Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Литературный обзор 9
1.1. Гидродинамические характеристики псевдоожиженного слоя 9
1.2. Тепло- и маесообмен и их кинетические закономерности при сушке зернистых материалов в псев-доожиженном слое с применением оспиллирования ... 21
1.3. Теплофизические характеристики кофе 38
1.4. Выводы по главе I 47
Глава II. Теоретические предпосылки к проведению исследований сушки зерен кофе в псевдоожиженном слое 49
2.1. Анализ структуры зерна кофе и равновесные кривые сорбции и десорбции влаги; проведение экспериментов с увлажненным и натуральным кофе 49
2.2. Влияние температуры и скорости сушильного агента - воздуха на процесс сушки натурального кофе. 62
2.3. Влияние на процесс сушки зерен натурального кофе давления сушильного агента - воздуха 67
2.4. Определение гидродинамических характеристик зерен натурального кофе 77
2.5. Обоснование выбранных моделей аппарата по пере мешиванию фаз и по типу его конструкции 79
Выводы 90
Глава III. Экспериментальные исследования сушки зерен в псевдоожиженном слое на опытной установке 92
3.1. Описание экспериментальной установки 92.
3.2. Методика проведения экспериментов с применением оспиллирования в цилиндрическом аппарате 95
3.3. Исследование гидродинамических характеристик псевдоожиженного слоя в цилиндрическом аппарате 96
3.4. Выбор оптимального режима оспиллирования по времени и температуре 108
3.5. Анализ кривых сушки и кривых скорости сушки, полученных для натурального кофе при сушке зерен в цилиндрическом аппарате с осциллирующим режимом псевдоожижения 109
3.6. Влияние температуры горячего воздуха и режима оспиллирования при скорости интенсивного псевдоожижения на качество кофе и продолжительность его сушки в цилиндрическом аппарате периодического действия 115
Выводы по третьей главе 112
Глава ІV. Обобщение опытных данных по сушке зерен натурального кофе в цилиндрическом аппарате псевдоожиженного слоя при осциллирующем режиме 125
4.1. Физическое уравнение процесса сушки зерен кофе в псевдоожиженном слое при осциллирующем режиме
4.2. Определение коэффициента влагопроводности зерен натурального кофе
4.3. Расчет коэффициента температуропроводности зерен натурального кофе
4.4. Обобщенное уравнение тепло- и массообмена сушки зерен натурального кофе в псевдоожиженном слое с режимом симметричного оспиллирования
Выводы цо четвертой главе 143
Глава V. Экспериментальное исследование гидродинамики лотнового аппарата,, предназначенного для сушки зерен кофе в псевдоожиженном слое . 145
Выводы по пятой главе 150
Основные выводы по диссертации151
Список использованной литературы 153
Приложения
- Тепло- и маесообмен и их кинетические закономерности при сушке зернистых материалов в псев-доожиженном слое с применением оспиллирования
- Влияние на процесс сушки зерен натурального кофе давления сушильного агента - воздуха
- Исследование гидродинамических характеристик псевдоожиженного слоя в цилиндрическом аппарате
- Расчет коэффициента температуропроводности зерен натурального кофе
Введение к работе
Производство кофе на Кубе является одной из важнейших отраслей народного хозяйства республики. Кофе является продуктом экспорта страны и его производство постоянно расширяется. Одной из основных стадий обработки зерен кофе является процесс его сушки, который при существующей технологии весьма длителен и от его реализации значительно зависит качество зерна.
Промышленная обработка зерен кофе делится на две стадии: подготовка зерна и его переработка на заводах. Первая - включает первичную очистку, ферментацию, мойку и сушку в естественных условиях на открытых площадках; вторая - досушку, очистку зерен от второй оболочки, сортировку по размерам, полировку и отбор зерен по цвету. Для досушки используют барабанные сушилки.
Сушка на открытых площадках осуществляется на специально отведенных участках, занимающих большие площади. Влажность зерна снижается при этом до 20$, а при досушке - до 11,5$. Зёрна кофе с влажностью 20% могут храниться до I года. Предварительная сушка зерна должна осуществляться немедленно после сбора зерен кофе. Сушка на открытых площадках имеет ряд недостатков: зависимость от атмосферных условий; использование больших площадей, требующих ежегодного ремонта; большие затраты ручного труда. Барабанные сушилки для досушки зерна имеют низкую производительность (0,5 т/ч на один агрегат) вследствие подачи низкотемпературного воздуха (70С). Зерно получается плохого качества - до 30%о, не соответствует кондиции (по цвету или дегустации). При повышении температуры воздуха выше 70С качество зерна резко ухудшается.
