АНАЛИЗ ХАРАКТЕРА И ДИНАМИКИ ИЗМЕНЕНИЯ ГАЗОВОЙ

Сельскохозяйственные науки
УДК 631.243.24
Преобразования в газовой среде замкнутого массива силоса и сенажа
Иванов Дмитрий Владимирович,
канд. техн. наук, доцент
ФГБОУ ВПО Ставропольский государственный аграрный университет,
кафедра «Технологическое оборудование животноводческих и
перерабатывающих предприятий»
355017, г. Ставрополь, пер Зоотехнический, 12
dmit.vlad.ivanov@yandex.ru
+7 8652 717204
Аннотация. В статье рассмотрено взаимодействие «материалвоздух» в силосуемом кормовом материале.
Для замкнутого массива
предложено использование коэффициента газонасыщенности материала
выраженного в долях объема. Установлена взаимосвязь скважности и
коэффициента газонасыщенности.
Установлено что травяной силос с плотностью укладки 350 кг/м3 и
выше не нуждается в дальнейшем уплотнении при условии обеспечения его
надежной изоляции от доступа воздуха, а минимальная плотность сенажа,
не нуждающегося в дальнейшем уплотнении, при тех же условиях, должна
составлять не менее 450 кг/м3.
Ключевые слова: корм, силос, сенаж, скважность, газонасыщенность.
Плотность укладки массы растений в массиве (монолите) культур для
силосования характеризуется скважностью (пористостью) (  ) материала
определяемой как
  VВ VОБЩ
(1)
где VВ и VОБЩ - соответственно объем пустот в массиве материала и общий
объем массива, м3;
1
Однако этот показатель не отражает состояния и характера течения
процессов в совокупности «материал-воздух» происходящих в консервируемой
растительной массе. Для оценки изменений газовой среды, под воздействием
жизнедеятельности растительного материала и микрофлоры проф. А.А. Зубрилин [1] рекомендовал использовать показатель воздухонасыщенности (  В :
В  VВ М С .В .
Где МС.В. -
м3 / т
(2)
масса сухого вещества в объеме стебельчатого материала.
Им установлена также допустимая воздухонасыщенность монолита
силосуемой массы, равная 4,41 м3/т с.в., при которой на «сгорание» кислорода
оставшегося в межстебельчатых пустотах расходуется не более 0,35% сухого
вещества
корма.
В
соответствии
с
указанной
выше
величиной
воздухонасыщенности нами определены значения минимальной плотности
листостебельчатого сырья () и характер изменения удельной массы сухого
вещества (  w ) в зависимости от влажности (см. рис. 1).
Рисунок 1 – Минимальная плотность сырья () влажностью (W)
обеспечивающая допустимую воздухонасыщенность в В  4,41 м3 на 1 т
сухого вещества корма и характер изменения удельной массы сухого
вещества ( W ) от влажности (W).
2
Из графика видно, что с увеличением влажности листостебельчатого
сырья удельная масса сухого вещества его несколько снижается, что при
условии обеспечения предельно допустимой воздухонасыщенности монолита
массива требует увеличения плотности его укладки.
Применительно
кукурузной
резки
зависимость
степени
воздухонасыщенности (  В  в от влажности массы и плотности ее укладки
описывается формулой предложенной И.Я. Автомоновым [2]:
В 
где γ W-
W  
W   1  0 ,01 W 
т/м3
(3)
объемная масса силоса (плотность), т/м3;
влажность массы, %;
W - удельная масса сухого вещества силосуемого сырья, г/см3.
Величина последней, равная для зеленой массы кукурузы с удельной
объемной массой в 1,46 г/см3, зависит от влажности W  1,46  0 ,0046  W [2].
Кривые расчетной воздухонасыщенности силоса вычисленные нами по
формуле (3), показаны на рис. 2.
Рисунок 2 - Воздухонасыщенность (λВ силоса в зависимости от плотности (ρ
для резки влажностью W = 50, 60 и 80%
3
Из анализа рис. 2 видно, что воздухонасыщенность массива силосной
массы
с
изменением
плотности
его
меняется
по
гиперболической
зависимости, где максимальные значения воздухонасыщенности приходятся
на сырье повышенной влажности (W>60%) с относительно невысокой
плотностью (ρ<0,5 т/м3).
Однако показатель воздухонасыщенности не отражает состояние и
характер
течения
процессов
в
совокупности
«материал-воздух»
происходящие в стебельчатой массе размещенной в замкнутой (герметичной)
емкости. Характеристику изменения газовой среды в замкнутом объеме
определяет коэффициент газонасыщенности ( газ  материала выраженный в
долях объема
газ  Vгаз VМ
(4 а)
или
 VÎ ÁÙ

 1
 Vãàç

ãàç  
(4 б)
где Vгаз - объем газовой составляющей, м3;
Vм -
объем тела (скелета) материала, м3.
Объем газовой составляющей (Vгаз, а, следовательно, коэффициент
газонасыщенности ( газ  материала, не является, в отличие от скважности (  ,
постоянной величиной и меняется в значительных пределах – от малых
 Vгаз

 1
значений при низких величинах остаточного давления, 
 VОБЩ  VМ

достигаемые при
откачке воздуха из упаковки, до величин избыточного
 V

давления  газ  1 имеющие место при интенсивном газовыделении
 VОБЩ

растительного сырья.
4
Взаимосвязь скважности (   и коэффициента газонасыщенности ( газ 
материала выраженные в долях единицы могут быть описаны как
или
  Vгаз газ VОБЩ 
(5 а),
газ  Vгаз  VОБЩ  (6 а)
1
газ  1  А
(5 б),
газ 

