Хранение зерна в силосах

         Промышленный адсорбционный осушитель воздуха ADS.

         Метод  активного вентилирования зерна в силосе рекомендован для применения  при долгосрочном  хранении зерновых культур в силосах.  « ДСТУ ISO6322-2:2004. Зберігання зернових і бобових. Частина 2. Практичні рекомендації (ISO 6322-2:2004,IDT)» С помощью данной технологии производится подсушка, охлаждение, обогрев, газация и дегазация зерна.  Но как показывает практика применения данной технологии достичь той или иной цели возможно не всегда. Возьмем,  к примеру,  сушку зерновой массы путем активного вентилирования.  Как утверждает тот же « ДСТУ ISO6322-2:2004.» при вентилировании силоса с целью подсушки зерна достаточно подавать за бортовой воздух с относительной влажностью определенного значения. Между относительной влажностью RH подаваемого в силос воздуха и влажностью зерна через определенное время устанавливается динамическое равновесие. Каждому значению относительной влажности воздуха и его температуры соответствует определенная равновесная влажность продукта. Например, при температуре около 20°С и  RH=15 - 20 % равновесная влажность зерна устанавливается около 7 %, а при  RH=100 % достигает 33 - 36 %. Оптимальный интервал влажности воздуха при положительной температуре (10°C - 20°С) находится в пределах от 60 до 70 %. В этих условиях равновесная влажность продуктов равна 13 - 14 %.Влажность продукта, при которой в нем появляется свободная вода, носит название критической. Для большинства культур критическая влажность лежит в интервале 14,5 - 16 %. Зерно, достигшее ее, может заплесневеть. Но как может работать воздух, с рекомендуемой влажностью, проходя через зерновой слой силоса?  Т.е. для того чтобы подсушить (например на 2% с 16% до 14% ), а заодно и снизить температуру зерна достаточно  подавать воздух в силос с заданным расходом (чаще всего рекомендуется 6 м3/час, тонну) и со  следующими параметрами воздуха вентиляции и влажности продукта:

Зерновая масса 

  • Влажность          16 %
  • Температура      20 °С

Подаваемый воздух

Параметры 1

  • Температура                               15°С
  • Относительная влажность      65%
  • Абсолютная влажность            6,9 гр/кг
  • Точка росы                                  8,5°С
  • Энтальпия                                   32,5 кДж/кг 

Вентилируемый силос -  СМВУ 165, засыпка 3.5 тыс. тонн, зерновая масса – пшеница.

Примем тот факт, что в результате сжатия в вентиляторе (ВР 85-70-5.2/18.5 кВт, 2 шт.) температура воздуха вырастет на 5°С - 7°С.  Принимаем 6°С. Таким образом на выходе из вентилятора имеем воздух с параметрами:  

Параметры 2

  • Температура                                21°С
  • Относительная влажность      45%
  • Абсолютная влажность            6,9 гр/кг
  • Точка росы                                  8,5°С
  • Энтальпия                                   38,6 кДж/кг 

Казалось бы, параметры воздуха более чем удовлетворяют условиям сушки. Но как работает сушильный агент в этом случае? Примем параметры воздуха при его насыщении межзерновой влагой равными:

Параметры 3

  • Температура                                21°С
  • Относительная влажность      85%
  • Абсолютная влажность            13,2 гр/кг
  • Точка росы                                  18,3°С
  • Энтальпия                                    54,6 кДж/кг 

Но нами принята уличная температура воздуха Т=15°С (вполне реальная температура для периода сентябрь-октябрь  день и август-сентябрь ночь). При таких параметрах можно заключить, что температура верхней крышки силоса тоже может находиться в этом диапазоне. С учетом значения точки росы воздуха на выходе из зернового слоя образование конденсата на внутренней поверхности верхней обечайки силоса неизбежно.

При расчете производительности установки на силос СМВУ 165 с засыпкой 3500 тонн зерна при подаче 6 м3/час на тонну атмосферного воздуха  необходимо пропустить через слой зерна 21000 м3/час воздуха и убрать 70000 кг влаги.  В этом случае имеем  21000х(0,0132-0,0085)=98.7 кг влаги/час., на протяжении 70000/98,7=709 часов. Даже если будет конденсироваться 30% влаги (70% удалиться через верхние вентиляционные отверстия) можно ожидать попадания 30 литров в час конденсата в верхний слой зерновой массы. 

 

 

 

Другими словами применение необработанного воздуха,  с целью подсушки зерна в силосе с применением системы активного вентилирования,  сопряжено с вероятностью увлажнения верхнего слоя зерновой засыпки в результате образования конденсата на внутренней поверхности крышки силоса. Таким образом,  чтобы уйти от данной проблемы,  необходимо снижать температуру подаваемого сушильного агента на величину равную ее повышения в результате сжатия в вентиляторе. Снижение абсолютной влажности воздуха позволит значительно сократить время сушки продукта. Так несложный просчет сушки 1 тонны зерна атмосферным и подготовленным воздухом показывает, что эффективность увеличивается в 7 раз. Время сушки атмосферным воздухом с расходом  6 м3/час на тонну составит около 6х(0,0132-0,0085)=0.028 кг влаги/час., 2/0.028=71 часа. В случае сушки 1 тонны зерновой массы обработанным воздухом, при прочих равных параметрах, время сушки составит  6х(0,0367-0,0035)=0,2 кг влаги/час., 2/0.2=10 часов.

