粮食的流散特性.doc

如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流粮食的流散特性【精品文档】第 7 页粮食的流散特性    粮食的流散特性主要包括散落性、自动分级、孔隙度等。这是颗粒状粮食所固有的物理性质。粮食具有流散特性的根本原因是粮粒之间的相互作用力内聚力小，不足以在重力的作用下使粮粒保持垂直稳定，致使粮食在堆装、运输、干燥、加工等过程中表现出流散特性。    一、散落性    粮食在自然形成粮堆时，向四面流动成为一个圆锥体的性质称为粮食的散落性。粮食的颗粒大小、成熟度的差异、杂质数量的多少等都和散落性密切相关。粮食散落性的好坏通常用静止角表示。    静止角是指粮食由高点落下，自然形成圆锥体的斜面与底面水平线之间的夹角。静止角与散落性成反比，即散落性好，静止角小；散落性差，静止角大。    粮粒在粮堆斜面上停止或运动与否，受到粮粒在斜面上受力的制约。图1-2是粮粒在斜面上受力分析图：重力G可分解为垂直压力N和倾斜分力P，如忽略粮粒间高低不平的相互作用力，粮粒在斜面上还受到摩擦力F，如果粮粒与粮堆的斜面摩擦系数为f，则摩擦力F为N*f。图中分力P是使粮粒下落的力，F是阻碍粮粒下滑的力，当P>F时，粮粒就下落，当P<F时，粮粒就停留在斜面上。    粮粒的大小、形状、表面光滑成度、容量、杂质含量都对粮食的散落性有影响。粒大、饱满、圆型粒状、比重大、表面光滑、杂质少的粮食散落性好，反之则散落性差。不同粮食之间，上述外观特征明显不同，因此，具有不同的散落特性。表中给出了主要粮种静止角的大小。表1-1     主要粮食的静止角（度）粮种静止角起静止角止变动范围小麦233815大麦284517玉米304010稻谷37458大米 233310糙米27281大豆24328黍20255芝麻24308油菜籽20277    表中所示，大豆粒大、呈圆型、表面光滑，其散落性比粒形较小、表面粗糙的稻谷好的多。    此外，粮食中含杂量增加，其散落性会降低，粮食水分含量增加散落性也降低。这是由于粮食水分增加，使粮食表面粘滞，粮粒间的摩擦力增大的结果。当粮食发热霉变后，散落性会完全丧失，形成结顶。表1-2给出了同一种大豆含水量、含杂率与散落性的关系。表1-2    大豆水分含量与含杂率对静止角的影响粮种水分%静止角含杂率%静止角大豆11.223.33.025.0大豆17.725.41.023.8    粮食散落性的另一量度是自流角。自流角是粮粒在不同材料斜面上，开始移动的角度，即粮粒下滑的极限角度。自流角是一个相对的值，它既与粮粒的物理特性有关，又与测试时用的材料有关。同种粮食在不同的材料上测定的自流角不同，不同种粮食在相同的材料上自流角也不相同。粮食的自流角是粮堆的外摩擦角。表1-3给出了三种麦类在不同材料上的自流角。表1-3  三种麦类在不同材料上的自流角粮种刨光木板铁板小麦24-2724-28大麦26-2725-30燕麦26-2821-25    自流角表示的是某种粮食在某种材料上的滑动性能。自流角愈大，滑动性能愈差；自流角愈小，滑动性能越好。    粮食的散落性在粮食储藏、装卸运输机械及储藏设施的设计中都是一个重要因素。储藏期间散落性的变化，可在一定程度上反映粮食的稳定性。安全储藏的粮食总是具有良好的散落性。如果粮食出汗、返潮，水分增大，霉菌滋生，就会使散落性降低；严重的发热结块会形成90度角的直壁状，完全丧失散落性。    散落性好的粮食，在运输过程中容易流散，对于装车、装船、入仓出库操作较方便，可节省劳力与时间。但是散落性较大的粮食对装粮容器的侧压力也大。装粮时对散落性大的粮食就要降低堆装高度，对散落性较小的粮食则可酌情增加高度。粮堆对仓壁的侧压力可按下式简化计算：P=1/2h2tg(45°-/2)式中：P每米宽度的仓壁上受的侧压力（千克/米）；粮食的容重（千克/立方米）；h粮食的堆高（米）；粮食的静止角。    生产中计算侧压力，用于确定不同粮食的堆粮线和堆垛形式，对仓墙强度不够的仓房，常采取包打围的作法。    散落性是确定自流设备的理论依据。当使用输送机送粮食时，输送机皮带和水平面的夹角应小于自流角和静止角；当安装淌筛和自流管时，淌筛面、自流管面和水平面的夹角应大于自流角和静止角，这样才能保证设备的正常运转。    二、自动分级    一般说来，任何一批粮食，都是非均质的聚集体。粮粒有饱满的、瘪瘦的、完整的、破碎的，形态多种多样。杂质也轻重不同，大小不一。在散落时彼此受到的摩擦力和重力不同，运动状态也不同。因此粮食在震动、移动或入库时，同类型、同质量的粮粒和杂质就集中在粮堆的某一部分，引起粮堆组成成分的重新分布，这种现象称为自动分级。例如，小麦在形成粮堆时的自动分级现象，从顶部到底部各个部位的组分呈现出有规律的分布：破碎粒、轻浮夹杂物、杂草种子在底部比顶部为多（见表1-4）。表1-4  自然形成粮堆时的分级情况品质指标圆锥体顶部圆锥体基部容重（克/升）70.766.7绝对重量16.315.2破碎粒%1.842.20较轻杂质%0.512.14杂草种子%0.321.01砂石杂质0.130.49瘪粒%0.090.47    自动分级现象的发生与粮食输送移动时的作业方式、仓库类型密切相关。作业方式不同，自动分级状况也不相同；仓房不同，自动分级现象也不相同。按其作业方式、仓房类型和粮堆形成的条件可大体分为四种情况：    （一）自然流散成粮堆    粮食自高点自然流散成粮堆时，粮粒与粮粒之间、粮粒与杂质之间以及杂质与杂质之间受到的重力、摩擦力不同，同时落下时受到的气流浮力也不相同。这些差异相互作用的结果使较重的杂质落在圆锥体的中心部位，而较轻的、破碎的粮粒及杂草种子就沿着斜面下滑至圆锥体的底部。因此，随着圆锥体的不断扩大，杂质就在圆锥粮堆的底部不断积累，最终形成基底杂质区(图1-3）。    （二）房式仓入粮    房式仓粮食入库一般有输送机进粮和人工入粮两种。输送机进粮又分移动式和固定式。若移动式入库，一般是输送机头先从仓山墙处开始，随入粮逐步由内向外退移。因此，饱满的粮粒和沉重的杂质多汇集于机头落下的粮堆中央部位；沿输送机两侧的粮食含有较多的瘪粒和较轻的杂质，形成带状的杂质区；在皮带输送机下形成糠壳杂质区。若固定式入库，粮食入库就有多个卸粮点，那么像自然流成堆一样，在一个仓房内部形成多个圆窝状杂质区，即每个卸粮点有一个基底状杂质区。     房式仓人工入粮时，由于倒粮点分散，边倒边匀，自动分级就不明显，杂质组合比较均匀。    （三）立筒仓进粮     立筒仓因筒身较高，粮粒从高处落下，下落的粮食流动会带动空气运动，在仓内形成一个涡旋气流（图1-4），涡旋气流的运动，将粮面细小的、较轻的杂质吹向筒壁。随着粮面在仓筒内逐渐升高，靠近筒壁处形成环状轻型杂质区。而沉重的杂质多集中在落点处，形成一个柱状重型杂质区。出仓时正好相反，比较饱满和比重大的粮粒首先流出，靠近仓壁的瘪小籽粒和轻浮杂质后流出。所以粮食品质也因出仓的先后不同而差异（表1-5）  表1-5  筒仓粮食进、出仓自动分级现象 作业部位容重（克/升）碎粒%不饱满粒%杂质%进仓中心704.11.840.090.60仓壁667.52.200.473.80出仓出粮30分钟6661.801.542.50经3.5小时6603.505.02.98经4.5小时4961.709.019.90    按自动分级形成的原因，自动分级又可归纳为重力分级、浮力分级和气流分级。    重力分级的情况明显地发生在有震动运输过程中。如散装粮食长途运输后，大而轻的物料就会浮在最上面，细而重的物料就会沉到底部，而较细、较轻、较重的物料分于两者之间，从而形成了分层现象。    浮力分级是说明粮粒下落过程受力不同而造成自动分级的。粮粒g由高点下落，会受到空气的阻碍作用，空气对粮粒产生浮力p（见图1-5）。当P>g时，粮粒飘浮走；P<g时，粮粒下落；P=g时，粮粒悬浮。显然，当气流的浮力一定时，重的粮粒下落速度较快，轻的粮粒下落较慢。而轻的杂质在慢慢的下落过程中，由于物体重力、受力方向的改变也随时变化，使较轻的杂质飘移落点，从而形成分级现象。    气流分级通常发生在露天堆粮的过程中（见图1-6）。当输送机在风天卸粮时，在下风处就会聚集较多的轻杂质，从而形成自动分级现象。这种情况在皮带输送机、扬场机的作业中都会发生。    自动分级现象使粮堆组分重新分配，这对安全储粮十分不利。杂质较多的部位，往往水分较高，孔隙度较小，虫霉易滋生，是极易发热霉变的部位，如不能及时发现还能蔓延危及整堆粮食。因此，对自动分级严重的地方，要多设检测层点，密切注意粮情变化。    自动分级中灰尘集中的部位，孔隙度小，吸附性大，在熏蒸害虫时，药剂渗透困难，影响杀虫效果。同时，在通风降水降温过程中，也因空气的阻力加大，使风速达不到规定要求，造成局部温度、水分偏高。    在粮食储藏过程中也可利用自动分级有利的一方面。如利用气流分级清理粮食，使用筛子震动去掉重杂质等。    防止自动分级最积极的办法是预先清理粮食。此外，在粮仓上安装一些机械装置，使粮食均匀地向四周散落，减轻自动分级现象。如皮带输送机头部的抛粮机构，在卸粮时扇面不断旋转，借助粮流惯性冲力，将粮食均匀地抛出。也可在入粮口安装锥形散粮器或旋转散粮器。立筒仓采用中心管进粮与中心管卸粮的方式，可以有效减缓粮食分级现象。    三、孔隙度   孔隙度是由粮粒本身结构与粮堆中粮粒间存在空间所造成的。在整个粮堆中，粮粒所占体积百分比叫做密度，孔隙所占的百分比叫做孔隙度。    从宏观上讲，粮堆中的孔隙是粮粒与粮粒之间的空间，这是粮食在储藏中维持正常有氧呼吸，进行水分、热量交换的基础。从微观上讲，构成孔隙的一个容易被忽视的因素是粮粒内部存在的微孔，它虽然在整个孔隙度中占有较少的比例，但它的作用远远复杂于宏观的孔隙。这些微孔是粮食呼吸代谢、吸湿、解吸、吸着、吸收的基础，也和粮食干燥密切相关。利用水银孔隙测定计可测定单位粮食微孔的总体积。    在粮食储藏中，检验定等的主要依据之一是单位体积内某种粮食的重量，即容重。这是和孔隙度密切相关的物理量。容重与孔隙度成反比。几种粮食的比重、容重、孔隙度见表1-6。表1-6  几种粮食的比重、容重、孔隙度粮种比重容重（千克/立方米）孔隙度%小麦1.22-1.35687-78135-45大米1.33-1.36800-82143玉米1.11-1.25675-80735-55大豆1.14-1.23658-76238-43油菜籽1.11-1.38607-83538-40面粉1.30594-60540-60花生仁1.01600-65140-48    粮食的孔隙度和密度都用百分比来表示。可根据粮食的容重和比重来推算：  密度=容重/比重*100%    孔隙度=（1-容重/比重）*100%     或  =（100-密度）    粮食孔隙度的大小受许多因素的影响，粮粒形态、大小、表面状态、含水量、杂质的特征与数量、堆高、储藏条件等都能影响粮堆的孔隙度和密度。粮粒大、完整、表面粗糙的，孔隙度就大；粒小、破碎粒多、表面光滑的，孔隙度就小。含细小杂质多的粮食，可降低粮堆的孔隙度。对于一个粮堆，各部位的孔隙度是不一样的。特别是自动分级明显的部位更为突出。粮堆底层所受压力大，孔隙度较小。此外，粮堆吸湿膨胀后，也会造成孔隙度降低。    粮食的密度与孔隙度在粮食储藏上具有重要的意义。孔隙度的存在，决定了粮堆气体交换的可能性，是粮粒正常生命活动的环境。孔隙中空气的流通，粮堆内湿热易散发，粮食就耐储藏；如果孔隙度小，气体交换不足，当某些部位湿热高时，粮堆内就会湿热郁积不散，易引起发热、霉变。所以粮堆中有一定的孔隙度，对保证粮食安全储藏是必要的。    根据粮堆内部的气体可交换的性质，可人为地利用惰性气体改变粮堆内的气体成分，改变粮堆内粮粒与害虫、霉菌的生活环境，以抑制粮食呼吸及虫霉的活动。气调储藏就是在此基础上发展起来的储粮技术措施之一。自然通风和机械通风，也是促进粮堆内气体的对流，散发粮堆内湿热空气，换进干冷空气，以达到降温降水的目的。进行药剂熏蒸和化学保管时，孔隙度大，药剂就易渗透，杀虫抑菌的效果就好；孔隙度小，毒气渗透困难，有时会影响熏蒸效果。    孔隙度大的粮堆，粮情易受环境条件的影响，粮堆温湿度随外界环境变化快。孔隙度小的粮堆，粮情就不易受外界环境的影响。