7. Анализ технологического процесса сушки сельскохозяйственных материалов
7.1. Характеристика свежеубранного зерна
Средняя влажность зерна в период уборки зависит в основном от метеорологических условий и может колебаться в широких пределах ‑ от 13 до 35%.
Подвергаемое сушке зерно представляет собой живой организм, интенсивность биохимических процессов в котором значительно зависит от влажности. Так, если влажность семян пшеницы 14,1%, то каждые 100 г ее сухого вещества выделяют за сутки 0,27 см3 углекислоты. При влажности 17,6% количество углекислоты возрастает до 5,18 см3, а при влажности 21,2% до 13,04 .см3. Иными словами, при изменении влажности всего на 7% количество углекислоты увеличивается в 50 раз.
При достаточном количестве воздуха образование одного грамма углекислоты сопровождается выделением 62,8 Дж тепла, а без притока воздуха - до 117,6Дж. Это явление становится причиной самосогревания зерновой массы.
Самосогревание может возникнуть и из-за значительной неравномерности распределения влаги зерна в период уборки. Так, по данным ВНИИЗ, при средней влажности W=22% более 20% семян имеют W>25% [1]. В работах некоторых авторов приводятся и более значительные отклонения влажности отдельных зерен от среднего значения для всей зерновой массы. Даже в пробах зерна, где W=15%, обнаруживаются семена с влажностью как 10...12%, так и 40...50% (зерна молочной спелости). Более равномерную влажность имеют семена, убранные раздельным способом.
В первой стадии самосогревания температура зерна повышается до 24... 30° С, незначительно изменяется сыпучесть. Не чувствуются еще отпотевание и посторонние запахи.
Во второй стадии температура повышается до 34...38° С, снижается сыпучесть (особенно овса и ячменя), заметно отпотевание семян, ощущается легкий запах солода и печеного хлеба. Зерно темнеет.
В третьей стадии температура повышается до 50° С и выше, сыпучесть снижается (особенно овса и ячменя), заметно отпотевание семян, ощущается затхлый, гнилостный запах, семена покрываются плесенью.
Самосогревание зерна является основной причиной снижения его всхожести и энергии прорастания.
7.2. Зерно как объект сушки
7.2.1. Влажность зерна и формы связи влаги с семенами
Влажность материала в период сушки принято выражать двумя величинами. Одну из них называют относительной, а другую ‑ абсолютной влажностью.
Относительная влажность представляет собой отношение массы воды, содержащейся в материале, к общей массе влажного материала (в процентах), т. е.
%, (1)
где Gвл ‑ масса воды;
G = Gвл + Gcyx ‑ масса влажного материала.
Абсолютная влажность представляет собой отношение массы влаги к массе сухого материала, т. е.
.
(2)
Gсух ‑ масса сухого вещества.
Абсолютная и относительная влажность взаимосвязаны и могут быть выражены одна через другую.
Так, из уравнения (1) следует, что
.
Поскольку
,
или
,
то
.
Если это значение подставить в уравнение (2), то можно получить
.
Таким образом,
.
(3)
Непосредственно из уравнения (1) следует:
.
Разделив числитель и знаменатель дроби на Gcyх и умножив результаты на 100, можно получить:
,
или окончательно
.
(4)
Для характеристики состояния веществ в теории сушки используют и такую величину, как влагосодержание. Под влагосодержанием материала понимают массу воды, содержащейся в зерне, отнесенную к массе сухого вещества, т. е.
.
Нетрудно убедиться, что
.