Сущность явления самосогревания и его виды

11.07.2015

Важнейшей причиной понижения качества зерна и потерь в весе сухих веществ является его самосогревание. Достаточно ослабить наблюдение за партиями зерна, не принять своевременно защитных профилактических мер, как через некоторое время в отдельных участках зерновой насыпи может произойти повышение температуры, сопровождающееся порчей зерна.
Чаще всего это повышение температуры происходит в результате накопления тепла в зерновой массе, образующегося при протекающих в ней процессах. Поэтому такое явление и получило название самосогревания, или самонагревания.
Нередко можно слышать выражения: «зерно горит» или «зерно самовозгорелось». Такие термины нельзя признать правильными; зерно не горит и не обладает способностью к самовозгоранию, как некоторые другие материалы. Даже при запущенных формах самосогревания, когда зерно теряет продовольственную и фуражную ценность и становится как бы обуглившимся, температура в зерновой массе не поднимается выше 70—75°. Самовоспламенения зерна не происходит в силу того, что на его поверхности не возникают необходимые для этого автооксидационные процессы.
Изучению природы самосогревания зерновых масс и условий, способствующих возникновению и развитию этого процесса было посвящено много работ, выполненных в России и зарубежных странах. Установлено, что самосогревание является следствием физиологических и физических свойств зерновой массы — активной жизнедеятельности всех живых ее компонентов и плохой теплопроводности.
Тепло образуется в зерновой массе в результате жизнедеятельности всех се живых компонентов (зерна основной культуры, семян сорных растений, микроорганизмов, насекомых и клещей). Чем лучше условия для их активной жизнедеятельности, тем интенсивнее они дышат.
Напомним, что при дыхании зерна и семян всех растений, как и многих других организмов, образуется большое количество тепла. Так при аэробном дыхании при окислении одной граммомолекулы глюкозы выделяется 674 ккал тепла:

Меньше тепла освобождается при анаэробном дыхании:

