3.2. Влияние толщины слоя крупы на распределение температур по его высоте

Однородность обработки слоя крупы является важнейшим критерием показателей качества получаемого продукта. В слое высотой 2 – 3 зерна (4 – 7 мм) даже при мощности лучистого потока 18 – 20 кВт/м² может возникать градиент температуры до 50 °С/см [25, 128].

Мы исследовали геометрию размещения крупяного сырья на подовой поверхности несущего транспортера и распределение температурного поля при односторонней интенсивной инфракрасной обработке. Толщина слоя крупы необходима для расчета производительности. Из-за специфической укладки зернового сырья на горизонтальной поверхности трудно точно определить толщину слоя в линейных единицах (мм, см и т.д.), поэтому мы заменили этот параметр величиной подового наполнения, часто применяемой для расчета производительности ленточных транспортеров в пищеконцентратной промышленности.

На рис. 3.2.1 представлены данные распределения температур на поверхности и в нижней части слоя перловой крупы в зависимости от величин подового наполнения и геометрии слоя.

Рисунок 3.2.1. Температура крупы в зависимости от величин подового наполнения и геометрии слоя

Исследования показали, что оптимальное количество крупы на ленте транспортера составляет 2,0 – 2,4 кг/м². При увеличении количества крупы на единице поверхности площади до 2,8 кг/м² градиент температуры возрастает до 22 – 30°С, при снижении до 1,5 кг/м² градиент убывает до 10 – 15°С, но при этом резко снижается количество обрабатываемого крупяного сырья на единице площади.

Формирование слоя продукта в реальной установке по инфракрасной обработке крупяного сырья осуществляется на ленте транспортера и зависит от загрузочного устройства – бункера-раскладчика, который традиционно представляет собой емкость, поднимающуюся или опускающуюся относительно транспортерной ленты. При инфракрасной обработке толщина слоя крупы составляет 6 – 7 мм, так как количество энергии проникающей на большую глубину сравнительно невелико [25].

При таких условиях поглощение подаваемой энергии зависит от геометрии поверхности формируемого загрузочным устройством слоя обрабатываемого крупяного сырья. Геометрия слоя, формируемая питателем бункера-раскладчика, показана на рис. 3.2.2. На рис. 3.2.3. представлена диаграмма величин средневзвешенной температуры инфракрасно обработанного крупяного сырья, имеющего плоскую и гребенчатую форму.

Рисунок 3.2.2.Геометрия слоя, формируемая питателем бункера-раскладчика.

Необходимо отметить, что температура поверхности при плоской и гребенчатой геометрии слоя одинакова. За счет увеличения площади облучения при его гребенчатой геометрии и увеличения температуры нижнего слоя общая температура массы крупы возрастает на 10 – 15%.

Рисунок 3.2.3. Диаграмма величин средневзвешенной температуры слоя обработанного крупяного сырья, имеющего плоскую и гребенчатую форму

Средневзвешенная температура слоя крупы при односторонней инфракрасной обработке на 10 – 20°С выше у продукта, имеющего гребенчатую поверхность, чем плоскую, а градиент температуры в слое (поверхность – нижняя часть) составляет 5 – 6°С, а не 22 – 30°С при плоской геометрии (рис. 4.2.1.), что свидетельствует о хорошей однородности обработки крупяного сырья.

Некоторое отличие средневзвешенной температуры у рисовой, гречневой и перловой круп связано с уменьшением четкости контуров формируемого слоя, что связано с физическими характеристиками обрабатываемых круп.

Проведенные исследования позволили нам определить оптимальные параметры подготовки крупяного сырья к интенсивной инфракрасной обработке: увлажнение поверхностного слоя крупяного сырья до 28 – 30% перед инфракрасной обработкой, перемешивание его в течение 4 – 5 минут, отлежка в течение 8 – 10 минут и размещение сырья на ленте транспортера с гребенчатой геометрией слоя и подовым наполнением – 2,0 – 2,4 кг/м².