Повышение эффективности технологий и технических средств активного вентилирования и сушки при послеуборочной обработке зерна, страница 14

Семенные оболочки защищают зародыш и эндосперм от вредных воздействий внешней среды. По химическому составу в них преобладает клетчатка, что придает им значительную механическую прочность [180]. У голозерных культур оболочки по массе составляют 5-10%, и оказывают существенное влияние на процесс сушки, создавая сопротивление переносу влаги из зерна за его пределы.

Эффективность сушки в значительной степени зависит от интенсивности процессов тепло- и массопереноса в зерновке и зерновом ворохе.

Теплоперенос неразрывно связан с изменением теплофизических свойств материала, основными характеристиками которых являются - удельная теплоемкость С, теплопроводность X и коэффициент температуропроводности а. Эти характеристики зависят от химического состава, физических и механических характеристик (плотности, скважности, влажности, температуры и др.) зернового материала.Удельная массовая теплоемкость См (Дж/(кг-°С)) характеризует теплоаккумулирующие свойства материала и определяет инерционность процессов нагрева и охлаждения. Для зерновок и зернового слоя она практически одинакова, так как масса воздуха в межзерновом пространстве слоя пренебрежимо мала по сравнению с массой зерна. В результате многочисленных исследований [104, 105, 106, 155, 289, 305, 327, 362] установлено, что удельная массовая теплоемкость СМ нелинейно повышается с увеличением влажности зерна и зависит от температуры.У сушилок (например, шахтного типа) объем камеры сушки постоянен, поэтому использование величины удельной массовой теплоемкости См не удобно. Зерно как коллоидное тело характеризуется при обезвоживании более интенсивным уменьшением объёма, чем массы [138]. По этой причине в одном и том же объёме камеры сушки при различной влажности зернового материала может содержаться различное по массе количество зерна.

Более удобно при оценке инерционности процессов нагрева зерна использовать величину удельной объемной теплоемкости Су (Дж/(м3-°С)), которая связана с См выражением

                                      Cv = p'3-CM.                                                           (1.2)

Из (1.2) следует, что объемная теплоемкость Су в отличие от массовой СМ зависит ещё от объемной плотности р'3 зернового слоя, которую определяют как отношение массы слоя к его объёму. Величина р'3 - весьма изменчивый показатель, зависящий от многих факторов (химического состава, влажности, температуры, пористости зерновок, формы и размеров зерновок, шероховатости их поверхности, способа укладки и др.). Для зерна одной культуры наибольшее влияние на р'3 оказывает его влажность и способ укладки.

Многочисленными исследованиями [104, 105, 131, 138, 163, 289] уставлено, что объемная плотность р'3 зернового слоя с увеличением влажности нелинейно уменьшается и зависит от температуры. Основными причинами этого являются меньшая плотность воды по сравнению с плотностью сухого вещества зерновок, сопровождение процесса увлажнения набуханием и увеличением шероховатости поверхности зерновок, что влечёт их менее компактную укладку.

Таким образом, анализ изменчивости составляющих уравнения (1.2) выявил, что с увеличением влажности возрастает удельная массовая теплоёмкость СМ зернового слоя, а его объемная плотность р'3 уменьшается. Это значительно усложняет характер изменения объемной теплоемкости Су зернового слоя в зависимости от влажности и делает прогноз возможных изменений в поведении основных переменных состояния процесса сушки трудно предсказуемым.

Следует отметить, что приведенные выше результаты исследований (объемной теплоемкости и плотности) получены для неподвижного зернового слоя. В источниках информации практически нет сведений о количественном изменении характеристик подвижного зернового слоя, а имеющиеся сведения [104, 155, 156, 305) носят характер качественных экспертных оценок.

В ряде сушилок (например, шахтных, колонковых, бункерных) применяют подвижный зерновой слой, причем скорость его перемещения является регулируемым параметром и меняется в широких пределах. Учитывая значительную зависимость объемной плотности, а, следовательно, и объёмной теплоемкости слоя от степени его разрыхления, можно предположить, что на указанные характеристики слоя будут существенно влиять влажность и скорость переме­щения зерна по камере сушки.

Объясняется это тем, что разрыхление подвижного слоя обусловлено си­лами трения между зерновками, которые зависят от шероховатости их поверхности и скорости перемещения по камере сушки. С увеличением скорости силы трения возрастают, что обусловливает большее разрыхление слоя. Возрастание влажности ведет к увеличению шероховатости зерновок и усиливает процесс разрыхления. Совокупное изменение влажности и скорости подвижного зернового слоя ведут к значительно большим колебаниям его плотности, чем неподвижного, что может вызвать изменение характера влияния влажности на объ­емную теплоемкость слоя зерна.

Таким образом, анализ литературных источников не позволил сделать определенных выводов о закономерностях изменения объемной теплоемкости подвижного зернового слоя в камере сушки, из чего вытекает необходимость продолжения их исследования.

Теплопроводность  λ (Вт/(м-°С)) характеризует способность материала переносить теплоту от более нагретых частей к менее нагретым. Для конвективной сушки определяющее значение имеет не теплопроводность зерновой массы, а теплопроводность зерновки, характеризующая скорость передачи теплоты от нагретой поверхности зерновки к её внутренним частям. У зерна низкая теплопроводность, её значение зависит от структуры и плотности зерновки. По данным (72, 104, 131] с уменьшением влажности теплопроводность зерновок понижается, что связано с тем, что при сушке в поры материала вместо воды поступает воздух, теплопроводность которого меньше теплопроводности воды.

Таким образом, в процессе обезвоживания из-за снижения теплопроводности значительно ухудшаются условия передачи теплоты от поверхности зерновок к их внутренним частям. Такая закономерность обусловливает худшую отработку теплоносителя в нижних зонах камеры сушки и является технологическим обоснованием необходимости осуществления его рециркуляции.