Влияние температуры на механические свойства зерна

29.10.2014

Изучение процессов, протекающих при изменении температуры материалов, приобретает все большее значение во всех отраслях науки и техники. В связи с бурным развитием техники холодильного дела изучению механических свойств материалов при низких температурах уделяют в нашей стране много внимания.
При изменении температуры меняются механические свойства материалов (предел текучести, временное сопротивление, а также сопротивление деформированию, твердость при вдавливании индентора, ударная вязкость при изломе и т. п.). Однако ход изменения этих свойств неодинаков для различных материалов. Так, аморфные вещества при низких температурах являются твердыми телами, при высоких у них проявляются свойства, присущие жидким веществам.
Проф. А. В. Лыковым установлено, что резкое охлаждение материала вызывает перераспределение влаги, обусловленное термовлагопроводностью и сопровождающееся появлением микротрещин и короблений. Им же было доказано, что при нагревании вследствие неравномерного распределения влаги также могут появляться трещины на поверхности материала.
Указанные явления могут иметь место и в процессе измельчения зерна, в, котором фактор влажности играет первостепенную роль.
Работники мукомольных предприятий знают, что температуры зерна и окружающей среды влияют на показатели процесса измельчения, но указанные вопросы не нашли отражения в литературе по технологии мукомольного производства.
Изучение кинетики процесса измельчения зерна в зависимости от его температуры позволит выбрать оптимальные режимы для измельчения зерна различных типов.
Условия и результаты проведения первой серии опытов с различной температурой зерна. Первая серия опытов проводилась с 3 сортами пшеницы: Мелянопус 69 Саратовской области со стекловидностью 100%; Лютесценс 62 Воронежской области со стекловидностью 64% и Курской области —со стекловидностью 14,7%.
Образцы весом 5 кг каждый с начальной температурой 14° в течение 50 час. охлаждались при температуре наружного воздуха — 25—30°. Зерно хранилось в открытых банках диаметром 300 мм. Температура в межзерновом пространстве измерялась пентановым термометром с ценой деления 0,5° и медноконстантановой термопарой.
Из пшеницы каждого сорта были последовательно отобраны образны весом 1—1,5 кг, которые измельчались в лабораторном вальцевом станке при температуре воздуха в лаборатории 14°. Для проведения следующей серии опытов отобранные образцы (весом 1—1,5 кг) вносили в помещение лаборатории (температура 14°), постепенно доводили температуру зерна до —10°, а затем его измельчали. Аналогично поступали при проведении очередной серии опытов, повышая в лаборатории температуру зерна с -20 до 0°, а затем измельчая его.
В дальнейшем поступали так. Дня достижения температуры 10° зерно охлаждали на воздухе, а для достижения температуры 20 и 30° помещали в термостат с терморегулятором; температуру нагрева доводили до 30°,
Влажность зерна определяли перед измельчением в электросушилньом шкафу (СЭШ-1) при температуре 130° в течение 40 мин. При проведении опытов с зерном, влажность которого превышала 12—13%, его предварительно подсушивали при температуре 105° в течение 30 мин. Измельчение зерна, определение вновь образованной поверхности и его прочности производили в соответствии с описанной ранее методикой.

Влияние температуры на механические свойства зерна

В табл. 17 приведены результаты первой серии опытов.
Результаты исследования показывают, что с повышением температуры прочность при измельчен и и возрастает. При низких температурах зерно становится более хрупким.
Сравнивая величину снижения прочности зерна различных сортов и районов произрастания, устанавливаем, что при снижении температуры с +30 до -20° прочность зерна пшеницы Мелянопус 69 уменьшилась с 377 до 255 кГм/м2, Лютесценс 62 Воронежской области — с 233 до 143 кГм/м2 и Лютесценс 62 Курской области — с 204 до 163 кГм/м'2.
Таким образом установлено, что различные сорта пшеницы ведут себя неодинаково при низких температурах среды.
Для получения более полного представления о влиянии низких температур на механические свойства зерна была проведена еще одна серия опытов, результаты которых приводятся ниже.
Условия и результаты проведения второй серии опытов. Для проведения второй серии опытов были взяты образцы трех сортов пшеницы: Мелянопус 69 Краснодарского края со стекловидностью 100%, Лютесценс 62 Воронежской области со стекловидностью 32% и Курской области — со стекловидностью 47,5%.
Образцы с начальной температурой 22—23° были помещены на 30 суток в холодильную камеру Московского холодильного института им. Микояна. Температура камеры была равна -50°. Затем образцы зерна измельчали с соблюдением тех же параметров, что и в первой серии опытов.
Результаты приводим в табл. 18.
Влияние температуры на механические свойства зерна

Экспериментальные данные второй серии опытов подтверждают закономерности, найденные в первой серии опытов, со снижением температуры прочность зерна при измельчении уменьшается. В первой серии опытов величина уменьшения прочности при измельчении пшеницы Лютесценс Курской области со стекловидностью 14,7% была минимальной, а при измельчении пшеницы Лютесценс Воронежской области со стекловидностью 64% —максимальной. При проведении второй серии опытов измельчались также пшеница Лютесценс Курской области, но со стекловидностью 47,5% и Лютесценс Воронежской области со стекловидностью 32%. Прочность первой уменьшилась на 30%, а второй — на 35 %.
Можно полагать, что в связи со снижением температуры концентрация твердых растворов в зерне пшеницы Воронежской области была больше, чем в зерне пшеницы Курской области.
Условия и результаты проведения третьей серии опытов. Для установления влияния температуры зерна на показатели процесса измельчения — выход и качество продуктов — были проведены специальные опыты с зерном пшеницы различных сортов и влажности. Увлажнение производили при температуре 21—22°, затем зерно отволаживали в течение 18—20 час. и помещали в холодильную камеру с температурой -25°. В ту же камеру наряду с увлажненным зерном помещали образцы сухого зерна с влажностью 12,7—13,2%. Образцы зерна с низкой температурой измельчали параллельно с такими же образцами зерна, не подвергавшегося охлаждению.
В табл. 19 приводятся результаты опытов.
Влияние температуры на механические свойства зерна

