книги из ГПНТБ / Егоров Г.А. Влияние тепла и влаги на процессы переработки и хранения зерна

физико-химических процессов, сопровождающих внут­ ренний перенос влаги в зерне, и степень преобразования технологических свойств зерна при гидротермической обработке.

Зависимость коэффициента диффузии влаги от тем­

При обработке иностранных данных получаем, что показатель k степени при величине Т равен 19—46 для разных режимов обработки зерна (табл. 7).

Т а б л и ц а 7

Значения показателя k

нении. Это имеет большое практическое значение. По­ вышение температуры обеспечивает резкое сокращение периода времени, необходимого для завершения тех­ нологических преобразований в зерне. В практике му­ комольного и крупяного производства это явление дав­ но реализуется: для гидротермической обработки зер­ на используют воздушно-водяные кондиционеры, а так­ же пропаривание зерна хлебных и крупяных культур. В последнее время для быстрого прогрева зерна до за­ данной температуры на некоторых мельницах стали при­ менять кратковременную обработку зерна паром в спе­ циальных паровых шнеках или колонках, что позволило значительно повысить эффективность «горячего» конди­ ционирования зерна.

В зерносушении А. С. Гинзбург и В. А. Резчиков так­ же предложили ввести предварительный быстрый про­ грев зерна перед поступлением его в сушилку. В ре­ зультате этого процесс сушки зерна значительно уско­

опытах при конвективной сушке зерна пшеницы было

5,%/град

ft*

0,2

Рис. 37. Зависимость коэффициента термовлагопроводности от влагосодержания зерна пшеницы:

данные приводит А. В. Лыков [83], а для влагосодер­ жания 15,8—18,3%—А. С. Панич [103]. В виде гра­ фиков данные р значении коэффициента термовлагопроводности показаны на рисунке 37. Как видно, они за­ метно отличаются друг от друга. Поэтому был сделан расчет коэффициента термовлагопроводности для зер­ на. Для расчета использовали литературные данные по

происходит, но уже при 4,6% разность во влагосодер­ жании наружного и внутреннего слоев зерна регистри­ руется надежно, т. е. имеет вполне определенное 'зна­ чение. При дальнейшем увеличении влагосодержания коэффициент термовлагопроводности возрастает и при 15—17% проходит через максимум. Подобная зависи­ мость наблюдается и для других материалов [84].

По абсолютному значению коэффициент б не превы­ шает 0,4%/град. Кроме того, наблюдения [61, 104,206] показывают, что установление высокого значения коэф­ фициента б требует большой длительности опыта. Учи­ тывая это, а также то, что при гидротермической об­ работке градиент температуры в зерновом слое сущест­ вует не более 1 ч (обычно — 0,25—0,5 ч), можно пред-

мость от влагосодержания в пределах 10—30% получа­ ется прямолинейной (см. рис. 35). При повышении тем­ пературы график смещается вверх, т. е. значения коэф­ фициента термовлагопроводности увеличиваются; воз­ растает и наклон графика к оси влагосодержаний, что указывает на повышение при этом степени влияния влагосодержания на коэффициент б. По-видимому, это связано с понижением энергии связи влаги при возра­ стании температуры.

Для зерна риса значения коэффициента б рассчитал В. Е. Якимович [154]. График зависимости коэффици­ ента б от влагосодержания проходит через максимум;

ний влагоперенос в зерне определяет огромные трудно­ сти, стоящие на пути математического анализа этого процесса. Большие затруднения вызывает даже форму­ лировка такой задачи, определение начальных и гра­ ничных условий. Поэтому большое значение имеет при­ менение для наглядного анализа теории подобия, со­

ся только единичное упоминание об определении крите­ рия Lu [37]. Для зернового слоя его величина авторами найдена равной 3,2-10- 3 . Данные о величине остальных критериев не обнаружены.

Зависимость критерия Fom от влагосодержания, установленная при обработке наших эксперименталь­ ных данных, приведена на рисунке 38. Заметно некото­ рое влияние режима обработки зерна на абсолютные

значит, что процесс внутреннего переноса влаги как при

терия Lu равно 0,9-Ю- 4 , т. е. совпадает с полученным значением для зерна.

Критерий Кирпичева для изотермических условий

меняется от нуля до двух. При этом чем ниже значе­ ние критерия Кирпичева, тем меньше сопротивление внутреннему переносу влаги и тем меньше вероятность

виваются так, что левая ветвь стремится пересечь ось влагосодержании при 10—11% влагосодержания. Ви­ димо, начиная с этого влагосодержания в эндосперме зерна развиваются необратимые структурные преобра­ зования. Выше было показано, что это значение соот­

критерия Fom , причем в некоторых случаях значения критерия Lu могут достигать 1,5-Ю- 3 , что только в два раза ниже, чем для зернового слоя.

Зависимость массообменного критерия Кирпичева от массообменного критерия Фурье для процесса обез­ воживания зерна в разных условиях показана на ри­ сунке 42. Для каждого конкретного сочетания парамет­ ров режима зависимость выражается сложными кривы­

Рис. 41. Взаимосвязь массообменных крите­ риев Лыкова и Фурье при обработке зерна пшеницы:

Рис. 42. Взаимосвязь массообменных критериев Кирпичева и Фурье при обработке зерна пше­ ницы:

/ — при температуре 20° С; 2— при температуре 45° С.

представить генеральную зависимость в виде двух

(т. е. при повышенной температуре процесса) — снижа­ ются. Но эта зависимость действительна только для

ходными теплофизическими и гидротермическими свой­ ствами зерна. Безразлично, каким образом воздейству­ ют на зерно, т. е. каков режим обработки, все равно характер процесса в основных чертах остается неизмен­ ным.

Анализ показывает, что все коэффициенты и обоб­ щенные переменные, характеризующие теплофизические и гидротермические свойства зерна, не являются по­ стоянными величинами, но зависят от параметров про­ цесса тепло-влагопереноса: влагосодержания, темпера­ туры, биологических особенностей зерна и некоторых других факторов. Однако для практических расчетов можно пренебречь влиянием температуры на удельную изотермическую влагоемкость, а влиянием влагосодер­ жания — на коэффициент влагопроводности, коэффици-

ент диффузии влаги при гидротермической обработке и критерий -Лыкова, также при гидротермической обра­ ботке. Чрезвычайно низкое значение этого критерия определяет возможность пренебрежения термовлагопроводностью, вклад которой в общий влагоперенос в зерне очень мал. Видимо, для единичного зерна теп­ лообмен влияет на влагообмен не благодаря возникно­ вению градиента температуры Vt, а косвенно. Повыше­ ние температуры вызывает заметные изменения физикохимических свойств веществ зерна и поглощенной ими воды. В частности, уменьшается энергия связи, вода становится более подвижной, что приводит к повыше­

Все эти допущения существенно упрощают анализ процесса переноса влаги в зерне; поэтому молено поста­ вить вопрос о его математическом рассмотрении.

Зависимость температуропроводности от влагосодер­ жания показывает, что наилучшие условия для теплопереноса в зерне наблюдаются при 15—19% влагосо­ держания, обычно применяемых при гидротермической обработке.

Важное значение имеет установленный нестацио­ нарный характер влагопереноса при самых различных режимах обработки зерна. Наконец, следует отметить, что особенности зависимости от влагосодержания раз­ личных величин, характеризующих теплофизические и гидротермические свойства зерна, позволяют опреде­ лить особое значение установленных выше критических точек изотермы сорбции воды зерном, что видно из со­ ответствующих графиков.