Однако обычно когда в зерновой массе начинается процесс самосогревания, в межзерновых пространствах имеется достаточный запас кислорода и свободный доступ воздуха к ее поверхности.
Микроорганизмы выделяют еще больше тепла. При благоприятных условиях они быстро размножаются и для своего развития требуют много пищи. Насекомые и клещи тоже дышат и выделяют тепло. Таким образом, источников образования тепла в зерновой массе много. Однако самосогревание есть не только результат повышенной физиологической активности зерновой массы, по и ее малой теплопроводности.
Коэффициент теплопроводности зерновой массы обычно находится в пределах 0,1—0,2 ккал/м. час°С. Такая низкая теплопроводность объясняется ее составом: плохо теплопроводен органический материал зерна и еще меньшей теплопроводностью обладает воздух межзерновых пространств (0,0217 ккал/м, час°С при температуре + 20°С). Передача тепла происходит путем кондукции и конвекции.
В результате того, что зерновая масса — плохой: проводник тепла, последнее (при значительном, его выделении всеми живыми организмами) задерживается в насыпи и приводит к повышению ее температуры, В данном случае малая теплопроводность зерновой массы играет отрицательную роль. В целом же для хранения зерна такое свойство полезно. Оно позволяет своевременно охладить партию зерна и на длительное время сохранить в ней пониженную температуру.
В начале процесс самосогревания проявляется или в отдельных очагах или в определенных пластах на периферийных участках зерновой массы (отсюда и названия двух видов самосогревания — «гнездовое» и «пластовое»). Пластовое самосогревание в зависимости от места греющегося пласта может быть верховым, низовым или вертикально-пластовым.
Гнездовое самосогревание обычно возникает в зерновой массе в результате попадания в насыпь (при укладке в бунты, погрузке в вагон, судно или закром хранилища) зерна более влажного или с повышенным содержанием примесей. Участок такого зерна в насыпи обладает повышенной физиологической активностью и является центром очага самосогревания.
На хлебоприемных пунктах гнездовое самосогревание наблюдается редко. Чаще оно возникает тогда, когда при засыпке зерна в один закром из мешков попадают разные по влажности и примесям зерновые массы.
Причиной гнездового самосогревания зерна может быть также попадание в насыпь капельножидкой влаги через неисправные крыши.
Исходя из свойства плохой теплопроводности зерновой массы, можно предположить, что очаг самосогревания должен возникнуть в центральных участках насыпи, наиболее удаленных от ее поверхности, пола и стен зернохранилища. Однако практика показывает, что такие случаи встречаются крайне редко; они представляют лишь одни из видов гнездового самосогревания. Процесс самосогревания обычно возникает в периферийных частях зерновой массы и развивается пластом в верхнем, нижнем или боковом слоях насыпи.
Природа пластового самосогревания в периферийных частях насыпи стала полностью понятна после изучения законов передвижения влаги в зерновой массе под влиянием перепада температур, т, е. явления термовлагодиффузии. Неравномерный обогрев или охлаждение зерновых масс часто приводят к образованию конденсационной влаги в периферийных слоях насыпи (близко от поверхности насыпи, недалеко от пола или от стен хранилища). Появление увлажненного слоя и наличие капельножидкой влаги на поверхности зерен и примесей создают предпосылки для активного развития микроорганизмов, и усиления физиологических процессов в зерне.
Поэтому самосогревание возникает в зерновых массах чаще всего осенью и весной, т. е. в периоды максимального перепада температур и повышенной физиологической активности зерновой массы. Рассмотрим особенности каждого вида пластового самосогревания.
Верховое самосогревание наиболее часто встречается при хранении зерновых масс в складах и элеваторах. Греющийся пласт возникает на глубине 30—150 см от поверхности насыпи зерна. Если общая высота насыпи зерна невелика (1—3 м), он обычно находится ближе к поверхности зерновой массы (30—40 см). При силосном хранении верховое самосогревание вначале обычно проявляется на глубине 70 — 150 см от поверхности насыпи.
Верховое самосогревание наблюдается обычно поздней осенью в партиях зерна, не подвергавшихся охлаждению. В этот период температура наружного воздуха и воздуха в складе оказываются ниже температуры зерновой массы. Верхний слой ее охлаждается, а остальная часть насыпи имеет более высокую температуру. Потоки теплого воздуха, поднимающиеся вверх, встречают на своем пути более холодные слои зерна, охлаждаются и выделяют конденсационную поду. Увлажненный и обогреваемый снизу слой вскоре превращается в интенсивный источник образования тепла.
Возникновение верхового самосогревания весной связано с потеплением воздуха в складе и обогреванием верхнего слоя зерновой насыпи. В данном случае прогревание насыпи идет сверху вниз и также создаются условия для конденсации влаги.
Замечено, что верховое самосогревание весной, как правило, наблюдается в партиях сильно переохлажденного («промороженного») зерна, так как создаются резкие перепады температур. Они могут привести даже к возникновению процесса самосогревания в партиях семян кондиционной влажности, с высотой насыпи всего 1 м. Верховое самосогревание из всех видов пластового наименее опасно. Это объясняется тем, что тепло передается в зерновой массе главным образом путем конвекции. Поэтому повышенно температуры внутренних слоев насыпи, находящихся ниже греющегося пласта, происходит медленно. Однако по мере развития самосогревания толщина само-согревающегося слоя будет увеличиваться.
Низовое самосогревание встречается реже в результате улучшения конструкции хранилищ и проведения своевременной обработки зерновых масс перед загрузкой в склады и элеваторы. Оно возникает в нижнем слое насыпи зерна: в складе на расстоянии 30—70 см от пола, а в элеваторах на расстоянии 1—3 м от выпускного отверстия силоса.
Этот вид самосогревания возникает при загрузке теплой зерновой массы на холодный пол или на сырые полы и покрытия. В первом случае легко образуется конденсационная влага в нижнем слое насыпи, а во втором она поглощается зерновой массой. Процесс низового самосогревания начинается вскоре после засыпки зерновой массы в хранилища и развивается бурно, так как перемещение образовавшегося тепла в верхние слои насыпи быстро расширяет зону греющегося зерна. При этом виде самосогревания особенно распространено прорастание и слеживание зёрна.
Вертикально-пластовое самосогревание названо так в связи с образованием вертикального греющегося пласта зерновой массы. Первая причина его возникновения — охлаждение или нагрев одной из стен силоса элеватора или склада. Вторая причина — увлажнение стен хранилища и передача этой влаги зерновой массе.
Возникновению вертикально-пластового самосогревания в силосе элеватора способствует также самосортирование зерновой массы. При загрузке силоса легкие частицы, щуплые зерна, большинство сорняков и пыль размещаются ближе к стенам. Все это приводит к образованию более активного (в физиологическом отношении) и часто более влажного слоя. В этих условиях даже незначительный перепад температур может способствовать повышению жизнедеятельности микроорганизмов, сорняков, щуплого зерна и т. д.
Если наблюдение за зерновыми массами отсутствует и своевременные меры к ликвидации возникшего процесса самосогревания не приняты, каждый из описанных его видов переходит в сплошное.
Таким образом, при известных условиях, самосогревание может возникнуть в каждой зерновой массе в период хранения или перевозок. Однако оно быстрее и чаще развивается в партиях зерна с повышенной влажностью и при достаточной исходной положительной температуре. Много предпосылок к развитию процесса самосогревания имеется в свежеубранном зерне (повышенная физиологическая активность основной культуры, семян сорных трав и эпифитной микрофлоры).
В связи с этим систематическое наблюдение за температурой зерновой массы совершенно обязательно. Термоштанги или термометры сопротивления всегда должны находиться в различных участках насыпи каждой партии зерна.
Периодичность наблюдений зависит от состояния зерновой массы (ее влажности и температуры), времени года и условий хранения. За партиями свежеубранного зерна наблюдения должны производиться ежедневно. Специфическое развитие явления самосогревания может происходить при временном хранении зерна в бунтах. Там греющиеся участки зерновой массы возникают в слое, образующем угол между основанием бунта и его боковой поверхностью. Причиной такого самосогревания является скопление влаги, стекающей с откосов бунта или подтекающей под его основание. В результате такого увлажнения все зерно, расположенное в нижней части наружной стороны бунта по всему периметру, может быть испорчено. Правила устройства бунтов предусматривают мероприятия, предупреждающие это явление.