Розрахунок продуктивності вітчизняних та зарубіжних зерносушарок
В Україні вирощується близько 30 видів зернових, зернобобових та олійних культур. Ці культури істотно розрізняються за своїми фізичними, теплофізичними та біохімічними властивостями, що визначає суттєві відмінності в технології сушіння і, як наслідок, у продуктивності зерносушарок. У зв'язку з цим на підприємствах часто виникають питання щодо визначення продуктивності зерносушарок при сушінні зерна різної початкової вологості.
Для порівняння різних зерносушарок та визначення маси просушеного зерна використовують коефіцієнти перерахунку маси просушеного зерна в планові одиниці: Кв – залежно від вологості зерна відповідно до та після сушіння; Кк – залежно від культури та призначення зерна. Значення цих коефіцієнтів наведено у відповідних таблицях. Коефіцієнти перерахунку маси просушеного зерна в планові одиниці, залежно від вологості зерна до і після сушіння, наведені всім культур однаковими (рис. 1), крім насіння соняшнику продовольчого призначення.
Продуктивність зерносушарок уточнюють за допомогою коефіцієнта перерахунку маси просушеного зерна до планових одиниць, який змінюється від 0,8 (гречка) до 3,08 (кукурудза для харчоконцентратної промисловості). Такий підхід до розрахунку продуктивності зерносушарок досить ефективний, оскільки дозволяє визначити цей показник при різних початкових та кінцевих значеннях вологості зерна та необхідну кількість палива для сушіння заданої кількості планових тонн зерна. Однак із запровадженням коефіцієнта перерахунку стає невизначеним порівняння зерносушарок при сушінні різних культур щодо витрат палива на сушіння однієї планової тонни.
Наразі у зерносушильному парку Укаїни експлуатується близько 30 найменувань.різних типів зарубіжних зерносушарок: США - FARM FANS, QED, Meyer, DELUX, Mini-Max, Mathews, Cukup, NECO; Німеччина - PETKUS, NEUERO, Schmidt-Seeger, Monsum Lachenmeier, Riela; Данія - CIMBRIA, CROCUS; Швеція – TORNUM; Фінляндія – ANTTI, MEPU; Польща – ARAJ, AG – PROJEKT; Франція – LAW; Аргентина – MEGA; Туреччина – ТЕСО; Італія – AGREX, MULMIX, MECMAR, PEDROTTI; Україна – ДСП-10/20/25; А1-ДСП-50 та ін., а також зерносушарки вітчизняних виробників: АТ «Брянськсільмаш», ВАТ «Воронежсільмаш», АТ «Мель-інвест», ЗАТ «Агропромтехніка», ВАТ «Тверсільмаш», ЗАТ «Сибірський Агропромисловий Дім». У зв'язку з цим доцільно узагальнити відомі дані щодо продуктивності зерносушарок при сушінні різних культур та отримати середні розрахункові дані щодо зміни продуктивності зерносушарок при різному зніманні вологи. Це дуже важливо не тільки при виборі зерносушарок підприємствами та організаціями для нового будівництва, але й для визначення продуктивності діючої зерносушарки при сушінні зернових культур, що володіють різними властивостями та початковою вологістю.
Теплофізичні характеристики визначають статику та кінетику процесу сушіння зерна, режими сушіння та конструкцію сушильних установок. Теплоємність визначає кількість теплоти, необхідної для випаровування вологи із зерна, і змінюється у досить широких межах для зерна різних культур. Наприклад, при температурі 20°С питома теплоємність абсолютно сухих речовин зерна пшениці, сої, рису, кукурудзи, соняшника та ріпаку становить відповідно 971, 1278, 1314, 1550, 1714 та 2244 Дж/(кг·К), тобто. відрізняється в 1,7-2.3 рази [3,4].
Для шару зерна змінюються також коефіцієнти тепло- та температуропровідності. Так, для високовологого шару зерна пшениці та рису при температурі 25-30°С коефіцієнттеплопровідності дорівнює відповідно 0,115 та 0,107 Вт/(м·К), а коефіцієнт температуропровідності – 8,43-10-8 та 8,24-10-8 м2/с. Для поодиноких зерновок цих культур значення коефіцієнта теплопровідності значно вище і становить відповідно 0,345 і 0,244 Вт/(м·К), тобто. змінюється у 1,4 рази [1]. Для різних зернових культур суттєво змінюються та інші тепло-масообмінні характеристики: коефіцієнти дифузії та термодифузії вологи, масовіддачі та ін.
Важливе значення для організації процесу сушіння має вологість зерна після сушіння, при якій забезпечується стійке зберігання зерна за нормальних умов. Наприклад, при відносній вологості повітря 70% та його температурі 20°С рівноважна вологість зерна кукурудзи та пшениці становить 14,9 та 14,3%, рису – 13,7, сої – 11, а ріпаку та соняшнику – 8,5 та 7 5%, тобто. для злакових та олійних культур вона відрізняється у 1,7-2 рази.
При цьому геометричні розміри (товщина, ширина і довжина) насіння зазначених культур, що багато в чому визначають конструктивні особливості зерносушарки та застосовувані для ідентифікації зерна, змінюються в межах, мм: для кукурудзи – відповідно 2,5-8; 5-11,5 та 5,5-13,5; для пшениці – 1,4-3,1; 1,4-3,8 та 4,6-7; для рису – 1,2-2,8; 2,5-4,3 та 5-12; для сої – 6,1-13; 6,2-11,8 та 4-8,7; для ріпаку -1,5-2,5 (діаметр); для соняшника – 1,7-6; 3,5-8,6 та 7,5-15 (ТР ТС 015/2011 «Про безпеку зерна»). Зерно живий організм, і нагрівання його в процесі сушіння за певних умов впливає на білки, що містяться в зерні, вуглеводи, жири, клітковину, вітаміни і мінеральні речовини. Нагрів прискорює післязбиральне дозрівання та підвищує якість зерна. Однак перевищення максимально допустимої температури та тривалості нагріву, а в деяких випадках ішвидкості нагрівання, може призвести до погіршення його якості та втрати хлібопекарських, насіннєвих та інших властивостей. У зв'язку з цим для кожної зернової культури існують свої режими сушіння, які також залежатимуть і від конструктивних особливостей зерносушарок. Разом з тим зміна продуктивності різних зерносушарок при зміні величини знімання вологи для однакових зернових культур не повинна відрізнятися, оскільки визначається обмеженнями по режимах сушіння.
На основі цього припущення, використовуючи методи математичної статистики та знаючи продуктивність зерносушарки при сушінні основної зернової культури – пшениці, можна розрахувати продуктивність прямоточних зерносушарок при сушінні іншої зернової культури.
Температура сушильного агента при сушінні кукурудзи змінювалася в діапазоні 90-125°З температурі атмосферного повітря 10-20°З його відносної вологості 60-75%. Початкова вологість зерна кукурудзи сягала 20-35%, кінцева -14-15%, зниження вологості становило 5-21%. В результаті обробки даних отримано наступне рівняння регресії, залежно від величини знімання вологи по зерну пшениці (?Wпш) і кукурудзи (?Wкук):
Множинний коефіцієнт кореляції R2 = 0,912.
Для перерахунку продуктивності зерносушарок із сушіння зерна пшениці на сушіння насіння соняшнику було використано показники роботи 11 зерносушарок різних типів та конструкцій: шести шахтних – «Веста», ДСП, «Рієла», «АГ-Проект», «Арай», «Антті»; чотирьох колонкових - СЗ, СЗК, "Метьюз", "Фарм Фанз"; однією жалюзійною - "Мега".
Температура сушильного агента при сушінні насіння соняшника змінювалася від 75 до 95°З при температурі атмосферного повітря 15-20°З його відносної вологості 65-75%; початкова вологість насіння соняшника – 13-25%,кінцева – 6,5–10%, зниження вологості – 6–18,5%.
В результаті обробки даних отримано наступне рівняння регресії:
Множинний коефіцієнт кореляції R2 = 0,868. Для перерахунку продуктивності зерносушарок із сушіння зерна пшениці на сушіння насіння ріпаку було використано показники роботи семи різних конструкцій: п'яти шахтних – «Ноеро», «АГ-Проект», «Джевич», М819, «Антті»; однією колонковою – «Метьюз» та однією жалюзійною – «Мега».
Температура сушильного агента при сушінні насіння ріпаку змінювалася в діапазоні 60-90°З температурі атмосферного повітря 15-20°З його відносної вологості 60-75%; початкова вологість ріпаку була 12-22%, кінцева - 6-12%, зниження вологості становило 3-10%. В результаті обробки даних отримано рівняння регресії:
Множинний коефіцієнт кореляції R2 = 0,873. Для перерахунку продуктивності зерносушарок із сушіння зерна пшениці на сушіння зерна рису були використані показники роботи зерносушарок «Кімбрія» та «Агрекс», а також дані Інструкції з сушіння зерна [2]. Температура сушильного агента при сушінні зерна рису змінювалася від 60 до 70'С при температурі атмосферного повітря від 15 до 20°З його відносної вологості від 60 до 70%; початкова вологість рису – 19-22%, кінцева – 14-19%, зниження вологості – 3-6%.
В результаті обробки даних отримано рівняння регресії:
Множинний коефіцієнт кореляції R2 = 0,937. Для перерахунку продуктивності зерносушарок із сушіння пшениці на сушіння сої були використані показники роботи зерносушарок «Метьюз», «Делюкс» та «Мейєр», а також Інструкція з сушіння зерна [2].
Температура сушильного агента при сушінні зерна сої змінювалася від 50 до 60°С при температурі атмосферного повітря від 15 до 20°С та його відносній вологості50-60%. Початкова вологість зерна сої становила 18-20%, кінцева – 13-14%, зниження вологості – 4-6%. В результаті обробки даних отримано наступне рівняння регресії:
Множинний коефіцієнт кореляції R2 = 0,97. Зміна коефіцієнтів перерахунку продуктивності зерносушарок при сушінні зерна кукурудзи при зниженні вологості зерна пшениці на 4-6% (з 18-20 до 14%) як приклад показано на рис. 2.
Таким чином, в результаті узагальнення даних щодо продуктивності зарубіжних та вітчизняних зерносушарок отримані рівняння регресії для перерахунку продуктивності зерносушарок при сушінні зерна пшениці на сушіння зерна кукурудзи, соняшнику, ріпаку, рису та сої при різних значеннях їх початкової вологи. Використання для розрахунків отриманих рівнянь регресії дозволить правильно спланувати сушіння зерна різних культур та обґрунтувати необхідні енерговитрати.
Література 1. Рідко, В.І. Зерносушіння та зерносушарки / В.І. Рідко, В.А. Різьбярів, B.C. Уколів. - М.: Колос, 1982. - 239 с. 2. Інструкція з сушіння продовольчого, кормового зерна, олійно-насіння та експлуатації зерносушарок № 9-3-82. - М.: ЦНДІТЕІ Мінзагу СРСР, 1982. - 61 с. 3. Нікітіна, Л.М. Термодинамічні параметри та коефіцієнти мас-супереносу у вологих матеріалах / Л.М. Нікітіна. - М.: Енергія, 1968. - 500 с. 4. Теплофізичні характеристики харчових продуктів та матеріалів / За ред. проф. А.С. Гінзбург. - М.: Харчова промисловість, 1975. - 224 с.
В.Ф. Сорочинський, доктор техн. наук