автореферат диссертации по процессам и машинам агроинженерных систем, 05.20.01, диссертация на тему:Технология и установка для консервации свежеубранного зерна в климатических условиях Восточной Сибири

На правах рукописи /

КАЛУЖЕНИН Александр Борисович

ТЕХНОЛОГИЯ И УСТАНОВКА ДЛЯ КОНСЕРВАЦИИ СВЕЖЕУБРАННОГО ЗЕРНА В КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ ВОСТОЧНОЙ СИБИРИ

05.20.01 - Технология и средства механизации сельского хозяйства

АВТОРЕФЕРАТ дис ссртздии на соисканнс ученой стспски кандидата технических наук

Улан-Удэ, 2003

Работа выполнена в Бурятской государственной сельскохозяйственной академии *

им.В.Р.Филиппова

Научные руководители - Заслуженный изобретатель РФ,

доктор технических наук, профессор Ханхасаев Г.Ф.

- Кандидат технических наук, профессор Фомичев М.М

Официальные оппоненты - Заслуженный работник высшей школы РФ,

доктор технических наук, профессор Урханов H.A.

- Кандидат технических наук Боноев П. А.

Ведущая организация - Бурятский НИИСХ СО РАСХН

Защита состоится « 18 » декабря 2003г. на заседании диссертационного Совета К.212.039.04 в Восточно-Сибирском государственном технологическом университете по адресу: 670013, г.Улан-Удэ, ул.Ключевская,40в

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим отправить в адрес диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВСГТУ. Автореферат разослан « 17 » ноября 2003 года.

Алексеев Г.Т.

Ученый секретарь диссертационного Совета к.т.н., доцент

2ооЗ-А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Для сбора максимально возможного урожая зерновых и его сохранения необходимы соблюдение оптимальных сроков уборки и своевременная консервация свежеубранного зерна на току. Состояние послеуборочной обработки и хранения зерна влияет на каждый из трех факторов управления производством зерна: повышение урожайности зерновых культур, сокращение потерь, улучшение качества конечного продукта. В европейской части России консервация свежеубранного зерна осуществляется в основном с применением высокотемпературной сушки, которая является одной из самых энергозатратных и канцерогенных операций в производстве зерна. К тому же производительность сушильного оборудования не позволяет своевременно обрабатывать всё поступившее зерно, поэтому приходится решать вопросы временной консервации его до сушки. В Восточной Сибири в связи с ростом цен на энергоносители и сушильное оборудование производители зерна вынуждены продлевать сроки уборки. Значительно возрастают потери в поле, а при неблагоприятных климатических условиях и на току от самосогревания. В сложившейся рыночной ситуации рухнула некогда отлаженная система хлебозаготовок, когда хозяйства зерно сдазали на хлебоприемные предприятия и мелькомбинаты. А сегодня встала задача все убранное зерно доводить до кондиции на зернотоках, практически не имея для этого удовлетворительной материально-технической базы. Таким образом, решение вопросов разработки и совершенствования альтернативных региональных способов консервации и хранения свежеубранного зерна является актуальной задачей, представляющей научный и практический интерес. Работа финансировалась: в 1994 г. по фонду изобретений России; в 1994-95гг- согласно решения НТС при Правительстве Республики Бурятия; программе «Бурятия. Наука и техника-1998-2000гг.»; гранту Бурят. ГСХА в 2001-2002п\ Цели и задачи исследований. Целью настоящей работы является исследование процессов консервации влажного свежеубранного зерна путем

использования естественного

тального климата Восточной Сибири, а также с учетом взаимного влияния абиотических и биотических факторов на экологическую чистоту продукции. В соответствии с поставленной целью в диссертации решались следующие основные задачи:

1) выявление основных закономерностей изменения параметров атмосферного воздуха в период уборки и хранения зерна;

2) определить аналитические зависимости процессов охлаждения зерна, выявить факторы, влияющие на его сохранность и, на основе их анализа, определить управляемые параметры разрабатываемой технологии;

3) разработать экологизированную технологию консервации свежеуб-ранного зерна в климатических условиях Восточной Сибири;

Объект исследования - теплофизические процессы, протекающие в реальном свежеубранном ворохе, с учетом внешних физических воздействий среды (экосферы).

Научная новизна. Выявлена возможность управления инактивацией физиологических процессов в свежеубранном зерновом ворохе путем использования холода ночного времени суток. Предложен способ определения состояния зерновой массы и разработаны варианты технологий консервации и дальнейшего хранения зерна различного назначения. Новизна технического решения подтверждена патентом СССР № 1788884 «Способ послеуборочной обработки и хранения зерна».

Практическая значимость. Полученные результаты исследований позволили разработать управляемые биоэкологизированные технологии консервации свежеубранного зерна в регионах с резко континентальным климатом и тем самым свести к минимуму капитальные и эксплуатационные затраты, а также получить экологически чистый исходный продукт для питания.

Реализация результатов исследований. Разработанный способ послеуборочной консервации свежеубранного зерна рекомендован для внедрения Минсельхозпромом России (распоряжение №3-26/24 от 28.0;.97), а также использован в ряде хозяйств Республики Бурятия: племхозе «Боргойский»

Джидинского, ОКХ «Родина» Мухоршибирского, ОКХ «Гигант» Заиграев-ского районов.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научных конференциях Бурят. ГСХА. с (1990 по 2003 гг.), Московского государственного агроинженерного университета им. В.П. Го-рячкина (с 1990 по 1994 гг.), ВСГТУ.(1991 г.), Иркутской государственной сельскохозяйственной академии (1993 г.), Российской инженерной академии менеджмента и агробизнеса (1999 г.).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 17 печатных работах, и получен патент на изобретение.

Структура о объем диссертации. Диссертация состоит из введения и пяти глав, общих выводов, списка литературы из 166 наименований (в том числе 9 на иностранных языках) и приложений. Общий объем 164 стр., в том числе: 29 рисунков; 32 таблиц и 17 стр. приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность и сформулирована цель работы, приведена её общая характеристика.

В первой главе проведен анализ научно-технической и патентной литературы по вопросу консервации свежеубранного зерна. Разнообразие технологических приемов консервации зерна можно свести к двум процессам: высушивание (высокотемпературное, низкотемпературное) и хранение во влажном состоянии (химическое консервирование, герметическое хранение, хранение в регулируемой газовой среде и в охлажденном состоянии). Агробиологической основой приемов является воздействие на главные факторы жизнедеятельности зерновок и микроорганизмов следующих факторов: влажности (высушивание, ксероанабиоз), температуры (охлаждение, термоанабиоз), обеспеченности кислородом (герметическое хранение, аноксиана-биоз), а также учетом лаг периода при консервации зерна.

Большой вклад в решении теоретических вопросов сохранения зерна внесли: Лыков A.B., Птицын С.Д., Кретович B.JL, Казаков Е.Д., Гинз-

бург A.C., Егоров Г.А., Реймерс Ф.Е., Илли И.Э., Соседов Н.И., Анискин В.И., Фоканов A.M., Файн A.M., Овчаров К.Е., Голдовский А.Н., Авдеев A.B., и др.; в использование физических факторов при предпосевной обработке : Прищеп Л.П., Изаков Ф.Я., Басов A.M., Трифонова Н.Ф., Каме-нир Э.А., Худоногов A.M. и д.р.

Обзор научных исследований по вопросам низкотемпературной сушки и охлаждения зерна, проведенных Мельник Б.Е., Уколовым B.C., Миль-ман И.Э. Карповым Б.А., Лурье В.М. Фомичевым М.М., Гуляевым Г.А., Се-кановым Ю.П. Сергуновым B.C., Урхановым H.A., Ханхасаевым Г.Ф., Онхо-новой Л.О. и др., показал, что выполненные ими исследования явились определяющими при разработке установок по вентилированию зерна.

