Углы естественного откоса для зерна

Углы естественного откоса для зерна

Свойства сырья

При организации хранения и процессов переработки масличных семян должны учитываться их физические свойства — сыпучесть, самосортирование, скважистость, плотность, гигроскопичность.

Сыпучесть определяется величиной угла естественного откоса, т. е. угла между основанием и образующей конуса, получающегося при свободном вертикальном падении семенной массы на горизонтальную поверхность. Чем меньше угол естественного откоса, тем больше сыпучесть семенной массы. Угол естественного откоса для семян подсолнечника колеблется от 31 до 45°, клещевины — от 34 до 46°, сои — от 25 до 32°, льна — от 27 до 34°, хлопчатника — от 42 до 45°.

Скважистость — это отношение объема между твердыми частицами в семенной массе, заполненного воздухом, к полному ее объему. Величина скважистости зависит от формы, упругости, размеров, состояния поверхности семян и ряда других факторов, от влажности, от количества и характера примесей. Так, скважистость семян подсолнечника колеблется от 60 до 80 %, семян льна — от 35 до 45 %.

Большое влияние на качество масличных семян и их сохранность оказывает гигроскопичность — способность поглощать и отдавать пары воды в зависимости от парциального давления паров в окружающем воздухе. Установившаяся влажность семян при определенной относительной влажности воздуха и температуре называется равновесной влажностью. Она различна в различных частях семян. Так, равновесная влажность целого семени подсолнечника составляет 10 %, ядра — около 8, лузги — около 16 %.

Влажность, начиная с которой резко усиливаются физиолого-биохимические процессы в семенах, приводящие к нестойкости при их хранении, называется критической. Критическая влажность семян (W) злаковых культур находится в пределах 14,5–15,5 %. Для семян масличных культур эта величина ниже и ее можно рассчитать по формуле:

,

где М — масличность семян, %.

Для успешного хранения семян их влажность должна быть на 1–2 % ниже критической. Семена следует хранить при влажности, %: подсолнечника — на более 6–7, сои — не более 11–12, клещевины — до 6, льна, рыжика, рапса — до 8, хлопчатника — до 9.

Очистка масличных семян от примесей

Семена масличных культур, поступающие для переработки, представляют собой, как правило, смесь, состоящую из семян основной культуры и различных примесей. Все примеси в маслосеменах делятся на сорные (минеральные и органические), масличные и металлические. Очистка семян основывается на различии основных физических свойств семян масличной культуры и сопутствующих им примесей. Основными методами очистки семян от примесей являются следующие:

Очистка семян, основанная на разделении семян и сора по величине и форме компонентов. Отделение примесей, отличающихся от семян размерами, производится при помощи просеивающих машин; основным рабочим органом таких машин является система сит, которым сообщается тот или иной вид движения.

Таблица 15.5.28

Аэродинамические свойства семян масличных растений [79]

При сортировании массы на сите получаются две фракции: проход, представляющий собой частицы, размеры которых меньше размеров отверстий сита, и сход — частицы, размеры которых превышают размеры отверстий сита. Примеси, равные по размерам семенам, не могут быть отделены на просеивающих машинах и составляют остаточную засоренность.

Очистка, основанная на различии аэродинамических свойств. Примеси, незначительно отличающиеся от семян по размерам, могут быть отделены пневматической сепарацией. Основным условием отделения семян от примесей в воздушном потоке является создание такой скорости воздуха, которая была бы больше скорости витания примесей и меньше скорости витания семян. Предельные скорости воздуха, при превышении которых возможно увлечение семян, составляют, м/с: для семян подсолнечника 4,3–7,7 для семян льна 3,3–6,0, для семян конопли 3,2–7,8 (табл. 15.5.28).

Величина скорости витания зависит от парусности семян — отношения площади проекции наибольшего сечения семени на плоскость, перпендикулярную воздушному потоку, к массе семени. Между критической скоростью v_кр (м/с) и коэффициентом парусности K_п (м –1 ) существует обратная зависимость:

где g — ускорение свободного падения, м 2 /с.

Критическую скорость можно рассчитать по формуле

где d_э — эквивалентный диаметр семян, м; g _с и g _в — относительные плотности семян и воздуха, кг/м 3 ; K — коэффициент аэродинамического сопротивления семян (учитывает отклонение формы семян от шарообразной, шероховатость поверхности и др.).

Требования, предъявляемые к чистоте масличных семян, обусловливает совмещение двух и более принципов очистки. Поэтому широкое распространение получили воздушно-ситовые машины. Кроме того, в современных сепараторах осуществляется улавливание ферромагнитных примесей при помощи постоянных магнитов. На предприятиях в основном используются зерноочистительные сепараторы типа ЗСМ (ЗСМ-2,5, ЗСМ-5, …, ЗСМ-100). Имеются и другие типы сепараторов: КДП-80, КДП-100, ПДП-10 и др.

