книги из ГПНТБ / Подготовительные процессы переработки масличных семян

по сравнению с шахтной сушилкой ДСП-32-ОТ — 22770 руб. По данным работников Краснодарского масложиркомбината [І58], экономический эффект от эксплуатации опытно-промыш­ ленного образца ротационной сушилки по сравнению с одноба­ рабанными сушилками составляет 22 900 руб. в год, что под­

тверждает достоверность приведенных выше результатов. Шахтная и барабанные сушилки равноценны с точки зрения

экономической эффективности.

Анализ аэродинамических условий и данных по изменению содержания сора и масличной примеси в семенах до и после сушки на сравниваемых сушилках позволяет считать, что в про­ цессе сушки семян подсолнечника на ротационной сушилке про­ исходит минимальное обрушивание семян и унос из сушилки це­ лых семян и масличной примеси. Одновременно на ротационной сушилке в результате автоматического регулирования достига­ ется стабилизация средней конечной влажности семян при ко­ лебании влажности единичных семянок в пределах, соизмери­ мых с колебаниями, которые соответствуют равновесному состоя­ нию семян. Последнее является исключительно достоинством используемого способа сушки в кипящем слое при периодиче­ ской организации процесса.

Анализ качественных показателей масла, представленных кислотным и перекисным числами, содержанием оксиранового кислорода и продуктов окисления, нерастворимых в петролейном эфире, показывает, что все перечисленные показатели после сушки мало изменяются по сравнению с исходными на всех испы­ танных сушилках.

Таким образом, применительно к сушке семян подсолнеч­ ника ротационная Сушилка является наиболее перспективной, а ее применение наиболее целесообразно на предприятиях большой мощности. Положительные результаты получены также при ис­ пользовании ротационной сушилки для сушки семян клещевины и сои.

Г Л А В А VIII

АКТИВНОЕ ВЕНТИЛИРОВАНИЕ МАСЛИЧНЫХ СЕМЯН

НАЗНАЧЕНИЕ И ВИДЫ АКТИВНОГО ВЕНТИЛИРОВАНИЯ

Активное вентилирование масличных семян является одним из технологических методов, применение которых позволяет пре­ дупредить или задержать в больших массах семян развитие раз­ рушительных процессов и тем самым повысить их стойкость и продолжительность хранения без существенных качественных изменений.

242

Активное вентилирование — это принудительное (с помощью вентиляторов) продувание атмосферного (холодного или подо­ гретого) воздуха через слой семян, высота которого может ко­ лебаться в широких пределах (от 2 до 12 м). В процессе ак­ тивного вентилирования благодаря довольно высокой порозности слоя масличных семян достигается при определённых условиях необходимый контакт семян с продуваемым воздухом. При этом в зависимости от состояния масличных семян активное вентилирование может преследовать различные цели:

сушку и охлаждение или только охлаждение свежесобран­ ных семян;

охлаждение (вплоть до замораживания) семян, подвергших­ ся тепловой сушке или самосогреванию;

профилактическое вентилирование сухих семян, хранящихся длительное время.

Перечисленные цели вентилирования семян являются наи­ более характерными. При этом каждой из них соответствует оп­ ределенное состояние семян. Например, свежесобранные семена вследствие неполной физиологической зрелости и повышенной температуры периода уборки более жизнедеятельны, чем семена, прошедшие тепловую сушку или подвергшиеся самосогреванию, в результате которых они частично утратили биологическую ак­ тивность. Сухие, охлажденные и хранящиеся длительное время семена обычно обладают наименьшей жизнедеятельностью.

Активное вентилирование обычно протекает в условиях не­ прекращающейся жизнедеятельности семян. Естественно, это обстоятельство до некоторой степени усложняет процессы тепло- и влагопереноса в единичных семенах, а также вызывает допол­ нительную неравномерность процесса активного вентилирования массы семян в целом за счет изменения параметров вентилируе­ мого воздуха по высоте слоя и возможной конденсации или сорб­ ции влаги из воздуха в верхних слоях массы масличных семян.

Неравномерность процесса активного вентилирования, как показали исследования [249], в значительной степени зависит от величины расстояния между воздухораспределительными уст­ ройствами L и высоты слоя семян Н0. При этом установлено, что наиболее удовлетворительные результаты по распределению воздуха наблюдаются при соблюдении неравенства

(VIII—1)

Следует сказать, что отмеченные особенности процессов ак­ тивного вентилирования все-таки не могут существенно влиять на механизм тепло- и влагопереноса, характерный для конвек­ тивной сушки масличных семян. Независимо от этих особенно­ стей механизм внутреннего тепло- и влагопереноса• остается неизменным.

Таким образом, в процессе обезвоживания при активном вен­ тилировании тепло- и влагоперенос в первом приближении соот­ ветствует конвективной сушке. В то же время по сравнению с условиями сушки масличных семян в таких сушилках с кон­ вективным подводом тепла, как барабанные и шахтные, при активном вентилировании охлаждение и обезвоживание происхо­ дят в условиях неподвижного слоя и периодической организа­ ции процесса, поэтому при определенных условиях может дости­ гаться более высокая равномерность обработки семян. Однако при общей оценке роли активного вентилирования в производст­ ве растительных масел следует принимать во внимание, что не­ обходимость применения, по крайней мере, для первых двух целей активного вентилирования, объясняется, в частности несовер­ шенством широко используемых в настоящее время методов сушки с точки зрения равномерности технологической обработки масличных семян, а также дефицитом установок для сушки и охлаждения масличных семян на предприятиях масложировой промышленности. Очевидно, при условии достаточно глубокого равномерного охлаждения масличных семян после их очистки и равномерной сушки необходимость даже и в третьем виде актив­ ного вентилирования в значительной степени отпадает.

При существующем уровне развития сушильной техники и степени оснащенности масло-жировых предприятий установками для сушки масличных семян применение активного вентилиро­ вания признается целесообразным и довольно широко исполь­ зуется. В связи с этим в настоящей главе предпринимается по­ пытка обобщить результаты исследований по активному венти­ лированию отдельных сортов и видов масличных семян, чтобы получить возможность распространить основные закономерно­ сти на все масличные семена и тем самым компенсировать до некоторой степени отсутствие опытных данных и рекомендаций для многих масличных семян.

РЕЖИМЫ И ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТЬ АКТИВНОГО ВЕНТИЛИРОВАНИЯ

Режимы и продолжительность процессов активного вентили­ рования определяются состоянием, видом и сортом масличных семян, целью, которую преследует тот или иной вид активного вентилирования, а также расположением и конструкцией воз­ духораспределительных устройств, температурой и относитель­ ной влажностью воздуха.

Внастоящее время на базе исследований гигроскопических

ибиохимических свойств семян, а также показателей активного вентилирования разработаны технологические инструкции для высокомасличных семян подсолнечника [225]. Проводятся ис­ следования по активному вентилированию подогретым воздухом семян сои [87, 88], клещевины [106, 108, 185, 270] и льна [111].

244

В наиболее общем случае при активном вентилировании мас­ личных семян могут протекать два качественно различных про­ цесса: некоторая интенсификация выделения тепла за счет уси­ ления жизнедеятельности семян и микроорганизмов в результате притока кислорода с атмосферным воздухом и, наоборот, подав­ ление жизнедеятельности семян и микроорганизмов за счет сни­ жения температуры и влажности вентилируемой массы семян. В связи с этим практически наиболее важными параметрами ак­ тивного вентилирования являются минимальная общая подача воздуха в слой, минимальная удельная подача воздуха в слой и производное от них минимальное время активного вентилиро­ вания, при котором достигается положительный эффект от при­ менения этого процесса.

Минимальная общая подача воздуха в слой выражается от­ ношением общего количества воздуха, прошедшего через слой семян, к их массе:

V — общее количество воздуха, подаваемое в слой семян, м3; М — масса вентилируемых семян, т.

Следовательно, qM]Ш является общим количеством воздуха, которое необходимо для вентилирования 1 т семян при данном виде и условиях активного вентилирования.

Минимальная удельная подача воздуха характеризует ин­ тенсивность подачи воздуха в слой и количественно отражает потребность воздуха для активного вентилирования 1 т семян в течение 1 ч:

где q^a — минимальная удельная подача воздуха, т/(м3-ч);

Тмин— минимальная продолжительность активного вентилирования, ч.

