CC BY
11УДК 632.08:631.2 DOI 10.36508fRSATU.2020.58.42.019
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ КОНДЕНСАТА ВЛАГИ ПРИ АЭРАЦИИ ЗЕРНОВОЙ МАССЫ, НАХОДЯЩЕЙСЯ В ГЕРМЕТИЧНОМ КОНТЕЙНЕРЕ С РЕГУЛИРУЕМОЙ ВОЗДУШНОЙ СРЕДОЙ
ЛАТЫШЕНОК Михаил Борисович, д-р техн. аук, профессор кафедры организации транспортных процессов и безопасности жизнедеятельности, [email protected]
КОСТЕНКО Михаил Юрьевич, д-р техн. наук, профессор кафедры технологии металлов и ремонта машин, [email protected]
ЛАТЫШЕНОК Надежда Михайловна, канд. техн. наук, доцент кафедры организации транспортных процессов и безопасности жизнедеятельности, [email protected]
КОСТЕНКО Наталья Алексеевна, канд. техн. наук, доцент кафедры строительства инженерных сооружений и механики, [email protected]
Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А.Костычева
Хранение зерна сопровождается потерей массы и снижением его качества. Одной из основных причин этих потерь является повышенная влажность, которая оказывает влияние на интенсивность биохимических процессов, протекающих в зерне. Увлажнение зерна возможно в процессе аэрации. Процесс аэрации межзернового пространства условно можно разделить на три этапа. Во время первого этапа - подготовки к аэрации - вакуумным насосом производится откачка отработанной воздушной смеси с пониженным содержанием кислорода из герметичного контейнера. Во время второго этапа аэрации воздух из окружающей среды из-за разности атмосферного давления и давления внутри контейнера заполняет свободный объем, находящийся в межзерновом пространстве, образуя новую воздушную смесь. Во время третьего этапа - окончания процесса аэрации межзернового пространства - давление воздуха снаружи контейнера становится равным давлению воздуха в межзерновом пространстве внутри контейнера. Для исключения конденсации влаги при аэрации в конструкции герметичного контейнера с регулируемой воздушной средой предусмотрен осушитель, расположенный на верхней крышке контейнера, который представляет собой емкость с влагопоглощающим материалом. Для предотвращения образования конденсата влаги внутри герметичного контейнера объемом 1 м3 необходимо иметь осушитель воздуха с параметрами: диаметр цилиндрического осушителя D= 0,1 м; высота Н= 0,12 м, масса адсорбента - силикагеля марки КСКГ Gс = 0,5 кг. При этом даже в самых неблагоприятных климатических условиях осушитель воздуха в течение 8 часов непрерывной аэрации зерновой насыпи не позволяет повысить влажность воздуха внутри контейнера выше 60 %, что вполне достаточно для периодической аэрации семенного зерна в производственных условиях в течение 7-9 месяцев хранения. Применение осушителя воздуха, заполненного высушенным абсорбентом, в конструкции герметичного контейнера для хранения семенного зерна позволит существенно сократить влажность поступающего воздуха при аэрации контейнера.
Ключевые слова: хранение, семенное зерно, металлический силос, осушитель воздуха, принудительная аэрация.
Введение
В настоящее время в связи с возрастающим производством зерна большую актуальность для фермерских хозяйств приобретает вопрос хранения семенного зерна. Хранение зерна сопровождается потерей массы и снижением его качества. Одной из основных причин этих потерь является повышенная влажность, которая оказывает влияние на интенсивность биохимических процессов, протекающих в зерне [1]. Повышенная влажность воздуха возможна при проведении активной вентиляции зерновой насыпи, находящейся на хранении в герметичном контейнере, поэтому необходимо предварительное осушение наружного воздуха, используемого для вентиляции зерна.
Теоретические предпосылки Для повышения эффективности хранения семенного зерна в металлическом контейнере была предложена конструкция герметичного контейнера небольшой емкости (до 3 кубических метров), в которой процесс активной вентиляции хранящейся зерновой массы заменен на процесс при-
нудительной вентиляции, требующий меньших энергетических затрат [2-5].
Процесс аэрации межзернового пространства условно можно разделить на три этапа и представить в виде схемы, изображенной на рисунке 1.
