Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Способы получения специальных сортов солода и обзор известных конструкций аппаратов по производству специальных сортов солода 11
1.1. Способы получения специальных сортов солода 11
1.2. Оценка качества солода при обжаривании 15
1.3. Существующее технологическое оборудование для обжаривания солода 16
1.4. Новые направления в развитии техники для процесса обжаривания солода 24
1.5. Постановка задач исследования 25
1.6. Выводы по главе 1 27
Глава 2. Разработка аппарата барабанного типа периодического действия для обжаривания солода 28
2.1. Исследование процесса истечения струи в слой зернистого материала...33
2.1.1. Исследования расширения струи в слое материала 39
2.1.2. Влияние высоты слоя солода в аппарате на ширину профиля струи...46
2.2. Исследование работы газораспределительного устройства 49
2.2.1. Перепад давления в слое материала при движении воздуха через него в режиме фильтрации 49
2.2.2. Гидравлическое сопротивление газораспределительного устройства...54
2.2.3 .Влияние расхода воздуха на гидравлическое сопротивление аппарата.56
2.3. Выводы по главе 2 58
Глава 3. Кинетика процесса обжаривания солода 59
3.1. Описание экспериментальной установки и результаты изучения физических свойств солода при обжаривании 61
3.2. Методика исследования кинетики удаления влаги при обжаривании солода 66
3.3. Кинетика удаления влаги при термической обработке солода 61
3.4. Влияние времени процесса обжаривания на цветность солода 75
3.5. Методика оценки потери сухих веществ при обжаривании солода 79
3.6. Исследования изменения твердой основы материала в процессе обжаривания при различных температурных режимах 82
3.7. Выводы по главе 3 89
Глава 4. Экспериментальное определение эффективной теплоемкости при обжаривании солода 90
4.1. Описание экспериментальной установки и методика исследования 91
4.2. Определение изменения эффективной теплоемкости солода при обжаривании 98
4.3. Определение удельной теплоты парообразования и удельной теплоты, затрачиваемой на удаление твердой основы 103
4.4. Математическая модель процесса обжаривания солода 106
4.5. Выводы по главе 4 111
Основные результаты работы 112
Литература 114
Приложения 123
- Оценка качества солода при обжаривании
- Исследования расширения струи в слое материала
- Методика исследования кинетики удаления влаги при обжаривании солода
- Определение изменения эффективной теплоемкости солода при обжаривании
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время Россия представляет собой перспективный и привлекательный рынок пива в мире. Крупнейшие пивные холдинги, такие как, SUN Interbrew и Heineken продолжают строить новые заводы, покупать предприятия ("Бочкарев", "Тинькофф", "Степан Разин" и др.) и увеличивать производство.
Сегодня пивоварение - одна из наиболее развивающихся отраслей перерабатывающей промышленности. В пивоваренной промышленности России насчитывается порядка 750 предприятий различных форм собственности, из них 324 крупных и средних, на долю которых приходится примерно 80% общего производства. Производство пива постоянно растет. Основными производителями пива в России являются следующие пивоваренные компании: «Балтика», «Вена», «Степан Разин», «Бочкарев», «Тинькофф» (г. Санкт-Петербург); «Очаково», «Эфес» (г. Москва); «Ярпиво» (г. Ярославль); «Клинский пивкомбинат» (Московская область); «Красный Восток» (Республика Татарстан) и др.
Ежегодно в Россию импортируется более 40% солода от общей потребности. Основными поставщиками солода на отечественный рынок являются Германия, Дания, Франция, Финляндия. Приобретение импортного солода увеличивает себестоимость пива. Кроме того, не все пивоваренные заводы имеют финансовую возможность закупать импортный солод, поэтому в последнее время стало экономически целесообразно производить собственный солод.
Для решения этих проблем Министерством сельского хозяйства России была разработана отраслевая целевая программа «Пивоваренный солод». Цель программы - создание устойчивого товарного производства высококачественного пивоваренного солода в РФ, с целью обеспечения растущих потребностей этой отрасли. Согласно разработанной программе к
8 2008 году планируется довести производство пивоваренного солода до 1,4 млн. т., что более чем в два раза превышает показатели последних лет.
В настоящее время в условиях рыночной конкуренции производители пива вынуждены увеличивать ассортимент выпускаемого товара. Увеличение ассортимента предполагается осуществлять за счет выпуска темных сортов пива, в состав которых наряду со светлыми сортами солода добавляются специальные сорта. В связи с этим возрастает потребность при производстве темных сортов пива в высококачественных специальных сортах солода.
Так же солод используется и в хлебопекарной промышленности. Так авторы [73] доказали эффективное использование взорванных зерен солода в совокупности с овощными и фруктовыми порошками для активации дрожжей различных товарных форм в составе с водой и водно-мучной суспензией. Другие авторы [3] показывают, что при создании новой технологии и рецептуры приготовления разных видов теста, предусматривающих комбинирование пшеничной муки высшего сорта с мукой из ячменного солода, повышается пищевая ценность мучных кулинарных, кондитерских и булочных изделий.
Одним из основных процессов при производстве специальных солодов является процесс их обжаривания, в результате чего продукт приобретает своеобразный цвет и аромат. [54, 58, 92] В настоящее время в российской промышленности используются специальные солода импортного производства, причиной этого является, отсутствие отечественного оборудования для их производства.
Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы является проведение теоретических и экспериментальных исследований процесса обжаривания и разработка конструкции высокоэффективного обжарочного аппарата для получения специальных сортов солода.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
выполнить анализ существующих конструкций обжарочных аппаратов и оценить их преимущества и недостатки;
на основе проведенного анализа предложить конструкцию обжарочного аппарата позволяющую реализовать указанную цель;
— провести исследования гидродинамической обстановки в рабочем
объеме аппарата;
изучить кинетику процесса обжаривания солода;
на основе выполненных исследований разработать методику расчета обжарочного аппарата.
Научная новизна работы. Научная новизна данной работы заключается в следующем:
предложена и экспериментально проверена модель образования струи в слое зернистого материала;
экспериментально установлена зависимость между величиной скорости удаления влаги из продукта от режима проведения процесса обжаривания солода;
получена зависимость изменения массы сухой основы солода в процессе его обжаривания от режима проведения процесса обжаривания;
получена зависимость изменения цветности солода от времени процесса обжаривания;
получена зависимость удельной теплоты парообразования от влагосодержания солода в процессе его обжаривания;
— получена зависимость удельной теплоты, затрачиваемой на удаление
твердой основы при обжаривании солода.
Практическая ценность работы. На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований впервые предложена конструкция (патент РФ № 2280679) и разработана методика расчета гидродинамических и тепловых характеристик обжарочного аппарата,.
Результаты диссертационной работы представлены на НТК профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников, инженеров и аспирантов по итогам НИР СПБГУНиПТ, Санкт-Петербург, 2004 - 2006 гг.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, списка используемой литературы и приложений.
Основная часть изложена на 106 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунка, 2 таблицы и 2 приложения.
По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ, получен патент РФ на изобретение № 2280679№2005131804 от 14.04.06 "Аппарат для термической обработки пищевых продуктов, преимущественно солода".
Оценка качества солода при обжаривании
Оценка готовности солода, а, следовательно, и его качества в процессе термической обработки проводится с помощью органолептического метода и методами по ГОСТ 29294-92 [12]. Даже на современных обжарочных аппаратах, имеющих систему автоматического контроля, время и температуру обжаривания для каждой партии солода устанавливают опытным путем в зависимости, прежде всего, от начального влагосодержания сырья. Для солода отклонение начального влагосодержания допускается до 2,5-7-3% от стандартного. Несмотря на заданное время обжаривания по программе, контроль готовности продукта в конце процесса все равно осуществляется с помощью органолептики. Определения цветности жженого солода проводится согласно ГОСТ 29294-92 по цветности экстракта. Методика определения массовой доли экстракта в сухом веществе жженого солода проводится по ГОСТ 29294-92 при помощи рефрактометра с контролем определения содержания сухих веществ. Применение этих показателей дает возможность своевременно регулировать процесс обжаривания и одновременно снижать потери в виде массы сухой основы, что увеличивает выход и улучшает качество готового продукта. Однако, и для этих методов оценки качества готового продукта необходима серия опытов, с помощью которых было бы установлено время обжаривания и температурный режим.