Наиболее дорогой и самый распространенный метод консервации - высокотемпературная сушка. Основное направление научных работ нацелено на сокращение топливоэнергоемкости сушки за счет совершенствования конструкции сушилок и воздействия различными факторами с целью интенсификации отдачи влаги зерновками. Известно, что топочные газы канцерогенны, поэтому сушильное оборудование должно работать на качественном жидком топливе с тщательно отрегулированной автоматикой. Кроме того, на влажное свежеубранное зерно, ожидающее сушку, воздействует микрофлора, продукты жизнедеятельности которой токсичны.

С точки зрения затрат энергии, наиболее эффективной и экологически чистой технологией является хранение влажного зерна в охлажденном состоянии, причем даже с применением холодильной техники. Основным назначением такого хранения является временная консервация влажного и сырого зерна в тот период, когда оно ожидает сушку, кроме того, она может быть использована для длительного хранения сухого зерна.

В литературных источниках выявленые два основных мнения на первопричину потери качества свежеубранного зерна при хранении:

-физиологические процессы в зерновках, вследствие которых выделяются влага и тепло, которое за счет низкой теплопроводности зерновой массы

аккумулируется и провоцирует развитие микрофлоры. Этот процесс может привести к прорастанию зерна и увеличению его температуры до 45...50°С;

• - жизнедеятельность микроорганизмов, так как зерновка при влажности, ниже индуцирующей прорастание, не выделяет тепло.

Следует отметить, что в литературных источниках не уделяется должного внимания выявлению и взаимосвязи большого числа факторов, влияющих на сохранность зерна. Во многих работах игнорируется фактор времени нанесения технологических воздействий, эксперименты проводятся на искусственно увлажненном зерне, не учитывается лаг период, не используется плавное снижение исследуемого фактора.

Выявлено две основные климатические особенности Восточной Сибири: средне суточная температура атмосферного воздуха с сентября по июнь способствует хранению зерна в охлажденном состоянии; ночные температуры воздуха в период уборки зерновых меньше 10 °С.

Основные выводы по главе:

- до настоящего времени в условиях Восточной Сибири не исследованы возможности длительного хранения влажного зерна различного назначения в охлажденном состоянии; отсутствует необходимое и достаточное множество факторов, позволяющих совершенствования технологии послеуборочной консервации свежеубранного зерна, поэтому возникла необходимость разработки устройств для консервации зерна, изготовление которых возможно в условиях хозяйств различной формы собственности;

- в хозяйствах Республики Бурятии ощущается значительный недостаток оборудования для послеуборочной консервации свежеубранного зерна.

Во второй главе изложены результаты теоретических исследований по обоснованию параметров процессов охлаждения свежеубранного зерна и разработке технологии консервации.

Приближенно определить время охлаждения зернового вороха, не вникая в подробности сложной теории послойного охлаждения, можно при существовании двух условий:

- отсутствие потерь при охлаждении, так как зерновая масса окружена со всех сторон средой с температурой окружающего воздуха;

- процесс охлаждения по слоям осуществляется без потерь и только в верхнем слое возможен вынос энергии, но он незначителен, так как ему предшествует "п" слоев. Тогда уравнение теплового баланса при вентилировании зернового вороха в ночные часы будет иметь вид:

С,-М,-(0,-0„)=С.-г.-£_.(0,-0,)г„ , (1) где: С,, С„; ун- теплоемкость зерна и воздуха, кДж/кг• К; плотности воздуха кг/м3; ©,,©„- температура зерна и воздуха, К; М,, ¿„„„ - масса зерна в ворохе, кг и производительность вентилятора, м3/ч; т„- время вентилирования, ч.

Решая уравнения (1) относительно гв, находим постоянную охлаждения и оптимальную массу для аккумулирования холода:

1,74, ч. (2) Ч= =5,751„,т , кг. (3)

Чаш 1

Экономически целесообразная скорость фильтрации определяется из формулы:

Уф~ е-3600 ' . (4>

где: бэ„ - экономически целесообразный расход воздуха, м3/(кг-ч); Н„ - высота вороха, м; р„„ - коэффициент насыщения воздуха, кг/м3; е - пороз-ность слоя.

В общем виде процесс теплообмена при вентилировании вороха описывается дифференциальным уравнением:

=«,.(© з-0.), (5)

где: с„ р„ ау - удельная теплоемкость, Дж/кг-°С; плотность, кг/м3; коэффициент теплоотдачи, Вт/(м3 • °С); 03,0, - температура зерна и охлаждающего воздуха, °С.

Для того, чтобы определить выражение критериальной зависимости процесса охлаждения зерна при числах Рейнольдса Ю'.-.ЛО2 и скоростях

фильтрации О,ОЗ....0,3 м/с, примем допущения, что зерновка - это шар с приведенным диаметром, тогда средняя критериальная зависимость, определенная нами расчетным путем по литературным источникам, равна:

Ыи=0,4Ке°'557 , (6)

Среднюю критериальную зависимость можно представить в следую-щем'виде:

= (7)

где: с!Пр - приведенный диаметр зерновки, м.; X - коэффициент теплопроводности, Вт/( м • К); V - кинематическая вязкость воздуха, м2/с.

Тогда выражение коэффициента теплоотдачи запишется в виде:

Л ■ к0'5" " = 0.4 ' (8)

Подставив полученное значение (8) в уравнение (5), после интегрирования и преобразования получим уравнение температурной кривой (Рис. 7,8^

©,=©„ + (©о-0,)ехр

( 0,4 • А ■ Уф™ • ра "

(9)

Разработана программа для расчета температурной кривой на ЭВМ.

Для оценки величины повышения температуры в ворохе за какой либо промежуток времени примем величину относительной избыточной температуры 0 *, которая зависит от отношения х_ и от числа Фурье:

я

= (10)

где: Х- расстояние от средней точки очага повышенной интенсивности тепловыделения, м; Я - радиус очага, м; а - коэффициент температуропроводности зернового слоя, м2/с; г - продолжительность процесса, с.

Определив пределы изменений числа Фурье для идеальных условий Восточной Сибири, принимая влажность зерна, поступающего на ток равной

22%, температуру в ворохе 10____15°С, размеры очага 0,1м, из номограммы

зависимости избыточной температуры от числа Фурье (0*=Г(Ро)), находим,

что величина относительной избыточной температуры в пределах изменения числа Фурье от 0 до 0,86 имеет постоянное значение, ©*=0,5. В этом случае температура границы зоны повышенной интенсивности тепловыделения изменяется по линейному закону и описывается уравнением:

© = ©0+0,5 , (11)

0 /зс, сУт

где: ©о - начальная температура зерна до охлаждения, °С; ^- расчетное значение мощности тепловыделения, мВт/кг; р, - плотность зернового слоя; кг/м3. с, - удельная теплоемкость зерна,Дж/(кг -"С); тсут- время хранения, сут.

Расчеты аналитических зависимостей представлены в табл. 1, а теоретические кривые охлаждения зерна - на рис. 8 кривая © зтеор; Рис. 3 кривая 7.

Таблица 1

Аналитические зависимости процесса охлаждения зерна в ворохе

Наименование Значение

Постоянная охлаждения, час. 5,8

Оптимальная масса для аккумулирования холода, в зависимости от исходной влажности зерна и количества вентиляторов на одной установке, т 40-140

Повышение температуры зерна после 5 суток хранения при наличии очага самосогревания, °С. 2,7

Повышение температуры зерна после 10 суток хранения при наличии очага самосогревания, °С. 5,48

Анализ вероятностно - статистических характеристик параметров атмосферного воздуха позволил определить периоды суток, благоприятные для ведения процесса охлаждения (с 22 до 9 ч)и при необходимости - импульсной сушки активным вентилированием (с 11 до 21 ч). Полученные кривые (рис. 1) близки к синусоидам и описываются следующими уравнениями.

Для ведения процесса охлаждения Для ведения процесса сушки

0, = 12 + 5,Ып(— Тс--); 12 6 (12) У, = 85 + Звш(— Тс + -л), 12 3 0, =8+6яп(£ Тс--ж)-, ■ \ * (П) Г = 79 + 315т(-— Тс + —-), 12 4)

Где: температура (°С) и относительная влажность (%) атмо-

сферного воздуха, являющиеся функциями от времени часов суток (тсут ).