Эффективность процесса очистки масличных семян на сепараторах зависит от следующих основных факторов:

• Величина и равномерность нагрузки. Нагрузка на сепаратор не должна превышать пределов, указанных в соответствующем типоразмере, а подача семян должна производится равномерно.
• Правильный подбор размеров отверстий сит.
• Уклон сит. Уклон всех сит должен обеспечивать: наиболее полный сход крупного сора с приемного и отсевного сит и проход семян через их ячейки; разделение семян на разгрузочно-сортировочном сите; выделение мелких примесей на подсевном сите.
• Состояние поверхности сит. Сита должны быть хорошо натянуты на рамки и не иметь впадин.
• Степень засоренности семян и их влажность. Чем выше содержание сора и меньше их отличие от семян по размерам, тем ниже эффект очистки. При влажности выше 10–11 % степень очистки снижается.
• Аспирационный режим машины. Количество подаваемого воздуха и его скорость должны обеспечить аспирацию наибольшего числа легких примесей, но не увлекать при этом семена.

Кондиционирование семян по влажности

Среди существующих методов кондиционирования семян по влажности наибольшее значение имеет сушка. Семена масличных культур способны к влагообмену с окружающим воздухом. Равновесная влажность семян зависит от их структуры и химического состава. Так, оболочки семян по сравнению с ядром отличаются повышенной гигроскопичностью. Семена, богатые белками, могут поглотить больше воды, чем семена с той же масличностью, бедные белками. С ростом масличности величина равновесной влажности понижается.

Теплоемкость семян зависит от химического состава и соотношения их составных частей. Средняя теплоемкость составляет, кДж/(кг × К): абсолютно сухих азотистых веществ и углеводов — 1,41, жиров — 2,05, клетчатки — 1,33. В связи с более высокой теплоемкостью воды

(4,19 кДж/(кг × К)), чем выше влажность семян, тем больше их теплоемкость. При повышении температуры на 1 °C теплоемкость семян увеличивается на 0,0017 кДж/(кг × К). Теплопроводность отдельного семени обычно принимают близкой по величине к теплопроводности дерева [0,419 Вт/(м × К)]. Коэффициент теплопроводности семенной массы колеблется в среднем от 0,14 до 0,22 Вт/(м × К). С повышением влажности коэффициент теплопроводности семян повышается. Коэффициент температуропроводности семенной массы примерно в 100 раз меньше коэффициента температуропроводности воздуха.

Семена подвергают тепловой сушке перед закладкой их на хранение. Сушку семян для обеспечения нормальных условий хранения называют сырьевой. Если сушка применяется для обеспечения стабильного производственного режима их переработки, ее называют производственной. Для сушки семян наибольшее распространение получил метод конвективной сушки в плотном медленно движущемся слое семян, реализованный в шахтных и жалюзийных сушилках; в полувзвешенном состоянии — в барабанных сушилках; во взвешенном состоянии — в пневматической трубе-сушилке ЛАУМП. Предельно допустимая температура нагревания семян подсолнечника при сушке в плотном слое не должна быть выше 65–70 °C. Более высокая температура приводит к ухудшению качества масла и потерям сухого вещества семян.

Раздел 1. Общее товароведение (стр. 3 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26

Гигроскопичность — это способность зерновой массы впитывать из окружающей среды влагу и водяные пары.

1) от целостности зерна (битые зерна обладают большей гигроскопичностью, чем целые);

2) от химического состава (в зерне имеются колодные вещества, которые могут впитывать влагу. Коллоидными свойствами обладают белки);

3) от относительной влажности воздуха. Относительную влажность воздуха необходимо учитывать при проведении активного вентилирования. Нельзя вентилировать зерно во влажную и сырую погоду, т. к. произойдет его увлажнение.

Гигроскопическое равновесие — это предел, при котором зерно прекращает впитывать в себя влагу и водяные пары из окружающей среды.

Влажность зерна в момент гигроскопического равновесия называется равновесной влажностью.

6. Теплофизические свойства

К теплофизическим свойствам относят:

1. теплоемкость — это количество тепла, необходимое для нагрева тела на один градус. Теплоемкость зерна больше теплоемкости воздуха и меньше теплоемкости воды.

2. теплопроводность — это способность зерновой массы передавать тепло при непосредственном контакте зерен или при помощи конвекции, т. е. через воздух в скважинах. Зерно является плохим проводником тепла.

3. температуропроводность — это скорость изменения температуры. Зерно характеризуется низкой температуропроводностью.

Положительная сторона плохой тепло — и температуропроводности: зерно длительное время сохраняет пониженную температуру при хранении.

Отрицательная сторона плохой тепло — и температуропроводности: возникновение очагов самосогревания.

4. термовлагопроводность — это способность свободной влаги перемещаться по зерну в сторону изменения температуры. Свободная влага перемещается в сторону понижения температуры. Первоначально такими участками являются участки у стен складов и силосов. Вместе с самосортированием термовлагопроводность способствует тому, что в участках по краям складов и силосов развиваются отрицательные процессы. Например, активизируются микроорганизмы и вредители. Чтобы этого не произошло зерно на хранение нужно засыпать сухим, т. е. без свободной влаги.