В ряде работ [6, 8, 13, 32, 47 и др.] предлагаемые время обжаривания и температурные режимы для одних и тех же сортов солодов различны, что указывает на разнообразие методов оценки готовности продукта в конце термической обработки и отсутствие единого подхода. Для разработки высокоэффективного обжарочного аппарата необходимо разработать обобщенную методику оценки качества готового продукта в конце процесса обжаривания.
В солодоперерабатывающей отрасли пивоваренной промышленности техническое вооружение процесса обжаривания за последние 50-60 лет не претерпело принципиальных изменений. Как в России, так и за рубежом для обжаривания солодов используют аппараты барабанного типа, периодического действия [2, 20, 25, 31, 47, 50, 62-69 и др.].
Аппарат [20, 116] "Рапидо" имеет вращающийся барабан с теплоизолированным кожухом. В качестве теплоносителя используют смесь воздуха с продуктами горения жидкого или газообразного топлива, получаемую в специальной смесительной камере. Горячая газовоздушная смесь просасывается через слой материала. Зерна солода не контактируют с нагретыми стенками обжарочного барабана, что исключает возможность неравномерного их обжаривания. Отработанные газы отсасываются вентилятором через циклон, в котором отделяется захватываемая лузга, а также мелкие частицы. После циклона выбрасываемые газы сжигаются в камере для дожигания. Незадолго до окончания обжаривания солод увлажняют до заданной влажности и тем самым резко сбивают температуру, для чего в барабан через специальное устройство впрыскивают воду. Обжаренные зерна охлаждают в охлаждающей чаше, дно которой выполнено из перфорированного листового металла. Холодный воздух пропускают через слой продукта, который, благодаря перемешивающим лопаткам и потоку воздуха, находится в псевдоожиженном состоянии. Протягивание через "разрыхленный" слой продукта холодного воздуха ускоряет процесс охлаждения, который длится не более 10 минут. Отработанный воздух собирается под колпаком, накрывающим охлаждающую чашу, и выводится наружу. В нашей стране используют аппарат "Рапидо-250". При единовременной загрузке 250 кг производительность этого аппарата (по сырому сырью) при цикле обжаривания 50 минут составляет 270 кг/час. Все операции на аппарате "Рапидо" (загрузка сырья, обжаривание, регулирование пламени горелки, выгрузка продукта из барабана, охлаждение, выгрузка из охлаждающей чаши) осуществляется по программе автоматически. Недостатками данного аппарата являются: большая потребляемая мощность (около 350 кВт) и низкая производительность.
Аппарат системы "Линдгренц" [66], имеет два вращающихся барабана, расположенных один над другим, покрытых теплоизолированными кожухами. Верхний барабан - для обжаривания, нижний - для охлаждения готового продукта. Внутри барабанов расположена насадка, обеспечивающая перемешивание и перемещение продукта. Аппарат оборудован топкой, в которой сжигают уголь, жидкое топливо или газ. Нагрев воздуха в барабане может также осуществляться с помощью электроподогрева тэнами, установленными по периметру между обжарочным барабаном и кожухом. В аппарат загружается порция около 800 кг светлого солода. Продукт к концу обжаривания должен иметь температуру не выше 228С. В начале обжаривания, для ускорения удаления влаги, теплоноситель подают непосредственно в барабан. Этот период обжаривания продолжается 20-25 минут. Затем поступление теплоносителя непосредственно в обжарочный барабан постепенно уменьшают, и барабан подогревается только снаружи. За 2-3 минуты до выгрузки продукта подачу теплоносителя прекращают, отводя его непосредственно в газоход. Обжаривание продолжается до появления сильного аромата обжариваемого продукта, без каких-либо запахов продуктов сгорания топлива или самого продукта. Обычно продолжительность обжаривания устанавливают опытным путем, для каждой партии солода. Среднее время процесса обжаривания составляет 35-40 минут. Во время обжаривания внимательно следят за ходом процесса и, систематически отбирая пробы, сравнивают их с эталоном. Обжаренный солод охлаждают до 40-45 С в нижнем барабане в течении 35-40 минут. Выгрузка горячего солода и хранение его без охлаждения недопустима, так как вследствие большой аккумуляции тепла продукт может сгореть.
