РАЗДЕЛ 2
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА СУШКИ ЗЕРНА В
ПСЕВДООЖИЖЕННОМ СЛОЕ С ПРЕРЫВИСТОЙ ПОДАЧЕЙ ТЕПЛОНОСИТЕЛЯ
2.1. Обоснование и разработка конструктивно-технологической схемы зерносушилки
с псевдоожиженным слоем с прерывистой подачей теплоносителя
Одним из прогрессивных способов сушки является обезвоживание сыпучих пищевых
продуктов в разрыхленном состоянии. Разрыхление слоя может быть достигнуто за
счет аэродинамического воздействия на слой высушиваемого продукта, а также
воздействием на него механических колебаний поддона. При таком состоянии слоя
высушиваемого продукта тепловой обработке подвергается как слой, так и каждое
отдельное взятое зерно. Этот способ сушки позволяет значительно
интенсифицировать процесс, а также обеспечивает высокое качество высушиваемого
материала [23, 61, 93-95].
Преимущества сушки сыпучих материалов в разрыхленном состоянии отражены в
работах И.М. Федорова, П.Г. Романкова, С.С. Забродского,
А.С. Гинзбурга, В.А. Резчикова, В.А. Шеймана и многих других исследователей.
Как показали исследования Н.И. Малина [23, с. 174], в которых сравнивалась
эффективность использования теплоты на нагрев зерна при различных состояниях
слоя по показателю, характеризующего отношение величины удельной теплоемкости
нагретого зерна к величине удельных затрат теплоты на нагрев зерна, наилучший
(с минимальными затратами теплоты) способ нагрева зерна является кипящий слой и
составляет 0,26 кДж/(кг•К). Причем с ростом температуры агента сушки этот
показатель оставался на одном уровне. Это объясняется тем, что в кипящем слое
доля теплоты, затрачиваемая на испарение влаги, остается примерно постоянной в
течение всего процесса сушки для каждого исходного значения влажности зерна и
доли теплоты, затрачиваемые как на нагрев, так и на обезвоживание зерна,
практически не зависят от температуры агента сушки (выделяется режим при
температуре агента сушки 60 єС, для которого показатель эффективности
использования теплоты имеет максимальное значение, равное 0,273 кДж/(кг•К)).
Сушилки с взвешенным слоем являются типичными представителями аппаратов с
конвективным подводом тепла к обрабатываемому материалу и характеризуются
наиболее высоким съемом теплоты и массы с единицы рабочего объема и процесс
переноса теплоты и влаги складывается из следующих стадий
[11, с. 323; 86, с. 93; 96, с. 143; 97, с. 126; 98, с. 93; 99, с. 454; 100, с.
245]: перенос в газовой фазе, перенос на границе газ – частица, перенос внутри
частицы.
Скорость процесса переноса зависит от скорости каждой из этих стадий и в первую
очередь от наиболее медленной, так называемой лимитирующей стадии. В
зависимости от того, какая из стадий переноса является лимитирующей, при
расчете процесса сушки приходится решать одну из следующих задач: внутреннюю,
внешнюю или сопряженную.
Конвективная сушка различных материалов, в том числе и зерна, представляет
собой целый комплекс явлений, протекающих во взаимосвязи. К этим явлениям
относятся [98, с. 93]:
- перенос тепла от агента сушки к поверхности материала;
- перенос тепла внутри материала;
- испарение влаги (с поверхности и в зоне испарения внутри материала);
- перенос влаги с поверхности материала в окружающую среду;
- перенос влаги (в виде жидкости и в виде пара) внутри материала.
В процессе сушки (неизотермический перенос) влага перемещается не только под
воздействием градиента влажности, но и благодаря градиенту температуры (явление
термовлагопроводности). Это явление обнаружено и экспериментально доказано А.В.
Лыковым [88, 89]. В коллоидных капиллярнопористых телах происходит вследствие:
молекулярной термодиффузии влаги (главным образом в виде пара), вызванной
разной скоростью молекул нагретых и холодных слоев материала; нагрева
защемленного воздуха; молярного переноса жидкости, вызванного силами
капиллярного всасывания, зависящие от поверхностного натяжения, которое
уменьшается с повышением температуры, что вынуждает влагу перемещаться от
нагретых слоев к более холодным.
Таким образом, явление термовлагопроводности вызывает перемещение влаги по
направлению потока тепла (обратный направлению потока, вызванного градиентом
влагосодержания).
Механизм переноса влаги во влажных коллоидных каппиллярнопористых материалах
очень сложен и определяется формой ее связи с твердым скелетом тела, структурой
тела и термодинамическими условиями взаимодействия его с окружающей средой. В
зависимости от этих факторов перенос может быть молекулярным (диффузия пара и
жидкости, эффузия паровоздушной смеси) и молярным (фильтрационный перенос
жидкости). [98, с. 105]
В зерне преобладает диффузионно-молекулярный перенос пара: при большей
влажности материала влага частично перемещается в виде жидкости (до зоны
испарения) и частично в виде пара (от зоны испарения наружу), причем зона
испарения находится вблизи поверхности материала (характерно для
микрокапилляров). Скорость диффузионного переноса пара не зависит от размеров
капилляра. Она растет с увеличением температуры материала и с понижением
давления воздуха в окружающей среде.
Внутренний тепломассоперенос в капиллярнопористых влажных материалах может
быть описан системой дифференциальных уравнений второго порядка, в основу
которых положены градиентные законы переноса теплоты, влаги и избыточного
давления, возникающего вследствие испарения влаги внутри капиллярнопористой
структуры материала [23, с. 144]. Внешний тепломассоперенос от поверхности
влажного материала в поток сушильного агента определяется в основном
гидродинамической обстановкой вблизи поверхности влажного тела. Сложности
совместного анализа уравнений вну
- Київ+380960830922