к.т.н. Тюрин И.Ю., к.т.н. Хитрова Н.В., к.т.н. Левченко Г.В. аспирант Граф А.И., студент Алёшин А.Н.

ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный аграрный университет им. Н.И. Вавилова», Россия

Процесс взаимодействия влажного воздуха

и влажного пористого слоя.

Увеличение объема и повышение эффективности производства продукции животноводства и растениеводства главным образом зависят от уровня механизации и оптимальности примененной технологии [1].

Для дальнейшего развития механизации и автоматизации производства продукции сельского хозяйства одной из главных задач стоит создание поточных технологических линий и систем машин для комплексной механизации процессов с разными уровнями концентрации и формами собственности. Заготовка кормов по любой технологии представляет собой совокупность технологических и транспортных операций, выполняемых в определенной последовательности, причём операции, относящиеся к полевой части заготовки выполняют одну за другой через определённые промежутки времени, соответствующие готовности растительного сырья к проведению каждой последующей операции [1].

Естественно, что в разных природно-климатических зонах технологические сдвиги во времени между отдельными операциями уборки трав различны. Зависят они в основном от принятой технологии, температуры и влажности воздуха, урожайности и биологического состава корма.

Неблагоприятные погодные условия прерывают операции полевой части заготовки. Поэтому на первой технологической операции, следующей за скашиванием трав, как правило, проводится дополнительная обработка растительного сырья, попавшего под дождь.

Досушивание на стационаре растительного сырья открывает возможности свести к минимуму потери от воздействия прямых солнечных лучей, атмосферных осадков, механического воздействия от машин и орудий при достижении кондиционной влажности сена. Кроме того, потери от обламывания и осыпания листьев, соцветий и зерна на стационаре превращаются в возвратимые потери, остающиеся на месте проведения работ.

В ходе совершенствования науки о сушке выяснилось, что удаление влаги при досушивании происходит только при определенных параметрах режима сушки. Таких как скорость подаваемого воздуха, влагопоглотительной способности воздуха, потерь давления воздуха в слое сена, температуры сушильного агента. Поэтому, для получения конечного продукта с высоким содержанием питательных веществ необходимо исследовать взаимосвязь основных конструктивных и режимных параметров используемой при заготовке техники [2].

Анализ существующих способов заготовки и хранения досушиваемого сырья показывает, что перспективной и менее энергоемкой, позволяющей механизировать и при надобности автоматизировать весь технологический процесс, а также сохранить максимально количество питательных веществ в период уборки, транспортировки и хранения, является технология досушивания методом активного вентилирования [2].

В большинстве районах (за исключением засушливых зон) сушка является ключевой операцией послеуборочной обработки досушиваемого материала. В результате ее проведения резко снижается физиологическая активность досушиваемых масс, приобретается способность к длительному хранению, при этом повышается их качество. В тоже время при несоблюдении рекомендуемых режимов процесса качество массы может значительно ухудшиться, вплоть до полной потери потребительских свойств.

Режимы сушки – это создание таких условий, при которых обеспечивается максимальная производительность сушилок и полная сохранность качества досушиваемого материала.

При сушке необходимо соблюсти следующие моменты:

1.экспозицию;

2.температуру нагрева материала и агента сушки;

3.разовый съем влаги.

Учитывая вышеизложенное, будем учитывать, что влажный воздух во влажном пористом слое находиться в условиях хорошей тепловой изоляции от окружающей среды и поэтому термодинамический процесс, сопровождающийся испарением влаги из пористого слоя, является адиабатическим процессом, т.е.

d_q = 0.

Если в пористом слое (или вне его) имеются источники тепла (или его стоки), то процесс перестает быть адиабатическим.

С подобным явлением мы сталкиваемся, когда учитываем выделение биогенного тепла во влажном пористом слое биологически активной досушиваемой массы. Эти процессы продолжаются до тех пор, пока влажность пористой биоактивной массы не понизится до 30 – 40 %, что тем не менее еще значительно выше кондиционной влажности, например, высушенных семян подсолнечника, равной 7 – 10 %, [3]. Удельная мощность биологических источников тепла, Q – мощность, выделяемая в одном килограмме биологически активного слоя, максимальна при влажности 50 ÷ 60 % и возрастает с увеличением температуры от 14⁰С до 29⁰С, [3].

Выделение тепла уменьшается вдвое при уменьшении влажности массы до 30 % и ее увеличении до 90 %.

Хотя за счет самосогревания массы идет интенсивный процесс её высушивания (за счет биологического тепла может испариться до 30 – 40 % содержащейся в высушиваемой массе влаги [3]) без использования затрат на активное вентилирование, но эксплуатировать этот механизм высушивания нельзя.

Как отмечалось выше, ценность заготавливаемого продукта заключается в содержании в нем питательных веществ – белков и углеводов. Поскольку биоактивность в массе сопровождается распадом прежде всего углеводов и выделением при этом влаги, углекислого газа и тепла, то ясно, что биогенное высушивание влечет за собой резкое снижение её качеств.

Вот почему необходимо обеспечить резкое снижение доли биогенной сушки в общем объеме технологического процесса высушивания.

Кроме того, при влажности биомассы более 18 – 20 %, в ней начинают интенсивно развиваться процессы плесневения, что также быстро портит качество заготавливаемого продукта [4].

Кроме этого, при высушивании биомассы, особенно на начальном этапе сушки, необходимо учитывать биологическое тепло, пока влажность массы не снизится до ~ 30 %. На этом этапе процесс высушивания, с точки зрения термодинамики, не является адиабатическим и подчиняется уравнению:

d_q = C_v(вл)dT_i – R_вл T_i+LdS (1)

где L - удельная теплота парообразования;

С_р(вл) - удельная теплоемкость влажного воздуха;

R_вл - удельная газовая постоянная влажного воздуха.

где d_q = dQ∙dm∙dτ,

где dm – элемент массы влажных семян,

dτ – элементарное время.

Таким образом, можно сделать вывод, что комплекс технологических приемов, используемых при досушивании продуктов растениеводства, должен обеспечивать максимально возможное сохранение их физиологически полезных питательных веществ. А для этого необходимо совершенствовать технику используемую при заготовке досушиваемой массы, которая позволила бы сократить механические потери при скашивании, ворошении, транспортировке к месту хранения заготавливаемого продукта.

Литература:

1. Тюрин И.Ю. Перспективы развития экспериментальных исследований процесса сушки // Научное обозрение, № 5. – Саратов, ООО «АПЕКС-94», 2010.

2. Тюрин И.Ю. Совершенствование технологического процесса досушивания сена на стационаре / Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук/ Саратов, 2000, 24 с.

3. В.И. Пятрушявичюс, В.М. Любарский. Активное вентилирование травяных кормов. Агропромиздат ЛО, Л., 1986.

4. В.М. Любарский, В.И. Пятрушявичюс, В.Ю. Кучинскас и др. Активное вентилирование сельскохозяйственных продуктов. Колос, М., 1972.