В настоящее время применяется процесс сушки в каскаде из трех шахтных сушилок, причем после каждого аппарата проводится охлаждение продукта. Температура поступающего воздуха в каждую из шахт также как и в барабанной сушилке равна 70С. При этом способе сушки процесс несколько интенсифицируется, но количество некондиционного зерна всё ещё остается достаточно большим (23%) /I/, вследствие значительной неравномерности нагрева зерен. Таким образом, и этот способ сушки нельзя признать удовлетворительным.
Исключение неравномерности нагрева зерен достигается использованием аппаратов с взвешенным слоем, но при этом важно правильно выбрать температуру сушильного агента, исходя из допустимой температуры нагрева зерна. Эта температура выбирается на основе анализа биологических, с^зико-химических и др. свойств. Так, анализ химического состава зерен различных сортов кофе /2, 3, 4/ показал, что главными компонентами являются составные части целлюлозы или целлюлоза, белки и жиры. Самые ценные составляющие - это кофеин и органические кислоты.
Кофеин ( С-д п'/р (/дМцН^О) или его ангидрид (^/0^ ) представляют собой белые тонкие кристаллы с температурой начала процесса сублимации ЮОС /5/. Органические кислоты, отделяясь в процессе обжарки, придают зерну аромат и вкус /6/. Сушка кофе должна проходить при температурах, которые не вызывают потерь кофеина и органических кислот, обусловливающих качество кофе. Таким образом, кофе - термочувствительный материал и требует тщательного выбора оптимального температурного режима процесса его сушки.
По данным работ /2, 7, 8/ зерно кофе с влажностью 60-65% может быть нагрето в неподвижном слое в начале процесса сушки
до 75-80С с постепенным понижением температуры до 50С в конце его.
При использовании установок с малоподвижным слоем начальная температура слоя может быть повышена до 90С с понижением до 65-70 в конечной стадии.
При сушке семенного зерна играет роль направление движения потока влаги: если поток влаги направлен изнутри к поверхности, то водорастворимые питательные вещества переносятся из эндосперма к зародышу, находящемуся в периферийных слоях зерна. В работе /9/ показано, что зерна кофе семенного назначения могут подвергаться сушке, из условия качественного их прорастания, при температуре, не превышающей 50С. Кофе, как и большинство пищевых продуктов, отличается большой инерционностью поля влагосодержа-ния по сравнению с инерционностью поля температуры. Поэтому значительного увеличения скорости сушки не удается достигнуть путем интенсификации внешнего тепло- и массообмена. С учетом всего сказанного целесообразно применение осциллирующего режима, который позволяет, во-первых, использовать высокотемпературные теплоносители, не опасаясь перегрева зерен, и, во-вторых, уменьшить отрицательное влияние термодиффузии.
Исследованию сушки пищевых продуктов во взвешенном состоянии при осциллирующих режимах посвящены работы А.С.Гинзбурга и В.А.Резчикова, И.Л.Любошица, Л.С.Слободкина, И.Ф.Пикуса, А.И.
Чернявского, З.Ю.Мезяка, А.Д.Гельперина, П.Г.Романкова, Н.Б.Раш-ковской и многих других. В результате исследований созданы методы расчета сушилок, работающих при осциллирующих режимах. Среди этих работ представляет интерес одна из немногих, посвященная сушке кофе /9/.
В данной работе все исследования проводились с увлажненным кофе и кинетические кривые, снятые в процессе сушки, не отражают реальную картину процесса сушки влажного зерна, поступаемого непосредственно после сбора его с поля. Это доказано нами в настоящей работе (см.гл.Ш). Однако то, что в работе /9/ объектом сушки являлись зерна кофе, результаты ее проведения представляют особый интерес в развитии дальнейших исследований процессов сушки данного продукта.
Следует также отметить, что при исследовании процессов сушки пищевых продуктов в режимах оспиллирования находят в настоящее время применение аппараты не только цилиндрического типа, позволяющие создать наиболее простую псевдоожиженную систему с точки зрения характера движения твердых частиц в ней, но и аппараты прямоугольного сечения с тангенсальным вводом теплоносителя, аппараты конусного типа, а также спирального и лоткового типов с наклонным под определенным углом днищем, в которых перемещение слоя осуществляется направленным под углом потоком теплоносителя. Последние обладают большой удельной поверхностью теплообмена, высокими коэффициентами теплопередачи, позволяют регулировать кратность циркуляции материала, отмечаются простотой и надежностью, ввиду отсутствия специальных механизмов,обеспечивающих циркуляцию материала.
Таким образом, анализируя изложенное выше, в данной работе были поставлены следующие основные задачи.
I. Провести исследование процесса сушки влажных натуральных (неувлажненных) зерен кофе в псевдоожиженном слое срежимом оспиллирования в различных по конструкции аппаратах. Нами были приняты аппараты цилиндрического и лоткового типов.
По результатам экспериментальных исследований дать анализ работы выбранных аппаратов с точки зрения их эффективности. Критерием эффективности являются время сушки, энергетические затраты и качество продукта.
Дать инженерный метод расчета рекомендуемого нами аппарата для сушки зерен кофе.
- У -
Тепло- и маесообмен и их кинетические закономерности при сушке зернистых материалов в псев-доожиженном слое с применением оспиллирования
Результаты работы показывают, что в данных аппаратах можно регулировать кратность циркуляции материала, работать на сравнительно малых по высоте слоях, регулировать время пребывания материала в аппарате с одновременной выдержкой его в бункере выдержки при интересующих нас параметрах процесса (например, создание вакуума или охлаждение материала, при его перегреве). Вы--зывает сомнение постоянство слоя по длине аппарата. В работе автор провел эксперименты с материалами, плотность которых сравнительно высока (алюминиевый сплав fM = 2850 кг/м3, чугун -7800 кг/м3, силикагель - 1560 кг/м3). Видимо, поэтому (учитывая также малое значение угла лб и низкие значения скоростей псевдоожижения) высота слоя поддерживалась примерно одинаковой по длине канала. Очевидно в режиме интенсивного : псевдоожижения (особенно для полидисперсного материала) высота слоя материала не будет постоянной и в этом случае скорость движения слоя материала будет являться также функцией продольной координаты. В любом случае аппараты данной конструкции для сушки таких материалов как зерна кофе заслуживают особого внимания.
Специфическая особенность сушки ряда материалов (в том числе кофе), обусловленная их химическим составом или биологической, природой - термочувствительность - ограничивает возможность применения повышенных температур нагрева материала. Кроме того для этих материалов характерна различная инерционность полой влаж-ности и температуры, что обусловливает различную скорость протекания процессов тепло- и массообмена: нагрев частицы происходит значительно быстрее, чем обезвоживание. Применение оспиллируще-го режима - попеременного нагрева и охлаждения материала через определенные промежутки времени - позволяет использовать повышенные температуры при полном сохранении качества материала. Процесс сушки при таком режиме состоит из ряда циклов, в каждом из которых нагретый до оптимальной температуры материал охлаждается в зоне промежуточного охлаждения. В зоне охлаждения (в основном за счет испарения влаги) используется аккумулированное тепло и таким образом можно установить динамическое равновесие между процессами тепло- массообмена даже в условиях высокоинтенсивной сушки.
В этой стадии направление теплового потока в материале совпадает с направлением движения влаги, т.е. температурный градиент по сечению частицы приобретает обратное направление и явление термопроводности способствует сушке. Происходит выравнивание влажности по сечению частиц.
Теоретическое обоснование применения осциллирующих режимов сушки термочувствительных материалов было впервые сформулировано А.В.Лыковым /39, 40/. В настоящее время в литературе представлено достаточно много работ, в которых показано, что метод осцил-лирования обеспечивает необходимое снижение влажности термочувствительных материалов при сохранении их качества и высоких технико-экономических показателях сушильного процесса. Так, в работе /41/ автором впервые был предложен метод сушки зерна в осциллирующем режиме, позволивший регулировать температуру зерна в зависимости от необходимой длительности процесса сушки до заданного значения влажности. При высокой температуре ожижающе-го агента (200С) продолжительность сушки по сравнению с шахтными сушилками сократилась в 8-Ю раз. Эксперименты, проведенные И.Л.Любошицем и др. /42/, показали, что удлинение циклов охлаждения при прочих равных условиях приводит к существенному увеличению продолжительности сушки, но позволяет осуществить больший съем влаги без перегрева материала. При возрастании начальной температуры теплоносителя при симметричном осциллировании и прочих равных условиях скорость сушки увеличивается в несколько раз.