Контрольные вопросы:

1. Что такое зерновая масса?

2. Что такое угол естественного откоса?

3. Как влажность, пленчатость культур влияют на угол естественного откоса?

4. Как на предприятиях отрасли хлебопродуктов используется свойство сыпучести?

5. Состав зерновых масс.

6. Что такое самосортирование и парусность?

7. В каких случаях проявляется самосортирование зерновых масс?

8. Что такое сорбция и десорбция?

9.Что такое активное вентилирование зерна?

10. Перечислить теплофизические свойства зерновой массы.

Тема 1.5 Подготовка проб зерна к анализу

1.Значение определения качества зерна

2. Понятие о точечной пробе, объединенной пробе

3.Понятие о средней пробе и навеске

4.Назначение среднесуточной пробы

1.Значение определения качества зерна

При приеме зерна на элеватор, хлебоприемный пункт, мукомольный, крупяной или комбикормовый завод необходимо определить его качество с целью:

1. для определения целевого назначения;

2. для размещения зерна;

3. для расчета с поставщиками;

4. для выявления отрицательных процессов и подбора режима операций с целью улучшения качества зерна;

5. для выбора режимов хранения и переработки зерна.

Качество зерна складывается из множества показателей. Все их принято классифицировать:

Обязательные общие показатели — это такие показатели, которые лаборатория обязана определять у всех партий зерна независимо от рода культуры и назначения (свежесть, влажность, засоренность и зараженность);

Обязательные специальные показатели — это такие показатели, которые определяют у партии в зависимости от рода культуры и назначения (например, клейковина у мукомольной пшеницы, пленчатость у крупяного овса).

Дополнительные показатели — эти показатели, которые обычно не определяют. К этим показателям относятся характеристика химического состава (например, содержание крахмала). Дополнительные показатели имеют сложную методику и большие затраты времени. Их определяют при необходимости для более точной характеристики качества зерна ( например, при разногласиях с поставщиками ).

Методы определения качества принято классифицировать:

1. органолептические — это те показатели, которые определяют с помощью органов чувств ( например, цвет, запах, вкус ).

2. лабораторные — эти показатели определяют с помощью приборов и проведением расчетов.

2. Задачи производственно-технологической лаборатории

Производственно-технологическая лаборатория предприятия является самостоятельным структурным подразделением предприятия. Выполняет следующие функции:

— проверяет качество зерна и другой продукции, поступающих на предприятие;

— направляет в хранилища принимаемое зерно и продукцию, исходя из их качества;

— контролирует качество зерна и продукции, отгружаемых с предприятия;

— контролирует в установленные сроки качество и состояние хранящегося зерна;

— контролирует процессы обработки зерна;

— принимает участие в разработке мероприятий по борьбе с вредителями хлебных запасов;

— решает вопросы о целевом назначении партии зерна;

-проверяет качество перерабатываемого зерна;

— участвует в рассмотрении вопросов разногласий с поставщиками зерна и потребителями готовой продукции.

Виды лабораторий. На небольших предприятиях может быть одна лаборатория. На крупных предприятиях обычно имеется центральная лаборатория, приемная лаборатория и лаборатории в отдельных цехах.

3. Понятие о точечной пробе, объединенной пробе

Партия — это какое-то количество зерна определенного наименования и назначения. Партия предназначена к одновременному приему, размещению, хранению и переработке. Партия оформляется одним документом.

Качество любой партии зерна оценивают на основании анализа. Чтобы провести анализы на качество зерна, из партии необходимо отобрать пробы. Эта обязанность возложена на визировочную лабораторию. Порядок отбора проб изложен в стандарте ГОСТ 13586.3 — 83 «Зерно. Правила приемки и методы отбора проб».

Каждую партию зерна прежде всего подвергают наружному осмотру для определения состояния зерна. При осмотре обращают внимание на запах зерна, запыленность поверхности насыпи, наличие признаков утечки зерна, о которой свидетельствуют воронки в насыпи (при утечке его через пол вагона или кузова машины). При поступление зерна железнодоожным транспортом сначала проверяют состояние пломб каждого вагона, а затем осматривают зерно в вагоне. После тщательного наружного осмотра приступают к отбору точечных проб.

Под точечной пробой понимают небольшое количество зерна, отобранного из партии за один прием и предназначенного для составления объединенной пробы. Точечные пробы отбирают равномерно из всей массы зерна в разных точках и в разных слоях насыпи. это очень важно, так как зерновая масса при заполнении емкостей и при транспортировании самосортируется и становится неоднородной по вертикальным и горизонтальным слоям.

Правила отбора проб:

1) Из автомобиля.

Из автомобиля пробы отбираются вручную автомобильным щупом или автоматическим пробоотборником У1-УП2А или У1-УП3А.

При работе со щупом вручную пробы отбирают на расстоянии 0,5 метра от боковых бортов, 0,5- 1,0 метра – от переднего и заднего бортов. В каждой точке пробы отбирают с поверхности и у дна кузова или по всей глубине насыпи. Масса одной точечной пробы должна быть не менее 100 г.

— если длина кузова до 3,5 метров, то пробы отбираются в четырех точках поверности в двух слоях по высоте. Таким образом, получается 8 точечных проб.

— если длина кузова от 3,5 до 4,5 метров, то пробы отбираются в шести точках поверхности в двух слоях по высоте. Таким образом получается двенадцать точечных проб.

— если длина более 4,5 метров, то пробы отбираются в восьми точках поверхности в двух слоях по высоте. Таким образом получается шестнадцать точечных проб.

— в автопоездах пробы берутся отдельно из кузова и отдельно из прицепа в соответствии с их длиной.

Недостатки работы с щупом:

а) затраты физического труда;

б) большие затраты времени.

Более современной работой является использование автоматических пробоотборников. При этом сокращаются затраты времени, нет затрат физического труда, пробы отбираются по всей высоте насыпи.

Масса всех точечных проб должна быть 1-2 кг на партию.

II. Из зерна, хранящегося в складах.

Пробы отбираются вручную складским щупом. Склад разбивается на секции. Площадь каждой секции равна 200 квадрадных метров. Пробы отбираются из каждой секции в шести точках поверхности в трех слоях по высоте (верхний, средний нижний). Количество точечных проб от всего склада расчитывается по формуле:

где Nт. пр. — количество точечых проб,

n — количество секций в складе.

Масса всех точечных проб должна быть не менее 1-2 кг на секцию.

III. Из перемещающейся струи (из самотека).

Пробы отбирают при загрузке или выгрузке зерна из вагона, барж, силосов вручную совком или автоматическим пробоотборником А1-БПА через равные промежутки времени в течение всего периода перемещения зерна. Количество отобранных проб зависит от массы партии и состояния по засоренности.

зерно » чистое » или » средней чистоты «

1 точечная проба на 3 т зерна

1 точечная проба на 3 т зерна

1 точечная проба на 5 т зерна

1 точечная проба на 5 т зерна

1 точечная проба на 10 т зерна

1 точечная проба на 5 т зерна

1 точечная проба на 20 т зерна

1 точечная проба на 10 т зерна

Нормируется масса одной точечной пробы. Она должна быть около 0,1 кг (100 г ).

Поведение зерна как сыпучего материала

Зерновые, семена масличных культур, побочные продукты и заменители имеют определенные физические и механические свойства, и их поведение как сыпучей массы зависит от свободы истечения, размера и формы частиц, плотности, угла естественного откоса, внутреннего и внешнего трения, сцепляемости, влажности, электрического заряда и т. п.

По законам физики, в обычных условиях любое вещество существует в определенном состоянии, например, в газообразном, жидком или твердом. Газообразное состояние не обсуждается в этой главе, однако оно будет рассмотрено в разделе, посвященном взрывам пыли. Ниже перечисляются основные различия между веществом в жидком и твердом состоянии.

1. Статическое давление на жидкость передается одинаково во всех направлениях в отличие от твердого вещества, где давление передается только в одном направлении.

2. В отличие от жидкости твердое вещество оказывает сопротивление поперечной силе при скольжении.

3. При выгрузке на горизонтальную поверхность сыпучая масса образует конус с углом естественного откоса. Жидкость, вылитая на горизонтальную поверхность, образует лужу с углом естественного откоса, равным нулю.

4. Твердое вещество при сжатии сохраняет свою форму и силу сцепления.

Таким образом, основные характеристики массы гранулированного продукта представляют собой сочетание характеристик жидкости и твердого тела, т. е. «полужидкость».

Фактически гранулированные продукты упруги и обладают пластической деформацией. Они, подобно жидкости, приобретают форму емкости, в которой хранятся. Но в то же время гранулированные продукты — твердые вещества, так как образуют угол естественного откоса при высыпании продукта на горизонтальную ровную плоскость. Величина их прочности сцепления располагается между обладающим большей сцепляемостью твердым телом и жидкостью, характеризующейся меньшей сцепляемостью.

При исследовании физико-механических свойств гранулированных сыпучих материалов их представляют как комплекс очень большого числа мелких твердых частиц, которые могут перемещаться относительно друг друга и таким образом образовывать сыпучую массу.

Характер истечения

Идеальный гранулированный сыпучий продукт состоит из круглых или многоугольных, взаимно не связанных частиц, которые перемещаются под влиянием силы тяжести. Этот процесс называют характером истечения продукта.

Наиболее показательным методом иллюстрации этого гравитационного потока является использование прозрачного бункера, в который засыпают различные окрашенные горизонтальные слои одинакового продукта.

Продукты с отличной сыпучестью характеризуются как легкосыпучие, и к ним относятся классические виды зерна — пшеница, кукуруза, семена сои и ячмень.

Сыпучие продукты с менее благоприятным характером истечения называют трудносыпучими; к ним относятся такие, как тапиока, соевый шрот, копра и различные гранулированные сыпучие продукты.

У продуктов, обладающих хорошей сыпучестью, силы притяжения входящих в их состав компонентов незначительны, поэтому сыпучую массу можно легко побуждать к истечению под действием силы тяжести, даже если она была подвергнута уплотнению. При истечении такие материалы разделяются на отдельные частицы. В общем, продукты, обладающие хорошей сыпучестью, представляют мало проблем, связанных с выбором и проектированием разгрузочной системы. У трудносыпучих продуктов силы сцепления между частицами достаточно высоки и препятствуют свободному истечению; при истечении таких продуктов образуются комки. Это сопротивление истечению может привести к многочисленным проблемам, например, проблеме загрузки, закупорки самотеков, сводообразования. Следовательно, свойства истечения продуктов определяют тип системы транспортировки и ее компонентов.

Размер и форма частиц

Истечение сыпучего материала также зависит от вторичной подвижности отдельных частиц в процессе их перемещения.

В этом контексте очень важны форма и размер отдельных частиц и их внутреннее трение. Из-за свободного пространства вокруг частиц правильной формы или скважистости («пустот») их укладка не может быть такой, чтобы между ними образовалась механическая связь, и, следовательно, не может быть препятствий свободному движению какой-либо частицы по отношению к соседним. А между частицами неправильной формы или смесью больших и маленьких частиц (пыль) может быть сцепление, которое, следовательно, оказывает влияние на характер истечения.

Размер частиц сыпучего материала, состоящего из частиц одного размера и правильной формы, легко установить, взяв за основу самый большой линейный размер. Однако нередко частицы, составляющие основную массу сыпучего продукта, отличаются по размеру и форме. Это значительно затрудняет получение одной величины, которая бы описывала размеры частиц. Для частиц неправильной формы длина, толщина и диаметр имеют небольшое значение, так как для каждой частицы можно определить очень много различных величин. Чтобы представить размер частицы неправильной формы одним показателем, наиболее часто используют «средний размер». Однако опыт показал, что частицы различного размера одного продукта, которые имеют одинаковый «средний размер», могут проявлять совершенно различные характеристики при обработке и транспортировке. Имеется много методов определения размеров частиц конкретного продукта. К ним относятся как простой метод механического просеивания, который, вероятно, является наиболее эффективным, так и седиментационные методы и сложные методы оптической микроскопии.

В общем, сыпучие продукты, не содержащие частиц размером менее 0,25 мм, могут рассматриваться как несвязанные, легкосыпучие продукты. Частицы продукта более крупного размера без частиц меньшего размера, действующих в качестве связующих компонентов, имеют тенденцию вести себя пассивно и не создают препятствий. Другими словами, характеристики истечения сыпучего продукта в основном определяются содержанием в нем мелких частиц.

Плотность и объемная плотность

Знание объемной плотности существенно для определения нескольких важных показателей при проектировании системы хранения. Плотность гранулированного продукта представляет собой плотность, определенную без учета влияния любого сжатия продукта. Это положение имеет место, например, при плотной укладке гранулированного продукта в небольшом контейнере. Очевидно, что объемная плотность зависит от состояния материала, т. е. плотности частиц, формы частиц и от укладки или расположения частиц относительно друг друга. Однако со временем в результате переориентации или оседания воздух выходит из сыпучей массы, уменьшается объем, занимаемый данной массой, и увеличивается объемная плотность. Ее величина может быть на 20 % больше, чем обычная плотность.

Для определения объемной плотности известное количество продукта осторожно насыпают в мерный цилиндр и измеряют объем. Это будет объемная плотность сыпучего продукта в разрыхленном состоянии. Если постучать основанием цилиндра по столу 12 раз, то можно получить объемную плотность осевшей сыпучей массы путем деления массы образца на новый объем. Увеличение плотности укладки продукта обычно снижает способность продукта к истечению. При проектировании силосов необходимо учитывать эту повышенную объемную плотность; «средняя плотность» представляет собой величину между максимальной плотностью в нижнем слое и минимальной плотностью в верхнем слое.

Угол естественного откоса

При истечении гранулированного продукта через небольшое отверстие на ровную горизонтальную поверхность он будет накапливаться в виде конуса. Угол между горизонталью и образующей этого конуса называют углом естественного откоса. Каждый продукт имеет свой угол естественного откоса, например, пшеница — 25°, овес — 27°, кукуруза — 27° и ячмень — 28°.

Угол естественного откоса — полезный показатель способности продукта к истечению; обычно чем меньше угол естественного откоса, тем легче истечение продукта. Необходимо учитывать, что, хотя угол естественного откоса не является основным свойством сыпучего продукта с точки зрения его способности к истечению, он служит характеристикой продукта, используемой при проектировании системы хранения. Можно принимать во внимание следующие величины угла естественного откоса (град):

Физические свойства зерновой массы

Зерновая масса представляет собой совокупность зерен основной культуры различной крупности и выполненности, зерен (семян) других культурных растений, различных примесей минерального и органического происхождения, микроорганизмов, воздуха в межзерновом пространстве, иногда вредителей хлебных запасов. Присутствие в зерновой массе столь различных компонентов придает ей специфические свойства, которые необходимо учитывать при обработке и хранении. Все свойства зерновой массы разделяют на две группы: физические и физиологические.