Величина qya для масличных семян различной влажности обычно определяется опытным путем в зависимости от способа ■> и условий активного вентилирования для различных видов и сортов масличных семян.

Отношение минимальной общей подачи к удельной подаче воздуха определяет минимально необходимую продолжитель­ ность активного вентилирования масличных семян:

Другими характеристиками, которые необходимы при рас­ четах активного вентилирования, являются следующие: удель­ ная теплоемкость, коэффициент теплопроводности, сорбцион­ ная и десорбционная равновесная влажность масличных семян;

245

предельные влажность и температура семян при активном вен­ тилировании, которые введены для проверки целесообразности активного вентилирования масличных семян. Необходимо также ввести критерий неравномерности, который позволяет учитывать влияние высоты слоя семян и конструкции воздухораспредели­ тельных устройств на процессы активного вентилирования, а также является объективным критерием для оценки вентиляци­

процессу охлаждения сухих масличных семян, когда практи­ чески отсутствуют испарение и конденсация влаги, а высота слоя семян значительно больше зоны охлаждения ’, минималь­ ную общую подачу воздуха целесообразно определять, основы­ ваясь на уравнении теплового баланса

УсоД)^ AfcAd, (VIII—5)

где сѵ — удельная объемная теплоемкость воздуха при постоянном давлении, ккал/(м3-°С);

с —удельная (массовая) теплоемкость семян, ккал/(кг-°С);

Дt — повышение температуры воздуха при прохождении через слой се­ мян, °С;

ДА- — снижение температуры семян в результате вентилирования, °С.

При рассматриваемых условиях Д^=Д+ [249], тогда из урав­ нения (VIII—5) с учетом выражения (II—14) и значения удель­ ной теплоемкости воздуха минимальную подачу воздуха при вентилировании масличных семян с целью охлаждения можно выразить в виде уравнения

qMm = 33,3 { ІО-3 (100 — W) [1,6 Мс + 330+0,4 (Г — 292)] + W}, (VIII—6)

. где 9н„„ — минимальная подача воздуха, м3/т; Мс — масличность абсолютно сухих семян, %;

-W — влажность семян, отнесенная к массе исходных семян, %;

Т— температура семян, К.

Выражение (VIII—6) в области положительных температур справедливо для всех видов и сортов масличных семян при усло­ вии равномерного распределения воздуха в процессе активного вентилирования, т. е. когда соблюдается неравенство (VIII—1).

Для других условий активного вентилирования может исполь­ зоваться так называемый коэффициент потребности в удельной подаче воздуха [249], который показывает, во сколько раз дол­ жна быть увеличена минимальная общая подача воздуха в за­ висимости от значений величин L и Я0. При этом неравномер­ ность охлаждения, которая возникает при достижении зоны ох-

В общем случае наблюдаются три зоны: зона высушенных (охлажденных) семян, зона сушки (охлаждения) и зона влажных (теплых) семян [180, 244,

246

лаждения верхней части слоя семян, рекомендуется учитывать увеличением коэффициента потребности на 20% [249]. Однако следует иметь в виду, что высота зоны охлаждения колеблется в узких пределах (0,4—0,6 м), поэтому для различных высот слоя семян ее влияние будет неодинаковым. Следовательно, для учета максимально возможной неравномерности подачи воздуха целесообразно применять единый коэффициент, условно назван­ ный нами критерием неравномерности (KN ), который основан на эффективной высоте слоя:

С учетом данных ВНИИЗа [249], нами получена эмпири­ ческая зависимость для критерия неравномерности, которая име­ ет вид:

С учетом выражения (VIII—8) минимальная подача воздуха для наиболее общего случая охлаждения семян может быть представлена в виде выражения:

Полученная формула справедлива для значений — >0,2 и

Нэ

Яэ>1,5 м. При значениях — ^ 0 ,2 коэффициент неравномер-

Нэ

ности равен единице, что соответствует достаточно высоким сло­ ям семян, при которых неравномерность практически отсутству­ ет и, следовательно, для расчета минимальной общей подачи воздуха представляется возможным использовать выражение (VIII—6).