С целью определения закона распределения случайных величин (температуры и относительной влажности воздуха) построены гистограммы для пятилетних выборок по декадам сентября месяца (рис.2). Анализ гистограмм показал, что в 100%, случаев с третьей декады сентября, среднесуточная температура воздуха будет меньше 8°С.

о % 11 и й) л г

е ¡Сг-

/ . \ 1 // //

\ V

Рис.1 Изменение оценок математического кидания температуры а) и относительной

■) 'с)'

Рис.2 . Гистограммы температуры и

, относительной влажности амосфер-

влажности б) атмосферного воздуха по „0Го воздуха за сентябрь;

декадам сентября: П т

1,11,111-первая, вторая, третья декада месяца; Ы I тсм^™а; ^ " влажность;

1У-средне-месячная многолетняя температура Э'б'В" 111 деКад" МеС*Ца' Вр6МЯ бЧ';

воздуха по литературным данным. Г'Л 6 ~ т0 Же> в?емя 15ч'

Разработана классификация факторов влияющих на сохранность свежеуб-ранного зерна (табл.2 ), позволяющая дать полное представление о взаимовлиянии четырех групп факторов на физиологическое состояния зерна при хранении. Выдвинута гипотеза о том, что все многообразие возможных сочетаний различны отдельных факторов будет отражаться на скорости изменения температуры и влажности межзернового пространства.

Табл.2

КЛАССИФИКАЦИЯ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА СОХРАННОСТЬ СВЕЖЕУВРАННОГО ЗЕРНА

|<- АБИОТИЧЕСКИЕ СРЕДЫ КЛИМАТИЧЕСКИЕ: СВЕТ, ТЕМПЕРАТУРА, ВЛАГА, ДВИЖЕНИЕ ВОЗДУХА, ДАВЛЕНИЕ; ОРОГРАФИЧЕСКИЕ: РЕЛЬЕФ, ВЫСОТА НАД УРОВНЕМ МОРЯ, ЭКСПОЗИЦИЯ СКЛОНА.

ЭДАФОГЕННЫЕ (ПОЧВЕН.): МЕХАНИЧЕСКИЙ СОСТАВ, ВЛАГОЕМКОСТЬ,ВОЗДУХОПРОНИЦАЕМОСТЬ, ДАВЛЕНИЕ; ХИМИЧЕСКИЕ: ГАЗОВЫЙ СОСТАВ ВОЗДУХА, СОЛЕВОЙ СОСТАВ ВОДЫ. КОНЦЕНТРАЦИЯ, КИСЛОТНОСТЬ.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЗЕРНОВОГО ВОРОХА I

т

X

X

зерновки разной степени спе Шогти И ТРАЯМИРПВАННОСТИ

■ микроорганизмы и вредители i

| долговечность i— -| имеющие влагу набухание

! дыхание 1- Ьерераспределение влажности |

Ьрорастание при хранение!- { вегетативно-влажное |

• неравномерное раст 1ределение влажности

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ИЗ ВНЕШНИХ

источников

ВРЕМЕННЫЕ ПАРАМЕТРЫ

■| время астрономическое —¡послеуборочное дозревание

□

СКОРОСТЬ ИЗМЕНЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ МЕЖЗЕРНОВОГО ПРОСТРАНСТВА

1ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ

X

температура и влажность воздуха межзернового пространства

ИЗМЕНЕНИЕ СОСТАВА ВОЗДУХА МЕЖЗЕРНОВОГО ПРОСТРАНСТВА

СВОЙСТВА ЗЕРНОВОГО ВОРОХА

температуро проводность

термовлаго-проводность

сыпучесть и способность к самосортированию

ОРГАНИЗАЦИОННЫЕ

та?

СПОСОБ УБОРКИ

гЁЕ

СПОСОБ ПОСЛЕУБОРОЧНОЙ КОНСЕРВАЦИИ

цель

чый

итаизг-

комеани-рование

К

зовани

ем стогов

X

тепловая сушка

X

-ШГ

методы консервации

естественный

НАЗНАЧЕНИЕ

ЗЕРНА

ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ ХРАНЕНИЕ

СРОКИ УБОРКИ

СОСТОЯНИЕ ЗЕРНОХРАНИЛИЩА

X

СЛОЖНОСТЬ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОРОХА В ЛАБОРАТОРИИ

СПОСОБ ФОРМИ-РОВА-ВОРОХА

Выявленная взаимосвязь абиотических и биотических факторов показывает на сколько сложно определить причину потери качества свежеубран-ного зерна, в тоже время наиболее полный учет их позволяет совершенствовать технологии послеуборочной консервации.На основе классификации выявленных факторов разработана параметрическая схема зерновой массы как объекта управления, (рис.3).

та управления:

управляющие параметры: тА - время астрономическое; тф - время физиологическое; тл - лагпериод; \У3.„., - начальная температура и влажность зерна; ©в ф0. - температура и относительная влажность воздуха; V-скорость движения воздуха в межзерновом пространстве; <2В - расход воздуха, подаваемого в зерновую массу.

возмущающие параметры: Е„ - неоднородность физических параметров вороха (влажность, засоренность, травмированность и др.); В„- биологическая невыравненность свойств вороха; Фв - наличие и жизнедеятельность микроорганизмов и вредителей; й0„/сИ, (1<р„/1к - скорость изменения температуры и относительной влажности атмосферного воздуха; с!<2м.,./<и - скорость изменение качественного состава воздуха межзернового пространства; И - инсоляция.

параметры состояния: Фс - физиологические (анабиоз , угнетение, активация,биоз, стресс, агония, некроз); усь уС2, усз - общие, специальные и дополнительные показатели качества зерна в процессе хранения; Вс - результаты жизнедеятельности микрофлоры и насекомых; ФсА - ферментативная активность алейронового слоя.

управляемые параметры: у,, у2, уз - общие специальные и дополнительные показатели качества зерна в конце хранения;ФА акгивность ферментов алейронового слоя; <Шз/(Ц - скорость изменения температуры зерна.

Отличительной особенностью разработанной параметрической схемы от данных в литературных источниках (Гуляев Г. А., Секанов Ю. П.) является то, что она наиболее полно учитывает физиологические особенности све-жеубранного вороха путем введения параметров состояния. Известны семь основных физиологических состояний, в которых могут находиться живые компоненты зернового вороха (Фс на рис.3). Предполагается определять эти состояния в зависимости от того, в каких температурных параметрах находится зерновой ворох и от величины суточного изменения температуры в зонах, где исключается воздействие температурных полей окружающего воздуха и земли. Условие для анабиоза выражено в следующем виде: 0, <2°С

(14)

<1т

где: в} - температура зерна в точке контроля , °С,

Другие три температурных условия физиологического состояния зерновой массы приводятся ниже.

Процесс угнетения Процесс активации Стресс

<к (15) (МУС ¿в, <15°С 1С5Д930„ (17)

где: К- величина, учитывающая кондуктивное перераспределение температурных полей, возникающих после отключения вентилятора из-за неравномерного охлаждения отдельных участков вороха, а также выделения тепла за счет послеуборочного дозревания отдельных зерновок;С - величина, характеризующая начальное развитие микрофлоры, а также конец лаг периода у отдельных зерновок.

Коэффициент К планируется определить из эксперимента, а коэффициент С-при накоплении статистических данных по процессам самосогревания. Такой подход позволяет решить в определенных границах проблему принципа качественной несводимости, суть которой состоит в утверждении, что принципы и законы живой материи несводимы к физическим взаимодействиям. Разработанная технология консервации приведена на (рис.4). Суть технологии

12

консервации - сформировать на установке для вентилирования бунт зерна конкретного назначения (семенное, продовольственное, фуражное) и вентилируя его ночью вывести в состояния термоанабиоза. При необходимости доведения зерна до сухого состояния - циклично вентилируют при условии: днемР„<70%; ночью (9Г9„>5°С). Процесс заканчивается при '19л. < о.