Зерно основной культуры и засоряющие его примеси различаются по следующим физико-механическим свойствам:

парусности (сопротивление, оказываемое отдельными семенами действующему на них воздушному потоку);

размерам (ширине, толщине и длине);

форме (круглое и угловатое);

свойствам поверхности (шероховатая и гладкая) и магнитным свойствам.

Сыпучесть. Это способность зерновой массы перемещаться по какой-либо поверхности, расположенной под углом к горизонту. Сыпучесть характеризуется углом естественного откоса, т.е. углом между диаметром основания и образующей конуса, получающегося при свободном падении зерновой массы на горизонтальную плоскость (табл. 1).

На сыпучесть зерновой массы влияют многие факторы, а именно: форма, размеры, характер и состояние поверхности зерен (гранулометрический состав и характеристика), влажность, количество примесей и их видовой состав, форма и состояние поверхности самотечных труб.

Самосортированиезерновой массы происходит при перемещении и встряхивании, при загрузке и выгрузке складов и силосов элеваторов. Под самосортированием понимают способность зерновой массы терять однородность при перемещении и в свободном падении.

При свободном падении твердых частиц зерновой массы ее самосортированию способствуют аэродинамические свойства — скорость витания. Под ней принято понимать такую скорость воздушного потока в вертикальном канале, при которой зерновки находятся во взвешенном состоянии (витают). Для пшеницы скорость витания 9-11,5 м/с, тогда как для пылевидных частиц и половы она значительно меньше. При загрузке тяжелые зерна пшеницы падают быстро вниз и оседают в центре его сечения, тогда как легкие частицы примесей парят в воздухе, медленно опускаясь и по наклонной конусной поверхности насыпи скатываются к стенкам.

При выпуске зерна из силосов сначала выходит тяжелая центральная часть зерновой насыпи и только затем периферийная (пристеночная с сорняками, половой, пылью) с менее ценным щуплым, недоразвитым зерном.

Характеристика сыпучести различных культур

Самосортирование зерновой массы ухудшает условия ее хранения и переработки.
Основным фактором, определяющим процесс истечения сыпучего материала, является динамический свод над отверстием. При проведении опытов в зону образования динамического свода помещался отражательный конус, размеры и высота установки конуса определялись в зависимости от наилучшего эффекта равномерного истечения зерна для данного бункера.

Расход сыпучего материала, как показали опыты, не зависит от первоначальной плотности его укладки. Таким образом, можно считать, что расход сыпучего материала при его свободном истечении из отверстия определяется величиной подсводного объема над отверстием или увеличением числа отверстий для выпуска зерна из силоса или бункера, а значит и равномерного качественного выпуска зерна (так как зерновая масса неоднородна, неоднородность меняется по высоте в процессе выпуска).

При формировании столба зерна засыпкой, можно рассмотреть два способа (рис. 1).

Рис. 1. Схема загрузки и выгрузки силоса зерном

а — высота силоса; в- высота зерновой насыпи; а — угол естественного откоса; и — зерно; с — контр-конус

Это засыпка струей с некоторой высоты. Плотность укладки по центру будет максимальной, так как работа, затрачиваемая на уплотнение, приходится в основном на центральную часть.

Засыпка сыпучего материала по периметру силоса или бункера. Работа, затрачиваемая на уплотнение, будет больше у стен, что приведет к изменению характера передачи давления на стены.

При заполнении силоса струей по центру давление на стенку растет пропорционально высоте заглубления. В результате действия условий сводообразования, давление при выпуске увеличивается в 2-2,5 раза.

При заполнении силоса по периметру давление в статическом состоянии несколько превосходит величину давления при засыпке струей, но в процессе выпуска увеличения давления не наблюдается, так как при такой засыпке условия для образования сводчатой структуры отсутствовали, а плотность усреднялась.

Равномерный выпуск зерна из силоса или бункера играет важную роль в технологии подготовки его к помолу, в частности, при отволаживании.

Скважистость зерновой массы. Промежутки между твердыми частицами зерновой насыпи называют скважинами, а вся совокупность скважин составляет межзерновое пространство. Скважистость зерна Е (%) определяют по формуле:

Скважистость — важный показатель, который следует учитывать при складировании зерновых масс. С одной стороны, благодаря скважинам зерновые насыпи можно обрабатывать воздухом (при сушке, вентилировании, газации). Конвекция (естественное перемещение воздуха в межзерновом пространстве насыпи способствует передаче теплоты из одних ее участков
в другие. Наличие кислорода в воздухе межзернового пространства способствует сохранению жизнеспособности семян. А с другой стороны, чем большую часть насыпи занимают скважины, тем меньше в одном и том же объеме зерна, следовательно, требуется большая вместимость зернохранилища.

Сорбционные свойства. Это способность поглощать (сорбировать) из окружающей среды пары различных веществ, газы и выделять их (десорбировать). Эти свойства присущи зерну и семенам всех культур. Рациональные режимы сушки, активного вентилирования, газации и дегазации зерна при обеззараживании проводят с учетом его сорбционных свойств.

Гигроскопичность зерновой массы особенно важно учитывать при обработке и хранении. В результате взаимодействия зерновой массы с окружающей средой влажность зерна непрерывно изменяется до установления равновесной.

Абсолютная влажность зерна W_a (%) — это отношение массы влаги G _влк массе сухого зерна (материала):

Разделив одну формулу на другую и сделав преобразования, получим:

Различают относительную и абсолютную влажность зерна. Относительная влажность W (%) представляет собой отношение массы влаги, содержащейся в зерне G_m, к массе воды и сухого вещества (G_m+G_c), ее определяют по формуле:
Мелкие, щуплые, битые зерна имеют большую влажность. При скоплении таких зерен в определенных участках насыпи накапливаются теплота и влага, создается опасность возникновения очагов самосогревания.

Исследование физико-механических свойств продуктов размола зерна

• Переработка

• качество
• кукуруза
• мукомольное производство
• переработка
• пшеница
• ячмень

На сегодняшний день возможности использования рассевов практически исчерпаны, и возникла необходимость в разработке новых способов разделения продуктов размола с использованием пневмоцентробежных структур, что является актуальной задачей, связанной как с вопросом энергосбережения, так и с эффективной работой центробежных сепараторов [1].

Объект и методы исследований

В качестве объекта исследований рассматривается процесс разделения продуктов измельчения зерна в пневмовинтовом потоке и технические средства для его осуществления. Для раскрытия физической сущности процесса требуется изучить физико-механические свойства частиц, полученных при размоле зерна, определяющие характер их взаимодействия с воздушным потоком и винтовой поверхностью.

В ходе исследования были использованы стандартные методы определения аэродинамических и физико-механических свойств сыпучих материалов.

Целью исследования является определение физико-механических свойств, влияющих на процесс центробежной классификации в пневмовинтовом канале. Для достижения указанной цели необходимо определить:

• аэродинамические свойства продуктов размола зерна;
• угол естественного откоса продуктов размола зерна по скоростям витания;
• оптимальные параметры разделения в пневмовинтовом потоке.

В связи с поставленными задачами на базе кафедры механизации животноводства и переработки сельскохозяйственной продукции Инженерного института ФГОУ ВПО НГАУ проводились экспериментальные исследования по определению физико-механических свойств продуктов размола зерна после I дранной системы.

При разных условиях сортирования частиц интересующих нас смесей достаточно наглядным показателем аэродинамических свойств, или критерием разделяемости смеси на компоненты, служит скорость витания υ_в, если она классифицирована по характерным признакам (качество, крупность) частиц компонентов [1].

Результаты исследования

Скорость витания продуктов размола зерна определяли с помощью действующего пневмоклассификатора типа РПК-30 (рис. 1), пульта контрольно-измерительных приборов (амперметр, вольтметр), трансформатора, весов лабораторных ВМ 512 (весы, соответствующие высокому II классу точности по ГОСТ 24104-2001), манометра дифференциального цифрового ДМЦ-01 М, шлангов силиконовых, линейки миллиметровой, сита, трубок Пито в соответствии с ГОСТ 8.361-79.

Для определения скорости витания частиц проводится тарировка пневмоклассификатора. Скорость потока в пневмопроводе 3 замеряется манометром 9 дифференциальным цифровым ДМЦ-01 М и трубкой Пито 10 по двум взаимно перпендикулярным плоскостям. Число точек замера принято равным 10 при диаметре пневмопровода 55 мм.

Рис. 1. Лабораторная установка

Замер осуществляется следующим образом: трубку Пито подсоединяют к мано­метру и наконечник трубки помещают в точки замера от первой до десятой. Показания микроманометра регистрируют, по полученным данным строят тарировочный график зависимости скорости воздушного потока в пневмопроводе от напряжения на обмотке электродвигателя привода вентилятора.

В стол 7 встроен рычажный механизм 6, который поднимает и опускает стойку, прижимающую стакан 4 с навеской, выполненный с сетчатым дном, масса навески варьирует в пределах от 0 до 30 г.

Исходную навеску исследуемого материала массой 10 г засыпают в стакан 4, который встраивается в пневмопровод 3, крепящийся к стойке, находящейся в положении «НИЗ». Рычажным механизмом 6 стойку поднимают в положение «ВЕРХ», тем самым прижимая стакан 4 к верхней части пневмопровода, соединенного с циклоном 2.

Частота вращения рабочего органа вентилятора регулируется трансформатором за счет изменения напряжения электрической цепи двигателя.

Технологический процесс работы пневмоклассификатора происходит следующим образом: вентилятор создает в циклоне разрежение, которое передается по пнемвопроводу 3, создавая в нем восходящий поток воздуха, частицы материала, находящиеся в стакане 4, начинают подниматься (витать), легкие частицы выносятся в циклон 2 и осаждаются в стакан 5. Выделенную фракцию из стакана 5 убирают и увеличивают напряжение электрической цепи двигателя вентилятора, тем самым увеличивая восходящий поток воздуха, который выносит частицы, скорость витания которых меньше скорости потока. После того как из стакана 5 удаляют следующую фракцию, опыт повторяют до тех пор, пока в стакане 4 остается исследуемый материал. В ходе пневмоклассификации продуктов размола зерна после трех повторностей получены зависимости полноты извлечения по скоростям витания, данные приведены в табл. 1.

Таблица 1. Результаты пневмокласификации продуктов размола зерна после I дранной системы

По данным таблицы построен график зависимости полноты извлечения продуктов размола зерна после I дранной системы по скорости витания (рис. 2). Проанализировав график, можно сказать о том, что продукты размола по скорости витания условно можно разделить на три класса: I — до 2,5 м/с; II — от 2,5 до 3 м/с; III — свыше 3,5 м/с.

Рис. 2. Полнота извлечения продуктов размола зерна в зависимости от скорости витания

Кроме того, следует отметить, что при пневмоклассификации продукты размола разделяются не только по размеру, но и по добротности (удельной плотности), в отличие от сит, которые разделяют лишь по размерным характеристикам. Таким образом, применение пневмоклассификации в мукомольном производстве является актуальной задачей, связанной с возможностью объединения двух операций: сортирование продукта по величине и его обогащение без применения ситовеек.

Определение угла естественного откоса проводилось согласно имеющимся методикам [2, 3].

Рис. 3. Схема устройства для измерения угла естественного откоса сыпучих материалов: 1 — штатив; 2 — воронка; 3 — разборная доска; 4 — конус; 5 — угломер

Углом естественного откоса называют угол α, образуемый линией естественного откоса (отвала) сыпучего материала с горизонтальной плоскостью. Величина угла естественного откоса зависит от сил трения, возникающих при перемещении частиц сыпучего материала относительно друг друга, и сил сцепления между ними. Угол α может быть измерен с помощью простейшего устройства, изображенного на рис. 3, 4.

В кронштейне штатива 1 устанавливается воронка 2 так, чтобы нижний срез воронки располагался над разборной доской 3 на расстоянии 150 мм.

Взвешивают навеску исследуемого материала не менее 100 г и засыпают в воронку 2 при закрытой заслонке.

Материал выпускают из воронки 2 на разборную доску 3, плавно открывая заслонку, в результате чего там образуется конус 4 из материала.

Затем с помощью угломера 5 измеряют угол наклона α образующей этого конуса к горизонту — угол естественного откоса исследованного материала (рис. 3).

Величина угла α зависит от состояния поверхности опорной площадки. Чем меньше шероховатость этой поверхности, тем меньше угол естественного откоса. Снижается значение угла α и в том случае, когда горизонтальная опорная поверхность вибрирует.

Согласно данной методике проводились исследования по определению угла естественного откоса для продуктов размола зерна, предварительно разделенных по скоростям витания. Данные по эксперименту представлены в табл. 2.

Таблица 2. Угол естественного откоса продуктов размола зерна по скоростям витания частиц, град.

По данным табл. 2 можно сделать вывод, что при скоростях витания до 2 м/с выделяется основная часть мелкой крупки. С ростом скорости витания угол естественного откоса увеличивается, что обусловлено большим количеством оболочек в выделяемой фракции, что способствует увеличению внутреннего трения. Однако при скорости витания свыше 4 м/с угол естественного откоса уменьшается, что свидетельствует о снижении количества оболочек в выделенной фракции и наличии в ней крупной крупки.

Все это подтверждает возможность разделения продуктов размола зерна как минимум на три фракции аэродинамическим способом.

Выводы

1. В ходе определения аэродинамических свойств продуктов размола зерна отмечена возможность разделения исходной смеси на классы по скоростям витания: I — до 2,5 м/с; II — от 2,5 до 3 м/с; III — свыше 3,5 м/с.
2. Определение угла естественного откоса продуктов размола зерна после I дранной системы, разделенных по скоростям витания, также показало возможность пневмосепарации на три класса: I — до 2 м/с; II — от 2 до 4 м/с; III — свыше 4 м/с.
3. При создании определенной структуры воздушного потока в пневмовинтовом канале возможен процесс разделения продуктов размола зерна на фракции по крупности и удельной плотности.

Литература

1. Мезенов А.А. Разделение продуктов размола зерна в пневмоцентробежных потоках: дис… канд. техн. наук. — Новосибирск, 2007. — С. 32.
2. Шубин И.Н. Технологические машины и оборудование. Сыпучие материалы и их свойства: учеб. пособие. / И.Н. Шубин, М.М. Свиридов, В.П. Таров. — Тамбов: изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2005. — С. 76.
3. Standard shear testing technique for particulate solids using the Jenike shear cell. The institut of chemicalengineer European federation of chemical engineenering — Published by the Institution of Chemical Engineers, George E. Davis Building, 165-171 Railway Terrace, Rugby, Warwickshire, CV21 3HQ, England, 1989. — P. 46.

Пшенов Е.А., аспирант

Новосибирский государственный аграрный университет