Реферат физико механические свойства зерна
Обновлено: 05.07.2024
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 υв, 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
Обозначения: 1 — вентилятор; 2 — циклон; 3 — пневмопровод; 4 — стакан поджимной; 5 — стакан сборный; 6 — рычажный механизм; 7 — стол; 8 — трансформатор; 9 — дифференциальный манометр; 10 — трубка Пито.
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.
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
| Показатель | Скорость витания, м/с | |||||||||||||
| 1,25 | 1,5 | 1,75 | 2 | 2,25 | 2,5 | 2,75 | 3 | 3,25 | 3,5 | 3,75 | 4 | 4,5 | 5 | |
| Масса, г | 0,09 | 0,4 | 0,81 | 0,75 | 0,58 | 0,23 | 2,68 | 1,13 | 1,4 | 1,2 | 0,34 | 0,12 | 0,1 | 0,17 |
| Полнота извлечения, % | 0,9 | 4 | 8,1 | 7,5 | 5,8 | 2,3 | 26,8 | 11,3 | 14 | 12 | 3,4 | 1,2 | 1 | 1,7 |
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.
| № п/п | Скорость витания частиц, м/с | Продукты размола зерна после I дранной системы | |||
| до 2 | до 3 | до 4 | свыше 4 | ||
| 1 | 36 | 46 | 48 | 43 | 48 |
| 2 | 37 | 44 | 47 | 42 | 48 |
| 3 | 36 | 45 | 48 | 43 | 47 |
| Среднее | 36,3 | 45 | 47,6 | 42,6 | 47,6 |
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.
Физико-механические свойства зерна, о которых нужно знать
Объемная масса.
Сушильное оборудование, как правило, используют вместе с другими установками и машинами для послеуборочной обработки зернового урожая, а также резервными и компенсирующими зерновыми емкостями. В зерносушильных комплексах, как правило, используют емкости для влажного (буферного сырого хранения) с конусным дном. Линейки недорогих силосов для хранения зерна будут опубликованы позднее. Зерносушилки — в приоритете…
Для расчета производительности сушильного оборудования, вместимости приемных, резервных и компенсирующих емкостей необходимо знать объемную массу подлежащего обработке зернового материала, т.е. отношение массы материала к занимаемому ею объему. В литературе можно встретить различные названия этого показателя: плотность зерновой массы, натура, насыпная масса и др. Объемную массу (В) обычно выражают в килограммах или тоннах материала в 1 м 3 емкости. На величину объемной массы влияют форма, размеры и плотность отдельных зерен, а также состояние их поверхности. Если поверхность оболочки зерна шероховатая, то зерновая масса может иметь менее плотную укладку, чем при гладкой поверхности, а следовательно, и более низкую величину объемной массы. С изменением влажности зерна изменяется плотность укладки и зерновок, что оказывает влияние на объемную массу. Характер этого влияния у отдельных культур и даже сортов различен. Как правило, при снижении влажности зерна объемная масса повышается (у зерна пшеницы при снижении влажности с 30 до 15% объемная масса повышается на 12-15%). В таблице приведены данные по объемной массе предварительно очищенного зерна различных культур в диапазоне влажности материала 15-30%. Пределы колебания этого показателя обусловлены сортовыми особенностями и изменением влажности материала в указанном диапазоне. При расчете размеров емкостей для временного хранения зерна необходимо ориентироваться на данные по преобладающим культурам (наименьшую объемную массу имеют овес и подсолнечник, наибольшую — просо, клевер, горох).
Засоренность зернового вороха также оказывает существенное влияние на его объемную массу. При этом на величину объемной массы влияет не только количество примесей, но и их качественный состав. Крупные примеси могут способствовать разрыхлению зерновой массы, а мелкие — уплотнять ее (за счет заполнения межзернового пространства). Существенное значение имеют также влажность и плотность частиц примесей.
Сыпучесть.
