Фізичні властивості зернової маси.
Для практики зберігання важливі такі фізичні властивості зернової маси, сипкість і самосортування, шпаруватість, здатність до сорбції і газів (сорбційна сипкість) та теплофізичні властивості.
Зернова маса дуже легко заповнює місткість будь-якої конфігурації і при певних умовах може висипатися з неї. Важка рухомість зернової маси, її сипкість пояснюється тим що вона в основі своєї складається з окремих твердих і дрібних частинок – зерен основної культури різних фракцій домішок.
Добра сипкість зернових мас має величезне практичне значення. Правильно використовуючи цю властивість і застосовуючи відповідні пристрої і механізми, можно повністю уникнути затрат ручної праці. Так зернові маси можно легко переміщувати норіями, транспортерами і пневмотранспорт ними установками, завантажувальні різні за розміром і формою транспортні засоби і сховища. Нарешті їх можно переміщувати самопливом. Останній широко використовують при зберіганні, обробці зернових мас і вантажно-розвантажувальних роботах, на його основі всі технологічні процеси на елеваторах, млинах і крупорушних заводах будують по вертикалі. Зернова маса піднята норіями, на верхній поверх елеватора або млина самопливом спускається донизу і разом з ним обробляється на різних млинах.
При завантаженні і вивантаженні у сховищах також використовують самоплив. Ступінь заповнення сховища зерновою масою залежить від сипкості і чим вона більша, тим легше і краще заповнюється місткість.
Сипкість зернової маси характеризують кутом тертя, або кутом природного укосу. Кут тертя – найменший кут при якому зернова маса починає сковзати по якій - небудь поверхні.
При ковзанні зерна по зерну його називають кутом скочування. Крім цих показників відомі коефіцієнти тертя зернової маси, яка переміщується самопливом і перебуває в стані спокою.
Сипкість зернової маси залежить від багатьох факторів: форми, розміру, характеру і стану поверхні зерен; вологості, кількості домішок і їхнього видового складу, матеріалу, форм і стану поверхні, по якій самопливом переміщують зернову масу.
Домішки які зустрічаються в зерновій масі, знижують сипкість зерна. При великому вмісті легких домішок такого роду як солома, полова та ін., а також при значному вмісті насіння бур’янів з чіткою і шорсткуватою поверхнею сипкість може бути майже втрачена. Тому зернову масу без попереднього очищення не рекомендується завантажувати у сховища запроектовані на вивантажування зернової маси самопливом.
Із збільшенням вологості зернової маси її сипкість значно знижується. Це явище характерне для всіх зернових мас, але для кулястих бобових менше вражене.
У зв’язку з впливом розглянутих факторів сипкість зернових мас може коливатися в значних межах. Так кут скочування для вівса може бути від 31º до 54 º, для ячменю 28-45 º, для пшениці – 23- 28 º, для проса від 20 º до 27 º і т.д.
Сипкість слід враховувати при роботі з зерновими масами. Відомі випадки в колгоспах і радгоспах в установках, змонтованих для очищення і переміщення зернових мас, не були правильно враховані показники сипкості і такі споруди не можно було використовувати.
Наявність у зерновій масі твердих частинок, різних за абсолютною і питомою вагою порушує однорідність її при переміщенні. Цю властивість зернової маси, яка є наслідком її сипкості називають – самосортуванням.
Так при перевезеннях зерна в автомашинах, вагонах, пересування по стрічкових транспортерах внаслідок поштовхів і струшувань, компоненти зернової маси з малою питомою вагою (легкі домішки, щуплі зерна, тощо) перемішуються до поверхні насипу, а з більшою питомою вагою, та абсолютною масою до її нижньої частини.
Самосортування спостерігається і при вільному падінні твердих частинок зернової маси, наприклад завантаження сховищ.
При зберіганні зернових мас самосортування – явище негативне, бо при цьому в них утворюються ділянки неоднорідні за фізико-логічною активність, шпаруватістю. Скупчення легких домішок і пилу утворює більше передумов до виникнення процесу самозігрівання. У зв’язку із самозігріванням слід суворо дотримуватися правил, для складання вихідного зразка.
При характеристиці зернової маси шпори (між зернові простори) становлять значну частину об’єму зернової маси (табл. 2) і істотно впливають на фізичні властивості та фізичні процеси що відбуваються в ній.
Таблиця 2
Шпаруватість зерна і маса 1м³
| Культура | Маса 1м³, кг | Шпарува-тість в % | Культура | Маса 1м³, кг | Шпарува тість в % |
| Ячмінь | 580-700 | 45-55 | Льон | 580-680 | 35-45 |
| Гречка | 560-650 | 50-60 | Жито | 680-750 | 35-45 |
| Рис | 440-550 | 50-65 | Просо | 680-730 | 30-50 |
| Овес | 400-550 | 50-70 | Пшениця | 730-840 | 35-45 |
| Соняшник | 325-440 | 60-80 | Кукурудза | 680-820 | 35-55 |
| Житняк широколистий | 260-300 | 70-80 | Конюшина червона | 780-850 | 30-40 |
Так повітря яке циркулює у шпорах завдяки конвенції сприяє передачі тепла і переміщенню парів води. Значна газопроникність зернових мас дає змогу використати цю властивість для продування їх повітрям (при активному вентилюванні), або уводити до них пару різних отруйних речовин для знезараження (дезінсекції). Запас повітря і кисню створює в зерновій масі на певний період нормальний газообмін для живих компонентів.
Величина шпаруватості зерна і маса його залежить і основному від факторів, які впливають і на натурну масу. Так із збільшенням вологості зменшується сипкість, а отже, і щільність укладання.
Великі домішки звичайно збільшують шпаруватість зернової маси, дрібні легко розміщуються в між зернових просторах і зменшують її. Зернові маси, які містять великі і дрібні зерна, а також шорсткуваті або із зморщеною поверхнею, укладаються з меншою щільністю. При інших умовах такі і короткі зерна укладаються щільніше ніж зерна іншої форми.
У зв’язку із само сортуванням шпаруватість у різних містах зернової маси може бути неоднаковою. Це приводить до нерівномірного розподілу повітря в ній.
При зберіганні зернових мас з великою висотою насипу відбувається ущільнення їх і шпаруватість зменшується. Знаючи об’єм, який займає зернова маса і процент шпаруватості її, неважко встановити об’єм повітря в шпорах. Цю кількість повітря при активному вентилюванні беруть за один обмін.
Шпаруватість (S) визначають за такою формулою:
де, W – загальний об’єм зернової маси,
V – справжній об’єм твердих часток зернової маси.
Зерна і насіння всіх культур і зернові маси і цілому є добрими сорбентами. Вони здатні вбирати з навколишнього середовища пару різних речовин і гази.
При певних умовах спостерігається зворотній процес виділення (десорбція) цих речовин у навколишнє середовище.
У зернових масах спостерігаються такі сорбційні явища, як адсорбція, абсорбція, капілярна конденсація і хемосорбція. Здатність зернових мас до сорбції пояснюється двома причинами капілярно-пористою структурою зернини або насінини і шпаруватістю зернової маси.
Сорбційні властивості мають велике значення в практиці зберігання, обробки і транспортування зернових мас. Зміна вологості і маси партії зерна що зберігається або транспортується, також найчастіше є наслідком сорбції, або десорбції парів води.
Остання не тільки має технологічне значення, а й пов’язане з матеріальною відповідальністю людей які зберігають великі маси зерна.
Вологообмін між зерновою масою і повітрям в тій чи іншій мірі відбувається безперервно. Залежно від параметрів повітря (його вологості і температури) та стану зернової маси вологообмін відбувається у двох напрямках: а) передача вологи від зерна до повітря. Таке явище (десорбції) спостерігається, коли парціальний тиск водяних парів у повітрі; б) зволоження зерна внаслідок вбирання (сорбції) вологи з навколишнього середовища. Цей процес відбувається тоді, коли парціальний тиск водяних парів біля поверхні зерна менший від парціального тиску водяних парів у повітрі.
Вологообмін між повітрям і зерном припиняється, якщо парціальний тиск водяної пари у повітрі і над зерном одинаковий. При цьому створюється стан динамічної рівноваги. Вологість зерна яка відповідає цьому стану називається рівноважною. Інакше кажучи, під рівноважною розуміють таку вологість, яка буває при даних параметрах повіря – його вологонасиченості, температури і тиску.
Як показали дослідження, для досягнення певної рівноваги стаціонарний режим протягом досить тривалого часу (9 діб, а іноді набагато більше). Такого стану звичайно, у виробничих умовах не буває, тому зовнішні ділянки насипу зернової маси які стискаються з повітрям, безперервно змінюють свою вологість, залежно від його параметрів. Проте закономірності вологообміну зберігаються і становлять великий інтерес для практики.
Якщо тривалий час зберігати зернові мати зволоженого стану в умовах низької відносної вологості повітря, відбувається поступове зниження їхньої вологості. Навпаки, суха зернова маса при зберіганні в складі з повітрям, яке більш насичене з водяною парою зволожується, і збільшує свою масу. Це особливо помітно при зберіганні партій зерна та насіння насипом невеликої висоти (1-2 м) або при зберіганні в м’якій тарі.
Процеси сорбції і десорбції відбувається в зерновій масі і в зв’язку з різною вологістю, компонентів, що утворюють масу. Це особливо помітно у свіжозібраній зерновій масі, яка містить зерна основної культури і насіння бур’янів з дуже неоднаковою вологістю є численні дані, які свідчать, про швидкий перерозподіл вологи між основним зерном і насінням бур’янів (табл. 3).
Таблиця 3.