Dessadecor-nn.ru

Журнал Dessadecor-NN
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Угол естественного откоса зерновых масс

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЗЕРНА И ЗЕРНОВЫХ ПРОДУКТОВ

Хорошая сыпучесть зерновых масс позволяет довольно легко перемещать их при помощи норий, конвейеров и пневмотранспортных установок, загружать в различные по размерам и фор­ме хранилища и транспортные средства. Используя принцип самотека, все схемы технологического процесса на элеваторах, мукомольных и крупяных заводах построены по вертикали.

Эффект заполнения хранилища зерновой массой зависит от/ ее сыпучести: чем она больше, тем быстрее и лучше заполняется силос. Сыпучесть учитывают и при статических расчетах хранилища.

Под углом трения понимается наименьший угол, при котором зерновая масса начинает скользить по какой-либо по­верхности.

Под углом естественного откоса, или, иначе, под углом ската, понимается угол между диаметром основания и образующей конуса, получающегося при свободном падении зерновой массы на горизонтальную плоскость (например, на пол склада).

На сыпучесть зерновой массы влияет много факторов. Основными из них являются гранулометрический состав и грануломорфологическая характеристика зерна (форма, размеры, ха­рактер и их видовой состав; материал, форма и состояние по­верхности, по которой самотеком перемещают зерновую массу).

Наименьшим углом трения и естественного откоса, т. е. наи­большей сыпучестью, обладают зерновые массы, состоящие из зерен и семян шарообразной формы с гладкой поверхностью (горох, просо, люпин).

На их сыпучесть существенное влияние ока­зывают и другие факторы: влажность, примеси и характер поверхности, по которой перемещают зерновую массу.

Примеси, встречающиеся в зерновой массе, как правило, снижают ее сыпучесть.

С увеличением влажности зерновой массы ее сыпучесть значительно снижается. В меньшей степени это проявляется в зер­новой массе. Из шаровидных зерен с гладкой поверхностью.

Сыпучесть зерновых масс учи­тывают при проектировании и эксплуатации зернохранилищ, мукомольных, крупяных и ком­бикормовых заводов, транспорт­ных, погрузочно-разгрузочных устройств и т. д. Стандартных методов определения сыпучести пока нет. Угол естественного от­коса определяют при помощи че­тырехгранного стеклянного сосуда, наполняемого на 1/3 зерном, а затем поворачиваемого на 90° (метод Мооса). Используют также ящик с выдвижной стенкой, удаление которой приводит к осыпанию части зерновых масс и образованию угла естественного откоса. Угол естественного от­коса можно определять и методом высыпания зерна из ворон­ки, установленной на определенной высоте от горизонтальной плоскости. Угол трения зерна по материалу самотека чаще все­го определяют при помощи горки конструкции Ревякина.

Самосортирование. Самосортирование является следствием неоднородности по массе и плотности вхо­дящих в нее твердых частиц. Загрузка зер­новых масс в хранилища или выпуск из них самотеком, перемещение конвейерами, пе­ревозка в вагонах, автомобилях и т. п. обя­зательно сопровождаются самосортирова­нием.

Известно также, что влажность пристенных участков зерно­вой массы обычно выше средней влажности всей партии. Все это создает предпосылки для развития микроорганизмов и клещей.

Асимметричное исте­чение наблюдает­ся в силосах с большим диа­метром, но при несимметрич­ном расположении отверстий выпуска и загрузки. И в этом случае зерновая масса выте­кает центральным столбом, в который одновременно вовле­кается значительная масса бо­ковых прилегающих слоев.

Симметричное истечение наблюдается в си­лосах малого диаметра. Оно характеризуется одновременным движением всей зерновой массы с несколько более быстрым движением центрального столба. На характер истече­ния влияет и влажность зерна. При выпуске зерновой массы с повышенной влажностью симметричного истечения не бывает.

Таким образом, в результате самосортирования в зерновой массе, засыпанной на хранение, нарушается однородность и создаются условия, способствующие развитию различных фи­зиологических процессов, приводящих к частичной или полной порче зерна.

