Хотелось бы начать статью с того, что же значит абсолютная и относительная влажность. Часто встречаю недопонимание этих понятий.
Начнем с более простого понятия: абсолютная влажность – это доля воды в составе зерна в процентном отношении к массе зерновки. Т.е. если для зерна пшеницы это 14%, то значит, что при такой влажности в 1 тонне зерна 140 кг воды. Как эта вода оказалась в зерне? Большая доля ее осталась после обмолота, если уборка проводилась в сухой жаркий день и уборочная влажность составляла, например, 12%, то все равно зерновка «добререт» влаги из окружающего воздуха до 14%, если относительная влажность воздуха составляла не более 75% при температуре 25°С.
Относительная влажность воздуха 75% — это доля в % молекул воды, вернувшихся в воду, в результате конденсата после их испарения в воздух над открытой водной поверхностью.
Если говорить об абсолютном количестве воды в воздухе, то при той же относительной влажности (пусть 75%) с ростом температуры воздуха количество водяного пара (молекул воды) в нем будет расти. Т.е. в нагретом воздухе молекул воды всегда больше, чем в холодном при равных значениях относительной влажности. Влагоемкость воздуха с ростом температуры повышается. Это легко объяснить ростом интенсивности движения молекул в воздухе при повышении его температуры (азота, кислорода, воды, углекислого газа и др.). В случае охлаждения воздуха, молекулы воды замедляют свои движения (как и другие входящие в воздух газы) и, соединяясь, образуют мелкие капельки – конденсат. Другие газы, входящие в состав воздуха тоже сконденсируются, но при очень глубоком охлаждении (для каждого газа своя температура), например, N2 -195,8°С, СО2 -78°С (сублимация – переход пара в твердую фазу), О2 -182,98°С, Н2 – 240,2°С. Простой пример, бутылка пива, поставленная на стол из холодильника, сразу покрывается каплями воды, поскольку, молекулы воды, залетая в охлажденный пограничный слой у стенки бутылки, теряют свою скорость и, соединяясь, образуют капли.
Уважаемый читатель, эту информацию я привел для того, чтобы было понятно – засыпая зерно в хранилище при высокой температуре воздуха (например 25°С) при относительной равновесной влажности его (75%) и при влажности зерна 14%, мы заполняем хранилище большим количеством воды в виде молекул, находящихся в воздухе, которая в процессе тепло-масса переноса будет перераспределяться и увлажнять отдельные зоны засыпанного зерна в хранилище при тепломассопереноса в нем.
Рассмотрим эти процессы.
Воздух распределен между зернами в малых объемчиках и именно этот, по сути, пористый материал, имеет очень низкую теплопроводность и высокую теплоемкость, и может долго удерживать температуру и влажность, но, тем не менее, в объеме зерна всегда происходит тепломассообмен, обусловленный либо гравитационным полем, либо принудительном перепадом давления за счет вентилятора. Рассмотрим оба варианта.
На стенках металлического хранилища практически всегда есть перепад температур в ту или иную сторону. Сама металлическая стенка для передачи тепла никакого препятствия не составляет. Так, коэффициент теплопроводности стали в 100 раз выше, чем у бетона или кирпича, а цинк (как известно, лист стенки хранилища гальванически оцинкован) в два раза «прозрачней» для тепла, чем сталь. Так что стенку металлического хранилища при оценке теплообмена зерна с окружающим воздухом в расчет можно не брать, она для тепла так же прозрачна как марля для потока воздуха. Режим теплообмена между зерном в хранилище и наружным воздухом можно упрощенно разделить на два случая: наружный воздух холоднее зерна (зима) и зерно холоднее наружного воздуха (весна).
При охлаждении атмосферного воздуха зерно в центре насыпи очень долго (до нескольких месяцев) удерживает тепло. При этом охлажденные слои зерна и воздуха, прилегающие к стенкам хранилища, обуславливают движение охлажденного воздуха сверху вниз (он более плотный, а значит тяжелее), который вытесняет теплый воздух из середины.
Первоначально, охлаждение воздуха в пористом слое вызывает в нем увлажнение зерна из-за появления конденсата и последующее движение холодного воздуха захватывает зону увлажнения вплоть до слоев над днищем. Поднимаясь вверх, воздух нагревается, проходя через слой теплового зерна и, оказавшись в верхней части силоса, встречается с охлажденным зерном и дополнительно его увлажняет. Почему дополнительно, потому что он уже оказался увлажненным от конденсата охлажденного воздуха над зерном.
