Моделирование процесса отволаживания зерна Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

664.7.001.57

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ОТВОЛАЖИВАНИЯ ЗЕРНА

МЛ. АСМАЕВ, Ю.Ф. МАРКОВ, А.Б. БОРОВСКИЙ.

СА. ПОДГОРНЫЙ

Кубанский государственный технологический университет

Увлажнение с последующим отволаживанием (холодное кондиционирование) - важнейшие технологические приемы подготовки зерна к помолу. При увлажнении на 1,5-2% обычно ставится задача довести содержание влаги в зерне до определенного заданного •ровня, а затем отволаживанием в бункерах распределить ее равномерно по объему зерновок, несколько гшрыхлить эндосперм и выравнять технологические свойства отдельных компонентов смеси. Кондициони-гование делает оболочки зерна эластичными и прочными, в результате они меньше измельчаются, легче и полнее отделяются от эндосперма.

Оценку процесса кондиционирования проводить г чень сложно. Экспериментально-статистические модели, связывающие качество продуктов помола с параметрами проведения процессов подготовки зерна [1], пригодны для статической оптимизации режимов, но не пригодны для построения системы управления.

В настоящей работе предлагается модель, которая ; читывает динамику температуры, влажности зерна, гигротермических параметров воздуха межзернового пространства и геометрию емкости, в которой отволаживается зерно. Предлагаемая модель включает в себя равнения сохранения энергии, влагопереноса, а также равнения движения воздуха в межзёрновом про-лранстве.

С помощью этой модели возможно как наиболее иекватное обоснование режимов гидротермической 5работки зерна перед помолом с учетом неоднородности и изменения во времени режимных параметров температуры, влажности), так и моделирование динамики подлежащих контролю показателей состояния зерновой массы с' целью обоснования рациональной : чстемы управления процессом.

Пренебрегая распределением температуры и влаж-эсти внутри отдельных зерен вследствие их малого газмера и изменением температуры воздуха при изменении давления, теплоперенос в воздухе и плотном ;лое зерна опишем уравнениями Лыкова [2]

ера^а ~Т^Та +д+ (1)

+аа0(\-е)(Т!-Та) + сгт(Т'-ТаУ,

{\-г)р$с^ = (\-г)Х^2Т!-кут+ (2)

+аа0(1-е)(7;-7;),

где в - порозность массы зерна; р - удельная плотность, кг • м ~3; с -удельная теплоемкость, Дж- кг“1- К-1; Т- температура, °С; X- теплопроводность, Вт ■ м“1 ■ К*1; V - скорость движения воздуха в меж-зерновом пространстве, усредненная по сечению, м • с'1; - объем-

ное тепловыделение, Вт.- м'3; а - коэффициент теплоотдачи от зерна к воздуху, Вт ■ м-2; а0 - относительная площадь одного зерна, м_|; т - скорость испарения влаги из зерна, кг • м"3 -с-1; /-время, с; ку—удельная теплота парообразования воды;индексы:£-зерно,а-воздух межзернового пространству у - парообразная влага в меж-зерновом пространстве, 0 - значение в начальный момент времени.

Выражение аа0 (1-е)(7^ -Га) описывает теплообмен зерна с воздухом по закону Ньютона, - перенос тепла, связанный с движением воздуха, а0 (1-8)-удельная поверхность зерен, -сгт(Т5 -Г„)- тепло, отдаваемое на нагрев испарившейся из зерна воды до температуры воздуха.

Скорость испарения влаги из зерна

ю = -(1-е)р, (3)

где и>5- влагосодержание зерна, кг • кг-1.

В расчетах принято, что на границе температуры как зерна, так и воздуха, могут изменяться начальные условия для (1) и (2) - температура в любой точке внутри равна температуре границы Т0.

Учитывая, что перенос влаги внутри зернового слоя идет в основном путем ее испарения, переносом с потоком воздуха и сорбции/десорбции, а перенос путем диффузии между зернами пренебрежительно мал [3], закон сохранения массы для влаги в воздухе представим в виде

е - еЦУ 2ру - V Ур„ + + да, (4)

5?

где £> - коэффициент диффузии, й - мощность источника влаги,

кг - м~3 ■ с“1.

Граничные условия — изоляция для участков у стенки емкости и равенство р„ концентрации влаги в окружающей среде для участков, непосредственно контактирующих с ней. Начальные условия — концентрации паров воды равны атмосферным.

