Раздел 3. Машины для измельчения зерна

Назначение, область применения и классификация вальцовых станков. Теоретические основы процесса измельчения зерна и продуктов его переработки. Мукомольные вальцы. Общие требования к вальцам. Угол захвата и величина зазора между вальцами. Определение производительности и энергоемкости вальцовых станков. Современные типы вальцовых станков.

Измельчение зерна и промежуточных продуктов. При производстве муки процесс измельчения зерна и промежуточных продуктов является одним из главных, так как в значительной мере влияет на выход и качество готовой продукции, на эффективность и стабильность ра­боты последующего оборудования для сортирования про­дуктов размола. Измельчение зерна — одна из наиболее энергоемких операций. Технологические приемы и машины, применяемые для измельчения, в значительной степени определяют технико-экономические показатели мукомольного завода.

Измельчением называют процесс разрушения твердых тел под действием ударных или ударно-истирающих внешних сил. Различаются два вида измельчения: простое измельчение, при котором все составляющие твердое тело части разрушаются равномерно для полу­чения однородной смеси; избирательное измельчение, при котором твердые те­ла, неоднородные по составу, разрушаются для извлече­ния определенных частиц, входящих в состав данных тел. В этом случае измельчение происходит многократно, с тем чтобы достигнуть более полного извлечения указан­ных частиц.

В мукомольной промышленности при простых помолах зерна пшеницы и ржи, например в обойную муку, исполь­зуют метод простого измельчения, при сложных помолах для получения сортовой муки высокого качества — метод избирательного измельчения. Избирательность измельче­ния связана с необходимостью выделения максимально­го количества эндосперма как наиболее ценной части зерновки.

Основные требования, предъявляемые к процессу из­мельчения при сортовых помолах зерна пшеницы и ржи, сводятся к получению максимального количества проме­жуточных продуктов в виде крупок и дунстов высокого качества, обогащению полученных промежуточных про­дуктов, последующему их измельчению в муку и вымолу оболочек от оставшихся частиц эндосперма. Поэтому процесс измельчения зерна пшеницы при сортовых помолах по своей структуре состоит из трех этапов: крупообразование с вымолом оболочек (драной процесс), обогащение промежуточных продуктов (шлифовочный процесс), тонкое измельчение обогащенных промежуточ­ных продуктов с вымолом оставшихся оболочек (раз­мольный процесс).

Указанные этапы имеют определенное назначение и взаимосвязь в последовательном измельчении зерновых продуктов. Измельчение зерна и зерновых продуктов на мукомольных заводах — основной процесс, наиболее эф­фективно изменяющий физическую и технологическую характеристику продуктов. Рассматривая измельчение зерна как основу технологического процесса на муко­мольном заводе, не следует забывать, что оно органи­чески связано с другими процессами переработки зерна, и в первую очередь с сортированием, без которого не­возможно современное производство сортовой муки. Основной измельчающей машиной в процессе произ­водства муки, определяющей режим работы, производи­тельность и эффективность последующего технологичес­кого и транспортного оборудования, служит вальцовый станок. Дополнительные (вспомогательные) операции измельчения осуществляют в результате ударного воздей­ствия в вымольных машинах, энтолейторах, деташерах.

Технологическая оценка процесса измельчения. Учитывая избирательность процесса измельчения при сортовых помолах зерна пшеницы и ржи, заключающую­ся в стремлении получить максимальный выход наиболее ценной части зерновки — эндосперма, технологическую оценку эффективности процесса измельчения проводят по двум показателям одновременно: количественным и ка­чественным.

К количественным показателям относят общее, или суммарное, извлечение, частное извлечение и коэффици­ент извлечения, характеризующий относительное при­ращение количества измельченного продукта.

Коэффициент извлечения можно определить как по общему, так и по частному извлечению. Количественные показатели процесса измельчения применяют к различным этапам технологического процес­са дифференцированно. Так, показатель общего извле­чения обычно используют при оценке эффективности из­мельчения зерновых продуктов на крупообразующих системах, на которых образуются частицы различной крупности, представляющие измельченный эн­досперм и частично оболочки. На других этапах тех­нологического процесса (шлифовочный и размольный) для оценки процесса измельчения удобно пользоваться показателем частного извлечения, например муки.

К качественным показателям процесса измельчения относятся такие показатели, как зольность различных продуктов измельчения, цвет муки, количество клетчатки в муке и отрубях и количество крахмала в отрубях.

Качественные показатели эффективности процесса из­мельчения, как и количественные, используют также дифференцированно для различных этапов технологичес­кого процесса. Наибольшее применение находит пока­затель зольности различных промежуточных продуктов (крупок, дунстов) и готовой продукции (муки, манной крупы, отрубей). Зольность служит лишь относительным показателем качества зерновых продуктов. За последние годы широкое применение получило определение белизны муки на цветометре, что повысило оперативность в оцен­ке качества муки.

Энергетическая оценка процесса измельчения. Процесс измельчения зерновых продуктов - наиболее энергоемкий среди других технологических процессов мукомольного производства. Энергоемкость процесса из­мельчения учитывают по расходу электроэнергии на про­изводство 1 т муки. Рассматривая зерновые продукты как совокупность твердых тел, при определении энерго­емкости их измельчения принимают следующее упроща­ющее допущение: измельченный продукт является сплошным, однородным и изотропным, т.е. во всех точках и в каждой точке во всех направлениях он имеет одинаковые физико-технологические свойства.

Энергоемкость процесса измельчения зерновых про­дуктов определяют совокупностью таких взаимосвязан­ных элементов, как: а) работа, необходимая для упру­гого и пластического деформироваия частиц, образо­вания и развития в них макро- и микротрещин; б) ра­бота, необходимая для образования новых поверхностей при разрушении частиц в условиях создаваемого в них напряжения, превосходящего предел прочности; в) рабо­та, необходимая для преодоления сопротивлений, обус­ловленных внутрисистемными силами сцепления, взаимно­го трения движущихся частиц, их трения о поверхность рабочего органа; г) работа, обусловленная деформиро­ванием и изнашиванием поверхности рабочего органа при его контакте с частицами; д) работа, обусловлен­ная преобразованием подводимой механической энергии в тепловую, колебательную (энергию вибрации и звука), а также в энергию электростатических зарядов.

Измельчение в вальцовых станках. Основные факторы, влияющие на процесс измельче­ния зерновых продуктов в вальцовых станках, — это структурно-механические и технологические свойства зерна, кинематические и геометрические параметры парноработающих вальцов и нагрузка на машину. Наиболь­шее влияние на эффективность процесса измельчения в вальцовых станках оказывают стекловидность и влаж­ность зерновой массы.

Стекловидность характеризует консистенцию эндо­сперма зерна, его структурно-механические и технологи­ческие свойства, т. е. поведение зерна в процессе измельчения, его количественные, качественные и энерге­тические показатели. Зерно с более высокой стекловидностью обладает повышенной прочностью и требует больших энергетических затрат на измельчение.

Установлено, что с повышением влажности зерна воз­растает его сопротивляемость разрушению, снижается микротвердость и повышается удельный расход электро­энергии. Повышение влажности зерна от 14 до 16,5% снижает выход промежуточных продуктов на крупообразующих системах, качество их улучшается по пока­зателю зольности при одновременном росте удельного расхода электроэнергии на измельчение. Учитывая су­щественное улучшение качества промежуточных продук­тов и муки вследствие меньшей дробимости оболочек, следует стремиться к повышению влажности перераба­тываемого зерна до возможных пределов, что широко используют передовые предприятия мукомольной про­мышленности.

Нагрузка на размалывающую линию вальцовых стан­ков. Этот фактор влияет на эффективность процесса измельчения и производительность измельчителя. На­грузку на вальцовый станок обычно оценивают количеством продукта, приходящегося на 1 см длины разма­лывающей линии данной системы или на 1 см размалы­вающей линии всех систем в единицу времени. Поэтому различают удельные нагрузки на размалывающую линию данной системы или на общую размалывающую линию всех систем.

Изучение влияния удельных нагрузок на вальцовые станки различных систем показало, что с увеличением нагрузки на размалывающую линию снижается выход промежуточных продуктов и муки, ухудшается их каче­ство по зольности.

Измельчение в машинах ударно-истирающего действия. На различных этапах производства муки наряду с основным измельчением и сортированием используют вспомогательные операции в машинах ударно-истираю­щего действия: вымольная машина А1-БВГ, энтолейтор РЗ-БЭР, деташер А1-БДГ, виброцентрофугал РЗ-БЦА. Как правило, такие машины устанавливают после основ­ных машин, они функционально связаны с последующими тех­нологическими операциями.

На заключительном этапе драного процесса выделяют продукты измельчения, которые содержат основное коли­чество оболочек и остатки сросшихся с ними частиц эндосперма. Эта неоднородная смесь получается сходом верхних сит рассевов последних драных систем. Отде­ление частиц эндосперма от оболочек является важной технологической операцией — вымолом, который произ­водится в машине А1-БВГ. В результате этого получают две фракции: сходовую — отруби и проходовую — трудносыпучую смесь, содержащую муку. Эту фракцию под­вергают обработке в виброцентрофугале РЗ-БЦА.

В размольном процессе, где получают основное коли­чество муки (58...60%), применяют двухступенчатое из­мельчение: основное — в вальцовых станках, а допол­нительное — в энтолейторах РЗ-БЭР или деташерах А1-БДГ. Причем энтолейторы применяют для дополни­тельного измельчения продуктов с относительно малым содержанием оболочечных частиц. Поэтому в результате интенсивного измельчения продуктов после 1-й, 2-й и 3-й р. с. в энтолейторах практически не происходит из­менения зольности муки.

На последующих размольных системах наблюдается тенденция агрегатирования, сплющивания частиц более высокой зольности и большей влажности. Для разруше­ния образовавшихся после вальцов так называемых ле­пешек устанавливают деташеры А1-БДГ с более низкой, чем у энтолейторов, окружной скоростью (11 м/с). В этом случае не преследуется цель интенсивного разру­шения частиц, что привело бы к повышению зольности. Рассматриваемые технологические операции измель­чения обеспечивают интенсивное комплексное воздейст­вие на продукты измельчения зерна и в разной степени сочетают ударный, истирающий и сортирующий эффекты. Это достигается при различных параметрах вращения бичевого ротора, установленного в сплошной или перфо­рированной обечайке. Конструктивное исполнение и па­раметры рабочих органов машин соответствуют специфи­ке выполняемых технологических операций.

Основными механико-технологическими параметрами бичевых просеивающих машин служат окружная ско­рость бичевого ротора и размер отверстий сит. Важную роль играют нагрузка, продолжительность обработки, продукта и степень использования ситовой поверхности.

Технологическая эффективность энтолейтора оценивается дополнительным извлечением муки, которое должно быть не менее 15% к извлечению муки, полученной на всей системе. Расход электроэнергии на 1 т муки, извле­ченной в энтолейторе, до 10 кВт-ч.

Эффективность работы деташера состоит в изменении гранулометрического состава продуктов измельчения и соответственно дополнительном извлечении муки (15... 20%).

После обработки в деташерах разрушаются агрегатированные частицы до размеров дунста и муки. Без этой операции крупные агломераты пошли бы сходом с сит рассева, что привело бы к необходимости их повторной обработки в вальцовых станках.

Таким образом, деташеры способствуют снижению обо­рота продукта.

Вымольная машина А1-БВГ предназначе­на для отделения частиц эндосперма от оболочек сходовых фракций драных систем при переработке зерна пше­ницы в сортовую муку. Основными рабочими органами служат вращающийся бичевой ротор и ситовой полу­цилиндр.

Энтолейтор РЗ-БЭР предназначен для до­полнительного измельчения крупок и дунстов после валь­цовых станков с микрошероховатыми вальцами 1-й... 3-й р. с. Основной рабочий орган энтолейтора — бичевой ротор, состоящий из двух плоских горизонтальных дис­ков, соединенных между собой цилиндрическими втул­ками. Ротор установлен в корпусе, выполненном в форме «улитки».

Продукт после измельчения в вальцовом станке по самотечной трубе или пневмотранспортному трубопрово­ду поступает в приемный патрубок энтолейтора и попа­дает через отверстие в верхнем диске ротора в его рабо­чую камеру. Под действием центробежных сил инерции и воздушного потока продукты размола зерна движутся от центра к периферии ротора. Вследствие многократных ударов о втулки и корпус зерновые продукты дополни­тельно измельчаются, а спрессованные комки разруша­ются. Измельченный продукт выводится через выпускной патрубоки поступает в продуктопровод.

Технологический процесс обработки продукта в деташере осуществляется следующим образом. После вальцо­вого станка продукт самотеком или через систему пнев­мотранспорта направляется в приемный патрубок и по-

ступает в рабочую зону. Здесь он подхватывается бичами вращающегося ротора, отбрасывается на стенку корпуса и постепенно перемещается к выводному патрубку. Шесть приваренных к корпусу по всей его длине пластинок обес­печивают торможение продукта, усиливают его разрыхле­ние и дополнительное измельчение.

Контрольные вопросы:

1. От чего зависит производительность вальцовых станков?

2. На что влияет угол захвата и величина зазора между вальцами?

3. Перечислите основные узлы вальцовых станков.

Литература:

15. Бутковский В.А., Мерко А.И., Мельников Е.М. Технологии зерноперерабатывающих производств. – М.: Интеграф сервис, 1999.- 472 с.

16. Демский А.Б. и др. Справочник. Оборудование для производства муки и крупы. – Санкт-Петербург. Профессия, 2000.–604с.

17. Хромеенков В. М. Оборудование хлебопекарного производства. – М.: ИРПО, 2000. – 312с.

18. Драгилев А.И. Технологическое оборудование предприятий конди­терскогопроизводства. – М.: Колос: 1997. – 432 с.

19. Оборудование для производства муки и крупы. Справочник А. Б. Дем­ский, М. А. Борискин, Е. В. Тамаров и др. - М.: Агропромиздат, 1990, – 421с.

20. Бутковский В.А. Технология мукомольного, крупяного и комбикормового производства. – М.: Агропромиздат, 1989.- 464 с.

7. Демский А.Б. Справочник по оборудованию зерноперерабатывающих предприятий. – М.: Колос: 1980.- 383с.