¿г

Время астрономическое

Вентилирование ночью (6геи>5°С)

Цикличное вентилирование: Днем (Р <70%); Ночью (0т6в>5°С)

Способ формирования вороха

Рис.4 Технология консервации свежеубранного зерна в климатических условиях Восточной Сибири

Управляющие параметры: 0„- температура атмосферного воздуха Р„- влажность атмосферного воздуха; ; тг своевременность формирования вороха для консервации; т2- время формирования, позволяющее использовать холод ночных часов суток; М„- масса вороха; К0- геометрические размеры вороха; градиент влажности между поверхностным слоем вороха и

его основной массой. •

Управляемые параметры: 0МЗ„- температура межзернового пространства; влажность межзернового пространства; 02/С02- отношение содержания кислорода к углекислому газу в межзерновом пространстве; РН- кислотность среды; иб„о пот- биопотенциал зернового слоя.

В третьей главе приведены программа и методика экспериментальных исследований. Объектом исследования являлись физиологические процессы, протекающие в реальном свежеубранном ворохе под воздействием экологической среды, моделирование которых невозможно в лаборатории. Поэтому

2

Т2

-Нг

—

я

<У

и А

г

к «

а о

ч*

Си

4>

<г>

Время биологическое/

сЮМ1„/(1т

<ГОУи1П/ф: 02/С02 >

_рН-к

ц

био пот

лоя ►

основные теоретические разработки проверялись на бункерах СЗЦ-1,5 и К-878, а также опытной установке. Методика исследования предусматривала:

- фиксацию времени формирования партии и её назначение ( семенное, продовольственное, фуражное ), а так же формирование партии зерна по начальной влажности (до 17%; от 17 до 22% и свыше 22%);

- определение степени травмированности зерновок и засоренности вороха;

- регистрация изменения температуры участков в определенных зонах вентилируемого вороха при различных режимах хранения и определение качественных показателей обработанной партии.

В эксперименте использовались следующие приборы: автоматический шестиканальный мост КОМ - 4 с термопреобразователями ТСМ - 0879, термощупы ИТЭ - 3; влагомер относительной влажности воздуха «Волна - М»; влагомеры зерна ПВЗ - 10Д, ЦВЗ - 3, электроника ВЛК - 01. Выбор места установки датчиков определялся в зависимости от того, какой процесс необходимо контролировать.

Разработанная экспериментальная установка (рис.5) состоит из закрома, ограниченного хлебными щитами (4), предназначенных для формирования зернового вороха оптимальной конфигурации. Внутри секции имеются два воздуховода (3) в виде металлических труб. Один конец трубы заглушён, к другому через мягкую вставку (2) соединен вентилятор (1).Трубы имеют два ряда отверстий, каждое диаметром 10 мм. Количество и расположение отверстий рассчитаны по формулам:

л

У 5

п / л опт

(»8) " = -> (19)

/.1 о„,„„

'1-Х

(20) г = , (21)

где: .У,,,,,,, -площадь сечения одного отверстия, мм2.; 5' -площадь сечения трубы, мм2, п — общее количество отверстий, шт.; ( - расстояние между рядами,

мм.; - длина трубы, мм.; Н„ -высота вороха, мм.; в - расстояние между отверстиями, мм.

12 3 4

ГА Г г

й

В увеличено

А-А

Общий 6иЭ устанобки

1 Вентиляторы 1. Встабка мягкая 3. ВоздухобоЭи Щиты хлебные

А

го 1 В

Уголок

Б

Крышка

ею

0

Бруски фиксации

Крышка

ВозЗухоВоЗ

" Рис 5 Общий биЗ устанобки 0ля консерйации

и металлический воэЗухоМ Целесообразность размещения параллельно двух труб обоснована реальными условиями зернотоков и экономией материала для изготовления хлебных щитов. Расстояние между трубами, согласно принятых рекомёнда-ций, равнялось двум высотам вороха.

Наивысшая точка вороха находилась над центральной осевой линией установки, а сам ворох над хлебными щитами формировался в соответствии с углом естественного откоса свежеубранного зерна. Такой прием позволил к минимуму свести проникновение атмосферных осадков в зерновой ворох. Выбор марки вентиляторов проводился по общепринятым методикам.

В четвертой главе приведены результаты экспериментальных исследований, проведенных на типовом оборудовании (бункерах СЗЦ-1,5 и К-878) и экспериментальной установке. Анализ температурных кривых (Рис.6', 7) под-

тверждает теоретическое предположение о том, что для эффективного проведения процесса охлаждения требуется значительная «критическая» масса обрабатываемого зерна, достаточная для того, чтобы аккумулированный в процессе ночного вентилирования холод не потерять в дневные часы."

Обращают внимание волнообразность первого участка температурных кривых датчиков №1...4 и слабое реагирование их на холод ночных часов. Полученный теплофизический график позволяет расшифровать суть происходящих физиологических процессов. На основе анализа изменения семен ных показателей качества определить стратегию дальнейшей консервации.

Эту гипотезу подтверждают температурные кривые (рис. 7) и семенные показатели качества зерна, взятого из бункеров К - 878; по применяемой в хозяйстве и предлагаемой технологии. В первом случае энергия снизилась за два месяца хранения с 57 до 14%, всхожесть — с 82 до 78 %. Во втором случае снижение семенных качеств не наблюдалось. Контроль за суточным приращением температуры зерна между вентилированием позволяет оперативно определять параметр «физиологическое состояние» без сравнительного анализа отобранных через 10 дней проб. Данную партию рекомендовано потребить в зимнее время как продовольственное зерно.

В связи с тем, что бункеров в хозяйствах практически нет, основной эксперимент проводился на экспериментальной установке. Шесть датчиков прибора КСМ 4 фиксировали изменения температуры зерна на диаграммную бумагу в течении двадцати суток (с 29.09 по 18.10.96, рис. 8, 9, 10).

Масштаб координаты абсцисс на (рис 8, 9) выбран из расчета анализа процесса охлаждения и последующего хранения, на (рис.10) - с целью возможного анализа обнаруженных очагов самосогревания.

Построенные на основе аналитического расчета кривые охлаждения адекватно отражают реальные процессы при вентилировании зерновой массы в продуваемых зонах. Выявлено, что в застойной зоне (датчик №3 рис.9) происходит кондуктивное охлаждение зерна, которое завершается на шестые сутки после отключения вентилятора.

ега - вентилирование;--температура атмосферного во)л;\а,-^ ,-н-, А-, *,-температура зерна в бункерах № I 4."

I

Рис 7 Изменение температуры зерна в бункере К 878 при вентилировании с целью очзалсления Е51 - венти'шровлше, *-,^,е-темпера1>ра зерна п точках коитро ы

-ч'-г

Рис 8 Изменение температуры зерна при третьем ночном вентилировании: ^ -вентилирование.

Температура зерна в этой зоне , снижается с 9,3 до 6,8 °С,

т.е. устраняется один из главных недостатков активного вентилирования с

целью сушки - развитие очага самосогревания в застойной зоне.

Рис.9 Изменение температуры зерна во время включения вентиляторов с целью обнаружения очагов самосогревания: ^-вентилирование;

* - температура зерна в зоне датчика №2;

датчика №3;

■в- - датчика №4; -О- - датчика №5; -0- - датчика №6;

—- температура атмосферного воздуха;

- -»- —теоретическая кривая охлаждения при Уср=0,3 м/с. * 7.

В»

«

8 А О

Рис.10 Изменение температуры зерна и влажности межзернового пространства во время V нахождения его в первой стадии охлаждения:

-0--влажность межзернового пространства; *, -<Э-,в, - датчики 2,3,4, 5, б

Для подтверждения гипотезы о послойном охлаждении зерна в толстом слое датчики температуры № 2,... 4 (рис. 10) расположены через 20см. на одной осевой линии. Они зафиксировали, что при оптимальных подачах воздуха с целью охлаждения температура снижается в этих зонах одновре-' менио. Следует предположить, что применение расчета охлаждения на осно-

ве этого метода приведет к значительной ошибке.

