Угол естественного откоса зерновой массы

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.

Читать еще: Откосы с кабель каналом

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) .

Состав и характеристика зерновой массы как объекта хранения

Зерновую массу принято хар-ть по составу и по свойствам.

По составу состоит из 5 компонентов:

1.зерновая масса — может быть достаточно неоднородной, неравномерна по влажности и степени зрелости. Необходимо проводить мероприятия для повышения однородности зерна: подсушка, сортировка, послеуборочное дозревание.

2.примеси ухудшают неоднородность, зерно более склонно к самосозреванию, ухудшению сыпучести. Необходима тщательная чистка.

3.микроорганизмы их численность исчисляется десятками или сотнями тысяч на 1 гр.зерна. теряется качество.

4.воздух меж. Пространств влияет на характеристику з.м. может отличаться или не отличаться от обычного воздуха.

5.насекомые, клещи основные факторы порчи зерна при длительном хранении.

Зерновая масса представляет собой биоценоз, который характеризуется особыми физ. и физиол. свойствами.

I.физические(сыпучесть, самосортирование, скважистость, сорбционные свойства, удельная теплоемкость, теплопроводность, температуропроводность, тепловлагопроводность)

II.физиологические(дыхание, послеуборочное дозревание, жизнедеятельность организмов и клещей)

11. Физические св-ва зерновой массы: сыпучесть, скважистость, самосортирование. Их значение в практике работы с зерном.

Сыпучесть- способность з.м. занимать объем любой конфигурации и истекать из нее.

Для характеристики используется 3 показателя :

1)угол естественного откоса – угол м/у диаметром основания конуса и образующей конуса при свободном высыпании зерна на поверхность. Чем больше угол, тем меньше сыпучеть.Он изменяется от 20-60.На величину влияют (форма зерна, пленчатость, коэффициент трения ,состояния поверхности, влажность и засоренность)

Например: просо а=20-27,ячмень а=28-45, овес а=31-54

2)угол трения – наименьший угол, при котором з.м. начинает скользить по какой-либо поверхности. Зависит от (формы и размеров поверхности, от кривизны, сыпучести, материала).

Чтобы характеризовать сыпучие свойства а наклон должен быть больше минимум на 5-6 от а трения.

3)угол внутреннего трения характеризует сыпучесть з.м. на определенной глубине. Должен быть на 15 больше угла внутреннего трения. Например: глубина 2м-? 36

«+» — механическая загрузка и выгрузка

— возможность перевозки любыми средствами

— поточная обработка, что ускоряет производство и снижает затраты

— хранилища любой конфигурации

«-» — давление передается на стенки

— возможны аварийные ситуации ,вплоть до разрушения хранилища

— склонно к самосозреванию

— самосортирование следовательно участки с повышенной активностью

Скважистость- отношение объема межзернового пространства к общему объему з.м.

Форма зерна и характер поверхности влияют на скважистость. Она изменяется 38-80.Факторы влияющие на скважистость те же,что и у сыпучести + 1) продолжительность хранения.2)вибрация.3)однородность по крупноте

При возрастании влажности,возрастает скважистость.

«+» обеспечивает воздухом (зерно «живое»), наличие кислорода сохраняет всхожесть.

«-» возможность миграции насекомых и клещей

«+»можно использовать активное вентилирование, сушить, обеззараживать, борьба с насекомыми.

«-» возможность увлажнения зерна по всему объему

1)по аэродинамическим свойствам

2)по плотности (в транспорте)

С этим явлением необходимо бороться.

«+»применяется зерноочистительное оборудование.

12. Сорбционные св-ва зерновой массы, их значение.

Сорбция (поглощение).Зерно может сорбировать любые газообразные вещества(вода, газы). Гидроскопичность — способность сорб. водяных паров.

Адсорбция-сорбция поверхности

Абсорбция — объема.

Хемосорбция — различных химических веществ.

Угол естественного откоса зерновой массы

КОЭФФИЦИЕНТЫ ТРЕНИЯ СЕМЯН РАСТОРОПШИ

Юрова И.С., Шахов С.В., , Журавлев А.В., Керимли Р.В.

Воронежский государственный университет инженерных технологий Воронеж, Россия

THE COEFFICIENTS OF FRICTION OF THISTLE SEEDS

Yurova I.S., Shakhov S.V., Zhuravlev A.V., Kerimli R.V.

Voronezh State University of Engineering Technology Voronezh, Russia

Сыпучесть семян расторопши, как и любой зерновой массы, обусловленная подвижностью ее твердых компонентов, ограничена силами трения (ввиду хорошей сыпучести силы сцепления частиц в зерновой массе ничтожны).