Наиболее важным вопросом при организации процесса сушки в осциллирующем режиме является выбор оптимального режима, который определяется отношением времени нагрева материала в каждом из циклов осциллирования ко времени охлаждения ( "нагР/Сохл )» продолжительностью самих циклов ( 7= ZUazp+foxJ) и частотой осциллирования ( иО- /Т" ). Повышение частоты осциллирования позволяет повысить температуру теплоносителя без опасности перегрева материала и ухудшения его качества.
Авторы /42/ показали, что наиболее целесообразен и экономически выгоден осциллирующий режим по симметричной схеме, когда Т илгр = СОУІСЛ. В частности для сушки зерна этот опти- мальный режим составлял Тилгс/гои- 19с/19с.
По данным Федосеева /43/ наибольший эффект при сушке зерна в падающем слое получен при Тнй2р/Тохл- = 10/10 секунд. Из технико-экономических соображений температуру охлаждающего воздуха следует выбирать таким образом, чтобы количество теплоты, переданной материалу на первом этапе, равнялось бы количеству теплоты, отданному охлаждающему воздуху материалом на втором этапе. При этом общие потери теплоты воздухом будут отсутствовать. Как показал анализ экспериментальных кривых кинетики прогрева зерен /42/, оптимальная температура охлаждающего воздуха близка к среднелогарифмической температуре материал А.Р.Умаров /44/ провел исследование сушки хлопка-сырца в плотном слое в режиме оспиллирования. Исследования проводились при симметричном и асимметричном режимах. Анализ результатов, полученных в асимметричных режимах, показал, что удлинение периода охлаждения приводит к возрастанию времени сушки, а удлинение периода нагревания - перегреву продукта и ухудшению качеств волокна. Автор рекомендует оптимальный симметричный режим осцилли-рования при продолжительности полуїгериодов-: 20 и 30 секунд.
Влияние на процесс сушки зерен натурального кофе давления сушильного агента - воздуха
Из рассмотренных работ, имеющих отношение к теме диссертации, можно сделать следующие выводы. 1. В литературе достаточно подробно рассмотрены вопросы гидродинамики псевдоожиженного слоя для мелкодисперсных материа лов, получены зависимости для расчета гидродинамических характе ристик. Практически отсутствуют данные по псведоожижению крупно дисперсных частиц, например, для зерен кофе. Большинство иссле дований имеет отношение к аппаратам цилиндрической формы и от сутствуют данные по гидродинамике псевдоожиженного слоя в аппа ратах лоткового типа с направленным движением газового потока. Исследования регенеративных теплообменных аппаратов с псевдоожиженным слоем с ориентированными газораспределительными решетками /38/ представляют интерес с целью использования их в процессах сушки крупнодисперсных материалов. 2. Из литературных данных следует, что метод сушки термо лабильных материалов с применением осциллирующего режима значи тельно интенсифицирует процесс. При сушке пищевых продуктов их качественные характеристики сохраняются. Данные по сушке кофе касаются в основном сушки увлажненного кофе, что не отражает реальную картину процесса массопереноса внутри зерна. 3. Представляют теоретический интерес полученные рядом ав торов расчетные зависимости по определению кинетики нагрева ма териала и его сушки в псевдоожиженном слое в режиме осциллирования. Все зависимости получены при индивидуальном подходе каждого автора к физической модели процесса, при этом принятые к одним материалам допущения не всегда подходят к другим. Все работы касаются в основном технологии процесса сушки и отсутствуют работы, посвященные разработке оптимальной, наиболее экономичной конструкции аппарата, которую можно использовать для сушки зерен кофе. Наиболее надежные зависимости для расчета параметров процесса сушки и, соответственно, промышленного аппарата для сушки и термообработки дисперсных материалов являются экспериментальные. 4. При выборе режима осщллирования предпочтение отдают симметричным, режимам. Отсюда возникают следующие цели исследования. 1. Изучение гидродинамических характеристик слоя зерен кофе в гдалииндрических и лотковых аппаратах с получением необходимых расчетных зависимостей. 2. Исследование физических характеристик зерен кофе с получением равновесных зависимостей сорбции и десорбции влаги зернами. 3. Определение оптимальной температуры процесса сушки зерен кофе в осциллирующем режиме. 4. Экспериментальное исследование кинетики сушки зерен кофе в аппаратах цилиндрического и лоткового типов. Выбор конструкции сушильной установки и оптимального режима процесса в значительной степени зависит от структурно-механических, теплофизических и массопроводных свойств материала. Учитывая особенности биологической структуры зерна кофе и, в частности, его термолабильность, эти вопросы заслуживают глубокого изучения.