Наличие скважин в межзерновой массе влияет на многие физические и физиологические процессы, протекающие в ней. Так, воздух, перемещающийся по скважинам, способствует пе­редаче тепла путем конвекции и перемещению влаги через зер­новую массу в виде пара. Значительная газопроницаемость зер­новых масс позволяет использовать это свойство для продува­ния их воздухом (при активном вентилировании) или вводить в них пары различных отравляющих веществ для обеззаражива­ния (дезинсекции).

Крупные примеси обычно увеличивают скважистость, мел­кие— легко размещаются в межзерновых пространствах иуменьшают ее.

Скважистость возрастает сувеличением влажности зерновой массы. Зерно, увлажненное уже вхранилище, набухает, увели­чивается в объеме, и в связи сэтим зерновая масса несколько уплотняется. В результате значительно снижается сыпучесть, создаются предпосылки к слеживанию.

Зерно и зерновая масса как сорбенты.Зерна и семена всех культур и зерновая масса в целом обладают способностью поглощать (сорбировать) из окружающей среды пары раз­личных веществ и газы. При известных условиях наблюдается обратный процесс выделения (десорбции) этих веществ в окружающую среду.

В зерновой массе наблюдаются сорбционные явления: ад­сорбция, абсорбция, капиллярная конденсация и хемосорбция. Их суммарный результат называют сорбцией.

Отдельные зерна и зерновая масса в целом хорошие сорбен­ты. Их значительная сорбционная емкость объясняется двумя причинами: капиллярно-пористой коллоидной структурой каж­дого зерна и скважистостью зерновой массы.

Зерна и семена являются типичными капиллярно-пористыми коллоидными телами. Сорбционные процессы особенно харак­терны для покровных тканей (оболочек) зерна и семян, имею­щих ярко выраженную капиллярно-пористую структуру.

Характеристика сорбционных явлений в зерновой массе. Все явления сорбции, наблюдаемые в зерновой массе при транспор­тировании, хранении и обработке, с точки зрения их влияния на ее качество и сохранность можно разделить на две группы: сорбцию и десорбцию различных газов и паров, кроме паров воды, и сорбцию и десорбцию паров воды.

Гигроскопичность зерновой массы. Наибольшее влияние на состояние зерновой массы при хранении и особенно послеубо­рочной обработке (активное вентилирование, сушка) оказывает способность ее к сорбции и десорбции паров воды, т. е. ее гиг­роскопичность.

Увлажнение зерновой массы при хранении, наступающее в результате гигроскопичности, создает условия для жизнедея­тельности зерна, микроорганизмов и других живых компо­нентов.

ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ И МАССООБМЕННЫЕ СВОЙСТВА

Отдельные зерна и зерновая масса в целом обладают рядом теплофизических и массообменных свойств, из которых для зер­на как объекта хранения наибольшее значение имеют теплопро­водность, температуропроводность и термовлагопроводность.

Теплопроводность. Зерновая масса обладает низкой тепло­проводностью, что объясняется ее органическим составом.

Темперапроводность. Температуропроводность опреде­ляет скорость изменения температуры в исследуемом материа­ле, его теплоинерционные свойства. Зерновая масса характери­зуется низким коэффициентом температуропроводности и обла­дает поэтому большой тепловой инерцией.

Термовлагопроводность. Перемещение влаги в зерновой мас­се, обусловленное градиентом температуры, называется термо-влагопроводностью. В результате этого явления происходит пе­ремещение влаги вместе с потоком тепла в более холодные слои или участки зерновой массы.

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МУКИ И КРУПЫ

В практике хранения и транспортирования муки и крупы необходимо учитывать те же физические свойства, что и у зер­новой массы, т. е. сыпучесть, скважистость, сорбционную ем­кость и теплофизические характеристики. Однако следует иметь в виду, что мука и крупа по своим физическим свойствам су­щественно отличаются от зерна, из которого они были вырабо­таны.

Сыпучесть. Мука состоит из очень мелких частиц различной величины и формы, имеющих значительный коэффициент трения, поэтому сыпучесть муки и отрубей меньше, чем у зерновой массы.

Скважистость. В муке, частицы которой малы, скважистость имеет мелкопористую структуру. Это приводит к меньшей газо­проницаемости муки, затрудняет газообмен в ней и ограничи­вает возможность проникновения в нее клещей и насекомых. Лишь личинки некоторых жуков и бабочек, обладающие упру­гим мускулистым телом, способны проникать во внутренние участки муки в мешке или в силосах.

Скважистость крупы в зависимости от размеров ее частиц по структуре аналогична скважистости либо зерновой массы, ли­бо муки.

Сорбционные свойства. Мука и крупа обладают значитель­ной способностью к сорбции и десорбции водяных паров, а так­же других паров и газов. Однако сорбционная емкость у муки и крупы значительно меньше, чем у зерновой массы. Это объ­ясняется как характером скважистости, так и нарушением структуры зерна.

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2021 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.003 с) .

Физические свойства зерновой массы

Для практики хранения представляют интерес следующие физические свойства зерновой массы: сыпучесть и самосортирование, скважистость, способность к сорбции и десорбции различных паров и газов (сорбционная емкость) 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. Степень заполнения хранилища зерновой массой зависит от сыпучести: чем она больше, тем легче и лучше заполняется емкость. Сыпучесть учитывается и при статистических расчетах хранилища (давление зерновой массы на пол, стены и другие конструкции). Сыпучесть зерновой массы характеризуется углом трения или углом естественного откоса. Угол трения – наименьший угол, при котором зерновая масса начинает скользить по какой-либо поверхности. При скольжении зерна по зерну его называют углом естественного откоса, или углом ската. Кроме этих показателей, известны коэффициенты трения зерновой массы, перемещающейся по самотекам и находящейся в покое. Сыпучесть зерновой массы зависит от формы, размера, характера и состояния поверхности зерна, его влажности, количества примесей и их видового состава, материала, формы и состояния поверхности, по которой самотеком перемещают зерновую массу. Наибольшей сыпучестью обладают массы, состоящие из семян шарообразной формы (горох, просо, люпин). Чем больше отклоняется форма зерен от шарообразной и чем более шероховата их поверхность, тем меньше сыпучесть. Примером может служить относительно малая сыпучесть зерновых масс риса, некоторых сортов овса, ячменя и др. В связи с влиянием различных факторов сыпучесть зерновых масс может колебаться в значительных пределах. Так угол естественного откоса у овса может быть от 31 до 54 0 , а у ячменя – 28-45 0 , у пшеницы – 23-38 0 , у проса – от 20 до 27 0 .

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 перевозке зерна в автомашинах или вагонах, передвижении по ленточным транспортерам в результате толчков и встряхиваний лёгкие 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. Самосортирование – явление отрицательное, т.к. 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.

Читать еще:  Прозрачные уголки для откосов

Скважистость. Из характеристики зерновой массы мы знаем, 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. 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 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. 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 W – общий объем зерновой массы;

v – истинный объем твердых частиц зерновой массы.

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 определенных 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 идёт 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 ёмкостью влажность зерна и семян при уборке урожая и перед их хранением колеблется от 7 до 32-36 %. Равновесная влажность у семян масличных намного ниже, чем у злаковых и бобовых. Это объясняется меньшим содержанием в них гидрофильных коллоидов.

Теплофизические характеристики. Теплоёмкость. Удельная теплоёмкость абсолютно сухого вещества зерна примерно 1,51-1,55 кДж/(кг 0 С). С увеличением влажности зерна возрастает и его удельная теплоемкость. Теплоёмкость учитывают при тепловой сушке зерна, т.к. расход тепла зависит от исходной влажности зерна.

Коэффициент теплопроводности находится в пределах 0,42-0,84 кДж/(м.ч. 0 С), а отдельно взятого зерна пшеницы – 0,68 кДж/(м.ч. 0 С). Низкая теплопроводность зерновой массы обусловлена ее органическим составом и наличием воздуха, коэффициент теплопроводности которого всего лишь 0,084 кДж/(м.ч. 0 С). С увеличением влажности зерновой массы ее теплопроводность растет (коэффициент теплопроводности воды 2,1 кДж/(м.ч. 0 С)), но все же остается сравнительно низкой.