Первый этап (а) - подготовка к аэрации. Во время этого этапа вакуумным насосом производится откачка отработанной воздушной смеси с пониженным содержанием кислорода из герметичного контейнера. После откачки остатки воздушной смеси будут иметь параметры давления, удельного объема, температуры и массы соответственно р1, V.,, Т1, т1.
Второй этап (б) - аэрация межзернового пространства. Во время аэрации воздух из окружающей среды из-за разности атмосферного давления и давления внутри контейнера заполняет свободный объем, находящийся в межзерновом пространстве, образуя новую воздушную смесь, которая имеет параметры р2, V2, Т2, т2.
Третий этап (в) - окончание процесса аэрации межзернового пространства. Он начинается, ког-
© Латышенок М. Б., Костенко М. Ю, Латышенок Н. М., Костенко Н. А., 2020 г.
да давление воздуха снаружи контейнера становится равным давлению воздуха в межзерновом пространстве внутри контейнера. Образовавшая-
ся внутри контейнера воздушная смесь имеет параметры р _ v _ Т^ т см.
а - подготовка к принудительной аэрации межзернового пространства; б - аэрация межзернового пространства;
в - окончание принудительной аэрации межзернового пространства. Рис. 1 - Поэтапная схема аэрации зерновой насыпи, находящейся в контейнере с регулируемой воздушной средой
Общую массу воздуха гтъ, поступающую в контейнер при аэрации межзернового пространства,
(5)
можно определить по формуле т2 = (т - т1),
(1)
где т1 - масса отработанной воздушной смеси, оставшейся в контейнере после откачки воздуха с пониженным содержанием кислорода, кг;
тсм - масса свежей воздушной смеси, образовавшейся в контейнере после аэрации межзернового пространства, кг.
Удельный объем образованной воздушной смеси исм будет равен
где Vсв - свободный объем, занимаемый воздухом внутри герметичного контейнера, м3;
Для определения параметров состояния воздушной смеси с учетом затрат энергии на аэрацию зерновой массы, находящейся в контейнере, было сделано допущение, что процесс аэрации протекает абиабатно, без подвода тепла из окружающей среды, Q = 0. Тогда на основании первого закона термодинамики может быть получено уравнение:
исм - (и1 + и 2) + А=0 (3)
где исм - внутренняя энергия воздушной смеси в контейнере после аэрации, Дж;
и1 - внутренняя энергия воздушной смеси в контейнере до аэрации, Дж;
и2 - внутренняя энергия атмосферного воздуха в окружающей среде, Дж;
А - внешняя работа воздушной смеси при заполнении контейнера во время аэрации, Дж.
Внешнюю работу А, в соответствии с законами термодинамики, можно определить из выражения А= - р2V2. (4)
где V2 - объём поступившего атмосферного воздуха в контейнер с семянами, м3;
р2 - давление поступившего атмосферного воздуха в контейнер для хранения семян, Па. Тогда кинетическая энергия смеси будет равна
иа1=и1+и2+р2г2
Масса поступающей воздушной смеси описана уравнением:
где G2 - удельный расход атмосферного воздуха, кг/с;
т - время аэрации межзернового пространства, с.
Считая воздушною смесь, поступающую в герметичный контейнер в процессе аэрации, идеальным газом и учитывая кинетическую энергию потока воздушной смеси с массой и скоростью W2, можно определить температуру воздушной смеси по окончании процесса аэрации зерновой массы:
Т = а>{1\ + ксо2Т2 +
(7)
к = с ,
/ си - отношение изобарной и изо-
где - - - р хопной теппоемкостей:
- Щ /га; 0)2 = т2 / т _ массовые доли воздушно-газовой смеси, находящейся в контейнере до смешения и поступившей в контейнер в процессе.
Если сделать допущение, что скорость заполнения герметичного контейнера атмосферным воздухом будет постоянной величиной, то возможно пренебречь кинетической энергий потока
атмосферного воздуха с массой
т
2, тогда тем-
пература свежей воздушной смеси Тсм будет равна Тсм = ( Т1т1 + кТ2^2)/(т1 + тд , (8)
Используя полученное уравнение 8, в программе Mathcad была построена графическая зависимость, представленная на рисунке 2. Анализ полученной зависимости показал, что во время аэрации зерновой массы, находящейся в герметичном контейнере, температура поступающего воздуха повышается. Учитывая, что масса свежей воздушной смеси существенно ниже массы
семян в контейнере, увеличение температуры не оказывает существенного влияния на температуру семян, что не исключает вероятность образования
конденсата влаги из поступившего в контейнер атмосферного воздуха.
Температура поступающего воздуха: 1 - Т2=303 0К ; 2 - Т2=293 0К; 3 - Т2=283 0К; 4 - Т2=273 0К;
5 - Т2=263 0К; 6 - Т2=253 ок. Рис. 2 - Зависимость изменения температуры воздушной смеси от массы атмосферного воздуха, поступающего в силос в процессе аэрации
Для исключения конденсации влаги при аэрации в конструкции герметичного контейнера с регулируемой воздушной средой предусмотрен осушитель, который представляет собой емкость с влагопоглощающим материалом. В качестве влагопоглощающего материала может быть использован силикагель марки КСКГ.
Для определения параметров осушителя было установлено количество влаги в атмосферном воздухе, используемого для аэрации
В = С2 ^ - d2)•тc, (9)
где В - количество влаги, кг;
G2 - удельный расход атмосферного воздуха, необходимого для принудительной аэрации зерновой насыпи, кг/с;
d1 - начальное влагосодержание воздуха,
кг/м3;
d2 - требуемое влагосодержание воздуха в осушителе, кг/м3;
тс - длительность осушения, с; Определение необходимых массы Gс (кг) и объема V, (м3) адсорбента проводили по выражениям:
G = В/а ; (10)
V; = сД, (11)
где а - сорбционная способность силикагеля, а = 0,08-0,11;
с ' ' '
рс - удельный вес силикагеля, рс = 600 кг/м3. Фильтрующая поверхность осушителя Fc,(м2) определяется выражением: с
Рс = С / (Рс V) , (12)
где V - скорость воздушного потока при продувке, м/с.
Тогда необходимая толщина слоя силикагеля б определится выражением: с бс = V, / Fc , (13)
Прибл изительная толщина слоя силикаге-ля в осушителе при скорости воздушного потока V = 0,15-0,5 м/с может быть определена из
выражения:
бс = 0,07(d1 - d2)-Vv. (14)
Расчет, проведенный на основании полученных выражений, показал, что для предотвращения образования конденсата влаги внутри герметичного контейнера объемом 1 м3 в процессе принудительной аэрации зерновой массы необходимо иметь осушитель воздуха с параметрами: диаметр осушителя D= 0,1 м; высота осушителя Н= 0,12 м, масса адсорбента - силикагеля марки КСКГ G =0,5кг.
Материалы и методы исследований Применение осушителя воздуха, заполненного высушенным абсорбентом, в конструкции герметичного контейнера для хранения семенного зерна позволит существенно сократить влажность поступающего воздуха при аэрации контейнера. Для хранения семенного зерна в герметичном контейнере с регулируемой воздушной средой был применен осушитель в виде разъемного цилиндра, заполненного силикагелем марки КСКГ. Осушитель монтировался на верхней крышке контейнера. Для оценки влияния параметров окружающей среды на эффективность работы осушителя были проведены эксперименты. Эксперименты проводились в камере искусственного климата KOMEG KMHW-6, в рабочий объем которой устанавливался металлический контейнер с осушителем воздуха объемом 1 м3, заполненный зерном. Внутри контейнера на поверхности зерновой насыпи устанавливался регистратор влажности и температуры воздуха с USB- интерфейсом модели DT-171. Эксперименты проводились при относительной влажности воздуха 90 % и температурном режиме от 263 до 293 оК.
Результаты исследований и их обсуждения Полученные в ходе экспериментов результаты представлены на рисунке 3.
Рис.3 - Продолжительность эффективной работы осушителя воздуха в зависимости от изменения
внешних климатических условий
Из графиков видно, что время эффективной работы осушителя зависит от температуры окружающей среды, так как с ростом температуры увеличивается содержание водяных паров в воздухе. При этом даже в самых неблагоприятных климатических условиях осушитель воздуха в течение 8 часов непрерывной аэрации зерновой насыпи не позволяет повысить влажность воздуха внутри контейнера выше 60%, что вполне достаточно для периодической аэрации семенного зерна в производственных условиях в течение 7-9 месяцев хранения.
Заключение
По итогам проведенных исследований можно сделать вывод, что применение осушителя воздуха на герметичном контейнере с регулируемой воздушной средой для хранения семенного зерна позволит избежать конденсации влаги внутри контейнера при аэрации зерновой насыпи.
Список литературы
1.Трисвятский, Л. А. Хранение сельскохозяйственных продуктов / Л. А. Трисвятский, Лесик, В.Н. Курдина ; Под общ. ред. Л.А. Трисвятского. -3-е изд., перераб. и доп. - М. : Колос, 1983 - 383с.
2. Устройство для хранения зерна в регулируемой газовой среде и способ его осуществления : Патент России № 2 689 732. / Латышенок М.Б., Ивашкин А.В., Биленко В.А. - 2019. Бюл. №16
3. Устройство хранения зерна в регулируемой воздушной среде и способ его осуществления. Патент России / Латышенок М.Б., Ивашкин А.В. Латышенок Н.М., Биленко В.А., Голубенко М.И. № 2 713 802. 2020. Бюл.№ 4.
4. Особенность хранения семенного зерна в герметичных контейнерах с регулируемой воздушной средой/ Н. М. Латышенок, М. Б. Латышенок, В. А. Макаров, А. В. Ивашкин // Материалы 70-й Международной научно-практической конференции «Вклад университетской аграрной науки в инновационное развитие агропромышленного комплекса», 2019. - С. 229-233.
5. Контейнерный способ хранения семенного зерна в малых фермерских хозяйствах/ Н. М. Латышенок, М. Б. Латышенок, В. А. Биленко, А. В. Ивашкин // Материалы 69-ой Международной научно-практической конференции «Инновационное научно-образовательное обеспечение агропромышленного комплекса», 2018. - С. 58-62.
6. Лабораторные исследования сохранности семенного зерна в контейнерах с разряженной атмосферой / М. Б. Латышенок, М. Ю. Костенко, Н. М. Латышенок, А. В. Ивашкин // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костычева. - 2018. - №3 (39). - С. 98 - 102.
RESULTS OF THE STUDY OF THE FORMATION OF MOISTURE CONDENSATE DURING AERATION OF GRAIN MASS IN A SEALED CONTAINER WITH A REGULATED AIR MEDIUM
Latyshenok Mikhail B., Dr. Sci., Professor of the Department of Organization of Transport Processes and Life Safety, [email protected]
Kostenko Mikhail Yu., Dr. Sci., Professor of the Department of Metal Technology and Machine Repair, [email protected]
Latyshenok Nadezhda M., Cand. tech. Sci., Associate Professor of the Department of Organization of Transport Processes and Life Safety, [email protected]
Kostenko Natalia A., Cand. tech. Sci., Associate Professor of the Department of Construction of Engineering Structures and Mechanics, [email protected]
Ryazan State Agrotechnological University named after P.A. Kostychev
Grain storage is accompanied by a loss of mass and a decrease in its quality. One of the main reasons for these losses is high humidity, which affects the intensity of biochemical processes in the grain. Grain moistening is possible during the aeration process. The process of aeration of the intergranular space can be conditionally divided into three stages. During the first stage of preparation for aeration - a vacuum pump is used to pump out the spent air mixture with a reduced oxygen content from a sealed container. During the second stage - aeration, air from the environment fills the free volume due to the difference in atmospheric pressure and pressure inside the container, forming a new air mixture in the intergranular space. During the third stage - the end of the intergranular space aeration process, the air pressure from the outside of the container becomes equal to the air pressure in the intergranular space inside the container. To eliminate moisture condensation during aeration in the design of a sealed container with a controlled air environment, a study was carried out on a dehumidifier, which is a container with a moisture-absorbing material. to prevent the formation of moisture condensation inside a sealed container with a volume of 1 m3. In the process of forced aeration of the grain mass, it is necessary to have an air dryer with the following parameters: dryer diameter D = 0.1 m; the height of the desiccant is H = 0.12 m, the mass of the adsorbent is KSKG silica gel Gc = 0.5 kg. At the same time, even in the most unfavorable climatic conditions, the air dehumidifier during 8 hours of continuous aeration of the grain embankment does not allow increasing the air humidity inside the container above 60%, which is quite enough for periodic aeration of seed grain in production conditions during 7-9 months of storage. The use of a dehumidifier filled with dried absorbent in the construction of a sealed container for storing seed grains will significantly reduce the humidity of the incoming air during aeration of the container.
Key words: storage, seed grain, metal silo, air dryer, forced aeration.
Literatura
1.Trisvyatskij L.A., Lesik, Kurdina V.N. Hranenie sel'skohozyajstvennyh produktov/Pod obshch. red. L.A. Trisvyatskogo. - 3-e izd., pererab. i dop. - M.: Kolos, 1983 - 383s.
2. Latyshenok M.B., Ivashkin A.V., Bilenko V.A. Ustrojstvo dlya hraneniya zerna v reguliruemoj gazovoj srede i sposob ego osushchestvleniya. Patent Rossii № 2 689 732. 2019. Byul. №16
3.Latyshenok M.B., Ivashkin A.V. Latyshenok N.M., Bilenko V.A., Golubenko M.I. Ustrojstvo hraneniya zerna v reguliruemoj vozdushnoj srede i sposob ego osushchestvleniya. Patent Rossii № 2 713 802. 2020. Byul.№ 4.
4. Latyshenok, N.M. Osobennost' hraneniya semennogo zerna v germetichnyh kontejnerah s reguliruemoj vozdushnoj sredoj/ N.M. Latyshenok, M.B. Latyshenok, V.A. Makarov, A.V. Ivashkin // Materialy 70-j Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii «Vklad universitetskoj agrarnoj nauki v innovacionnoe razvitie agropromyshlennogo kompleksa», 2019. - S. 229-233.
5. Latyshenok, N.M. Kontejnernyj sposob hraneniya semennogo zerna v malyh fermerskih hozyajstvah/ N.M. Latyshenok, M.B. Latyshenok, V.A. Bilenko, A.V. Ivashkin // Materialy 69-oj Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii «Innovacionnoe nauchno-obrazovatel'noe obespechenie agropromyshlennogo kompleksa», 2018. - S. 58-62.
6. Laboratornye issledovaniya sohrannosti semennogo zerna v kontejnerah s razryazhennoj atmosferoj /M.B. Latyshenok, M.YU. Kostenko, N.M. Latyshenok, A.V. Ivashkin //Vestnik Ryazanskogo gosudarstvennogo agrotekhnoiogicheskogo universiteta im. P. A. Kostycheva. - 2018. - №3 (39). - S. 98- 102.
УДК 631.363:664.22 DOI 10.36508fRSATU.2020.25.84.020
ИСПЫТАНИЯ ОБЕЗВОЖИВАТЕЛЯ ПРОДУКТОВ КАРТОФЕЛЕКРАХМАЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА ОРЕШКИНА Мария Владимировна, д-р техн. наук, профессор кафедры: «Технические системы в агропромышленном комплексе»
Рязанский государственный агротехнологический университет имени П.А.Костычева
Статья посвящена исследованию технологического фильтрования продуктов картофелекрах-мального производства (ПККП) в динамическом фильтре-сгустителе и обезвоживания в шнековом прессе двухстороннего сжатия. Анализ показывает, что в кормах, получаемых за счёт полевого кормопроизводства, на каждую кормовую единицу приходится 90 г переваримого протеина, а научно обоснованными нормами кормления животных предусмотрено 105-110 г. В мезгу переходит крахмал в связном (в неразорванных клетках) и свободном состоянии до 4 % в пересчете на сухое вещество мезги. Картофельная мезга содержит 94-96 % влаги. Содержание в мезге значительного количества крахмала придаёт высокую кормовую ценность, но малое содержание белковых веществ и большая влажность снижают её питательность и транспорта-бельность. В зависимости от
© Орешкина М. В., 2020 г.