Зерно кофе представляет собой живой организм, в котором совершаются жизненные процессы дыхания и роста. Как уже отмечалось, наиболее ценными продуктами его состава являются кофеин и органические кислоты. Термолабильность зерен кофе определяется той температурой, при которой потери данных веществ, обусловливающих качество продукта, незначительны.
Важной операцией перед сушкой зерен кофе является его предварительная обработка, включающая первичную очистку, ферментацию, мойку. На рис.(2.1) представлен схематический разрез кофейного плода.
Зерна кофе должны подвергаться сушке, неосвобожденными от внешней оболочки, из-за невозможности снять ее до снижения вла-госодержания зерна до определенного значения. Семенная и серебристая оболочки характеризуются относительно малой проницаемостью и при неправильном режиме сушки могут явиться причиной образования закала и вздутия зерна, вызванного задержкой водяных паров, скопившихся внутри эндосперма.
При сушке кофе в псевдоожиженном слое вследствие соударения частиц между собой и о стенки аппарата, по мере снижения влагосодержания, происходит сначала отрыв внешней оболочки от эндосперма зерна и затем ее разрыв, что способствует более быстрому удалению испаряющихся паров влаги. Изменение знака температурного градиента внутри зерна при сушке в режиме осциллирования ускоряет процесс отрыва оболочки.
Как уже отмечалось, зерна кофе с влажностью до 20$ могут храниться до I года, после чего требуется дополнительная доосуш-ка с целью сохранения его качества. Сушка зерен до равновесного состояния позволяет хранить их длительное время без каких-либо дополнительных операций по удалению адсорбированной влаги.
Значение равновесной влажности материалов зависит от температуры и относительной влажности воздуха: при сорбции равновесная влажность меньше, чем при десорбции. Из кривых сорбции и десорбции можно установить характер связи влаги с твердым веществом - скелетом тела и определить к какому типу тел (по их основным коллоидно-физическим свойствам) данный материал относится, что, в свою очередь, позволит правильно подобрать конструкцию сушильной установки и режим процесса сушки. С этой целью, а также для математического описания процесса сушки зерен кофе нами были проведены экспериментальные исследования по определению равновесных значений влагосодержания патериала (кофе марки "Арабика") при различных значениях температуры и влажности сушильного агента воздуха.. Исследования проводились по известному классическому методу. 1ри навески зерен кофе (в каждой навеске было примерно по 10 зерен) помещались в эксикатор, в котором находился раствор серной кислоты.
