Физические свойства зерна и зерновых продуктов

СЫПУЧЕСТЬ

Хорошая сыпучесть зерновых масс позволяет довольно легко перемещать их при помощи норий, конвейеров и пневмотранспортных установок, загружать в различные по размерам и фор­ме хранилища и транспортные средства. Используя принцип самотека, все схемы технологического процесса на элеваторах, мукомольных и крупяных заводах построены по вертикали.

Эффект заполнения хранилища зерновой массой зависит от/ ее сыпучести: чем она больше, тем быстрее и лучше заполняется силос. Сыпучесть учитывают и при статических расчетах хранилища.

Под углом трения понимается наименьший угол, при котором зерновая масса начинает скользить по какой-либо по­верхности.

Под углом естественного откоса, или, иначе, под углом ската, понимается угол между диаметром основания и образующей конуса, получающегося при свободном падении зерновой массы на горизонтальную плоскость (например, на пол склада).

На сыпучесть зерновой массы влияет много факторов. Основными из них являются гранулометрический состав и грануломорфологическая характеристика зерна (форма, размеры, ха­рактер и их видовой состав; материал, форма и состояние по­верхности, по которой самотеком перемещают зерновую массу).

Наименьшим углом трения и естественного откоса, т. е. наи­большей сыпучестью, обладают зерновые массы, состоящие из зерен и семян шарообразной формы с гладкой поверхностью (горох, просо, люпин).

На их сыпучесть существенное влияние ока­зывают и другие факторы: влажность, примеси и характер поверхности, по которой перемещают зерновую массу.

Примеси, встречающиеся в зерновой массе, как правило, снижают ее сыпучесть.

С увеличением влажности зерновой массы ее сыпучесть значительно снижается. В меньшей степени это проявляется в зер­новой массе. Из шаровидных зерен с гладкой поверхностью.

Сыпучесть зерновых масс учи­тывают при проектировании и эксплуатации зернохранилищ, мукомольных, крупяных и ком­бикормовых заводов, транспорт­ных, погрузочно-разгрузочных устройств и т. д. Стандартных методов определения сыпучести пока нет. Угол естественного от­коса определяют при помощи че­тырехгранного стеклянного сосуда, наполняемого на 1/3 зерном, а затем поворачиваемого на 90° (метод Мооса). Используют также ящик с выдвижной стенкой, удаление которой приводит к осыпанию части зерновых масс и образованию угла естественного откоса. Угол естественного от­коса можно определять и методом высыпания зерна из ворон­ки, установленной на определенной высоте от горизонтальной плоскости. Угол трения зерна по материалу самотека чаще все­го определяют при помощи горки конструкции Ревякина.

Самосортирование. Самосортирование является следствием неоднородности по массе и плотности вхо­дящих в нее твердых частиц. Загрузка зер­новых масс в хранилища или выпуск из них самотеком, перемещение конвейерами, пе­ревозка в вагонах, автомобилях и т. п. обя­зательно сопровождаются самосортирова­нием.

Известно также, что влажность пристенных участков зерно­вой массы обычно выше средней влажности всей партии. Все это создает предпосылки для развития микроорганизмов и клещей.

Асимметричное исте­чение наблюдает­ся в силосах с большим диа­метром, но при несимметрич­ном расположении отверстий выпуска и загрузки. И в этом случае зерновая масса выте­кает центральным столбом, в который одновременно вовле­кается значительная масса бо­ковых прилегающих слоев.

Симметричное истечение наблюдается в си­лосах малого диаметра. Оно характеризуется одновременным движением всей зерновой массы с несколько более быстрым движением центрального столба. На характер истече­ния влияет и влажность зерна. При выпуске зерновой массы с повышенной влажностью симметричного истечения не бывает.

Таким образом, в результате самосортирования в зерновой массе, засыпанной на хранение, нарушается однородность и создаются условия, способствующие развитию различных фи­зиологических процессов, приводящих к частичной или полной порче зерна.

СКВАЖИСТОСТЬ

Наличие скважин в межзерновой массе влияет на многие физические и физиологические процессы, протекающие в ней. Так, воздух, перемещающийся по скважинам, способствует пе­редаче тепла путем конвекции и перемещению влаги через зер­новую массу в виде пара. Значительная газопроницаемость зер­новых масс позволяет использовать это свойство для продува­ния их воздухом (при активном вентилировании) или вводить в них пары различных отравляющих веществ для обеззаражива­ния (дезинсекции).

