Wpływ odmiany pszenyta na wybrane właciwoci fizyczne rozdrobnionego ziarna. Streszczenie:

Transkrypt

1 Małgorzata Warechowska 1), Józef Warechowski 2), Danuta Domska 1) 1) Katedra Ergonomii i Technologii Surowców Naturalnych; 2) Katedra Inynierii i Aparatury Procesowej Uniwersytet Warmisko-Mazurski w Olsztynie Wpływ odmiany pszenyta na wybrane właciwoci fizyczne rozdrobnionego ziarna Streszczenie: Zbadano wpływ odmiany pszenyta na wybrane cechy fizyczne ruty uzyskanej z tego ziarna. Badano kt nasypu, skład granulometryczny, gstoci nasypowe i zdolno płynicia uzyskanych rut. W wyniku przeprowadzonych bada stwierdzono, e gsto nasypowa luna ruty zaley od odmiany ziarna z którego j uzyskano. redni wymiar czstek ruty pszenyta ani warto kta nasypu nie pozwalaj na jednoznaczn identyfikacj odmiany z której j uzyskano. Charakterystyka zdolnoci płynicia badanych rut na podstawie współczynnika Hausnera i stałej czasowej ( T ) prowadzi do rozbienych wniosków. Sytuacja ta moe by spowodowana odmienn natur (ze wzgldu na zdolno płynicia) badanych materiałów w stanie konsolidacji oraz lunym. Wymaga to jednak weryfikacji dowiadczalnej. Słowa kluczowe: pszenyto, odmiana, właciwoci fizyczne, skład granulometryczny, kt nasypu, gsto nasypowa, zdolno płynicia Oznaczenia d redni wymiar ziarna orodka, mm s odchylenie standardowe, T stała czasowa wysypu z bbna NIRO, s WH współczynnik Hausnera, - kt nasypu, deg ρ gsto nasypowa, kg m -3 Wprowadzenie Dynamiczny rozwój hodowli pszenyta wpłynł na powstanie wielu nowych odmian i wprowadzenie ich do uprawy, a co za tym idzie wprowadzenie ich do produkcji ywnoci i pasz. Stwarza to konieczno prowadzenia bada nad przydatnoci przetwórcz ziarna tego gatunku zboa. Wie si to z wyznaczeniem właciwoci fizycznych i chemicznych zarówno ziarna, jak i produktów powstałych w wyniku jego przemiału. Znajomo właciwoci fizycznych surowców jest niezbdna do ustalenia parametrów procesu technologicznego, warunków składowania surowców i ich transportu [Jenike 1970; Horabik 2001]. Do najwaniejszych właciwoci materiałów sypkich zalicza si: wilgotno, skład granulometryczny, gstoci (w stanie zsypnym i utrzsionym), kt nasypu. Właciwoci te wykazuj powizania ze zdolnoci płynicia, czyli sypkoci materiałów rozdrobnionych [Peleg, Hollenbach 1984]. Cecha ta ma istotne znaczenie w kontekcie procesów pakowania, przesypywania i mieszania materiałów 353

2 ziarnistych. Wielkoci charakteryzujc materiały ziarniste ze wzgldu na zdolno płynicia jest te współczynnik Hausnera (WH). Charakteryzuje on zagszczenie zachodzce samoistnie podczas transportu (np. na skutek wstrzsów) w warunkach, gdy materiał ziarnisty nie jest poddawany celowemu zagszczaniu. Według niektórych badaczy [Svarovsky 1987; Buczek, Geldart 1989] jest on miar właciwoci kohezyjnych materiałów rozdrobnionych. Cel i zakres pracy Celem pracy było zbadanie wpływu odmiany pszenyta na wybrane cechy fizyczne rozdrobnionego ziarna pszenyta. Metodyka Materiał do bada stanowiło ziarno omiu odmian pszenyta: siedem odmian ozimych (Krakowiak, Hewo, Pawo, Janko, Tornado, Sekundo i Kazo) oraz jedna odmiana jara (Kargo). Pszenyto pochodziło z Hodowli Rolin w Strzelcach i Szelejewie ze zbiorów w 2002 roku. Zakres bada obejmował pomiary wilgotnoci ziarna i wybranych właciwoci fizycznych rozdrobnionego ziarna poddanego rozdrabnianiu na laboratoryjnym młynku typu WZ-1 w powtarzalnych warunkach (wilgotno ziarna 11%, czas rozdrabniania 9s). Zbadano skład granulometryczny produktu przemiału metod analizy sitowej. Podczas pomiarów stosowano sita o oczkach wielkoci: 71, 90, 125, 180, 250, 355, 710, 1000 i 1600 m oraz wstrzsark labolatoryjn Analysette 22 firmy FRITSCH. Na podstawie otrzymanych wyników obliczono redni wymiar czstek (d 3 ). Oznaczono kt nasypu (α ) oraz gstoci nasypowe lun (ρ l) i utrzsion (ρ u - po 100 krotnym wstrzniciu cylindrem pomiarowym z badanym materiałem) [Svarovsky 1987, Westergaard 2004]. Wybór podanej wyej liczby wstrzsów cylindra miarowego podyktowany był metodyk pomiaru zdolnoci płynicia. Zdolno płynicia wyznaczano metod dynamiczn z wykorzystaniem bbna NIRO (o objtoci 750 cm 3 - rys. 1), w którym umieszczano badany materiał ziarnisty o masie stanowicej 1/30 jego objtoci (na podstawie ρ u ). Dynamik wysypu obliczono na podstawie pomiaru mas materiału ziarnistego opuszczajcego bben pomiarowy w 10-cio sekundowych przedziałach czasu, obracajcy si z prdkoci 30 s -1. Wyraano j jako stał czasow pierwszego rzdu ( T ) równania opisujcego dynamik wysypu materiału ziarnistego z bbna pomiarowego [Zander i in. 1997]. Warechowski [2000] podaje wartoci krytyczne tego parametru, pozwalajce przyporzdkowa badany materiał ziarnisty do okrelonej klasy (tab. 1). 354

