорта зерна с содержанием влаги 13–18% обычно не вызывают проблем с потоком материала. Но зерно с высоким содержанием влаги в сочетании с высоким содержанием посторонних материалов и мелкозернистых частиц может привести к проблемам с подачей материала и обработкой. Содержание влаги в зерне может изменяться в зависимости от среды, в которой оно хранится, и это следует контролировать, чтобы обеспечить общее состояние зерна на оптимальном уровне. При повышении температуры безопасный уровень влаги в зерне должен быть уменьшен для хорошего качества хранения.

Изменения влажности и температуры движения воздуха зерна внутри хранилища Миграция влаги в хранящемся зерне происходит из-за изменения температуры в течение сезона, то есть зимой и летом. Одним из наиболее важных факторов, влияющих на срок хранения зерна, является содержание влаги. Высокое содержание влаги и тёплый климат способствуют распространению плесени, насекомых и увеличению частоты потока воздуха в зерне, что приводит к ухудшению и потере качества зёрен. Миграция влаги происходит внутри силоса, даже если зёрна хранятся при желаемом уровне влажности, то есть в безопасных для хранения условиях.

Угол естественного откоса Угол естественного откоса — это наибольший угол от горизонтали, на который можно поднять зерно без скольжения или качения на себя в сводной форме. Это определяет, будет ли масса зерна двигаться в потоке под действием силы тяжести или для перемещения понадобятся внешние силы. Он будет определять минимальные углы ската для гравитационного потока. Угол естественного откоса зерна зависит от типа, сорта, содержания влаги, качества и уровня загрязнения зерна. Угол естественного откоса для обычного зерна показан ниже. Эти углы будут увеличиваться для влажного зерна и также могут незначительно отличаться.

ЗЕРНО УГОЛ (градусы) ЯЧМЕНЬ 28 ПШЕНИЦА 25 СОРГО 30 ПОДСОЛНЕЧНИК 30 КУКУРУЗА 23 ОВЁС 28 СОЯ 25

Абразия Зёрна сталкиваются с поверхностью износа, которая находятся в контакте с потоком. Степень износа будет варьироваться в зависимости от типа, объёма и скорости зерна, а также от воздействия потоков зерна на поверхности и наклона поверхности соприкосновения. Все аспекты системы дистрибуции зависят от этих характеристик. При анализе систем такие компоненты, как трубопроводы, каналы, затворы, клапаны, конвейеры и будущий доступ к ним, должны быть спроектированы в системе согласно требованиям к техническому обслуживанию.

Коррозия Влажное, измельчённое и химически обработанное зерно может вызвать коррозию стандартных конструкций из углеродистой стали. Каждый тип зерна, подлежащий обработке, должен быть проверен с целью определения необходимости нержавеющей стали, или возможного сокращения издержек жизненного цикла. Если предусматривается необходимость промывки водой или системы очистки, в системе дистрибуции следует обратить внимание на материалы, используемые для строительства конструкции.

Дыхание зерна Зерно получает кислород из воздуха и расщепляет питательные вещества, содержащиеся в эндосперме. В этом процессе происходит выделение тепла, водяного пара и углекислого газа. Этот процесс в зёрнах называется дыханием. Дыхание зерна во время хранения способствует потере сухого вещества на 1% и более.

Дыхание — это процесс медленного сжигания углеводов при наличии кислорода в живой системе для производства энергии.

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Энергия

Этот процесс зависит от температуры и концентрации O2 и CO2. Уменьшение концентрации O2 и увеличение концентрации CO2 сокращает частоту дыхания. Снижение температуры замедляет частоту дыхания в зёрнах, как и во многих других продуктах.

Хранение зерна Все системы хранения должны быть спроектированы так, чтобы обеспечивать надлежащую защиту и сохранять качество зерна. Цельное зерно может прорасти при определённых условиях, а также способно привлечь плесень, насекомых и грызунов. Кроме того, хранение зерна представляет несколько проблем безопасности. Системы хранения зерна бывают разных форм и размеров, проект зернохранилища должен основываться на: • продолжительности хранения – временная или длительная • степени сепарации разных видов зерна • требовании к контролю происхождения • ожидаемом сроке эксплуатации конструкции.

