6. Методика розрахунку основних фізичних показників зернової маси

Завдання 1. Проведіть розрахунки доцільності вентилювання зерна і зерноборошняних товарів по заданих вихідних параметрах, які дає викладач кожному студенту по окремих культурах і видах продуктів.

Методика проведення роботи. Доцільність провітрювання зерна і зерноборошняних товарів визначають за допомогою ряду показників, які характеризують вологість повітря.

Абсолютна вологість повітря виражається вагою водяної пари у грамах, що міститься в 1м² вологого повітря q, а також пружністю (парціальним тиском) водяної пари в міліметрах ртутного стовпчика І.

При даній температурі в повітрі може знаходитись різна кількість водяної пари, але не більше визначеної, граничної величини. Максимальне значення абсолютної вологості при даній температурі t, виражене в г/м³, позначимо Q_t, а вираження 1 в мм рт.ст. – через E_t. Воно відповідає повному насиченню повітря водяною парою. Чим вище температура повітря, тим більша кількість водяної пари потрібна для його насичення. Прослідкуємо закономірність за таблицею фізичних властивостей повітря при різній температурі .

Таблиця 10.1. – Фізичні властивості повітря при різній температурі

T ,0С	-20	-10	0	10	20	40	60	80	100
Qt, г/м3	1,1	2,3	4,9	9,4	17,2	50,8	129,3	290,7	589,5
Et, мм рт.ст.	0,9	2,1	4,6	9,2	17,4	54,9	148,8	354,6	760,0

Отже, властивість повітря поглинати водяну пару при її нагріванні від -20°С до 100°С збільшується в 589,5/1,1=536, тобто 1 м³ повітря, взятий при температурі -20°С, навіть при повному насиченні водяною парою і нагрітим до 100°С, може додатково поглинути водяну пару. Аналогічно цьому зростає у міру підвищення температури й значення Е.

На властивості підігрітого повітря поглинати більшу кількість вологи засноване сушіння продуктів.

Відносна вологість повітря S - це відношення кількості (або парціального тиску) водяної пари, що надходить у повітря, до парціального тиску водяної пари, насиченого повітря тій ж температури, виражене у відсотках. Таким чином, відносна вологість показує ступінь насиченості повітря водяною парою. Воно виражається за формулою:

(10.1)

Під час зберігання продукції можливе різноманітне поєднання умов: різне значення температури зерна, його вологості, температури і відносної вологості зовнішнього повітря. У кожному конкретному випадку результати провітрювання можуть бути корисними, неправильними або шкідливими.

Мета наведених нижче розрахунків - показати, як завчасно визначити, тобто передбачити доцільність провітрювання продукції за даних умов. Для розрахунків потрібно знати температуру, наприклад, зерна або крупи (t_з), фактичну вологість зерна (W_ф), температуру повітря (t_п), відносну вологість повітря (S_в), і мати необхідне обладнання для вимірювання вказаних параметрів. Теплоємкість зерна в багато разів перевищує теплоємкість повітря, тому при дотику зовнішнього повітря з зерном під час провітрювання повітря практично приймає температуру зерна.

Абсолютна вологість повітря (q_п, I_п), що надходить в зерно і приймає його температуру, залишається на тому ж рівні. Однак його відносна вологість S_B, звичайно приймає нове значення S міжзернових просторів S_мзп, або знижуючись при t_з>t_п, або підвищуючись при t_з<t_n, і тільки у випадку рівнозначності t_з і t_п залишається на попередньому рівні.

Зерно під час провітрювання, в залежності від його вихідної вологості і рівня вологості повітря в міжзернових просторах (S_мзп), що встановилась, може змінювати свою вологість: підсихати або зволожуватись. Напрям цього процесу можна завчасно встановити за допомогою таблиці рівноважної вологості (додаток А1, А2).

Відносна вологість повітря міжзернових просторів, S_мзп, розраховується за формулою:

(10.2)

Рівноважну вологість зерна (W_p) знаходять з таблиць (додаток А1, А2) рівноважної вологості зерна S_мзп.

Якщо знайдена в таблиці (по S_мзп) рівноважна вологість зерна W_P буде нижче фактичної W_ф, то воно буде підсихати, в протилежному випадку (W_P>W_ф) - зволожуватись.

Наприклад, якщо фактична вологість зерна пшениці дорівнює 15%, то при вологості повітря міжзернових просторів, що дорівнює 60% (W_p= 13,5%) зерно буде підсихати, а при вологості 80% (W_P= 17,4%) - зволожуватись.

Приклад 1. (Осінні умови).

t,=26°C; W_ф= 16%; t_n= 18°C; Sn=65%.

Визначити доцільність провітрювання зерна в цих умовах.

Знаючи температуру і відносну вологість зовнішнього повітря t_п і S_п (додаток А 3), визначимо його абсолютну вологість (І_П):

Визначаємо відносну вологість повітря в міжзернових просторах (S_мзп), що встановилась у процесі провітрювання:

З таблиці рівноважної вологості встановлюємо, що відносній вологості повітря в міжзернових просторах, яка дорівнює 40%, відповідає рівноважна вологість зерна 10,9% (таку вологість буде поступово набувати зерно в процесі провітрювання).

Порівнюючи фактичну вологість зерна 16% зі знайденою рівноважною вологістю 10,9% (додаток А 1, А 2), робимо висновок: провітрювання зерна в даних умовах доцільне, тому що воно буде не тільки охолоджуватись, але і підсихати.

Приклад 2. (Весняні умови).

t_з= -2°C; W_ф= 17%; t_п=6 ⁰С; S_п=65%.

Визначити доцільність провітрювання зерна:

Висновок: провітрювання завдає шкоди, оскільки спричиняє конденсацію водяної пари в товщі зерна, що зберігається.

Завдання 2. Визначити доцільність вентилювання зерна за допомогою планшеток і номограм.

Методика проведення роботи. Наведені вище приклади можна розв'язати і за допомогою спеціальних планшеток і номограм.

При вентилюванні зерна потрібно знати його рівноважну вологість за певних умов. Для її визначення використовують планшетки і номограми (рисунок 10.1). За двома шкалами, з лівого боку шкали температур за сухим та мокрим термометрами визначають абсолютну вологість повітря; з правого боку залежно від абсолютної вологості та температури зерна визначають рівноважну вологість зерна. Техніка визначення така.

Для визначення рівноважної вологості на планшетку накладають лінійку так, щоб вона з'єднувала показники сухого і змоченого термометрів (психрометра) на шкалах 1 і 2 і перетинала шкалу 3.

У точці перетину шкали 3 знаходять величину абсолютної вологості повітря. Потім з'єднують лінійкою цю точку з точкою, що відповідає температурі зерна на шкалі 4, і продовжують пряму лінію до її перетину зі шкалою 5. У точці перетину знаходять величину рівноважної вологості зерна. Порівнявши її з фактичною вологістю зерна, дізнаються, буде воно підсихати або зволожуватись під час провітрювання.

Методика визначення можливості та доцільності вентилювання за допомогою планшетки для від'ємних температур аналогічна. При користуванні планшетками враховують поправки щодо партій сухого вівса з вологістю до 13% від показника рівноважної вологості віднімають 1%, а щодо жита і ячменю з вологістю 15% і більше додають 1%.

Необхідність проведення вентилювання слід перевіряти через кожні 6, а за нестійкої погоди - через кожні 3 години. Якщо немає планшетки ретельно стежать за показами сухого і мокрого термометрів: чим більше різниця між показниками, тим ефективніше сушіння. Водночас навіть за високої температури повітря (понад 25°С), але при невеликій різниці температур за психрометром, ефективність сушіння низька (може призвести навіть до підвищення вологості зерна) (рисунок 10.2).

Завдання 3. Визначити інтенсивність і тривалість вентилювання зерна.

Методика проведення роботи. Для сушіння вентилюванням необхідно, щоб рівноважна вологість зерна була нижча за фактичну, а також щоб швидкість сушіння забезпечувала високу якість зерна. Це залежить як від температури і вологості повітря і зерна, так і від питомої подачі повітря.

Інтенсивність вентилювання зерна виражають кількістю кубічних метрів повітря, що подасться на 1 т зерна за годину

( 10.3 )

де q - питома подача;

Q - кількість повітря, що подається в насип зерна, м³/год;

L - вага вентилюємої маси, т.

Кількість повітря, яке необхідне при активному вентилюванні зерна залежить від його вологості, можна визначити за графіком (рисунок 10.3), але в ньому не врахована температура повітря і зерна.

Тривалість вентилювання до одержання бажаних результатів (зниження температури або вологості) залежить не тільки від питомої подачі, а й від поєднання таких показників як температура повітря зернової маси, відносна вологість повітря й вологість зерна.

Рисунок 10.1. - Номограма РостНДІЗ для визначення можливості вентилювання зернової маси при температурі вище 0⁰С

Рисунок 10.2. - Діаграма, що характеризує випадіння конденсату вологи за різних умов

Р исунок 10.3 - Мінімальна кількість повітря, що необхідна для вентилювання зерна різної вологості