Коэффициент температуропроводности характеризует скорость изменения температуры в материале, его теплоинерционные свойства. Скорость нагревния или охлаждения зерновой массы определяется вличиной коэффициента температуропроводности: (м 2 /ч), где λ – коэффициент теплопроводности зерна, кДж/(м.ч. 0 С); с – удельная теплоёмкость, кДж/(кг 0 С); v – объемная масса зерна, кг/м 3 . Зерновая масса характеризуется очень низким коэффициентом температуропроводности, т.е. обладает большой тепловой энергией. Коэффициент температуропроводности колеблется в пределах 6,15·10 — 4 – 6,85·10 – 4 м 2 /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 тёплое время года. Т.о., 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.

Термовлагопроводность. Влага в зерновой массе перемещается вместе с потоками 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.

ТЕМА 4. Физиологические процессы,

|следующая лекция ==>
Характеристика веществ, входящих в состав зерна и семян|Происходящие в зерновых массах при хранении

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Угол естественного откоса зерновых масс

В решении важной народнохозяйственной проблемы увеличения производства продукции растениеводства, наряду с обычными агротехническими приемами, существенное значение в улучшении посевных качеств семян имеет предпосевная обработка семян электромагнитным полем [4, 5, 7, 9, 10, 12].

Для формирования электрических параметров и описания процессов, происходящих в активаторе при наличии движущегося слоя семян, необходимо учитывать ряд факторов. В настоящей статье рассмотрим некоторые из них.

Одним из немаловажных факторов является анатомическое строение семян растений. Структурной и функциональной единицей семени является клетка, имеющая помимо биологических, химических свойств, ряд физических характеристик. Например, электрическое сопротивление: мембраны – 106 Ом и более; протоплазмы – 103 Ом и более; относительная диэлектрическая проницаемость: мембраны – 2–9; протоплазмы – 40–80 [2, 6, 13].

Неоднородность составных компонентов различной зерновой массы обусловливает её физические свойства. Эти особенности также учитываются при разработке технологических схем работы активатора с движущимся слоем.

Зерновая масса обладает хорошей сыпучестью. Степень сыпучести зерновой массы неодинакова и зависит от формы, размера, состояния и характера поверхности зерна, а также от формы и состояния поверхности, по которой перемещают зерно [8, 13].

Наибольшую сыпучесть имеют партии, состоящие из зерна шарообразной формы с гладкой поверхностью (горох, просо и др.). Большое влияние на сыпучесть зерновой массы оказывает её влажность, однако из-за жестких нормативных требований к семенному материалу это не существенно.

Сыпучесть характеризуется двумя показателями – углом естественного откоса и углом трения. За угол естественного откоса принимают угол между диаметром основания и образующей конуса, получающегося при свободном падении зерна на горизонтальную плоскость. Чем меньше угол естественного откоса, тем больше сыпучесть [13].

Углом трения зерна о поверхность считается наименьший угол, при котором зерно начинает самотёком перемещаться по наклонной плоскости. Величина угла естественного откоса будет равна углу трения зерна по зерну. При проектировании уклона днищ бункеров, а также при выборе угла наклона самотёчных транспортеров выбирают наибольшие углы трения. В лабораторных условиях угол естественного откоса определяют методом высыпания зерна из воронки [3].

Аэродинамические свойства семян характеризуются сопротивлением, которое оказывает воздушная среда их движению. Они зависят от размеров, плотности, формы, характера поверхности семян и характера расположения их в воздушном потоке.

Семена содержат значительное количество влаги. В кондиционных семенах содержание влаги составляет 10–15 %. Это не позволяет семена принимать в виде идеального диэлектрика. Вода является сильнополярной жидкостью (ε = 88) с низким удельным сопротивлением порядка . Сложный и неоднородный химический состав различных частей семян обуславливает процессы, происходящие внутри них при электрическом воздействии. Диссоциация ионов и молекул способствует уменьшению электрического сопротивления. Возрастание приложенного напряжения приводит к увеличению подвижности ионов, образованию объемных зарядов и, в итоге, к снижению сопротивления. При высоких напряжениях происходит вырывание электронов из атомов, создаются условия для пробоя. Поэтому количественная оценка электрических параметров семян не может ограничиваться только диэлектрической проницаемостью. Обязателен учет величин объемной, поверхностной электропроводности, а также пробивного напряжения.

Семенной слой является составной структурой, состоящей из двух компонент семян и воздуха. Двухкомпонентные структуры разделяют на два типа матричные и взаимопроникающие [11].

Слой семян допустимо принимать матричной структурой, в которой воздух является матрицей, а семена наполнителем. При анализе объемного слоя семян необходимо учитывать особенности его геометрии. При горизонтальном исполнении слоя его высота незначительна по сравнению с другими размерами. Использование, например, значения объемной плотности семян для слоя дает большую погрешность.

Количественная оценка заполнения объема структуры и тем более расчетное определение параметров весьма проблематично. Для семян, имеющих большое разнообразие форм и размеров, слой является структурой, требующей детального теоретического и экспериментального исследования.

Чем плотнее расположены семена в слое по объему, тем прочнее между ними контакт и, чем больше в единице объема таких контактов, тем однороднее структура.

В образовании однородной структуры большое значение имеет гранулометрический состав. Каждое зерно соприкасается в нескольких точках с другими зернами.

Проведем анализ заполнения слоя между семенами гороха [1, 14].

Если взять семена гороха имеющих форму шариков одинакового размера, то наибольшее количество семян можно уместить в данный объем, если расстояния между ними будут равны удвоенному радиусу.

Несмотря на то, что шары максимально плотно прилегают друг к другу, между ними все же остаются пустоты – «лунки». Следующий слой по условиям плотной упаковки должен помещаться в лунках предыдущего. Однако невозможно разместить шары следующего слоя во всех лунках, так лунок в 2 раза больше. Заполненной окажется только половина. Между шарами разных слоев определились объемные пустоты. Пустоты относятся к двум различным типам. Одни сквозные и окружены 6 шариками, а другие несквозные и окружены 4 шариками. Центры шаров, окружающих пустоты первого типа, расположены по вершинам октаэдра (октаэдрические пустоты), а шаров, окружающих пустоты второго типа, – по вершинам тетраэдра (тетраэдрические пустоты). Тетраэдрические пустоты имеют меньшие размеры, чем октаэдрические.

Читать еще:  Соединитель для пластиковых откосов

Каждый последующий слой располагается в лунках предыдущего. Тип упаковки будет определяться тем, как заполняются третий и последующие слои. Частицы третьего слоя могут быть размещены двумя способами. Первый случай, когда частицы третьего слоя заполняют лунки второго типа, а второго слоя – лунки первого типа. В результате оказывается, что частицы третьего слоя располагаются над частицами первого и являются его эквивалентом. Тогда упаковка будет состоять из двух неэквивалентных типов слоев. Шар третьего слоя располагается над тетраэдрической пустотой между вторым и первым слоями, а октаэдрические пустоты образуют сквозной канал. Рассмотренная двухслойная упаковка называется плотнейшей гексагональной [1].

Второй случай, когда шары третьего слоя располагаются в лунках того же типа, что и частицы второго слоя. В такой упаковке сквозные каналы отсутствуют. Шары третьего слоя располагаются над октаэдрическими пустотами между первым и вторым слоями. Эта трехслойная упаковка называется плотнейшей кубической. Оба типа дают степень заполнения объема частицами 74,05 %, т.е. 3/4 объема занимают шары.

Рассмотрим возможное расположение зерен гороха диаметром d1. Предположим, что объем, размеры которого в направлении всех трех осей координат равны nd1, заполнен горохом. Если этот объем заполнить кубиками, ребра которых равны d1, и в каждый кубик условно вложить шар, получим неплотное заполнение объема шарами. Количество точек касания у каждого шара равно 6, а количество токопроводящих контактов (n + 1). Координаты центров шаров во всех плоскостях совпадают. При более плотном размещении шаров координаты их центра сохраняются только относительно одной плоскости координат и изменяются параллельно двум другим плоскостям на расстояние, равное половине d1. При этом возрастает общее количество точек касания, достигая 12. Условные слои семян сближаются. Возможно другое плотное размещение, когда центры шаров изменяют свои координаты во всех плоскостях по сравнению с первым плотным видом размещения на расстояние, равное половине d1. Но это заполнение объема меньше, чем в первом случае, и поэтому оно не рассматривается. Слой семян, используемый при обработке, имеет толщину значительно меньше других размеров, поэтому количество слоев семян по высоте мало. Это приводит к существенному изменению плотности заполнения в зависимости от высоты слоя для различных семян [1, 11].

Рассмотрим схему контактного соприкосновения семян между собой, представленную на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема соприкосновения 2-х зерен

Толстой линией очерчен основной контур горошины, тонкими линиями снаружи – контурная линия отложений на основной поверхности. Эти отложения образуются вследствие поверхностной пленки влаги, пыли, а также грибковых и бактериальных образований. Поверхностный слой этих отложений является одной из составляющих, определяющих величину поверхностной проводимости семян. Наружные области соприкасаются между собой по плоскостям, диаметры которых обозначены буквами АВ.

При неплотном размещении семена заполняют пространство объемом 1000 см2 на 52,4 % и в соприкосновениях дают только 3 % поверхностей контакта. При плотном размещении объема семена заполняют 74,1 % пространства и дают 6 % поверхностей контакта. Мелкие зерна дают значительно большее заполнение объема, а также больше поверхностей контакта. Поэтому значение электрических параметров ёмкости и сопротивления слоя определяются формой и размером семян [1, 11].

Для количественного анализа характеристик слоя семян необходимо ввести коэффициент формы, представляющий собой отношение среднегеометрического к среднеарифметическому размеру семени.

Рассмотрение анатомии зерен показывает различие точек внешней поверхности. При контакте с металлическим электродом зерна и зерен друг с другом существенно влияет место контакта. Для получения электрической однородности в слое семян необходимо определять минимально допустимое число контактируемых семян в последовательной электрической цепи между двумя электродами. Следовательно, оптимальная толщина семенного слоя для электрической обработки в зависимости от размеров зерен и их формы будет различной.

Число точек контакта с электродом определяется выражением

(1)

где – число касаний;

– оптимальная толщина семенного слоя, мм;

– средне геометрический размер зерен, мм.

Число контактов семян между собой является случайной величиной и будет зависеть от геометрической формы активатора, формы и размеров семян, способа засыпки и перемещения семян и др.

Проведенный анализ позволяет сделать следующий вывод. При плотном размещении семян в условно однородном слое единичный объем со среднегеометрическим размером семени содержит само семя и объем воздуха. Оценка электрических параметров слоя семян, эквивалентная схема замещения должны основываться на этом.

В лабораторных экспериментах использовались активаторы со значительным воздушным промежутком между электродом и слоем семян. Этот воздушный промежуток фактически является токоограничивающим сопротивлением, гасящим избыточное напряжение, а также препятствующим прохождение тока проводимости. Реально на слой семян воздействует только часть напряжения и зачастую низкое напряжение. В большинстве исследований этот факт не выделяется и измерительную оценку не производят. При разработке и создании пилотного образца промышленной установки поставлена цель: устранить избыток напряжения.

Этот факт ставит необходимость дополнительного исследования слоя семян как электрической нагрузки с целью получения достоверных данных о напряженности поля в слое семян.

Рецензенты:

Никитенко Геннадий Владимирович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Применение электрической энергии в сельском хозяйстве» ФГБОУ ВПО «Ставропольский государственный аграрный университет», г. Ставрополь.

Симоновский Александр Яковлевич, доктор физико-математических наук, профессор, профессор кафедры математики ФГБОУ ВПО «Ставропольский государственный аграрный университет», г. Ставрополь.

Шевхужев Анатолий Фоадович, д-р с.-.х. н., профессор, директор аграрного института СКГГТА, Северо-Кавказская государственная гуманитарно-технологическая академия (СКГГТА), г. Черкесск.

Лекция 3: Характеристика зерновых масс, как объектов хранения

План

1.Состав зерновой массы и характеристика ее компонентов.

2.Физические свойства зерновой массы: сыпучесть, самосортирование, скважистость.

3.Сорбционные свойства: равновесная влажность и теплофизические характеристики зерна

1. 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.

2. Изучение свойств зерновой массы показало, что по своей при­роде они могут быть разделены на две группы: физические и физиологические. Многие из свойств каждой группы взаимосвязаны, и только с учетом этих связей может быть наиболее рационально организовано хранение зерновых масс.

Для практики хранения представляют интерес следующие фи­зические свойства зерновой массы: сыпучесть и самосортирование, скважистость, способность к сорбции и десорбции различных па­ров и газов (сорбционная емкость) 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 пневмо-транспортных установок, загружать в различные по размерам и форме транспортные средства (автомашины, вагоны, суда) и хра­нилища (закрома, склады, траншеи, силосы элеваторов). Наконец, 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.

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.

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.

Читать еще:  Сделай сам отлив откос

Скважистость (S) определяют по формуле:

S = W-v/W*100, где W— общий объем зерновой массы; v— истинный объем твердых частиц зер­новой массы.

3. 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.

Принято, что активная поверхность зерна пшеницы и ржи превышает его истинную примерно в 20 раз.

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.

Коэффициент теплопроводностизерновой массы находится в пределах 0,42—0,84 кДж/(м. ч. °С), а отдельно взятого зерна пше­ницы — 0,68 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 (коэффициент теплопроводности воды 2,1 кДж/(м.ч.°С), но все же остается сравнительно низкой. Для сравнения напомним, что у хороших проводников тепла коэффи­циент теплопроводности равен у меди 1190—1430 кДж/(м.ч.°С) или у железа 168—252 кДж/(м.ч.°С). Плохая теплопроводность зерновых масс, так же как и низкая температуропроводность, играет при хранении и положительную, и отрицательную роль.

Коэффициент температуропроводности характеризует скорость изменения температуры в материале, его теплоинерционные свой­ства. Скорость нагревания или охлаждения зерновой массы опреде­ляется величиной коэффициента температуропроводности:

где L — коэффициент теплопроводности зерна, кДж/(ч м °С); с — удельная тепло­емкость, кДж/(кг °С); у — объемная масса зерна, кг/м 2 .

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 м 2 /ч. У хо­роших проводников тепла он равен (3700—4000) 10 -4 м 2 /ч.

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 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.

Литература:

1.Манжесов В.И., Попов И.А., Щедрин Д.С. Технология хранения растениеводческой продукции: учебное пособие. — Воронеж: ФГОУ ВПО ВГАУ, 2009. — 249 с.

2.Вобликов Е.М. Технология элеваторной промышленности.- Санкт-Петербург: Лань, 2010. — 384 с.

3.Трисвятский Л.А., Лесик Г.В., Кудрина В.Н. Хранение и технология сельскохозяйственной продукции. — М.: Агропромиздат,1991. -415с.

4.Личко Н.М. Стандартизация и подтверждение соответствия сельскохозяйственной продукции.-М.: ДеЛи плюс, 2013.- 512с.

Определение сыпучести зерна. (2 часа)

Цель работы: Освоить методику определения влажности, угла естественного откоса и угла трения зерновой массы.

Общие положения.

Это свойство зерновой массы широко используется в технологических схемах перемещения в хранилищах, при транспортировке и статических расчетах различного типа хранилищ. Сыпучесть характеризуют коэффициентами внутреннего и внешнего трения. Для получения этих характеристик определяют угол естественного откоса и угол трения зерновой массы. Угол естественного откоса, или угол ската, — это угол между диаметром основания и образующей конуса, который формируется при свободном падении зерновой массы на горизонтальную плоскость. Угол трения зерновой массы – это наименьший угол, при котором зерновая масса начинает скользить по какой-либо поверхности.

Ход определения угла естественного откоса и трения

Метод высыпания зерновой массы из воронки.

Угол естественного откоса зерновой массы определяют при помощи прибора, состоящего из воронки емкостью около 2—3 л с закрывающейся задвижкой выпускного отверстия.

Рис 1. Установка для определения угла ствен-

естественного откоса зерновой массы

1– воронка; 2–штатив; 3–транспортир.

В воронку, укрепленную на определенной высоте, засыпают образец зерна (2 кг). Затем приоткрывают задвижку, и зерно высыпаясь на горизонтальную поверхность, образует конус. При помощи транспортира с линейкой измеряют угол φ.

Приборы и материалы:

— установка для определения угла естественного откоса (рис 1);

— установка для определения угла трения — (горка Ревякина),

— образцы зерна различных культур

Определение угла естественного откоса сыпучего продукта.

