Tørringsteori. Hvad sker der under tørringsprocessen? Erik Fløjgaard Kristensen

Transkript

1 Tørringsteori Hvad sker der under tørringsprocessen? Institut for Ingeniørvidenskab, Science and Technology, Aarhus Universitet.

2 Frø er levende organismer og indeholder en mængde mikroorganismer og diverse urenheder.

3 Sikker lagring af frø Tre faktorer er afgørende for, om korn og frø kan lagres uden at kvaliteten forringes: Vandindhold Temperatur Ilt

4 Levende frø Ved åndingsprocessen nedbrydes kulhydrater til kuldioxid og vand: C 6 H 12 O 6 + O 2 = 6 CO H 2 O Joule

5 Korntemperatur, C Korntemperatur, C Korntemperatur, C Sikker lagring Spireevne Stor risiko for beskadigelse af spirevitalitet Kornfugtighed, % Insekter Kornfugtighed, % Stor risiko for beskadigelse på grund af insekter 5 0 Skadelige svampe Kornfugtighed, % Stor risiko for beskadigelse på grund af vækst af skadelige svampe

6 Tørringsprocessens grundprincip Grundlaget for tørring er, at afgrødens vandindhold og fugtigheden i den omgivende luft udligner sig til et bestemt ligevægtsforhold. Vandfordampningen drives af forskel i fordampningstrykket fra vandmolekylerne på frø overfladen og vanddamptrykket i luften. Ved at gennemblæse afgrøden med luft med en lavere fugtighed end den, hvor vanddamptrykkene er i balance, er det muligt at sænke afgrødens vandindhold, dvs. tørring. Omvendt kan der ske en opfugtning af afgrøden, såfremt luftens vanddamptryk er det største.

7 Tørringsproces au x au Layer Mass flow - Dry air Mass flow - Steam Kernel g m ai x ai

8 Tørringsproces au x au Layer dm km m dt e Mass flow - Dry air Mass flow - Steam Kernel g m x au x ai dz G Assume au d g dt bd dm dt hav ai au bd 2 dm g dt c mc pd pw L c pwv au c pw g Result: g ai x ai c pa z db g d m x L c x L c c m c m c ai au ai pwv ai au pwv au G pd pw d dt d dt pw g Result au Go to : d g dt hav ai au bd 2 dm g dt c mc pd pw L c pwv au c pw g Etc

9 Ligevægtsvandindhold Beregning af ligevægtsvandindhold: RH = 1-exp(-Ax(T+C)x(MC D ) B ) RH Luftens relative fugtighed T Temperatur, C MC D Afgrødens fugtindhold beregnet på tør-basis A,B og C Konstanter afhængig af afgrøde Værdier til beregning af ligevægts vandindhold efter Henderson equation (American Society of Agricultural Engineers). Afgrøde Beregningskonstant (RH = 1-exp(-Ax(T+C)x(MC D ) B ) A B C Majskerner 6,6612x10-5 1, ,143 Ris (langkornet) 4,1276 x10-5 2, ,828 Ris (brune ris/korte korn) 3,2301 x10-5 2, ,267 Solsikke 3,1 x10-4 1, ,603 Hørfrø 1,76 x10-4 1, ,228

10 Vandindhold, % Ligevægtsvandindhold Ligevægtsvandindhold for frø, ærter og raps Luftens relative fugtighed, % Frø Ærter Raps

11 Relativ fugtighed Afgrøde Vejl. vand pct. v/levering Kommen 13 6,7 7,2 8,4 9,6 10,3 11,1 13,0 14,5 16,5 Hestebønner 7,2 9,3 11,1 14,5 17,2 Kørvel 11 11,2 Gulerod 6,8 7,9 9,2 11,6 12,5 Kålfrø 7 4,7 5,3 6,2 7,0 7,3 8,0 9,1 10,1 12,0 Kinakål 7 4,6 6,3 7,8 9,4 Morgenfruer 11 7,8 10,0 11,0 11,5 13,0 14,0 Pastinak 10 7,0 8,2 9,0 9,5 10,1 11,2 11,7 Purløg 11 6,9 9,4 11,0 11,8 12,5 14,0 14,8 Radiser 8 5,1 6,8 7,8 8,3 8,9 10,2 10,9 Rødbeder 5,8 7,6 9,4 11,2 15,0 Selleri 7,8 9,0 10,0 10,4 11,2 12,4 13,8 Skorzonerrod 11 Spinat 11 7,8 9,5 10,5 11,1 11,8 13,2 14,5 15,5 Valmue 8 4,9 5,4 6,3 7,4 8,0 8,7 10,3 11,7 13,7 Græsfrø 13,5 9,9 11,1 11,8 12,8 15,4 17,0 19,4 Relativ luftfugtighed og vandindhold i havefrø, græsfrø og korn ved ca C. (gennemsnit) Hvede 14,5 9,3 13,0 13,4 14,3 16,3 17,3 19,0 Byg 14,5 9,0 12,6 13,4 14,3 16,3 17,3 19,4 Havre 14,5 12,0 12,5 13,3 15,4 17,0 19,3 Rug 14,5 12,4 13,2 14,0 15,8 17,0 19,0 Raps 9 4,5 7,0 7,5 8,0 10,0 11,3 12,7 Ærter 14 12,7 13,5 14,3 16,0 17,1 19,0

