2.1. Теоретические основы сушки

Семена относятся к коллоидным капиллярно-пористым материалам. Они могут поглощать или отдавать влагу в атмосферу, которая связана внутри семени различными формами энергии. Согласно классификации Ребиндера в таких телах встречаются следующие формы энергии связи влаги.

 Химическая. Характер связи кристаллический или химический. Эта влага связывается с большим выделением тепла и в строго стехиометрическом соотношении. Удерживается наиболее прочно. Эта связь может быть разрушена либо путем химического воздействия, либо нагревом до высоких температур – прокаливанием. При сушке эта влага не удаляется.

 

Физико-химическая. Эта форма связи предполагает наличие адсорбционно-связанной, осмотически поглощенной и структурной влаги. Этот вид влаги содержится в различных, не строго определенных соотношениях.

а) адсорбционная форма связи влаги. Наиболее прочная в этой группе. Сорбируется снова с выделением тепла. Наибольшее количество тепла выделяется при образовании первого мономолекулярного слоя. Этот слой воды находится под огромным давлением, обусловленным молекулярным силовым полем. Мономолекулярный слой удерживается наиболее прочно, при сушке не удаляется.

б) осмотическая. Связь менее прочная. Поглощение этой влаги происходит без выделения тепла. К этому типу влаги относят и внутриклеточную влагу. Она захватывается семенем в процессе роста при формировании геля.

в) структурная. Является влагой набухания. Количество осмотически поглощенной и структурной влаги во много раз превышает содержание адсорбционно-связанной влаги.

 

Механическая. Включает капиллярную форму энергии связи и смачивания:

а) капиллярная. Это влага, поглощенная макро- и микрокапиллярами. Капиллярная связь обусловлена капиллярным давлением и поверхностным натяжением.

б) смачивания. Удерживается действием поверхностных сил. Эта форма связи наименее прочная.

 

Характер удаления влаги находится в непосредственной зависимости от форм энергии ее связи с материалом. Например, для удаления адсорбционносвязанной влаги необходимо превратить ее в пар; влага макрокапилляров в основном перемещается по капиллярам в виде жидкости, влага набухания – путем диффузии через стенки клеток.

Особенности протекания процесса сушки, характер десорбции влаги описывается кривыми сушки, которые показывают зависимость относительной влажности семян от времени сушки (рис. 6).

6.1.jpg

Рис. 6. Кривая сушки (а) и скорости сушки (б) коллоидного капиллярно-пористого тела: W- относительная влажность, то есть влажность, выраженная в процентах по отношению к сухой массе; t – продолжительность сушки

 

На кривых сушки ярко выражены три периода:

1 - период прогрева материала до температуры испарения влаги в данных условиях или температуры мокрого термометра (влажность плавно и незначительно убывает, пока материал не прогрелся);

2 - участок постоянной скорости испарения. Здесь не происходит дальнейшего разогрева семенной массы. Все тепло расходуется на испарение влаги. Точка К1 – соответствует концу прямолинейного участка и значению критической влажности материала;

3 - период убывающей скорости сушки.

 

После точки К2 кривая выходит на прямую горизонтальную линию, которая характеризует равновесную влажность материала. Скорость сушки материала равна нулю, процесс завершается.

 

Семенная масса обладает высокой тепловой инерцией, то есть медленно нагревается и медленно отдает тепло. Поэтому при сушке семенная масса никогда не достигает температуры сушильного агента. Тем не менее, за температурой семян при сушке необходимо следить. Для разных культур эта температура разная. Но ориентировочно для семян в среднем она не должна быть более 70 оС.