3 a 1 2 b 3 4 Rys. 1. Stanowisko pomiarowe do pomiaru zdolnoci płynicia materiałów ziarnistych, 1 silnik z przekładni, 2 - bben pomiarowy, 3 podstawa, 4 tace papierowe; a - stanowisko pomiarowe, b - bben NIRO (L=88mm, φ110) [Westergaard 2004] Fig. 1. Measuring stand for the measurement of the flowability of grain materials, 1 motoreductor, 2 measuring drum, 3 frame, 4 carton tray; a measuring position, b - drum NIRO (L=88mm, 110) [Westergaard 2004] Tabela 1. Klasyfikacja materiałów ziarnistych na podstawie stałej czasowej wysypu z bbna NIRO [Warechowski 2000] Table 1. Classification of grain materials on the basis of the timeconstant for pouring out from the drum NIRO [Warechowski 2000] Stała czasowa wysypu, s T < 7 Klasyfikacja materiału ziarnistego Swobodnie płyncy 7 < T < 21 Łatwo płyncy 21 < T Trudno płyncy* * nie płyncy, jeeli podczas pomiaru materiał próbki zakleja szczeliny w pobocznicy bbna Obliczano te wartoci współczynnika Hausnera (WH) jako iloraz wartoci gstoci nasypowej utrzsionej przez lun [Svarovsky 1987]. Wskazuje on skłonno materiału ziarnistego do samozagszczania pod wpływem oddziaływa wystpujcych w czasie transportu i przetwarzania, jak równie powizany jest ze zdolnoci płynicia [Svarovsky 1987]. Wszystkie pomiary wykonano w co najmniej trzech powtórzeniach, a analizy statystyczne prowadzono na poziomie istotnoci 0,

4 Wyniki bada i ich analiza Wikszo produktów rozdrabniania charakteryzowała si podobnym rednim wymiarem czstek - ok. 0,5 mm. Wyjtek stanowi odmiana Kazo, której redni wymiar czstek wynosił 0,754 mm (tab. 2). Warto gstoci nasypowej lunej badanych materiałów mieciła si w przedziale kg m -3, przy czym maksymaln wielko tego parametru uzyskała odmiana Sekundo, natomiast minimaln odmiana Krakowiak (tab. 2). Przeprowadzone badania gstoci nasypowej lunej wykazały, e rozdrobnione ziarno pszenyta odmian Krakowiak, Kargo, Janko i Hewo wyróniały si ρ l < 600 kg m -3, co kwalifikuje je jako materiały lekkie [Horabik 2001]. Z kolei odmiany Tornado, Pawo, Kazo i Sekundo odznaczały si ρ l > 600 kg m -3. Nale one wic do grupy materiałów rednio gstych. Analiza statystyczna gstoci nasypowych (testem Tukeya) wykazała, e róniły si one istotnie w zalenoci od odmiany. Tabela 2. Wybrane cechy fizyczne rozdrobnionych ziaren pszenyta. Table 2. Selected physical properties of ground grains of hybrid wheat Odmiana Cecha Kt nasypu redni wymiar czstki Gsto nasypowa Współczynnik Hausnera Zdolno płynicia α s d 3 s ρ l s WH s T s [ deg ] [ mm ] [ kg m -3 ] [ - ] [ s ] Krakowiak 53,7 0,11 0,529 0, ,8 0,02 1,348 0,131 35,8 0,07 Tornado 51,3 0,06 0,555 0, ,2 0,07 1,259 0,054 33,8 0,04 Kargo 51,0 0,13 0,503 0, ,5 0,14 1,234 0,070 22,0 0,19 Janko 51,1 0,14 0,528 0, ,9 0,04 1,235 0,025 27,0 0,12 Hewo 51,8 0,10 0,498 0, ,0 0,15 1,273 0,082 25,6 0,06 Pawo 51,6 0,08 0,496 0, ,4 0,14 1,224 0,105 25,7 0,14 Kazo 52,5 0,11 0,754 0, ,7 0,10 1,251 0,114 31,5 0,10 Sekundo 51,3 0,16 0,510 0, ,8 0,07 1,071 0,048 31,5 0,09 ruty uzyskane z ziarna pszenyta odmian Kargo, Janko, Pawo i Sekundo charakteryzował WH < 1,25, co zgodnie z klasyfikacj Hausnera [Svarovsky 1987] pozwala zaliczy je do grupy materiałów sypkich swobodnie płyncych. Z kolei produkty pochodzce z ziarna pszenyta odmian Krakowiak, Tornado, Hewo i Kazo charakteryzował WH > 1,25 (tab. 2) co pozwala sklasyfikowa je jako semikohezyjne. Istotne rónice WH stwierdzono tylko w odniesieniu do odmian Sekundo i Tornado. Cech charakteryzujc zdolno płynicia materiałów sypkich nie poddanych kompresji jest stała czasowa ( T ) funkcji charakteryzujcej 356

