Учебно-методический комплекс дисциплины «Технология послеуборочной обработки зерна» для специальности 050728 - «Технология перерабатывающих производств» (стр. 3 )

Следует учитывать, что скважистость зерновой массы любой культуры изменяется в зависимости от количества и состава примесей, а также влажности, крупные примеси обычно увеличивают  скважистость,  мелкие легко размещаются между зернами основной культур  и уменьшают скважистость. Поэтому активное вентилирование свежеубранного зерна следует проводить сразу  после его очистки. Сырое и неочищенное зерно склонно  к значительному  уплотнению и резкому  уменьшение скважистости, образованию застойных участков, непродуваемых при активном вентилировании.  Поэтому при загрузке и выравнивании насыпи сырого зерна в камерных зерносушилках или вентиляционных установках необходимо стремиться избегать механического уплотнения зерновой насыпи.

2. Теплофизические свойства зерновой массы

Тепловые свойства зерновой массы оказывают основное влияние на эффективность процесса сушки и активного  вентилирования, а также хранения зерна. К основным параметрам, характеризующим тепловые свойства зерновой массы, относят:  теплоемкость,  теплопроводность, температуропроводность и термовлагопроводность. Теплообменные процессы в зерновой массе происход путем прямой передачи тепла от зерна к зерну (кондукция или контактный теплообмен) или посредством движущегося воздуха по межзерновым пространствам.

Теплоемкость. Расход тепла при нагревании зерна характеризует его удельную теплоемкость. Теплоемкость влажного зерна определяют,  как составляющую теплоемкостей абсолютно сухого зерна, равную 1550 Дж/(кг-К), и воды—4190 Дж/(кг-К). Поскольку теплоемкость  воды  почти  втрое  превышает  теплоемкость сухого вещества зерна, с повышением влажности теплоемкость зерна увеличивается и требуется значительно больший расход энергии для нагревания. Для приближение расчета теплоемкости зерна заданной влажности можно воспользоваться обычным правилом смешения. Если использовать  приведенные  выше теплофизические параметры сухого зерна и воды, то теплоемкость зерна пшеницы с влажностью 20 % будет 2078 Дж/(кг-К).

Теплопроводность и температуропроводность. Зерновая масса имеет низкую теплопроводность и температуропроводность. Теплопроводящую способность зерна х рактеризует  коэффициент  теплопроводности,  равна 0,42...0,84 кДж/(м-ч-°С). Это в 3...4 раза меньше, чем теплопроводность воды, и в сотни раз меньше, чем теп­лопроводность металлов. Однако теплопроводность зер­на почти в 8 раз выше, чем теплопроводность воздуха, который в связи с этим значительно повышает тепло­изоляционные свойства зерновой массы. Коэффициент температуропроводности характеризует скорость измене­ния температуры в пределах зерновой насыпи, т. е. ее теплоинерционные свойства. Он равен в среднем 6,5Х XI О-4 м2/ч.

Низкая теплопроводность и температуропроводность зерновой массы обусловлены ее органическим составом и наличием воздуха в межзерновых пространствах. Боль­шая теплоинерционность, медленное естественное охлаждение и прогревание зерновой массы имеют как по­ложительное, так и отрицательное значение. Их положи­тельная роль проявляется в том, что быстрым охлажде­нием зерновой массы активным вентилированием пред­ставляется возможным сохранять в ней пониженную температуру длительное время, т. е. консервировать зер­новую массу холодом.

Отрицательная роль низкой теплопроводности и тем­пературопроводности заключается в том, что тепло, об­разующееся в процессе жизнедеятельности зерновой мас­сы, может задерживаться в ней и способствовать быст­рой порче.

Теплое зерно, заложенное на хранение высокой на­сыпью, часто до середины зимы сохраняет положитель­ную температуру. При хранении зерна в крупных силосах элеваторов на расстоянии 4...5 м от поверхности насыпи почти не ощущаются сезонные (зима — лето) из­менения температуры, и она остается почти постоянной в течение года.

С теплофизическими свойствами зерновой массы тес­но связано открытое явление термовлагопроводности — направленное перемещение влаги в зер­новой массе, обусловленное градиентом температуры. Влага из зоны с повышенной температурой вместе с по­током тепла перемещается в менее нагретые участки, где и конденсируется в зоне резких перепадов температуры. В практике это происходит, например, при ссыпании те­плой массы зерна на холодный асфальтированный или бетонный пол или весной при значительном прогрева­нии поверхностных слоев сильно охлажденной за зимний период насыпи зерна.

3. Гигроскопические свойства зерна

Зерно и семена всех культур способны поглощать (сорбировать) из окружающей среды пары различных веществ и газы. При определенных условиях возможен частично или полностью обратный процесс выделения (десорбции) этих же веществ в окружающую среду. Ре­зультатом сорбционного процесса является приобретение зерном посторонних запахов.