Сила трения равна произведению нормального давления сжатия на коэффициент внутреннего трения :

(1)

Коэффициентом внутреннего трения называют величину , где – предельные касательные напряжения, при которых зерновая масса находится в состоянии предельного равновесия. Величину угла внутреннего трения принимают равной углу естественного откоса зерновой массы. При движении зерна по поверхности из различных материалов угол определяется сопротивлением сдвигу зерновой массы по этим материалам. Коэффициент тр ения зерна о различные материалы есть коэффициент сопротивления сдвигу данного сыпучего груза по этим материалам

, (2)

Читать еще: Как проверить слово откос

где – предельное касательное напряжение сдвига зерновой массы по плоскости из данного материала; – нормальное напряжение сжатия в зерновой массе на плоскости сдвига.

Рис. 1. Схема сил, приложенных

к телу на наклонной плоскости

и (3)

и (4)

Рис. 2. Траектория движения частицы при сходе с наклонной плоскости

(5)

Такое условие удовлетворяется, когда , где — угол трения материала о плоскость в движении; — угол внутреннего трения частиц.

Решая уравнение (5) относительно получим:

, (6)

где — начальная скорость движения точки М по плоскости (в точке А); — конечная скорость движения М по плоскости (в точке 0).

Если , то (7)

Рассматривая далее движение частицы материала с начальной скоростью под действием силы тяжести, найдем координаты частицы через секунд после схода ее с наклонной плоскости:

;

Исключив из этих уравнений время , найдем:

и, подставив в уравнение значение , получим:

Решая это уравнение относительно , получим:

(8)

Таким образом, величина коэффициента трения в движении может быть определена по траекториям свободного полета груза, сбрасываемого с наклонной плоскости, по которой он двигался. [1]

Рис. 3. Схема установки для определения коэффициента

Исследуемую массу семян расторопши различной влажности помещали ровным слоем толщиной в три зерна на крышку стола. Материалом для изготовления крышки служил фторопласт-4, так как именно он использовался в качестве внутренней поверхности экспериментальной сушильной установки. Поворотом винта изменяли наклон плоскости и отмечали тот угол, при котором семена приходят в движение.

Рис. 4 Зависимость коэффициентов трения семян расторопши от влажности: 1 — коэффициент трения покоя f_o ; 2 — коэффициент трения движения f .

Эксперименты проводили в трехкратной повторности. На основании трех измерений вычисляли средний угол и по нему коэффициент трения покоя . Коэффициент трения движения рассчитывали по формуле (8). Зависимость коэффициентов трения семян расторопши от влажности представлена на рис. 4.

1. Теоретические основы теплотехнических процессов зерноперерабатывающих производств [Текст] : учеб. пособие / Г. Г. Странадко, А. А. Шевцов, Л. И. Лыткина, В. А. Дятлов; Воронеж. гос. технол. акад.– Воронеж : ВГТА, 2005. — 256 с.

Что элеваторщику нужно знать о зерне? Часть 1

В понятие «элеваторщик» я решил вложить большой смысл, чтобы в эту категорию вошли все кто прямо или косвенно имеют дело с послеуборочной доработкой и хранением зерна. Все это значит, начиная с человека, который агрохолдингу сдал в аренду свой пай и по осени в качестве арендной платы получил 300 кг сорной и влажной кукурузы. Подобно элеваторным объемам в десятки тысяч тонн для пайщика эти 300 кг важны и ценны не меньше.

По большому счету приступая к какому-либо делу нужно разобраться, как это устроено. И мы действительно не удаляем зубы самостоятельно своим ближним, а ведем их к стоматологу. Зато мы считаем, что с зерном обращаться мы все умеем. Это заблуждение приводит к значительным потерям в процессе очистки, сушки, хранения и транспортировки. Избежать потерь поможет минимальный зерновой ликбез, о котором дальше и пойдет речь.

Строение и химический состав зерна упускаем, дабы совсем уж в дебри не углубляться. Остановимся пока на свойствах зерна, как объекта хранения.

Итак, вы везете зерно на элеватор, а вместе с ним едут:

органические и минеральные примеси;

влага, жизненнонеобходимая зерну, как живому организму, а иногда и во много раз превышающая норму;

воздух (да, да воздух, который заполняет межзерновое пространство);

и наконец, не всегда, но бывает — насекомые и клещи.

Все вместе вышеперечисленные компоненты называются зерновой массой. Всем известно, что зерновая масса довольно подвижна и обеспечивает ее подвижность такое физическое свойство, как сыпучесть.

Это свойство и полезное и вредное одновременно. Его польза в том, что зерновая масса довольно легко перемещается по трубам, используя принцип самотека, легко подхватывается ковшами норий и транспортируется различными конвейерами и пневмотранспортом, сама занимает различные по форме хранилища, вагоны и трюмы. В общем, все то, что нельзя проделать, скажем, с кирпичами.:)

Вредит сыпучесть зерновой тогда, когда в зернохранилище или в транспортном средстве появляется отверстие или трещина. Подобно жидкости устремляется зерно через любые неплотности. Так же благодаря сыпучести зерновая масса давит на стены зернохранилища.

Сыпучесть зерновой массы зависит от формы и поверхности самых зерен, от влажности и наличия примесей. В цифрах это свойство характеризуется углом естественного откоса, под которым подразумевают угол между диаметром основания и образующей конуса, получающегося при свободном падении зерновой массы на горизонтальную поверхность. Этот угол самый маленький у проса (от 20°) и самый большой у зерна риса (до 48°).

На картинке это выглядит так:

Как мы видим, для проса, насыпанного высотой 1 метр, потребуется навес шириной около 5,4 метра, в зерна риса в этот же навес можно насыпать под 3 метра высотой.

Сыпучесть и как следствие, угол естественного откоса следует учитывать и при размещении зерна на току, под навесом, в складе напольного хранения, а так же при проектировании для определения емкости зернохранилищ, нагрузки на стены и углов самотечного оборудования.

О других физических свойствах зерновой массы поговорим в следующем блоге.

Изучение зерна озимой тритикале как объекта хранения и послеуборочной доработки , страница 4

Степень заполнения хранилища зерновой массой зависит от сыпучести: чем она больше, тем легче и лучше заполняется бункер. Сыпучесть зерновой массы характеризуют 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 (пшеница 23-38°). Кроме данных показателей, известны коэффициент трения зерновой массы,

перемещающейся по самотечным трубам и лоткам. Сыпучесть зерновой массы зависит от плотности, 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[23].

Читать еще: Документы для откоса от армии

Скважистость. При характеристике зерновой массы отмечалось, что в ней, существуют межзерновые пространства — скважины, заполненные воздухом. Они составляют значительную часть объема насыпи и существенно влияют на другие физические свойства и физиологические процессы.

Воздух, циркулирующий по скважинам, конвекцией способствует передаче тепла и перемещению паров воды. Значительная газопроницаемость зерновых масс позволяет использовать названное свойство для продувания их воздухом (при активном вентилировании) или вводить в них пары химических препаратов для обеззараживания (дезинсекции). Запас воздуха, а следовательно, и кислорода создает в зерновой массе определенный период (иногда очень длительный) нормального газообмена для живых компонентов.

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:

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;

увлажнение зерна вследствие поглощения (сорбции) влаги из окружающего воздуха; данный процесс происходит, если парциальное давление водяных паров у поверхности зерна меньше парциального давления водяных паров в воздухе [30].

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, соответствующую такому состоянию, называют равновесной. Иначе говоря, под равновесной понимают влажность, установившуюся при данных параметрах воздуха его влагонасыщенности, температуре и давлении.

Самосортирование.Приводит к образованию в насыпи участков с дефектными зернами (недозревшими, битыми, мелкими и т.д.), с легковесными примесями, сильно запыленных. В них возможно явление «задыхания» из-за затруднения воздухообмена или гнездового самосогревания вследствие более активных физиологических и микробиологических процессов[9,10]. Возникает оно как результат встряхивания и толчков, когда легкие примеси, семена в цветочных пленках, щуплые зерна перемещаются к поверхности насыпи, а тяжелые уходят в нижнюю часть. Чтобы исключить самосортирование, нужно закладывать на хранение однородное по качеству зерно [10].

Зерно в насыпи никогда не образует сплошной слой. Наличие скважин позволяет проводить активное вентилирование, сушку подогретых и охлаждение наружным воздухом, газацию и дегазацию зерна[33]. Зерно более крупных размеров имеет и более высокую скважистость. Например, пшеница имеет скважистость в пределах 35. 45% от общего объема насыпи, рожь 35. 45%, овес 50. 70%, ячмень 45. 55%. Она оказывает большое влияние на ход физических и физиологических процессов, а так же на объемную массу семян. Скважистость находится в прямой зависимости от формы, величины и образной влажности, характера поверхности семян, наличия семенной массе битых семян и примесей. Воздух межзерновых пространств необходим для дыхания зерна[7,8,12].