Анализ уравнений (VIII—6) и (VIII—9) показывает, что с увеличением температуры, масличности и влажности семян ве­ личина минимальной общей подачи возрастает неодинаково. На­ пример, если увеличивать температуру семян на 1°, а их масличность и влажность на 1%, то минимальную общую подачу возду­ ха при охлаждении масличных семян активным вентилировани­ ем необходимо увеличивать соответственно на 2,5; 5 и 20 м3 на I т.

В настоящее время величина минимальной общей подачи воздуха определена лишь для высокомасличных семян подсол­

нечника [225]. При этом независимо от значений W, Мс, Т и —

Нэ

рекомендуется <7MHH=1350 м 3/ т , ч то даже для наиболее благо­ приятных условий активного вентилирования, когда W = 7%,

247

Л4С= 43%, 7 = 293 К и —■-<0,2 меньше на 9% величины дмад,

Н3

рассчитанной по формуле (VIII—6).

Для условий, часто встречающихся на практике, когда W=

= 10-4-12%, М с=43% , 7=313 К и — = 1 , величина, рассчитан-

Нэ

ная по формуле (VIII—9), составляет около 2500 м3/т, т. е. почти в 2 раза больше рекомендуемой.

Приведенные примеры показывают, что при выборе qMт для процесса охлаждения масличных семян активным вентилирова­ нием необходимо учитывать все факторы, которые обобщены формулой (VIII—9).

По своей физической сущности величина qyR для процесса охлаждения масличных семян определяется в основном действи­ тельной скоростью обтекания частиц в слое. В связи с этим пред­ ставляется возможным найти обобщенное выражение qyR для всех масличных семян, если порозность и qyK для одного вида семян известна. Используя данные для семян подсолнечника [225, 245], обобщенное выражение для<7 °д можно представить в

виде следующей зависимости:

9уд= 1 ,М 0 2 | і - ^ - ) , (VIII—10)

где рц н рт — соответственно насыпная масса п кажущаяся плотность мас­ личных семян.

Полученное обобщенное выражение (VIII—10) позволяет представить минимальное время, необходимое для охлаждения масличных семян при активном вентилировании, в виде отно­ шения:

( ' - £ )

В этой формуле ?міш в зависимости от величины Ь/Нэ опре­ деляется по уравнению (VIII—6) или (VIII—9).

С у ш к а м а с л и ч н ы х семян. Обычно при известной влаж­ ности масличных семян и относительной влажности атмосферно­ го воздуха перед началом активного вентилирования предвари­ тельно устанавливается целесообразность вентилирования при данных условиях. Для этого определяется равновесная влажность семян Wp и сравнивается с фактической влажностью W. Если

то вентилирование считается возможным и целесообразным [225].

Совместный анализ данных по сорбции и десорбции влаги се­ менами подсолнечника [95] и данных по срокам их безопасного

248

хранения после активного вентилирования [249] позволил нам установить следующее.

Соблюдение неравенства (VIII—12) достоверно указывает лишь на возможность удаления определенной части влаги из семян при условии, если Wp соответствует процессу десорбции влаги.

Однако, даже при соблюдении неравенства (VIII—12) ак­ тивное вентилирование может быть нецелесообразным, если по­ лученные в результате его проведения влажность и температура семян не обеспечивают даже кратковременное безопасное их хра­ нение. В связи с этим для гарантирования возможности и целе­ сообразности активного вентилирования необходимо, чтобы со­ блюдалось следующее условие:

Зависимость для предельной влажности масличных семян в области положительных температур нами была получена по данным о сроках безопасного хранения семян подсолнечника с масличностыо 30 и 45% [249]. Предварительно по этим дан­ ным установлена обобщенная графическая зависимость продол­ жительности безопасного хранения от влажности на обезжирен­ ное вещество масличных семян при температуре 5—30° С. Эта зависимость представлена на рис. 145. Пунктирные линии по­ строены экстраполяцией опытных данных.

Графическая зависимость показывает, что продолжитель­ ность безопасного хранения тх зависит от масличности, влажно-

влагосодержание, X на обезжиренное бещестбо

Рис. 145. Графическая зависимость для определения продол­ жительности безопасного хранения масличных семян после вентилирования при температуре (в °С):

/ —5, 2 — 10. 3 — 15, 4 — 20, 5 — 25, 5 — 30.

