Самосортирование – явление
отрицательное, так как при этом в зерновой
массе образуются участки, неоднородные
по физиологической активности, скважистости
и т. д. Скопление легких примесей и пыли
создает больше предпосылок к возникновению
процесса самосогревания. В связи с самосортированием
необходимо строго соблюдать правила
взятия первичных проб для составления
средней пробы [7].
Скважистость. При характеристике
зерновой массы уже отмечалось, что в ней
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 [3].
Так, воздух, циркулирующий
по скважинам, конвекцией способствует
передаче тепла и перемещению паров воды.
Значительная газопроницаемость зерновых
масс позволяет использовать это свойство
для продувания их воздухом (при активном
вентилировании) или вводить в них пары
различных химических веществ для обеззараживания
(дезинсекции). Запас воздуха, а следовательно,
и кислорода создает в зерновой массе
на какой-то период (иногда очень длительный)
нормальный газообмен для ее живых компонентов.
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. Так, скважистость
овса составляет – 50-70%.
В связи с самосортированием
скважистость в различных участках зерновой
массы может быть неодинаковой, что приводит
к неравномерному распределению воздуха
в отдельных ее участках. При большой высоте
насыпи зерновых масс происходит их уплотнение
и скважистость уменьшается. 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:
где – объем скважин,
см3;
– объем зерновой
массы, см3 [2].
Сорбционные свойства. Зерно
и 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.
Исследование структуры зерна
и семян различных культур показало, что
между их клетками и тканями имеются макро-
и микрокапилляры и поры. Диаметр макропор
равен 10-3-10-4 см, а микропор
– 10-7 см. Стенки
макро- и микрокапилляров во внутренних
слоях зерна являются активной поверхностью,
участвующей в процессах сорбции молекул
паров и газов. Кроме того, по системе макро-
и микрокапилляров перемещаются ожиженные
пары [7].
Принято, что активная поверхность
зерна ячменя превышает его истинную примерно
в 20 раз. Однако, используя современные
физико-химические методы исследования
и расчеты, некоторые авторы считают, что
активная поверхность зерна ячменя, включающая
площадь поверхности капилляров, во много
раз превышает его истинную поверхность.
О связи сорбционных свойств
зерна с его качеством сообщалось выше
(запахи, влажность и т. д.). Не меньшее значение
имеют они в практике хранения, обработки
и транспортирования зерна. Так, рациональные
режимы сушки или активного вентилирования
зерновых масс могут быть осуществлены
только с учетом их сорбционных свойств.
Изменение влажности и массы хранимых
или транспортируемых партий зерна также
чаще всего происходит вследствие сорбции
или десорбции паров воды. Последнее не
только имеет технологическое значение,
но и связано с материальной ответственностью
людей (заведующих складами, кладовщиков
и т. д.), хранящих большие массы зерна.
В связи с этим в практике хранения зерновых
масс и работы с ними очень важно иметь
представление о процессах влагообмена
[7].
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 [7].
При длительном хранении зерновых
масс с повышенной влажностью в условиях
низкой относительной влажности воздуха
происходит постепенное снижение их влажности.
Наоборот, сухая зерновая масса при хранении
в складе с воздухом, более насыщенным
водяными парами, увлажняется, и ее масса
увеличивается. Подобные изменения носят
и сезонный характер, так как насыщенность
воздуха влагой в разные месяцы различна.
Это особенно заметно при хранении партий
зерна и семян насыпью небольшой высоты
(1-2 м) или в мягкой таре (тканевых мешках).
Максимальная равновесная влажность
зерна, устанавливающаяся при его пребывании
в воздушной среде, насыщенной водяными
парами (относительная влажность φ = 100%),
является тем пределом, до которого зерно
может сорбировать пары воды из воздуха.
Дальнейшее увлажнение может происходить
только при впитывании капельно-жидкой
влаги. Установить точно равновесную влажность
зерна при φ = 100% довольно трудно, так как
при длительном выдерживании его в воздухе,
насыщенном водяными парами, оно подвергается
активному воздействию микроорганизмов
и покрывается колониями плесеней. Равновесная
влажность зерна и семян зависит также
от температуры воздуха: с понижением
ее величина равновесной влажности возрастает.
При снижении температуры с 30 до 0°С равновесная
влажность увеличивается на 1,4% [7].
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.
Коэффициент теплопроводности
зерновой массы находится в пределах 0,42-0,84
кДж/(м. ч. °С). Низкая теплопроводность
зерновой массы обусловлена ее органическим
составом и наличием воздуха, коэффициент
теплопроводности которого всего лишь
0,084 кДж/(м. ч. °С). С увеличением влажности
зерновой массы ее теплопроводность растет,
но все же остается сравнительно низкой.
Плохая теплопроводность зерновых масс,
так же как и низкая температуропроводность,
играет при хранении и положительную,
и отрицательную роль [7].
Скорость нагревания или охлаждения
зерновой массы определяется величиной
коэффициента температуропроводности:
где λ – коэффициент теплопроводности
зерна, кДж/(ч. м °С);
с – удельная теплоемкость,
кДж/(кг °С);
γ – объемная масса зерна, кг/м3.
Зерновая масса характеризуется
очень низким коэффициентом температуропроводности,
т. е. обладает большой тепловой инерцией.
