Тема 2. Фізичні властивості зерна та продуктів його переробки

2.1. Загальна характеристика властивостей зернової маси

2.2. Фізичні властивості зернової маси – сипкість, самосортування,

шпаруватість

2.3. Гігроскопічні властивості зернової маси

2.4. Теплофізичні та масообміні властивості зернової маси

2.5. Фізичні властивості борошна, крупи та комбікормів

2.1. Загальна характеристика властивостей зернової маси

Зернова маса складається з двох фаз:

- твердої (зерно, насіння сміттєвих та інших культурних рослин, мінеральні домішки тощо),

- повітря міжзернових просторів.

Зерно, як двохфазна система має ряд фізичних, теплофізичних та гігроскопічних властивостей, які необхідно знати і враховувати під час зберігання.

Фізичні: сипкість, самосортування, шпаруватість.

Гігроскопічні: здатність до сорбції і десорбції різних парів та газів.

Теплофізичні: теплоємкість, теплопровідність, температуропроводність, термовологопровідність.

Вміле використання вищевказаних властивостей під час транспортування, очистки зерна від домішок та зберігання зернових мас дозволяє зменшити втрати, покращити якість будь-якої партії зерна чи насіння, тобто зменшити витрати у всіх галузях народного господарства, пов’язаних з виробництвом, зберіганням, переробкою та використанням зерна за призначенням.

Врахування фізичних властивостей зернової маси особливого значення набуває в зв'язку з:

- механізацією та автоматизацією процесів обробки зерна в потоці;

- під час проведення сушіння зерна;

- при використанні пневматичного транспорту;

- під час зберігання великих партій зерна в зерносховищах.

Це пов'язане з необхідністю зменшення втрат під час зберігання на всіх рівнях.

2.2. Фізичні властивості зернової маси

Сипкість

Зернова маса відноситься до сипких матеріалів. Це дозволяє її легко переміщати за допомогою норій, транспортерів та пневпотранспортних установок. При цьому використовується принцип самопливу. На основі цього принципу всі схеми технологічного процесу на елеваторах та зернопереробних підприємствах побудовані по вертикалі. Зернова маса, яку піднімають на верхній поверх норією або пневмотранспортом, самопливом спускається вниз і на шляху переміщення проходить ті чи інші технологічні машини.

Сипкість зернової маси характеризується коефіцієнтом зовнішнього та внутрішнього тертя і визначається кутом природного нахилу.

Кут природного нахилу у зернових злаків залежить від стану зерна, і характеризується такими показниками:

- форма зерна,

- розміри зерна,

- характер поверхні,

- вологість,

- кількості домішок та їх складу.

Кут природного нахилу коливається від 20 до 50° і добре характеризує стан сипкості зерна. Зрозуміло, що найбільшу сипкість мають зернові маси, які складаються з насіння кулястої форми з гладенькою поверхнею /горох, просо, люпин/. На сипкість такої зернової маси всі інші фактори впливають в значно меншій степені.

Домішки, як правило, знижують сипкість зернової маси. Вологе зерно також має меншу сипкість.

В процесі зберігання сипкість зернових мас може змінюватись, а при несприятливих умовах зберігання зернова маса може зовсім втратити сипкість (в результаті самозігрівання, злежування та інших причин).

Кут природного нахилу, може бути наступним:

Просо	20-27 º
Жито, пшениця	23-38 º
Кукурудза	30-40 º
Соняшник	31-45 º
Рис - зерно	27-48 º

Самосортування

Самосортування має місце при будь-якому переміщенні зернової маси. При цьому компоненти зернової маси нерівномірно розподіляються. Неоднорідність зерна за формою, питомою вагою, масою 1000 зерен сприяє різній парусності, тобто переміщенню кожної частинки в повітряному потоці.

Велике за розмірами, але з малою питомою вагою, зерно завжди має більшу парусність. Саме на різній парусності окремих частинок зернової маси базується принцип роботи багатьох зерноочисних машин, де проходить відділення легких домішок в повітряному потоці.

Найбільш виражене самосортування зернової маси проходить під час завантажування і розвантажування зерносховищ. При цьому велике, виповнене з великою питомою вагою і малою парусністю зерно швидко досягає дна, або поверхні насипу. Мале, щупле зерно, домішки з великою парусністю опускаються повільно і відкидаються вихровими потоками повітря до стін або скочуються по поверхні конуса, що утворюється зерновою масою. В зв'язку з цим утворюється неоднорідна зернова маса в силосах і складах.

Вивантаження зернової маси також супроводжується її значним самосортуванням. В результаті окремі частини партії, вивантажені із силосу в різний час, можуть значно відрізнятись по якості.

Характер самосортування при висипанні із силосу залежить від характеру висипання, який в свою чергу обумовлений формою силосу, відношенням його висоти до поперечного розрізу, розміщенням випускного отвору. Існує три випадки висипання: нормальне, асиметричне та симетричне.

При нормальному висипанні в першу чергу, рухається вертикальний шар зерна над випускним отвором. Поступово в цей шар втягуються верхні бокові шари ( в силосах з симетрично розміщеними завантажувальними і випускними отворами з відносно великим діаметром).

Асиметричний характер висипання спостерігається в силосах з великим діаметром, але при несиметричному розміщенні завантажувальних і випускних отворів.

Симетричне висипання спостерігається у вузьких силосах. Воно характеризується одночасним рухом всієї зернової маси з дещо швидшим рухом центрального стовпа. Коли в силосі залишається приблизно половина зерна, характер висипання стає нормальним.

В цілому самосортування - негативне явище, бо при цьому в зерновій масі утворюються ділянки, неоднорідні за якісними показниками та фізіологічною активністю. Нагромадження легких домішок і пилу біля пристінних ділянок створює умови для самозігрівання зерна, а це в свою чергу призводить до розвитку мікроорганізмів та кліщів.

Враховуючи здатність зернової маси до самосортування, необхідно в усіх випадках суворо дотримуватись встановлених правил відбору проб, щоб знати реальну картину якості зернової маси та в разі потреби швидко вжити заходів по поліпшенню якості.

Шпаруватість

Простори, які утворюються між твердими частками зернової маси і заповнені повітрям, називаються шпарами. Звідси термін "шпаруватість".

Повітря, що знаходиться в шпарах бере участь в багатьох фізичних та фізіологічних процесах. В першу чергу, в обміні тепла шляхом конвекції та переміщенню вологи крізь зернову масу у вигляді пари.

Запас повітря в міжзернових просторах потрібен для збереження життєдіяльності зерна. Наявність шпар дозволяє проводить активне вентилювання, тобто штучний повітрообмін. Саме шпаруватість зернової маси дозволяє її знезаражувати за допомогою парів отруйних газів, тобто проводити дезинсекції.

Шпаруватість зернових мас має технічне та фізіологічне значення. В практичній роботі важливий не тільки розмір шпар, але й їх структура. Наприклад: чим більше шпаруватість зерна, тим менше його щільність, а тому для розміщення такої маси потрібна більша площа і об'єм сховища.

Характер шпаруватості залежить від:

1. Форми, розмірів, стану поверхні зерна, а також його щільності.

2. Кількості та складу домішок.

3. Вологості зерна.

4. Особливостей тої чи іншої культури /овес, пшениця/,

Так, більш щільно укладається зернова маса, до складу якої входить велике та мале зерно. Добре вирівняні зерна, а також шорсткуваті або зі зморщеною поверхнею укладаються менш щільно.

Крупні домішки, як правило, збільшують шпаруватість, дрібні - легко розміщуються в міжзернових просторах і зменшують її.

Шпаруватість зростає з підвищенням вологості зернової маси.

Зерно пшениці має шпаруватість в межах 35-45 %, а насіння соняшника 60-80 %. Тобто шпаруватість надто залежить від особливостей морфологічної будови тої чи іншої культури.

Відмічено, що із збільшенням площі поперечного перерізу силосу зернова маса ущільнюється, і нижні шари мають меншу шпаруватість, ніж верхні.

В цілому шпаруватість ( ) - це відношення об'єму, зайнятого шпарами, до загального об'єму зернової маси у відсотках:

, (1.1)

де - загальний об'єм зернової маси,

- дійсний об'єм твердих частинок зернової маси.

Шпаруватість може бути виражена також формулою:

, (1.2)

де - щільність зернової маси.

Шпаруватість деяких зернових мас:

Соняшник	- 60-80 %	при натурі 325-440 г/л
Рис - зерно	- 55-65 %	при натурі 440-550 г/л
Кукурудза	- 35- 55 %	при натурі 680-820 г/л
Пшениця	35-45 %	при натурі 730-840 г/л
Горох (люпин)	40-45 %	при натурі 750-800 г/л

Знаючи об'єм зернової маси та її шпаруватість можна обчислити об'єм повітря, яке знаходиться в цій зерновій масі. Під час активного вентилювання ця кількість повітря приймається за один обмін.