Самосортирование — явление отрицательное, так как при этом в зерновой массе образуются участки, неоднородные, по физиологической активности, скважистости и т. д. Скопление легких при­месей и пыли создает больше предпосылок к возникновению про­цесса самосогревания.

Скважистость.

В зерновой массе имеются межзерновые пространства — скважины, заполненные воздухом. Скважины составляют значительную часть объема зерновой насыпи и оказывают существенное влия­ние на другие ее физические свойства и происходящие в ней физио­логические процессы.

Так, воздух, циркулирующий по скважинам, конвекцией спо­собствует передаче тепла и перемещению паров воды. Значитель­ная газопроницаемость зерновых масс позволяет использовать это свойство для продувания их воздухом (при активном вентилиро­вании) или вводить в них пары различных химических веществ для обеззараживания (дезинсекции). Запас воздуха, а следовательно, и кислорода создает в зерновой массе на какой-то период (иногда очень длительный) нормальный газообмен для ее живых компонентов.

Величина скважистости зерновой массы зависит в основном от факторов, влияющих на натуру зерна. Так, с увеличением влаж­ности уменьшается сыпучесть, а, следовательно, и плотность укладки. Крупные примеси обычно увеличивают скважистость, мелкие легко размещаются в межзерновых пространствах и уменьшают ее. Зер­новые массы, содержащие крупные и мелкие зерна, обладают мень­шей скважистостью. Выравненные зерна, а также шероховатые или со сморщенной поверхностью укладываются менее плотно.

В связи с самосортированием скважистость в различных участ­ках зерновой массы может быть неодинаковой, что приводит к не­равномерному распределению воздуха в отдельных ее участках. При большой высоте насыпи зерновых масс происходит их уплот­нение и скважистость уменьшается. Зная объем, занимаемый зер­новой массой, и ее скважистость, легко установить объем находя­щегося в скважинах воздуха. Это количество воздуха при актив­ном вентилировании принимается за один обмен. Скважистость (S) определяют по формуле:

где W — общий объем зерновоз массы; v — истинный объем твердых частиц зер­новой массы.

Сорбционные свойства.

Зерно и семена всех культур и зерно­вые массы в целом являются хорошими сорбентами. Они способны поглощать из окружающей среды пары различных веществ и газы. При известных условиях наблюдается обратный процесс — выде­ление (десорбция) этих веществ в окружающую среду.

В зерновых массах наблюдаются такие сорбционные явления, как адсорбция, абсорбция, капиллярная конденсация и хемосорбция. Их значительная способность к сорбции объясняется двумя причинами: капиллярно - пористой коллоидной структурой зерна или семени и скважистостью зерновой массы.

Исследование структуры зерна и семян различных культур показало, что между их клетками и тканями имеются макро- имикрокапилляры и поры. Диаметр макропор равен 10-3—10-4 см, а микропор — 10-7 см. Стенки макро- и микрокапилляров во внут­ренних слоях зерна являются активной поверхностью, участвую­щей в процессах сорбции молекул паров и газов. Кроме того, по системе макро- и микрокапилляров перемещаются ожиженные пары.

Принято, что активная поверхность зерна пшеницы и ржи превышает его истинную примерно в 20 раз.

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: 1) 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; 2) увлажнение зерна вследствие поглощения (сорбции) влаги из окружающего воздуха; этот процесс происходит, если парциальное давление водяных паров у поверхности зерна меньше парциального давления водяных паров в воздухе.

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, соответствующая этому состоянию, называется рав­новесной. Как показали исследования, для достижения полного равно­весия требуется стационарный режим в течение довольно длитель­ного времени (9 суток, а иногда и намного больше).

При длительном хранении зерновых масс с повышенной влаж­ностью в условиях низкой относительной влажности воздуха про­исходит постепенное снижение их влажности. Наоборот, сухая зерновая масса при хранении в складе с воздухом, более насыщен­ным водяными парами, увлажняется, и ее масса увеличивается. Подобные изменения носят и сезонный характер, так как насыщен­ность воздуха влагой в разные месяцы различна.

Равновесная влажность зерна и семян зависит также от температуры воздуха: с понижением ее величина равновесной влаж­ности возрастает. При снижении температуры с 30°до 0 °С равно­весная влажность увеличивается на 1,4 %.

Нужно также иметь в виду, что равновесная влажность отдель­ных зерен или семян в зерновой массе неодинакова вследствие раз­личия их размеров, выполненности и т. д. Даже отдельные анато­мические части зерновки или семени характеризуются неодинако­вой влажностью.

Процессы сорбции и десорбции протекают в зерновой массе и в связи с различной исходной влажностью входящих в нее ком­понентов. Это особенно заметно в свежеубранной зерновой массе, где зерна основной культуры и семена сорных растений резко различны по влажности. Имеются многочисленные данные, пока­зывающие быстрое перераспределение влаги между основным зер­ном и сорняками.

При изучении равновесной влажности зерна было обнаружено и явление сорбционного гистерезиса. У зерна и продуктов его переработки изотерма десорбции в системе коорди­нат располагается выше, чем изотерма сорбции. Поэтому равновес­ная влажность зерна, характеризуемая изотермой сорбции, будет всегда меньше, чем характеризуемая изотермой десорбции, при одной и той же относительной влажности воздуха. Наибольшее расхождение между изотермами сорбции и десорбции наблюдается на участке с относительной влажностью воздуха от 20 до 80 %

Разница в равновесной влаж­ности по изотермам достигает в среднем 1,2—1,3 %.

Рисунок 4.1. Изотермы сорбции и десорбции зерна пшеницы.

Теплофизические характеристики.

Представление о них необ­ходимо для понятия явлений теплообмена, происходящих в зерно­вой массе, которые необходимо учитывать при хранении, сушке и активном вентилировании.

Теплоемкость. Удельная теплоемкость абсолютно сухого веще­ства зерна примерно 1,51—1,55 кДж/(кг °С). С увеличением влаж­ности зерна возрастает и его удельная теплоемкость. Так, при влаж­ности зерна пшеницы 20 % его удельная теплоемкость равна 2,22 кДж/(кг °С). Теплоемкость учитывают при тепловой сушке зерна, так как расход тепла зависит от исходной влажности зерна.