12 I, Energi [kj/kg] og Lufttemperatur [ C] Luftfugtighed [%] IX- diagram for luft I,x-Diagram for moist air M.J. Skovrup & H.V. Holm. DTU, Dep. of Energy Engineering X, Vandindhold [g/kg]

13 Luftens evne til at optage vand Temperatur: 0 C Temperatur: 30 C 1 kg tør luft 1 kg tør luft 4 gram vanddamp 27 gram vanddamp

14 Tørringen Hvor meget vand fjernes? Den samlede vandmængde, som skal fjernes ved tørringen af et korn eller frø -parti, kan beregnes efter formlen: N M ( u1 u2) 100 u2 N Fjernet vandmængde (tørresvind), kg M Vægt af korn eller frø før tørring, kg u1 Vandindhold før tørring, % u2 Vandindhold efter tørring, % Den mængde vand, som fordampes og fjernes (N), svarer til det såkaldte tørresvind ved processen.

15 Opvarmning af tørreluft Varmekildens kapacitet (Q) bestemmes af luftmængde og opvarmning: Q = L c p Δt Q L c p Δt Varmekapacitet, W Luftmængde, m³/s Luftens varmefylde, J/(m³ C) (for atm. luft er c p ca.1,2 kj/(m³ C)) Temperaturstigning (C). Eksempelvis kræver et anlæg med en luftydelse på m³ pr time ved en opvarmning af luften på 20 C en varmekilde med en kapacitet Q = ((10000m³/h/3600s) 1200 J/(m³ C) 20 C) = 67 kw ( kcal/h eller 238 MJ svarende til ca. 6,5 liter dieselolie)

16 Tryktab ved gennemblæsning af afgrøder Tryktab kan her beregnes efter formlen: P k h v a P = Tryktab, Pa k og a = Konstanter afhængig af produkt h = Lagtykkelse, m v = Luftens hastighed, m/s, (lufthastighed beregnet på basis af tværsnitsarealet for gennemblæsningen uden reduktion for produkt)

17 Tryktab ved gennemblæsning af byg, hvede, rug, havre og kommen (aflange, kornede produkter). Tryktab vist som funktion af lufthastigheden.

18 Tryktab ved gennemblæsning af rajgræs, hundegræs, engsvingel, rødsvingel, timothe og engrapgræs (små aflange frø). Tryktab vist som funktion af lufthastigheden.

19 Tørringsteori Frø er levende organisme Afgørende for lagring er vandprocent, temperatur og ilt Tørring drives af forskel i damptryk mellem frø og luft Tørreevne kan bestemmes ved IX-diagram og ligvægts vandindhold Varm luft kan indeholde meget mere vand end kold luft Energikilde til opvarmning af tørreluft bestemmes ud fra m 3 pr time, Δt og varmefylde Modtryk er afhængig af afgrøde, og vokser ekspotentielt med stigende hastighed

20 God tørringspraksis 1. Hurtig og jævn indlægning på tørreri straks efter høst med max højde på 1,2 meter 2. Lille afstand mellem sidekanaler. Max cm med evt. blin imellem for at undgå våde lommer 3. Stor luftmængde. Ca.1500 m 3 luft pr. time pr. ton frø (lufthastighed gennem frø ca. 0,1m/s) 4. Start med kold luft det første døgn (stabilisering) 5. Tilsæt varme og sænk luftens relative fugtighed. Anvend hygrostat styret varmetilsætning. Tørreluftens relative fugtighed vælges til 50 60% afhængig af frøart og ønsket slutvandindhold. 6. Forekommer der kondensdannelse i det øverste lag øges luftmængde og varme tilsætningen reduceres. 7. Køl partiet ned med kølig udeluft 8. Når varen er nedkølet, lukkes spjæld og blæserens indsugning 9. Ved uensartet vandindhold kan det være nødvendigt at gennemgrave partiet