Крупные примеси обычно увеличивают скважистость, мел­кие— легко размещаются в межзерновых пространствах иуменьшают ее.

Скважистость возрастает с увеличением влажности зерновой массы. Зерно, увлажненное уже в хранилище, набухает, увели­чивается в объеме, и в связи с этим зерновая масса несколько уплотняется. В результате значительно снижается сыпучесть, создаются предпосылки к слеживанию.

СОРБЦИОННЫЕ СВОЙСТВА

Зерно и зерновая масса как сорбенты. Зерна и семена всех культур и зерновая масса в целом обладают способностью поглощать (сорбировать) из окружающей среды пары раз­личных веществ и газы. При известных условиях наблюдается обратный процесс выделения (десорбции) этих веществ в окружающую среду.

В зерновой массе наблюдаются сорбционные явления: ад­сорбция, абсорбция, капиллярная конденсация и хемосорбция. Их суммарный результат называют сорбцией.

Отдельные зерна и зерновая масса в целом хорошие сорбен­ты. Их значительная сорбционная емкость объясняется двумя причинами: капиллярно-пористой коллоидной структурой каж­дого зерна и скважистостью зерновой массы.

Зерна и семена являются типичными капиллярно-пористыми коллоидными телами. Сорбционные процессы особенно харак­терны для покровных тканей (оболочек) зерна и семян, имею­щих ярко выраженную капиллярно-пористую структуру.

Характеристика сорбционных явлений в зерновой массе. Все явления сорбции, наблюдаемые в зерновой массе при транспор­тировании, хранении и обработке, с точки зрения их влияния на ее качество и сохранность можно разделить на две группы: сорбцию и десорбцию различных газов и паров, кроме паров воды, и сорбцию и десорбцию паров воды.

Гигроскопичность зерновой массы. Наибольшее влияние на состояние зерновой массы при хранении и особенно послеубо­рочной обработке (активное вентилирование, сушка) оказывает способность ее к сорбции и десорбции паров воды, т. е. ее гиг­роскопичность.

Увлажнение зерновой массы при хранении, наступающее в результате гигроскопичности, создает условия для жизнедея­тельности зерна, микроорганизмов и других живых компо­нентов.

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ И МАССООБМЕННЫЕ СВОЙСТВА

Отдельные зерна и зерновая масса в целом обладают рядом теплофизических и массообменных свойств, из которых для зер­на как объекта хранения наибольшее значение имеют теплопро­водность, температуропроводность и термовлагопроводность.

Теплопроводность. Зерновая масса обладает низкой тепло­проводностью, что объясняется ее органическим составом.

Темперапроводность. Температуропроводность опреде­ляет скорость изменения температуры в исследуемом материа­ле, его теплоинерционные свойства. Зерновая масса характери­зуется низким коэффициентом температуропроводности и обла­дает поэтому большой тепловой инерцией.

Термовлагопроводность. Перемещение влаги в зерновой мас­се, обусловленное градиентом температуры, называется термо-влагопроводностью. В результате этого явления происходит пе­ремещение влаги вместе с потоком тепла в более холодные слои или участки зерновой массы.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МУКИ И КРУПЫ

В практике хранения и транспортирования муки и крупы необходимо учитывать те же физические свойства, что и у зер­новой массы, т. е. сыпучесть, скважистость, сорбционную ем­кость и теплофизические характеристики. Однако следует иметь в виду, что мука и крупа по своим физическим свойствам су­щественно отличаются от зерна, из которого они были вырабо­таны.

Сыпучесть. Мука состоит из очень мелких частиц различной величины и формы, имеющих значительный коэффициент трения, поэтому сыпучесть муки и отрубей меньше, чем у зерновой массы.

Скважистость. В муке, частицы которой малы, скважистость имеет мелкопористую структуру. Это приводит к меньшей газо­проницаемости муки, затрудняет газообмен в ней и ограничи­вает возможность проникновения в нее клещей и насекомых. Лишь личинки некоторых жуков и бабочек, обладающие упру­гим мускулистым телом, способны проникать во внутренние участки муки в мешке или в силосах.

Скважистость крупы в зависимости от размеров ее частиц по структуре аналогична скважистости либо зерновой массы, ли­бо муки.

Сорбционные свойства. Мука и крупа обладают значитель­ной способностью к сорбции и десорбции водяных паров, а так­же других паров и газов. Однако сорбционная емкость у муки и крупы значительно меньше, чем у зерновой массы. Это объ­ясняется как характером скважистости, так и нарушением структуры зерна.