СПОСОБ ДОСУШИВАНИЯ СЕНА АКТИВНЫМ ВЕНТИЛИРОВАНИЕМ Российский патент 2007 года по МПК A01F25/08 

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству, в частности к кормопроизводству, а именно к технологии заготовки сена.

Задача, на решение которой направлено изобретение, - снижение энергетических затрат при выполнении технологического процесса.

Согласно изобретению способ досушивания сена активным вентилированием включает определение времени работы вентиляторов и теплогенераторов в зависимости от относительной влажности воздуха, определяют количество воды, подлежащее испарению, а по влагопоглатительной способности атмосферного или нагретого теплогенератором воздуха, зависящей от температуры и относительной влажности последнего, с учетом плотности атмосферного воздуха, определяют время работы вентиляторов по формуле:

t=N₀:(П*n),

где t - время работы вентиляторов установки, ч;

N₀ - объем воздуха, необходимый для досушивания сена, м³;

П - производительность одного вентилятора, м³/ч;

n - количество вентиляторов;

N₀=N_m:К_B,

где N_m - масса воздуха, кг;

К_B - плотность воздуха, кг/м³;

N_m=К_n*(В:d),

где К_n - коэффициент потерь воздуха в системе вентилирования;

В - количество воды, подлежащее испарению, г;

d - влагопоглотительная способность атмосферного или нагретого воздуха, г/кг.

В случае нагревания воздуха теплогенератором его относительную влажность определяют по формуле:

W₂=(W₁*λ'н):λ²н,

где W₂ - относительная влажность воздуха после нагревания, %;

W₁ - относительная влажность воздуха до нагревания, %;

λ'н - абсолютная влажность воздуха до нагревания, г/кг;

λ²н - абсолютная влажность воздуха после нагревания, г/кг.

Сущность заявляемого изобретения заключается в следующем. Сено - грубый корм, полученный в результате обезвоживания травы воздушно-солнечной сушкой, которая основана на влагопоглотительной способности (дефиците влаги) воздуха. Дефицитом влаги называется величина d, равная разности между насыщающей λ_н и абсолютной влажностью λ₁.

По определению, соответствующая абсолютной влажности λ₁ относительная влажность, выраженная в процентах

Тогда или

Если при поглощении водяного пара влажность воздуха повышается не до насыщения, а до некоторой величины λ₂

то влагопоглотительная способность воздуха становится равной

d=λ₂-λ₁ или

Пусть начальная абсолютная влажность воздуха составляет

В процессе сушки сена от влажности начальной (W_н) до влажности конечной (W_к) масса водяного пара m, который содержит некоторый V воздуха, увеличивается на Δm. Это дополнительное количество водяного пара Δm занимает ΔV.

Абсолютная влажность воздуха становится равной

Дополнительный объем, занимаемый массой пара Δm, можно выразить

как

где V_μ - объем, занимаемый одним молем, μ - масса моля воздуха.

Тогда

Отсюда количество водяного пара Δm, которое воздух поглотил в процессе сушки

Из (5) m=λ₁V. И масса водяного пара, которую поглощает единица объема воздуха в процессе сушки

На практике абсолютной влажностью пользоваться неудобно. Поэтому перейдем в выражении (6) к относительной влажности, воспользовавшись выражением (2).

Тогда λ=λ_нW и

С учетом изложенного, в табл.1 представлена влагопоглотительная способность (d) в г/кг до полного насыщения при атмосферном давлении 760 мм рт.ст.

Каждому показателю относительной влажности воздуха соответствует определенная равновесная влажность сена: при относительной влажности воздуха 50% равновесная влажность сена равна 10%, при 60% - 12%, при 70% - 15%, при 80% - 20%, при 90% - 30%.

ОСТ 10243-2000 на сено определено, что массовая доля сухого вещества в нем должна быть не менее 83% (влаги не более 17%). Такой влажности сена соответствует относительная влажность воздуха, равная 74%.

При воздушно-солнечной сушке часто нет возможности в короткое время довести влажность сена до 17%, а потому прибегают к досушиванию его активным вентилированием воздухом естественной температуры, а также подогретым воздухом. Если принять за максимально допустимую для активного вентилирования сена относительную влажность воздуха W₂=74%, то влагопоглотительная способность его при давлении 760 мм рт.ст., разных температурах и относительных влажностях соответствует данным, приведенным в табл.2.

Таблица 1.
Влагопоглотительная способность воздуха (d) до полного его насыщения при атмосферном давлении 760 мм рт.ст., в г/кг.t °CНасыщенная влажность, λ_нОтносительная влажность воздуха, %  100%90%80%75%70%60%50%40%30%04,840,000,490,971,221,461,952,432,923,4115,20,000,521,051,311,572,092,623,143,6625,60,000,561,131,411,692,262,823,383,95360,000,601,211,511,812,423,023,634,2346,40,000,651,291,611,942,583,233,874,5256,80,000,691,371,712,062,743,434,114,8067,30,000,741,471,842,212,953,684,425,1677,80,000,791,581,972,363,153,944,735,5188,30,000,841,682,102,523,354,195,035,8798,80,000,891,782,222,673,564,455,346,23109,40,000,951,902,382,853,804,765,716,661110,010,001,012,032,533,044,055,076,087,101210,660,001,082,162,703,244,325,406,487,561311,340,001,152,302,883,454,605,756,908,051412,060,001,222,453,063,674,906,127,358,571512,820,001,302,613,263,915,216,517,829,121613,630,001,392,773,474,165,556,938,329,711714,470,001,472,953,684,425,897,378,8410,311815,360,001,573,133,914,706,267,839,4010,961916,30,001,663,334,164,996,668,329,9811,652017,290,001,773,534,425,307,078,8410,6012,372118,330,001,883,754,695,637,509,3811,2513,132219,420,001,993,984,985,977,969,9511,9413,932320,560,002,114,225,286,338,4410,5512,6614,772421,770,002,244,485,596,718,9511,1913,4315,662523,040,002,374,745,937,129,4911,8614,2316,602624,370,002,515,036,287,5410,0512,5715,0817,592725,760,002,665,326,657,9810,6513,3115,9718,632827,230,002,825,647,058,4611,2714,0916,9119,732928,760,002,985,977,468,9511,9314,9117,9020,883030,360,003,166,317,899,4712,6215,7818,9322,093131,360,003,266,538,169,7913,0516,3219,5822,843232,360,003,376,748,4310,1213,4916,8620,2323,603333,360,003,486,968,7010,4413,9217,4020,8824,363434,360,003,597,188,9710,7714,3617,9521,5425,133535,360,003,707,409,2511,1014,8018,4922,1925,89

Продолжение таблицы 1t °Cλ_н100%90%80%75%70%60%50%40%30%3636,360,003,817,629,5211,4315,2319,0422,8526,663737,360,003,927,849,8011,7515,6719,5923,5127,433838,360,004,038,0610,0712,0916,1120,1424,1728,203939,360,004,148,2810,3512,4216,5620,6924,8328,974040,360,004,258,5010,6212,7517,0021,2525,5029,754141,360,004,368,7210,9013,0817,4421,8026,1630,524242,360,004,478,9411,1813,4217,8922,3626,8331,304343,360,004,589,1711,4613,7518,3322,9227,5032,084444,360,004,709,3911,7414,0918,7823,4828,1732,874545,360,004,819,6112,0214,4219,2324,0428,8433,654646,360,004,929,8412,3014,7619,6824,6029,5234,444747,360,005,0310,0712,5815,1020,1325,1630,2035,234848,360,005,1510,2912,8615,4420,5825,7330,8736,024949,360,005,2610,5213,1515,7821,0426,3031,5636,815050,360,005,3710,7513,4316,1221,4926,8632,2437,61

Таблица 2.
Влагопоглотительная способность воздуха (d) при насыщении его до 74%-ной влажности при атмосферном давлении 760 мм рт.ст., в г/кг.t °CНасыщанная влажность, λ_нОтносительная влажность воздуха, %  100%90%80%75%70%60%50%40%30%04,84-1,26-0,78-0,29-0,050,190,681,171,652,1415,2-1,36-0,84-0,31-0,050,210,731,251,782,3025,6-1,46-0,90-0,34-0,060,230,791,351,912,4836-1,57-0,97-0,36-0,060,240,841,452,052,6546,4-1,67-1,03-0,39-0,060,260,901,552,192,8356,8-1,78-1,09-0,41-0,070,270,961,642,333,0167,3-1,91-1,18-0,44-0,070,291,031,762,503,2377,8-2,04-1,26-0,47-0,080,311,101,892,673,4688,3-2,17-1,34-0,50-0,080,331,172,012,843,6898,8-2,31-1,42-0,53-0,090,351,242,133,023,90109,4-2,47-1,52-0,57-0,090,381,332,283,224,171110,01-2,63-1,62-0,61-0,100,401,412,423,444,451210,66-2,80-1,72-0,65-0,110,431,512,583,664,741311,34-2,98-1,83-0,69-0,110,461,602,753,905,041412,06-3,17-1,95-0,73-0,120,491,712,934,155,371512,82-3,37-2,08-0,78-0,130,521,823,114,415,711613,63-3,59-2,21-0,83-0,140,551,933,314,696,071714,47-3,81-2,35-0,88-0,150,592,053,524,996,451815,36-4,05-2,49-0,93-0,160,622,183,745,306,861916,3-4,30-2,65-0,99-0,170,662,323,975,637,282017,29-4,57-2,81-1,05-0,180,702,464,225,977,732118,33-4,85-2,98-1,12-0,190,752,614,476,348,202219,42-5,14-3,16-1,19-0,200,792,774,756,728,702320,56-5,45-3,35-1,26-0,210,842,935,037,139,222421,77-5,78-3,55-1,33-0,220,893,115,337,559,772523,04-6,12-3,77-1,41-0,240,943,305,658,0010,362624,37-6,48-3,99-1,50-0,251,003,495,988,4810,972725,76-6,86-4,22-1,58-0,261,063,696,338,9711,612827,23-7,26-4,47-1,68-0,281,123,916,709,5012,292928,76-7,68-4,73-1,77-0,301,184,147,0910,0413,003030,36-8,12-5,001,87-0,311,254,377,5010,6213,743131,36-8,40-5,17-1,94-0,321,294,527,7510,9814,213232,36-8,67-5,34-2,00-0,331,334,678,0111,3414,683333,36-8,95-5,51-2,07-0,341,384,828,2611,7015,143434,36-9,23-5,68-2,13-0,351,424,978,5212,0615,613535,36-9,50-5,85-2,19-0,371,465,128,7712,4316,08

Продолжение таблицы 2t °Cλ_н100%90%80%75%70%60%50%40%30%3636,36-9,78-6,02-2,26-0,381,505,279,0312,7916,553737,36-10,06-6,19-2,32-0,391,555,429,2913,1617,023838,36-10,34-6,36-2,39-0,401,595,579,5413,5217,503939,36-10,62-6,53-2,45-0,411,635,729,8013,8917,974040,36-10,90-6,71-2,52-0,421,685,8710,0614,2518,444141,36-11,18-6,88-2,58-0,431,726,0210,3214,6218,924242,36-11,46-7,05-2,64-0,441,766,1710,5814,9919,404343,36-11,74-7,23-2,71-0,451,816,3210,8415,3619,874444,36-12,03-7,40-2,78-0,461,856,4811,1015,7320,354545,36-12,31-7,57-2,84-0,471,896,6311,3616,1020,834646,36-12,59-7,75-2,91-0,481,946,7811,6216,4721,314747,36-12,88-7,92-2,97-0,501,986,9311,8816,8421,794848,36-13,16-8,10-3,04-0,512,027,0912,1517,2122,274949,36-13,45-8,27-3,10-0,522,077,2412,4117,5822,755050,36-13,73-8,45-3,17-0,532,117,3912,6717,9623,24

Количество воды, подлежащее испарению при досушивании активным вентилированием, определяется по разности между массой недосушенного (Q_н) и массой высушенного до стандартной влажности (Q_к) сена. Масса высушенного сена (Q_к) обычно определяется перемножением его плотности (пробные или справочные данные) на объем, рассчитанный на основании замеров сенохранилищ или скирд. Масса недосушенного сена (Q_н) может быть определена взвешиванием его перед укладкой на хранение или расчетным путем по формуле

где Q_к - масса высушенного сена;

W_н - влажность недосушенного сена, в %;

W_к - влажность высушенного сена, в %.

Тогда количество воды (В), которое следует удалить из сена при его досушивании, можно определить по формуле

Формулы (7) и (8) базируются на классическом определении влажности как отношение содержащейся в растениях (почве) воды к массе абсолютно сухих растений (почвы), выраженное в процентах (Земледелие с основами почвоведения и агрохимии. М., Колос, 1984, с.51; Почвы. Методы определения влажности, максимально гигроскопической влажности и влажности завядания растений. ГОСТ 28268-89; Шевченко В.А. Технология производства продукции растениеводства. М., Агроконсалт, 2002, с.33).

