糧油儲(chǔ)藏學(xué)-物理特性.ppt

第一章糧食的物理特性,儲(chǔ)糧基礎(chǔ)知識(shí),糧食特性：通常是指糧食在儲(chǔ)存、運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程中所表現(xiàn)出的各種物理的及生理的屬性。如糧食的流散特性（散落性和自動(dòng)分級(jí)）、導(dǎo)熱性、糧食的吸附性、糧食呼吸作用等。這些特性與儲(chǔ)糧的穩(wěn)定性密切相關(guān)。物理特性：流散性、熱特性、吸附性等。糧食特性生理特性：呼吸、休眠、后熟等。,第一節(jié)糧粒與糧堆的構(gòu)成,一、糧粒的構(gòu)成1.原糧與成品糧2.糧粒中的胚3.脂肪對(duì)儲(chǔ)糧的影響,二、糧堆的構(gòu)成糧食顆粒堆積而成的群體叫做糧堆。1.糧粒（60%）2.雜質(zhì)（有機(jī)雜質(zhì)、無(wú)機(jī)雜質(zhì)）3.一定數(shù)量和種類的糧食微生物4.昆蟲(chóng)和螨類5.糧粒間的空氣(40%)。糧堆是糧食儲(chǔ)藏的主要研究對(duì)象。糧堆的形式主要有散裝糧堆、包裝糧堆、圍包散裝等。,第二節(jié)糧食的流散特性,一、散落性糧食是一種散粒體，糧食在自由下落時(shí)流動(dòng)形成一個(gè)圓錐體的性質(zhì)稱為糧食的散落性。1.靜止角（）糧食散落性的好壞通常用靜止角表示。靜止角是指圓錐體的斜面與底面水平線的夾角()。,G-糧粒的重力，N-糧粒對(duì)斜面的壓力-靜止角P-糧粒沿斜面的下滑力，F(xiàn)-糧粒受到的摩擦力P=GsinN=GcosF=fN=fGcos當(dāng)糧粒處在斜面上時(shí):F=P即fGcos=Gsinf=tg即為糧堆的內(nèi)摩擦角。,靜止角與散落性成反比，即靜止角小散落性好靜止角大，散落性差。幾種糧食的靜止角見(jiàn)表1。,表1幾種糧食的靜止角糧種靜止角變動(dòng)范圍糧種靜止角變動(dòng)范圍小麥233815糙米27281大麥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（）,糧粒在不同材料的板面上開(kāi)始滑動(dòng)時(shí)的最小傾角稱自流角（）。,三種麥類的自流角,3.影響散落性的因素,（1）糧食的形狀大小和表面狀況（2）糧食的含水量（3）糧食的雜質(zhì)含量表2：大豆水分與雜質(zhì)對(duì)靜止角的影響糧種水分（%）靜止角雜質(zhì)%靜止角大11.223.33.025.0豆17.725.41.023.8,4.散落性與糧食儲(chǔ)藏的關(guān)系,（1）利用糧食的散落性進(jìn)行清理。（2）確定自流設(shè)備的傾角，一般比自流角大510（3）散落性與糧食的安全性（4）散落性與倉(cāng)墻的側(cè)壓力P=1/2Vh2tg2(45-/2)P-每米寬倉(cāng)墻的側(cè)壓力，kg/mV-糧食的容重，kg/m3h-糧堆高度，m-糧食的靜止角。,1.自動(dòng)分級(jí)的概念糧堆中糧粒的大小、飽滿程度、破碎是不同的，雜質(zhì)的大小和輕重也不一樣，糧堆是非均質(zhì)的。因此糧食在流動(dòng)、震動(dòng)、散落、出入庫(kù)時(shí)，不同類型的糧粒和雜質(zhì)所受到的重力、浮力和摩擦力就不同，因此同類型、同質(zhì)量的糧粒和雜質(zhì)會(huì)自動(dòng)聚集在糧堆的某一部位，引起糧堆組成成分的重新分布，這種現(xiàn)象稱為糧食的自動(dòng)分級(jí)。