Важнейшим свойством зерновой массы является ее сыпучесть, которая характеризуется углом естественного откоса а и углом трения о различные поверхности. С понижением влажности зерновой массы уменьшается угол ее естественного откоса, т.е. угол между основанием и образующей конуса при свободном падении зерновой массы на горизонтальную плоскость. Зависимость величины угла естественного откоса от влажности зерновой массы различных культур иллюстрируется данными таблицы …
С повышением засоренности материала и плотности его укладки возрастает угол естественного откоса. Например, сильно засоренный зерновой ворох высокой влажности, уплотненный от встряхивания в кузове автомашины, может иметь угол естественного откоса 70-80 град.
Многие операции послеуборочной обработки зернового вороха предусматривают перемещение материала по различным поверхностям: по трубам и лоткам, транспортерной ленте и т.п. В связи с этим важно знать величины углов трения зерновой массы по различным поверхностям и их зависимость от влажности материала. Диапазоны изменения углов трения зерна в интервале влажности 15-35% составляют по металлическим поверхностям 22-35 град, по транспортерной ленте — 25-40.
При монтаже транспортирующих устройств следует использовать данные по углам наклона самотечных труб и их сечениям.
| * С учетом засоренности зернового вороха после предварительной очистки. |
Сопротивление зернового слоя воздушному потоку.
При подборе вентиляторов для сушки и вентилирования зерна необходимо знать величину аэродинамического сопротивления зернового слоя S. Эта величина зависит от толщины зернового слоя б, скорости движения воздуха через зерновую массу V и аэродинамических свойств зерновой массы. Coпротивление зернового слоя можно определить по формуле
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЗЕРНА
К физическим свойствам зерна и семян относятся: форма зерна, линейные размеры и крупность, объём, выполненность и щуплость, выравненность, масса 1000 зёрен, стекловидность, плотность, плёнчатость и лузжистость, натура, механические повреждения зерна, трещиноватость, механические свойства, аэродинамические свойства, заражённость вредителями, засорённость.Плёнчатость и лузжистость
Плёнчатостью называется процентное содержание в зерне цветковых оболочек (ячмень, просо, рис, овёс), плодовых (гречиха), или семенных оболочек (клещевина). При характеристике семян масличных культур (подсолнечника, сафлора) плёнчатость заменяется лузжистостью.
Содержание оболочек характеризует ценность зерна для переработки. Чем больше содержание оболочек, тем относительноменьше в нём питательных веществ. Наличие оболочек усложняет и удорожает переработку плёнчатых культур. От плотности и массы оболочек зависит выход крупы. Величина плёнчатости изменяется по культурам. Она неодинакова у разных сортов одной и той же культуры, а в пределах сорта колеблется по районам произрастания и годам.
Натура зерна.
Натурой зерна называется масса 1 литра семян вграммах.
Натуру определяют на литровой пурке с падающим грузом — её выражают в граммах на литр или на 20–литровой пурке — выражают в килограммах одного гектолитра зерна.
На величину натуры влияют: примеси, состояние поверхности зерна, форма зерна, крупность, плотность, влажность, плёнчатость, зрелость и выполненность зерна, масса 1000 зёрен, выравненность.
Натура приближённо показывает степеньвыполненности зерна. Зерно выполненное, полновесное имеет повышенную натуру.
В некоторых случаях устанавливают строгие требования к натуре.
Механические свойства зерна.
Под механическими свойствами зерна понимается способность его сопротивляться разрушению с одновременным изменением формы, т. е. упруго деформироваться под действием внешних механических сил. Механические свойства зернанаходят выражение в сопротивлении деформированию, разрушению и пластичности.
Аэродинамические свойства зерна.
Аэродинамические свойства зерна — это особенности его поведения в воздушном потоке. Движущееся зерно в воздухе встречает сопротивление (давление), которое зависит от ряда факторов. Давление воздушного потока на находящееся в нём тело зависит от массы тела, его размеров,формы, состояния поверхности, относительной скорости движения и расположения зерна, а также от состояния воздушной среды.
