Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Элеваторы, склады, зерносушилки. Учебное пособие
.pdf
Критическая влажность, %, при t = 18 - 25 °С
Пшеница, рожь,
Кукуруза, овёс,
Культура Влажность Культура Влажность
14,0….14,5 Соя 12,5
ячмень, гречиха
14,0 Горох 16,0….17,0
рис
Просо 12,5…..13,0 Кормовые травы 11,0….13,0
Подсолнечник 7,0…..8,0 Кормовые бобы 16,0….17,0
Влияние температуры на интенсивность дыхания показано на рис. 9: показатель
Таблица 3
интенсивности дыхания U - количество диоксида углерода, выделенного за 6 ч (мг/100 г
абсолютно сухого вещества). При пониженных температурах (0 - 10 °С) интенсивность
дыхания очень мала; низкая температура консервирует даже влажное и сырое зерно.
Рис. 9. Влияние температуры на интенсивность дыхания зерна
Высокая степень аэрации и усиленное вентилирование зерновой массы повышают
интенсивность дыхания. При отсутствии кислорода, когда жизнедеятельность замирает или
прекращается, зерновая масса сохраняет мукомольные, хлебопекарные качества, однако при
этом теряется всхожесть.
Зачастую неблагоприятные условия хранения возникают довольно легко. Зерно с
влажностью менее критической помещают в закрытый металлический силос, где за счет
дыхания зерна снижается содержание кислорода и накапливается диоксид углерода, что и
обеспечивает самоконсервирование зерна (рис. 10)
Рост и развитие растений происходят в среде, насыщенной микроорганизмами, так в 1
11
Рис. 10. Изменение содержания газов в закрытом металлическом силосе: 1 –
содержание СО2, 2 – утечка СО2; 3 – содержание О2
Микроорганизмы в зерновой массе
г почвы содержится от 30 миллионов до нескольких миллиардов микроорганизмов. В
Компонент зерновой массы
Процент от массы всего зерна
Процент от общего
Целое зерно
Сор органический и
зерновой массе содержится много микроорганизмов, которые могут развиваться или
погибать в зависимости от условий окружающей среды.
Наиболее важными факторами, определяющими интенсивность жизнедеятельности
микроорганизмов в зерновой массе, являются ее влажность, температура, степень аэрации
(наличие кислорода), количество и состав примесей.
Минимальная влажность зерна и семян, при которой микробы могут развиваться, чуть
больше (на 0,5 — 1,0 %) критической влажности.
Если влажность зерна выше критической, то при наличии других благоприятных
условий, главным образом температуры, микроорганизмы в ней развиваются бурно, что
сопровождается заметным изменением качества зерна. Пониженные температуры,
задерживающие развитие многих микробов, позволяют в течение весьма длительного
времени сохранить партии зерна, некондиционные по влажности. На основании
многочисленных исследований можно считать, что температура, при которой заметно
снижается жизнедеятельность микроорганизмов в зерновой массе, 8 - 10 °С. Основная масса
микроорганизмов зерновой массы медленно развивается при температуре ниже 20 °С.
Отсутствие воздуха (кислорода) в зерновой массе способствует прекращению
жизнедеятельности основного количества всех микроорганизмов и, наоборот,
проветривание, перемешивание влажной массы, не сопровождающиеся охлаждением или
снижением влажности, провоцируют развитие микроорганизмов.
Насыщенность зерновой массы микроорганизмами связана с концентрацией примесей
в зерновой массе (табл. 4). Зерновая масса в целом принята за 100 %.
Таблица 4
Насыщенность вороха микроорганизмами
количества бактерий
96 37,6
Битое и щуплое зерно 1,71 47,8
Зерно других культур 2,09 2,3
минеральный
Своевременная очистка партий зерна от примесей перед хранением, а еще лучше при
12
0,20 12,3
обмолоте, - необходимое и эффективное мероприятие, снижающее содержание
микроорганизмов более чем на одну треть.
Повреждение зерна насекомыми и клещами
В результате развития в зерновой массе насекомых теряется не менее 5 % мировых
запасов зерна. Около 50 видов насекомых и клещей постоянно или в течение части своего
жизненного цикла значительно повреждают зерно. Наиболее опасным и распространенным
является амбарный долгоносик черный жук (длина 3 - 5 мм). Из яйца, отложенного и
заделанного самкой в семя, выходит белая личинка, которая поедает зародыш и эндосперм
зерновки. Насекомые в отличие от микроорганизмов могут активно развиваться в сухом
зерне, лишь влажность его ниже 9 - 10 % угнетает их развитие.
Государственные стандарты определяют зерно как зараженное при наличии даже
одного живого представителя насекомых-вредителей. Наибольшее значение в борьбе с
вредителями имеют профилактические меры, т.к. их применение исключает заражение зерна
и продуктов его переработки, позволяет избежать ухудшения качества и потерь в массе.
Истребительные меры применяют к зараженным объектам и направлены на уничтожение
насекомых и клещей различными способами и средствами.
Самосогревание
При повышенной влажности неизбежно происходит саморегулирующий процесс
повышения температуры самосогревание как результат высокой физиологической
активности зерна, микроорганизмов, насекомых (рис. 11), которое не может остановиться
само по себе (температура зерновой массы достигает 55 - 65 °С в течение 2 - 4 суток).
Борьба с самосогреванием зерна сводится в основном к мерам, предупреждающим его
возникновение: ежедневному наблюдению за температурой свежеубранной зерновой массы
в разных ее участках и слоях, очистке от примесей, сушке, охлаждению.
Рис. 11. Влияние температуры, влажности на самосогревание зерна
Если самосогревание все же происходит, его устраняют незамедлительно сушкой,
перемешивание не столько охлаждает, сколько обогащает зерно кислородом и усиливает
процесс самосогревания.
13
Выводы
За счет регулирования влажности, температуры зерновой массы, состава воздуха
межзернового пространства обеспечиваются три основных режима хранения: в сухом и
охлажденном состоянии, с ограниченным доступом кислорода.
Оптимизация параметров состояния партий сухого, очищенного и охлажденного
зерна, достаточная изоляция от внешних воздействий позволяют хранить зерно с
минимальными потерями в силосах 2 - 3 года и на складах - 4 - 5 лет.
При хранении семян в сухом состоянии основное условие поддержание влажности
зерновой массы на 1 - 2 % меньше критической: тогда влага малодоступна для активной
деятельности микроорганизмов.
Режим хранения зерна в охлажденном состоянии применяют при временной
консервации влажного зерна на току; при стационарном длительном хранении его
используют редко.
Для более надежного и долговременного хранения семян в сухом состоянии, во
избежание опасности заражения и повреждения зерна вредными насекомыми, используют
активное вентилирование зерновых насыпей атмосферным воздухом.
Для хранения фуражного зерна рекомендуется главным образом режим без доступа
воздуха.
1.2. Свойство зерновой массы как сыпучего тела
Сыпучее тело — совокупность воздуха и частиц твердого тела. Связь между
частицами, ориентация их в пространстве определяются силами трения и тяжести.
Сыпучие тела по своим свойствам занимают промежуточное положение между
твердыми и жидкими телами. Сыпучие тела так же, как и жидкие, при помещении их в желоб
принимают его форму, а при наклоне желоба текут.
Жидкость не имеет своей формы, поскольку незначительны связи между молекулами.
Между частицами сыпучего тела существуют более значительные связи, поэтому насыпь
сыпучего тела на горизонтальной поверхности имеет определенную форму.
Разрозненность частиц сыпучих тел и силовые взаимодействия (связь) между
частицами отражаются двумя свойствами: скважистостью и сыпучестью.
Скважистость
14
Скважистость часть объема зерновой массы, заполненная воздухом, Sв, которая
Угол, град
рассчитывается по формуле:
S
=(Vв\V) 100%,
в
где V
- объем межзернового пространства; V - общий объем зерновой массы.
в
Вследствие скважистости в ворохе образуется густая сеть каналов, объем их
составляет 40 - 60 % общего объема вороха. По каналам естественным образом или
принудительно перемещаются воздух, влага, тепло.
Скважистость различных культур приведена в табл. 5.
Таблица 5
Характеристика зерна (влажность зерен 12,5 - 14,5 %)
Культура
Скважистость,
%
Плотность
3
кг/т
внутр.
трения
естеств.
откоса
Масса
1000
семян, г
Скорость
витания,
м/с
Пшеница 35…45 650…840 23…38 32…34 22…42 6…12
Рожь 35…45 600…750 23…38 23…38 13…22 6…12
Ячмень 45…55 500…700 28…45 28…48 31…51 6…12
Овёс 50…70 400…500 31…54 31…44 20…42 6…12
Горох 40…45 700…800 24…31 22…28 155,0 -
Подсолнечник 60…80 300…400 31…45 31…44 53…68 4…19
Гречиха 50…60 500…650 34…46 44…64 23,5 2,5…9,5
Кукуруза 35…55 680…820 30…40 32…34 21…34 -
Просо 30…50 600…730 20…27 28…29 6,0…6,5 2,5…9,5
Рис - 670…750 38…41 34…38 24…31 -
Чечевица - - 25…35 - 48 -
Вика - 750…830 - 34…36 44 -
Лён - 500…680 27…34 34…36 - -
Комбикорм - 565 60…70 37…44 - -
Как видно из табл. 5, скважистость зерновой массы изменяется на 2030 % и зависит от
формы, размеров, состояния поверхности частиц, влажности зерновой массы, высоты слоя,
срока хранения. Наименьшая скважистость - у неоднородного и сорного зернового вороха.
15
На проходимость воздуха через слой зерна влияет не только величина скважистости,
но и его структура. Если аэродинамическое сопротивление слоя гороха принять за 1, то при
одинаковой скважистости зерно пшеницы будет иметь сопротивление в 2 раза, а семена льна
- в 4 раза большее.
Скважистость сыпучего тела можно выразить через плотность твердой фракции тела
ρт и плотность сыпучего тела ρ. Обозначив массу свободного насыпанного тела как m, его
объем V, объем твердой фракции сыпучего тела VT , будем иметь
ρт = m/Vт, ρ = m/V, Vт = m/ρт, V = m/ρ,
SB/100 = VB/V = (V - Vт/V) = 1 - (ρ/ρт),
то есть, чем выше плотность укладки частиц ρ при рт постоянном, тем меньше
скважистость. Это подтверждается и опытными данными (см. табл. 5).
Подвод тепла к зерну и отвод лишней влаги (сушка и вентилирование), газация
зерновой насыпи большой высоты возможны благодаря скважистости, т. е. наличию сети
каналов.
Сыпучесть
Под сыпучестью следует понимать способность частиц (сыпучего тела) перемещаться
относительно друг друга, подобно молекулам жидкости. Благодаря этому зерновая масса
заполняет зернохранилища различной формы и при наличии выхода истекает из него. С
учетом самотека зерна сверху вниз в многоэтажном здании элеватора технологическое
оборудование располагают в определенной последовательности, одно под другим.
Впервые исследовали механические свойства сыпучих тел Кулон и Навье. По оценке
Кулона сопротивление τ частиц сдвигу по плоскости определяется линейным соотношением:
τ = σf + τ
0
где σ – нормальное давление на площадке, по которой происходит сдвиг;коэффициент
f - внутреннего трения; τ - сцепление или сопротивление сдвигу, не зависящее от
нормального давления.
Графическая интерпретация зависимости приведена на рис. 12, откуда следует
где φ угол внутреннего трения.
16
Рис. 12. Зависимость сопротивления сдвигу от нормального давления
Для идеально сыпучего тела τ
координат на величину σ
экв,
а
=0, для связно-сыпучего τ0>0. Если сместить начало
0
, то связно-сыпучее тело можно представить как
сыпучее, но с добавочным нормальным давлением, эквивалентным τ
будет выглядеть как τ = σ tgφ + σ
tgφ = (σ + σ
экв
экв
) tgφ.
Тогда выражение
0.
Величина угла внутреннего трения различных сыпучих тел приведена в табл. 5.
Сложность процесса внутреннего трения в сыпучем материале не позволяет получить
зависимости, точно характеризующие процесс. Однако влияние некоторых факторов, таких,,
как скважистость, упругость, размеры и формы частиц, состояние их поверхности, наличие
примесей, высота слоя, определены.
Согласно закону Кулона, подвижность частиц сыпучего тела уменьшается с ростом
нормального давления. В зерновом ворохе нормальное давление тем больше, чем выше слой
зерна, и, очевидно, при достижении некоторого значения нормального давления, сыпучее
тело перестает быть таковым и становится по силе связи частиц как бы твердым телом.
Принято считать, что при отношении высоты слоя Н и его ширины, меньшем или
равном 1 (за рубежом - 2), зерно имеет свойства сыпучего тела, а при этом отношении,
большем 1 (за рубежом - 5), оно начинает терять подвижность и приобретает свойства
твердого тела.
Наиболее сыпучие зерновые массы, состоящие из округлых зерен с гладкой
поверхностью, очевидно вследствие того, что вместе со скольжением зерен имеет место и их
качение друг по другу. Так, для проса, гороха, сои угол внутреннего трения 20 - 30 град.,
ячменя, подсолнечника 30 - 45 град.
Увеличение размера частиц, влажности приводит к снижению сыпучести.
Значение коэффициента трения для частиц, лежащих на поверхности сыпучего
материала, максимально из-за того, что скважистость здесь наивысшая и отдельные частицы
не столько сдвигаются по откосу, сколько скатываются.
Минимальное значение коэффициента трения (угла трения) как количественная
оценка максимально возможной сыпучести тела имеет практическую значимость. Для его
определения достаточно установить величину угла естественного откоса угла между
образующей конусной поверхности откоса сыпучего тела и линией горизонта.
Очевидно, что, чем меньше этот угол, тем больше сыпучесть, то есть легче истечение
17
продукта. Величина угла естественного откоса для некоторых культур приведена в табл. 5.
Ржавый
Гладки
Нержавею
Стекл
Органическ
Пшеница
Кукуруза
Ячмень
Рожь
Овёс
Горох
16…29
-
12…14
15…19
12…14 - -
Просо - -
17
18
17
16
16
Внешнее трение
Кроме оценки подвижности частиц сыпучего тела относительно друг друга
необходимо знать величину внешнего трения, то есть трения зерна о стенку, днище силоса.
Количественно его принято оценивать углом внешнего трения (табл. 6).
Таблица 6
Угол внешнего трения зерна, град
Культура Бетон
металл
й металл
20…25 38 17…20 8 20…25 22 22
17…23 24 20 47…19 15…25 23 22
18…25 22 20…25 18…23 20…27 - -
30 30 20 20…35 20 - -
25 - 18…30 20…38 15…35 - -
Замечено, что при перемещении, встряхивании, заполнении силоса возникает
самосортирование или расслоение вороха.
Дерево
щий металл
Самосортирование
о
ое стекло
центральную часть силоса, а мелкие, битые зерна, мякина отбрасываются вихревым потоком
к его стенам. Например, плотность овса в центральной части закрома 550 - 660 кг/м³, а у стен
всего 410 - 440, то есть на 25 - 30 % меньше.
его качества, а также способствует развитию нежелательных микробиологических
процессов.
18
При загрузке тяжелые зерна падают вертикально вниз быстрее легких и заполняют
Нарушение однородности партии зерна в хранилище затрудняет правильную оценку
1.3. Давление зерна
1.3.1. Определение давления зерна на подпорные стены (по Кулону)
При соотношении размеров хранилищ Н <
В (за рубежом Н < В) зерновой ворох
рассматривается как идеально сыпучее тело, при этом между частицами отсутствует сила
сцепления, а имеет место только сила трения. В данном случае действует закон Кулона.
Рассмотрим давление сыпучего материала на вертикально стоящую подпорную стену
АВ шириной 1м, высотой h (рис. 13).
Допустим, что стена немного сместится вдоль оси X, тогда какая-то призма АВС
начнет скользить по плоскости АС. Угол наклона последней неизвестен.
Сила тяжести настоящей призмы F
приложена в центре тяжести фигуры АВС (точка
G
О). Действие силы FG уравновешивается реакцией стены FC и сыпучего тела FT. Направление
этих реакций отклонено на угол трения от нормалей к соответствующим поверхностям.
Силовой треугольник замкнут — система в равновесном состоянии.
Угол между вектором силы F
и нормалью On есть угол γ, угол между векторами F
G
и
G
FT есть угол γ φ. Оставшийся неизвестный угол определится как
По теореме синусов для треугольника имеем
откуда
Таким образом, давление на стенку склада определяется силой тяжести призмы
обрушения (скользящего клина), внутренним и внешним трением зерна, наклоном стенки и
величиной угла γ.
Рис. 13. Равновесие скользящего клина
Для нахождения значения угла γ, а значит и силы F
, берется производная dFC/dγ
G
находится такое значение γ, при котором FC будет максимально, то есть при dFC/dγ = 0.
Графически это осуществляется следующим образом (рис. 14). Из точки А под углом
φ проводим линию AD. Из точки В под углом φ+ φ0 к стене проводим линию ВЕ (до
пересечения с прямой AD).
19
Полагая, что АО есть диаметр окружности, строим на нем полуокружность с радиусом
R = AD/2.
Рис. 14. Положение плоскости обрушения
Из точки Е восстанавливаем перпендикуляр ЕК до пересечения с окружностью. Из
точки А на прямой AD откладываем отрезок AF, равный расстоянию АК. Из точки F
проводим линию FC параллельно ВЕ (до пересечения с BD). Линия АС есть линия плоскости
скольжения (обрушения). Из точки С опускаем перпендикуляр на линию AD (точка S), тогда
ACF имеем
из
а учитывая, что
∆АВС = ∆ACF и их площади равны (A
Так как
из равенства ABC= ACF имеем ВAС = CAF
CF=BC, кроме того
Окончательно получаем
ABC=AACF
), находим
Здесь sin(90 φ0) = 1, при φ = 0°, то есть когда трение о стенку отсутствует и сила Fc
завышена. В случае φ0 ≠ 0° имеем
Давление ρ на единицу площади стены определим, продифференцировав выражение
dFC/dh:
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]