По данным отечественных авторов, коэффициент
температуропроводности колеблется в
пределах 6,15 × 10-4…6,85 × 10-4 м2/ч.
Положительное значение низкого
коэффициента температуропроводности
зерновых масс заключается в том, что при
правильно организованном режиме (своевременном
охлаждении) в зерновой массе сохраняется
низкая температура даже в теплое время
года. Таким образом, представляется возможным
консервировать зерновую массу холодом.
Отрицательная роль низкой
температуропроводности состоит в том,
что при благоприятных условиях для активных
физиологических процессов (жизнедеятельности
зерна, микроорганизмов, клещей и насекомых)
выделяемое тепло может задерживаться
в зерновой массе и приводить к повышению
ее температуры, т. е. самосогреванию.
Нужно иметь в виду, что скорость
изменения температуры в зерновой массе
будет зависеть от способа хранения зерна
и вида зернохранилищ [7].
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.
Практическое значение этого
явления огромно. В зерновых массах, обладающих
плохой тепло- и температуропроводностью
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.
В результате влажность того
или иного периферийного слоя зерновой
массы повышается с образованием на поверхности
зерен конденсационной влаги [7].
- Послеуборочная обработка зерна
овса
К послеуборочной обработке
зерновых масс относят очистку зерна от
примесей, активное вентилирование и сушку.
К послеуборочной обработке можно отнести
охлаждение зерна и различные виды консервации
зерновых масс [2].
2.1 Очистка зерна овса
Зерновая масса содержит некоторое
количество семян сорных растений, зерен
других культур, поврежденных, дефектных
и мелких зерен основной культуры, а также
органические и минеральные примеси. Наличие
в зерне этих примесей ухудшает его качество,
поэтому основное условие количественно-качественной
сохранности зерна – это своевременная
эффективная его очистка. Допустимое содержание
различных примесей установлено соответствующими
стандартами [5].
Целью очистки является обеспечение
требуемого качества зерна, улучшение
условий хранения, освобождение транспортных
средств от перевозки части сора, а следовательно
снижение стоимости транспортирования
зерна; снижение зараженности зерна вредителями
хлебных запасов, создание более благоприятных
условий для сушки зерна. Очистку зерновой
массы семенного овса считают эффективной:
если содержание сорной примеси в ней
составляет не более 1%, зерновой – не более
2% и вредной примеси (головни) – 0,2%.
Очистка и сортирование зерновой
массы основаны на различии физико-механических
свойств зерна и примесей и разделяются
по следующим признакам: геометрическим
размерам (длина, ширина, толщина), аэродинамическим
свойствам (скорость витания), форме и
состоянию поверхности (фрикционные свойства),
плотности (гравитационные свойства) цвету,
магнитным свойствам, упругости. В таблице
1 приведены некоторые физико-механические
свойства зерна овса [5].
Таблица1
Физико-механические свойства
зерна овса
Толщина, мм |
Ширина,
мм |
Длина,
мм |
Плотность
г/см3 |
Скорость
витания, м/с |
Критическая скорость воздушного
потока, м/с |
Масса 1000 зерен, г |
1,2…3,6 |
1,4…4,0 |
8,0...18,6 |
1,2…1,4 |
8,1…9,1 |
8,0…9,0 |
20…42 |
Очистка зерна овса проводится сепаратором
ЗСМ-50.
Сепаратор ЗСМ-50. Сепаратор (рис. 1) состоит
из станины, на которой смонтированы два
ситовых кузова РС1, РС2, два аспирационных
канала А1 и А2, две осадочные камеры со шнеками,
приемное устройство (1) с распределительным
шнеком. Ситовые кузова подвешены к станине
на плоских стальных пластинах, каждый
кузов имеет сортировочное и подсевное
сито. Очистка сит осуществляется щетками,
приводимыми в движение инерционным механизмом.
Каждый кузов (решетный стан) при работе
совершает прямолинейное возвратно-поступательное
движение при помощи эксцентрикового
механизма [3].
Очистка зерна осуществляется по следующей
технологической схеме. Зерно в сепаратор
поступает в приемную камеру (1) и шнеком
(2) равномерно распределяется по всей
ширине сепаратора. После шнека (2) зерно
поступает в первую аспирационную систему
А. Здесь воздушным потоком отделяются
легкие примеси и уносятся в первую осадочную
камеру (4) и шнеком (6) выводятся из сепаратора.
Зерно после первой аспирационной системы
попадает на приемное решето (3), сходом
с которого идут крупные примеси, а проходом
зерно. Затем зерно равномерно распределяется
на два потока, каждый из которых направляется
на решетные станы РС1 и РС2, где на сортировочном
сите верхнего и нижнего кузова сходом
идет примесь крупнее зерна, а проходом
– основное зерно, которое затем поступает
на подсевное сито. Сходом с подсевных
сит идет очищенное зерно которое попадает
в аспирационные каналы А2, где продувается воздухом. Легкие
примеси уносятся в осадочную камеру (5)
и шнеком (7) выводятся из сепаратора. Очищенное
зерно под действием силы тяжести выходит
из аспирационного канала А2. Проходом через подсевное сито
отделяются мелкие примеси [2,3].