Grain preservation

Globale Probleme wie Klimawandel und Bevölkerungswachstum zwingen die Landwirtschaft immer mehr zum Handeln. Sie muss immer produktiver werden, um die im Jahr 2050 auf 9 Mrd. Menschen angewachsene Weltbevölkerung zu ernähren. 2017 stand die Agritechnica unter dem Leitmotiv "Green Future – Smart Technology". Dieses Motiv spiegelt auch die technischen Entwicklungen im Bereich der Körnerkonservierung der letzten Jahre wieder. Die Hersteller präsentieren vielfältige Lösungen, mit denen die Landwirte noch effizienter und ressourcenschonender produzieren können sollen. Die Ressource Energie liegt nach Rohstoff und Personal an dritter Stelle im Kostengefüge landwirtschaftlicher Betriebe [1]. Der Trend zur weiteren Automatisierung von Prozessen, verbunden mit intelligenten Datenmanagementsystemen ist dabei ungebrochen. Auch die Forderung nach mehr Nachhaltigkeit dringt verstärkt auf die Höfe.Global challenges such as climate change and increase of human population increasingly force the worldwide agriculture to action. Agriculture must become more productive in order to feed a growing population that reaches 9 billion in 2050. The "Agritechnica" fair in 2017 had the guiding theme "Green Future – Smart Technology". This key note has also been reflected by the technological developments in the area of grain preservation over the last years. The producers present manifold technical solutions for more efficient and resources saving production of the farmers. Behind resources and personnel, the resource energy ranges at third position within the cost structure of agricultural enterprises [1]. The trend of further process automation is unbroken associated with intelligent data management systems. In addition, the farmers are increasingly faced with the requirements for sustainability

Grain preservation

Aufgrund zunehmender Überschneidung der Erntefenster verschiedener Druschfrüchte muss die Landwirtschaft eine ausreichende Maschinenleistung vorhalten, um möglichst große Erntemengen zum optimalen Zeitpunkt vom Feld zu holen. Durch unbeständiges Wetter in der Erntezeit schwankt der Konservierungsbedarf von Jahr zu Jahr zwischen 30 und 70 %. Die Ansprüche an eine Zwischenlagerung und Konservierung sind daher vielfältig. Die Getreideanlagen müssen also große Mengen in kurzer Zeit verarbeiten und zwischenlagern können. Die Betriebsabläufe müssen von Jahr zu Jahr weiter optimiert werden.Due to an increasing overlap of the harvesting windows of different crops, the farmers have to provide sufficient machine power in order to harvest as large as possible amounts of grain at an optimum point in time. As caused by contrary weather conditions in the harvesting period, the demand for preservation fluctuates between 30 % and 70 % year by year. Therefore, the requirements for intermediate storage and preservation are manifold. Thus, grain facilities must be able to process and to store temporarily large amounts of crop. The operating procedures are being further optimized year by year

Grain preservation

Betriebseigene Getreideanlagen sind für die Mehrzahl der Erzeuger nach wie vor unverzichtbar. Eine zunehmende Überschneidung der Erntefenster, steigende Mähdreschkapazitäten und daraus resultierende Anforderungen an die Logistik zwingen viele Betriebe zum Neubau bzw. zur Erweiterung ihrer Anlagen. Die Steigerung der Energieeffizienz und Senkung der Verfahrenskosten stehen im Fokus aktueller Forschung und Entwicklung.In-house grain plants are still indispensable for the majority of producers. Due to a growing overlap of harvest times, increasing capacity of the harvesters and the resulting requirements for the logistic, more and more farmers are forced to build new facilities or extend existing plants. The actual research and development is focused on increasing energy efficiency and lowering process costs

Numerische Berechnung von Partikel- und Luftströmung in einem Dächerschachttrockner

Dächerschachttrockner werden weltweit in der Landwirtschaft zur Trocknung verschiedenster Getreidearten sowie Mais und Reis eingesetzt. Im Vergleich zu anderen Trocknungsverfahren weist das Trocknen in Dächerschachttrocknern noch ein deutliches Potenzial zur Steigerung der Energieeffizienz auf. Der vergleichsweise hohe Primärenergieverbrauch wird überwiegend durch ungleichmäßige Trocknung hervorgerufen, die sich weniger auf Ursachen wie eine mangelhafte Trocknerregelung als auf ein ungünstiges Trocknerdesign und unzureichende Isolierung zurückführen lässt. Zur Optimierung der verarbeitenden Prozesse in agrartechnischen Anlagen werden immer häufiger numerische Methoden angewendet. Ein hohes Potenzial zur Effizienzsteigerung von Dächerschachttrocknern bietet die Optimierung der Trocknergeometrie. Im Folgenden werden die Methoden der Computational Fluid Dynamics (CFD) und der Diskreten-Elemente-Methode (DEM) verwendet, um den aktuellen Stand der Technik numerisch zu untersuchen.Mixed flow dryers (MFD) are widely used in agriculture for the drying of various crops including maize and rice. As compared to other drying methods in the industrial drying, mixed flow dryers still have considerable potential for improving energy efficiency. The comparatively high primary energy consumption is mainly caused by uneven drying, which, in turn, is caused less by poor dryer control rather than by unfavorable dryer design. In order to optimize the processes in agricultural engineering, such as the mixed flow dryer, numerical methods are being increasingly used. Optimization of the dryer geometry provides a high potential to further increase the efficiency of MFD. In the following, the methods of Computational Fluid Dynamics (CFD) and the Discrete Element Method (DEM) are used to investigate the state of the art

Untersuchung der Trocknungsluftströmung an einer neu entwickelten Geometrie für Dächerschachttrockner

Der Dächerschachttrockner wurde in den letzten Jahren hinsichtlich der Trocknungseffizienz, Regelungstechnik und Leistungssteigerung vielfach analysiert. Dennoch besteht erheblicher Optimierungsbedarf bezüglich Energieeffizienz und Gleichmäßigkeit der Trocknung. Zur Analyse des spezifischen Energieverbrauchs und der Homogenität des Trocknungsprozesses wurden thermodynamische Prozesszustände anhand der konventionellen Trocknergeometrie numerisch und experimentell analysiert. Aus den gewonnenen Ergebnissen wurde eine neue Trocknergeometrie entwickelt, mit der eine deutliche Effizienzsteigerung erreicht werden soll. Wie die strömungsmechanische Analyse des ersten Designentwurfs ergab, ist weiterer Entwicklungsbedarf bis zur Praxisüberführung erforderlich. Während im Kernflussbereich in der Trocknermitte gleichmäßige Strömungsbedingungen nachgewiesen werden konnten, ist die Konstruktion in den wandnahen Bereichen zu optimieren.The mixed-flow dryer has been a matter of investigation many times regarding drying efficiency, dryer control, and performance enhancement over the past years. However, there is still considerable demand for optimization in terms of energy efficiency and homogeneity of drying. In order to analyze the specific energy consumption and the homogeneity of the drying process, different thermodynamic process conditions have been investigated for the conventional MFD design using numerical and experimental methods. Based on the results obtained, a novel dryer design has been developed. With this, a considerable increase of efficiency is expected. As the fluid dynamic analysis of the first design draft revealed, further development is required until scaling-up and transfer into practice will be possible. While homogeneous airflow conditions could be demonstrated in the core flow region in the center of the dryer, the configuration must be optimized in the near wall regions

Investigation of 3D particle flow in a flighted rotating drum

[EN] o validate the particle motion in flighted rotating drum (FRD), a laboratory FRD was built and operated at 15% filling degree and 10 rpm rotation speed using plastic balls as bed material. The particle tracking velocimetry (PTV) and magnetic particle tracking (MPT) techniques were applied to investigate the particle flow behavior. The 3D particle flow was modeled by Discrete Element Method (DEM) with LIGGGHTS. The height of the barycenter of all overall particles and particle instantaneous velocity were calculated from PTV and DEM data. The 3D time-averaged particle velocity distributions obtained from MPT experiment and DEM simulation were compared.Zhang, L.; Weigler, F.; Jiang, Z.; Idakiev, V.; Mörl, L.; Mellmann, J.; Tsotsas, E. (2018). Investigation of 3D particle flow in a flighted rotating drum. En IDS 2018. 21st International Drying Symposium Proceedings. Editorial Universitat Politècnica de València. 253-260. https://doi.org/10.4995/IDS2018.2018.7389OCS25326

Investigation of the drying airflow at a newly developed dryer geometry for mixed flow grain dryers

The mixed-flow dryer has been a matter of investigation many times regarding drying efficiency, dryer control, and performance enhancement over the past years. However, there is still considerable demand for optimization in terms of energy efficiency and homogeneity of drying. In order to analyze the specific energy consumption and the homogeneity of the drying process, different thermodynamic process conditions have been investigated for the conventional MFD design using numerical and experimental methods. Based on the results obtained, a novel dryer design has been developed. With this, a considerable increase of efficiency is expected. As the fluid dynamic analysis of the first design draft revealed, further development is required until scaling-up and transfer into practice will be possible. While homogeneous airflow conditions could be demonstrated in the core flow region in the center of the dryer, the configuration must be optimized in the near wall regions

Experimente zum Partikelfluss an einer neu entwickelten Geometrie für Dächerschachttrockner

Um große Mengen an Körnerfrüchten über einen längeren Zeitraum lagerfähig zu machen, werden weltweit zunehmend Dächerschachttrockner (DST) eingesetzt. Trocknereinbauten, die ungünstig konstruiert oder angeordnet sind, können eine breite Verweilzeitverteilung des zu trocknenden Gutes verursachen. Dadurch kommt es lokal zu unterschiedlichen Trocknungsbedingungen, die zu einer inhomogenen Trocknung und damit zu einem erhöhten spezifischen Energieverbrauch, zu wirtschaftlichen Verlusten und zu Qualitätseinbußen führen. Mit dem Ziel der Sicherung der Produktqualität und der Steigerung der Energieeffizienz wurde daher eine neuartige Apparategeometrie entwickelt. Um das traditionelle Design mit der neu entwickelten Geometrie hinsichtlich der Partikeldurchströmung vergleichen zu können, wurden Durchflussversuche am Modellgut Weizen mit eingefärbten Körnern als Tracerpartikel im Technikumsmaßstab durchgeführt.To preserve large mass flows of grain for long term storage, mixed-flow dryers (MFD) are increasingly used worldwide. Design elements which are unfavorably constructed or arranged can cause broad residence time distributions. Hence, locally different drying conditions occur followed by inhomogeneous drying. As a result, the specific energy consumption increases accompanied by economic and quality losses. With the objective of saving product quality and increasing energy efficiency a new dryer geometry was developed. To compare and evaluate the new design with the traditional geometry regarding solids transport, a series of semi-technical particle flow experiments were performed using wheat as bed material and colored tracer particles

Kontrollierte Entleerung mit ganzflächigen Austrageinrichtungen

Bei der Entleerung komplexer Schüttgutapparate und Silos kann die Austrageinrichtung am Behälterboden einen erheblichen Einfluss auf den Energiebedarf des Prozesses und die Produktqualität nehmen. In der Praxis hat sich eine Vielzahl von Austrageinrichtungen entwickelt, die sich nach Art ihres Verschließmechanismus und der Gestaltung ihrer feststehenden Einbauten unterscheiden. Experimentelle Untersuchungen am Schüttgut Weizen haben gezeigt, dass einige ganzflächige Austrageinrichtungen zu ausgeprägten Fließprofilen führen. Aufgrund ihres konstruktiven Aufbaus bieten derartige Systeme ein bislang ungenutztes Potenzial, die Schüttgutbewegung örtlich zu beeinflussen und eine kontrollierte Entleerung umzusetzen. Auf der Grundlage eines Prototyps wird am Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e.V. (ATB) eine neuartige Austrageinrichtung entwickelt. Erste Untersuchungen haben gezeigt, dass feststehende Leitorgane an den Wänden zu einer verlangsamten Entleerung am Rand der Austrageinrichtung führen. Der gänzliche Verzicht auf diese Einbauten führt hingegen zu einer starken Beschleunigung in den wandnahen Regionen. Durch eine optimierte Gestaltung feststehender Einbauten soll es zukünftig möglich sein, die Schüttgutbewegung örtlich über den Verschließmechanismus zu steuern. Darüber hinaus soll mit der neuartigen Austrageinrichtung untersucht werden, inwieweit sich auch der Trocknungsverlauf in Getreide- Durchlauftrocknern beeinflussen und vergleichmäßigen lässt.While emptying complex bulk solids apparatuses and silos, the discharger at container bottom can significantly affect the energy demand of the process and the product quality. At practice, a variety of discharge devices has been developed which differ in the closing mechanism and the design of their fixed inserts. Experimental studies with wheat have shown that some whole-area dischargers cause a distinctive flow profile. Due to their design, these systems offer an unexploited potential to locally influence the bulk solids motion and to realize a controlled emptying. Based on a prototype, a new type of discharge device has been developed at the Leibniz Institute for Agricultural Engineering and Bioeconomy e.V. (ATB). First results show that fixed baffles at the walls lead to a decelerated emptying at the sides of the discharge device. On the other hand, a complete renunciation of these installations results in a significant acceleration in the same regions. In future, it is intended to locally control the bulk solids movement by using an optimized design of the fixed inserts of the closing mechanism. Furthermore, it is intended to investigate how the drying process in mixed-flow grain dryers can be influenced and homogenized by using the newly developed discharge device