Угол естественного откоса сыпучих продуктов (зерна, муки, отрубей, жмыха, шрота, комбикорма) по ОСТ 8 — 15 — 75 определяют при помощи специального устройства, выполненного из органического стекла (рис. 2). Устройство состоит из двух смежных вертикальных стенок размером 395×195 мм, смонтированных на горизонтальной плоскости размером 395×395 мм.

Рис 2. Устройство для определения угла естественного откоса сыпучего продукта (зерна, муки, комбикормов и др.)

В месте соединения вертикальных стенок с центром в точке пересечения их внутренних плоскостей по всей высоте сделано отверстие диаметром 25 мм. В него вставляют металлическую воронку с удлиненной трубкой в которой по всей высоте выполнен вырез, соответствующий вырезу в стенках.

Определение проводят следующим образом. Трубку с воронкой вставляют в отверстие так, чтобы вырез был обращен вовнутрь ящика. Пробу, осторожно, без сотрясения устройства засыпают в воронку, не допуская накопления продукта в ней. Продукт свободно осыпается по трубке и через вырез выходит на плоскость, образуя конус. Засыпку продукта заканчивают, когда вершина конуса сравняется с верхней плоскостью устройства в точке пересечения внутренних кромок боковых стенок.

Угол естественного откоса в градусах определяют по делениям, нанесенным на боковой стенке. Опыт проводят не менее чем в трех повторностях, не допуская расхождений между значениями углов более 2 град.

.

Рис. 3. Четырехгранный сосуд для определения угла естественного откоса:

. 1 — стекло; 2 — зерно

Рис. 4. Определение угла естественного откоса зерновой массы в ящике с выдвижной стенкой.

Метод свободного расположения в четырёхгранном сосуде.

Четырёхгранный сосуд с прозрачными стенками находящийся в вертикальном положении, заполняют на 1/3 объёма испытуемой зерновой массой, поверхность зерна в сосуде выравнивают, его медленно поворачивают на 90°. Зерновая масса при повороте осыпается и образует поверхность под углом естественного откоса φ (рис. 3), который измеряют транспортиром. Правильное пределение угла φ предусматривает спокойный без толчков поворот сосуда, по возможности с одинаковой скоростью.

Задание 1. Определить угол естественного откоса зерновой массы методом свободного расположения зерна в четырехгранном сосуде в 3-кратной повторности. Варианты задания определяет преподаватель.

Таблица 1 Угол естественного откоса зерновых масс.

КультураУгол естественного откоса, (гр.)
Значение по повторностямпределы колебания
среднее
Яровая пшеница
Озимая рожь
Ячмень
Овес

Метод определения угла трения.

Угол трения зерновой массы определяют с помощью горки Ревякина рис 5. Конструктивно этот прибор представляет собой раму-подставку с винтовым устройством, благодаря которому площадка может перемещаться с наклоном от 0 до 90°. На площадку укладывают различные материалы (железный лист, транспортерную ленту и т. п.), на них помещают навески зерновой массы. С помощью винта 2 изменяют угол наклона площадки и фиксируют на циферблате 4 угол, при котором начинается скольжение зерновой массы – (коэфф. трения покоя) и угол, при котором зерновая масса скатывается полностью – (коэфф. трения движения). Определение повторяют трижды, вычисляют среднее арифметическое. Установив величины угла естественного откоса и угла трения определяют коэффициенты трения (покоя) зерна по зерну (внутреннее трение) и зерновой массы по различным поверхностям при скатывании — коэффициент движения.

Рис.5 Схема установки для определения величины коэффициентов внешнего трения.

Первый показатель обычно используют в статических расчетах при проектировании хранилищ, а второй — при расчетах свободного скатывания зерновой массы (зерноочистительные машины, перепуски в элеваторах и т. д.).

Задание 2. Определить коэффициент внутреннего трения и коэффициенты трения зерновой массы в покое о поверхности из различных материалов.

Результаты измерений и расчетов записывают в таблицу 2.

Таблица 2. Форма записи результатов

Дата добавления: 2015-01-01 ; просмотров: 107 ; Нарушение авторских прав

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector