§ 4. Тепло- и влагообмен в процессе сушки зерна

Сушка зерна представляет собой комплекс одновременно проте­кающих и взаимосвязанных явлений.

К ним относятся: передача теплоты от агента сушки к поверхности зерна и испарение влаги и перенос ее с поверхности зерна в окружаю­щую (сушильную) среду (внешний тепло- и влагообмен); перемещение, теплоты и влаги внутри зерна (внутренний тепло- и влагоперенос).

Внешний тепло- и влагообмен. Способность воздуха характеризует­ся разностью температур воздуха по сухому t_c и смоченному /_м термо­метрам. Эту разность называют потенциалом сушки.

При сушке поверхность зерновки нагревается, часть влаги с ее поверхности испаряется и создаются градиенты влагосодержания, тем­пературы и давления. Молекулы пара диффундируют через пограничный слой и поглощаются агентом сушки. Обязательное условие процесса удаления влаги с поверхности зерновки — это наличие разности между парциальным давлением у ее поверхности и в агенте сушки.

Внутренний тепло- и влагоперенос. Зерно имеет сложную геометри­ческую форму, а зерновой слой представляет собой дисперсную среду, в которой зерновки ориентированы в пространстве произвольно. Кроме того, процессы переноса теплоты и влаги внутри зерна взаимосвязаны и взаимно влияют один на другой, а теплофизические и влагообменные свойства зерна зависят от его влажности и температуры, вследствие чего дифференциальные уравнения тепло- и влагопереноса носят нели­нейный характер. При сушке влага на поверхности зерна или внутри него превращается в пар и уносится в окружающую среду. С самого начала процесса поле влажности внутри зерна становится непригодным: на по­верхности зерна влажность меньше, чем внутри, и появляется градиент концентрации влаги, под действием которого влага перемещается к поверхности зерна (явление влагопроводности).

По мере испарения влаги из зерна градиент концентрации ее умень­шается. Следовательно, уменьшается плотность потока влаги и снижается влажность поверхности зерна. Дальнейшее снижение количества влаги, поступающей изнутри зерна, приводит к углублению зоны испарения и повышению температуры зерна. При этом изменяется и механизм переноса влаги внутри зерна: влага до зоны испарения перемещается в виде жидкости, а от зоны испарения до поверхности и в окружающую

среду движется и переносится в виде пара. При сравнительно интенсивной сушке поверхность испарения начинает углубляться внутрь зерна с само­го начала с одновременным повышением температуры его поверхности.

Знание закономерности процесса дает возможность управлять механизмом внутреннего тепло- и влагопереноса в зерне путем изме­нения режимных параметров и применения различных приемов и мето­дов тепловой обработки.

Кинетика сушки зерна. Сушка — процесс нестационарный, т. е. и влажность, и температура, и скорость обезвоживания зерна изме­няются во времени. Для изучения особенностей этих изменений и харак­тера процесса сушки пользуются графическими зависимостями, пост­роенными по экспериментальным данным в соответствующих коорди­натах.

График изменения влажности зерна w во времени при определенных постоянных параметрах (t = const, </> = const, v = const) агента сушки носит название кривых сушки и строится в координатах w_c — т. На ри­сунке 97 приведена кривая сушки зерна как типичного представителя коллоидных капиллярно-пористых тел.

В начале процесса влажность зерна снижается незначительно за счет испарения поверхностной влаги, что изображается плавным участком K₀Ki на кривой сушки. Затем испарение влаги из зерна все более усиливается за счет повышения интенсивности внутреннего тепло- и влагопереноса, что на графике изображается прямолинейным отрезком К_ХК₂ (/ период) до так называемой критической точки (К₂), опреде­ляемой некоторым критическим значением влажности (/период сушки), после достижения которого наступает падение интенсивности сушки. С этого момента времени и до конца процесса влажность зерна посте­пенно снижается по убывающей линии К₂К_г (// период сушки), приб­лижаясь к равновесной влажности, по достижении которой сушка пре­кращается.

X/1	0Je =f(t) и
1 \ 1 1 1 1	t-zonst к V-const I2 и=con st
i i Ъ Г- 1

U = UJ_Mp и) =UJp

*2

Время Z, ч