Фізичні властивості зернової маси

Зернова маса являє собою сукупність зерен основної культури різної крупності і виконаності, зерен (насіння) інших культурних рослин, різних домішок мінерального і органічного походження, мікроорганізмів, повітря в міжзернової просторі, іноді шкідників хлібних запасів. Присутність в зерновій масі настільки різних компонентів надає їй специфічні властивості, які необхідно враховувати при обробці і зберіганні. Всі властивості зернової маси поділяють на дві групи: фізичні і фізіологічні.

Зерно основної культури і засмічують його домішки розрізняються за такими фізико-механічними властивостями:

парусність (опір, який чиниться окремими насінням чинному на них повітряного потоку);

розмірами (ширині, товщині і довжині);

формі (кругле і вугласте);

властивостям поверхні (шорстка і гладка) і магнітними властивостями.

Сипучість. Це здатність зернової маси переміщатися по будь-якої поверхні, розташованої під кутом до горизонту. Сипучість характеризується кутом природного укосу, тобто кутом між діаметром підстави і утворює конуса, що виходить при вільному падінні зернової маси на горизонтальну площину (табл. 1).

На сипкість зернової маси впливають багато факторів, а саме: форма, розміри, характер і стан поверхні зерен (гранулометричний склад і характеристика), вологість, кількість домішок і їх видовий склад, форма і стан поверхні самопливних труб.

Самосортування зернової маси відбувається при переміщенні і струшуванні, при завантаженні і вивантаженні складів і силосів елеваторів. Під самосортування розуміють здатність зернової маси втрачати однорідність при переміщенні і в вільному падінні.

При вільному падінні твердих частинок зернової маси її самосортування сприяють аеродинамічні властивості - швидкість витання. Під нею прийнято розуміти таку швидкість повітряного потоку у вертикальному каналі, при якій зернівки знаходяться в підвішеному стані (витають). Для пшениці швидкість витання 9-11,5 м / с, тоді як для пилоподібних частинок і полови вона значно менше. При завантаженні важкі зерна пшениці падають швидко вниз і осідають в центрі його перетину, тоді як легкі частинки домішок парять в повітрі, повільно опускаючись і по похилій конусної поверхні насипу скочуються до стінок.

При випуску зерна із силосів спочатку виходить важка центральна частина зернового насипу і тільки потім периферійна (пристінкова з бур'янами, статевої, пилом) з менш цінних щуплим, недорозвиненим зерном.

Характеристика сипучості різних культур

Самосортування зернової маси погіршує умови її зберігання та переробки.
Основним фактором, що визначає процес закінчення сипучого матеріалу, є динамічний звід над отвором. При проведенні дослідів в зону утворення динамічного зводу містився відображальний конус, розміри і висота установки конуса визначалися залежно від найкращого ефекту рівномірного закінчення зерна для даного бункера.

Витрата сипучого матеріалу, як показали досліди, не залежить від початкової щільності його укладання. Таким чином, можна вважати, що витрата сипучого матеріалу при його вільному витіканні з отвору визначається величиною подсводного обсягу над отвором або збільшенням числа отворів для випуску зерна з силосу або бункера, а значить і рівномірного якісного випуску зерна (так як зернова маса неоднорідна, неоднорідність змінюється по висоті в процесі випуску).

При формуванні стовпа зерна засипанням, можна розглянути два способи (рис. 1).

Мал. 1. Схема завантаження і вивантаження силосу зерном

а - висота силосу; в- висота зернового насипу; а - кут природного укосу; і - зерно; з - контр-конус

Це засипка струменем з деякої висоти. Щільність укладання по центру буде максимальною, тому що робота, що витрачається на ущільнення, доводиться в основному на центральну частину.

Засипка сипучого матеріалу по периметру силосу або бункера. Робота, що витрачається на ущільнення, буде більше біля стін, що призведе до зміни характеру передачі тиску на стіни.

При заповненні силосу струменем по центру тиск на стінку зростає пропорційно висоті заглиблення. В результаті дії умов сводообразовании, тиск при випуску збільшується в 2-2,5 рази.

При заповненні силосу по периметру тиск в статичному стані кілька перевершує величину тиску при засипці струменем, але в процесі випуску збільшення тиску не спостерігається, так як при такій засипці умови для утворення склепінчастою структури були відсутні, а щільність усереднювалась.

Рівномірний випуск зерна з силосу або бункера грає важливу роль в технології підготовки його до помелу, зокрема, при отволаживание.

Скважістость зернової маси. Проміжки між твердими частинками зернового насипу називають свердловинами, а вся сукупність свердловин складає межзерновое простір. Скважістость зерна Е (%) визначають за формулою:

Скважістость - важливий показник, який слід враховувати при складуванні зернових мас. З одного боку, завдяки свердловинах зернові насипу можна обробляти повітрям (при сушінні, вентилювання, газації). Конвекція (природне переміщення повітря в міжзернової просторі насипу сприяє передачі теплоти з одних її ділянок
в інші. Наявність кисню в повітрі межзернового простору сприяє збереженню життєздатності насіння. А з іншого боку, чим більшу частину насипу займають свердловини, тим менше в одному і тому ж обсязі зерна, отже, потрібна велика місткість зерносховища.

Сорбційні властивості. Це здатність поглинати (сорбувати) з навколишнього середовища пари різних речовин, гази і виділяти їх (десорбувати). Ці властивості притаманні зерну і насінню всіх культур. Раціональні режими сушіння, активного вентилювання, газації та дегазації зерна при знезараженні проводять з урахуванням його сорбційних властивостей.

Гігроскопічність зернової маси особливо важливо враховувати при обробці і зберіганні. В результаті взаємодії зернової маси з навколишнім середовищем вологість зерна безперервно змінюється до встановлення рівноважної.

Абсолютна вологість зерна Wa (%) - це відношення маси вологи G вл до маси сухого зерна (матеріалу):

Розділивши одну формулу на іншу і зробивши перетворення, одержимо:

Розрізняють відносну і абсолютну вологість зерна. Відносна вологість W (%) являє собою відношення маси вологи, що міститься в зерні Gm. до маси води і сухої речовини (Gm + Gc), її визначають за формулою:
Дрібні, щуплі, биті зерна мають більшу вологість. При скупченні таких зерен в певних ділянках насипу накопичуються теплота і волога, створюється небезпека виникнення вогнищ самозігрівання.