1
,
  1  А
(6 б)
где А  VМ Vгаз .
Значения (   и ( газ , как правило, находятся в обратной зависимости от
плотности материала (  , с увеличением которой скважность материала
уменьшается
по
прямой,
а
коэффициент
начальной
(исходной)
газонасыщенности ( газ  снижается, но гиперболической кривой (см. рис. 3).
Рисунок 3 – Зависимость скважности (  ) и коэффициента начальной газонасыщенности ( газ ) от плотности (  ) травяной массы влажностью 76,2% (А) и 49,8% (Б)
Это видно из зависимостей   f (  ) и газ  f (  ) составленных по
данным для неизмельченной массы свежескошенного эспарцета влажностью
76,2% при  m ax  0,59 г/см3 и провяленной массы его влажностью 49,8% при
плотности  m ax  0,84 г/см3. Здесь за максимальную плотность принято начало
5
интенсивного соковыделения из уплотняемых растений [3] а плотность
сухого вещества травяной растительности составляет  с .в .  1,5 г/см3 [4].
Из анализа графика рис. 3 видно, что интенсивное снижение
коэффициента начальной газонасыщенности материала продолжается до
достижения плотности укладки в 200-250 кг/м3, а затем переходит в более
пологое. Так при уплотнении рыхлого длинностебельного травяного
материала влажностью 76,2 % и насыпной плотностью в 60 кг/м3 до
плотности в 200 кг /м3 коэффициент газонасыщенности падает с 8,80 до 1,95
единицы, т.е. на 78 % от первоначальной. При уплотнении массы с 200 до 400
кг/м3 этот показатель снижается менее чем на 18 % от исходного – с 1,95 до
0,47 единицы.
Другими словами, по мере придания материалу большей плотности
коэффициент газонасыщенности материала снижается. Аналогичная картина
наблюдается и при уплотнении травяной массы влажностью 49,8 %. Если к
тому же
учесть
степень
снижения
газопроницаемости
материала с
увеличением плотности его, можно предположить, что плотность травяной
массы в 200-250 кг/м3 при скважности 76-64% является критической точкой
при выборе технологии консервирования. Корм следует либо подвергать
дальнейшему уплотнению с последующей изоляцией от доступа воздуха,
либо осуществлять принудительное удаление воздуха из упаковки путем
создания в ней давления ниже нормального атмосферного.
Создание в герметичной упаковке разрежения, например, в 50 кПа
позволяет снизить начальный коэффициент газонасыщенности вдвое. При
этом с уменьшением газонасыщенности свежесрезанной травы плотностью
200 кг/м3 от
газ = 1,95 до
газ ≈ 1 достигается газонасыщенность
соответствующая плотности укладки в 300 кг/м3. Откачкой половины
содержащегося воздуха из упаковки провяленной травы плотностью   250
кг/м3 ( газ =2,50) достигается газонасыщенность равная плотности 400 кг/м3
( газ =1,10).
6
*
*
*
Выполненное теоретическое исследование, позволяет выделить факторы,
влияющие на динамику газовой среды в замкнутом массиве травяной массы
повышенной влажности и заключить следующее:
- начальный коэффициент газонасыщенности ( газ ) травяной массы
плотностью 200-250 кг/м3, размещенной в герметичной упаковке с
остаточным давлением воздуха в 50 кПа, не должен превышать газ =1,0-0,75
для свежесрезанной растительности влажностью W=76% и газ =1,6-1,3 – для
провяленной до влажности W = 50%;
- травяной силос с плотностью укладки 350 кг/м3 ( газ =0,75) и выше не
нуждается в дальнейшем уплотнении при условии обеспечения его надежной
изоляции от доступа воздуха;
- минимальная плотность сенажа, не нуждающегося в дальнейшем
уплотнении, при тех же условиях, должна составлять не менее 450 кг/м3
( газ =1,4);
- низкие коэффициенты газонасыщенности газ =1,5-0,75 создаваемые
принудительным удалением (откачкой) воздуха из упаковок, обеспечивают
благоприятные условия для сохранности качества травяного корма с
невысокой плотностью укладки (ρ=200-250 кг/м3).
Литература
1.
Зубрилин А.А. Научные основы консервирования зеленых кормов. - М.,
Сельхозгиз, 1947.
2.
Автомонов И.Я. Исследование процесса уплотнения силосуемого
материала и разработка методов расчета уплотнителей: Автореф: Дисс. …
канд. техн. наук / И.Я.Автомонов. М., 1961. – 21 с.
3.
Колотушкин И.С. Исследование растительных материалов в связи с
требованиями машинной технологии заготовки грубых коромов и силоса:
Автореф.: Дисс... канд. с.-х. наук / И.С. Колотушкин. - Алма-Ата, 1966. - 24 с.
7
4.
Валушис В.Ю. Основы высокотемпературной сушки. / В.Ю. Валушис. -
М., Колос, 1977. – 302 с.
5.
Иванов
Д.В.
Режимы
и
технические
средства
приготовления
силосованных культур в упаковках с пониженным давлением газовой среды.:
Дисс….канд. техн. наук / Д.В.Иванов. – Ставрополь, 2010. – 182 с.
8