Весной стенки зернохранилища нагреваются как от тепла наружного воздуха, так и от солнечных лучей. В случае нагревания стенки хранилища лучами солнца (лучистый теплообмен) поглощаемая часть их повышает температуру стенки до значений намного выше температуры окружающего воздуха, причем, в силу высокой теплопроводности стали, стенка сильно нагревается не только в том месте, на который попадает лучистый тепловой поток от солнца, а и в прилегающей зоне (рис. 3). В случае гофрированной стенки силоса нагрев усугубляется за счет увеличенной поверхности контакта стенки с зерном и углом падения солнечных лучей на ее волновую поверхность. Кроме этого, нагретая стенка излучает лучистый поток (ик-излучение) в прилегающий пристенный слой зерна. Нагретый воздух, поднимаясь вдоль стенок вверх, образовывая циркуляцию воздуха в обратном направлении (по сравнению с циркуляцией в зимний период), но опять же не в пользу хранения зерна, ибо, проходя по центру хранилища вниз и охлаждаясь в межзерновом пространстве холодного зерна, увлажняет его.
Вмешаться в этот процесс можно только за счет активной вентиляции воздуха, принудительно подаваемого через систему активного вентилирования.
Все бы ничего, если бы не самосортирование зерна при загрузке силоса. Дело в том, что разная скорость падения разнородного сыпучего материала (легкий сор, зерно, минеральный сор) приводит к их разделению в процессе падения при загрузке силоса. Легкий сор тороидальным вихрем, образующемся в объеме силоса, при засыпании зерна отвевается на периферию емкости, тяжелый падает по центру, а между ними оказывается слегка «подчищенное» зерно. При этом концентрация легкого сора локально может превышать равнораспределенную в 6-7 раз, а тяжелого – в 10-13 раз. Именно это, при неблагоприятных по влажности и температуре условия, может спровоцировать очаги самосогревания.Такие потоки воздуха возможно создать только за счет перепада давления, в отличии от гравитационных циркуляций обусловленных гравитационным полем Земли. Окончание процесса вентилирования можно отследить по показанию температуры воздуха на входе, значение которой должно быть близкой к температуре окружающего воздуха. При существенном загрязнении ссыпаемого зерна из-за самосортирования и, как следствие, разной прозорности зерновой массы, возникает перераспределение скорости движения воздуха при вентилировании зерна в силосе. Это приводит к еще большему слеживанию сора и еще более повышает риски возникновения очагов самосогревания. Кроме того, неоднородность сыпучей массы зерна нарушает осесимметричный режим ссыпания зерна при выгрузке его из силоса, что приводит к перераспределению нагрузки на конструкцию, потере устойчивости силоса и разрушению его.Вентилирование желательно проводить в ночное (более прохладное) время при относительной влажности воздуха не более 75%.
В последнее время фирмы разрабатывающие конструкции зернохранилищ с целью недопущения концентрации сора при загрузке зерна предлагают устанавливать специальные разбрасыватели зерна (гомогенная загрузка), размещая их в верхней части хранилища. Тороидальные вихри при этом не образуются, ибо зерно падает рассредоточено, но усугубляется вторая проблема – бой зерна о днище хранилища, площадь которого у силосов большого диаметра доходит до 100 м2. Перед ударом о днище скорость падения зерна достигает скорости витания, а это, например, для кукурузы 17-19 м/с.
Нами запатентовано устройство решающее две проблемы – снижение скорости падения зерна при загрузке в хранилище и устранение самосортирования. Углы взаимного положения лотков регулируемые, что позволяет оптимизировать скорость ссыпания зерна для самых травмированных культур (рис, соя, кукуруза, горох и т.д.). Испытания показали, что скорость движения зерна по лоткам не превышает 1м/с, что полностью исключает как травмирование зерна, так и самосортирование его.
Уважаемый читатель, возвращаясь к центральной теме всего повествования (щадящая пофракционная технология производства сильных семян) есть необходимость сравнить качество семян, получаемых по традиционной однофракционной технологии и предлагаемой нами пофракционной технологии.