Аэродинамические свойства зерна и его примесей используют при очистке и сортировании зерновой массы. Воздушным потоком из зерновой массы выделяют органический сор (кусочки соломы, мякину, полову). Вторичный пропуск через воздушный поток позволяет выделить многие семена сорныхрастений.
Заражённость зерна вредителями.
При неблагоприятных условиях хранения в неподготовленных и необеззараженных хранилищах в зерновой насыпи развиваются вредители, клещи и насекомые.
Вредители наносят значительный ущерб зерну: поедают его, загрязняют его своими трупами, личиночными шкурками и экскрементами, способствуют повышению влажности и развитию микроорганизмов.
В стандартах на зерноустановлены степени заражённости клещами, амбарными и рисовыми долгоносиками, зерновками.
Зерно, сильно загрязнённое вредителями, может оказаться для животного организма ядовитым.
Борьба со всеми видами вредителей хлебных запасов в виде профилактических и истребительных мероприятий не только обеспечивает сохранность зерна и предохраняет его от порчи, но и является исключительно важным деломс точки зрения охраны здоровья людей.
Засорённость зерна.
Примеси в зерновой массе усложняют хранение и переработку зерна, ухудшают качество готовой продукции. Все примеси подразделяются на две основные фракции: сорную и зерновую.
Сорная примесь
является бесполезной или вредной для питания. Кроме того, в неё включают зёрна других культур, которые.
Зерно как биологический объект — чрезвычайно сложное образование. Каждая его часть и все зерно в целом несут определенную информацию о способности дать продукцию заданного выхода и качества, о технологических приемах, необходимых для получения этой продукции, о режимных параметрах, при которых необходимо вести технологию. Так, по крупности зерна судят о содержании в зерне эндосперма и о возможном выходе продукции. По стекловидности и влажности — о преобладающем виде деформации при измельчении (пластическая или хрупкая) и о способности зерна к крупообразованию. По качеству клейковины — о режимных параметрах гидротермической обработки зерна при его подготовке к помолу.
А. Физические свойства зерна.Для оценки качества зерна важное значение имеют его физические признаки: форма, линейные размеры, выравненность, масса 1000 зерен и натура, удельная масса.
Форма.Зерно твердой пшеницы имеет удлиненно-овальную форму, мягкой пшеницы – бочкообразную форму.
Линейные размеры.К ним относят длину, ширину и толщину зерна.
При переработке выполненного зерна округлой формы получают больше муки, чем при переработке зерна, имеющего удлиненную форму и заостренные края.
Выравненностьхарактеризует однородность массы зерна. По этому показателю оценивают мукомольные свойства зерна, которые определяют на наборе сит с круглыми или продолговатыми отверстиями. Чем больше в массе крупных и средних фракций (сход с сит 3,0×20 мм и 2,5×20 мм), зерно которых обладает более шаровидной формой по сравнению с мелкими фракциями, тем больше в нем эндосперма и меньше оболочек и тем больше будет выход муки.
Если содержание зерен крупной и средней фракции в зерновой партии составляет 85%, то зерно считают однородным или выравненным по крупности.
Выравненное зерно лучше очищается от примесей, так как можно более точно подобрать соответствующий размер отверстий сит для сепарирующих машин, размер и форму ячеек в триерах, скорость воздушного потока в аспирационных машинах, выбрать рабочие зазоры в измельчающих машинах.
Масса 1000 зерен(в пересчете на абсолютно сухое вещество) служит дополнительным показателем к линейным размерам, характеризующим крупность и выравненность зерна. Эти признаки очень изменчивы и зависят от сорта, почвенно-климатических условий, уровня агротехники, года урожая и др.
Натура. Это масса 1 л зерна, выраженная в граммах. На величину натуры влияют форма, характер поверхности и влажность зерна, его выравненность, характер и количество примесей.
В однородном по форме и качеству зерне чем выше натура, тем меньше содержится оболочек и больше эндосперма, следовательно, тем выше мукомольные свойства зерна.
Удельная масса зерна. Она зависит от химического состава и анатомического строения зерна. Удельная масса зерна пшеницы 1,33-1,48 г/см 3 , ржи – 1,26-1,42 г/см 3 .