После определения количества воды, подлежащего удалению из недосушенного сена (8), рассчитывается масса воздуха, который нужно прогнать активным вентилированием через сено для снижения его влажности с W_н до W_к

где N_m - масса воздуха в кг;

- коэффициент потерь воздуха в системе вентилирования (для скирд = 1,40-1,45; для сенохранилищ = 1,10-1,15);

В - количество удаляемой из недосушенного сена воды (рассчитывается по формуле 8), выраженное в г;

d - дефицит влаги в воздухе (берется из табл.2 с учетом знака + или -), г/кг.

При нагревании теплогенератором наружного воздуха на определенную величину относительная W₁ влажность его изменяется (при неизменной абсолютной влажности) до W₂

где W₁ - относительная влажность воздуха до нагревания, %;

W₂ - относительная влажность воздуха после нагревания, %;

- абсолютная влажность насыщения до нагревания (табл.1 или 2);

- абсолютная влажность насыщения после нагревания (табл.1 или 2).

Пример 1: при температуре воздуха 15°С W₁=70%,

При нагревании его на 10°С (до 25°С)

При t=25°C и W=39% d=8,24 г/кг (табл.2)

Пример 2: при температуре воздуха 20°С W₁=90%,

При нагревании его на 10°С (до 30°С)

При t=30°C и W=51% d=7,19

С учетом плотности воздуха, зависящей от температуры и атмосферного давления, определяется его объем (N_O), необходимый для досушивания сена

где K_в - плотность воздуха в кг/м³ (берется из табл.3).

Коэффициенты К_в, приведенные в табл.3, рассчитаны на основании плотности воздуха при 0°С и давлении 760 мм рт.ст., равной 1,2928 кг/м³, и температурного коэффициента расширения воздуха 0,003663 град^-1 БСЭ, 1971.

Таблица 3.
Плотность воздуха (К_в) при разных температурах и атмосферных давлениях, кг/м³t, °CАтмосферное давление, мм ртутного столба 76075575074574073573072572071571001,291,281,281,271,261,251,241,231,221,221,2111,291,281,271,261,261,251,241,231,221,211,2021,291,281,271,261,251,241,241,231,221,211,2031,281,271,261,261,251,241,231,221,211,211,2041,281,271,261,251,241,241,231,221,211,201,1951,271,271,261,251,241,231,221,221,211,201,1961,271,261,251,251,241,231,221,211,201,201,1971,271,261,251,241,231,231,221,211,201,191,1881,261,261,251,241,231,221,211,211,201,191,1891,261,251,241,231,231,221,211,201,201,191,18101,261,251,241,231,221,211,211,201,191,181,17111,251,241,241,231,221,211,201,191,191,181,17121,251,241,231,221,221,211,201,191,181,171,17131,251,241,231,221,211,201,201,191,181,171,16141,241,231,231,221,211,201,191,181,181,171,16151,241,231,221,211,211,201,191,181,171,161,16161,231,231,221,211,201,191,191,181,171,161,15171,231,221,211,211,201,191,181,171,171,161,15181,231,221,211,201,191,191,181,171,161,151,15191,221,221,211,201,191,181,171,171,161,151,14201,221,211,201,201,191,181,171,161,161,151,14211,221,211,201,191,181,181,171,161,151,141,14221,211,201,201,191,181,171,161,161,151,141,13231,211,201,191,181,181,171,161,151,141,141,13241,201,201,191,181,171,171,161,151,141,131,13251,201,191,191,181,171,161,151,151,141,131,12261,201,191,181,171,171,161,151,141,131,131,12271,191,191,181,171,171,151,151,141,131,121,12281,191,181,171,171,161,151,141,141,131,121,11291,191,181,171,161,161,151,141,131,121,121,11301,181,181,171,161,151,141,141,131,121,111,11311,181,171,161,161,151,141,131,121,121,111,10321,181,171,161,151,151,141,131,121,121,111,10331,171,161,161,151,141,131,131,121,111,101,09341,171,161,151,151,141,131,121,111,111,101,09351,161,161,151,141,131,131,121,111,101,101,09361,161,151,141,141,131,121,111,111,101,091,08371,161,151,141,141,131,121,111,111,101,091,08381,151,141,131,131,121,111,101,101,091,081,07391,151,141,131,131,121,111,101,101,091,081,07401,151,141,131,131,121,111,101,101,091,081,07411,141,131,121,121,111,101,091,091,081,071,06421,141,131,121,121,111,101,091,091,081,071,06431,141,131,121,121,111,101,091,091,081,071,06441,131,121,121,111,101,091,091,081,071,061,06451,131,121,121,111,101,091,091,081,071,061,06461,121,111,111,101,091,081,081,071,061,051,05471,121,111,111,101,091,081,081,071,061,051,05481,121,111,111,101,091,081,081,071,061,051,05491,111,101,101,091,081,071,071,061,051,041,04501,111,101,101,091,081,071,071,061,051,041,04

