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

Во всех этих случаях обеспечивается быстрый нагрев зерна, что улучшает условия ведения технологического процесса гидротермической обработки или же сушки зерна и способствует снижению затрат на их осущест­ вление.

Конкретная зависимость температуропроводности неподвижного слоя зерна пшеницы в диапазоне 10— 20% влагосодержания может быть описана следующим уравнением:

В диапазоне влагосодержания 20—30% эта зависи­ мость отрицательна:

Для неподвижного слоя зерна кукурузы при влагосодержании до 30% температуропроводность снижается по закону прямой

Данных для других культур почти нет. Однако, если есть данные о теплоемкости, плотности и теплопровод­ ности, температуропроводность можно определить рас­ четным путем по следующему соотношению:

Теплопроводность зерна с повышением влагосодер­ жания и температуры возрастает. Можно рекомендо­ вать следующие формулы. Для неподвижного слоя пше­ ницы при температуре 20° С и влагосодержании 5— 25%

Для остальных культур данные очень ограниченны. Рис-зерно в неподвижном слое, по данным Коратеева и Серых, имеет более высокую теплопроводность, чем слой пшеницы. Путем обработки их данных получаем уравнение при влагосодержании 15—27%:

Размер влияния температуры на теплопроводность зерна не выявлен в количественном виде. Для отрубей имеются данные С. П. Колоскова [68].

циональна градиенту потенциала. Уравнение (49) пред­ ставляет собой закон влагопроводности и определяет молекулярно-молярный перенос жидкости и молекуляр­ ный перенос пара, происходящие под влиянием капил­ лярных и диффузионно-осмотических сил. В качестве потенциала влагопереноса выступает некоторая термо­

количественной характеристикой связи влаги с мате­ риалом в гигроскопической области. Она является ин­ тегральным показателем, позволяющим определить влагоаккумулирующую способность тела. Из определения влагоемкости Ст следует, что ее величина должна уменьшаться с увеличением влагосодержания и темпе­ ратуры; данные В. В. Красникова [73] подтверждают это.

Наши данные для трех температур приведены на рисунке 30. При температуре 20° С величина Ст внача­ ле быстро уменьшается и проходит через минимум в области, соответствующей значению Wnan. В области второй критической точки изотермы сорбции воды, на­

жены ниже, чем при 20° С, что соответствует физической сущности величины Ст.

Зависимость влагоемкости от температуры приведе­ на также на рисунке 29; в качестве исходных данных

циенты влагопереноса. Основное значение имеет коэф­ фициент диффузии влаги, который по уравнению (50) при изотермических условиях и установившемся гради­ енте влагосодержания определяет интенсивность потока влаги в материале. Именно поэтому важно знать его величину и зависимость ее от режимных параметров процесса при сушке и гидротермической обработке зер­ на, поскольку степень изменения технологических свойств зерна находится в тесной зависимости от осо­

зерна: для твердой пшеницы значение коэффициента диффузии влаги меньше, чем для мягкой, даже при оди­ наковой стекловидности.

Особенно наглядно влияние структуры зерна на величину коэффициента ат выявляется при анализе кривой 3 (см. рис. 33). Образцы зерна мягкой пшеницы после увлажнения (каждый образец до определенного значения влагосодержания) в течение 5—7 суток отвола­ живали. Затем образцы повторно увлажнили, после че­ го и проведено определение коэффициента диффузии влаги. В результате двукратного увлажнения стекловидность зерна снизилась с 97 до 75% при влагосодер­ жании 20% и до нуля при влагосодержании 28%.

Особенно резко уменьшается стекловидность после 20% влагосодержания, но коэффициент диффузии вла-

структуры эндосперма он приобрел свойства капилляр­ но-пористого тела. Поэтому величина коэффициента диффузии влаги увеличивается. Для полностью мучни­ стого зерна при влагосодержании выше 28% величина коэффициента ат постоянна.

Для белой зубовидной кукурузы и мягкой пшеницы величины коэффициента ат одинаковы. По-видимому, это связано с наличием у зерна кукурузы крупного за­ родыша, который играет заметную роль во внутреннем переносе влаги [86], а также со слабым развитием ро­ говидного слоя у зубовидной кукурузы.

При иммерсионном увлажнении зерна мягкой пше­ ницы (Безостая 1 и Саратовская 29) резкое воздействие на структуру зерна, а также наличие в зерне большого количества слабо связанной воды существенно повыша­ ет интенсивность внутреннего влагопереноса; значения

[161, 162] показывает, что их методический аппарат не соответствует современному уровню учения о тепломассопереносе. Так, в качестве потенциала переноса влаги авторы принимают следующую величину:

(68)

1 - М

Раскрытие этого выражения показывает, что величи­ на Р равна (W0—W„)., т. е. разности начального вла­ госодержания зерна и влагосодержания его поверхно­ сти, что не соответствует физической сущности процес­ са внутреннего влагопереноса.

Следует отметить, что использованный в этих рабо­ тах метод представляет собой метод нестационарного потока влаги при изотермических условиях. В этом слу­ чае на расчетные формулы налагается строгое ограни­

новки) остается постоянным, равным начальному зна­ чению, или, что в принципе то же самое, перепад по­ тенциала переноса влаги внутри тела должен быть не­ значительным.

Примерный подсчет показывает, что при иммерсион­ ном увлажнении и температуре 25° С критерий Fom

достигает значения 0,1 за 10 ч, а при 50° С — за 2,5 ч. Именно этой длительностью и должны быть ограничены

погрешности. В связи с этим иностранные данные мо­ гут явиться лишь качественной оценкой, особенностей влагопереноса в зерне.

Интересно, что для случая поглощения жидкой воды зерном пшеницы абсолютное значение коэффициента диффузии влаги оказалось на целый порядок ниже, чем

при увлажнении зерна интенсивность внутреннего пере­ носа влаги существенно ниже, чем при обезвоживании. На величину коэффициента диффузии влаги влияют также биологические особенности зерна: кривая 2 по­

ат-ю"мг/с 30 у

Рис. 35. Зависимость коэффициента диффузии влаги

Л. М. Никитина определяла значение коэффициента диффузии влаги ат для зернового слоя, а метод Беккера [161] разработан для единичного зерна. Но основ­ ное значение имеют, видимо, те принципиальные допу­ щения, которые приняты Беккером при разработке ме­ тодики определения коэффициента диффузии влаги; в особенности существенно сказалось пренебрежение за­ висимостью коэффициента ат от влагосодержания (при иммерсионном увлажнении в течение нескольких часов влагосодержание зерна изменяется очень суще­ ственно) .

Кроме того, у Л. М. Никитиной влагосодержание зерна в каждом опыте было неизменным, а в опытах Шелленбергера и других — изменялось в большом диа­ пазоне. Это имеет принципиальное значение. Непрерыв­ ное изменение влагосодержания зерна в процессе опыта приводит к непрерывному изменению всех параметров, характеризующих процесс внутреннего переноса влаги.

С изменением степени гидратации веществ зерна из­ меняются энергия связи влаги, интенсивность переноса влаги и сам механизм ее переноса. Наряду с этим су­ щественное влияние на развитие процесса внутреннего переноса должны оказывать такие явления, как набуха­

Важным выводом из работы Л. М. Никитиной явля­ ется то, что коэффициент диффузии влаги зависит и от удельного влагосодержания, и от температуры, и от биологических особенностей зерна.

Четко выявлено влияние температуры на коэффици­

Показатель степени k увеличивается с повышением влагосодержания и не зависит от температуры; его зна­ чения колеблются от 8 до 18.

В наших опытах проанализировано влияние темпе­ ратуры в диапазоне 20—50° С, т. е. для тех значений температуры, которые используют при гидротермичес­ кой обработке зерна. Внутренний влагоперенос изучали при обработке (отволаживание или прогрев) предвари-