,二、糧食的自動(dòng)分級(jí),表3：小麥自然形成糧堆時(shí)的分級(jí)情況品質(zhì)指標(biāo)圓錐體頂部圓錐體底部容重（Kg/m3）707667絕對(duì)重量16.315.2破碎粒（%）1.842.20較輕雜質(zhì)（%）0.512.14雜草種子（%）0.321.01砂石雜質(zhì)0.130.49癟粒（%）0.090.47,2.自動(dòng)分級(jí)的類型,（1）重力分級(jí)主要是由于物料所受到的重力不同而產(chǎn)生的分級(jí)現(xiàn)象，糧食在長(zhǎng)途散裝運(yùn)輸或振動(dòng)、篩理等過(guò)程中易發(fā)生重力分級(jí)。重力分級(jí)結(jié)果,（2）浮力分級(jí)物料在空氣中下落時(shí)所受到的浮力不同而產(chǎn)生的分級(jí)類型，在糧食入倉(cāng)下落時(shí)，易產(chǎn)生浮力分級(jí)。V1V2G2G1P1=V1P2=V2P1P2使物料下落的力:F2F1,（3）氣流分級(jí),物料在下降過(guò)程中受到某一方向氣流的影響易發(fā)生氣流分級(jí)，如：散糧露天做囤、揚(yáng)場(chǎng)、風(fēng)車清理等均發(fā)生氣流分級(jí)。氣流分級(jí)在下風(fēng)口集中了輕浮的物料。,3.糧倉(cāng)中的自動(dòng)分級(jí),（1）自然形成糧堆時(shí)：基底雜質(zhì)區(qū)（2）房式倉(cāng)人工入倉(cāng)：不明顯機(jī)械化入倉(cāng)：a.移動(dòng)式：帶狀雜質(zhì)區(qū)b.固定式：窩狀雜質(zhì)區(qū)（3）筒倉(cāng)淺圓倉(cāng)入糧：空心圓柱狀雜質(zhì)區(qū)（4）露天囤：弧形雜質(zhì)區(qū),4.自動(dòng)分級(jí)與糧食儲(chǔ)藏的關(guān)系,(1)雜質(zhì)區(qū)穩(wěn)定性差(2)雜質(zhì)區(qū)熏蒸殺蟲(chóng)、通風(fēng)效果差(3)取樣時(shí)代表性下降(4)可利用自動(dòng)分級(jí)進(jìn)行糧食的清理,5.自動(dòng)分級(jí)的預(yù)防(1)入倉(cāng)前徹底清理(2)入倉(cāng)時(shí)安裝散糧器,1.概念孔隙度：指糧堆中糧粒間空氣體積占糧堆體積的百分比。糧堆體積=糧粒體積糧粒間空氣體積=糧堆體積密度+孔隙度孔隙度（1糧堆密度）100（1容重/比重）100,三、糧堆的孔隙度及密度,表4：幾種糧食的比重、容重、孔隙度糧種比重容重（Kg/m3）孔隙度（%）稻谷1.04-1.18511-586.550-65大米1.33-1.36800-82143小麥1.22-1.35678-78135-45玉米1.11-1.25675-80735-55大麥0.96-1.11503-61045-55面粉1.3594-60540-60,2.影響孔隙度的因素,（1）糧食的形狀大小和表面狀況（2）糧食的含水量（3）糧食的雜質(zhì)含量（4）儲(chǔ)藏期限與糧質(zhì)（5）糧堆的不同部位,3.孔隙度與糧食儲(chǔ)藏的關(guān)系,（1）孔隙度是維持糧粒正常生命活動(dòng)的生態(tài)條件。（2）孔隙度為熏蒸殺蟲(chóng)、機(jī)械通風(fēng)、氣調(diào)儲(chǔ)藏提供了必要的條件。（3）孔隙度與糧堆的散濕散熱速度有關(guān)（4）孔隙度小的糧食節(jié)約倉(cāng)容。,糧堆的熱特性通常指其導(dǎo)熱性及導(dǎo)溫性。一、糧食的導(dǎo)熱性糧食的導(dǎo)熱性是指糧堆傳遞熱量的能力。傳熱學(xué)表明；糧食中進(jìn)行的熱傳導(dǎo)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的物理過(guò)程，即有導(dǎo)熱，又有對(duì)流和輻射，三種傳熱方式總是相互伴隨而存在，其中以導(dǎo)熱和對(duì)流傳熱為主。糧堆的導(dǎo)熱性在糧堆傳遞熱過(guò)程中占主導(dǎo)作用，通常糧食的導(dǎo)熱性用糧堆的導(dǎo)熱系數(shù)來(lái)說(shuō)明。,第三節(jié)糧食的熱特性,根據(jù)傳熱學(xué)中的付立葉定律可知，物體傳熱量與溫度梯度、傳熱面積和傳熱時(shí)間成正比，與物體的厚度成反比，可表示為：（W/m.K），加修正系數(shù)后為：（W/m.K），即導(dǎo)熱系數(shù),糧堆的導(dǎo)熱系數(shù)是指1米厚的糧層在上層和底層的溫度相差1時(shí)，在單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)1平方米的糧堆表面面積的熱量。用符號(hào)表示，其單位是W/m.K。具有一定的導(dǎo)熱性是糧堆進(jìn)行通風(fēng)降溫、干燥去水的條件之一。導(dǎo)熱系數(shù)一般由實(shí)驗(yàn)測(cè)出。糧堆值很小，約在0.1170.234W/m.K之間。如小麥水分在20%時(shí),導(dǎo)熱系數(shù)為0.232，水分10%時(shí)導(dǎo)熱系數(shù)為0.107。這表明，糧堆的導(dǎo)熱系數(shù)與糧食的含水量呈正比關(guān)系。糧食水分越高，糧食的導(dǎo)熱能力越大。另外，單粒糧食的導(dǎo)熱系數(shù)比糧堆的導(dǎo)熱系數(shù)高45倍。這是因?yàn)榭諝獾膶?dǎo)熱系數(shù)較?。?.0234W/m.K），糧堆中空氣的存在導(dǎo)致糧堆的導(dǎo)熱系數(shù)下降。,顯然，低的導(dǎo)熱系數(shù)決定了糧堆是熱的不良導(dǎo)體。糧堆對(duì)熱的傳入、傳出都很緩慢。糧食的這一性質(zhì)，對(duì)糧食的儲(chǔ)藏有有利的一面，也有不利的一面。當(dāng)糧堆局部發(fā)熱時(shí)，由于糧堆難以導(dǎo)熱，接近發(fā)熱層處的糧食溫升比發(fā)熱層中心慢得多。據(jù)測(cè)定，在距離發(fā)熱中心1.5米和2米處，分別要經(jīng)過(guò)10和20晝夜才有明顯的溫升；距離2.5米，要經(jīng)過(guò)30晝夜；距離3米處，30晝夜仍察覺(jué)不到溫升。因此在檢查糧情時(shí)要合理布點(diǎn)，以盡早發(fā)現(xiàn)局部發(fā)熱。,二、糧食的導(dǎo)溫性,物體在傳遞熱的同時(shí)，本身也會(huì)吸收部分熱量而溫度升高。糧食也不例外，它不僅傳熱，而且也吸熱升溫。糧食的導(dǎo)溫性是指糧堆傳遞熱量時(shí)所吸收的熱量及自身溫度升高的性能.研究指出：同樣重量的物體吸收同樣的熱量，其升溫的幅度是不同的。為了準(zhǔn)確地表示物體這種性質(zhì)，人們定義了量和導(dǎo)溫系數(shù)的概念。導(dǎo)溫系數(shù)表示為：,式中：a導(dǎo)溫系數(shù)，米2/小時(shí)；C糧食的比熱，KJ/Kg.K；糧食的容重，千克/米3；導(dǎo)熱系數(shù)，W/m.K。,糧食的導(dǎo)溫系數(shù)是個(gè)綜合系數(shù)，包括了糧食的導(dǎo)熱系數(shù)及熱容量。它表示了糧食的熱慣性。即受到同樣的熱量，糧食溫度升高的快慢程度。