Физические свойства зерновой массы, муки, крупы и комбикормов

10.11.2014

В данной теме дано понятие о зерновой массе и ее физическом составе, а также указаны причины неоднородности состава.
Неоднородность составных компонентов зерновой массы обусловливают также ее физические свойства, которые необходимо учитывать в практике транспортирования, при разработке технологических схем механизации и автоматизации обработки зерна в потоке, а также при его хранении.
К физическим свойствам зерновой массы, на основе которых разработаны режимы и способы хранения зерна, относят: сыпучесть, самосортирование, скважистость, сорбционные и теплофизические свойства.
Сыпучесть. Способность зерна перемещаться по наклонной поверхности под действием своей массы (веса) называется сыпучестью. Зерновая масса представляет собой механическую смесь, состоящую из твердых тел различной крупности, формы и состояния поверхности, обладает хорошей сыпучестью, поэтому при погрузке, разгрузке, очистке и переработке зерна широко используют гравитационный способ его перемещения (самотек). Степень сыпучести зерновой массы неодинакова и зависит от формы, размера, состояния и характера поверхности зерна и примесей, состава примесей, качества хранящейся партии, а также от формы и состояния поверхности, по которой перемещают зерно. Наибольшую сыпучесть имеют партии, состоящие из зерна шарообразной формы с гладкой поверхностью (горох, просо и др.). При наличии большого количества органической примеси, а также при самосогревании зерна сыпучесть резко снижается, а иногда теряется совсем. Большое влияние на сыпучесть зерновой массы оказывает ее влажность. Сыпучесть зерновой массы характеризуется двумя показателями — углом естественного откоса и углом трения.
Под углом естественного откоса понимают угол между диаметром основания и образующей конуса, получающегося при свободном падении зерна на горизонтальную плоскость. Чем меньше угол естественного откоса, тем больше сыпучесть.
Углом трения зерна о поверхность считается наименьший угол, при котором зерно начинает самотеком перемещаться по наклонной плоскости.

Физические свойства зерновой массы, муки, крупы и комбикормов

Величина угла естественного откоса будет равна углу трения зерна по зерну. Колебания угла естественного откоса для отдельных культур приведены в таблице 14.
При проектировании уклона днищ силосов, бункеров, а также при выборе угла наклона самотеков выбирают наибольшие углы трения.
В лабораторных условиях угол, естественного откоса определяют следующими методами.
Физические свойства зерновой массы, муки, крупы и комбикормов

Метод высыпания зерна из воронки. Для определения угла естественного откоса применяют прибор (рис. 43), состоящий из воронки с задвижкой в нижней части, штатива для укрепления воронки и линейки с транспортиром для замера угла. Воронку закрепляют на штативе так, чтобы расстояние между выпускным отверстием и столом составляло 25 см. После заполнения воронки зерном открывают задвижку, и зерно высыпается на стол под углом естественного откоса, который замеряют транспортиром.
Угол естественного откоса зерна определяют по тангенсу (рис. 44).
Физические свойства зерновой массы, муки, крупы и комбикормов

Зерно испытываемой культуры насыпают в деревянный ящик 1 с выдвижной стенкой 2 и продолжающимся дном 3. При подъеме выдвижной стенки ящика зерно высыпается и располагается под углом естественного откоса на дне 3. Измерив при помощи имеющихся на приборе делений 4 противолежащий а и прилежащий Ь катеты треугольника 5, находим тангенс угла естественного откоса зерна (tg φ), пользуясь таблицей.
Физические свойства зерновой массы, муки, крупы и комбикормов