Расход энергии на досушивание сена активным вентилированием слагается из затрат ее на работу электромоторов, приводящих в движение вентиляторы, и нагрев воздуха, прогоняемого через сено.

Время работы вентиляторов определяется делением объема воздуха (11), пропускаемого через сено, на их суммарную производительность, а затраты электроэнергии (S_э) в кВт/ч перемножением суммарной мощности электромоторов на время их работы (в часах) с переводом кВт/ч в мДж (1 кВт/ч равен 3,6 мДж).

Затраты энергии теплогенераторов на нагрев воздуха (S_Т.Г.) определяются перемножением теплоемкости воздуха, равной 1,01 кДж/кг·град (Элементарный учебник физики. Под ред. Г.С.Ландберга. T.1. Изд-во "Наука". М., 1975, с.446), на его массу, пропускаемую через сено (вычисленную по 9).

Хозяйственные расходы энергии (S_x) на досушивание сена активным вентилированием - это сумма затрат энергии на работу электромоторов и теплогенераторов, нагревающих воздух

Удельные затраты энергии (S_уд.) на досушивание сена есть частное от деления ее хозяйственных затрат (S_x) на массу высушенного до стандартной влажности сена (Q_к):

При соблюдении оптимальной технологии досушивания сена активным вентилированием определяется количество воды, подлежащее удалению с целью доведения его влажности до стандартной, и объем воздуха, пропускаемый через него для достижения указанной цели.

Для обеспечения оптимального режима досушивания сена активным вентилированием, обеспечивающим наиболее экономное расходование энергии:

1) определяется количество воды, подлежащее удалению из недосушенного сена;

2) учитываются параметры атмосферного воздуха (температура, относительная влажность, давление, температура нагрева его теплогенератором), используемого для досушивания сена;

3) выполняются прогнозные и контрольные расчеты по определению времени работы вентиляторов и теплогенераторов для досушивания сена по предлагаемым формулам, отражающие общеизвестные физические свойства атмосферного воздуха.

Для реализации изобретения необходимо иметь данные ближайшей метеостанции о температуре, относительной влажности и атмосферном давлении на предстоящий день работы установок для прогнозных расчетов, а в процессе работы отслеживать те же параметры атмосферного воздуха по приборам на конкретной местности для контрольных расчетов.

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к способам уборки сельскохозяйственных культур. Способ досушивания сена активным вентилированием включает определение времени работы вентиляторов и теплогенераторов в зависимости от относительной влажности воздуха и определение количества воды, подлежащего испарению. Время работы вентиляторов определяют по влагопоглотительной способности атмосферного или нагретого теплогенератором воздуха, которая зависит от температуры и относительной влажности последнего. Изобретение позволяет обеспечить оптимальный режим досушивания сена атмосферным и подогретым воздухом при минимальных затратах энергии. 3 табл.

Способ досушивания сена активным вентилированием, включающий определение времени работы вентиляторов и теплогенераторов в зависимости от относительной влажности воздуха, отличающийся тем, что определяют количество воды, подлежащее испарению, а по влагопоглотительной способности атмосферного или нагретого теплогенератором воздуха, зависящей от температуры и относительной влажности последнего, с учетом плотности атмосферного воздуха, определяют время работы вентиляторов по формуле

t=N₀:(П·n),

где t - время работы вентиляторов установки, ч;

N₀ - объем воздуха, необходимый для досушивания сена, м³;

П - производительность одного вентилятора, м³/ч;

n - количество вентиляторов,

N₀=N_m:K_B,

где N_m - масса воздуха, кг;

К_B - плотность воздуха, кг/м³,

N_m=K_n·(B:d),

где К_n - коэффициент потерь воздуха в системе вентилирования;

В - количество воды, подлежащее испарению, г;

d - влагопоглотительная способность атмосферного или нагретого воздуха, г/кг.