МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Южно-Уральский государственный аграрный университет»
(ФГБОУ ВО Южно-Уральский ГАУ)
Институт агроинженерии
Факультет Технического сервиса в агропромышленном комплексе
Кафедра «Технический сервис машин, оборудования и безопасность жизнедеятельности»
Дисциплина «Механизация и процессы переработки продукции растениеводства»
РЕФЕРАТ
Тема: «Физические свойства и их значение при хранении и обработке зерновых масс»
Студент Манаева К.К.
Группа 347
Руководитель Сковородникова Н.А.
Челябинск 2020
СОСТАВ И СВОЙСТВА ЗЕРНОВЫХ МАСС
Общая характеристика свойств зерновой массы
Партии зерна, хранящиеся в насыпях, принято называть зерновыми массами. Термин «зерновая масса» следует понимать, как технический, приемлемый для зерна или семян культур любого семейства или рода, используемых на разнообразные нужды.
Любая зерновая масса состоит из:
1) зерен (семян) основной культуры, составляющих как по объему, так и по количеству основу всякой зерновой массы;
2) примесей;
3) микроорганизмов.
Разнообразная конфигурация зерен и примесей, их различные размеры приводят к тому, что при размещении их в емкостях образуются пустоты (скважины), заполненные воздухом. Он оказывает существенное влияние на все компоненты зерновой массы, видоизменяется сам и может существенно отличаться по составу, температуре и даже давлению от обычного воздуха атмосферы. В связи с этим воздух межзерновых пространств также относят к компонентам, составляющим зерновую массу. Кроме указанных постоянных компонентов, в отдельных партиях зерна могут быть насекомые и клещи. Поскольку зерновая масса «служит для них средой, в которой они существуют и влияют на ее состояние», их считают пятым дополнительным и крайне нежелательным компонентом зерновой массы.
Таким образом, любую зерновую массу при ее хранении и обработке следует рассматривать прежде всего, как комплекс живых организмов. Каждая группа этих организмов или отдельные представители при известных условиях могут в той или иной степени проявлять жизнедеятельность и, следовательно, влиять на состояние и качество хранимой зерновой массы. Свойства зерновой массы с учетом сказанного могут быть разделены на две группы: физические и физиологические.
Физические свойства зерна
Для хранения представляют интерес следующие физические свойства зерновой массы: сыпучесть и самосортирование, скважистость, способность к сорбции и десорбции различных паров и газов, и теплообменные свойства (теплопроводность, температуропроводность, термовлагопроводность и теплоемкость).
Сыпучесть. Зерновая масса довольно легко заполняет емкость любой конфигурации и при известных условиях может истекать из нее. Большая подвижность зерновой массы — ее сыпучесть — объясняется тем, что она в основе своей состоит из отдельных мелких твердых частиц — зерен основной культуры и различных примесей. Так, в 1 т зерновой массы пшеницы насчитывается 30-40 млн. зерен, а в 1 т проса — 150-190 млн. зерен. Хорошая сыпучесть зерновых масс имеет огромное практическое значение. Так, зерновые массы можно легко перемещать при помощи норий, транспортеров и пневмотранспортных установок, загружать в различные по размерам и форме транспортные средства (автомашины, вагоны, суда) и хранилища (закрома, склады, траншеи, силосы элеваторов), они могут перемещаться самотеком. Это свойство широко используют при хранении, обработке зерновых масс и погрузочно-разгрузочных работах; на нем основана вся поточность процессов на элеваторах, мельницах и крупяных заводах. Сыпучесть зерновой массы характеризуют углом трения или углом естественного откоса. Находящиеся в зерновой массе примеси, как правило, понижают ее сыпучесть. Угол естественного откоса у овса может быть от 31 до 54°, у ячменя — 28—45°, у пшеницы — 23—38°, у проса — от 20 до 27°.
