Аэродинамические параметры воздуха при вентилировании зерна в силосах вместимостью 1000, 2000, 5000 и 10000 тонн

Растущее с каждым годом производство зерна требует развитой сети для приема, обработки и хранения огромных масс товарного зерна.

Народнохозяйственное значение зерна в значительной степени определяется тем, что существенные объемы зерна, при соответствующих условиях, могут храниться в течение длительного времени без существенного изменения качества и товарной ценности.

На современном этапе технического развития предприятий послеуборочная обработка зерна играет решающую роль. Она позволяет гарантировать качество продовольственного зерна. Обеспечение сохранности зерна в нашей стране одна из важнейших задач, которая по масштабам и содержанию базируется на широкой научной основе. Для её успешного решения хлебоприёмные предприятия, наряду с очисткой, широко используют сушку и активное вентилирование зерна [1].
Ежегодно, на предприятиях переработки зерна, сушке и активному вентилированию подвергается до 70-90% всего убранного зерна [2]. В соответствии с практикой хранения зерновых культур, металлические вентилируемые силоса, заслуженно, можно считать наиболее рентабельными. Сроки строительства таких силосов в 2-3 раза короче, чем железобетонных силосов при меньших затратах, приблизительно на 15 %.

В последнее время, для увеличения ёмкостей хранения на территории Российской Федерации в основном строят металлические силоса вместимостью от 2 000 до 10 000 тонн зерна, оборудованные системами активного вентилирования. С помощью последних, можно успешно охлаждать зерновую массу в больших объемах, избегая самосогревания, применять меры по борьбе с вредителями зерна [3]. Активное вентилирование – это принудительное продувание массы зерна холодным или подогретым воздухом [4].

В отличие от естественной вентиляции, активное вентилирование позволяет создать и поддерживать оптимальные условия в больших объёмах зерна и благодаря этому снизить потери при хранении и более эффективно использовать объём хранилищ.
Режимы и приемы активного вентилирования зерна базируются на результатах научных исследований и многолетней практике хранения зерновых масс различных культур, как в России, так и за рубежом.

Этот способ обработки зерна позволяет предотвратить и ликвидировать самосогревание зерна, охлаждать зерновую массу до температуры, обеспечивающей длительное хранение. Вентилирование теплым воздухом с низкой относительной влажностью позволяет подсушить зерно и ускоряет процесс послеуборочного дозревания, улучшает хлебопекарные качества зерна [5]. Охлаждение и подсушивание зерна создают в насыпи условия, неблагоприятные для развития вредителей и микроорганизмов.

Норматив для определения объема нагнетаемого воздуха в зависимости от массы зерна не учитывает скорости воздуха. При вентилировании в одном и том же силосе разных масс зерна будут различные скорости воздуха [6]. В случае превышения относительной влажности воздуха в силосе, по сравнению с относительной влажностью наружного воздуха, рекомендуется обеспечить вентилирование пространства над зерном [7].

В таблице 1 представлены результаты аэродинамических измерений воздуха, нагнетаемого для активного вентилирования зерна в силосе вместимостью 2000 тонн, заполненного пшеницей на 75% объема.


Из данных таблицы 1 следует, что утечки воздуха из силоса составляют около 10% от объема воздуха, нагнетаемого вентилятором. Удельная подача воздуха в зерновую массу на 1 тонну не превышает 8,7 м3/т в час, что меньше норматива 10 м3/ч на тонну. Для обеспечения нормативного объема воздуха требуется подать в зерновую массу 15000 м3/ч*т, при которых перепад давления в слое толщиной 2950 мм должен составить 350 Па. Такое значение перепада установилось при уменьшении массы зерна в силосе до 1400 тонн или 70% вместимости силоса. В этом состоянии была обеспечена нормативная подача воздуха в силос 10,7 м3/ч*т. Мощность двигателя составила 8,5 кВт.
Удельные затраты электроэнергии составили,

На следующем рисунке 1 представлена типичная картина изменения температуры зерна в силосе при влиянии активного вентилирования.



В отличие от лабораторных исследований, в реальном силосе наблюдается повышение температуры в верхних слоях в начале вентилирования, линии 3,4,5,6. Происходит вынос дополнительного тепла из зон зерновой массы с необнаруженным в статике перегретым зерном. Это подтверждает, что вентилирование выравнивает температурное поле по слоям, и предупреждает развитие возможных очагов самосогревания зерна, находящихся за пределами контроля термометрии. С учетом вышеизложенного обстоятельства предложены минимальные предельно-допустимые сроки хранения зерна при его температуре свыше 20 °С.

Разработана новая динамическая модель послойного охлаждения зерновой массы, приведенная на рисунке 2, где Р - оператор Лапласа



Значения скоростей охлаждения зерна, полученные расчетом и экспериментально в лабораторных и производственных условиях, приблизительно равны и составляют около 0,17°С/ч. Однако распространить эту модель повсеместно не представляется возможным, так как полученные численные значения коэффициентов носят ориентировочный характер и требуют уточнения по большим массивам экспериментальных данных.

Данные замеров перепада давления воздуха в слоях зерна толщиной 2 м и 3м в силосе вместимостью 10000 т представлены в следующих ниже таблицах. Слой зерна имел толщину 3 м при измерениях перепадов давления между уровнями I-III и имел толщину 2 м при измерениях перепадов между уровнями II-III.





При работе четырех вентиляторов (табл. А) среднее значение перепада давления в слое толщиной 2000 мм равно 125 Па, в слое толщиной 3000 мм – 175 Па. Расход воздуха в слое зерна, вычисленный по перепаду давления, при коэффициентах А=0,22 и n=1,1 составило: 85700 м3/ч при перепаде 125 Па и 85500 м3/ч при перепаде 175 Па. Скорость фильтрации воздуха в силосе соответственно составила: 3,79 см/с и 3,78 см/с, практически одинаковая в обеих вариантах.

Измеренное значение расхода воздуха, нагнетаемого в силос каждым из вентиляторов, составило: 6,42 м3/с или 23100 м3/ч вентилятором №1; 5,78 м3/с или 20700 м3/ч вентилятором №2; 5.64 м3/с или 20300 м3/ч вентилятором №3; 5.95 м3/с или 21400 м3/ч вентилятором №4. Суммарный расход воздуха составил 23,79 м3/с или 85600 м3/ч. Скорость фильтрации воздуха в силосе составила 3,78 см/с или 0,038 м/с, которая равна скорости, вычисленной по формуле Рамзина (по перепаду давления).
В таблице 2, ниже приведены значения расходов воздуха, нагнетаемого в силос и проходящего через зерновой слой при включенных четырех и двух вентиляторах.



При включенных трех вентиляторах воздух в силосе распределялся неравномерно по сечению, имелись застойные зоны (см. таблицу Б) с отрицательными значениями перепадов давления. В дальнейшем этот режим не рассматривали. Полученные данные свидетельствуют о недопустимости вентилирования зерна при асимметричном нагнетании воздуха в силос.


Из представленных данных следует, что вентилирование зерна в силосах фирмы «GSCOR» эффективнее по энергозатратам, так как у данного изготовителя металлических силосов практически отсутствуют утечки воздуха, за счет этого выше удельная скорость подачи воздуха при более низких удельных затратах электроэнергии.

Литература
1. Вентилирование зерна в зернохранилище [Электронный ресурс]. Режим доступа: - http://agrotech35.ru/blog/index.php/15-ventilirovanie-zerna-vzernokhranilishche.html (Дата обращения: 2016).
2. Активное вентилирование зерна на предприятиях элеваторной промышленности [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://hlebprodukt.ru/ zerno/555-aktivnoe-ventilirovanie-zerna-na-predpriyatiyahelevatornoy-promyshlennosti.html (Дата обращения: 2014).
3. Активное вентилирование в силосах элеваторов [Электронный ресурс]. Режим доступа: - http://agro-portal24.ru/hranenie-zerna/3003-aktivnoeventilirovanie-v-silosah-elevatorov.html (Дата обращения: 2012).
4. Кинетика охлаждения зерна после сушки на установках активного вентилирования, 22-23 сентября 2015 года, В.Ф. Сорочинский, С.-15.
5. Активное вентилирование зерновых масс [Электронный ресурс]. Режим доступа: - http://chitalky.ru/?p=1436 (Дата обращения: 2016).
6. Кечкин И.А. Сборник научных трудов XI Международной научно- практической конференции молодых ученых и специалистов отделения сельскохозяйственных наук Российской академии наук/ВНИХИ – филиал ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН. – М.: – ВНИХИ – филиал ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова», 2017. – С. 126.
7. Кечкин И.А., Разворотнев А.С., Гавриченков Ю.Д. Режимы хранения и вентилирования зерна пшеницы в металлических силосах большой вместимости // Хлебопродукты. - 2017. -№ 11.- С. 58.

Кечкин И.А., аспирант, ассистент ВНИИЗ – филиал «ФНЦ пищевых систем им. В.М.Горбатова», г. Москва; Московский государственный университет технологий и управления им. К.Г.Разумовского (Первый казачий университет)

Статья опубликована в сборнике:
Научное обеспечение инновационных технологий производства и хранения сельскохозяйственной и пищевой продукции: сб. матер. I Международ. научн.-практ. конф. молодых ученых и аспирантов (09 – 23 апреля 2018 г., г. Краснодар) – С.271-276. URL: http://vniitti.ru/conf/conf2018/sbornik_conf_2018.pdf [Электронный ресурс]