Mi alapján válasszunk terményszárítót?

Kategória: Gépesítés | Szerző: Dr. Kurják Zoltán, Szent István Egyetem GEK, 2016/09/15

A szárított anyag tárolásának alapvető feltételei

A szántóföldi terményeink nedvességtartalma a betakarítást követően a legtöbb esetben magasabb, mint a hosszú távú tárolhatósághoz szükséges. Ez alól kivételt jelenthetnek a nyári hónapokban betakarított kalászosok, mivel az ilyenkor jellemző magas napi hőmérsékletnek köszönhetően a termény nedvességtartalma megközelítheti vagy akár el is érheti az egyensúlyi nedvességtartalom értékét. A néhány százalékos nedvességtöbblet elvonása a szárítóban a környezeti levegő melegítés nélküli átfúvatásával ún. hideg járatással általában megoldható.

Ha az anyag nedvességtartalma bármilyen okból (pl. a gyakorlatban gyakran alkalmazott túlszárítás miatt) az egyensúlyi nedvességtartalom alá csökken, bizonyos idő elteltével az egyensúlyi nedvességtartalomig visszanedvesedik.

A mezőgazdasági és élelmiszer-ipari gyakorlatban a szárítók zöme konvektív elven működik, aminek lényege, hogy a termény fölösleges nedvességtartalmának elvonásához a felmelegített gáz halmazállapotú közeg (levegő, füstgáz-levegő keverék, túlhevített gőz) entalpiáját használjuk fel. Ennek tulajdonságai a szárítmány minőségét jelentősen befolyásolhatják.

A nedvességelvonás az anyag felületén és a szárítóközeg határzónájában fellépő parciális gőznyomás-különbségek hatására jön létre. A száradó termény belsejében a nedvességgradiens miatt a víz a felszín felé áramlik. A vízleadási folyamat addig tart, amíg a belső vízmozgás és a felületi párolgás sebessége, valamint a levegő vízfelvevő kapacitása egyensúlyba nem kerül. A nedvességmozgás intenzitása elektromágneses polarizációval jelentősen növelhető, de ennek gyakorlati felté­telei még nem adottak.

A hőmérséklet és a száradás sebessége és a folyamat energiaigénye között szoros összefüggés található. Az egyenletes száradási sebesség szakaszában a felületi hőmérséklet megegyezik a telítődési állapothoz tartozó ún. nedves hőmérséklettel (tf = tn). Az anyag belsejében mérhető hőmérséklet (ta) néhány fokkal alacsonyabb. Az egyensúlyi nedvességtartalomnál az anyag hőmérséklete a szárítóközeg hőmérsékletére melegszik fel (ts). A hőmérsékletgörbe vizsgálata teszi lehetővé, hogy az anyag tulajdonságait leginkább figyelembe vevő szárítási technológiát írjuk elő.

Szemestermény-szárítóink működési elvei

A konvektív elven működő szárítókban a szárítótér rendszerint egy vagy több szárítózónából áll. Ezek felépítése egy adott berendezésben azonos, a szárítózónák számától függetlenül. A szerkezeti kialakításukban jelentősen eltérő szárítóberendezések alapvetően három nagy csoportot képeznek: a kényszer anyagmozgatású berendezések; a gravitációs anyagtovábbítású toronyszárítók; és a vastagrétegű szárítók.

A kényszer-anyagmozgatású szárítók magas fajlagos energiaigényük miatt ma már csak néhány speciális szárítási folyamatban vannak üzemben.

A gravitációs anyagmozgatású toronyszárítók működésének alapelve, hogy a torony felső részén betáplált termény saját súlyánál fogva, szakaszos vagy folyamatos mozgással halad egészen a hűtőzóna után elhelyezkedő kitároló szerkezetig. A száradás sebességét a kitároló szerkezet működésének beállításával, a szárítón áthaladó terménymennyiség – tehát a száradási idő –, valamint az átáramoltatott szárítóközeg hőmérsékletének és mennyiségének változtatásával szabályozzák. Belső kialakításuktól függően aknás vagy csörgedeztető, illetve terményoszlopos berendezések különíthetők el.

A gravitációs szemestermény-szárítók első generációjának tipikus képviselője, a korábbi hazai szárítógép-park meghatározó típusa a B1-15 típusú szárítóberendezés. A gravitációs szárítók első generációjának kialakításakor csak a szárítási folyamat volt szempont, ezért a környezetvédelmi szempontoknak lényegében nem feleltek meg. Ezenkívül további hátránya a viszonylag magas energiaigény (5400 kJ/kg víz) és a szárítás egyenetlensége. Az energiaigény csökkentésére többszörös légátvezetésű kereszt-ellenáramú vagy recirkulációs rendszerűvé alakították át.

A második generációs szárítók legfontosabb fejlesztési szempontjai az energiatakarékosság, az univerzális használhatóság és a szárítmány minőségi szempontjai voltak. Az ebben a szellemben konstruált első hazai gravitációs rendszerű, keresztáramlású toronyszárító a Sirokkó toronyszárító gépcsalád. A berendezés a nagy teljesítmény melletti alacsony energiafelhasználást a légvezetés sajátos, egyéni megoldásával és a szárítóközeg közbülső felmelegítésével (regenerálásával) éri el (1. ábra).

A napjainkban gyártott szemestermény-szárítók harmadik generációsnak tekinthetők. A szárítási elv vonatkozásában alig különböznek a korábbiaktól, de annyiban mindenképpen, hogy azok közül az energiatakarékos és anyagkímélő fejlesztésekből – amelyek külön-külön a második generációs szárítókon már megjelentek – egyszerre többet is tartalmaznak (pl. hőszigetelés, kombinált légvezetési módok, anyagcirkuláció, terménykeverés, folyamatos kitárolás, vezérlő, illetve folyamatszabályozó berendezések stb. lehetősége egyszerre). A felsoroltakon túl a piacképes változatok igényes gyártástechnológiával készülnek, kompaktak és egyre jobban igazodnak a környezetvédelmi, valamint a munkabiztonsági elvárásokhoz. Alternatív megoldásként a használt szárítóközeg egy része (szabályozható mennyiségben) visszakeverhető és a hűtőközeg is újrahasznosítható. Ez a lehetőség különösen nagy kezdeti anyagnedvesség esetén előnyös.

A Petkus-típusú DU sorozatú szemestermény-szárítók (2. ábra) klasszikus felépítésű, csörgedeztető rendszerű, konvektív berendezések, amelyek direkt és indirekt szárításra is képesek. Az energiamegtakarításhoz levegő-előmelegítést, valamint -visszakeverést alkalmaznak. Szerkezeti egyszerűségük jelentős előny a többi, hasonló felépítésű szárítókhoz képest. Ez elsősorban a kitároló berendezésben, az égőtér kiképzésében, továbbá a légvezetési megoldásban jelentkezik. A szárítóközeg visszakeverési rendszere (az ezzel nem élő berendezésekhez viszonyítva) alig igényel többlet szerkezeti elemet, mint ahogy ugyanez igaz a forró és a visszavezetett szárítóközeg keverőterére is. Funkcionális előny a változtatható hűtő/szárítózóna lehetősége. A szárítók teljes egészében burkoltak, ürítés idejére a ventilátorok nyomócsonkjai zárva vannak, így jelentéktelen a poremisszió. A berendezés valamennyi építőeleme rozsdamentes kivitelű, amely hosszú élettartamot biztosít.

A TORNUM többféle szárító konstrukciót kínál, ezek közül Magyarországon főleg a TK-típusú, folyamatosan kevert áramlású szárító az egyik leggyakoribb. Alkalmas beltéri vagy kültéri használatra is, tűzi horganyzott fémlemezből készül. A 3. ábrán látható berendezés kompakt, porkamrás szárító, oldalsó légkivezetéssel, de készülnek tetőventilátoros módozatok is. A konstrukció kialakításánál több olyan megoldást is kidolgoztak, amelyek környezetvédelmi célokat szolgálnak. Ezek közül egyik különlegesség, hogy a ventilátorokat hangtompítókkal látták el.

A Bonfanti-típusú terményszárítók kompakt, csörgedeztető rendszerűek és valamennyi olyan kialakítást és kiegészítést tartalmazzák, amelyek a korszerű szárítóknál elengedhetetlenek, és amelyek az energiatakarékos és környezetkímélő üzem biztosításához szükségesek (4. ábra).

Visszakeringetéses technológiájuk révén energiatakarékosak: az égők által előállított meleg levegő nagy részét a szárító visszaforgatja és újrahasznosítja a szárítási folyamat során. Ez lehetővé teszi a beépített elektromos teljesítmény akár 35%-kal való csökkentését a hagyományos szárítókhoz képest.

A terményoszlopos szárítók – amelyeknél a terményréteg speciálisan kialakított terelőlemezek között nyert elhelyezést – egyik jellegzetes típusa a magyar Hetech Trend Kft. által gyártott H-TECH és kisebb H-TECH Farmer szárító (5. ábra.).

Az átfolyó rendszerű terményszárító függőleges elhelyezkedésű modulokból áll, melyek két oldalán helyezkednek el a meleg, illetve a hideg oldali légcsatornák. A szárító modulok és az elszívó ventilátorok száma a szárító torony típusától – a szárítási teljesítménytől (t/h) – függően változik. A modulok egyenként a H-TECH-típus esetén 10, míg a kisebb teljesítményű H-TECH Farmer esetén 6 db speciálisan kialakított terményoszlopot tartalmaznak, melyeken keresztül halad a termény, miközben a meleg, száraz szárítólevegő átjárja. A speciális terményfolyam-irányítás lényege, hogy ötvözi a hagyományos gravitációs anyagáramú, három vagy ötszög kaszkádú, oszlopos toronyszárítókat a zsalunyílással ellátott rendszerekkel. Ennek eredményeként egy olyan szárítózóna-konstrukció jön létre, amelyben a termény az oszlopokban történő lefolyás közben, a terelőlapátokon önmagát forgatja. Ennek köszönhetően a meleg levegő mindenhol egyformán járja át, közel homogén hő- és impulzuseloszlást kialakítva. A szárítóból távozó levegő a ventilátoronként felszerelt por- és léhaleválasztó rendszeren keresztül távozik, így a szárító kibocsájtási értékei jóval a környezetvédelmi határértékek alatt vannak. A biztonságosabb üzemeltetést elősegíti a szárítóba opcionálisan beépíthető hőmérőrendszer, amely lehetővé teszi az egyenletes szárítást biztosító folyamat kialakítását és az esetlegesen jelentkező túlmelegedés elkerülését. A szárítólevegő egy része a szárított anyaghoz igazodva, szabályozható módon visszakeverhető, így csökkentve a szárító energiafelhasználását. A teljes szárítási folyamatot korszerű vezérlés felügyeli, amely a beépített terményhőmérők és nedvességszenzorok segítségével biztosítja a szárított anyag egységes minőségét.
Speciális vastagrétegű szárítók

A vastagrétegű szárítók első, klasszikus megoldásai a termények szárítását és tárolását egyazon berendezésben tették lehetővé. A továbbfejlesztett változatok rendszerint már folyamatos üzemre is képesek, így ezek is a második generációs szárítók közé sorolhatók.
A GSI TOP-DRY-2000 berendezés kukorica, búza és egyéb gabonafélék, valamint hüvelyesek és olajos magvak szárítására alkalmas, szakaszos, illetve folyamatos üzemben (6. ábra).

A felsorolt berendezéseken kívül még számos, működésében és kialakításában hasonló szárítót gyártanak szerte a világon. Közülük néhány típus főbb műszaki paramétereit a 1. táblázatban foglaljuk össze.

A szárítók további fejlesztési lehetőségei

A gázüzemű gabonaszárítóknál egyre jelentősebb probléma a drága tüzelőanyag. Az olcsóbb energiahordozók alkalmazási feltételeinek megteremtésére különféle fejlesztések és átalakítások valósultak meg. Ezek a megoldások vagy csak helyi kísérleteket jelentenek, vagy homogén biomassza-felhasználásra irányulnak. További probléma, hogy nem valósultak meg a gázkiváltás során kitűzött energetikai célok, és több esetben e fejlesztések hatására a szárítók működésében zavarok léptek fel.
A szemestermény-szárítás gyakorlatában több megelőző próbálkozás is említhető a biomassza tüzelés alkalmazására. Több olyan K+F program indult, amely a lágyszárú növények komplex hasznosítását célozta meg, a gyakorlatban viszont bálázott szalma tüzelése formájában valósult meg. Ezek alapján kijelenthető, hogy jelenleg nem áll rendelkezésre olyan komplex kifejlesztett technológia, amely dinamikus összetételű biomix tüzeléssel alkalmas lenne a gázüzemű gabonaszárítók esetében az eredményes gázkiváltásra.

Az alternatív tüzelőberendezés alkalmazását ezen felül nehezíti az is, hogy szárítógépgyártók nem fejlesztenek biomassza és/vagy kombinált alapon üzemelő szárító berendezést, mert a gyártók elsődleges célfeladata a szárítási technológia és nem pedig a tüzeléstechnológia fejlesztése. Ennek oka, hogy a tüzeléstechnológia kialakítása speciális szakterületi ismerteket igényel és erre a gyártók mérnökei nincsenek felkészülve.

Meglévő gázüzemű berendezések utólagos átalakítása biomassza-alapú hőenergia fogadására hagyományos mérnöki ismeretek alkalmazásával gyakorlatilag lehetetlen, mert:

a) a biomasszamix-alapú forró levegőnek a szárítóba történő bevezetését a szárító eredeti belső légtechnikai viszonyainak és paramétereinek változatlanul hagyásával kell megtervezni;
b) a szárító hőtechnikai és áramlási viszonyaiban semmilyen mértékű változás nem léphet fel, mert ellenkező esetben a szárító alkalmatlanná válhat az eredeti feladata ellátására.

A rutin mérnöki tevékenységgel megtervezett és/vagy kivitelezett levegőbevezetés hátrányai:

a) megnőhet a szárítás energiaigénye;
b) egyenetlenné válhat a szárított termény nedvességtartalmának eloszlása;
c) lokális túlmelegedés hatására jelentősen romolhatnak a szárítmány beltartalmi értékei;
d) gyulladás következhet be.

A fosszilis eredetű energiafelhasználás jelentős csökkentésére, illetve esetleges kiváltására elvileg két lehetőség adódik. Egyrészt a technológia energiahatékonyságának növelésével csökkenthető a fosszilisek felhasználási volumene, másrészt új, megújuló energiaforrásra alapozott technológiát kell kifejleszteni.

A szárítók kiválasztása

A hazai szárítógéppark heterogén összetétele, hullámzó konstrukciós színvonala eredményeként is jelentős energiafogyasztó. Az energetikai racionalizálás érdekében a konstrukciós megoldásokon kívül az üzemeltetés várható feltételeit is célszerű figyelembe venni.

A szárító kiválasztása alapvetően nem egy különleges folyamat, azonban a részleteket tekintve sokkal árnyaltabb. A hazai szárítógéppark névleges kapacitása általánosságban összhangban van a szárítási igényekkel. Ugyanakkor a szárítótelepek területi eloszlása már nem követi az igények hasonló jellemzőit. Ráadásul a gazdasásosság számos tényező függvénye, amelyben a beruházásnak és az üzemeltetésnek vannak olyan állandó és igen jelentős költségei, amelyek függetlenek a teljesítménytől.

Emellett a forgalmazási költségek alacsonyan tartása érdekében a cégképviseletek csak igen ritkán vizsgáltatják szárítóikat, helyette inkább a gyártók által megadott gépkönyvi adatokat fogadják el, ami gyakran felfelé kerekített és a hazai körülményektől teljesen eltérő viszonyokra vonatkozik. Emellett olyan példát is találunk, ahol a gyártók a korábbi – már jól bevált – tervezési elveiket nem módosították a változó időjárási (éghajlati) viszonyok, illetve a folyamatosan fejlődő, változó terményfajták igényeinek megfelelően. Ráadásul gyakran az azonos típusok között is jelentős különbségek vannak a telepítési és beállítási viszonyoktól függően.

Természetesen a szárítási folyamat megfelelő működése nagyban függ az üzemeltető felkészültségétől is. Az új telepítésű szárítók üzemeltetése során számos esetben adódtak olyan problémák, amelyek még a régi típusokon rögzült beidegződésnek, illetve az új rendszer szabályozási lehetőségeinek hiányos ismeretének tulajdoníthatók. Gyakori beavatkozással szakzsargonnal szólva „belengethető” a szárító, aminek az a következménye, hogy a kitárolt termény vagy túl- vagy alulszárított lesz. Ezek a problémák nagyrészt elkerülhetők, ha a gyártó a komplett technológia kialakítása mellett biztosítja az üzemeltetők megfelelő felkészítését is. Emellett hasznos lehet a gyártó részéről a szárító további életének nyomon követése, utógondozása is, mivel ennek segítségével számos a folyamatos üzemvitelből származó információhoz juthat, amelyeket a további értékesítésnél, telepítésnél hasznosíthat.

Az itt felsorolt, különböző okokra visszavezethető anomáliákat csak egy független szakértői grémiumra telepített kötelező gépminősítési rendszer bevezetésével lehetne kiküszöbölni. A gépminősítési vizsgálatok ugyan pénzbe kerülnek, de sokkal nagyobb haszna származna belőle a gazdaságoknak, ha magas műszaki színvonalú, a hazai viszonyoknak és a gazdálkodási feltételeknek megfelelő energia- és környezetbarát berendezéseket vásárolnának.

Ajánlott kiadványokDr. Hajdú József:
A 21. század traktoraiDr. Kukovics Sándor szerk.:
A bárány- és juhhús fenntarthatóságaBai Attila - Lakner Zoltán - Marosvölgyi Béla - Nábrádi András:
A biomassza felhasználásaHarasztiné Lajtár Klára:
A borkezelés, palackozás, csomagolás és szállítás berendezései - Borászati technológiák II.

Ez is érdekelhetiA káposztafélék gépi betakarításaParlament előtt a 2025. év adózását meghatározó őszi adócsomagA lovak jólléte: a gondos lótartás eszközei és szabályai