CC BY
0Процессы и машины агроинженерных систем
УДК 631.563.2 Код ВАК 4.3.1
КИНЕТИКА СУШКИ ЯЧМЕНЯ ПРИ ВАКУУМНОЙ СУШКЕ С ОБОСНОВАНИЕМ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
Л.К. Кибирев1*, Ю.В. Панков1, М.Л. Юсупов1 1ФГБОУ ВО Уральский ГАУ, Екатеринбург, Россия *E-mail: leonid.kibirev@bk.ru
Аннотация: в ходе исследования процессов вакуумной сушки были рассмотрены различные формы связи влаги внутри зерна, а также изучены эффекты вакуума на процессы сушки ячменя. Для изгнания из зерновых культур избыточной влаги при обычном тепловом воздействии требуется значительный расход энергии, так как это вызывает прогревание зерен и диффузионный выпаривание влаги в атмосферу из сердцевины зерна. При использовании вакуума в агрегате для высушивания ячменя, скорость перемещения воды к поверхности и воздуху облегчает процедуру отделения жидкости, что уменьшает расходы на процесс высушивания. На сегодняшний день, методика удаления влаги путем создания вакуума нашла широкое распространение в области производства продуктов питания. Уменьшение влажности зерна приводит к снижению функциональной активности неблагоприятных для продукции микроорганизмов. Возможность предотвратить травму зерна при удалении их полностью не всегда имеется, но в некоторых случаях можно использовать термическое уничтожение вредителей.
Ключевые слова: кинетика, сушка ячменя, вакуумная среда, диффузия, параметры сушки.
KINETICS OF BARLEY DRYING DURING VACUUM DRYING WITH JUSTIFICATION OF
TECHNOLOGICAL PARAMETERS L.K. Kibirev1*, Yu.V. Pankov1, M.L. Yusupov1 1Ural State University, Yekaterinburg, Russia *E-mail: leonid.kibirev@bk.ru
Abstract: during the study of vacuum drying processes, various forms of moisture bonding inside the grain were considered, and the effects of vacuum on barley drying processes were studied. In order to expel excess moisture from grain crops under normal thermal exposure, significant energy consumption is required, since this causes the grains to warm up and diffusive evaporation of moisture into the atmosphere from the grain core. When using a vacuum in the unit for drying cereals, the speed of movement of water to the surface and air facilitates the procedure for separating the liquid, which reduces the cost of the drying process. To date, the technique of removing moisture by creating a vacuum has found wide application in the field of food production. A decrease in grain moisture leads to a decrease in the functional activity of microorganisms unfavorable for production. It is not always possible to prevent injury to the grain when removing them completely, but in some cases, thermal pest destruction can be used.
Keywords: kinetics, barley drying, vacuum medium, diffusion, drying parameters.
Введение (Introduction).
Особенностью процесса высушивания является одинаковое распределение зерна по уровню зрелости и показателям влажности. После выполнения эффективной высушки (например, влажного ячменя) ускоряется процесс его зрелости. После процесса обезвоживания, зерновая культура, предназначенная для длительного хранения, также подвергается процессу созревания, что способствует повышению ее коммерческой ценности [1-4].
Процедура обработки зерновых продуктов приводит к изменению их сорта и свойств.
Высушивание зерна - это, фактически, процедура сохранения продукта. В семенном материале снижается содержание влаги, что приводит к уменьшению активности зерен после обработки, но они продолжают осуществлять процесс дыхания [8].
Цели данного исследования заключаются в следующем: Совершить оценку процессов выведения влаги из зерен в условиях вакуумного окружения.
Произвести сопоставление полученного вывода с уже имеющимися методами по обезвоживанию семян и обнаружить методы ускорения процессов обезвоживания зерна.
Необходимо создать опытное оборудование для сушки зерна в условиях вакуума с использованием объемного нагрева.
Методология и методы исследования (Methods).
В исследовании применялся метод взвешивания. Суть метода заключается в регулярном взвешивании образцов ячменя в течение процесса сушки. Вес ячменя уменьшается по мере удаления влаги из зерен. Измерения веса выполняются с определенными интервалами времени, и результаты используются для построения графика изменения массы ячменя со временем. Этот график может быть аппроксимирован с помощью кинетических моделей для определения скорости сушки.
Результаты и обсуждение (Results).
Влажность из сырого материала перемещается к границе фаз благодаря массообмену, а из границы фаз в центр газового потока благодаря конвективной диффузии. Транспорт воды происходит в веществе не только из-за разницы в содержании влаги в материале, но и под воздействием разницы в температуре [5-7].
Для определения скорости высыхания методом опыта получают кривую высыхания, а далее, дифференцируя ее, получают кривую скорости высыхания. При сохранении постоянного давления, р = Const, массовый поток воды "i" в материалах с капиллярно-пористой структурой происходит одновременно в соответствии с формулой, которая учитывает градиент влагосодержания и градиент температуры. Плотность материала, полностью лишенного влаги, является характеристикой его состояния.
i = dW/dt = ± Ьгв (x/l) + dt (1)
Где к - коэффициент проводимости массы, м2/ч.
x - содержание влаги в веществе, измеряемое в килограммах на килограмм абсолютно сухого материала.
! - перпендикуляр к изолинии одинаковой концентрации вещества, м. d - коэффициент термовлагопроводности; t - термометрическая величина, °С; W - количество испарённой жидкости.
Уравнения массопередачи могут выразить кинетический закон первого периода сушки на кривой кинетики.
W = Ь^(хнас - х)Ч (2)
F, обозначает размер поверхности взаимодействия фаз, выраженный в квадратных метрах. Ь - эмпирический коэффициент.
Таблица. 1. Изменение параметров при вакуумной сушке ячменя
t - время сушки, мин 0,00 20,00 40,00 60,00 80,00 100,00
G- масса гороха; г 130,23 125,30 121,80 119,00 116,90 115,01
dG - изменение веса. 0,00 4,93 3,50 2,80 2,10 1,89
Один из ключевых технологических параметров сушки - интенсивность, которая определяет скорость высыхания. Количество удаляемой влаги в единицу времени с единицы поверхности высушиваемого материала определяет скорость испарения влаги из материала, выраженную в килограммах на квадратный метр в секунду.
С. г
135 130 125 120 115 110 105
ас
20
40
60
80
100
1 мин
Рис 1. - График кинетики сушки ячменя
Выводы (Results).
Опыт показал, что при давлении 0,5 МПа, устраняется избыток влаги из зерна. Диаграммы, отражающие изменение массы зерен пшеницы в результате удаления воды при температуре окружающего воздуха 30 градусов результате проведенных экспериментов (Рис. 1). Из графика можно сделать вывод о том, что при периодическом вакуумировании, влага заключенная внутри зерна перемещается по капиллярам к оболочке. В результате просматривается кинетика сушки. Полученные данные занесены в таблицу 1. Абсолютная масса ячменя изменилась на 11,68%.
Библиографический список:
1. Исследование и анализ условий процесса объемно-вакуумной сушки зерна / Ю. В. Панков, А. А. Садов, Л. А. Новопашин [и др.] // Известия Международной академии аграрного образования. -2022. - № 63. - С. 43-46. - EDN JJNRDF.
2. Шевченко, И. В. Вакуумная сушка агрозерна / И. В. Шевченко, Ю. В. Панков, Л. К. Кибирев // Обзор тенденций в агропромышленном комплексе : сборник статей конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Тенденции в АПК», Екатеринбург, 24 октября 2022 года. -Екатеринбург: Уральский государственный аграрный университет, 2022. - С. 59. - EDN EGOQBD.
3. С.И. Савосин, В.В. Солдатов. Выбор методов для автоматизированного контроля влажности сельскохозяйственных объектов/ Вестник РГАЗУ. - 2014. С.15 - 16.
4. С.И. Савосин, В.В. Солдатов. Автоматизация контроля влажности зерна при его хранении. Вестник ФГОУ ВПО МГАУ. - №3. - 2008. С. 28 - 30.
5. И.С. Ремпен, Е.Н. Егоров, А.Н. Савин, В.И. Пономоренко. Операционные усилители. Часть 2. Некоторые функциональные схемы: учебнометодичческое пособие. Саратов, 2011. - 14 с.
6. Казаков Е.Д., Карпиленко Г.П. Биохимия зерна и хлебоподуктов К-14 (3-е переработанное и дополненное издание) - СПб. ГИОРД, 2005.-512 с. ISBN 5-901065-82-4
7. Волков В. А. Коллоидная химия. Поверхностные явления и дисперсные системы. — 2-е изд., испр. — СПб.: Лань, 2015. — 660 с. — (Учебники для вузов. Специальная литература). — ISBN 978-5-8114-1819-0
8. Кругляков П. М., Хаскова Т. Н. Физическая и коллоидная химия. — 3-е изд., испр. — М.: Высшая школа, 2010. — 320 с. — ISBN 978-5-06-006227-4.
Refere^es:
1. Research and analysis of the conditions of the process of volumetric vacuum drying of grain / Yu. V. Pankov, A. A. Sedov, L. A. Novopashin [et al.] // Proceedings of the International Academy of Agrarian Education. - 2022. - No. 63. - pp. 43-46. - EDN JJNRDF.
2. Shevchenko, I. V. Vacuum drying of agricultural grain / I. V. Shevchenko, Yu. V. Pankov, L. K. Kibirev // Review of trends in the agro-industrial complex : collection of articles of the conference of students,
postgraduates and young scientists "Trends in agriculture", Yekaterinburg, October 24, 2022. -Yekaterinburg: Ural State Agrarian University, 2022. - p. 59. - EDN EGOQBD.
3. S.I. Savosin, V.V. Soldatov. Selection of methods for automated moisture control of agricultural facilities/ Bulletin of RGAZU. - 2014. pp.15-16.
4. S.I. Savosin, V.V. Soldatov. Automation of grain moisture control during its storage. Bulletin of the FGOU VPO MGAU. - No. 3. - 2008. pp. 28-30.
5. I.S. Rempen, E.N. Egorov, A.N. Savin, V.I. Ponomorenko. Operational amplifiers. Part 2. Some functional schemes: textbook manual. Saratov, 2011. - 14 p.
6. Kazakov E.D., Karpilenko G.P. Biochemistry of grain and bread products K-14 (3rd revised and expanded edition) - St. Petersburg. GIORD, 2005.-512 p. ISBN 5-901065-82-4
7. Volkov V. A. Colloidal chemistry. Surface phenomena and dispersed systems. — 2nd ed., ispr. — St. Petersburg: Lan, 2015. — 660 p. — (Textbooks for universities. Special literature). — ISBN 978-5-81141819-0
8. Kruglyakov P. M., Haskova T. N. Physical and colloidal chemistry. - 3rd ed., ispr. — M.: Higher School, 2010. — 320 p. — ISBN 978-5-06-006227-4.