 

           Соотношение температуры окружающей среды и температуры точки росы сушильного агента при его насыщении до RH=80%.

Температура окружающей среды, °С

Температура точки росы воздуха на выходе из зернового слоя при его насыщении до RH=80%,°С

Рекомендуемая температура сушильного агента, после воздухоподгот. установки, °С

Ожидаемая температура точки росы, °С
30 33 25 28
25 28 20 23
20 23 15 18
15 18 10 13

Просчет работы системы  активного вентилирования на  конкретном примере.Показатели наружного воздуха на 06.09.2011. г. Одесса. Решение о применении активной вентиляции принимается на условиях насыщения воздуха околозерновой влагой  до RH=70%. Учитываем факт нагрева воздуха в вентиляторе на 7°С.

Время суток Температура, °С Точка росы, °С Влажность, % Применение активн. вентиляции
12:00 AM 18  14 69 Невозможно
12:00 AM 15 12 82 Невозможно
12:30 AM 15 12 82 Невозможно
1:00 AM 15 12 82 Невозможно
1:30 AM 14 11 82 Невозможно
2:00 AM 13 11 88 Невозможно
2:30 AM 13 11 88 Невозможно
3:00 AM 16 14 87 Невозможно
3:00 AM 13 11 88 Невозможно
3:30 AM 13 11 88 Невозможно
4:00 AM 13 11 88 Невозможно
4:30 AM 13 12 94 Невозможно
5:00 AM 13 11 88 Невозможно
5:30 AM 12 11 94 Невозможно
6:00 AM 15 14 91 Невозможно
6:30 AM 12 11 94 Невозможно
7:00 AM 13 12 94 Невозможно
7:30 AM 15 13 88 Невозможно
8:00 AM 17 14 82 Невозможно
8:30 AM 20 14 68 Невозможно
9:00 AM 21 14 57 Невозможно
9:00 AM 22 13 57 Невозможно
9:30 AM 23 12 50 Невозможно
10:00 AM 23 13 53 Невозможно
10:30 AM 23 12 50 Невозможно
11:00 AM 24 10 41 Не желательно
11:30 AM 24 10 41 Не желательно
12:00 PM 23 13 45 Не желательно
12:00 PM 25 10 39 Не желательно
12:30 PM 25 11 41 Не желательно
1:00 PM 25 13 47 Не желательно
1:30 PM 25 14 50 Возможно
2:00 PM 24 13 50 Возможно
2:30 PM 23 15 61 Возможно
3:00 PM 23 16 56 Возможно
3:00 PM 24 15 57 Возможно
3:30 PM 24 15 57 Возможно
4:00 PM 25 14 50 Возможно
4:30 PM 25 13 47 Возможно
5:00 PM 24 11 44 Возможно
5:30 PM 24 10 41 Возможно
6:00 PM 23 9 41 Возможно
6:30 PM 23 12 50 Возможно
7:30 PM 20 10 52 Возможно
8:00 PM 19 11 60 Возможно
8:30 PM 19 11 60 Возможно
9:00 PM 19 12 57 Возможно
9:00 PM 18 11 64 Возможно
9:30 PM 17 12 72 Не желательно
10:00 PM 18 11 64 Не желательно
10:30 PM 18 11 64 Не желательно
11:00 PM 17 11 68 Не желательно
11:30 PM 17 11 68 Не желательно

 Принятие решения о возможности включения в работу системы активного вентилирования осуществлен на основании следующего расчета.

Психометрия воздуха 1:00 AM 7:00 AM 11:00 AM 1:30 PM 9:30 PM
Температура, °С 22 20 31 32 24
RH, % 70 70 70 70 70
Температура точки росы, °С 17 15 25 26 18
Температура металла силоса, °С 15 13 25 32 18
 
      Таким образом применять систему активного вентилирования без предварительной подготовки воздуха возможно только в течении 8 часов в сутки. Применение же данной системы в остальной период сопряжено с вероятностью конденсатообразования на холодной поверхности металла стенок силоса. 
 
Рассмотрим процесс движения воздушной среды по стволу силоса. Данные исследования проводились Университетом Южного Кливленда. Название работы «Numerical investing into the aeration of grain silos»,  Октябрь 2004 г. (Механизм проветривания бункеров зерна).Как видно из этой работы температурное поле (а также распределение влажности) в силосном пространстве при отсутствии вентиляции силоса имеет следующий вид  :
 

При включении в работу системы активного вентилирования картина приобретает следующий вид:

Геометрические размеры исследуемого силоса:

При включении в работу системы активного вентилирования наблюдалась следующая картина по распределению температуры, давления и скорости воздушного потока через зерновой слой (зерновой материал-сорго):

Показатели после 1 часа проветривания:
Температура сорго по высоте силоса, °С

 

Давление сорго по высоте силоса, Па

 

Векторы скоростей воздушного потока через зерновой слой сорго по высоте силоса, м/с

 

Показатели после 12 часов проветривания

Температура сорго по высоте силоса, °С 

 

Показатели после 36 часов проветривания

Температура сорго по высоте силоса, °С 

Из этого следует, что для силоса с загрузкой около 75 тонн, уже через 36 часов наступает выравнивание температурного поля и удаление избыточной влаги из околозернового пространства (для сорго).