Пищевая промышленность |
  |
|
  |
|
|
Процесс сушки в основном состоит из взаимно связанных между собой тепло-физических явлений, протекающих в следующем порядке:
перенос (передача) тепла от агента сушки к поверхности просушиваемого зерна;
испарение влаги с поверхности зерна; передача тепла от поверхности зерна к его внутренним слоям;
перемещение влаги изнутри зерна к его поверхности и одновременно продолжающееся испарение влаги с поверхности.
Вся испаряющаяся влага поглощается агентом сушки и уносится в атмосферу.
Испарение воды со свободной поверхности. Рассмотрим закономерность простейшей сушки — испарения воды со свободной поверхности в окружающую атмосферу. Такое испарение может происходить при температуре меньшей, чем температура кипящей воды.
Количество воды W (кг), испаренной с 1 м2 свободной поверхности в течение 1 ч, можно ориентировочно определить из уравнения
W=\,02(pu-pn)K, (22)
где рн и ри — соответственно парциальное давление водяных паров в окружающем воздухе и давление насыщенных водяных паров (мм рт. ст.) над поверхностью воды при заданных значениях температуры и барометрического давления; К — коэффициент испарения; зависит от скорости воздуха.
При движении воздуха перпендикулярно к поверхности воды скорость испарения увеличится примерно в два раза.
Уравнение (22) только приближенно определяет испарение воды со свободной поверхности, но оно показывает, что скорость испарения повышается пропорционально увеличению разности парциальных давлений насыщенных паров на свободной поверхности воды (/?,,) и паров (рп) в окружающем воздухе. Кроме того, испарение воды со свободной поверхности повышается с увеличением скорости окружающего воздуха, омывающего свободную поверхность воды.
Аналогичный вывод на основании уравнения (22) можно сделать о повышении скорости испарения влаги при сушке зерна в зависимости от увеличения разности парциальных давлений (рн—рп) на поверхности зерна и в агенте сушки, а также от его скорости в зерновом слое.
Повышение температуры поверхности жидкости или влажного тела сопровождается увеличением давления «Рн» а следовательно, и разности (рн—рп). Поэтому повысить скорость сушки можно, увеличив температуру влажного зерна. Увеличить разность рн—рп можно также, уменьшив парциальное давление водяных паров рп в воздушном потоке, т. е. уменьшив относительную влажность агента сушки.
Увеличение до определенных пределов скорости агента сушки в зерновом слое сопровождается увеличением испарения влаги. С повышением поверхности испарения при прочих равных условиях увеличивается количество испаряемой влаги.
Испарение влаги из капиллярно пористого тела. Уравнение (22) позволяет также сделать вывод об увеличении скорости испарения влаги при сушке зерна в зависимости от повышения разности парциальных давлений (рн—рп) на поверхности зерна и в агенте сушки, а также в зависимости от скорости агента сушки в зерновом слое.
Скорость испарения влаги при сушке зерна зависит не только от внешних условий, рассмотренных выше, но и от факторов, влияющих на процесс перемещения влаги из зерна к его поверхности, в том числе от физико-химической структуры зерна и от формы связи влаги с сухим веществом. Например, исследованиями, проведенными в СССР, установлено, что в пшенице находятся только микрокапилляры, что объясняет трудность удаления влаги при сушке.
В качестве основы для классификации форм связи влаги с веществом зерна предложен термодинамический принцип, - согласно которому надо учитывать величину энергии связи влаги с материалом. Основными формами связи влаги с материалом следует считать: химическую, физико-химическую и физико-механическую.
Химически связанная влага настолько прочно соединена с материалом, что может быть удалена из него только при прокаливании. Обычно при сушке эту влагу не удаляют.
К физико-химической форме связи влаги относят адсорбированную влагу. Влага адсорбции (связывания) содержится в зерне в сравнительно небольших количествах, но тесно связана с веществом зерна и удаляется при значительном и длительном нагревании. К физико-химической форме связи влаги с веществом зерна относят также осмотически связанную влагу или структурную влагу. Эта форма связи характеризует вторую стадию набухания тела. Количество этой влаги обычно во много раз превышает количество адсорбированной влаги, и при сушке она удаляется легче, чем адсорбированная влага.
Наиболее просто при сушке удаляется физико-механическая или так называемая капиллярная, влага, т. е. влага микро- и макрокапилляров, а также влага смачивания (поверхностная), удаляемая в первую очередь.
Таким образом, характер процесса сушки даже для одного и того же зерна в разные периоды будет различным.
Скорость перемещения влаги в зерне пропорциональна градиенту .(перепаду) влажности; это явление называют влаго-проводностыо. В работах академика АН БССР А. В. Лыкова показано, что перепад температур в зерне также вызывает перемещение влаги из нагретых участков к холодным (явление термодиффузии).
Поток, обусловленный влагопроводносгью, более интенсивен, чем поток, вызванный термодиффузией. Влага при сушке перемещается в направлении меньшего влагосодержания, т. е. из зерна к его поверхности. При этом термо-влагопроводность оказывает лишь некоторое тормозящее влияние на перемещение влаги. Только при высоком температурном градиенте и малом градиенте влагопроводности поток, вызванный термо-влагопроводностью, может быть интенсивнее потока, обусловленного влагопроводностью. Тогда влага будет перемещаться от поверхности внутрь зерна.
Тормозящего действия термо-влагопроводности можно избежать, создав условия «изотермической» сушки, когда температура зерна в процессе сушки не изменяется, и даже использовать его при создании условий для охлаждения поверхности зерна (при так называемых осциллирующих режимах).
..........................................................................................................................
  |