При определении величины угла естественного откоса нужно выполнить не менее трех параллельных определений и взять из них среднеарифметическое значение.
Мука, отруби и рассыпные комбикорма состоят из дробленых частиц различной формы и размера и имеют большой коэффициент трения, поэтому их сыпучесть меньше, чем сыпучесть зерна. С повышением влажности этих продуктов сыпучесть резко снижается. Комбикорма мелкого размола обладают меньшей сыпучестью, чем среднего и крупного. Резко снижается сыпучесть комбикормов, в состав которых входит кровяная мука.
Самосортирование. Под самосортированием понимают способность зерновой массы при транспортировании, загрузке и разгрузке транспортных средств и зернохранилищ расслаиваться в соответствии с плотностью, парусностью и коэффициентом трения ее составных частей.
При загрузке хранилищ тяжелое зерно и тяжелые примеси, обладающие меньшей парусностью и большей плотностью, располагаются ближе к центру падения (у вершины образующегося конуса), а легкие примеси и щуплое зерно удаляются от центра (рис. 45).
Особенно сильно самосортируется зерно при загрузке силосов, высота которых достигает 30 м. Наблюдается самосортирование и при разгрузке зерна из силосов. В первую очередь вытекает тяжелое зерно, расположённое в центре силоса. Самосортирование может вызвать самосогревание периферийного слоя зерна в силосах.
При загрузке складов передвижными транспортерами самосортирование может привести к гнездовому самосогреванию. Загрузка механизированных складов с верхней галереи может вызвать вертикально-пластовое самосогревание у стен складов, так как в эти участки попадают щуплые, более влажные зерна и органическая примесь (рис. 46).
Физические свойства зерновой массы, муки, крупы и комбикормов