Недостатком обжарочного аппарата этого типа является отсутствие автоматической системы управления процессом, что усложняет регулирование. Медленное охлаждение готового продукта, обусловлено тем, что охлаждающий барабан расположен в непосредственной близости от обжарочного барабана и имеет с ним общую металлическую раму. Вследствие контактирования продукта с греющей поверхностью барабана происходит подгорание верхнего слоя, что сказывается на неравномерности окраски готового продукта, а, следовательно, на его качестве.
Для обжаривания кофе используют обжарочный барабан "ГТробат", который в свою очередь применяют для обжаривания солода [72]. Аппарат состоит из корпуса с вращающимся внутри барабаном (п=45 об/мин), охлаждающей чаши с мешалкой, камнеотборника и пульта управления. В корпусе имеются люки для наблюдения за работой горелок и проветривания топочного пространства после окончания работы. В верхней части корпуса находится вентилятор для отвода газов из барабана. Внутри барабана закреплены лопасти, расположенные по винтовой линии, служащие мешалкой, а по оси барабана проходит полая труба для подачи из бака воды внутрь барабана (время подачи «50 секунд). Торцевая сторона барабана глухая с окном, в котором смонтирован пробник для отбора пробы обжариваемого продукта и термометр для измерения температуры поступающих дымовых газов. С другой стороны барабана - стенка сетчатая. Обжаренный продукт выгружается из барабана в охлаждающую чашу автоматически через щель, образующуюся между барабаном и торцевой крышкой. Чаша имеет дно из перфорированной стали и мешалку. Солод охлаждается воздухом, который протягивается вентилятором через слой зерен. В аппарате отсутствует система рециркуляции, что не мало важно с экономической точки зрения. Из охлаждающей чаши обжаренный солод выгружается через управляемую заслонку автоматически.
На практике так же применяется аппарат для обжаривания солода ПС 800 (Чехия) [99]. Из накопительного бункера зеленый солод через загрузочное отверстие подается в двухкожуховый барабан. После его наполнения автоматически запускается система, установленная на соответствующую технологию обжаривания. Управляющая система делает запуск газовой горелки. После окончания технологического цикла обслуживающий персонал опускает охлаждающий ковш и открывает выдвижной борт, после чего готовый солод высыпается из барабана. Ковш сделан с регулируемыми вращательными лопатками и под их воздействием солод охлаждается. Выпадение солода из ковша производится в транспортное устройство, которое его транспортирует в бункер. Солод из охлаждающего ковша отсасывается с помощью вентилятора, который кроме охлаждения еще отсасывает ростки из пространства ковша. Аппарат имеет два вывода для продуктов сгорания. Отвод продуктов сгорания осуществляется при помощи вентилятора. В крышке барабана находится газовая горелка.
Исследования расширения струи в слое материала
Для решения поставленных задач была создана экспериментальная установка. Установка (рис. 2.9) состоит из барабана 2 выполненного из органического стекла (для удобства наблюдений). Барабан опирается на опорные ролики 6. Газораспределительное устройство 4 выполнено в виде горизонтальной неподвижной трубы расположенной по оси барабана с системой подводящих труб 5 направленных вниз. Газораспределительное устройство 4 своим левым концом проходит через лабиринтовые уплотнения и неподвижно закреплено в стойке, а с правой стороны барабана оно проходит через подвижную крышку 3, и неподвижную стойку 7 и соединяется системой труб, в которых смонтирована диафрагма 9, с вентилятором 1. Отработанный воздух выводится из барабана через лабиринтовые уплотнения 8. Барабан во время исследования вращается.