5 dynamik wysypu materiału ziarnistego z wolno obracajcego si bbna [Zander i in. 1997]. Wszystkie badane proszki charakteryzowały si wysokimi wartociami stałych czasowych wysypu. Zawierały si one w przedziale od 22,0 s (odmiana Kargo) do 35,8 s (odmiana Krakowiak). Wartoci te pozwoliły zakwalifikowa badane produkty do grupy proszków trudno płyncych. Na warto T istotnie wpływała odmiana ziarna. Jedynie w przypadku odmian Hewo i Pawo, oraz Kazo i Sekundo nie stwierdzono istotnych rónic wartoci tego parametru. Due wartoci kta nasypu wszystkich badanych materiałów, znacznie przekraczajce 40 (tab. 2), wiadcz o silnych oddziaływaniach kohezyjnych czstek badanych produktów rozdrabniania [Wouters, Geldart 1996; Svarovsky 1987]. Wnioski W wyniku przeprowadzonych bada stwierdzono, e odmiana ziarna pszenyta ma istotny wpływ na niektóre właciwoci fizyczne rozdrobnionego ziarna. Gsto nasypowa luna ruty zaley od odmiany ziarna pszenyta z którego j otrzymano. Zarówno redni wymiar czstek ruty, jak i warto kta nasypu nie pozwala na jednoznaczn identyfikacj odmiany pszenyta z którego j uzyskano. Charakterystyka zdolnoci płynicia badanych rut na podstawie współczynnika Hausnera i stałej czasowej ( T ) prowadzi do rozbienych wniosków. Sytuacja ta moe by spowodowana odmiennym zachowaniem badanych materiałów, ze wzgldu na zdolno płynicia, w stanie konsolidacji oraz lunym, co naley zweryfikowa dowiadczalnie. Bibliografia Buczek B, Geldart D. 1989: Wpływ drobnych czstek na własciwoci warstwy fluidalnej, Inynieria Chemiczna i Procesowa, 2: str , Horabik J. 2001: Charakterystyka właciwoci fizycznych rolinnych materiałów sypkich istotnych w procesach składowania, Acta Agrophysica, 54, Instytut Agrofizyki im. Bohdana Dobrzaskiego PAN w Lublinie, Jenike A.W. 1970: Storage and flow of solids, Bulletin of the University of Utah 53 (1964) 26; Bulletin Nr 123 of the Utah Engineering Station, wyd. 6, Peleg M., Hollenbach A. M. 1984: Flow conditioners and anticacking agents, Food Technology, 38: str , Svarovsky L. 1987: Powder Testing Guide. Methods of Measuring the Physical Properties of Bulk Powders, Elsevier Appl. Sc. Publ. Ltd., England, 357

6 Warechowski J. 2000: Wpływ warunków aglomeracji na fizyczne i uytkowe właciwoci proszków spoywczych, Katedra Inynierii i Aparatury Procesowej UWM Olsztyn (Praca Doktorska), Westergaard V. 2004: Technologia mleka w proszku. Odparowanie i suszenie rozpyłowe, Niro A/S 5 wyd., Kopenhaga, Dania, Wouters I., Geldart D. 1996: Characterising semi-cohesive powders using angle of repose, Particle and Particle Systems Characterisation, 13 (4), str , Zander Z., Zander L., Warechowski J. 1997: Zmodyfikowana metoda pomiaru zdolnoci płynicia proszków spoywczych, V Ogólnop. Konf. Przepł. Wielofazowych, PG, Gdask, tom 2, str , Influence of hybrid wheat modification on selected physical properties of ground grain Summary: An influence of a hybrid-wheat modification on selected physical properties of ground grain obtained from this grain was investigated. An angle of embankment, granulometric content, bulk densities, and flowability of ground grain obtained were tested. It was found from the investigations that the bulk density of ground grain depends on the grain modification, which was used for testing. The average size of ground-grain particles obtained from hybrid wheat and the value of an embankment angle are not able to identify unambiguously the modification from which it was obtained. The flowablity characteristics of the ground grains being tested obtained on the basis of Hausner coefficient and the time-constant (T) lead to divergent conclusions. This situation may follow from the different nature (respecting the flowability) of the test material at consolidate or bulk state. However, it should be verified experimentally. Keywords: hybrid wheat, modification, physical properties, granulometric content, embankment angle, bulk density, flowability 358