Длительное хранение Как правило, зерно при длительном хранении должно быть прохладным и сухим. Варианты включают стальные силосы с гладкими стенками, силосы из рифлёной стали, бетонные силосы и подземные шахты. Стальные силосы являются наиболее распространённым методом длительного хранения зерна на кормовых площадках, но подземное хранилище является альтернативным вариантом для более длительного хранения.

Силосные зернохранилища Силосные зернохранилища доступны в различных размерах, конфигурациях и материалах, включая плоское дно или конусное основание, а также газонепроницаемые, вентилируемые или неаэрируемые хранилища. Силосные бункеры могут быть собраны на месте или транспортированы полностью построенными и готовыми к установке. Размер полностью построенных транспортабельных силосов ограничен правилами автомобильных перевозок. Как общий ориентир, вместимость полностью построенного бункера может находиться в пределах до 140 тонн. Большинство небольших (50–70 тонн) силосов с конусным дном обычно изготавливаются заранее и транспортируются. Хранилища с коническим днищем являются самоочищающимися, но их вместимость ограничена менее 300 тоннами. Для откормочных площадок могут потребоваться герметичные/газонепроницаемые складские объекты повышенной вместимости. Но увеличенная площадь поверхности силоса требует большего количества соединений листового металла, что обеспечивает больше возможностей для выхода воздуха или газа. Вместимость обычно указывается в тоннах, но также может определяться в кубических метрах (м3). Чтобы установить вместимость в тоннах, умножьте кубическую вместимость на объёмную плотность зерна.

Фундамент силосного зернохранилища Фундаменты для надземных силосных зернохранилищ отличаются от фундаментов для общестроительных конструкций большими нагрузками. Первым шагом в создании силоса является формирование опорной плиты хорошего качества. Эти структуры разработаны для поддержки зерна в вертикальной плоскости, с давлением, которое равномерно распределяется вокруг базового несущего каркаса. Если опорная плита является неровной, вес зерна будет создавать чрезмерное напряжение на нижних пластинах силоса и, возможно, способствовать искажению несущего каркаса, деформируя конструкцию. Технические требования к почве для большинства надземных силосных зернохранилищ должны быть определены инженером-геотехником.

Безопасность силосного зернохранилища Вопросы безопасности, связанные с хранением и обработкой зерна, включают в себя высотные работы, работу в замкнутых пространствах, проникновение в зерновые силосы во время опорожнения и взрывы пыли. В проектировании силосного зернохранилища используются наземные крышки, лестницы с защитным сетчатым ограждением, а также платформы и верхние рельсы для минимизации риска падения оператора. Также должны быть предусмотрены приспособления для крепления жгутов, которые обязаны носить все операторы, которые поднимаются и входят в силосные бункеры. Силосные зернохранилища классифицируются как замкнутые пространства, перед входом в которые необходимо соблюдать надлежащие процедуры. Управление зернохранилищем Надлежащая гигиена в помещениях по обработке и хранению зерна способствует поддержке качества обрабатываемой продукции. Проблемы со спеканием зерна на стенах силосного бункера, сыростью и плесенью внутри конструкции вызваны плохим управлением запасами зерновых или ненадлежащим обслуживанием зернохранилища. Сообщалось о других проблемах с люпином или горохом, хранящимися в устарелых бункерах, где стены прогибались или сжимались от большой нагрузки, оказываемой круглыми семенами. В крайних случаях происходили разрушения зернохранилищ. Надлежащая гигиеническая практика может быть достигнута в случае, когда хранилища: • легко инспектируются • регулярно подвергаются техническому обслуживанию • очищаются от остатков зерна, особенно ангары, территория вокруг бункеров, шнековые подъёмники и силосы после опорожнения.

Оптимальная разработка зернохранилища должна дополняться: • надлежащим обучением сотрудников по вопросам безопасности и гигиены • регулярным мониторингом • созданием системы регистрации и проверки гигиенических процедур • разработкой стратегий действий на случай загрязнения.

Обработка зерна Конвейерные системы и транспортировка зерна должны быть спроектированы таким образом, чтобы минимизировать повреждение зерна. Бобовые более восприимчивы к ударным повреждениям, чем зерновые, и их нельзя перемещать на пневматических зерновых конвейерах, так как скорость удара зерна выше критических 12 м/с. Бобовые также должны избегать воздействия шнековых подъёмников с диаметром менее 125 мм. Желательно подъёмники должны вращаться медленно, чтобы минимизировать повреждение зерна.

Загрузочный зерновой хоппер Для эффективной перевозки зерна необходима высокоэффективная система загрузки. В идеальном случае должна быть возможность разместить груз в прицепном вагоне и вытащить его из зоны разгрузки в течение нескольких минут. Загрузочный вагон-хоппер обычно оснащён шнековым конвейером для сбора зерна с целью кондиционирования или хранения.

Кондиционирование зерна и металлообнаружение Инородные материалы и пыль должны быть удалены, чтобы устранить в дальнейшем проблемы в системе хранения и обработки зерна. Кондиционер для зерна или просеивающая машина удаляют посторонние частицы. Система удаления и сбора пыли предотвращает попадание пыли в окружающую среду. Все инородные металлические предметы должны быть обнаружены и удалены, прежде чем они могут причинить ущерб. Постоянный магнит или электромагнит должны находиться в жёлобе, который питает зерновой кондиционер, но при этом его необходимо регулярно проверять и чистить.

Ленточный и ковшовый элеватор Ковшовые элеваторы используются в основном для вертикального подъёма зерна в силосные зернохранилища. Они обычно доставляют зерно непосредственно в бункеры с помощью отводящего устройства, которое направляют зерно в гравитационный жёлоб в выбранном силосе, или с помощью ленточных конвейеров для горизонтальной передачи зерна в различные бункеры. Вместимость зависит от объёма ковшей, расстояния между ними и скорости ремня. Элеваторы достигают до 20 метров в высоту с производительностью 50 тонн в час. Ковшовые элеваторы предусматривают самоочищение и обычно закрепляются в установленном положении.

Шнековый (винтовой) конвейер Шнековые элеваторы являются одним из самых дешёвых методов подъёма зерна, которые могут быть как стационарными, так и подвижными. Они доступны в широком диапазоне масштабов длины и мощности. Они сравнительно легки по весу и надёжны в эксплуатации благодаря хорошей мобильности. Длинные шнековые конвейеры могут быть установлены на колесах для удобства транспортировки. Угол поворота регулируется, но производительность уменьшается при подъёме конвейера. Высокое содержание влаги в зерне также снижает производительность винтового конвейера. Изношенные шнековые конвейеры могут повредить крупноколотое зерно.

Ленточный конвейер Ленточные конвейеры обычно используются для горизонтального перемещения зерна. Их наклоны могут достигать до 15° и даже до 30° с рёбрами, установленными на ленте. Производительность ленточного конвейера высокая, и зерно можно загружать или выгружать в любом месте вдоль ленты. Ленточные конвейеры не повреждают зерно и поднимают мало пыли.

Цепной скребковый конвейер Цепные скребковые конвейеры или лопастные конвейеры используют серию лопастей, прикреплённых к петле цепи, движущейся внутри полностью закрытого жёлоба. Круглые лопасти имеют параметры, которые плотно прилегают к жёлобу. Эта полностью закрытая система предотвращает попадание пыли в здание. Скребковые цепи могут перемещать зерно под любым углом, в том числе горизонтальным, и в значительной степени самоочищаются, при этом углы цепных петель обычно требуют внимания. Цепные скребковые конвейеры являются стационарной установкой, но могут быть легко расширены для активизации возможностей хранилища.

Мобильное оборудование Мобильные шнековые конвейеры, передвижные ленточные конвейеры, метатели зерна и пневматические конвейеры могут использоваться для загрузки зерна в хранилища. Для опорожнения площадки можно применять мобильные шнековые или ленточные конвейеры с фиксированными и защищенными поперечными зачистками или фронтальным погрузчиком. Пневматические конвейеры также подходят для этой работы и позволяют легко производить окончательную очистку зерна. Операторы, использующие мобильное подъёмное оборудование, должны быть осведомлены о любых воздушных линиях электропередачи для предотвращения поражения электрическим током.

Автоматизация Системы управления, контрольно-измерительные приборы и системы автоматизации являются ключевыми элементами в общей системе дистрибуции. Система автоматизации регулируется общими проектными и эксплуатационными требованиями объекта. Каждое индивидуально управляемое устройство может быть подключено к главному ПЛК, что позволяет координировать управление различными устройствами.