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

Шарко Антон Александрович; Будников Дмитрий Александрович; Sharko Anton Aleksandrovich; Budnikov Dmitry Aleksandrovich

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 | УДК: 631.365.22

Justification of the need to improve active ventilation installations for grain drying during floor storage

In the context of growing grain harvests in Russia and a lack of storage capacity, there is a need to ensure the safety of the crop on the basis of agricultural holdings. Cereal prices are seasonal. Many growers try to store crops until the price rises, thereby increasing profitability. The ability to carry out post-harvest processing and storage of crops in the conditions of their own farms allows the manufacturer to significantly reduce the cost of production. The need for grain drying as soon as possible is dictated by compliance with the requirements for safe storage periods and ensuring the safety of the crop. Restrictions for producers in the processing of grain may be due to limited resources for the purchase of drying equipment, space, for the placement of intermediate storage warehouses, and energy capacities. This paper provides an overview of the applied grain storage technologies; comparison of installations used for grain drying by active ventilation during floor storage; possible directions for improving the considered installations are given; conclusions are made about the appropriate directions for further research. The use of electrophysical methods of influence can make it possible to reduce unit costs while increasing the productivity of equipment. In addition, the problem of rational placement of installations and their modes of operation should be solved, taking into account the above restrictions.

Еще

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