Вместо ожидаемого понижения температуры в зоне датчика №6 фик-

I

сируется ее повышение. Объясняется это явление тем, что на пути воздуха, от воздуховода к датчику, находится очаг с повышенной физиологической активностью, который подавляется через два часа вентилированием. Выявле-

ы

но еще одно преимущество ведения процесса охлаждения: сканирование зон насыпи на пути воздуха - от воздуховода к датчику. Такой подход позволит

!

' более достоверно выполнить оценки о теплофизическом состоянии внутри

зерновой массы при минимальном количестве датчиков температуры. Расположение всех температурных кривых после отключения вентилятора в при! делах температур от -1 до 2 °С свидетельствует о том что достигнута цель первой стадии охлаждения.

I •

I

Основные выводы по результатом экспериментальных исследований сводятся к следующему:

- подтверждена технологическая и экономическая целесообразность внедрения в производство технологии консервации влажного свежеуб-ранного зерна естественным холодом ночных часов суток и установлена адекватность аналитических расчетов охлаждения методам приближенного решения дифференциального уравнения теплообмена и реальными процессами охлаждения при конвективном теплообмене;

- критическая масса вороха для аккумулирования ночного холода находится в пределах 40... 140 т. и зависит от исходной влажности зерна и производительности применяемых вентиляторов.

В пятой главе даны рекомендации по практической реализации результатов исследований и расчет экономической эффективности разработанной технологии консервации свежеубранного зерна. Приведены таблицы условий вентилирования зерна с целью его охлаждения и предотвращения увлажнения, выбора режимов вентилирования в зависимости от исходной влажности зерна и определения аэродинамического сопротивления зернового вороха на один метр высоты слоя. Даны паспортные данные по центробежным вентиляторам и приборам контроля за температурой и влажностью зерна выпускаемых промышленностью.

Для фермерских хозяйств рекомендован способ определения влажности зерна по степени адсорбирования влаги поваренной солью. Приведены рекомендации по времени включения и отключения вентиляторов с целью наиболее полного использования естественного холода ночных часов суток в регионе Восточной Сибири.

Сравнительная технико-экономическая оценка показала, что разработанная технология консервации требует значительно меньше капитальных вложений и затрат на приобретения жидкого топлива. Годовой экономический эффект в климатических условиях Республики Бурятия составил 48

рублей на тонну выращенного урожая. Срок окупаемости установки для консервации менее года.

Общие выводы и предложения

На основании проведенных аналитических и экспериментальных исследований нами сделаны ниже следующие выводы.

1. Для регионов с резко континентальным климатом, где в ночные часы температура атмосферного воздуха в период уборки зерновых меньше 10°С, экономичнее и целесообразнее, с точки зрения физиологических особенностей зерновок, заменить тепловую сушку охлаждением. В этом случае не отмечено снижения семенных или продовольственных качеств зерна при хранении.

2. Разработанная классификация факторов, влияющих на сохранность све-жеубранного зерна, позволяет объединить их в четыре группы и выявить возможное 1ь управления физиологическими процессами консервации. Установлено, что для консервации зерна естественным холодом ночных часов суток достаточно за время, не превышающее лаг период охладить его до температуры, исключающей развитие мезофильной микрофлоры, а затем через определенные промежутки времени убрать вентилированием избыток тепла и влаги, выделяемые жизнедеятельностью зерновой массы.

3. Алгоритм управления физиологическими процессами в свежеубранном зерновом ворохе заключается в том, чтобы:

а) соблюдая временные ограничения (т < 1...3 сут.), сформировать на установке для вентилирования зерна ворох с оптимальными геометрическими размерами;

б) используя минимум температур атмосферного воздуха (для регионов Восточной Сибири с 2200 до 900 часов), включать вентилятор на первой стадии обработки при условии разности температур зерна и воздуха больше, или равно 5°С, отключать при условии разности температур зерна и воздуха больше, или равно 1°С;' первая стадия обработки завершается при двух условиях ©3< 2 °С и сЮ/'с!т<0 в зоне вороха где исключено влия-

ние экосреды. Когда температура зерна в застойной зоне достигнет значения меньше 5°С после завершения кондуктивного теплообмена (т= 5 сут.);

в) при необходимости получения зерна требуемых кондиций по влажности проводится вторая стадия обработки, включение вентилятора осуществляется также по условию разности температур зерна и воздуха как на первой стадии, а отключение через 4 часа (импульсное вентилирование); вторая стадия обработки завершается при влажности межзернового пространства в центре вороха меньше 75%;

г) контроль за процессом хранения осуществляется путем фиксации скорости изменения температуры зерна через 15 суток.

4. Полученные аналитические зависимости температурной кривой охлаждения, оптимальной массы вороха для охлаждения и постоянной времени охлаждения адекватны результатам экспериментальных исследований, проведенных на опытной установке в реальных условиях хозяйств.

5. Установлено, что кондуктивное выравнивание температур после завершения процесса активного вентилирования в реальном зерновом ворохе можно считать завершенным через 5-7 суток. Затем все многообразие возможных взаимодействий факторов, влияющих на сохранность свеже-убранного зерна, будет проявляться в величине изменения температуры и состава воздуха межзернового пространства.

6. Разработана установка для применения технологии консервации свежеуб-ранного зерна естественным холодом ночных часов с двумя вариантами изготовления воздуховодов:.рассверленная металлическая труба и деревянный короб.

7. Экспериментальные исследования подтвердили гипотезу о благоприятном воздействии охлаждения на качество свежеубранного сырья, за одно ночное вентилирование влажность зерна умёньшается на 0,3-0,8%, исключается развитие процессов самосогревания и к концу обработки повышаются технологические и семенные показатели качества зерна.

8. Экономическая эффективность предлагаемой технологии достигается за счет использования бесплатного, экологически чистого консерванта (холода ночных часов суток), сокращения предуборочных потерь, а также возможностью доведения свежеубранного зерна до высоких показателей качества. Эффект от внедрения установки в среднем за три года составил 48 руб/т обработанного зерна.

Список работ, опубликованных по материалам диссертации

1. Фомичев М.М., Исследование параметров атмосферного воздуха для первичной обработки и хранения зерна / М.М Фомичев, А. Б. Калуженин,//Тр. Бурят. СХИ. 1992. - Улан-Удэ, 1992,- С. 7 - 11.

2. Калуженин А.Б. Экологизированная технология послеуборочной обработки и хранения зерна: Информ. Листок № 21 / А. Б. Калуженин; Бурят. ЦНТИ. - Улан - Удэ, 1992. - Зс.

3. Калуженин А.Б. Экологизированная технология обработки зерна //Тез. докл. науч.- практ. конф.: Секция «Технология, оборудование, биохимия пищевых производств и хлебопродуктов »/ ВСТИ.-Улан-Удэ, 1992. - С.27

4. Фомичев М.М. Бионизированные зерновые технологии и целесообразность их внедрения. / М.М.Фомичев, В.И. Загинайлов, А.Б. Калуженин // Тез. Всесоюз. конф. «Науч.-техн. прогресс в инж.-техн. сфере АПК» / МИИСП. - М., 1992. - С. 23 - 28.

5. Фомичев М.М. Бионизированные зерновые технологии и целесообразность их внедрения-в сельскохозяйственное производство / М.М.Фомичев, А.Б. Калуженин // Высокоэффективные электротехнологии по пр - ву продуктов сел. хоз - ва, их переработке и хранению: Всерос. науч. - техн. семинар: (тез. докл.", выступлений, сообщ. ) / МГАУ им. В.П. Горячкина. -М., 1993.-С. 11-12

6. Калуженин А.Б. Характеристика зерновой массы как объекта управления // Труды БурСХИ. - Улан-Удэ, 1993. - С.27-29.

7. Фомичев М.М Контроль температуры зерна при хранении / М.М Фомичев, А. Б. Калуженин// сб. тр. Бурят.СХИ. - Улан-Удэ, 1994. - С. 111-114.

8. Калуженин А.Б. Аналитическое решение процесса охлаждения зерна в ворохе/ А.Б. Калуженин, Б. А. Дампилов, Н.С. Хусаев // Сб.тр./ Бурят. Гос. с-х. акад..- 1995.- Вып.38.-С. 21 - 24.

9. Фомичев М.М. Биоэкологизированные управляемые зерновые технологии / М.М.Фомичев, В.И. Загинайлов, А.Б. Калуженин // Высокоэффективные электротехнологии и биоинформ. системы управления АПК: Сб. материалов Всерос. науч.-техн. семинара / Департамент кадровой политики и образования. - М., 1997. - С. 20 - 21

10.Калуженин А.Б. Экологизированная технология консервации свежеубран-ного зерна естественным холодом / А.Б. Калуженин, М.М.Фомичев // Материалы науч. - практ. конф. «Экол. пробл. агропромышленного комплекса», 25 - 27 окт. 1999г / Рос. инж. акад. менеджмента и агробизнеса. - М., 1999.-С. 59-60

11.Калуженин А.Б. Совершенствование технологии консервации свежеуб-ранного зерна в условиях Сибири // Материалы науч. - практ. конф. преподавателей, сотрудников и аспирантов БГСХА, посвящ. 55- летию Победы в Вел. Отеч. войне: (тез. докл.) / БГСХА им В.Р. Филиппова. - Улан-Удэ, 2000. - С. 97

12.Калуженин А.Б. Послеуборочная обработка и хранение зерна/А.Б. Калуженин // Справочник фермера Бурятии / БГСХА им В.Р. Филиппова. -Улан-Удэ, 2000. - С.186 -194

13.Калуженин А.Б. Внедрение экологизированной технологии консервации свежеубранного зерна в хозяйствах республики / А.Б.Калуженин. // Тр. Бурят. ГСХА.- Вып. 41, ч. 2. - 2000. - С. 54 - 58

М.Калуженин А.Б. Проблемы послеуборочной консервации свежеубранного зерна в хозяйствах Республики Бурятия и пути их решения // Состояние и пробл. развития А.П.К. Республики Бурятия: Материалы науч.- практ.

конф. / Бурят. Гос. с - х. акад.. им. В.Р. Филиппова - Улан-Удэ, 2001. - С. 82 - 89.

15.Калуженин А.Б. Расчет установки для охлаждения свежеубранного зерна / А.Б Калуженин. Высшее образование, аграр. наука и техника - развитию АПК Байкальского региона: Материалы науч.- практ. конф., посвящ. 70 -лететию акад.- Улан-Удэ 2002. - С.183

16. Калуженин А.Б. Экологизированная биотехнология консервации свежеубранного зерна в условиях Восточной Сибири // Устойчивое развитие сел. хоз - ва в бассейне оз. Байкал: Материалы междунар. Науч.-практ. конф., посвящ. 70 - лететию Бурят.ГСХА. - Улан-Удэ, 2002. -С.220 —222.

17.Калуженин А.Б. Влияние технологии консервации на продовольственные и семенные показатели качества зерна //. Состояние и перспективы развития агропромышленного комплекса Забайкалья: Материалы науч.- практ. конф / Бурят.ГСХА. - Улан-Удэ, 2003. - С.30 - 32

18.Пат. 1788884 СССР, МКИ5 А 23 В 9/10. Способ послеуборочной обработки и хранения зерна / М.М.Фомичев, А.Б. Калуженин; Бурят. СХИ. № 4893048 ; Заявл. 20.12.90; Опубл. в Б.И., 1993 №2

Лицензия ЛР № 021274 от 26 марта 1998 г.

Подписано в печать 17.11.2003 г. Формат 60x84 1/16 Бум.тип. Усл.печ.л. 1,5. Уч-изд.л. 1,2. Тираж 100. Заказ № 157. Цена договорная.

Издательство Бурятской государственной сельскохозяйственной академии им. В.Р. Филиппова 670024, г.Улан-Удэ, ул.Пушкина, 8

1 97 40

ï f 74 o

Введение.

Глава 1 Анализ состояния вопроса по консервации свежеубранного зерна

1.1 Анализ существующих способов и установок для консервации свежеубранного зерна.

1.2 Взаимосвязь между свойствами зерновой массы и окружающими ее условиями.

1.3 Климатические особенности Восточной Сибири и влияние применяемых технологий консервации на продовольственный и семенные показатели качества зерна.

Экономически развитые страны практически подошли к пределу по I продуктивности сельского хозяйства, при этом используемые интенсивные

I I

1 | технологии вошли в противоречие со здоровьем человека и окружающей

I • j средой. Часть этих стран при реализации концепции «устойчивого развития» i ! желают перейти на более экологически безопасные технологии с некоторым уменьшением продуктивности сельскохозяйственных культур.

Слаборазвитые страны не могут обеспечить население продуктами питания и по-прежнему считают своей основной задачей производить максимально возможное количество продуктов с помощью любых технологий, не принимая во внимание последствий их воздействия на здоровье населения и состояние природы. j i !

Наращивание производства зерна за счет расширения посевных j j площадей или повышения урожайности зерновых культур требуют больших затрат. В связи с этим первостепенное значение приобретает проблема повышения эффективности сохранения и использования уже выращенного j i урожая. ;

Зерновая масса как объект хранения обладает уникальными свойствами ' 1 долговечности. Однако эта способность зерна проявляется только при условии, что свежеубранная зерновая масса будет своевременно и правильно i I подготовлена к хранению: очищена, рассортирована,| законсервирована. Задержка с послеуборочной обработкой или проведение необходимых технологических операций не в полном объеме, с нарушением режимов

I 1 обработки неизбежно связаны с потерями урожая. |

I I

Чтобы соблюдать рекомендуемые наукой технологий, необходимо иметь

I ! I достаточную материально-техническую базу и финансы на приобретение |

ГСМ. Хозяйства республики не имеют ни того, ни другого. Поэтому вся I технология послеуборочной обработки сводится к j очистке зерна и профилактической переброске с места на место с целью подсушки и охлаждения. В благоприятных климатических условиях созревания и уборки урожая таких приемов бывает достаточно, хотя отдельные партии зерна и теряют часть и даже полностью свои технологические и семенные показатели качества. В неблагоприятные годы, а их бывает четыре из семи, потери возрастают до 40% от убранного урожая.

Анализ литературных источников показывает, что до настоящего времени в условиях Восточной Сибири не исследованы возможности длительного хранения влажного зерна различного назначения в охлажденном состоянии.

Таким образом, решение вопросов разработки и совершенствования альтернативных региональных способов консервации и хранения свежеубранного зерна путем использования естественного ночного холода в условиях резко континентального климата Восточной Сибири является актуальной задачей, представляющей научный и практический интерес.

2.5 ВЫВОДЫ: i

Для осуществления экологизированной Технологии консервации свежеубранного зерна в климатических условиях!Восточной Сибири необходимо:

- зафиксировать время формирования вороха на току (тА) и наложить временные ограничения на все операции по послеуборочной обработке зерна; j .

- за время, не превышающее лаг-период ( тл ), j провести первичную очистку и охладить ворох до температуры ниже 10°С (верхняя граница устойчивого состояния); j j i I

- осуществлять контроль за скоростью изменения температуры зерна i I ' и влажностью межзернового пространства, циклично вентилируя ворох при условии, что атмосферный воздух холоднее, чем зерно; I

- процесс введения зерновой массы в состояние покоя завершается при установившемся значении скорости изменения температуры зерна равной нулю, либо отрицательным значениям; j

- при необходимости доведения зерна до кондиционных значений по влажности, дополнительно циклично; вентилировать его холодным воздухом до достижения влажности воздуха межзернового пространства менее 75%. !

Глава III. Программа и методика экспериментальных исследований.

• i

3.1. Объект и программа экспериментальных исследований.

