книги из ГПНТБ / Подготовительные процессы переработки масличных семян

В результате проведенных исследований сушки семян подсол­ нечника в кипящем слое установлено следующее [92].

Продолжительность сушки до одной средней влажности при непрерывном процессе примерно в 2 раза п р е в ы ш а е т продол­ жительность сушки при периодическом процессе.

Влияние других факторов на кинетику сушки исследовалось при периодическом процессе.

Для неизменного режима сушки при высушивании семян под­ солнечника до оптимальной влажности, равной 7,5%, средняя скорость сушки не зависит от величины начальной влажности в пределах гигроскопической области. С учетом отмеченной осо­ бенности влияние остальных факторов учитывается эмпиричес­ ким уравнением вида:

— — удельная нагрузка по семенам, кг/м2;

F

tc — температура сушильного агента, °С.

Для расчета интенсивности теплообмена при сушке семян подсолнечника нами была установлена зависимость между кри­ терием Ребиндера и изменением влажности семян.

С помощью полученных выражений (VII—29) и (VII—30) по уравнению (VII—26) может быть определена средняя интенсив­ ность теплообмена в процессе сушки семян подсолнечника в ки­ пящем слое.

Для других масличных семян наиболее полно исследования по кинетике представлены в работах [78, 251].

Для средней скорости сушки семян клещевины при высоте слоя 1,5 м в работе [251] получена эмпирическая зависимость вида:

212

Характер изменения влажности и температуры семян рапса (рис. 136) при сушке в кипящем слое [78] такой же, как и при сушке семян подсолнечника [92]: температура семян возрастает более интенсивно, чем убывает их влажность.

Получена эмпирическая зависимость для скорости сушки се­ мян рапса следующего вида:

dW

рий Ребиндера и относитель­ ный температурный коэффициент сушки, при использовании ос­

новного уравнения кинетики они достаточно полно могут опреде­ лять возможности того или иного метода сушки.

213

Взаимосвязь такого типа установлена, в частности, примени­ тельно к сушке виноградных семян в кипящем слое при периоди­ ческом процессе [116, 117].

При обработке кинетических данных было сделано предполо­ жение о комплексном влиянии отдельных факторов в виде удель­ ного теплоподвода с сушильным агентом. В результате установ­ лена линейная зависимость между коэффициентом сушки и удельным теплоподводом с сушильным агентом, причем с рос­ том нагрузки материала коэффициент пропорциональности уве­ личивался, а при критическом значении удельной нагрузки по семенам (68 кг/м2) принял постоянное значение. С учетом полу­ ченной зависимости путем преобразования дифференциального уравнения теплового баланса получена зависимость для крите­ рия Ребиндера вида:

г

(VII—33)

G

где А = /( -г- — опытный коэффициент, зависящий от удельной нагрузки по

семенам; при GIF= 68 кг/м2 А — 1,12-ІО-6; 117, Ц7р — текущая и равновесная влажность семян.

Зависимость (VII—33) была использована при выводе рас­ четных уравнений для определения длительности сушки и темпе­ ратуры семян, о которых будет сказано ниже.

К и н е т и к а о х л а ж д е н и я м а с л и ч н ы х с е м я н до настоящего времени мало исследована. Наиболее полно вопро­ сы, связанные с охлаждением семян подсолнечника, представле­

Сравнение значений коэффициентов теплообмена, полученных по формулам (VII—34) и (VII—35), показывает, что во втором случае коэффициент теплообмена приблизительно в 2,5 раза меньше. Уменьшение коэффициента теплообмена в движущемся слое авторы цитируемых работ объясняют неравномерным дви­ жением семян и неравномерным распределением воздуха в дви­ жущемся слое.

При охлаждении семян подсолнечника их температура сни­ жается не только за счет отдачи тепла конвекцией от семян к охлаждающему воздуху, но и в результате испарения влаги вследствие разности парциальных давлений водяных паров над

214

поверхностью семян и в охлаждающем воздухе. Коэффициент массообмена при самоиспаренни в зависимости от весовой скоро­ сти воздуха, как показали исследования [86, 184], может быть выражен эмпирической формулой

Исследование охлаждающей шахты показало, что расход воз­ духа существенно зависит от глубины охлаждения [184]. Напри­ мер, при увеличении глубины охлаждения на 5° С (с 25 до 20° С) при прочих равных условиях расход воздуха увеличивается в 1,39 раза. В цитируемой работе не рекомендуется глубокое охлаждение для семян подсолнечника. При этом указывается, что семена, охлажденные до 25° С, могут храниться длительное время.

Следует отметить, что продолжительность хранения маслич­ ных семян зависит, по крайней мере, от трех факторов: масличности, влажности и температуры семян. Поэтому рекомендуемуюглубину охлаждения семян подсолнечника следует считать не­ достаточно обоснованной.

МЕТОДЫ РАСЧЕТА ПРОЦЕССА СУШКИ

Одной из важнейших задач при разработке методов расчета процесса сушки масличных семян является установление вза­ имосвязи между влажностью и температурой при проведении данного процесса. Выше было показано, что для процессов суш­ ки эта задача в общем случае наиболее полно может быть ре­ шена на базе основного кинетического уравнения (VII—28).

Внастоящее время применительно к сушке масличных семян,,

ив частности сеугян подсолнечника, предложено несколько мето­ дов расчета, которые в определенной мере учитывают особенно­ сти масличных семян как объектов сушки.

Вработах [28, 46] на базе лабораторных экспериментальных

итеоретических исследований получены расчетные уравнения для определения продолжительности процесса сушки высоко­ масличных семян подсолнечника в кипящем слое с конвективно­ радиационным подводом тепла и с учетом максимально допусти­

мой температуры нагрева семян.

В качестве исходной для определения продолжительности процесса сушки использовалась формула вида:

_ А (И?! - - W)

(VII—37>

Т ~ 1 — В (И?! — ,.\Ѵ) ’

где Wlt W — начальное и текущее значение влажности семян;

215

А — коэффициент, зависящий от массовой скорости сушильного аген­ та и начальной влажности семян;

В— коэффициент, учитывающий свойства продукта, зависит от тем­ пературы сушильного' агента и начальной влажности семян.

Обобщение экспериментальных данных позволило авторам найти для коэффициентов А и В следующие выражения;

гд е/1= 0 ,95-4- 1,10— параметр, учитывающий влияние температуры воздуха при облучении в кипящем слое;

Е — плотность лучистого потока.

Было установлено, что в периоде убывающей скорости изме­ нение скорости сушки семян подсолнечника происходит по сле­ дующему закону;

На основании уравнения теплового баланса п уравнения (VII—40), после преобразований и интегрирования, выражение для расчета кинетики нагрева семян подсолнечника представле­ но авторами в следующем виде;

Интеграл в выражении (VII—41) определяется приближенно. По предложенной методике расчета конечная температура семян проверяется по формуле (VII—41). Если температура на­ грева оказывается выше предельно допустимой, то уменьшается температура сушильного агента, уточняется продолжительность

216

сушки и снова определяется температура нагрева семян. Расхождения экспериментальных и расчетных величин, полученныхпо формуле (VII—41), составляет 10—20%. Было высказано предложение определять продолжительность периода падающей скорости сушки высокомасличных семян подсолнечника по ко­ эффициенту сушки А. В. Лыкова [201]

Эмпирические формулы (VII—42) и (VII—43) рекомендуют­ ся для расчета продолжительности сушки, и нагрева высокомас­ личных семян при конвективном и радиационно-конвективном подводе тепла.

В рециркуляционных сушилках процесс сушки и нагрева се­ мян осложнен тем, что в трубе-сушилке движется трехкомпо­ нентная смесь (свежие и рециркулирующие семена и сушильный агент) с различными начальными параметрами. В связи с этим получены расчетные формулы [184]:

для определения влагосодержания семян

217

для определения температуры рециркулирующих семян

qVj_

(VII—47)

aFt'

где гх, г2, r3— корни характеристического уравнения, включающие в себя от­ ношение водяных эквивалентов и коэффициент а;

и кинетики прогрева рециркулирующих и свежих семян по высо­ те сушилки с учетом нагрева семян до максимально допустимой температуры.

