Изменение характеристик внутреннего влагопереноса во времени

14.07.2015

Фактор времени при гидротермической обработке оказывает большое влияние на все процессы, происходящие в зерне. Перенос влаги внутри зерна, гидратация его веществ сопровождаются изменением их свойств: теплофизических, структурно-механических, биохимических и др. Одновременно с этим непрерывно изменяется энергия связи влаги с веществами зерна, а также термодинамические параметры. Развивается набухание биополимеров зерна, изменяется конформация их молекул, степень кристалличности белков и углеводов, причем направление этих процессов в разные периоды может быть диаметрально противоположным.
He меньшее значение имеет изменение во времени граничных условий, в частности снижение интенсивности поступления воды из оболочек в эндосперм.
Все это, вместе взятое, и определяет зависимость характера внутреннего переноса влаги в зерне, а следовательно, и коэффициента диффузии влаги от продолжительности процесса гидротермической обработки.
Временная зависимость коэффициента диффузии влаги аm обнаружена и в работе, в которой получено, что значения этого коэффициента для начала процесса иммерсии и средние по процессу существенно различаются, а с течением времени уменьшается величина коэффициента диффузии влаги.
Такая зависимость коэффициента аm непосредственно следует из математического аппарата, использованного в этой работе. Так, из соотношения

Изменение характеристик внутреннего влагопереноса во времени

т. е. с течением времени (т2>т1) значение коэффициента am должно уменьшаться (аm2<аm1). Фактически такая зависимость должна быть получена и в остальных работах иностранных авторов, но этим они неоправданно пренебрегают.
Проведенная обработка данных Pyxa и Заурера по распределению влаги в анатомических частях зерна позволила выявить эту зависимость для исследованного авторами сорбционного увлажнения (рис. 72). При поглощении паров воды из атмосферы внутренний перенос влаги протекает так, что величина коэффициента диффузии влаги постепенно уменьшается, характеризуя затухание процесса. На участке от 4 до 10 ч величина am=const.
Изменение характеристик внутреннего влагопереноса во времени
Изменение характеристик внутреннего влагопереноса во времени

Зависимость коэффициента аm от продолжительности процесса четко выявлена и на рисунке 73. Перенос влаги в зерне происходит с переменной интенсивностью независимо от направления переноса. Хорошо выявляются два основных периода; вначале кривая резко снижается, затем на некотором протяжении идет почти параллельно оси времени.
Переменная интенсивность процесса внутреннего влагопереноса имеет практическое значение. Именно этим объясняется высокая эффективность процесса сушки зерна в пневмогазовой сушилке конструкции И.Л. Любошица, в которой предусмотрено чередование нагрева и отволаживания зерна. Благодаря этому влага из зерна удаляется в период максимальной величины am, что обеспечивает быстрое обезвоживание зерна и определенное снижение расхода энергии на этот процесс.
На рисунке 74 приведена зависимость критерия Kim от продолжительности процесса обезвоживания зерна пшеницы. Во всех случаях графики проходят через максимум. Это значит, что вначале сопротивление внутреннему переносу влаги возрастает, а после некоторого периода времени снижается. Предположительно, увеличение значения критерия Kim может быть связано с заглублением зоны испарения влаги, а уменьшение — с необратимыми изменениями структуры зерна, в частности с образованием в его эндосперме микротрещин.
Изменение характеристик внутреннего влагопереноса во времени

На рисунке 75 показано, как влияет на критерий Kim продолжительность процесса гидротермической обработки зерна при разных температурах. Непосредственно после увлажнения зерна критерий Kim имеет высокие значения, которые в течение некоторого времени сохраняются неизменными. Затем значения критерия Kim резко уменьшаются и, сохраняются на низком уровне или же медленно снижаются.
Этот характер изменения критерия Kim связан с механизмом проникания воды в зерно. Первоначальную задержку влаги в оболочках и алейроновом слое можно объяснить как высокое сопротивление внутреннему влагопереносу. Появление в теле эндосперма микротрещин через 0,5—1 ч после увлажнения дает возможность влаге быстро проникнуть на всю его глубину. Это и отражается на графиках в виде резкого снижения сопротивления внутреннему переносу влаги.
Значения критерия Kim уменьшаются с ростом температуры, что вполне естественно. При этом критические значения критерия Kim, т. е. в данном случае начальные, достаточно удовлетворительно укладываются на прямую, полученную при построении графика зависимости их от температуры. Безопасные с точки зрения растрескивания зерна значения критерия Kim, видимо, соответствуют стабильным участкам графиков и ниже критических значений в 4—10 раз; с повышением температуры это отношение возрастает. Зависимость этих безопасных значений критерия Kim от температуры в диапазоне температур 30—50° С прямолинейна.
Изменение характеристик внутреннего влагопереноса во времени

Зависимость критерия Лыкова Lu от продолжительности гидротермической обработки приведена на рисунке 76.
После некоторого периода времени, в течение которого значения критерия Lu уменьшаются, наступает период примерно постоянной величины критерия; этот характер изменения критерия Lu не зависит от режима гидротермической обработки.
Зависимость критериев Kim и Lu от безразмерного времени — массообменного критерия Fom показана выше.