a大表明糧食易被冷卻干燥，a小表明不易干燥和冷卻。通常糧堆的a值約為6.1510-4-68.510-4米2/小時(shí)。數(shù)值較小，說(shuō)明糧食不易升溫和冷卻。糧堆的導(dǎo)熱性和導(dǎo)溫性均很差，是熱的不良導(dǎo)體，表現(xiàn)為糧堆傳熱和升溫都很困難，并且糧溫的變化幅度及變化速度總是小于外溫，這就決定了溫差的存在。C和的乘積為體積熱容量，表明物體儲(chǔ)熱能力的大小。如果糧食的值一定，C的值越大，則a值越小。也就是糧食的儲(chǔ)熱能力大，不易加熱升溫，也不易冷卻。,應(yīng)該看到：當(dāng)給定糧堆后，就隨之確定。因此，糧食的導(dǎo)溫系數(shù)主要取決于糧食的熱容量，即比熱。比熱大，a值就減少；比熱小，a值增大。糧食的比熱指的是1千克糧食升高1K時(shí)所需的熱量。糧食熱容量的大小，取決于糧食的化學(xué)成分或各種成分的比例。如干淀粉的熱容量為1.55KJ/Kg.K，纖維的熱容量為1.34KJ/Kg.K，脂肪熱容量為2.05KJ/Kg.K谷類糧食干物質(zhì)的熱容量為1.55KJ/Kg.K。糧食的熱容量是干物質(zhì)與水分熱容量之和，而同種糧食的熱容量因水分含量不同而有差別。因此，糧食的導(dǎo)溫系數(shù)是糧食熱容量的函數(shù)，糧食的熱容量又是水分的函數(shù)。,糧食的熱容量通常用下式計(jì)算：式中：C熱容量，KJ/Kg.K；Cg糧食干物質(zhì)比熱,KJ/Kg.K；Cs水的比熱,KJ/Kg.K；4.1868KJ/Kg.K糧食樣品含水量,%。糧食熱容量與水分含量密切相關(guān)，糧食含水量愈高其熱容量愈大。此外，糧食溫度在零度以下時(shí)，它的熱容量與溫度無(wú)關(guān)；糧食溫度在零度以上時(shí)，則糧食熱容量隨著溫度升高而增大。,三、糧食的導(dǎo)熱性與糧食儲(chǔ)藏的關(guān)系,1.糧食的不良導(dǎo)熱性提供了糧食溫控儲(chǔ)藏的可能性。2.糧堆中如果有熱源,易造成熱量的聚積。3.處理發(fā)熱糧必將造成人力物力及能量的消耗。4.糧食的不良導(dǎo)熱性造成了糧堆內(nèi)、外的溫差的存在，這極易導(dǎo)致糧堆濕熱擴(kuò)散和濕熱循環(huán)，使儲(chǔ)糧結(jié)露變質(zhì)，如不及時(shí)處理還會(huì)造成損失。,一、吸附的概念和類型1.吸附廣義：物質(zhì)在相的界面上濃度自動(dòng)所發(fā)生變化的現(xiàn)象。狹義：氣體分子濃集和滯留在固體表面的特性。2.類型（1）物理吸附：a.可發(fā)生在任何氣體和固體表面之間；b.依靠的是分子間的力；c.吸附速度和解吸速度均較高，解吸容易；d.吸附量隨溫度的升高而下降；f.越易液化的氣體越易被吸附。（2）化學(xué)吸附：a.吸附劑與被吸附的分子之間形成化學(xué)鍵；b.依靠的是化學(xué)鍵力；c.吸附速度和解吸速度均較低，解吸困難；d.吸附量隨溫度的升高而升高；f.只能發(fā)生單分子層吸附,第四節(jié)糧食的吸附特性,二、吸濕性,1.吸濕性：糧食吸附和解吸水蒸汽的性能稱為吸濕性。2.吸濕的原因a.糧粒中的毛細(xì)管：糧粒中的毛細(xì)管是一個(gè)巨大的有效吸附表面，是水分存在的部位，據(jù)報(bào)道1kg糧食毛細(xì)管內(nèi)表面面積可達(dá)200250m2。b.糧食的親水性：碳水化合物和蛋白質(zhì)是糧食的主要成分，其分子中含有的大量的親水極性基團(tuán)，可與H2O形成氫鍵，具有很高的親水性。如：OH,COOH,O,NH2NH,CONH2，C=O等均可以不同的形式和H2O形成氫鍵。,3.吸濕的過(guò)程a.糧粒表面吸著b.毛細(xì)管吸收c.毛細(xì)管凝結(jié)4.水分在糧食中的存在形式a.結(jié)合水b.吸附水c.自由水。,a,b1,b2,C,三、影響糧食吸附性的因素,1.溫度物理吸附：隨溫度的升高吸附量下降，化學(xué)吸附隨溫度的升高吸附量升高。2.氣體濃度3.氣體性質(zhì),花生吸附CO2的量,秈米對(duì)CO2的吸附量,4.糧種,5.糧粒部位,當(dāng)糧粒表面的水蒸氣壓力PnPN時(shí)，糧食解吸放水，W%下降；當(dāng)糧粒表面的水蒸氣壓力PnPN時(shí)，糧食吸附水，W%升高；在一定的溫度和空氣相對(duì)濕度條件下，糧食吸附水分與解吸水分的速度相等，這時(shí)表現(xiàn)為糧食的含水量不變，此時(shí)所含的水分，叫做糧食的“平衡水分”，相對(duì)濕度稱平衡相對(duì)濕度。,四、糧食的平衡水分,稻谷平衡水分（%）,大米平衡水分（%）,小麥平衡水分（%）,玉米平衡水分（%）,大豆平衡水分（%）,五、糧食的吸濕等溫線,不同糧種、不同溫度、不同相對(duì)濕度時(shí)的平衡水分是不同的。在一定的溫度下，對(duì)某一糧種其平衡水分是隨環(huán)境濕度的變化而變化，即此時(shí)糧食的含水量是環(huán)境濕度的函數(shù)，此時(shí)的函數(shù)關(guān)系式稱吸附方程，表示這種函數(shù)關(guān)系的曲線稱作吸濕等溫線。糧食的吸附等溫線有兩種：1.單分子吸附等溫線吸附方程為,式中：V-溫度恒定時(shí)，水汽壓為P時(shí)糧食吸收水汽的體積；Vm-為單分子層全部覆蓋糧食吸附表面時(shí)能吸收水汽的體積；P-水蒸汽分壓；K-常數(shù)糧食對(duì)CO2的吸附屬單分子吸附。,2.多分子層吸附等溫線吸附方程,式中：V-溫度恒定時(shí)，水汽壓為P時(shí)糧食吸收水汽的體積；Vm-為單分子層全部覆蓋糧食吸附表面時(shí)能吸收水汽的體積；P-水蒸汽分壓；P0-水的飽和蒸氣壓；C-吸附常數(shù)。糧食吸附水分屬于多分子層吸附。,o,OA段：化學(xué)吸附，水分值約為56%AB段：物理吸附，水分值可達(dá)812%BC段：毛細(xì)管凝結(jié)水，水分值可達(dá)30%以上,C,六、吸附滯后現(xiàn)象,1.定義一種糧食的吸附與解吸等溫線不一定相同，即在某種特定的相對(duì)濕度和溫度下，吸附平衡水分值與解吸平衡水分值存在著差別，也可以說(shuō)解吸時(shí)的含水量高于吸附時(shí)的含水量。解吸等溫線滯后于吸附等溫線，這種現(xiàn)象稱為吸附滯后現(xiàn)象玉米在吸附與解吸時(shí)的水分差異(%、濕基),2.吸濕滯后現(xiàn)象產(chǎn)生的原因,1在吸附時(shí)水分子直接從空氣中吸引到膠粒表面(或吸附層表面)沒(méi)有其它干擾因素，而在解吸時(shí)，則水分子不僅要脫出膠粒表面，還要脫離周圍吸附分子的吸引，由于解吸熱與吸附熱不相等，從而形成了滯后曲線。2糧粒毛細(xì)管中的空氣妨礙吸濕的進(jìn)行。3在吸著過(guò)程中，水分子最初是以單分子層被束縛于糧粒細(xì)胞的表面，等到更多的水分加到糧粒內(nèi)，水分子凝結(jié)在第一層上而成為多分子層，當(dāng)橫貫于細(xì)胞壁的水分含量梯度增到擴(kuò)散力大于表面上水分子的束縛力時(shí)，水分子就進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)；當(dāng)解吸時(shí)，細(xì)胞內(nèi)水分子維持不動(dòng)，