Частота вращения разрабатываемого аппарата в отличие от экспериментальной установки рассчитывается исходя из условия, чтобы центробежная сила была равна силе тяжести действующей на материал. Именно при этом условии не происходит перемещения солода сверху центральной трубы газораспределительного устройства. Исходя из этого условия, при том, что максимальный радиус барабана, в разрабатываемой установке, равен одному метру, частота вращения разрабатываемого аппарата равняется 9 об/мин.
Для изучения структуры струи при истечении воздуха в слой солода ограниченного стенкой барабана, выделим из этого аппарата участок с одной подводящей трубой и соответственно круговой сектор аппарата (рис. 2.10), в котором взаимодействуют выходящий из трубы воздух и находящиеся частицы солода.
Эксперименты проводились на приведенной выше установке (рис. 2.9), при этом скорость воздуха в струе была такой, чтобы при прохождении через слой солода высотой (Н=20СН-250 мм) не возникало пробоя.
Расстояние, на котором должны находиться выходные отверстия труб 5 до стенки барабана (рис. 2.9) определяется максимальным диаметром профиля струи в пристенной зоне барабана, и рассчитывается по формуле 2,7, Максимальный диаметр профиля струи может быть рассчитан по формуле 2.6. Структура струи воздуха выходящего из трубы 5 (рис. 2.9) в слой солода показан на рис. 2.8. Форма струи геометрически схожа с усеченным конусом, а объем солода, участвующий в движении под воздействием воздуха, равен объему усеченного конуса, высота которого (Y) равна расстоянию от выходного отверстия трубы 3 (рис. 2.8) до стенки барабана 1, меньшее основание (do) равно площади поперечного сечения выходного отверстия трубы, а большее основание (D) равно максимальному диаметру профиля струи образовывающегося в пристенной зоне барабана и рассчитывается по формуле 2.5.
Влияние высоты слоя материала на ширину профиля струи в пристенном слое барабана проводились следующим образом. Экспериментальная установка (рис. 2.9) заполнялась до определенной высоты солодом. Так как внутренний диаметр барабана составляет 320 мм, а диаметр барабана в разрабатываемом аппарате (рис. 2.1) будет заполняться на 40 % от объема, то высота слоя материала в ходе экспериментов увеличивалась до 120 мм, что и составляло 40 % от внутреннего объема барабана.
Расстояние от стенки барабана до выходного сечения трубы в ходе экспериментов изменялось от 0 до тех пор, пока не исчезал пробой слоя солода струей воздуха, при этом проводились наблюдения за структурой струи в зоне выхода воздуха из трубы, а также измерялся диаметр струи в пристенной зоне барабана.
Методика исследования кинетики удаления влаги при обжаривании солода
Работа выполнялась на экспериментальной установке, описание которой, а также контрольно-измерительной аппаратуры для регистрации температур было приведено ранее (см. рис. 3.1).
Изучение кинетики удаления влаги проводили при различных удельных нагрузках на аппарат 30-80 кг/м . Температурные режимы были взяты на основании литературных источников [8, 15, 29, 45, 60, 114 и др.]. Для каждой нагрузки на аппарат конечную температуру теплоносителя на входе в аппарат меняли в диапазоне 217-230С.
В качестве теплоносителя использовали воздух, который подавали через калорифер, где нагревали до заданной температуры. Контроль начальной влажности осуществляли в соответствии с ГОСТ 29294 - 92 [12], путем взятия проб и высушивания их до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре 105С.