Исследование гидродинамических характеристик псевдоожиженного слоя в цилиндрическом аппарате
Так как в Гаванском политехническом институте республики Куба отсутствует специальная установка, позволяющая измерять з вакуумной камере потерю массы материалом, опыты ііроводили с помощью вакуум-сушильного шкафа, причем были проанализированы три методики проведения опытов. Первая методика состоит в том, что довольно значительное количество зерен разделяют на образцы с одинаковой массой и влажностью. Первый образец взвешивается и помещается в вакуумную сушилку на время и , а затем в сушильный шкаф для определения сухой массы. Та же манипуляция проводится с остальныгж образцами, только каждый из последующих образцов находится в вакуумной сушилке более длительное время: 2 3 Т и т.д. Получается так, как будто бы опыты проводятся с одним обрацом. Однако, в действительности даже в зернах одной местности начальная влажность меняется довольно в широких пределах. Кроме того, должно быть большее количество образцов, т.к. каждый образец представляет собой точку на кривой зависимости влажности 1М от времени і
По второй методике все образцы сразу помещают в вакуумную сушилку, а затем через определенные промежутки времени Z их начинают по порядку вынимать, взвешивать и помещать на досушку в сушильный шкаф для определения сухой массы. По значениям начального и конечного веса образцов рассчитывают начальное и конечное их влагосодержание, соответствующее каждому промежутку времени. Для построения кривой сушки рассчитывается среднее влагосодержание в начале опыта и его принимают за начальную точку с і = 0. Остальные точки соответствуют влагосодержанию через каждый полученный промежуток времени. Основное преимущество этой методики - одинаковое начальное влагосодержание всех образцов. Однако сушилку приходится открывать каждый раз, когда вынимается образец, а это влияет на условия сушки остающихся в сушилке образцов.
По третьей методике подбирается один единственный образец, состоящий из зерен кофе одного дерева. Его взвешивают и помещают в вакуум-сушильный шкаф на время & , по истечении которого образец вынимают и снова взвешивают. После второго взвешивания образец снова помещают в вакуумную сушилку и через такой же промежуток времени его взвешивают еще раз. Наконец, через несколько повторных операций сушки и взвешивания образец досушивают до постоянной массы в нормальном сушильном шкафу. Преимущества этого метода состоят в том, что опыты проводят с одним образцом, у которого имеется единственное начальное влагосодержание и количество сухого материала в образце. Недостатком этой методики является то,, что во время манипуляций с образцом (сброс вакуума, взвешивание, понижение заданной температуры в сушилке и т.д.) набирается избыточная влажность из атмосферы и несколько удлиняется период восстановления условия проведения опыта. Однако, нами была выбрана эта третья методика.
Для определения порядка проведения каждого опыта применялась таблица условных чисел и в конце повторялись те опыты, в которых влажность зерен не достигала 11%. Опыты разбили на 2 группы по 18 опытов в каждой. Первая группа опытов проводилась с зернами кофе, собранными в начале уборки урожая, а вторая -в конце уборки урожая. Для проведения каждого опыта брали хорошо промытые 15 зерен и, обдувая их воздухом, сушили до 60-70% влажности. Затем включали вакуум-сушильный шкаф и устанавливали в нем заданную температуру и давление, при которых будет проводиться опыт. Время сушки под вакуумом на каждое определение веса составляло, в зависимости от температуры, 20 30 минут. После окончания полного периода сушки до влажности 11% бюксы помещали в нормальный сушильный шкаф и выдерживали их в течение 12, 24 и 36 часов для определения массы абсолютно сухого кофе. Полученную самую малую массу считали за массу абсолютно сухого материала. Количественное содержание влаги в зерне относили к абсолютно сухой массе.
Было проведено 36 опытов с остаточным абсолютным давлением воздуха в вакуум-сушильном шкафу равны 0,0690 МПа, 0,0490 МЕГа и 0,0196 МПа при температурах 50, 60 и 70С. Для каждых выбранных температуры и давления опыты повторялись два раза. За окончательный результат брали среднее арифметическое значение из двух измерений. Продолжительность опытов составила от 360 минут при 70С и давлении 0,0196 МПа до 1350 минут при 50С и давлении 0,069 МПа.
Взвешивание образца, необходимое для построения кривых сушки, проводили на аналитических весах через равные промежутки времени, причем время перенесения образца из шкафа на весы и обратно не учитывалось (оно составляло около трех минут). Таким образом, ошибка при взвешивании и перенесении образца на весы оставалась постоянной и по сравнению с общим временем сушки являлась незначительной (от 0,4 до 1,0%). При построении кривых сушки учитывалось только чистое время пребывания навески в шкафу.
Расчет коэффициента температуропроводности зерен натурального кофе
Для установления определенной высоты неподвижного слоя в аппарате применили цилиндр с нанесенными по его высоте делениями и диаметром, соответствовавшем диаметру аппарата. Взвешенное количество, около 3 кг, кофе с начальной влажностью 86-115$ помещали в этот цилиндр и определяли высоту навески; после этого навеску высыпали в аппарат. Для заданной температуры горячего воздуха, замеряемого термопарой (закрепленной под решеткой)устанавливали режим осциллирования и в момент прекращения засыпки зерна фиксировали температуру воздуха по высоте псевдоожижеыного слоя. Распределение температуры по высоте псевдоожиженного слоя фиксировали через 5 или 10 минут для каждого полупериода осциллирования. Основной контроль температуры воздуха, поступающего в аппарат, осуществляли в подрешеточном пространстве. Результаты измерения температуры по высоте слоя рассчитывались по калибровочной кривой милливольтметра. После начала опыта сначала через 10 минут (в течение первого часа), затем через 15 (в течение второго часа) и, наконец, через каждые 30 минут отбирали отборником емкостью 0,4 л пробы для определения влажности и контроля температуры поверхности зерен. Отобранную пробу помещали в термос, который закрывали пробкой с термопарой, установленной по оси на середине колбы, так как опыты по измерению градиента температуры, приведенные в работе /9/, показали, что он является незначительным. Из остатка от засыпанных зерен в термос брали две малых пробы (по 10 12 зерен) и помещали в бгоксы для определения влажности, которую определяли обычным путем, помещая пробы в сушильный шкаф. Следует отметить, что точное определение содержания влаги в зернах кофе, несмотря на кажущуюся простоту, является весьма затруднительным. Это объясняется тем, что при нагревании (особенно при перегреве) кофе не только теряет влагу,но и претерпевает ряд химических изменений, которые влияют на точность определения массы. Существует много методов определения влажности материала - путем обработки материала реагентами: дистилляция, экстракция, газометрические методы, а также получившие в настоящее время широкое применение различные электрофизические и радиоактивные методы. Но все же простейшим методом является метод определения влажности высушиванием проб в сушильном шкафу. Учитывая, что перегрев зерен в процессе их сушки в сушильном шкафу исключается за счет регулирования температуры в нем, мы в наших опытах и применили его. Недостатком принятого метода является значительная продолжительность сушки зерен во времени. Но поскольку это не связано с осуществлением основных экспериментов, мы остановились на нем.
Опыты по исследованию гидродинамических характеристик псевдоожиженного слоя проводились на зернах натурального кофе с тремя диапазонами влажности. Поскольку заранее трудно получить зерна с заданной влажностью, весь интервал изменения влажности был разделен на три диапазона: I) 6-15$; 2) 35-55$; и 3) 75-100$. Верхний диапазон влажности определялся теми ее значениями, которые имели зерна после предварительной их сушки в режиме фильтраг-ции, то есть после удаления поверхностной влаги, оставшейся после очистки плода и мойки зерен. Как отмечалось ранее, максимальное значение этой влажности лежит в пределах 90-100$. При этих значениях влажности не происходит агрегирование частиц, и состояние их поверхности не оказывает влияния на гидродинамическую обстановку в слое.
Исследование гидродинамических характеристик слоя в зависимости от влажности диктуется тем, что такие характеристики зерен как насыпная плотность, плотность материала и эквивалентный диаметр зависят от влажности (см.рис.2-19). Кроме влажности переменными параметрами изучаемого процесса явились расход воздуха, его температура и высота слоя зерен кофе. Исследование гидродинамических характеристик псевдоожиженно-го слоя зерен натурального кофе проводилось при температурах 40С (температура холодного воздуха) и 80С (температура горячего воздуха, максимально допустимая для сушки зерен кофе). Высота неподвижного слоя варьировалась от 40 до 120 мм. В процессе проведения опытов измерялись следущие параметры: высоты неподвижного и псевдоожиженного слоя зерен кофе, линейная скорость воздуха, отнесенная к свободному сечению аппарата и перепад давления в слое. В табл.(Ш-І) приложения представлены результаты полученныхнами опытных данных, а в табл.(3.1) - результаты их обработки. На рис.(3 2) и (3 3) показаны для нескольких опытов кривые изменения перепада давления в слое в зависимости от скорости воздуха, рассчитываемой на полное сечение аппарата и высоты неподвижного слоя зерен. Из полученных зависимостей видно, что практически отсутствует пик давления в момент перехода слоя в псевдоожиженное состояние. Следовательно, практически происходит плавный переход слоя из неподвижного в псевдоожиженное состояние.