Самосортирование. Содержание в зерновой массе твердых частиц, различных по размеру и плотности, нарушает ее однородность при перемещении. Это свойство зерновой массы, проявляющееся и как следствие ее сыпучести, называют самосортированием. Так, при перевозках зерна в автомашинах или вагонах, передвижении по ленточным транспортерам в результате толчков и встряхиваний легкие примеси, семена в цветочных пленках, щуплые зерна и др. перемещаются к поверхности насыпи, а тяжелые уходят в ее нижнюю часть.
Самосортирование наблюдается и в процессе загрузки зерновой массы в хранилища. При этом самосортированию способствует парусность — сопротивление, оказываемое воздухом перемещению каждой отдельной частицы.
Таким образом, в результате самосортирования в зерновой массе, засыпанной на хранение, нарушается ее однородность, и создаются условия, способствующие развитию различных физиологических процессов, приводящих к частичной или полной порче зерна. В случае недостаточного наблюдения возможно широкое распространение этих активных в физиологическом отношении очагов, приводящих к общему самосогреванию.
Скважистость. В зерновой массе имеются межзерновые пространства — скважины, заполненные воздухом. Скважины составляют значительную часть объема зерновой насыпи и оказывают существенное влияние на другие ее физические свойства и происходящие в ней физиологические процессы.
Величина скважистости зерновой массы зависит в основном от факторов, влияющих на натуру зерна. Так, с увеличением влажности уменьшается сыпучесть, а, следовательно, и плотность укладки. Крупные примеси обычно увеличивают скважистость, мелкие легко размещаются в межзерновых пространствах и уменьшают ее. Зерновые массы, содержащие крупные и мелкие зерна, обладают меньшей скважистостью. Выравненные зерна, а также шероховатые или со сморщенной поверхностью укладываются менее плотно. Зная объем, занимаемый зерновой массой, и ее скважистость, легко установить объем находящегося в скважинах воздуха. Это количество воздуха при активном вентилировании принимается за один обмен.
Скважистость (S) определяют по формуле:
S = 
, где
W — общий объем зерновой массы;
— истинный объем твердых частиц зерновой массы.
Сорбционные свойства. Семена всех культур и зерновые массы в целом являются хорошими сорбентами. Они способны поглощать из окружающей среды пары различных веществ и газы. При известных условиях наблюдается обратный процесс — выделение (десорбция) этих веществ в окружающую среду.
В зерновых массах наблюдаются такие сорбционные явления, как адсорбция, абсорбция, капиллярная конденсация и хемосорбция. Их значительная способность к сорбции объясняется двумя причинами: капиллярно-пористой коллоидной структурой зерна или семени и скважистостью зерновой массы.
Равновесная влажность. Влагообмен между зерновой массой и соприкасающимся с ней воздухом в той или иной степени идет непрерывно. В зависимости от параметров воздуха (его влажности и температуры) и состояния зерновой массы влагообмен происходит в двух противоположных направлениях:
1) передача влаги от зерна к воздуху; такое явление (десорбция) наблюдается, когда парциальное давление водяных паров у поверхности зерна больше парциального давления водяных паров в воздухе;
2) увлажнение зерна вследствие поглощения (сорбции) влаги из окружающего воздуха; этот процесс происходит, если парциальное давление водяных паров у поверхности зерна меньше парциального давления водяных паров в воздухе.
Влагообмен между воздухом и зерном прекращается, если парциальное давление водяного пара в воздухе и над зерном одинаково. При этом наступает состояние динамического равновесия. Влажность зерна, соответствующая этому состоянию, называется равновесной. Иначе говоря, под равновесной понимают влажность, установившуюся при данных параметрах воздуха — его влагонасыщенности, температуре и давлении.
В связи с различными условиями созревания и разной сорбционной емкостью влажность зерна и семян при уборке урожая и перед их хранением колеблется от 7 до 32—36 %.
Теплофизические характеристики. Представление о них необходимо для понятия явлений теплообмена, происходящих в зерновой массе, которые необходимо учитывать при хранении, сушке и активном вентилировании.
Теплоемкость. Удельная теплоемкость абсолютно сухого вещества зерна примерно 1,51 —1,55 кДж/(кг 
°С). С увеличением влажности зерна возрастает и его удельная теплоемкость. Так, при влажности зерна пшеницы 20 % его удельная теплоемкость равна 2,22 кДж/(кг °С). Теплоемкость учитывают при тепловой сушке зерна, так как расход тепла зависит от исходной влажности зерна.
Термовлагопроводность. Изучение возникновения и развития процесса самосогревания, показало, что влага в зерновой массе перемещается вместе с потоком тепла. Такое явление миграции влаги в зерновой массе, обусловленное градиентом температуры, получило название термовлагопроводности.
В зерновых массах, обладающих плохой тепло- и температуро- проводностью в отдельных участках, особенно периферийных (поверхность насыпи, части насыпи, прилегающие к стенам или полу хранилища), происходят перепады температур, приводящие к миграции влаги (главным образом в виде пара) по направлению потока тепла.
Самосогревание. Результат высокой интенсивности дыхания зерновой массы, развития в ней плесеней, а иногда и амбарных вредителей. В начальной стадии самосогревания (повышение температуры до 30 ̊С) зерно приобретает солодовый запах и сладковатый вкус, свойственные прорастающему зерну. Поверхность зерна сначала обесцвечивается, затем приобретает красноватый оттенок, а эндосперм - сероватый. В нем повышаются доля моносахаридов, титруемая кислотность и кислотное число жира. Активность ферментов существенно возрастает. Объемный выход хлеба снижается, мякиш получается более темным, чем из нормального зерна. При переработке пшеницы с солодовым запахом ее смешивают с нормальным зерном.
При развитии самосогревания и повышении температуры до 40 - 50 ̊С и выше поверхность зерна темнеет вплоть до полного почернения, иногда полностью покрывается мицелием плесеней. Темнеет, а затем чернеет эндосперм. Запах становится плесневым, а потом гнилостно-затхлым, изменяется соответственно и вкус, увеличиваются титруемая кислотность (в болтушке), кислотное число жира, растет содержание аммиака. Интенсивность дыхания достигает максимума и начинает падать, снижается всхожесть зерна вплоть до полной ее утраты. Содержание клейковины в пшенице резко снижается, а ее качество ухудшается. Эти изменения говорят о распаде в греющемся зерне углеводов, белков и липидов под действием собственных и плесневых ферментов, а также длительным воздействием повышенных температур. Если самосогревание возникает в поверхностном слое насыпи (до 0,7 м от поверхности), то главной причиной порчи зерна является его плесневение.
При возникновении самосогревания в глубинных слоях бурное развитие плесеней задерживается недостатком там кислорода, поэтому основной причиной порчи являются деятельность собственных ферментов и высокая температура. Мука из зерна поверхностных очагов самосогревания дает хлеб плоский, почти без пор, с очень темным заминающимся мякишем, а из глубинных очагов самосогревания - высоким, с рваными корками. Зерно, подвергшееся самосогреванию больше, чем в первой стадии, на пищевые (иногда и кормовые) цели не используется.
В период хранения постоянно проводят наблюдения за зерном. Температура хранящейся зерновой массы должна находиться под повседневным контролем. При небольшом повышении температуры (на 1 - 3 ̊С) проводят активное вентилирование сухим холодным воздухом. Если зерно после этого продолжает греться, то его приходится перемещать в резервный силос, пропуская при этом через зерносушилку и зерноочистительную машину (для охлаждения).
Поверхностный слой зерна не реже одного раза в неделю осматривается для определения присутствия (или отсутствия) признаков появления амбарных вредителей. При их обнаружении принимаются срочные меры по обеззараживанию зерновой массы и предупреждению их перехода в другие силосы.