Кинетику удаления влаги изучали следующим образом: брали исходную навеску материала ( 300 г), предварительно определяли начальное влагосодержание. Устанавливали расход воздуха, при котором в аппарате происходило псевдоожиженние материала (для перемешивания во избежание неравномерного обжаривания), на полное сечение аппарата для данной навески исследуемого материала. Температуру теплоносителя доводили до заданной. После установления заданного режима включали секундомер и одновременно проводили загрузку материала. Температуру теплоносителя на входе, выходе из аппарата и в слое материала контролировали с помощью автоматизированного комплекса для измерения регистрации температуры (с точностью ±0,45С). Через определенные интервалы времени отбирали пробы материала с помощью пробоотборника. Величины проб были такими, что к концу эксперимента масса материала, взятого от слоя, не превышала 10% от общей массы навески. Влагосодержание отбираемых проб определяли по ГОСТ 29294 - 92.
Температуру продукта замеряли в нисходящем потоке материала, так как считали, что в этом случае обеспечивается большая точность определения температуры твердых частиц.
Типичные кривые удаления влаги из солода при термической обработке представлены на рис. 3.4, также приведены кривые нагрева материала рис. 3.5. Характер кривых (рис. 3.4) свидетельствует о наличии двух участков, причем на первом - влагосодержание линейно уменьшается во времени, а на втором участке - экспоненциально. Переход от первого участка ко второму, по аналогии с процессом сушки, можно охарактеризовать критическим влагосодержанием.
Значение относительного коэффициента сушки было уточнено методом наименьших квадратов и составило \j/=14,6 1/(кг/кг).
Как следует из кривой (рис.3.7) при увеличении температуры критическое влагосодержание уменьшается, а постоянная скорость удаления влаги (N) увеличивается. Это объясняется тем, что при более высокой температуре происходит углубление зоны испарения влаги, а именно, при постоянной скорости удаления влаги. Здесь же вследствие большего подвода тепла происходит удаление влаги с формами, имеющими большую энергию связи [41,42].
Из процесса нагрева солода при различных температурных режимах была определена допустимая скорость нагрева для солода, которая составила 45-50 град/мин. Данные получены при анализе температурной кривой и кривой удаления влаги, а также органолептическим методом. Было установлено, что превышение допустимой скорости нагрева солода приводит к ухудшению качества продукта, а конкретно происходит обугливание и растрескивание поверхности материала, что недопустимо ГОСТ 29294 - 92.
Полученные данные подтверждают, что при обжаривании солода преобладают большие значения градиента температур в твердых частицах по сравнению с градиентом удаляемой влаги на первом этапе нагрева материала. Это также подтверждает необходимость определения допустимой скорости нагрева солода для устранения вышеуказанных недостатков при ее превышении. Ранее были получены зависимости количества удаляемой влаги при постоянной скорости сушки от температуры (t), нагрузки на аппарат (HQ) И начальной влажности материала (WH) для молочного сахара (3.11,3.12,3.13 ) [90]. Гришиным М. А. [29] предложено, для установления зависимости постоянной скорости сушки в первом периоде, использовать комплекс величин, содержащий параметры сушильного агента, удельную нагрузку материала на аппарат, вид материала и размеры его частиц (3.14).
Определение изменения эффективной теплоемкости солода при обжаривании
Методика, изложенная выше, позволяет определить эффективную теплоемкость продуктов при обжаривании. Однако, изучение нагрева специально подготовленных навесок материала, позволяет по данной методике оценить истинную теплоемкость, тепло, расходуемое на фазовые переходы и химические реакции.
Процесс обжаривания можно разделить условно на три периода: период прогрева материала, период удаления влаги и собственно обжаривание, это позволяет определить истинную теплоемкость и эндотермические эффекты раздельно. Для различных навесок были сняты температурные кривые (рис. 4.3) и обработаны по вышеизложенной методике (4.19). Результаты представлены на рисунке 4.4. Начальная масса навесок составляла 300 г. Условия проведения эксперимента с различными навесками были одинаковы. Так температура теплоносителя на входе в аппарат была равна 228 С, расход теплоносителя поддерживался постоянным в течение всего процесса нагрева материала.