Сорбция и десорбция паров воды характеризует ги­гроскопические свойства зерна. Изучение их является обязательным условием подготовки высококвалифициро­ванного специалиста по обработке и хранению зерна. Закономерности, отражающие гигроскопические свойст­ва зерна, лежат в основе технологии хранения, сушки, активного вентилирования и других операций по обра­ботке и уходу за зерновыми массами.

Сорбционные свойства зерна обусловлены его капил­лярно-пористой структурой и способностью входящих в него химических веществ поглощать и удерживать строго определенное количество воды. Зерно представляет собой пористое тело,  пронизанное  микроскопическими каналами, по которым может перемещаться парообразная влага. У зерна различных культур объем, занимаемый микро-и макрокапиллярами, составляет 5...12 % и более. Внутренняя поверхность стенок капилляров  ак­тивная. На ней имеется большое количество  активных центров  (участков), обладающих свободной  энергией, которая обеспечивает поглощение и удержание молекул  воды. Площадь активной поверхности капилляров очень велика.

  В процессе сорбции и десорбции зерно взаимодействует с воздухом атмосферы и межзерновых пространств. Направленность влагообмена и его интенсивность зависят от влажности зерна и воздуха. Побуждающей причиной влагообмена является разница давлений паров воды в воздухе и над поверхностью зерна. Если имеется  отмеченный градиент, влага из зоны большего давления стремится перейти в зону с меньшим давлением.

  Установлено, что такое перемещение влаги происходит в результате перескока молекул воды с одного активного центра поверхности капилляра на другой и т. д.

Таким образом, подсушивание будет происходить во всех случаях, когда парциальное давление водяных паров у поверхности зерна больше парциального дав­ления водяных паров в окружающем воздухе. Если дав­ление пара у поверхности зерна ниже, чем в воздухе, зерно будет увлажняться. Технологический процесс ра­боты зерносушилок основан именно на том, чтобы соз­дать значительное превышение давления паров воды над поверхностью зерна по сравнению с воздействующим на него воздухом. Чаще всего этого достигают нагревани­ем зерна и воздуха.

Процесс сорбционного влагообмена продолжается до тех пор, пока не уравняется давление водяного пара в зерне и в воздухе. После установления равенства насту­пает состояние динамического равновесия, и влажность зерна стабилизируется. Такая влажность зерна называ­ется равновесной.

Понятие о равновесной влажности является главным в характеристике сорбционных свойств зерна. В практи­ке равновесную влажность зерна связывают не с вели­чиной парциального давления паров воды, а с более простым и доступным для производственного использо­вания показателем относительной влажности воздуха. Последняя характеризует степень его влагонасыщенности в процентах от максимально возможной величины влагопоглощения для данных условий. При относитель­ной влажности 100 % в воздухе содержится максималь­ное количество воды при данной температуре и атмос­ферном давлении и, следовательно, достигнут максимум давления паров воды. При относительной влажности 50 % в воздухе содержится половина массы парообраз­ной влаги от максимально возможного количества и т. д. Чем меньше относительная влажность, тем суше воздух и тем больше воды он может поглощать.

Относительную влажность воздуха измеряют с по­мощью психрометра. Он состоит из двух одинаковых термометров, но у одного из них шарик с ртутью обернут тканью из батиста, нижняя часть которой опущена в во­ду. Чем суше воздух, тем интенсивнее испаряется вода с поверхности батиста и сильнее охлаждается термометр. По разнице температуры сухого и смоченного термомет­ров с помощью специальных психрометрических таблиц определяют относительную влажность воздуха. Простей­ший психрометр должен быть в составе приборов любого агрегата и комплекса для обработки зерна или зерно­хранилища.

Таким образом, равновесная влажность — это такой уровень влажности зерна, который устанавливается при  данной относительной влажности воздуха. Равновесную влажность зерна широко используют в по­вседневной практике обработки и хранения зерна. Рав­новесная влажность зерна различных культур неодина­кова. Это обусловлено различиями в химическом соста­ве, главным образом соотношением гидрофильных {склонных к поглощению влаги) и гидрофобных (не по­глощающих влагу) веществ. Из компонентов зерна наи­более гидрофильные белки, удерживающие до 180...240 % воды от своей массы. Крахмал поглощает до 70 % во­ды, а жир гидрофобен и практически не удерживает влагу. Поэтому равновесная влажность семян подсол­нечника, содержащих до 50 % жира, почти в два раза меньше, чем у пшеницы и ржи. Если же уровень равно­весной влажности пересчитать только на гидрофильную, часть семени, то почти у всех культур она будет примерно одинакова.

  в  12  16 20  М  28  32 Влажность зерна, %

Рис. 1. График равновесной влажности зерна и семян: