Áru- és vetõmag szemes termények szárítási technológiái és fejlesztési lehetõségek

A hazai gazdaságok összességében jelentõs darabszámú és szárítókapacitású szárítóberendezéssel rendelkeznek, azonban ezek körülbelül kétharmada elavult technológiájú, kifogásolható mûszaki állapotú. Továbbá nagy részük nem felel meg a 2007-tõl érvénybe lépõ Európai Uniós levegõtisztasági törvény porkibocsátással kapcsolatos elõírásainak. Így ezen a területen is rövid idõn belül elõrelépésre lesz szükség, ami részben a meglévõ szárítók korszerûsítésével, illetve új berendezések beszerzésével valósítható meg. A magyar gazdaságok részére a hazai és külföldi gyártók, forgalmazók széles választékot kínálnak, így több tucat különbözõ típusú és gyártmányú szárítókból kell kiválasztani a legmegfelelõbbet. Jelen írásunkban részben ehhez kívánunk segítséget adni.

A mezõgazdasági termékeknél a vizet természetes és mesterséges szárítási eljárással távolíthatjuk el. A természetes szárítás leginkább a szálastakarmányoknál (szénakészítés) található meg, de a csöves kukoricánál (górés tárolás) és szemes terményeknél is elõfordul. Jelen írásunkban a konvektív módon történõ mesterséges szárítással foglalkozunk. Konvektív szárítási folyamatról akkor beszélünk, ha a szárítás teljes energiaszükségletét a szárítóközeg fedezi konvenciós (áramlás) hõközléssel és az elpárolgatott nedvességelszállítást is elvégzi.

A konvenciós hõközléses szárításnál a szárítóközeg hõmérséklete alapján beszélünk:

• környezeti levegõvel történõ szellõztetéses szárításról (tsz=10–30 °C)
• elõmelegített levegõvel történõ szellõztetéses szárításról (tsz=25–30 °C)
• meleg levegõs szárításról (tsz=50–200 °C)
• forró levegõs szárításról (tsz=500–1200 °C)

A szárító levegõ hõmérsékletének a megválasztásánál figyelembe kell venni a kiindulási nedvességtartalmat is, de a fõ szempontnak a beltartalmi értékcsökkenés elkerülését kell tekinteni. A szárítás jelentõs minõségvesztéssel is járhat, aminek a mértéke a szárítási technológia és a szárítási idõ mellett a szárítóközeg állapotjelzõitõl (elsõsorban annak hõmérsékletétõl) függ. Azt az adott szárítási idõtartalomhoz tartozó hõmérsékleti határt, amelynél a biológiai érték károsodik, nem szabad túllépni.

A szárítók biztonságos üzemeltetésének elõfeltétele a termény tisztasága. A szárítókat ezért egészítik ki minden esetben elõtisztító berendezésekkel is. Itt ügyelni kell a teljesítmények összehangolására.

Szemestermény-szárító berendezések felépítése, mûködése
A szemestermények víztartalom-csökkentését megvalósító szárítóberendezések nagyon változatos kialakítással készülnek. Csoportosításukat többféle szempont szerint végezhetjük el. A szárító levegõ és a termény egymáshoz viszonyított haladási iránya szerint megkülönböztetünk egyenáramú, ellenáramú és keresztáramú szárítást megvalósító berendezéseket. A konstrukciós kialakítás szempontjából két jellemzõ változatot kell megemlíteni, melyek az anyagtovábbítás módjában különböznek.

Ezek:

• kényszertovábbítású (például kaparóláncos, szalagos, vibrációs stb.) szárítók.
• gravitációs rendszerû (például oszlopos, aknás, illetve csörgedeztetõ) szárítók.

Továbbá kialakíthatók a szárítók telepített, konténerelemekbõl összerakható és mobil változatban, üzemük pedig lehet folyamatos, szakaszos, illetve nyugvóágyas és tételenként szárító megoldású.

Magyarországon a szemestermény-szárítók használata és gyártása a nagyüzemi kukoricatermelés kialakulásával és a morzsolásos betakarítás elterjedésével az 1960-as és 70-es években vált szükségessé.

A szárító géppark gyakorlatilag két jellemzõ csoportba tartozott, melyek nagy része ma is használható állapotban van. Létesítésükre elsõsorban a nagy tömegû és viszonylag magas betakarításkori nedvességtartalmú kukorica szárítása érdekében került sor, de felhasználhatók valamennyi szemes termény (kalászos gabonafélék, ipari növények) szárítására is.

A létesített mintegy 1200 darab hagyományos szemestermény-szárító közül mintegy 1000 darab volt a B1-15-ös típus, a többi DSZP, Sirokko és egyéb változatok.

Többségében gravitációs rendszerû toronyszárítók (1. ábra) létesültek, melyeknél a szárítandó termény a nehézségi erõ hatására csörgedezve halad lefelé a szárítótorony (akna) belsejébe. Sebességét a legalul elhelyezett kitároló-berendezés beállított teljesítménye határozza meg. A szárítóközeg kényszerítve van arra, hogy mintegy 15–30 cm-es terményrétegen áthaladjon, mielõtt a szabadba távozik (1. ábra, c. részlet). A csatornák keresztmetszete lehet állandó, vagy az áramlás irányában változó. Ezen hagyományos csörgedeztetõ rendszerû szárítók hátránya, hogy túl magas a fajlagos energiafelhasználásuk (5–5,5 MJ/kg víz, esetenként a 6 MJ/kg víz értéket is elérheti). Továbbá jelentõs a termény nedvességtartalom eltérése, és fõként túlszárítás esetén fennáll a termény túlmelegedése, ami minõségkárosodással járhat.

A nagyteljesítményû hagyományos szárítóberendezések átlagos életkora elérte a 20 évet és a nem megfelelõ karbantartás, az elhúzódó felújítások következtében üzembiztonságuk sokszor nem megfelelõ.

A rendszer és gazdasági szerkezetváltás következtében az újonnan létesített viszonylag korszerû szárítóberendezések teljesítménye többségében a kis- és közepes kategóriába tartozik. A megvalósult 400–450 szárítótelep közül mintegy 100 sorolható a korszerû automatikus vezérlésû nagy teljesítményûek közé. Ezeknél a recirkulációs, vagy egyéb hõvisszanyeréses szárítási technológia 25–30%-kal javítja az energiafelhasználási mutatót. A legutóbbi idõszakban évente 15–20 szárítóberendezést helyeztek üzembe, ami az elvárható igényeket, de még a tervezett fejlesztéseket is messze alulmúlja.

Jelenleg Magyarországon körülbelül 1500 darab üzemelõ szárítóberendezés található, melyek többsége korszerûtlennek minõsíthetõ. A korszerûsítés a meglévõ géppark rekonstrukciós átalakításával, illetve új, megfelelõ színvonalú korszerû szárítók üzembe állításával valósítható meg. Hazánkban mind a két törekvés megfigyelhetõ.

Az üzemelõ szárítóberendezések rekonstrukciós átalakítása
Az üzemelõ szárítóberendezések rekonstrukciós átalakítására elsõsorban az energiaár-növekedés következtében került sor. Cél elsõsorban a szárítási energiaigény csökkentése, de egyes változatoknál a terménykímélõ szárítás is megvalósult egyben. Néhány esetben a fosszilis energiahordozók kiváltására is sor került kísérletképpen.

A rekonstrukciós átalakításokkal a magas fajlagos energiafelhasználást igyekeztek csökkenteni, elsõsorban a nagyszámú B 1-15 típusú keresztáramú szárítónál. Több olyan légvezetés módosítás és egyben változtatás valósult meg, melyekkel 15–35%-kal sikerült a fajlagos hõfelhasználást mérsékelni. E tárgyban több szabadalmaztatott megoldás született, melyek részletes felsorolásától eltekintünk. Ezen rekonstrukciós megoldások nem minden esetben váltották be a hozzájuk fûzött reményeket. Az energia-felhasználási mutatók javultak ugyan, de több esetben csökkent a teljesítmény valamint nõtt a tûzveszély.

Miután jelenleg is jelentõs számú B 1-15 típusú szárító van üzemben, ezek korszerûsítése – már csak ha az említett levegõtisztasági törvény 2007. évi bevezetésére gondolunk – elodázhatatlan feladat. Erre ismertet két lehetõséget az IKR részérõl Antos Gábor az elmúlt hónapi számban. (Agro Napló 2006/5). Különösen a második – igaz költségesebb megoldás – emelhetõ ki, ahol a szívott rendszerre történõ átalakítással a hûtõlevegõ hõ – hasznosítására is sor kerülhet. A beépítésre kerülõ TC 30 típusú porleválasztó ciklonnal rendelkezõ turbóventilátorok biztosítják a szigorodó környezetvédelmi normák betartását is.