Кривая 1, рис.4.4, была получена при исследовании нагрева в процессе обжаривания навески солода с начальной влажностью W = 10%. Кривая 2 -при нагреве предварительно обжаренного солода с минимальным содержанием влаги W = 0,2ч-0,5%. Кривая 3 - при нагреве солода предварительно высушенного до влажности W = 0,6-ь0,8%.
На основании того, что площади под каждой из кривых 1-3 рис.4.4 пропорциональны теплу, затраченному на процесс, можно оценить требуемый расход теплоты на процесс обжаривания, а, следовательно, и определить количественно эндотермические эффекты при обжаривании.
Площадь под кривой 1 (рис. 4.4) пропорциональна теплу, затрачиваемому на нагрев солода, на фазовые переходы (испарение влаги) и на химические реакции (включая также угар). Площадь под кривой 2 пропорциональна теплу, которое пошло на нагрев солода, так как из солода предварительно была удалена влага, и в основном прошли химические реакции, включая и угар. Площадь под кривой 3 пропорциональна теплоте, которая расходуется на нагрев солода и химические реакции, так как считаем, что основная масса влаги удалена при предварительной сушке материала. 20 40 60 80 100 120 140 160 180 G) оГ Из анализа кривых 1-3 (рис.4.4) можно рассчитать количество теплоты, пошедшее на собственно процесс и эндотермические реакции [4]. Так разница площадей под кривыми 1 и 3 пропорциональна теплоте, затраченной на испарение влаги. Разница площадей под кривой 2 и 3 пропорциональна теплоте, затраченной на химические реакции и удаление твердой основы.
Следует отметить, что при сопоставлении кривых 1, 2, 3 рис. 4.4 резко выраженные максимумы смещаются вдоль оси температур в зависимости от преобладающего вида связи влаги с материалом [41]. Для кривой 1 характерна физико-химическая связь, выраженная через осмотическую связь влаги с материалом. В данном случае на ее удаление требуются более высокие температуры. На кривой 2 максимум можно характеризовать удалением химически связанной влаги (совместно с химическими реакциями и удалением твердой основы материала) с материалом, точнее молекулярной (гидратной) влаги. Для удаления молекулярной влаги требуется больше затрат теплоты, чем на вышеуказанные, отсюда и максимум на кривых (рис. 4.4) лежит при более высоких температурах.
Была исследована эффективная теплоемкость солода при различных температурных режимах (температура теплоносителя на входе в аппарат была - 180 С, 200 С, 230 С). Для этой цели брали одинаковые навески (масса 300 г) исходного материала с влажностью W = 10%. Снимали кривые нагрева материала в процессе обжаривания и рассчитывали эффективную теплоемкость для каждой навески исследуемого материала по вышеприведенной методике. Результаты исследований представлены на рис. 4.5, 4.6.
Необходимо отметить, что площадь под кривыми 1, 2, 3 рис. 4.6 пропорциональна между собой. Это подтверждает то, что в процессе обжаривания, независимо от режима, удаляется одинаковое количество влаги от 10 до 0,2 %. А тепло, затрачиваемое на удаление твердой основы, пропорционально процентному отношению, при котором достигается готовность продукта.
Из зависимости рис. 4.5 видно, что чем выше скорость нагрева материала в процессе обжаривания, тем максимум на кривых изменения эффективной теплоемкости наступает быстрее, то есть процесс протекает интенсивнее. Из этих же кривых следует, что максимумы уменьшаются в зависимости от температурного режима (тоже прослеживается на рис. 4.6). На основании этого можно предположить, что хотя количество теплоты затрачивается при различных температурных режимах одинаковое, однако, максимальное значение эффективной теплоемкости имеет при меньшей скорости нагрева материала.
Из выше сказанного можно сделать вывод, что для интенсификации процесса обжаривания необходима максимально быстрая скорость нагрева материала, но при этом она не должна превышать максимально допустимую скорость 45-50 град/мин при превышении которой качество материала не удовлетворяющее ГОСТ 29294 - 92 (см. главу 3, 3.3).