Объектом исследования являются физиологические процессы, протекающие в реальном свежеубранном ворохе с учетом внешних физический воздействий среды, которые не возможно смоделировать в условиях лаборатории. Поэтому основные теоретические разработки по технологии консер i вации свежеубранного зерна проверялись на типовом оборудовании ( бунке • I ра СЗЦ - 1,5 и К - 878) и экспериментальной установке. Полученные резуль

I I

1 I „ таты сравнивались с результатами технологии применяемой в хозяйствах. ' j

Экспериментальные исследования проводились с целью: подтверждения целесообразности дезактивации свежеубранного зерна в послеубо I рочныи период за счет использования естественного холода в резко конти i нентальных районах страны; оценки влияния отдельных управляющих и воз

I I мущающих факторов на протяжении технологического процесса; достаточности входной информации по скорости изменения температуры зерна и рассчитанной периодичности контроля этого параметра для управления введением зерна в состоянии покоя; правильности выбора количества и места расj ' i положения датчиков температуры. j I

Поскольку предметом исследования является возможность управления инактивацией физиологических процессов в свежеубранном зерновом { ворохе за счет использования ночного времени суток, то программой исследования предусмотрено следующее: |

1. .Исследование процессов охлаждения свеж:еубранного зерна в реальных условиях хозяйств на имеющемся типовом оборудовании,

2. Разработка экспериментальных установок для осуществления технологии консервации зерна холодом, изготовление которых по силам хозяйствам различных форм собственности,

3. Исследование процессов охлаждения на экспериментальной установке и

I I уточнение конструктивных особенностей, j I

I !

4. Исследование тепловых процессов, протекающих в зерновом ворохе при хранении в зимне — весенний период

3.2. Методика исследования процесса охлаждения свежеубранного зерна на типовом оборудовании»!

Для исследования процесса охлаждения!свежеубранного зерна на зер

I I нотоку учебного опытного хозяйства Бур СХИ" Байкал? в 1990 г. была смонi J тирована установка, состоящая из четырех бункеров СЗЦ- 1,5 выпускаемых в то время для сушки семян трав. В 1991 - 1992; гг. экспериментальные исследования проводились в ОПХ" Иволгинский " на двух бункерах К - 878. Тех

I ' 1 нологические характеристики бункеров приведены в табл. 1-2 раздела 1.1

I j

Изменение температуры зерна и атмосферного воздуха регистрироваI лись на диаграммной ленте автоматическим шестиканальным мостом КСМ4. Основная погрешность прибора по регистрации не превышает 0,5%[38].

Прибор предназначен для работы в стационарных условиях при температуре окружающего воздуха от 5 до 50°С и относительной влажности от i

30 до 80 %.Для обеспечения таких условий в осенне - зимний период прибор i I помещается в утепленный ящик с резисторными обогревателями. i

Скорость перемещения складывающейся диаграммной ленты (ГОСТ 7826 - 75)устанавливалась на 7200мм/ч, что j позволило длительное время фиксировать изменения температуры зерна и атмосферного воздуха.

К прибору подключены измерительным^ кабелем!шесть термопреобразователей марки ТСМ - 0879, пределы измерений от -50 до +50°С .Длина погружаемой части 0,32 м. Преобразователи предназначены для жидких и газообразных сред, погрешность измерения +1°С [87 ].

Относительная влажность атмосферного воздуха и влажность межзернового пространства измерялась прибором "Волна! — М", выпускаемым Ангарским приборостроительным заводом. Погрешность прибора +1,5%.

Влажность зерна измерялась по зернотоку приборами: ЦВЗ - 3(погрешность i I измерения +1.0% в диапазоне влажность от 8 до 17% +1,5%свыше 17%

23)); ПВЗ - 10Д (погрешность, аналогичная прибору ЦВЗ -3). Прибором "Электроника ВЖ - 01", пределы абсолютной погрешности при доверительной вероятности Р =0,95 равны ± 2%.Контрольные замеры влажности зерна I проводились воздушно - тепловым методом в сушильном шкафу СЭШ - ЗМ поГОСТ 13586.5-93/87 !

Датчики температуры устанавливались согласно рекомендаций [ 8, 33, 35] в среднем слое нижней трети бункера. j j

При поступлении свежеубранного зерна на ток определялись следующие входные параметры объекта исследования:

- назначение зерна (семенное, продовольственное, фураж) и фиксировалось время формирования партии;

- формирование партии зерна по влажности (до 17%, от 17 до 22% и свыше 22%)

- степень травмированности зерновок и засоренности вороха.

I I !

Затем фиксировалось время нанесения всех технологических воздействий, начиная с времени скашивания колоса.! j |

После проведения первичной очистки на имеющемся в хозяйстве обо! | рудовании зерно загружалось в бункера: СВЦ - 1,5 вручную, а К - 878 нориями. | i

После загрузки бункеров включалась аппаратура для круглосуточной записи изменений температуры зерна и атмосферного воздуха. Вентиляторы включались в ночное время автоматически при помощи реле времени марки

• i J

РВМ - 2 либо вручную.

З.З.Методика исследования процесса охлаждения свежеубранного зерна на экспериментальной установке.

Исследования проводились на свежеубранном зерне с сентября 1990 г. по октябрь 2002г. в следующих хозяйствах: учебно опытное хозяйство "

I j

Байкал" БурГСХА - экспериментальная установка, состоящая из четырех бункеров СЗЦБ - 1,5; семейное хозяйство " Иволгинское" - бункера вентилируемые К - 878 (вместимость - 40т., диаметр воздуховода 770 мм, вентилируемый слой 1160мм); семейное хозяйство " Боргойское" Джидинского рай! I она - экспериментальная установка для вентилирования воздуха; рядовые ! хозяйства - " Искра" Мухоршибирского и ОКХ " Гигант" Заиграевского райi i она - экспериментальная установка для вентилирования вороха. I

Технология обработки свежеубранной зерновой массы начинается с i I фиксации времени поступления на ток и способе убор»ки зерна, после чего производится отбор образцов из кузова автомобиля для определения качественной характеристики зерна.

После взвешивания и определения влажности зерна, автомобиль разгружается в строго определенном месте в зависимости от назначения (семенное, фуражное, продовольственное) и влажности (менее 18, 18-22, более 22%). Устанавливается табличка с указанием даты, времени формирования бунта и показаний суточных изменений температуры в среднем

I I слое. Информация также заносится в журнал согласно форме, разработанной в табл. 3.1 ! Табл.3.1 j j

Входные параметры свежеубранного зерна

Культура, сорт 1 ; !

Назначение --

Дата поступления Время с ч до ч.

Влажность зерна Температура зерна, °С :

1 сут. 6 сут. 11 сут. 16 сут.

2 сут. 7 сут. 12 сут.: 17 сут.

3 сут. 8 сут. 13 сут.! 18 сут.

4 сут. 9 сут. 14 СУТ. : 19 сут.

5 сут. 10 сут. 1 15 сут. I 20 сут.

1 !

Важно так организовать этапы обработки зерна, чтобы они по времени не выходили за определенные границы. Так, первичная очистка должна быть

I I проведена в течение 24 часов после формирования вороха на току. Если нет возможности организовать очистку зерна, то ворох (бунт) можно оставить i I ~ I неочищенным и провести очистку зерна в зимнии период.

Подавляющее большинство хозяйств республики Бурятия не имеют j | бункеров и типовых установок для активного j вентилирования, поэтому исследование процесса охлаждения проводились на экспериментальной установке. На зернотоку выбиралась площадка размером ' 11,5 х 6 м с таким i расчетом, чтобы под нее не подбегали дождевые стоки. В случае не возможности выбора такой площадки она оборудовалась по схеме (рис.3.1 ). На площадку устанавливали хлебные щиты и формировался закром I для формирования свежеубранного вороха. По центру закрома устанавливаi [ лись воздуховоды и через мягкие вставки подключались к вентиляторам. Загрузка установки осуществлялась следующим образом: из под ЗАВ - 20 свежеубранное зерно вначале завозилось и разгружалось| непосредственно на установку. Автомобиль задним ходом заезжал^ между воздуховодами и раз

I j гружался, начиная от переднего щита установки. Таким образом , заполняi j лась 1/3 установки. Затем устанавливались задние хлебные щиты и дальнейшая загрузка осуществлялась зернопогрузчиком. В этом случае автомобиль разгружался в определенном месте перед установкой с таким расчетом, чтобы зернопогрузчиком сформировать на установке ворох заданной конфигурации. I !

