Физические свойства зерновой массы

Зерновая масса представляет собой совокупность зерен основной культуры различной крупности и выполненности, зерен (семян) других культурных растений, различных примесей минерального и органического происхождения, микроорганизмов, воздуха в межзерновом пространстве, иногда вредителей хлебных запасов. Присутствие в зерновой массе столь различных компонентов придает ей специфические свойства, которые необходимо учитывать при обработке и хранении. Все свойства зерновой массы разделяют на две группы: физические и физиологические.

Зерно основной культуры и засоряющие его примеси различаются по следующим физико-механическим свойствам:

массе;

парусности (сопротивление, оказываемое отдельными семенами действующему на них воздушному потоку);

размерам (ширине, толщине и длине);

форме (круглое и угловатое);

свойствам поверхности (шероховатая и гладкая) и магнитным свойствам.

Сыпучесть. Это способность зерновой массы перемещаться по какой-либо поверхности, расположенной под углом к горизонту. Сыпучесть характеризуется углом естественного откоса, т.е. углом между диаметром основания и образующей конуса, получающегося при свободном падении зерновой массы на горизонтальную плоскость (табл. 1).

На сыпучесть зерновой массы влияют многие факторы, а именно: форма, размеры, характер и состояние поверхности зерен (гранулометрический состав и характеристика), влажность, количество примесей и их видовой состав, форма и состояние поверхности самотечных труб.

Таблица 1

Самосортированиезерновой массы происходит при перемещении и встряхивании, при загрузке и выгрузке складов и силосов элеваторов. Под самосортированием понимают способность зерновой массы терять однородность при перемещении и в свободном падении.

При свободном падении твердых частиц зерновой массы ее самосортированию способствуют аэродинамические свойства — скорость витания. Под ней принято понимать такую скорость воздушного потока в вертикальном канале, при которой зерновки находятся во взвешенном состоянии (витают). Для пшеницы скорость витания 9-11,5 м/с, тогда как для пылевидных частиц и половы она значительно меньше. При загрузке тяжелые зерна пшеницы падают быстро вниз и оседают в центре его сечения, тогда как легкие частицы примесей парят в воздухе, медленно опускаясь и по наклонной конусной поверхности насыпи скатываются к стенкам.

При выпуске зерна из силосов сначала выходит тяжелая центральная часть зерновой насыпи и только затем периферийная (пристеночная с сорняками, половой, пылью) с менее ценным щуплым, недоразвитым зерном.

Характеристика сыпучести различных культур

Самосортирование зерновой массы ухудшает условия ее хранения и переработки.
Основным фактором, определяющим процесс истечения сыпучего материала, является динамический свод над отверстием. При проведении опытов в зону образования динамического свода помещался отражательный конус, размеры и высота установки конуса определялись в зависимости от наилучшего эффекта равномерного истечения зерна для данного бункера.

Расход сыпучего материала, как показали опыты, не зависит от первоначальной плотности его укладки. Таким образом, можно считать, что расход сыпучего материала при его свободном истечении из отверстия определяется величиной подсводного объема над отверстием или увеличением числа отверстий для выпуска зерна из силоса или бункера, а значит и равномерного качественного выпуска зерна (так как зерновая масса неоднородна, неоднородность меняется по высоте в процессе выпуска).

При формировании столба зерна засыпкой, можно рассмотреть два способа (рис. 1).

Рис. 1. Схема загрузки и выгрузки силоса зерном

а - высота силоса; в- высота зерновой насыпи; а - угол естественного откоса; и - зерно; с - контр-конус

Это засыпка струей с некоторой высоты. Плотность укладки по центру будет максимальной, так как работа, затрачиваемая на уплотнение, приходится в основном на центральную часть.

Засыпка сыпучего материала по периметру силоса или бункера. Работа, затрачиваемая на уплотнение, будет больше у стен, что приведет к изменению характера передачи давления на стены.

При заполнении силоса струей по центру давление на стенку растет пропорционально высоте заглубления. В результате действия условий сводообразования, давление при выпуске увеличивается в 2-2,5 раза.

При заполнении силоса по периметру давление в статическом состоянии несколько превосходит величину давления при засыпке струей, но в процессе выпуска увеличения давления не наблюдается, так как при такой засыпке условия для образования сводчатой структуры отсутствовали, а плотность усреднялась.

Равномерный выпуск зерна из силоса или бункера играет важную роль в технологии подготовки его к помолу, в частности, при отволаживании.

Скважистость зерновой массы. Промежутки между твердыми частицами зерновой насыпи называют скважинами, а вся совокупность скважин составляет межзерновое пространство. Скважистость зерна Е (%) определяют по формуле:

Скважистость — важный показатель, который следует учитывать при складировании зерновых масс. С одной стороны, благодаря скважинам зерновые насыпи можно обрабатывать воздухом (при сушке, вентилировании, газации). Конвекция (естественное перемещение воздуха в межзерновом пространстве насыпи способствует передаче теплоты из одних ее участков
в другие. Наличие кислорода в воздухе межзернового пространства способствует сохранению жизнеспособности семян. А с другой стороны, чем большую часть насыпи занимают скважины, тем меньше в одном и том же объеме зерна, следовательно, требуется большая вместимость зернохранилища.

Сорбционные свойства. Это способность поглощать (сорбировать) из окружающей среды пары различных веществ, газы и выделять их (десорбировать). Эти свойства присущи зерну и семенам всех культур. Рациональные режимы сушки, активного вентилирования, газации и дегазации зерна при обеззараживании проводят с учетом его сорбционных свойств.

Гигроскопичность зерновой массы особенно важно учитывать при обработке и хранении. В результате взаимодействия зерновой массы с окружающей средой влажность зерна непрерывно изменяется до установления равновесной.

Абсолютная влажность зерна W_a (%) — это отношение массы влаги G_влк массе сухого зерна (материала):

Разделив одну формулу на другую и сделав преобразования, получим:

Различают относительную и абсолютную влажность зерна. Относительная влажность W (%) представляет собой отношение массы влаги, содержащейся в зерне G_m, к массе воды и сухого вещества (G_m+G_c), ее определяют по формуле:
Мелкие, щуплые, битые зерна имеют большую влажность. При скоплении таких зерен в определенных участках насыпи накапливаются теплота и влага, создается опасность возникновения очагов самосогревания.