Результаты третьей серии опытов позволяют выявить следующие закономерности:
— общее извлечение продуктов, а также крупной крупки при снижении температуры неувлажненного и увлажненного зерна увеличивается;
— выход средней и мелкой крупок в большинстве случаев одинаков, в то время как выход дунстов и муки (за исключением опытов с твердой пшеницей) уменьшается;
— средневзвешенная зольность всех продуктов (в том числе крупок, дунстов и муки) при низких температурах возрастает, цвет муки ухудшается;
— расход энергии на единицу вновь образованной поверхности с падением температуры снижается; следовательно, при низких температурах прочность при измельчении зерна с естественной влажностью (12,7%) и увлажненного (16,1—17,5%) уменьшается.
Все это указывает на нецелесообразность применения избирательного измельчения зерна с низкой температурой, так как качество продуктов, особенно крупной крупки, ухудшается: основные части зерна (оболочки и эндосперм) измельчаются почти в одинаковой степени, что противоречит принципам измельчения зерна в сортовую муку. Наоборот, при простом помоле, когда основная задача состоит в том, чтобы измельчить оболочки и эндосперм в одинаковой степени, можно размалывать зерно с низкой температурой. В этих случаях возрастут удельные нагрузки на вальцевые станки и снизится удельный расход энергии.
Условия и результаты проведения четвертой серии опытов. Ежегодно на мельницы Сибири, Урала и центральной части России поступает большое количество зерна с температурой от 0 до -10°. Выход муки из такого зерна получается, как правило, меньший, а качество ее ухудшается. Опыты, проведенные с сухим и влажным зерном, имевшим минусовую температуру (см. табл. 19), подтвердили, что качество крупок, дунстов и муки ухудшается. Поэтому весьма важно для практики изучить в процессе измельчения поведение зерна сначала охлажденного (до -4°), а затем доведенного до плюсовой температуры (16—18°). С этой целью была проведена четвертая серия опытов с пшеницей IV типа Одесской области со стекловидностью 45%.
Два образца—один с естественной влажностью (13,2—13,5%) и второй увлажненный (15,6—15,8%) — были помещены в холодильную камеру, где температура зерна была снижена с 18 до -5°. Зерно находилось в камере 20 суток, затем в охлажденном виде его перенесли в помещение лаборатории, где температура воздуха была равна 20—22°. Через 8—10 час. температура зерна повысилась и перед измельчением достигала 16—18°. Параллельно с этими образцами измельчали такие же образцы зерна, не подвергавшегося предварительному охлаждению.
Результаты, полученные при проведении четвертой серии опытов, приводим в табл. 20.
Влияние температуры на механические свойства зерна

Результаты проведенных исследований показывают:
1. Величина общего извлечения продуктов и выход крупной, средней и мелкой крупок, дунстов и муки при измельчении неувлажненного зерна (опыты № 1 и 2), а также увлажненного (опыты № 3 и 4) изменяются незначительно.
2. Качество продуктов, полученных при измельчении увлажненною зерна (опыты № 3 и 4), выше, чем качество продуктов из неувлажненного (опыты № 1 и 2).
3. Качество продуктов, полученных при измельчении зерна, подвергавшегося охлаждению, а затем обогреву (опыт № 2), выше, чем качество продуктов измельчения зерна, не подвергавшегося охлаждению (опыт № 1). Наиболее высокие показатели качества получены при измельчении увлажненного зерна, подвергавшегося охлаждению и последующему обогреву (опыт № 4).
4. Расход энергии на единицу вновь образованной поверхности при измельчении зерна пшеницы, подвергавшегося охлаждению и обогреву, выше, чем при измельчении зерна, не подвергавшегося охлаждению.
Улучшение качества продуктов измельчения пшеницы, подвергавшейся сначала охлаждению, а затем обогреву, по-видимому, связано с некоторым повышением влажности поверхностных слоев зерна вследствие сорбции из влажного воздуха: пары теплого воздуха помещения (20—22 ), соприкасаясь с холодным зерном (с температурой -4°), охлаждались и конденсировались.
Влияние температуры зерна на механические свойства оболочек и эндосперма. В табл. 21 приводятся результаты измерения микротвердости оболочек и эндосперма зерна пшеницы IV типа Одесской области со стекловидностью 45%.
Влияние температуры на механические свойства зерна

Как видно из таблицы, с понижением температуры микротвердость, как правило увеличивается; пластические свойства основных частей зерна изменяются. Оболочки и эндосперм становятся менее пластичными, поэтому в процессе их обработки измельчаются более интенсивно. Проведенные исследования со всей убедительностью показали, что при поступлении на сортовые мельницы зерна с отрицательной температурой, его необходимо в процессе подготовки к помолу подогревать с тем, чтобы до измельчения температура зерна была не ниже 15—20°. Это требует создания несложной конструкции подогревателей и оснащения ими мукомольных предприятий, в первую очередь в районах Урала и Сибири; подогрев зерна позволит улучшить качество муки.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: