Страница:
Рис. 36. Суринамский мукоед: 1 – жук; 2 – личинка; 3 – куколка
Суринамский мукоед менее устойчив к холоду и погибает в течение 22 сут. от температуры 0 °C, а при -5 °C в течение 13 сут. Суринамский мукоед плодовит, самка откладывает до 300 яиц. В летний период весь цикл развития длится 20–42 дня. Дает, в зависимости от климатических условий района России, от 2 до 5 поколений в год. Накапливаясь в нагретых местах зерновой массы в больших количествах, может вызвать процесс самосогревания.
У насекомых наблюдается способность перемещаться в места, более пригодные для существования, это явление получило название таксиса. Таксис насекомых является причиной, вызывающей самосогревание зерновых масс.
Зерновки (Bruchidae) – типичные монофаги, питаются и развиваются в зерне только определенного вида зернобобовой культуры: горохе, чечевице или фасоли.
Гороховая зерновка (Bruchus pisorum L.) повреждает горох на корню, личинка поселяется в горошине, но заканчивает цикл развития в хранилище. Жук после зимней спячки пробуждается весной при температуре воздуха 10–12 °C, вылетает из горошины и возвращается на поле (рис. 37).
Пораженный брухусом горох не пригоден для посева, теряет более ј массы зерновки, не используется он и для продовольственных целей, т. к. в пораженных зерновках содержатся экскременты и продукты линьки личинок и куколок. В зависимости от процента поврежденных зерен гороха различают 4 степени поврежденности: 1-я степень – до 3 %; 2-я степень – свыше 3 до 5 %; 3-я степень – свыше 5 до 10 %, 4-я степень – свыше 10 %.
Точильщик зерновой (Rhizopertha dominica F.) – красновато-коричневый блестящий жук длиной 2,5–3 мм, повреждает зерно пшеницы, ржи, овса, гречихи и другие продукты растительного происхождения (рис. 38). Теплолюбивый, оптимальные условия развития: температура 32–35 °C, влажность воздуха около 50 %. Пониженные температуры не выдерживает и при 0 °C погибает через 17 сут.
Рис. 38. Зерновой точильщик: 1 – жук; 2 – личинка; 3 – куколка; 4 – поврежденные зерна
Самка плодовита, откладывает на поверхности зерновок до 580 яиц, цикл развития заканчивает за 30 дней. Внедряясь в зерновки, личинки питаются эндоспермом и в нем окукливаются. Отродившиеся в зерновках жуки несколько дней питаются эндоспермом, оставляя от зерна одни оболочки в виде мучной пыли. В благоприятных условиях дает до 4–5 поколений.
Точильщик хлебный (Stegobium paniceum L.) – красно-бурый или ржаво-желтый жук длиной 2–3 мм, тело опушено короткими волосками (рис. 39). Зерновым запасам вредят личинки белого цвета с кремовой головой длиной до 5 мм. Жуки ведут ночной образ жизни и им свойственно явление танатоза (способность притворяться мертвыми). За 1 год дают 2 поколения. Плодовитость до 140 яиц. Личинки чрезвычайно многоядны, повреждают зерно, крупу и т. д. Развитие личинки при температуре 18–24 °C заканчивается за 17–18 дней.
Рис. 39. Хлебный точильщик: 1 – жук; 2 – личинка; 3 – куколка; 4 – поврежденные зерна
Жуки других семейств в зернохранилищах встречаются реже и обитают преимущественно в продуктах переработки зерна.
Бабочки (чешуекрылые (Lepidoptera)). К вредителям хлебных запасов относятся бабочки 4 семейств: настоящие и выемчатокрылые моли, огневки и совки (ночницы). Имея ротовой аппарат лижущего типа, бабочки твердой пищи не поедают. В своем развитии они проходят те же стадии развития, что и жуки: яйца, личинки (гусеницы), куколки, бабочки. Гусеницы способны повреждать зерновку, т. к. имеют хорошо развитый ротовой аппарат грызущего типа. Как и жуки, бабочки засоряют зерновые массы своими экскрементами, шкурками, коконами и трупами.
К числу наиболее опасных бабочек, вредителей хлебных запасов относят: семейства настоящих молей – амбарная, хлебная; семейства выемчатокрылых – зерновая моль; семейства огневок – мельничная, зерновая, мучная.
Мельничная огневка (Ephestia kuchniella Zell) питается зернами злаковых культур и продуктами их переработки (рис. 40). Гусеницы достигают длины до 35 мм, они весьма подвижны и прожорливы. Гусеницы, выделяя паутину, оплетают частицы зерна, образуя из экскрементов и личинок сплошные комья величиной до нескольких килограмм.
Зерновая огневка (Ephestia elitella) несколько меньше по величине мельничной, более теплолюбива, гусеницы способны повреждать практически все хранящиеся продукты растительного происхождения (рис. 41). В зерне злаковых культур гусеница выедает, прежде всего, зародыш.
Рис. 41. Зерновая огневка: 1 – бабочка; 2 – бабочка в сидячем положении; 3 – гусеница; 4 – куколка
Мучная огневка (Pyralis farinflis L.) развивается в муке и зерновой массе. Самка откладывает до 250 яиц, дает до 5 поколений в год. В зерновой массе гусеницы образуют большие, соединенные паутиной комки (рис. 42).
Зерновая моль (Sitotroga cerealella Oliv.) заражает зерна в поле, а заканчивает цикл развития в хранилищах (рис. 43). Поражает яровую пшеницу, ячмень и кукурузу. Самка откладывает до 150 яиц на колосьях, а отродившиеся гусеницы прогрызают оболочку зерна, где развиваются вплоть до окукливания. Гусеница, живущая в зерновке, в ней и заканчивает свое развитие. Перед окукливанием она подготавливает выход для бабочки из зерна, подгрызая его оболочки. Наличие в партии выеденных зерен с круглыми отверстиями свидетельствует о том, что такая партия заражена или была заражена зерновой молью.
Рис. 43. Зерновая моль: 1 – бабочка; 2 – гусеница; 3 – куколка; 4 – зерна пшеницы до и после вылета моли
Амбарная моль (Nemapogon granellus L.) обитает только в хранилищах (рис. 44). При массовом развитии уничтожает и приводит в негодность десятки тонн зерна. Гусеница способна поедать большинство зерновых культур, скрепляя паутиной поврежденные зерна в комки. Наличие на поверхности зерновой массы таких образований – характерный признак зараженности амбарной молью. Самки ведут ночной образ жизни, на поверхности зерен откладывают до 160 яиц. Закончившие свое развитие гусеницы второго поколения зимуют в щелях деревянных конструкций зернохранилищ в коконах. Гусеницы, не прошедшие своего развития и не образовавшие кокон, погибают в зерновой массе при температуре 6–8 °C.
Зерновая совка (Hadena basilinea Sсhiff.) относится к семейству совок, очень плодовита и является полевым вредителем зерновых культур. Но во время уборки урожая отдельные гусеницы попадают в хранилища. Там они выедают в зерне глубокие полости, а в сухом зерне выедают и зародыш (рис. 45).
Рис. 45. Зерновая совка: 1 – бабочка; 2 – гусеница
Вредители хлебных злаков – паукообразные (клещи – Acarina) – обитают в хранилищах, но могут жить и в растительных остатках в поле, откуда заносятся птицами, грызунами и насекомыми в хранилища. Клещи требовательны к влажности и, питаясь пылью и битыми зернами, развиваются в зерновой массе при влажности не ниже 14–15 %. В сухом зерне с влажностью менее 12 % они погибают от голода.
Клещи, повреждая зародыш, снижают всхожесть семян, загрязняют продовольственное зерно, образуя неприятный специфический запах, ухудшают его вкус и цвет, способны переносить на себе инфекционные заболевания и при массовом развитии, выделяя тепло и влагу, способствуют развитию самосогревания. Известно несколько десятков видов клещей, но наиболее часто встречаются клещи: мучной (был впервые обнаружен в муке, но является полигафом) (рис. 46), узкий темноногий, обыкновенный волосатый (рис. 47). Клещи едва видны невооруженным глазом, их длина составляет 0,25-0,3 мм.
Рис. 47. Обыкновенный волосатый клещ: 1 – взрослый клещ; 2 – подвижный гипопус
При неблагоприятных условиях для развития клещ меняет цикл развития и образовывает устойчивую к фумигантам и неблагоприятным условиям форму – гипопус. В этой форме клещи способны жить без пищи несколько лет. Для развития клещей оптимальная температура составляет 18–32 °C. При температуре ниже нуля они впадают в оцепенение и затем погибают. Самки клеща откладывают 100–200 яиц.
При влажности зерна свыше 14 % клещи могут проникать со стороны зародыша внутрь эндосперма, образуя скрытую форму зараженности, и бороться с ней очень трудно.
С целью предупреждения массового развития вредителей хлебных запасов проводится контроль наличия вредителей, и создаются условия, исключающие развитие насекомых и клещей.
2.3. Физические, теплофизические и массообменные свойства зерновой массы
2.3.1. Сыпучесть
Зерновая масса, состоящая из громадного числа зерновок и некоторого количества примесей с промежутками, заполненными между ними воздухом, является сыпучим материалом.
Способность зерна и зерновой массы перемещаться по какой-либо поверхности, расположенной под некоторым углом к горизонту, называется сыпучестью. Наиболее сыпучи зерновые партии, состоящие из семян шарообразной формы с гладкой поверхностью (горох, просо, соя). Меньшая сыпучесть у зерновой массы, состоящей из зерен продолговатых, тонких, с шероховатыми оболочками или цветковыми пленками. Снижают сыпучесть примеси, особенно мелкие или с шероховатой поверхностью.
В практике хранения зерна и семян сыпучесть зерновых масс используется для перемещения зерна по принципу самотека. Поднятая на верхние этажи элеватора зерновая масса, под действием силы гравитации самотеком направляется на расположенные в нижних этажах зерноочистительные машины. Принцип самотека используется при отгрузке зерна из силосов элеватора, и в технологическом процессе работы шахтных сушилок. Благодаря сыпучести зерновая масса способна заполнять хранилища самой различной конфигурации.
Показатель сыпучести зерна и семян характеризуется углом естественного откоса. Под углом естественного откоса (углом ската) понимается угол между диаметром основания и образующей конуса, возникающий при свободном падении зерновой массы на горизонтальную плоскость. Угол естественного откоса составляет: для пшеницы и ржи 23–38є, для овса и подсолнечника 31–45є, для проса 20–25є, для кукурузы 30–40є, для риса-зерна 27–48є. Тот наименьший угол, при котором зерно начинает двигаться самотеком по наклонной плоскости, получил название угла трения.
Высокой сыпучестью обладают партии зерна, имеющие зерно шаровидной формы и с гладкой поверхностью.
Сыпучесть зерновой массы зависит от вида культуры, засоренности, влажности и снижается при продолжительном хранении зерна без перемещения. Зерновая масса при длительном хранении уплотняется, и сыпучесть ее снижается. Очень сильно сыпучесть снижается при самосогревании зерновых масс.
Способность зерна и зерновой массы перемещаться по какой-либо поверхности, расположенной под некоторым углом к горизонту, называется сыпучестью. Наиболее сыпучи зерновые партии, состоящие из семян шарообразной формы с гладкой поверхностью (горох, просо, соя). Меньшая сыпучесть у зерновой массы, состоящей из зерен продолговатых, тонких, с шероховатыми оболочками или цветковыми пленками. Снижают сыпучесть примеси, особенно мелкие или с шероховатой поверхностью.
В практике хранения зерна и семян сыпучесть зерновых масс используется для перемещения зерна по принципу самотека. Поднятая на верхние этажи элеватора зерновая масса, под действием силы гравитации самотеком направляется на расположенные в нижних этажах зерноочистительные машины. Принцип самотека используется при отгрузке зерна из силосов элеватора, и в технологическом процессе работы шахтных сушилок. Благодаря сыпучести зерновая масса способна заполнять хранилища самой различной конфигурации.
Показатель сыпучести зерна и семян характеризуется углом естественного откоса. Под углом естественного откоса (углом ската) понимается угол между диаметром основания и образующей конуса, возникающий при свободном падении зерновой массы на горизонтальную плоскость. Угол естественного откоса составляет: для пшеницы и ржи 23–38є, для овса и подсолнечника 31–45є, для проса 20–25є, для кукурузы 30–40є, для риса-зерна 27–48є. Тот наименьший угол, при котором зерно начинает двигаться самотеком по наклонной плоскости, получил название угла трения.
Высокой сыпучестью обладают партии зерна, имеющие зерно шаровидной формы и с гладкой поверхностью.
Сыпучесть зерновой массы зависит от вида культуры, засоренности, влажности и снижается при продолжительном хранении зерна без перемещения. Зерновая масса при длительном хранении уплотняется, и сыпучесть ее снижается. Очень сильно сыпучесть снижается при самосогревании зерновых масс.
2.3.2. Самосортирование
Этот процесс является следствием сыпучести, происходит в недостаточно подготовленной к хранению партии зерна, когда она неоднородна и в ней присутствуют тяжелое, выполненное зерно, тяжелые примеси, а также легкие зерна и примеси.
Зерновая масса, не прошедшая полную очистку и калибровку по крупности, чрезвычайно неоднородна по своему составу. Например, масса 1000 зерен овса, взятых из нижней части колоска метелки, нередко вдвое превышает массу других зерен того же колоска. Вследствие этого при засыпке недостаточно очищенного зерна овса в склад происходит его самосортирование. Отсортировавшаяся зерновая масса у подножия насыпи, по данным ВНИИЗ, содержит щуплых и мелких зерен 18 %, органической примеси 13,5 %. Пленчатость зерна в этой части насыпи намного выше (42 %), чем у основной массы зерна в насыпи (32 %).
При заполнении силосов элеватора неоднородной зерновой массой зерно падает с большой высоты и в процессе падения, вследствие различия в массе и аэродинамических свойств зерна и примесей, разделяется на тяжелую и легкую фракции. Тяжелые зерна и примеси располагаются у центра дна силоса, а легкие – ближе к его стенкам. В момент выпуска зерна из силосов самосортирование усиливается, в первую очередь вытекает тяжелое зерно. От этого в силосе нарушается однородность зерновой массы, в отдельных ее участках создаются условия для развития самосогревания.
В практике хранения рекомендуется для исключения самосортирования при выпуске зерна из силосов устраивать или специальные приспособления, или по всей площади днища делать несколько выпускных конусов и отверстий (рис. 48).
Самосортирование происходит и при загрузке складов транспортерами, что создает неодинаковые условия хранения. Явление самосортирования необходимо учитывать при отборе проб зерна для определения качества партий зерна. В методике взятия точечных проб зерна предусмотрено это явление, и поэтому пробы отбираются в различных слоях зерновой насыпи.
Зерновая масса, не прошедшая полную очистку и калибровку по крупности, чрезвычайно неоднородна по своему составу. Например, масса 1000 зерен овса, взятых из нижней части колоска метелки, нередко вдвое превышает массу других зерен того же колоска. Вследствие этого при засыпке недостаточно очищенного зерна овса в склад происходит его самосортирование. Отсортировавшаяся зерновая масса у подножия насыпи, по данным ВНИИЗ, содержит щуплых и мелких зерен 18 %, органической примеси 13,5 %. Пленчатость зерна в этой части насыпи намного выше (42 %), чем у основной массы зерна в насыпи (32 %).
При заполнении силосов элеватора неоднородной зерновой массой зерно падает с большой высоты и в процессе падения, вследствие различия в массе и аэродинамических свойств зерна и примесей, разделяется на тяжелую и легкую фракции. Тяжелые зерна и примеси располагаются у центра дна силоса, а легкие – ближе к его стенкам. В момент выпуска зерна из силосов самосортирование усиливается, в первую очередь вытекает тяжелое зерно. От этого в силосе нарушается однородность зерновой массы, в отдельных ее участках создаются условия для развития самосогревания.
В практике хранения рекомендуется для исключения самосортирования при выпуске зерна из силосов устраивать или специальные приспособления, или по всей площади днища делать несколько выпускных конусов и отверстий (рис. 48).
Самосортирование происходит и при загрузке складов транспортерами, что создает неодинаковые условия хранения. Явление самосортирования необходимо учитывать при отборе проб зерна для определения качества партий зерна. В методике взятия точечных проб зерна предусмотрено это явление, и поэтому пробы отбираются в различных слоях зерновой насыпи.
2.3.3. Плотность укладки и скважистость
В состав зерновой массы входит воздух, находящийся в свободных пространствах между отдельными зернами. Объем складской емкости, занимаемый зерновой массой, состоит из объема собственно зерна вместе с примесями и объема воздушных каналов, находящихся между ними. Объем собственно зерна вместе с примесями, выраженный в процентах от общего объема, занятого зерновой массой, называется плотностью укладки зерновой массы, а объем воздушных промежутков – скважистостью.
Рис. 48. Явление самосортирования зерна при заполнении (а) и опорожнении (б) силоса и устройства для устранения самосортирования; в – качающийся рассеиватель зерна; г – вращающийся конус с желобом; д – днище силоса с несколькими выпускными отверстиями и сборной воронкой; е – труба с отверстиями
Скважистость может быть рассчитана по одной из формул:
где W – общий объем зерновой массы; V – объем зерна с примесями; t – плотность зерновой массы.
Скважистость зависит от насыпной плотности зерна – массы единицы объема, заполненного зерном. Насыпная плотность, или объемная масса зерна, всегда ниже относительной плотности отдельных составляющих зерновую массу. Скважистость зерновой массы изменяется в зависимости от формы и выполненности зерна, состояния его поверхности, количества и состава примесей, а также от влажности. Наиболее высокая скважистость у насыпи семян подсолнечника – 60–80 %, зерна овса – 50–70 %, риса и гречихи – 50–65 %. Зерно пшеницы, ржи, проса и гороха укладывается более плотно, у этих культур скважистость составляет 35–45 %.
Воздух межзерновых пространств крайне необходим для сохранения жизнеспособности зерна. По воздушным каналам, образующимся за счет скважистости, в зерновой массе происходит перемещение воздуха и влаги, находящейся в газообразном состоянии. За счет скважистости через зерновую массу с большей или меньшей интенсивностью можно пропускать подогретый или охлажденный воздух, а с целью уничтожения вредителей хлебных запасов проводить фумигацию. Такой технологический прием, как активное вентилирование зерна и семян широко применяется в системе элеваторно-складского хозяйства России.
Длительное хранение зерна, с большой высотой насыпи, увеличивает плотность его укладки, снижает скважистость и ухудшает в зерновой массе газообмен, что создает условия для снижения семенами всхожести и может привести к развитию процессов самосогревания.
Наряду с положительным значением скважистость имеет и негативное значение. Наличие в скважинах воздуха обуславливает низкую теплопроводность зерновой массы и слабый отток тепла, образующегося в процессе самосогревания. Скважины в зерновой массе создают великолепные условия для обитания вредителей хлебных запасов, защищают их от перепадов температур и переохлаждения в зимний период хранения зерна.
Скважистость может быть рассчитана по одной из формул:
Скважистость зависит от насыпной плотности зерна – массы единицы объема, заполненного зерном. Насыпная плотность, или объемная масса зерна, всегда ниже относительной плотности отдельных составляющих зерновую массу. Скважистость зерновой массы изменяется в зависимости от формы и выполненности зерна, состояния его поверхности, количества и состава примесей, а также от влажности. Наиболее высокая скважистость у насыпи семян подсолнечника – 60–80 %, зерна овса – 50–70 %, риса и гречихи – 50–65 %. Зерно пшеницы, ржи, проса и гороха укладывается более плотно, у этих культур скважистость составляет 35–45 %.
Воздух межзерновых пространств крайне необходим для сохранения жизнеспособности зерна. По воздушным каналам, образующимся за счет скважистости, в зерновой массе происходит перемещение воздуха и влаги, находящейся в газообразном состоянии. За счет скважистости через зерновую массу с большей или меньшей интенсивностью можно пропускать подогретый или охлажденный воздух, а с целью уничтожения вредителей хлебных запасов проводить фумигацию. Такой технологический прием, как активное вентилирование зерна и семян широко применяется в системе элеваторно-складского хозяйства России.
Длительное хранение зерна, с большой высотой насыпи, увеличивает плотность его укладки, снижает скважистость и ухудшает в зерновой массе газообмен, что создает условия для снижения семенами всхожести и может привести к развитию процессов самосогревания.
Наряду с положительным значением скважистость имеет и негативное значение. Наличие в скважинах воздуха обуславливает низкую теплопроводность зерновой массы и слабый отток тепла, образующегося в процессе самосогревания. Скважины в зерновой массе создают великолепные условия для обитания вредителей хлебных запасов, защищают их от перепадов температур и переохлаждения в зимний период хранения зерна.
2.3.4. Теплопроводность
Свойство зерновой массы передавать тепло называется ее теплопроводностью.
Теплопроводность зерновой массы невысокая, т. к. ее компоненты (зерно и воздух) – плохие проводники тепла. Теплопроводящую способность характеризует коэффициент теплопроводности, показывающий, какое количество теплоты передается в единицу времени через единицу поверхности при изменении температуры на один градус на единицу длины материала:
где – коэффициент теплопроводности, Вт/(м К); Q – количество передаваемой теплоты, кДж; F – площадь поверхности, м2; t – время, с; t – разность температур, К; l – линейный размер, м.
Зерно плохо проводит тепло, коэффициент его теплопроводности колеблется в пределах от 0,12 до 0,3 Вт/(м · К), в то время, как, например, коэффициент теплопроводимости меди 300–390 Вт/(м · К). Межзерновые пространства зерновой массы на 30–70 % заполнены плохо проводящим тепло воздухом, имеющим, по сравнению с зерном меньшую, примерно в 8 раз теплопроводность. Поэтому теплопроводность у зерновой массы низкая – 0,08-0,15 Вт/(м К). В практике хранения зерна плохая теплопроводность зерновой массы и семян позволяет длительное время сохранять их в охлажденном состоянии, а холод – дешевый и незаменимый консервант любой сельскохозяйственной продукции.
С повышением показателя влажности зерна теплопроводность зерновой массы также повышается. Из-за низкой теплопроводности зерновой массы при сушке зерна кондуктивным методом возможен перегрев отдельных слоев зерна, снижается всхожесть семян, ухудшаются технологические достоинства зерна.
Теплопроводность зерновой массы невысокая, т. к. ее компоненты (зерно и воздух) – плохие проводники тепла. Теплопроводящую способность характеризует коэффициент теплопроводности, показывающий, какое количество теплоты передается в единицу времени через единицу поверхности при изменении температуры на один градус на единицу длины материала:
Зерно плохо проводит тепло, коэффициент его теплопроводности колеблется в пределах от 0,12 до 0,3 Вт/(м · К), в то время, как, например, коэффициент теплопроводимости меди 300–390 Вт/(м · К). Межзерновые пространства зерновой массы на 30–70 % заполнены плохо проводящим тепло воздухом, имеющим, по сравнению с зерном меньшую, примерно в 8 раз теплопроводность. Поэтому теплопроводность у зерновой массы низкая – 0,08-0,15 Вт/(м К). В практике хранения зерна плохая теплопроводность зерновой массы и семян позволяет длительное время сохранять их в охлажденном состоянии, а холод – дешевый и незаменимый консервант любой сельскохозяйственной продукции.
С повышением показателя влажности зерна теплопроводность зерновой массы также повышается. Из-за низкой теплопроводности зерновой массы при сушке зерна кондуктивным методом возможен перегрев отдельных слоев зерна, снижается всхожесть семян, ухудшаются технологические достоинства зерна.
2.3.5. Температуропроводность
характеризует скорость изменения температуры в зерне, его тепловую инерцию, способность за определенный срок выравнивать температуру в различных слоях насыпи зерна. Коэффициент температуропроводности а, м2/с рассчитывается по формуле:
где а – коэффициент температуропроводности, м2/с; – коэффициент теплопроводности зерна, (Вт/м · К); с – удельная теплоемкость, Дж/(кг К); – натура зерна, кг/м3.
Коэффициент температуропроводности зерновой массы зависит от показателей влажности зерна и его температуры и колеблется в пределах 8-10 м2/с.
Имеются различия в коэффициентах тепло– и температуропроводности. Они заключаются в том, что первый коэффициент показывает, какое количество теплоты передается в единицу времени, т. е. характеризует теплоизоляционные свойства, а другой коэффициент – температуропроводность – скорость нагревания или охлаждения зерновой массы, т. е. теплоинерционные свойства. Между этими коэффициентами наблюдается следующая закономерность: коэффициент температуропроводности с увеличением коэффициента теплопроводности возрастает, а при увеличении удельной теплоемкости зерна и плотности зерновой массы уменьшается.
Из-за низкой температуропроводности насыпей зерна колосовых культур они длительное время сохраняют температуру, приобретенную в период поступления на хранение. Примерно 3 месяца требуется для выравнивания температуры насыпи высотой 4 м в складе с температурой окружающего воздуха.
Низкая тепло и температуропроводность зерновой массы в технологии хранения рассматриваются и как положительное, и как отрицательное свойство зерновой массы.
Положительным фактором является то, что хранящиеся массы зерна могут долго находиться в охлажденном за зиму состоянии даже при повышенных весенних температурах воздуха в хранилищах, отрицательным – из-за низкой температуропроводности при интенсивном дыхании зерновой массы и выделении значительного количества тепла может происходить ее концентрация в нижних слоях насыпи, что вызывает самосогревание зерна или семян.
Тепло в зерновой массе передается за счет теплопроводности в результате непосредственного соприкосновения зерен между собой и за счет конвекции тепла воздушным потоком. При конвекции происходит перемещение нагретых частиц воздуха межзерновых пространств в вышележащие слои зерновой массы. Нагретые частицы воздуха становятся легче и вследствие этого нагревают также зерно, перемещаясь в верхние слои зерновой насыпи.
Тепло при самосогревании нижних слоев зерновой массы быстро переходит в верхние слои за счет передачи его от зерна к зерну, а также за счет конвекции воздуха, поднимающегося вверх по скважинам насыпи от нагретого пласта зерна.
Коэффициент температуропроводности зерновой массы зависит от показателей влажности зерна и его температуры и колеблется в пределах 8-10 м2/с.
Имеются различия в коэффициентах тепло– и температуропроводности. Они заключаются в том, что первый коэффициент показывает, какое количество теплоты передается в единицу времени, т. е. характеризует теплоизоляционные свойства, а другой коэффициент – температуропроводность – скорость нагревания или охлаждения зерновой массы, т. е. теплоинерционные свойства. Между этими коэффициентами наблюдается следующая закономерность: коэффициент температуропроводности с увеличением коэффициента теплопроводности возрастает, а при увеличении удельной теплоемкости зерна и плотности зерновой массы уменьшается.
Из-за низкой температуропроводности насыпей зерна колосовых культур они длительное время сохраняют температуру, приобретенную в период поступления на хранение. Примерно 3 месяца требуется для выравнивания температуры насыпи высотой 4 м в складе с температурой окружающего воздуха.
Низкая тепло и температуропроводность зерновой массы в технологии хранения рассматриваются и как положительное, и как отрицательное свойство зерновой массы.
Положительным фактором является то, что хранящиеся массы зерна могут долго находиться в охлажденном за зиму состоянии даже при повышенных весенних температурах воздуха в хранилищах, отрицательным – из-за низкой температуропроводности при интенсивном дыхании зерновой массы и выделении значительного количества тепла может происходить ее концентрация в нижних слоях насыпи, что вызывает самосогревание зерна или семян.
Тепло в зерновой массе передается за счет теплопроводности в результате непосредственного соприкосновения зерен между собой и за счет конвекции тепла воздушным потоком. При конвекции происходит перемещение нагретых частиц воздуха межзерновых пространств в вышележащие слои зерновой массы. Нагретые частицы воздуха становятся легче и вследствие этого нагревают также зерно, перемещаясь в верхние слои зерновой насыпи.
Тепло при самосогревании нижних слоев зерновой массы быстро переходит в верхние слои за счет передачи его от зерна к зерну, а также за счет конвекции воздуха, поднимающегося вверх по скважинам насыпи от нагретого пласта зерна.
2.3.6. Теплоемкость
зерновой массы характеризуется удельной теплоемкостью – расходом тепла при нагревании 1 кг зерна на 1 °C. В зерне всегда присутствует какое-то количество влаги, и вследствие этого теплоемкость зерна определяется как составляющая теплоемкостей абсолютно сухого зерна, равная 1,32-1,55 кДж/(кг · К), и воды – 4,19 кДж/(кг К).
Удельная теплоемкость зерна рассчитывается как средняя величина между теплоемкостью абсолютно сухого зерна и воды по формуле:
где W – влажность зерна, %; Cв – удельная теплоемкость воды, кДж/(кг К); Сс – удельная теплоемкость сухого вещества зерна, кДж/(кг К).
Удельная теплоемкость зерна пшеницы невысокая и при влажности 10–15 % равна 1,8–2,1 кДж/(кг К).
Так как теплоемкость воды значительно выше теплоемкости сухого зерна, то с повышением его влажности показатель теплоемкости зерна возрастает.
При сушке зерна учитывают его теплоемкость. Наличие органических и других примесей в зерновой массе оказывает существенное влияние на теплофизические свойства зерновой массы, а следовательно, уравнения для определения теплофизических характеристик зерновой массы получены несколько эмпирически и применимы только в определенных границах. Хорошим подтверждением этому может служить расчет теплоемкости семян подсолнечника. Известно, что теплоемкость жира составляет 2050 Дж/(кг К), что вдвое превышает теплоемкость белков, углеводов и клетчатки. Так как в семенах отдельных сортов и партий подсолнечника содержание жира может резко варьировать, то для подсолнечника и показатель теплоемкости будет изменяться в широкой амплитуде.
Удельная теплоемкость при расчете процесса сушки и охлаждения влажных партий зерна и семян является важнейшим показателем теплофизических характеристик.
Удельная теплоемкость зерна рассчитывается как средняя величина между теплоемкостью абсолютно сухого зерна и воды по формуле:
Удельная теплоемкость зерна пшеницы невысокая и при влажности 10–15 % равна 1,8–2,1 кДж/(кг К).
Так как теплоемкость воды значительно выше теплоемкости сухого зерна, то с повышением его влажности показатель теплоемкости зерна возрастает.
При сушке зерна учитывают его теплоемкость. Наличие органических и других примесей в зерновой массе оказывает существенное влияние на теплофизические свойства зерновой массы, а следовательно, уравнения для определения теплофизических характеристик зерновой массы получены несколько эмпирически и применимы только в определенных границах. Хорошим подтверждением этому может служить расчет теплоемкости семян подсолнечника. Известно, что теплоемкость жира составляет 2050 Дж/(кг К), что вдвое превышает теплоемкость белков, углеводов и клетчатки. Так как в семенах отдельных сортов и партий подсолнечника содержание жира может резко варьировать, то для подсолнечника и показатель теплоемкости будет изменяться в широкой амплитуде.
Удельная теплоемкость при расчете процесса сушки и охлаждения влажных партий зерна и семян является важнейшим показателем теплофизических характеристик.
2.3.7. Термовлагопроводность
Непосредственно связана с теплофизическими свойствами зерновой массы. Термовлагопроводность – направленное перемещение в зерновой массе влаги, обусловленное градиентом температур, их перепадом. Интенсивность термовлагопроводности характеризует термоградиентный коэффициент, показывающий, какой градиент влажности создается при температурном градиенте, равном единице, и выражается в %/єК. Значение термоградиентного коэффициента, определенного А.В. Лыковым, у сухого зерна твердой пшеницы составляет 0,022-0,026 %/є К.
Влага в зерновых массах из-за перепадов температуры в различных пластах постоянно перемещается в направлении теплового потока – от более нагретых к менее нагретым слоям.
Перемещение влаги в зерновой массе вследствие термовлагопроводности имеет большое практическое значение для хранения зерна. Так, из-за неравномерного обогрева весной стен зернохранилища солнечными лучами или при размещении неохлажденной зерновой массы на холодном бетонном или асфальтовом полу в ней возникает резкий перепад температур, вызывающий миграцию влаги из слоев насыпи с большей температурой к слоям более холодным. Охлаждаясь до температуры ниже точки росы, влажный воздух образует в этих слоях капельно-жидкую влагу. Зерно представляет собой коллоиднопористое тело, способное поглощать воду с огромной сосущей силой, равной 500–700 атм. Поэтому появившаяся капельно-жидкая влага немедленно увлажняет зерно. При высокой влажности находящиеся в зерне ферменты активизируются, повышается интенсивность дыхания и возникает самосогревание зерновой массы.
Явление термовлагопроводности наблюдается как в зерне, так и в продуктах переработки зерна – в муке и крупе. Обычно мука хранится в затаренном виде – в мешках. Размещая ее на хранение, нельзя укладывать мешки с мукой непосредственно на холодный бетонный пол склада, т. к. вследствие увлажнения от термодиффузии в такой муке происходит интенсивное развитие микрофлоры, плесеней хранения. Мука приобретает затхлый запах, темнеет, теряет свои товарные достоинства и становится токсичной в результате накопления в ней микотоксинов.
Для предупреждения всех этих нежелательных явлений с мукой размещать ее на хранение следует только на деревянных поддонах, не допуская соприкосновения со стенами и полом хранилища.
Влага в зерновых массах из-за перепадов температуры в различных пластах постоянно перемещается в направлении теплового потока – от более нагретых к менее нагретым слоям.
Перемещение влаги в зерновой массе вследствие термовлагопроводности имеет большое практическое значение для хранения зерна. Так, из-за неравномерного обогрева весной стен зернохранилища солнечными лучами или при размещении неохлажденной зерновой массы на холодном бетонном или асфальтовом полу в ней возникает резкий перепад температур, вызывающий миграцию влаги из слоев насыпи с большей температурой к слоям более холодным. Охлаждаясь до температуры ниже точки росы, влажный воздух образует в этих слоях капельно-жидкую влагу. Зерно представляет собой коллоиднопористое тело, способное поглощать воду с огромной сосущей силой, равной 500–700 атм. Поэтому появившаяся капельно-жидкая влага немедленно увлажняет зерно. При высокой влажности находящиеся в зерне ферменты активизируются, повышается интенсивность дыхания и возникает самосогревание зерновой массы.
Явление термовлагопроводности наблюдается как в зерне, так и в продуктах переработки зерна – в муке и крупе. Обычно мука хранится в затаренном виде – в мешках. Размещая ее на хранение, нельзя укладывать мешки с мукой непосредственно на холодный бетонный пол склада, т. к. вследствие увлажнения от термодиффузии в такой муке происходит интенсивное развитие микрофлоры, плесеней хранения. Мука приобретает затхлый запах, темнеет, теряет свои товарные достоинства и становится токсичной в результате накопления в ней микотоксинов.
Для предупреждения всех этих нежелательных явлений с мукой размещать ее на хранение следует только на деревянных поддонах, не допуская соприкосновения со стенами и полом хранилища.