Явление самосортирования необходимо учитывать при отборе проб для анализа качества зерна, поэтому разовые пробы из автомобилей и вагонов надо отбирать в соответствии с требованиями стандарта. Вследствие самосортирования создаются благоприятные участки для размножения микроорганизмов и вредителей хлебных запасов.
Самосортирование наблюдается также и при перемещении рассыпных комбикормов. Более тяжелые ингредиенты (соль, дробленое зерно) перемещаются вниз, а легкие (отруби, шроты, мучки) — вверх, что не только снижает их питательность, но и может вызвать отравление животных.
В муке и крупе самосортирование не наблюдается, так как частицы почти одинаковы по размеру и плотности.
Скважистость. Зерновая масса, размещенная на хранение, укладывается неплотно. Между отдельными зернами и примесями всегда остаются промежутки, заполненные воздухом.
Часть объема зерновой массы, занятую непосредственно зерном и примесями, называют плотностью, а часть объема, занятую воздухом, называют скважистостью.
Следовательно, скважистость — это отношение объема межзерновых пространств к общему объему зерновой массы, а плотность равна объему зерновой массы за вычетом скважистости. Выражают эти показатели в процентах по отношению к зерновой массе. Величина скважистости зависит от формы, размеров, состояния поверхности зерна, его качества (влажности и засоренности), а также от размера зернохранилища. Культуры с большей объемной массой и продолговатой формы (пшеница, рожь) имеют меньшую скважистость. Овес, ячмень, подсолнечник, рис имеют большую скважистость. Чем больше влажность зерна, тем больше его скважистость. Крупные легковесные примеси (колоски, обломки стеблей и т. д.) повышают скважистость, а наличие в партии мелких семян сорных растений, минеральной примеси (песка) и битых зерен снижает ее.
Наличие скважин в зерновой массе при хранении имеет как положительное, так и отрицательное значение.
Положительное значение скважистости — скважины, заполненные воздухом, сохраняют жизнеспособность зерна, т. е. обеспечивают нормальное (аэробное) дыхание его, что важно для сохранности семенного зерна; скважины делают зерновую массу газопроницаемой, что позволяет продувать ее воздухом установками активного вентилирования — способствует проведению сушки зерна в зерносушилках; скважины позволяют вводить в зерновую массу пары различных фумигантов для ее обеззараживания от вредителей хлебных запасов (клещей, насекомых).
Отрицательное значение скважистости в том, что в межзерновых пространствах создаются условия для активной жизнедеятельности микроорганизмов и вредителей хлебных запасов, снижающих качество хранящихся партий зерна.
Практически скважистость определяют для установления объема межзерновых пространств при выборе режима активного вентилирования.
Скважистость муки, отрубей, мелкой дробленой крупы и рассыпных комбикормов значительно больше, чем у зерна (40—60%), но отдельные скважины очень малы, и поэтому газопроницаемость этих продуктов плохая.
В процессе хранения плотность муки, крупы и рассыпных комбикормов увеличивается, что приводит к слеживанию и сводообразованию этих продуктов. В нижних рядах штабелей с упакованной мукой и мелкой дробленой крупой слеживание наступает быстрее, поэтому в практике хранения упакованных продуктов периодически перекладывают штабеля — мешки из нижних рядов укладывают в верхние, а из верхних — в нижние.
Сорбционные свойства. Семена всех культурных растений, сорняков и зерновая масса в целом обладают способностью поглощать (сорбировать) пары различных веществ и газы из окружающей среды.
Процесс поглощения зерновой массой газообразных и парообразных веществ называют сорбцией, а степень поглощения зерновой массой этих веществ — сорбционной емкостью.
Зерновой массе свойствен и обратный процесс — десорбция, т. е. выделение (при изменившихся условиях) поглощенных веществ в окружающую среду. Поглощающие тела, например зерно, называют сорбентами.
Хорошую сорбционную способность зерновой массы можно объяснить следующими причинами:
- капиллярно-пористым строением самого зерна, т. е. наличием. в нем большого количества макро- и микропор;
- наличием в зерне коллоидных веществ (белков и др.), способных поглощать влагу;
- наличием в зерновой массе скважин, через которые в нее могут проникать парообразные и газообразные вещества.
На стойкость зерна при хранении оказывает влияние его, способность к сорбции и десорбции. Способность поглощать или отдавать в окружающую среду водяные пары принято называть гигроскопичностью. Степень поглощения водяных паров зависит прежде всего от относительной влажности воздуха, а также от химического состава, размера зерна, целостности оболочек и весового соотношения частей.
Под относительной влажностью воздуха понимают степень насыщения его водяными парами и выражают ее в процентах.
Зерно поглощает водяные пары не беспредельно. Поглощение прекращается при наступлении так называемого гигроскопического равновесия, т. е. до момента, когда обмен влаги между зерном и воздухом прекращается.
Установившуюся влажность зерна при определенной относительной влажности и температуре воздуха называют равновесной.
Из вышеизложенного можно заключить, что определенной относительной влажности воздуха и его температуре соответствует определенная равновесная влажность зерна.
В зависимости от влажности и температуры зерна равновесная влажность злаковых культур может колебаться в пределах 7—36%.
Меньшая равновесная влажность масличных культур и сои объясняется большим содержанием в их семенах жира.
Таким образом, при хранении, транспортировании и вентилировании зерна необходимо учитывать способность его активно поглощать пары и газы. He следует применять активное вентилирование зерна наружным воздухом при высокой относительной влажности его, так как это приведет к увлажнению партии, а следовательно, к активизации отрицательных процессов. Мука и крупа обладают большей сорбционной способностью, так как влаголюбивые вещества (белок и крахмал) не защищены оболочками и быстрее поглощают пары и газы. В муке и крупе при одинаковых условиях хранения с зерном установившаяся (равновесная) влажность будет всегда меньше, так как капиллярная влага здесь почти отсутствует в результате частичного удаления пористых оболочек. Малая газопроницаемость муки и дробленых круп затрудняет проникание водяных паров в мешок, штабель или силос, поэтому внутренние слои в процессе хранения почти не изменяют свою влажность. Высокие сорта муки менее гигроскопичны, чем мука второго сорта и обойная.
Комбикорма обладают высокой гигроскопичностью, так как отдельные виды сырья (соль, мел, солодовые ростки, сухой свекловичный жом и др.) имеют повышенную гигроскопичность. Гранулированные комбикорма менее гигроскопичны и сохраняют свое высокое качество длительное время.