Обоснование необходимости совершенствования установок активного вентилирования для сушки зерна при напольном хранении

Автор: Шарко Антон Александрович, Будников Дмитрий Александрович

Журнал: Агротехника и энергообеспечение @agrotech-orel

Рубрика: Электротехнологии, электрооборудование и энергоснабжение агропромышленного комплекса

Статья в выпуске: 4 (37), 2022 года.

Бесплатный доступ

В условиях роста сбора зерновых в России и недостатка мощностей для хранения, возникает необходимость обеспечить сохранность урожая на базе аграрных хозяйств. Цены на зерновые являются сезонными. Многие производители стараются хранить урожай у себя до повышения цены, повышая тем самым рентабельность. Возможность осуществлять послеуборочную обработку и хранение урожая в условиях собственных хозяйств позволяет производителю значительно снизить себестоимость производства. Необходимость проведения сушки зерна в кратчайшие сроки диктуется соблюдением требований сроков безопасного хранения и обеспечением сохранности урожая. Ограничения для производителей при обработке зерна могут обуславливаться ограниченными ресурсами на покупку сушильного оборудования, площадей, для размещения складов промежуточного хранения, энергетических мощностей. В данной работе произведен обзор применяемых технологий хранения зерна; выполнено сравнение установок, используемых для сушки зерна активным вентилированием при напольном хранении; приведены возможные направления для совершенствования рассматриваемых установок; сделаны выводы о целесообразных направлениях дальнейших исследований. Применение электрофизических способов воздействия может позволить сократить удельные затраты при увеличении производительности оборудования. Кроме того, должна быть решена задача рационального размещения установок и режимов их работы с учетом указанных выше ограничений.

Еще

Зерно, активное вентилирование, электротехнологии, энергоемкость сушки

Короткий адрес: https://sciup.org/147240737

IDR: 147240737

Текст научной статьи Обоснование необходимости совершенствования установок активного вентилирования для сушки зерна при напольном хранении

Введение. В настоящее время сбор зерновых в России находится на высоком уровне. По предварительным данным Росстата сбор зерна в РФ в чистом весе в 2021 году составил 120,7 млн тонн, в том числе 75,9 млн тонн пшеницы. При этом в России существует недостаток мощностей для хранения зерна. Для надежной сохранности зерна в стране необходимы зернохранилища, общая вместимость которых превышает среднегодовой валовой сбор до 1,5-1,8 раза. Это позволяет компенсировать годичные колебания урожая, учесть объемную массу зерна различных культур, раздельно вести обработку и хранение разнокачественных партий зерна, иметь переходящий остаток зерна в объеме до 20% потребления [1, 2, 3, 4]. Несмотря на то, что доля ежегодно вводимых в эксплуатацию мощностей для хранения зерна превышает выводимые из оборота в 2-4 раза, ситуация остается напряженной. На фоне высокой стоимости хранения зерна в условиях элеваторов (3-20 руб/сутки за тонну) ведут к стремлению производителей вводить собственные мощности. В некоторых случаях, производители предпочитают выждать время для продажи И⁸⁸ Агротехника и энергообеспечение. - 2022. - № 4 (37)

урожая. Так колебание цен в течение года может достигать 30% [5]. Таким образом, организация хранения зерна собственными силами хозяйств-производителей в нашей стране является актуальной задачей.

Основная часть. Хранилища зерна, используемые в хозяйствах можно разделить на: наземные склады; бетонные силосы; металлические силосы и т.д. (таблица 1). При этом около 56% мощностей для хранения зерна находятся у сельскохозяйственных производителей, а оставшуюся часть представляют собой мощности элеваторов, хлебоприемных предприятий, переработчиков зерна и т.д.

Потери зерна в России доходят до 15-20%, при этом большая часть обусловлена износом оборудования и несовершенством технологии хранения. В отдельных регионах при неблагоприятных условиях хозяйства теряют по 25-40% собранного урожая.

В случае, когда производитель не может позволить себе возведение дорогостоящих стационарных хранилищ либо требуются площади для временного хранения зерна в процессе уборки, прибегают к возведению быстровозводимых ангаров или организации площадок для хранения (зернотоков). Зачастую при такой организации возникают сложности в обеспечении сохранности зерна в процесс хранения. Для соблюдения требований к хранению, возможно применение мобильных зерносушилок, установок активного вентилирования различных конструкций (стационарных, мобильных, переносных и т.д.). Сравнение некоторых из применяемых мобильных установок (по сушке пшеницы), выполненное на основе проведенного патентного поиска и характеристик, заявленных производителями (RIELA, Германия; Agrex, Италия; Mecmar, Италия; MEPU, Финляндия; Fratelli pedrotti, Италия; АгроТехМаш, РФ и др.), представлено в таблице 2.

Как видно из приведенных данных, удельный расход энергии на сушку зерна пшеницы с помощью мобильных установок составляет 5-10 МДж на килограмм испаренной влаги. Указанные данные получены по данным, представленным производителями, в реальных условиях расход может возрасти на 20-30%. Если учесть, что наибольшей энергоемкостью и продолжительностью характеризуется досушивание с 16 до 14%, необходимо совершенствование процесса сушки в данном виде сушилок, либо проводить в них сушку до 16% с дальнейшим досушиванием другими способами.

При хранении зерна пшеницы влажностью 16% срок безопасного хранения составляет от 4 суток при температуре 30 ° С до 120 при температуре 10 ° С. В этот период необходимо провести досушку. В качестве возможных технологий активного вентилирования зерна при напольном хранении применяют: стационарные; переносные. Стационарные установки активного вентилирования предполагают специальную конструкцию складов, рассчитываемую в процессе проектирования. В случае напольного хранения, в том числе в быстровозводимых ангарах, а также при необходимости локализации мест самосогревания могут быть применены переносные установки активного вентилирования.

Таблица 1 – Технологическая характеристика хранилищ различного типа

Тип хранилища	Преимущества	Недостатки	Назначение	Объем хранимо го зерна	Стоимость возведения
Наземный склад	Стабильный режим хранения, минимальное повреждение и дробление зерна, возможность раздельного хранения.	Невысокий уровень механизации и контроля за качеством, низкий коэффициент использования территории, небольшая вместимость.	Хранение семенного зерна, кукурузы, масличных культур, длительное хранение зерна.	100-4500 тонн	От 12 тыс. руб. за тонну хранения
Бетонный силос	Стабильный режим хранения, возможность частой перегрузки	Сложное обслуживание и контролирование качества. Дробление зерна при загрузке.	Временное и длительное хранение зерна.	100-1000 тонн	От 18 тыс. руб. за тонну хранения
Металлически й силос	Высокий уровень эксплуатации и контроля за качеством, широкий типоразмерный ряд.	Зависимость от метеоусловий, дробление зерна при загрузке.	Концентрация и временное хранение зерна.	2,6-7000 тонн	От 15 тыс. руб. за тонну хранения
Бурты и траншеи	Возможность временного хранения партий зерна при отсутствии постоянных хранилищ	Зависимость от метеоусловий, дробление зерна при загрузке. Возможность заражения и проникновения вредителей. Сложное обслуживание и контролирование качества.	Временное хранение на открытом воздухе в специальной таре или насыпью	100-4500 тонн	От 5 тыс. руб. за тонну хранения
Полимерные рукава	Стабильный режим хранения, возможность хранения зерна при небольшом превышении относительно кондиционной влажности.	Относительно небольшое время безопасного хранения (3—6 месяцев), после чего вероятны потери качества	Хранение в специальной таре -многослойные мешки с герметично запакованной продукцией, что создает условия для хранения путём исключения доступа кислорода	0-200 тонн	От 4 тыс. руб. за тонну хранения
Системы длительного хранения зерна	Высокий уровень эксплуатации и контроля за качеством.	Сложное обслуживание и контролирование качества.	Временное и длительное хранение зерна.	30-150 тысяч тонн	От 10 тыс. руб. за тонну

Таблица 2 – Сводные сведения об энергоемкости сушильного оборудования

№	Фир ма, стран а	Модель	Тип	Производител ьность, т/час	Установле нная эл. мощность, кВт	Мощно сть на выходе (теплов ая), кВт	Энергоемко сть, МДж/кг исп вл	Топлив о	2 к
1.	w я я св 2 & < В 2	GDT 240 5/1	мобильн ая прямото чная	6,3	18	450	5,68996960 5	со Р Я н	о <Я\
2.		GDT 240 8/1	мобильн ая прямото чная	11,5	27	700	4,84218316 4
3.		GTR 1500	мобильн ая циркуля ционная	4,8	10	300	4,94680851 1
4.		GTR 1700	мобильн ая циркуля ционная	4,8	10	300	4,94680851 1
5.	vs н К х о ЬО	PRT75/M PRT75/ME	Мобильн ая	5	22	384	6,21957446 8	дт(ВО М), эл.	5в о <Я\ о
6.	vs н К х о ЬО	PRT120/M PRT120/M E	Мобильн ая	7,5	44	697	7,56765957 4	дт(ВО М), эл.	5в о <Я\ о
7.	W к н К Й а о о 2	RT1750/8	Мобильн ая	7,2	18	1186	10,2380952 4	со Р я	5в о о <м
8.		RT2000/9		8	22	1186	9,24489795 9
9.		RT2250/10		9	30	1186	8,27210884 4
10.	W я е Рч и 2	M 150k	Мобильн ая	2,8	17	310	8,94528875 4	ю cd & & я	5в о <Я\
11.		M 180k		3,74	17,5	310	6,70724769 6
12.		M 205k		4,2	19	400	7,64133738 6
13.		M 240k		4,9	21	400	6,58098132 9
14.	е Рч а 2 X О о <	АТМ-10	Мобильн ая	1,8	37,6	5000	5,77706422	н го" & & я	о о
15.		АТМ-15		2,5	37,6	8000	6,91307339 4
16.		АТМ-20		3,5	37,6	9500	5,79050188 9
17.		АТМ-25		5	53,2	12000	5,18342889 9
18.		АТМ-34		7	53,2	20000	6,08738532 1
19.		АТМ-45		11,5	83,6	30000	5,54456913 5
20.		АТМ-60		15	83,6	45000	6,20416513 8

Примерами таких установок могут быть: полукруглые каналы для зерна (рисунок 1а)

телескопическая вентиляционная труба (рисунок 1б); вентиляционные столбы (рисунок 1в); вентиляционные копья (рисунок 1г) и т.д. [6, 7].

Рисунок 1 – Переносные установки для активного вентилирования зерна [6, 7]

Данные установки подходят для складов временного хранения; напольных хранилищ; хранении в буртах и т.д. Время вентилирования составляет порядка 12 часов. При учете сроков безопасного хранения, становится актуальной задача интенсификации процесса активного вентилирования. В качестве факторов интенсификации сушки при проведении активном вентилировании могут быть рассмотрены: нагрев агента сушки; применение озона; применение аэроионов; применение микроволнового поля и т.д. Однако стоит учесть, что часто электроснабжение складов отсутствует либо мощности недостаточно для обеспечения энергией всего аэрационного оборудования. В случае применения переносных установок, например, аэраторов зерновых ПВУ-1 или ЗВУ, их следует располагать в шахматном порядке на расстоянии 3-4 м. Таким образом, при расчете необходимого количества установок активного вентилирования на склад требуется учитывать ограничения по сроку обработки (сушки), размеры склада, доступную мощность источников электрической и тепловой энергии. Для обеспечения энергией аэрационных установок следует рассмотреть соотношения тепловой и электрической мощностей, затрачиваемых на процесс сушки.

Проведенный патентный поиск показал, что в настоящее время существует большое количество технических решений мобильных и переносных установок для сушки зерна, однако вопрос применения электрофизических способов интенсификации процесса сушки зерна при напольном хранении изучен недостаточно. Кроме того, для интенсификации массопереноса и снижения энергозатрат должны быть рассмотрены факторы электрофизического воздействия и соотношение тепловой и электрической энергии, потребляемой при сушке. В качестве таких факторов могут быть рассмотрены инфракрасное, микроволновое воздействие, насыщение агента сушки аэроионами либо озоном [8, 9, 10].

Энергообеспечение установок, предполагаемых к исследованию, требует наличия как тепловой, так и электрической энергии. Во многих случаях, хранилища находится на удалении и не имеют системы центрального электроснабжения. Таким образом требуется расчет баланса тепловой и электрической энергии, затрачиваемой при сушке зерна.

Для определения наиболее перспективного направления исследования разработки оборудования сушки зерна рассмотрим некоторые варианты применения электротехнологий на существующем и разрабатываемом оборудовании. В таблице 3 [10] приведены некоторые показатели технологий сушки зерна, в том числе, с применением электрофизических воздействий.

Таблица 3 – Технологии сушки зерна [10]

Технология	Энергоемкость, МДж/кг исп. вл.	Производит. т/ч	Исполнение	Достоинства
Классическая тепловая сушка	5-14	4-250	стационарные; мобильные, переносные	высокая номенклатура производительностей
Ультразвук	4,0-6,0	0,01-0,1	лабораторные	высокая интенсивность процесса влагопереноса
Озон	3,5-5,5	0,1-5,0	контейнерные стационарные, мобильные, переносные	низкая энергоемкость; обеззараживание
Аэроионы	3,3-5,0	0,1-1,0	стационарные мобильные, переносные	низкая энергоемкость
Микроволновы	3,0-5,5	0,1-5,0	стационарные, мобильные, переносные	обеззараживание; увеличивает срок хранения
Инфракрасное излучение	5,0-9,0	0,1-10,0	стационарные; лабораторные	высокая интенсивность нагрева;

Таким образом, в качестве факторов, влияющих на энергоемкость и интенсивность сушки, целесообразно рассмотреть применение электрофизических воздействий (микроволновое поле, аэроионы, озоно-воздушные смеси.

Выводы. На основании изложенного выше можно сделать следующие выводы:

1. На объектах сельскохозяйственного производства генерацию энергии целесообразно осуществлять с учетом полного перечня технологических и бытовых процессов, а также с учетом соотношения потребных электрических и тепловых мощностей.
2. При сушке с применением электрофизических воздействий доля электрической энергии, затрачиваемой на осуществление технологического процесса составляет до 60%.
3. В качестве факторов, влияющих на энергоемкость и интенсивность сушки, целесообразно рассмотреть применение электрофизических воздействий (микроволновое поле, аэроионы, озоно-воздушные смеси.

Список литературы Обоснование необходимости совершенствования установок активного вентилирования для сушки зерна при напольном хранении

Сорочинский, В. Хранение и сушка зерна: сложности и способы их устранения / В. Сорочинский // Комбикорма. - 2021. - № 2. - С. 27-30.
Лютых О. На всех не хватит: проблемы зернохранения в России // Агрофорум. - август 2021. - С. 50-55.
Bagar, H.; El Afif, A.; Mrani, I. Experimental investigation and mathematical modeling of the unsteady drying kinetics of durum wheat grains. Moroccan Journal of Chemistry, [S.l.], v. 9, n. 3, p. Mor. J. Chem. 9 №3 (2021) 499-512, nov. 2021.
Ospanov A.B., Vasilyev A.N. et all. Improvement of grain drying and disinfection process in the microwave field. Monography. - Almaty: Nur-Print, 2017. - 155p. 978-601-7869-72-4.
ISBN: 978-601-7869-72-4
Аналитические обзоры рынков // "АгроНовости" от 20.02.2022 года. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://agro-bursa.ru/prices/wheat/- 27.03.2022.
Дондоков, Ю. Ж. Сушка зерна полукруглыми вентиляционными каналами / Ю. Ж. Дондоков, И. Н. Аммосов, В. М. Дринча // Кормопроизводство. - 2019. - № 2. - С. 42-46.
Каталог "Сельскохозяйственное оборудование Hовинки" [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.a-schmelzer.com/ru/- 27.03.2022.
Artem Kliuchnikov Development of new method of drying at energy-saving universal dryer to improve quality of crops used in fodder production, Engineering for rural development, Jelgava, 22.-24.05.2019.
Мельников, А. И. Сушка зерна в инфракрасном излучении / А. И. Мельников, А. А. Чекановкин // Проблемы современной науки и образования. - 2019. - № 5(138). - С. 23-26.
Budnikov D.A. (2022) Study of the Ratio of Heat and Electrical Energy Expended in Microwave-Convective Drying of Grain. In: Popkova E.G., Sergi B.S. (eds) Sustainable Agriculture. Environmental Footprints and Eco-design of Products and Processes. Springer, Singapore.

Еще

Статья научная