3.4 Методика расчета экспериментальной установки.

Разработанная экспериментальная установка состоит из закрома ограни-ченого хлебными щитами и предназначенного!для формирования зернового вороха оптимальной конфигурации (рис.3.2). |Внутри секции имеются два

I ! воздуховода (3) в виде металлических труб. Один конец трубы заглушён, к

I j другому через мягкую вставку (2) соединен вентилятор Х1).Трубы имеют два ряда отверстий диаметром 10 мм I i j

§ § oos/s

17 t ш. т

В увеличено

А-А

11500

Крышка

Общий биЗ устанобки

1. Вентиляторы 2. ВстаВка мягкая 3. ВозЗухо&обы 4. Щиты хлебные

20

0 380

1500

010 в

Г~ Уголок

Бруски фиксации

20

10000

ВозЗухобоЗ

-I

Рис. 4££)бщий биб устанобки Зля консервации и металлический Йоздухо&од

Количество и расположение отверстий рассчитаны по формулам: t,Sem.=Slv+ 0,25Sm/, ,(3.1) ы

Ve 1 отв. = ^- , (3.2) ома. = , (3.3)

K-H.yi-d в=:--2

3-4) где: Somg -площадь сечения одного отверстия, мм2; Smp -площадь сечения трубы, мм ; N - общее количество отверстий, шт; £ - расстояние между рядами, мм; t тр - длина трубы, мм.

Нв -высота вороха, мм. в - расстояние между отверстиями, мм.

Целесообразность размещения параллельно двух труб обоснована реальными условиями на зернотоках и экономией материала для изготовления хлебных щитов. Расстояние между трубами, согласно принятых рекомендаций, равнялось двум высотам вороха. Наивысшая точка вороха находилась над центральной осевой линией установки, а сам ворох наД хлебными щитами формировался в соответствии с углом естественного откоса свежеубранного зерна. Такой прием позволил к минимуму свести проникновение атмосферных осадков в зерновой ворох. Выбор марки вентиляторов и инженерные расчеты элементов установки выполнены по общепринятым методикам и представлены на рис.3.3,-3.7.

Условные обозначения

1 - Рядовой цит ,2 - цит с отверстием под трубу тЗ. 4 - контр#орс , 5 - вентиляционные трубы угловой цит

1. ПроберочныО росчет конструкции ограждения но сдбиг

2. Устойчивость конструкции обеспечибается если бес зерна сползающий по углу внутреннего трения уравновесится силой трения Возникающей от беса зерна на досках пригруза и беса конструкции ограждения

3. Fmp^. Е Схема загружения конструкции540

4. Определение сдвигающей силы Е = Q5H2Yp L Е = 0.5 х 1.2?х 800 х 0.34 х 3 =587.52 кг

5. Определение удерживающей силы Fmp = (Gs + Gk) х f

6. Сз -Весэерна на досках пригруза Ск бес конструкций ограждения f - коэффициент трения (0.4 - по блажному суглинку )

7. G3 = 0.54 х 1.1 х 800 х 3 =1425.6 кг

8. Gk = 0.54 х 0.05 х 900 х 3 + 1.2 х 0.05 х 900 х 3 + 0.18 х 0.05 х 900 НА + + 0.125 х 0.05 х 900 х 5 =282.42

9. Fmp = ( 1425.6 +282.42 ) x 0.4 =683.2

10. Услобие устойчивости конструкции ограждения на сдвиг Выполняется Fmp^. Е 683.2кг 2-587.32 кг Проверка прочности вертикальных щитов ограждения1. Расчетная схема1 ^Е3 =587.52 кгА1. =29001 11. Ь=1200о т II1. JUL

11. Ru ^ условие прочности конструкциищ «щ = 1^5!5оо см5130 кг/см21. Мб =1. Е L587 72 * 2.9 Мб = , = 426.09 кгм = 42609 кгсм

12. MJU 12603=85.21 кг/см2 Wuj 5001. М 6 ? ,

13. Услобие прочности Ru ^ Wu, ( 130кг/см более 85.21 кг/см*) выполняется

14. Глава 4 Результаты экспериментальных исследований.I

15. Экспериментальные исследования процессов охлаждения зерна на типовом оборудовании.

16. Рассмотрим процессы кондуктивного обмена с окружающей средой между первым и вторым включением вентилятора с 2300 ч. до 2200 ч. следующих суток, (рис. 4.1)1. Табл.4.1

17. Начальные показатели качества зерна в бункерах

18. Показатели Бункера СЗЦБ-1,5 БункераК-8781 №2 №3 №4 №1 №2

19. Средняя влажность зерна в ворохе (ПВЗ-100),% 22 22 22 22 20 20

20. Влажность зерна (СЭШ-ЗМ), % 19,3 18,5 21,1 19,6 19,5 20,1

21. Содержание сорной примеси, % 4,1 3,1 4,3 3,7 4,3 4

22. Энергия прорастания, % 52 58 67 57 57 61

23. Всхожесть, % 90 92 90 86 82 90

24. Изменение температуры зерна в бункерах копируют изменения температуры окружающего воздуха, причем разность ночных и дневных температур между зерном и атмосферным воздухом (в точках минимума для 800 и

25. Второй этап экспериментальных исследований проводился осенью 1991 г в ОПХ «Иволгинское» на бункерах К-878, где масса зерна 32,5 т и

26. Изменение показателей качества зерна при вентилировании с целью охлаждения в бункере К-878.

27. Показатели качества по данным Иволгинской семенной инспекции До вентилирова ния (29. 09. 01) После 5 ти кратного вентилирова ния(20.11) Период хранения (18.11) Контроль, технологии сушки (18.11)

28. Температура зерна, °С 11 -5 -7 3

29. Влажность зерна, % 19,5 13,6 12,8 10,5

30. Содержание сорной примеси, % 4,3 4,2 4,5 3,8

31. Энергия прорастания, % 57 56 56 141. Всхожесть, % 82 82 82 78

32. По динамике изменения качественных показателей семян можно судить оiцелесообразности применяемой технологии консервации.

33. Экспериментальные исследования процессов охлаждения зерна на экспериментальной установке. |

34. Технические данные экспериментальной установки для консервации свежеубранного зерна.1. Показатели

35. Паспортные данные вентилятораi1. Проходка 130-5-У2»: j3 3 'подача воздуха, 10 м /ч jразвиваемое давление, Па мощность электродвигателя, кВт частота вращения ротора, об/минмасса вентилятора, кг |количество вентиляторов, шт

36. Воздуховод металлический: iдиаметр, мм |длина, м Iдиаметр отверстия, мм jIколичество отверстий в ряду, шт | количество рядов, шт количество воздуховодов, шт

37. Закром для формирования вороха:контрфорсы, шт щиты рядовые, шт щиты угловые, шт щиты с отверстием под трубу, шт

38. Масса загружаемого зерна при влажности 21 24%, т

39. Масса загружаемого зерна при влажности16.20%,т I1. Значение3,6.14,4 500.1900 7,5 кВт 3000 125 2380 10 Ю 420 2 216 10 4 280140т. яи ямам т1. Ых Цепь1. Вкл. вент2 Вкл. вент1. Ш Цт2Ш 50Гц2Ш бОГи,распре? ЦиТ.

40. Рис. 4.4- Схема подключения автоматической установки послеуборочной консервации зерна.1. Табл.4.4

41. Изменение температуры зерна при вентилировании с целью охлаждения

42. Дата Работа вентиляторов Температура зерна, °С

43. Датчики температуры установлены по осевым линиям: междуJвентиляторами и между вентилятором и щитом. Глубина погружения отповерхности на 0,4; 0,5 и на 0,6м в разных точках по длине вороха.|