Для сушки виноградных семян в кипящем слое при периоди­

для определения взаимосвязи между температурой и влаж­ ностью семян

218

Для описания кинетики нагрева виноградных семян в цити­

Предложенные кинетические уравнения справедливы для сушки виноградных семян в кипящем слое при периодической организации процесса, когда G/F^>68 кг/м2, т. е. при условии соблюдения балансового характера процессов тепло- и влагообмена в кипящем слое, а также могут быть распространены и на другие продукты [117].

Общим для всех рассмотренных выше кинетических уравне­ ний является то, что взаимосвязь между продолжительностью процесса, влажностью и температурой масличных семян осу­ ществляется с помощью не менее двух-трех расчетных уравнений.

Кроме того, не учитываются сортовые особенности масличных семян.

На базе критериальной зависимости (VII—25) предпринята попытка осуществить эти взаимосвязи с помощью одного урав­ нения применительно к сушке семян подсолнечника в кипящем слое при периодической организации процесса [94].

Установлено, что для семян подсолнечника со средней мас-- личностью 45—46% на абсолютно сухое вещество при средних значениях термодинамических параметров критериальное урав­ нение (VII—25) может быть представлено в следующем виде:

В этом уравнении критерий фазового превращения заменен на безразмерную влажность, а составляющая критерия фазового превращения из выражения (VII—22), которая характеризует сортовые особенности семян подсолнечника, вошла в постоянный коэффициент уравнения.

219'

С учетом средней лузжистости, равной 0,26 в долях единицы, уравнение (VII—-52) может быть представлено в следующем виде:

Предполагается, что температура семян может изменяться в пределах 20—120° С. Поэтому удельная теплоемкость и тепло­ проводность, а также теплота парообразования должны опреде­ ляться при средней температуре 70° С.

Полученное со сравнительно небольшими допущениями урав­ нение связывает температуру, влажность семян и продолжи­ тельность их сушки в кипящем слое при периодической органи­

ность сушки, температуру или влажность семян в любой момент сушки.

Ниже приведены перечисленные решения для уравнения (VII—53):

c «C — *l) d3 Vn

Re = ---------— критерий Рейнольдса;

V Гс

Gu = —— — модифицированный критерий Гухмана;

— -Л1.

безразмерная температура;

220

н п

■— безразмерная высота плотного слоя;

Wi

W'j-W'a — безразмерная влажность семян;

а— коэффициент температуропроводности семян;

т— продолжительность сушки;

г— удельная теплота испарения;

Уравнения справедливы для следующих пределов изменения входящих в них величин;

Специфичность уравнений (VII—54) — (VII—56) заключается в том, что в них входит составляющая критерия фазового пре­ вращения, характеризующая через лузжистость сортовые осо­ бенности семян подсолнечника.

Анализ влияния этой составляющей на процесс сушки иссле­ дованных семян подсолнечника при изменении их масличности в пределах 40—49% на абсолютно сухое вещество показывает следующее.

С увеличением масличности и с уменьшением лузжистости семян подсолнечника при одинаковых режимах сушки и прочих равных условиях продолжительность сушки и величина нагрева семян (при высушивании их до одинаковой влажности) увеличи­ ваются примерно на 12%.

Безразмерная влажность семян с увеличением масличности увеличивается менее значительно, примерно на 4%. Это означа­ ет, что глубина сушки для семян подсолнечника с рассматрива­ емым интервалом масличности при прочих равных условиях мало зависит от сортовых особенностей.

Отмеченные выше положения, вытекающие из анализа урав­ нений (VII—54) — (VII—56), необходимо учитывать при сравне­ нии эффективности работы различных типов сушилок, предназ­ наченных для сушки семян подсолнечника.

221