249

сти и температуры семян, которые достигаются после активного вентилирования. Для предельного случая, при тх= 0 , из графи­ ческой зависимости получена эмпирическая формула для опре­ деления предельной влажности масличных семян для условий, когда в результате вентилирования температура семян ft стано­ вится равной температуре продуваемого воздуха:

Мс — масличиость семян на абсолютно сухое вещество, %.

Из формулы (VIII—14) можно получить выражение для определения предельной температуры масличных семян, также исходя из условия, что после вентилирования температура семян ■fr становится равной температуре продуваемого воздуха:

(VIII—15)

В формуле (VIII—15) предельная температура семян равна температуре продуваемого воздуха, а равновесная влажность семян соответствует их относительной десорбционной или сорб­ ционной равновесной влажности. Выражения (VIII—14) и (VIII—15) позволяют установить целесообразность активного вентилирования в соответствии с неравенством (VIII—13). При этом, если И7макс<ІѴр, то активное вентилирование атмосфер­ ным воздухом нецелесообразно.

Рассмотрим пример использования неравенства (VIII—13) и формулы (VIII—14) при определении возможности и целесооб­ разности активного вентилирования. Положим, на вентилирова­ ние поступили семена подсолнечника с масличностью 50%, лузжистостью 22% и влажностью 15%. Атмосферный воздух имеет температуру 30° С и относительную влажность 70%. По формуле (И—9) определим десорбционную равновесную влажность и вы­ разим ее в процентах к массе влажных семян. Для рассматри­ ваемых условий десорбционная влажность семян равна 9,3% и меньше исходной влажности, т. е. обезвоживание семян путем активного вентилирования физически возможно. Целесообраз­ ность активного вентилирования проверим по формуле (VIII—14). Предельная влажность семян составила 9,4%, т. е. практичес­ ки равна равновесной. Следовательно, семена даже после ак­ тивного вентилирования храниться не могут, поэтому целесооб­ разно их сразу подвергнуть сушке или вентилировать подогре­ тым воздухом.

Полученный результат показывает, что только при исполь­ зовании неравенства (VIII—13) и формулы (VIII—14) или гра­ фической зависимости (рис. 145) можно безошибочно определить возможность и целесообразность активного вентилирования.

250

Использование формулы (VIII—15) рекомендуется в услови­ ях, когда контроль за процессом активного вентилирования осу­ ществляется по температуре семян и продуваемого воздуха.

Г рафическая зависимость, которая изображена на рис. 145, рекомендуется к использованию при составлении графиков ак­ тивного вентилирования масличных семян.

В результате математической обработки этой графической зависимости получено аналитическое выражение для определе­ ния продолжительности безопасного хранения масличных семян

После достаточно продолжительного времени активного вещ тилирования температура семян обычно становится равной тем­ пературе продуваемого воздуха, а влажность приближается к сорбционной или десорбционной равновесной влажности семян, соответствующей относительной влажности атмосферного 'воз­ духа.

Анализ уравнения (VIII—16) показывает, что продолжитель­ ность хранения масличных семян при положительных темпера­ турах в первую очередь зависит от величины влажности и масличности и в меньшей степени от температуры семян. Это обстоя­ тельство должно определять очередность и характер мероприя­ тий, направленных на увеличение сроков безопасного хранения

бину искусственного охлаждения и осушения продуваемого воз­ духа.

В связи с тем что разрушительные процессы при хранении могут начаться раньше расчетного времени вследствие повышен­ ных количеств в семенах сорных примесей, микроорганизмов и т. п., то, очевидно, использование полученныхграфических и. аналитических зависимостей не исключает периодический конт­ роль состояния семян. При этом необходимо учитывать, что в пе­ риод уборки урожая масличных семян активное вентилирова­ ние атмосферным воздухом, как правило, более эффективно про­ изводить в дневное время, когда относительная влажность воздуха сравнительно невысокая.

В последнее время проводятся исследования с целью изуче­ ния влияния низких температур на физиолого-биохимические свойства семян подсолнечника при хранении [49]. Установлено, например, что хранение высокомасличных семян подсолнечника при температурах от + 7 до —15° С не прекращает процесс после­ уборочного дозревания семян с влажностью до 24%. Темпера­ тура —18° С постепенно вызывает полную потерю всхожести у семян влажностью более 12%. Однако потеря всхожести не вы­ зывает ухудшение качества масла в семенах.

251