Új, korszerû, energiatakarékos szárítóberendezések
A rekonstrukciós átalakításokkal párhuzamosan megkezdõdött új szárítógéptípusok hazai fejlesztése, licenc alapján néhány típus gyártása. De a hazai kínálatba az európai és tengerentúli szárítók különbözõ változatai szintén kivétel nélkül megtalálhatók, illetve elérhetõk. A hazai fejlesztések közül kiemelhetõ például a B2-15 és SIROKKÓ 2000, majd B3-21 típus.

A mai kínálat a kis üzemméretek ajánlott kis teljesítményû tételes, esetenként folyamatos üzemû szárítóktól a legkorszerûbb energiatakarékos, nagy teljesítményû, automatikus vezérlésû berendezésekig terjed. Természetesen ezek között olyanok is találhatók, melyek mûködési rendszerüket tekintve egyáltalán nem különböznek a korábbi korszerûtlen, egyszerû légátvezetéses keresztirányú szárítóktól.

Gazdag választék részletes ismertetésére nem vállalkozhatunk, a következõkben a különbözõ rendszerekbõl csak egyet-egyet mutatunk be példaképpen.
A kis- és közepes gazdaságoknak szánt kis teljesítményû tételes szárítók egy része (GSI, PEDROTTI, MECMAR stb.) viszonylag kedvezõ energiafelhasználású vastagrétegû változatok (például a 2. ábra).

A kisebb teljesítményûek között megemlíthetõk a vízszintes elrendezésû kaszkád rendszerûek (GSI-Competitor, C-2140 EE, GSI Portable), melyek egyszeri keresztirányú légátvezetéses változatok. Közöttük tételes és folyamatos üzemûek is megtalálhatók. Itt szeretnénk megjegyezni, hogy több gyártó kínál csörgedeztetõ rendszerû aknás, vagy toronyszárítókat is, úgynevezett farmer méretben. Ezeknél, a kis teljesítményû változatoknál a nagyobbakra jellemzõ hõvisszanyeréses, energiatakarékos üzem általában nem valósul meg.

A folyamatos üzemû, nagy teljesítményû kategóriában két csoport különíthetõ el markánsan egymástól. Az úgynevezett hengeres gyûrûaknás szárítók (3. ábra), (például GSI, MEYER, HEVESGÉP, ZIMMERMAN) vastagabb terményrétegû keresztáramú szárítók, melyeknél a hûtõlevegõ hõhasznosítása megvalósítható.

Eleve alacsonyabb vízelvonásra méretezett szárítóváltozatokkal kapcsolatban meg kell említeni, hogy nem teljesen univerzálisak. Vásárlásnál a perforáció (lyukak) méretét a szárítandó termény mérete szerint kell kiválasztani. Jelentõs a kínálat a hagyományosnak tekinthetõ csörgedeztetõ rendszerû aknás szárítókból. Ezek nagy részénél a hûtõlevegõn kívül a szárítózóna alsó részébõl kilépõ levegõ visszavezetése (recirkuláltatása) is megtörténik, így a fajlagos hõfelhasználási értékük (3,8–4,2 MJ/kg víz) alapján energiatakarékos csoportba sorolhatók. Ilyenek a STELA, CIMBRIA, LAW és PETKUS változatok.
A különbözõ szárítógép gyártók egyes típusokat a közepes teljesítménykategóriában is készíti mobil, illetve áttelepíthetõ változatban (4. ábra). Itt ki lehet emelni például a STELA UNIVERSAL típust (5. ábra), mellyel el lehet kerülni az építési-engedélyezési eljárást, valamint a helyszíni szerelési feladatok nagy részét. Speciális szállítótrélerrel a helyszínre szállítás után 15 perc alatt – akár a régi lebontott szárító helyére is – felállítható.

Korszerû szemestermény-szárítókkiválasztásának szempontjai, fejlesztési irányok
A szemestermény-szárítók korszerûségét számos kívánalom, és ezek minél teljesebb körû kielégítése jelenti.

Ezek közül a legfontosabbak a következõk:

• energia- és költségtakarékos üzemû legyen,
• terménykímélõ, minõségmegóvó szárítást valósítson meg,
• feleljen meg a környezetvédelmi elõírásoknak,
• üzemük megfelelõ szinten automatizált legyen.

Mivel Magyarországon az üzemek termelési szerkezetében a napraforgó és a repce is jelentõs helyet foglal el, és ez a következõ idõszakban a növényi hajtóanyag-elõállítás miatt még fokozódni fog, ezért a korszerû szárítóberendezésnek univerzálisnak kell lenni. Így a normál szárítási üzemmód (kukorica) mellett, úgynevezett olajos mag, valamint tételes, vagy szellõztetéses üzemmódra történõ átállítás lehetõsége is követelményként jelentkezik.

A környezetvédelmi elvárások közé soroljuk a szennyezõanyag-kibocsátáson túl a zajhatást is. A szennyezõanyag-kibocsátás jelentõs mértékû csökkentése szívott rendszerû szárítóknál valósítható meg könnyebben. Egyik lehetõség a fentiekben említett, a Bábolna szárítók korszerûsítésénél tervezett Turboclean, vagy a Cimbria cég által szabadalmaztatott Cyclofan típusú porleválasztós turboventilátorok alkalmazása. Másik lehetõség a viszonylag drága aktív porszûrõk, vagy egyszerûbb por-léha kiszívásgátlók beépítése. A nyomott légáramú rendszereknél viszont gyakorlatilag lehetetlen a por-léha kiválasztás. Ilyen szempontból külön kell megítélni a szintén nyomott rendszerû gyûrûaknás szárítókat. Ezeknél kisebb a kilépõ levegõ sebessége, és a perforáció is meghatározza a kifújható szemcsék méretét. Vizsgálat döntheti el, hogy ezzel teljesíthetõk-e a szigorodó normák, a porkibocsátás a megengedhetõ határértéket nem lépi-e túl.

Az energia- és költségtakarékos üzemmód feltételez valamilyen hõvisszanyerési megoldást. A korszerûnek tekinthetõ újabb szárítóknál a hûtõlevegõ, vagy a hûtõ és a szárítózóna alsó szakaszából kilépõ alacsony páratartalmú levegõ együttes visszavezetésére kerül sor a kazántérbe, illetve a meleglevegõ elosztó térbe. Egyes változatoknál a hûtõszekció mérete is változtatható, így alkalmazkodni lehet az eltérõ hûtõkapacitási igényekhez. 

A 6. ábrán bemutatott szabadalmaztatott rendszernél a visszavezetett levegõt részben, vagy egészben lehet az alsó szárítózónához visszavezetni. Ezzel az energiatakarékosság mellett a terménykímélés is megvalósul, a magvak alacsonyabb hõmérséklettel érkeznek a hûtõzónába, így a hõmérsékletkülönbség okozta sokkhatás kisebb mértékû lesz. Hasonló hatás érhetõ el a hûtõ- és szárítózóna közé beiktatott pihentetõzónával, valamint az osztott szárítózónás változatokkal, melyek az alsó szárítózónánál eleve alacsonyabb szárítólevegõ hõmérséklettel dolgoznak. Felvetõdött a szárító- és hûtõtorony külön választása. A pihentetés és egalizálás után a legnehezebben elvonható utolsó néhány % nedvesség a terményben lévõ hõmennyiség felhasználásával feltételezhetõen kíméletesebben távolítható el. Ilyen megoldást kísérletképpen megvalósítottak Magyarországon is. Szintén kíméletes szárítás céljából építenek be egyes korszerû változatoknál növelt térfogatú fogadószekciót. Az úgynevezett puffertárolóban – különösen hidegebb õszi idõszakban – diffúziós úton elõmelegszik a termény, kiizzadva javul a kezdeti vízelvonás, és csökken a hõstresszbõl adódó káros hatás.

A terménykímélõ, minõségmegóvó szárítás feltétele továbbá, hogy a maghõmérséklet ne haladja meg a kritikusnak kimondható 60 °C-ot. Ehhez részben a szárítólevegõ hõmérsékletét kell helyesen megválasztani, illetve kerülni kell a jelentõs túlszárítást. Az új, korszerû szárítóberendezések a fentiek miatt a korábbinál alacsonyabb szárítólevegõ-hõmérsékleten üzemelnek. A szerkezeti kialakítástól függõen kukoricánál 80–100 °C (maximum 110 °C) javasolható.

A szárítók üzemének automatizálása ma még nem általános. A szárítási folyamatok részbeni vagy teljes vezérlése többnyire hõmérsékletmérésen alapul. Néhány vezérlõautomatánál a maghõmérséklet mérése mellett a bejövõ termény nedvességtartalmára a kilépõ levegõ paramétereibõl következtetnek, és ez alapján vezérlik a kiadagolást. A termény folyamatos nedvességmérésen alapuló korábbi automatizálási megoldások – elsõsorban az érzékelõ szenzorok hibái miatt – nem váltak be a gyakorlatban.
A STELA cég 2000-ben jelent meg egy új fejlesztéssel, amely közvetlen nedvességmérésen alapuló on-line vezérlést valósított meg. A rendszerben alkalmazott radarhullám terjedésén alapuló nedvességmérés-elv az eddigieknél jóval pontosabb mérést és ürítésszabályozást tesz lehetõvé. A vezérlést két szonda végzi, melyek a szárítózóna közepén, illetve az ürítõkúpban vannak elhelyezve.

A fentiekben bemutatott szárítók gyakorlatilag kivétel nélkül alkalmasak a vetõmagvak szárítására is, természetesen a megfelelõ technológia betartása mellett. Ilyen szempontból a könnyen tisztítható, kis teljesítményû tételes szárítók elõnyösebbnek tûnnek, a fajtakeveredés könnyebben elkerülhetõ. A nagyobb teljesítményû változatok közül a minõségmegóvó szárítást megvalósítók a legmegfelelõbbek. A biológiai érték megóvása érdekében a szárítólevegõ hõmérsékletét gondosan kell beszabályozni, értéke a 40 °C-ot semmilyen körülmények között ne lépje túl. Az említett fejlesztésekkel mindinkább biztosíthatók a vetõmagszárítás minõségi követelményei.

Ismét visszautalnánk a múlt hónapi számban megjelent hírekre. Az IKR Rt.-nél megtörtént egy új Bábolna szárító (B3-15 típus) kifejlesztése, melyet az õsz folyamán Magyarhomorogon fognak bemutatni és tesztelni. Az elõzetes hírek alapján az a következtetés vonható le, hogy a fejlesztés során a fenti szempontok csaknem mindegyikét figyelembe vették. Így egy korszerû energiatakarékos és terménykímélõ, recirkulációs rendszerû aknás szárítóval gazdagodhat a hazai kínálat, melynél teljesíthetõk lesznek a porkibocsátásra vonatkozó EU-s elõírások.

Olajos magvak (napraforgó, repce) szárítása
Az olajos magvak szárítása nagy körültekintést igényel, az ajánlott technológiát szigorúan be kell tartani. Minderre a fokozott tûzveszély miatt, valamint a beltartalmi és biológiai értékek megõrzése érdekében van szükség.

Egymenetes betakarítás esetén a repcénél is szükség van általában a mesterséges szárításra, ugyanis 10–12%-os nedvességtartalmú termény tárolható be. Amennyiben a betakarított mag nedvességtartalma

13–15%, úgy a szárítás elvégezhetõ környezeti levegõvel is. Ilyenkor a tisztítórendszeren történõ kétszeres átvezetéssel is eltávolítható a felesleges víztartalom. Természetesen a 17–18%-os nedvességtartalmú terményt már meleglevegõs szárítással, lehetõleg 40°C-nál nem magasabb hõfokú szárítólevegõvel célszerû szárítani. Egyszeri átengedéssel 5–6% nedvességtartalom-csökkenés érhetõ el ezzel a szárítási technológiával.

A betakarításkori 15–18% nedvességtartalmú napraforgót minimum 10% nedvességtartalmúra kell szárítani. Gazdaságossági, biztonsági és tárolási szempontokat is figyelembe véve a 8–9% nedvességtartalomra történõ szárítás tekinthetõ optimálisnak. A szárítólevegõ hõmérséklete semmilyen körülmények között se lépje túl a 60 °C-ot. Célszerû a szárítást 50 °C-on lassabban, egyúttal biztonságosabban elvégezni. Amennyiben vetõmagcélú felhasználásra termelt napraforgóról van szó, a szárítólevegõ hõmérséklete maximum 40 °C lehet.

A biztonság fokozása érdekében az újabb korszerû szárítóberendezéseknél külön „olajosmag-üzem” beállítására van mód. Ilyenkor a hûtõrészben a távozó levegõ visszavezetése a recirkulációs rendszerû szárítóknál is elmarad. Fontosnak tartjuk megemlíteni, hogy az olajos magvak szárítására az adott szárítótípusok gépkönyveiben általában részletes útmutatás található. Az ott közöltek betartása az üzemeltetõk jól felfogott érdeke kell, hogy legyen.

Az üzemeltetõ számára figyelembe veendõ célszerû (szinte követelményszintû) javaslat

• Kerüljük a nagyon eltérõ nedvességtartalmú és száradási tulajdonságú termények egyidejû betáplálását. Ez részben megfelelõ üzemszervezéssel, esetleg iker fogadógarattal megvalósítható.
• Elkerülendõ a termény túlszárítása. Amennyiben a szárítózóna alsó szakaszán a kilépõ levegõ hõmérséklete (például a kukoricaszárítás) a 70 °C-ot meghaladja, biztosak lehetünk, hogy túlszárítás következett be, ami energetikai és beltartalmi szempontból is hátrányos. Amennyiben ez elõfordul, az ürítés gyorsításával, vagy a szárítólevegõ hõmérsékletének csökkentésével kell beavatkozni.
• Ügyeljünk a rendelkezésre álló mûszerek megbízhatóságára, üzembiztonságára. Törekedni kell a szubjektív tényezõk minél nagyobb fokú kiküszöbölésére (például különbözõ szintû automatikák beépítésével).
• A szárítók kiszolgálásánál a folyamatos üzemeltetés feltételét biztosítani kell.
• Az üzembiztonság növelése érdekében a szárító tisztításáról folyamatosan gondoskodni kell.

Szemestermény-szárítók üzemeltetési jellemzõi
A szemestermény-szárítók üzemeltetését végzõ szakembereknek általában a következõ jellemzõk ismeretére, illetve azok meghatározására lehet szüksége: a szárított végtermék tömege, a vízelpárologtató-teljesítmény, a fajlagos hõfelhasználás értéke és a szárító tömegteljesítménye.

A szárított végtermék tömegét (m2) gyakran számítással kell meghatározni a behozott nedvestermény-tömegének (m1) és nedvességtartalmának (w1), valamint a szárítóból kijövõ termény nedvességtartalmának (w2) ismeretében. Miután a szárazanyag-tömege a szárítás során nem változik, felírható:

          , illetve            

A konkrét számítást végezhetjük tömegértékek (kg vagy t), illetve tömegáramok (kg/h vagy t/h) felhasználásával is.

Az idõegység alatt a szárítóban elpárologtatott víz tömegét (melp.) a következõ módon határozhatjuk meg:

        ,illetve   

A szárítóberendezés fajlagos hõfelhasználásán az 1 kg víz elpárologtatására fordított hõmennyiséget értjük. Meghatározása tüzelõanyag-fogyasztás és a vízelpárologtató teljesítmény ismeretében a következõképpen történik:

Ahol:
q – fajlagos hõfelhasználás [kJ/kg víz]
mta – tüzelõanyag-fogyasztás [kg/h]
H – tüzelõanyag fûtõértéke [kJ/kg]

A fajlagos hõfelhasználás mértéke a szárítóberendezés üzemeltetésének energetikai színvonalát határozza meg. Gyakorlati értéke – mint látható volt – a hagyományos szárítóknál eléri az 5000–5500 kJ/kg víz értéket is. A korszerû energiatakarékos szemestermény-szárítóknál ez az érték 3600–4200 kJ/kg víz, amit a környezeti levegõ hõmérséklete is jelentõsen befolyásol.

Elsõsorban önköltségszámítási célokra használják még a gyakorlatban az 1 t szárított terményre jutó úgynevezett fajlagos tüzelõanyag-fogyasztást.

Meghatározása:

Ahol:
qta – fajlagos tüzelõanyag-fogyasztás [kg/t]
m2 – szárított termény tömegárama [t/h]