Б. Химический состав.В зерне пшеницы содержатся белки, углеводы, жиры, пигменты, витамины, ферменты и различные минеральные вещества.
Белки пшеницы содержат около 20 % альбумин6а и глобулина и 80 % проламина (глиадин) и глютелина (глютенин) от веса всех белков зерна. При добавлении воды глиадин и глютенин образуют клейковину. Как видно из таблицы 4.4, белков в зерне ржи значительно меньше, чем в пшенице, и они не образуют клейковину.
Оболочки, алейроновый слой и зародыш содержат максимальное количество мине5ральных веществ: калий, магний, кальций, фосфор.
Зерно пшеницы и ржи содержит витамины В1, В2, и РР.
В. Мукомольные свойства зерна.Характеризуются следующими показателями:
- общим выходом муки и ее качеством;
- выходом и качеством муки высоких сортов;
- количеством извлеченных крупок и дунстов;
- степенью вымалываемости оболочек;
- расходом энергии на выработку 1 т муки.
Эти показатели напрямую зависят от свойств самого зерна – стекловидности, влажности, зольности, прочности, твердости, выравненности, объемной массы и др.
Мукомольные свойства зерна в значительной степени зависят от содержания эндосперма, количество которого в зерне пшеницы колеблется от 74 до 85%, во ржи – от 75 до 79%.
Мукомольные свойства зерна определяют опытными лабораторными помолами.
Стекловидность.Консистенция эндосперма, или его стекловидность, определяется при разрезании зерна – фаринотомом или просвечивании на диафоноскопе. Мучнистое зерно в разрезе имеет матовый оттенок, напоминающий мел, полустекловидное зерно – полупрозрачное, а стекловидное – прозрачное.
С повышением стекловидности зерна выход крупных фракций крупок возрастает. Поэтому стекловидность служит одним из показателей, определяющих мукомольные свойства зерна.
Стекловидное зерно вымалывается легче, чем мучнистое, и дает большой выход крупок. Стекловидность зерна влияет также на удельный расход электроэнергии при его измельчении.
С возрастанием стекловидности зерна продукты лучше просеиваются и частицы эндосперма эффективнее отделяются от оболочек.
Содержание эндосперма.Важный показатель, определяющий выход муки. Большое значение имеет его качественная характеристика – зольность. С повышением зольности эндосперма уменьшается выход муки высоких сортов.
Зольность зерна.Это количество золы (%), образующейся при сжигании зерна по отношению к сухому веществу сжигаемого продукта.
Зола состоит из окислов и солей калия, фосфора, натрия, кальция, магния и др. В золе содержится около 30% фосфора и 60% калия. Зольность анатомических частей зерна неодинакова: наибольшую зольность имеют оболочки с алейроновым слоем, наименьшую – эндосперм. См. таб. 4.5
Зольность, как косвенный показатель соотношения частей зерна, имеет значение для контроля степени отделения оболочек от эндосперма и оценки качества муки. Чем выше зольность муки, тем больше в ней содержится оболочек, тем темнее мука и ниже ее сорт.
Влажность зерна. Следует отличать естественную влажность зерна, с которой оно поступает на предприятие, хранится и направляется на переработку, от технологической влажности, которая создается искусственно и с которой зерно размалывают.
При производстве обойной муки размалывают зерно естественной влажности, если влажность полученной из него муки не превышает установленную стандартом – 15,0%.
При сортовом помоле в процессе гидротермической обработки зерну придают оптимальную влажность, величина которой в зависимости от определенных показателей зерна колеблется от 14,5 до 16,5% и которая предопределяет лучшие результаты его переработки. При ГТО пшеницы вода в оболочках с развитой капиллярной системой выступает как пластификатор, способствуя усилению прочности и вязкости оболочек. Проникновение воды в эндосперм снижает его прочность. При переработке сухого зерна влажностью менее 15% его оболочки легко деформируются, дробятся и, попадая вместе с частицами эндосперма в муку, резко ухудшают ее качество.
Читайте также: