粮油储藏学-物理特性.ppt

第一章粮食的物理特性,储粮基础知识,粮食特性：通常是指粮食在储存、运输等过程中所表现出的各种物理的及生理的属性。如粮食的流散特性（散落性和自动分级）、导热性、粮食的吸附性、粮食呼吸作用等。这些特性与储粮的稳定性密切相关。物理特性：流散性、热特性、吸附性等。粮食特性生理特性：呼吸、休眠、后熟等。,第一节粮粒与粮堆的构成,一、粮粒的构成1.原粮与成品粮2.粮粒中的胚3.脂肪对储粮的影响,二、粮堆的构成粮食颗粒堆积而成的群体叫做粮堆。1.粮粒（60%）2.杂质（有机杂质、无机杂质）3.一定数量和种类的粮食微生物4.昆虫和螨类5.粮粒间的空气(40%)。粮堆是粮食储藏的主要研究对象。粮堆的形式主要有散装粮堆、包装粮堆、围包散装等。,第二节粮食的流散特性,一、散落性粮食是一种散粒体，粮食在自由下落时流动形成一个圆锥体的性质称为粮食的散落性。1.静止角（）粮食散落性的好坏通常用静止角表示。静止角是指圆锥体的斜面与底面水平线的夹角()。,G-粮粒的重力，N-粮粒对斜面的压力-静止角P-粮粒沿斜面的下滑力，F-粮粒受到的摩擦力P=GsinN=GcosF=fN=fGcos当粮粒处在斜面上时:F=P即fGcos=Gsinf=tg即为粮堆的内摩擦角。,静止角与散落性成反比，即静止角小散落性好静止角大，散落性差。几种粮食的静止角见表1。,表1几种粮食的静止角粮种静止角变动范围粮种静止角变动范围小麦233815糙米27281大麦284517大豆24328玉米304010黍20255稻谷37458芝麻24308大米233310油菜籽20277,2.自流角（）,粮粒在不同材料的板面上开始滑动时的最小倾角称自流角（）。,三种麦类的自流角,3.影响散落性的因素,（1）粮食的形状大小和表面状况（2）粮食的含水量（3）粮食的杂质含量表2：大豆水分与杂质对静止角的影响粮种水分（%）静止角杂质%静止角大11.223.33.025.0豆17.725.41.023.8,4.散落性与粮食储藏的关系,（1）利用粮食的散落性进行清理。（2）确定自流设备的倾角，一般比自流角大510（3）散落性与粮食的安全性（4）散落性与仓墙的侧压力P=1/2Vh2tg2(45-/2)P-每米宽仓墙的侧压力，kg/mV-粮食的容重，kg/m3h-粮堆高度，m-粮食的静止角。,1.自动分级的概念粮堆中粮粒的大小、饱满程度、破碎是不同的，杂质的大小和轻重也不一样，粮堆是非均质的。因此粮食在流动、震动、散落、出入库时，不同类型的粮粒和杂质所受到的重力、浮力和摩擦力就不同，因此同类型、同质量的粮粒和杂质会自动聚集在粮堆的某一部位，引起粮堆组成成分的重新分布，这种现象称为粮食的自动分级。,二、粮食的自动分级,表3：小麦自然形成粮堆时的分级情况品质指标圆锥体顶部圆锥体底部容重（Kg/m3）707667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（%）0.090.47,2.自动分级的类型,（1）重力分级主要是由于物料所受到的重力不同而产生的分级现象，粮食在长途散装运输或振动、筛理等过程中易发生重力分级。重力分级结果,（2）浮力分级物料在空气中下落时所受到的浮力不同而产生的分级类型，在粮食入仓下落时，易产生浮力分级。V1V2G2G1P1=V1P2=V2P1P2使物料下落的力:F2F1,（3）气流分级,物料在下降过程中受到某一方向气流的影响易发生气流分级，如：散粮露天做囤、扬场、风车清理等均发生气流分级。气流分级在下风口集中了轻浮的物料。,3.粮仓中的自动分级,（1）自然形成粮堆时：基底杂质区（2）房式仓人工入仓：不明显机械化入仓：a.移动式：带状杂质区b.固定式：窝状杂质区（3）筒仓浅圆仓入粮：空心圆柱状杂质区（4）露天囤：弧形杂质区,4.自动分级与粮食储藏的关系,(1)杂质区稳定性差(2)杂质区熏蒸杀虫、通风效果差(3)取样时代表性下降(4)可利用自动分级进行粮食的清理,5.自动分级的预防(1)入仓前彻底清理(2)入仓时安装散粮器,1.概念孔隙度：指粮堆中粮粒间空气体积占粮堆体积的百分比。粮堆体积=粮粒体积粮粒间空气体积=粮堆体积密度+孔隙度孔隙度（1粮堆密度）100（1容重/比重）100,三、粮堆的孔隙度及密度,表4：几种粮食的比重、容重、孔隙度粮种比重容重（Kg/m3）孔隙度（%）稻谷1.04-1.18511-586.550-65大米1.33-1.36800-82143小麦1.22-1.35678-78135-45玉米1.11-1.25675-80735-55大麦0.96-1.11503-61045-55面粉1.3594-60540-60,2.影响孔隙度的因素,（1）粮食的形状大小和表面状况（2）粮食的含水量（3）粮食的杂质含量（4）储藏期限与粮质（5）粮堆的不同部位,3.孔隙度与粮食储藏的关系,（1）孔隙度是维持粮粒正常生命活动的生态条件。（2）孔隙度为熏蒸杀虫、机械通风、气调储藏提供了必要的条件。（3）孔隙度与粮堆的散湿散热速度有关（4）孔隙度小的粮食节约仓容。,粮堆的热特性通常指其导热性及导温性。一、粮食的导热性粮食的导热性是指粮堆传递热量的能力。传热学表明；粮食中进行的热传导是一个相当复杂的物理过程，即有导热，又有对流和辐射，三种传热方式总是相互伴随而存在，其中以导热和对流传热为主。粮堆的导热性在粮堆传递热过程中占主导作用，通常粮食的导热性用粮堆的导热系数来说明。,第三节粮食的热特性,根据传热学中的付立叶定律可知，物体传热量与温度梯度、传热面积和传热时间成正比，与物体的厚度成反比，可表示为：（W/m.K），加修正系数后为：（W/m.K），即导热系数,粮堆的导热系数是指1米厚的粮层在上层和底层的温度相差1时，在单位时间内通过1平方米的粮堆表面面积的热量。用符号表示，其单位是W/m.K。具有一定的导热性是粮堆进行通风降温、干燥去水的条件之一。导热系数一般由实验测出。粮堆值很小，约在0.1170.234W/m.K之间。如小麦水分在20%时,导热系数为0.232，水分10%时导热系数为0.107。这表明，粮堆的导热系数与粮食的含水量呈正比关系。粮食水分越高，粮食的导热能力越大。另外，单粒粮食的导热系数比粮堆的导热系数高45倍。这是因为空气的导热系数较小（为0.0234W/m.K），粮堆中空气的存在导致粮堆的导热系数下降。,显然，低的导热系数决定了粮堆是热的不良导体。粮堆对热的传入、传出都很缓慢。粮食的这一性质，对粮食的储藏有有利的一面，也有不利的一面。当粮堆局部发热时，由于粮堆难以导热，接近发热层处的粮食温升比发热层中心慢得多。据测定，在距离发热中心1.5米和2米处，分别要经过10和20昼夜才有明显的温升；距离2.5米，要经过30昼夜；距离3米处，30昼夜仍察觉不到温升。因此在检查粮情时要合理布点，以尽早发现局部发热。,二、粮食的导温性,物体在传递热的同时，本身也会吸收部分热量而温度升高。粮食也不例外，它不仅传热，而且也吸热升温。粮食的导温性是指粮堆传递热量时所吸收的热量及自身温度升高的性能.研究指出：同样重量的物体吸收同样的热量，其升温的幅度是不同的。为了准确地表示物体这种性质，人们定义了量和导温系数的概念。导温系数表示为：,式中：a导温系数，米2/小时；C粮食的比热，KJ/Kg.K；粮食的容重，千克/米3；导热系数，W/m.K。,粮食的导温系数是个综合系数，包括了粮食的导热系数及热容量。它表示了粮食的热惯性。即受到同样的热量，粮食温度升高的快慢程度。a大表明粮食易被冷却干燥，a小表明不易干燥和冷却。通常粮堆的a值约为6.1510-4-68.510-4米2/小时。数值较小，说明粮食不易升温和冷却。粮堆的导热性和导温性均很差，是热的不良导体，表现为粮堆传热和升温都很困难，并且粮温的变化幅度及变化速度总是小于外温，这就决定了温差的存在。C和的乘积为体积热容量，表明物体储热能力的大小。如果粮食的值一定，C的值越大，则a值越小。也就是粮食的储热能力大，不易加热升温，也不易冷却。,应该看到：当给定粮堆后，就随之确定。因此，粮食的导温系数主要取决于粮食的热容量，即比热。比热大，a值就减少；比热小，a值增大。粮食的比热指的是1千克粮食升高1K时所需的热量。粮食热容量的大小，取决于粮食的化学成分或各种成分的比例。如干淀粉的热容量为1.55KJ/Kg.K，纤维的热容量为1.34KJ/Kg.K，脂肪热容量为2.05KJ/Kg.K谷类粮食干物质的热容量为1.55KJ/Kg.K。粮食的热容量是干物质与水分热容量之和，而同种粮食的热容量因水分含量不同而有差别。因此，粮食的导温系数是粮食热容量的函数，粮食的热容量又是水分的函数。,粮食的热容量通常用下式计算：式中：C热容量，KJ/Kg.K；Cg粮食干物质比热,KJ/Kg.K；Cs水的比热,KJ/Kg.K；4.1868KJ/Kg.K粮食样品含水量,%。粮食热容量与水分含量密切相关，粮食含水量愈高其热容量愈大。此外，粮食温度在零度以下时，它的热容量与温度无关；粮食温度在零度以上时，则粮食热容量随着温度升高而增大。,三、粮食的导热性与粮食储藏的关系,1.粮食的不良导热性提供了粮食温控储藏的可能性。2.粮堆中如果有热源,易造成热量的聚积。3.处理发热粮必将造成人力物力及能量的消耗。4.粮食的不良导热性造成了粮堆内、外的温差的存在，这极易导致粮堆湿热扩散和湿热循环，使储粮结露变质，如不及时处理还会造成损失。,一、吸附的概念和类型1.吸附广义：物质在相的界面上浓度自动所发生变化的现象。狭义：气体分子浓集和滞留在固体表面的特性。2.类型（1）物理吸附：a.可发生在任何气体和固体表面之间；b.依靠的是分子间的力；c.吸附速度和解吸速度均较高，解吸容易；d.吸附量随温度的升高而下降；f.越易液化的气体越易被吸附。（2）化学吸附：a.吸附剂与被吸附的分子之间形成化学键；b.依靠的是化学键力；c.吸附速度和解吸速度均较低，解吸困难；d.吸附量随温度的升高而升高；f.只能发生单分子层吸附,第四节粮食的吸附特性,二、吸湿性,1.吸湿性：粮食吸附和解吸水蒸汽的性能称为吸湿性。2.吸湿的原因a.粮粒中的毛细管：粮粒中的毛细管是一个巨大的有效吸附表面，是水分存在的部位，据报道1kg粮食毛细管内表面面积可达200250m2。b.粮食的亲水性：碳水化合物和蛋白质是粮食的主要成分，其分子中含有的大量的亲水极性基团，可与H2O形成氢键，具有很高的亲水性。如：OH,COOH,O,NH2NH,CONH2，C=O等均可以不同的形式和H2O形成氢键。,3.吸湿的过程a.粮粒表面吸着b.毛细管吸收c.毛细管凝结4.水分在粮食中的存在形式a.结合水b.吸附水c.自由水。,a,b1,b2,C,三、影响粮食吸附性的因素,1.温度物理吸附：随温度的升高吸附量下降，化学吸附随温度的升高吸附量升高。2.气体浓度3.气体性质,花生吸附CO2的量,籼米对CO2的吸附量,4.粮种,5.粮粒部位,当粮粒表面的水蒸气压力PnPN时，粮食解吸放水，W%下降；当粮粒表面的水蒸气压力PnPN时，粮食吸附水，W%升高；在一定的温度和空气相对湿度条件下，粮食吸附水分与解吸水分的速度相等，这时表现为粮食的含水量不变，此时所含的水分，叫做粮食的“平衡水分”，相对湿度称平衡相对湿度。,四、粮食的平衡水分,稻谷平衡水分（%）,大米平衡水分（%）,小麦平衡水分（%）,玉米平衡水分（%）,大豆平衡水分（%）,五、粮食的吸湿等温线,不同粮种、不同温度、不同相对湿度时的平衡水分是不同的。在一定的温度下，对某一粮种其平衡水分是随环境湿度的变化而变化，即此时粮食的含水量是环境湿度的函数，此时的函数关系式称吸附方程，表示这种函数关系的曲线称作吸湿等温线。粮食的吸附等温线有两种：1.单分子吸附等温线吸附方程为,式中：V-温度恒定时，水汽压为P时粮食吸收水汽的体积；Vm-为单分子层全部覆盖粮食吸附表面时能吸收水汽的体积；P-水蒸汽分压；K-常数粮食对CO2的吸附属单分子吸附。,2.多分子层吸附等温线吸附方程,式中：V-温度恒定时，水汽压为P时粮食吸收水汽的体积；Vm-为单分子层全部覆盖粮食吸附表面时能吸收水汽的体积；P-水蒸汽分压；P0-水的饱和蒸气压；C-吸附常数。粮食吸附水分属于多分子层吸附。,o,OA段：化学吸附，水分值约为56%AB段：物理吸附，水分值可达812%BC段：毛细管凝结水，水分值可达30%以上,C,六、吸附滞后现象,1.定义一种粮食的吸附与解吸等温线不一定相同，即在某种特定的相对湿度和温度下，吸附平衡水分值与解吸平衡水分值存在着差别，也可以说解吸时的含水量高于吸附时的含水量。解吸等温线滞后于吸附等温线，这种现象称为吸附滞后现象玉米在吸附与解吸时的水分差异(%、湿基),2.吸湿滞后现象产生的原因,1在吸附时水分子直接从空气中吸引到胶粒表面(或吸附层表面)没有其它干扰因素，而在解吸时，则水分子不仅要脱出胶粒表面，还要脱离周围吸附分子的吸引，由于解吸热与吸附热不相等，从而形成了滞后曲线。2粮粒毛细管中的空气妨碍吸湿的进行。3在吸着过程中，水分子最初是以单分子层被束缚于粮粒细胞的表面，等到更多的水分加到粮粒内，水分子凝结在第一层上而成为多分子层，当横贯于细胞壁的水分含量梯度增到扩散力大于表面上水分子的束缚力时，水分子就进入细胞内；当解吸时，细胞内水分子维持不动，