Движение воздуха в межзерновом пространстве оказывает такое же решающее воздействие на состояния зерновой массы, как и ее влажность или температура. Так как скорость потока воздуха будет на много порядков меньше скорости звука в воздухе, то движение воздуха следует описывать уравнениями для несжимаемой среды. Таким образом, уравнение неразрывности имеет вид

Уу=0.

Я.

(УР + Рь?\

где Я - универсальная газовая постоянная, Я = 8,31 Дж • моль'1 • При свободной конвекции [5]

^=-Р {Та-Т„)8,

дм^

д(

= /, О-

(П)

Процессы увлажнения происходят во влажном зерне, т. е. когда в зерне есть свободная влага, которая легко перемещается. Следовательно, отпадает необходимость учитывать различные виды связи влаги с зерном [3] и можно описать процесс установления равновесной влажности упрощенной зависимостью

и' -м.

(12)

постоянная времени выорана т«, = г ч.

Равновесная влажность зерна в зависимости от относительной влажности и температуры воздуха [4, 6]

= 0,0088(4,0 -0,0357^ +

(6)

(7)

гдер6,Г,, - плотность и температура воздуха в некоторой точке, выбранной за точку отсчета.

В [5] приведена формула для расчета коэффициента сопротивления слоя движению воздуха

(8)

где К - константа Козени-Кармана, теоретическое значение К - 4,5.

Считая Яр не зависящим от координат:

о=упр-у(доД7;-7;)). (9)

Так как из (9) Р определяется с точностью до константы, то для замкнутой емкости в какой-либо одной точке, а для открытой - на всей поверхности контакта с атмосферой необходимо задать

Р = 0. г" (10)

Кинетика сорбции влаги зерном задается выражением

(13)

(5)

Даже при самом интенсивном теплообмене рост температуры довольно медленный - не более чем 2°С/ч, поэтому правомерно считать, что течение газа внутри емкости мгновенно подстраивается к изменениям температуры, т. е. для небольших промежутков времени оно стационарное.

При вязком течении газа сквозь насыпь зерна [4, 5] справедлив закон Дарси

+ (19.7-0.0757; ХМ(Г(Г-о).

Относительная влажность воздуха (р вычислялась по [6]:

ехр С-6800 (7' + 273) Л ф=^-;Л,=6-ю»--А..................11,{щ

(Га+273)

. РЛ

р.

(Та +273),

где - парциальное давление паров воды, Раш - атмосферное давление.

Гистерезис сорбции и конденсация влаги в предлагаемой математической модели не учитываются, поэтому расчеты будут адекватны, если на всем их протяжении ф < 1..

Зависимость N11 (Ле) в рассматриваемых условиях

позволила оценить коэффициент теплообмена между

зерном и воздухом: а » 5.

Свойства зерна описывались по зависимостям [4]

.лоъс- -л ; л ~ 0.28+ 0,0045 и’ ,,: -V.., - ■ 1 -

' '' Р.,- = 1388-3,2^,,;

\ =0,10+ 0,0005(р, -690);

^ 1Г, с, = 1 520 + 2 1,8 0 .

Так как избыточное давление Р при естественной конвекции и обычных режимах вентилирования на много порядков меньше атмосферного, то все характеристики воздуха межзернового пространства рассчитывались для давления в 1 атм (6). Г;’ г; : --

'Т„+21У'°Л

ц ,--2.5007-10

298

£>0 =1,78-10"

1, 273;

су = 1954 Дж-кг“1 -К4; са = Ю18Дж-кг~‘ -К“1;

-:о

= 1.2-

293

-кг-м

-3 .

5»>Т№'“ г'ТГД?*’-

273 + 7;

Ха = 0,02368117+ 0,69833 • 1СГ4 .

Динамическая вязкость воздуха считалась константой =1,91-10“5 Па ■ с.

ЛИТЕРАТУРА

1. Остапчук Н.В. Математическое моделирование технологических процессов хранения и переработки зерна. - М.: Колос, 1977.-209 с.

2. Лыков A.B., Михайлов Ю.А. Теория тепло- и массопе-хноса. - М.: Энергоатомиздат, 1965.-427 с.

3. Влага в зерне / A.C. Гинзбург и др. - М.: Колос, 1969. -

205 с.

4. Мельник Б.Е., Малин Н.И. Справочник по сушке и активному вентилированию зерна. - М.: Колос, 1980. - 175 с.

5. Аэров М.Е., Тодес О.М. Гидравлические и тепловые основы операций в аппаратах с неподвижным и кипящим слоем гранулированных материалов. - Л.: Химия, 1968. - 304 с.

6. Гинзбург A.C., Савина И.М. Массовлагообменные характеристики пищевых продуктов. - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1982. - 280 с.

Кафедра автоматизации производственных процессов

Поступила 29.06.04 г.

637.512.7.002.612

ОЦЕНКА КА ЧЕСТВА МЯСА ПО МОНИТОРИНГУ СОДЕРЖАНИЯ В НЕМ ЛЕТУЧИХ КАРБОНОВЫХ КИСЛОТ

ИЛ. МАРЮХИНА, Л.И. ПИЛЬ, З.А. ТЕМЕРДАШЕВ,

O.E. РУВИНСКИЙ

У.’'/бонский государственный университет

У.убанский государственный технологический университет

Одним из химических показателей свежести мяса является содержание летучих карбоновых кислот ЛКК) [1-4]. Летучие карбоновые кислоты - продукты эаспада белков, липидов, поэтому они характеризуют процессы, происходящие в мышечной ткани мяса при хранении. Накопление ЛКК в мясе приводит к разного рода пищевым отравлениям.

Анализ литературных данных [1,3] позволяет сделать вывод, что в парном мясе в количественном отношении преобладают муравьиная и уксусная кислоты. С увеличением срока хранения соотношение между низко- и высококипящими компонентами меняется: количество муравьиной и уксусной кислот уменьшается, а пропионовой, изомасляной и других высококипя-щих кислот увеличивается. Одновременно заметно возрастает общее количество ЛКК. Таким образом, содержание указанных кислот может характеризовать свежесть мяса и, следовательно, его пригодность к потреблению.

Для определения содержания ЛКК используются различные методы [5, 6], каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Наиболее современ--ыми являются хроматографические методы анализа, сочетающие в себе высокую точность определения, кспрессность и низкий предел обнаружения. Однако хроматографические методы предназначены для коли-ественного определения индивидуальных компонентов. - -

Титриметрические методы анализа позволяют находить суммарное содержание ЛКК, однако сложность визуальной оценки точки эквивалентности по изменению окраски индикатора не позволяет с высокой точностью проводить их определение.

Цель данного исследования - разработка методики определения содержания ЛКК в мясе методом косвен-

ной редокс-потенциометрии без проведения титрования.

Известной школой Рувинского O.E. [7] разработан косвенный редокс-потенциометрический метод йодат-метрического определения титруемой кислотности вин и виноматериалов. Достоинством этого метода является экспрессность, доступность оборудования и возможность автоматизации процесса.

При добавлении избытка I ~ к раствору Ю3~ в кислой среде протекает окислительно-восстановительная реакция [8]

Юз" + 8 Г+ 6 Н+ <-> 3 Lf + 3 Н20.

Количество выделившегося йода эквивалентно прореагировавшей части добавленной кислоты, а линейный характер зависимости аналитического сигнала Е от концентрации 13 может быть использован для количественного определения.

Предварительно были изучены зависимости Е (1373Г) от рС для уксусной, пропионовой, изомасляной, валериановой, изовалериановой и муравьиной кислот. Для этого к указанной системе реагентов добавляли от 0,1 до 4 см3 стандартизированных растворов кислот. Значения постоянных а и b в уравнении регрессии у = а + Ьх представлены в табл. 1.

Таблица 1

Кислота

а + Да

b + Ай

Уксусная

Пропионовая

Изомасляная

Валериановая

Изовалериановая

Муравьиная

0,3966 ± 0,0041 0,3969 ±0,0034 0,3930 ± 0,0049 0,3992 ± 0,0058 0,3908 ± 0,0036 0,3943 ± 0,0039

-0,0321 ± 0,0012 -0,0322 ±0,0014 -0,0313 ±0,0014 -0,0333 ±0,0017 -0,0312 ±0,0014 -0,0315 ±0,001

количество выделившегося йода практически одинаково для всех исследуемых кислот и поэтому отклик аналитического сигнала можно использовать для количественного определения летучих кислот.