Раздел 4. Машины для сортирования (просеивания и обогащения) продуктов переработки зерна

4.1. Машины для сортирования (просеивания) продуктов переработки зерна. Назначение, принцип действия, область применения и классифика­ция рассевов, влияние различных факторов на эффективность просеива­ния продуктов в рассевах. Элементы теории движения продуктов по ситу рассева. Устройство рассевов пакетного и шкафного типов. Приводной ме­ханизм и конструкция основных узлов. Основные направления интенси­фикации процесса сепарирования зерновых продуктов.

4.2. Машины для сортирования (обогащения) промежуточных продуктов измельчения зерна. Назначение, классификация, устройство ситовеечных машин. Теоретические основы процесса аэромеханического сепарирования крупко-дунстовых продуктов. Основные показатели технологической эффективности ситовеечных машин.

4.3. Машины для отделения частиц эндосперма от оболочек. Назначение, область применения и классификация вымольных ма­шин. Технические параметры.

4.4. Машины для сортирования продуктов шелушения зерна. Назначение, область применения и классификация крупоотделительных машин. Элементы теории процесса сортирования зерна в падди-машинах. Структурный состав, устройство и работа основных эле­ментов падди-машины.

Сортирование продуктов измельчения по крупности. В процессе поэтапного последовательного измельче­ния зерна образуются частицы, различающиеся по разме­рам, форме, плотности, фракционным и аэродинамиче­ским свойствам. Сортирование промежуточных продуктов размола зерна по размерам происходит на ситах рассе­вов. Сита представляют собой плоскую рабочую поверх­ность с отверстиями определенных форм и размеров.

Сита характеризуются следующими параметрами: расстоянием между осями двух соседних нитей, называе­мым шагом; шириной отверстия в свету; диаметром нити; коэффициентом живого сечения, который представляет собой отношение площади всех отверстий сита в свету (так называемое живое сечение) ко всей площади сита и показывает степень полезного использования площади сита.

Чем больше значение коэффициента живого сечения, тем больше севкость сита, т. е. интенсивность просеива­ния продукта через определенную величину площади сита в единицу времени и, следовательно, его производительность.

Металлотканые сита изготавливают из нержавеющей стальной проволоки. Капроновые сита изготавливают из монокапроновых нитей. Однако прочность клеевых соединений нитей недоста­точна, и при натяжении сит на раму ячейки иногда де­формируются. К недостаткам капроновых сит следует от­нести также потерю эластичности нитей под воздействием света, кислорода воздуха и тепла.

Сепарирование продуктов размола зерна в рассеве. Рассевы относят к основному оборудованию размоль­ного отделения мукомольного завода, так как они выпол­няют одну из важнейших технологических операций. По суммарной просеивающей поверхности рассевов опре­деляют производственную мощность предприятия.

Работа рассевов на всех промежуточных стадиях из­мельчения не только влияет на степень использования зерна, но и определяет нагрузку и эффективность работы последующего оборудования. Например, недосев мелких фракций в крупках и дунстах затрудняет установку опти­мального воздушного режима в ситовеечных машинах, а недосев муки в крупках и дунстах, направляемых в размол, приводит к перегрузке вальцового станка и сни­жению качества муки.

На современных мукомольных заводах работают цельнометаллические шкафные рассевы: ЗРШ-4М и РЗ-БРВ — четырехсекционные; ЗРШ-6М и РЗ-БРБ — шестисекционные. В последнее время применяют следую­щие модификации машин: ЗРШ4-4М и ЗРШ6-4М.

Рассевы типа ЗРШ-М имеют принципиальные отличия от рассевов типа РЗ-БРБ по конструкции шкафа, при­вода, ситовым рамам и очистителям, а также по построе­нию технологических схем. Кроме того, в рассевах типа ЗРШ регулируются кинематические параметры. Основной рабочий элемент рассева - ситовой канал. Он образован горизонтальной поверхностью ситовой ткани, двумя продольными стенками и одной поперечной со стороны поступления продукта. Канал совершает равномерное круговое поступательное движение, при кото­ром все его точки описывают в горизонтальных плоско­стях окружности одинакового радиуса.

Рис. Траектория движения частиц на сите рассева

 

В канал непрерывным потоком поступает исходная смесь продуктов измельчения зерна, образуя на сите слой, толщина которого постепенно убывает от приемной стенки к сходовому концу канала. В рабочем режиме проекции траекторий всех частиц смеси на поверхность сита представляют собой петлеобразные кривые, полу­ченные при движении по окружности вдоль канала. Перемещение потока вдоль канала обус­ловлено подпором поступающего продукта.

Установлено, что интенсивность извлечения проходовых частиц существенно зависит от кинематических пара­метров, толщины слоя продукта, его гранулометрической и фрикционной характеристик, состояния сортирующей поверхности.

Наиболее интенсивно процесс самосортирования про­исходит при втором критическом ускорении. С ним свя­зана и производительность рассева. Движение центра масс сыпучего тела начинается при ускорении gf₀ и до­стигает достаточного значения уже при ускорении gт, когда в транспортировании участвует весь слой.

Послойное движение продуктов измельчения зерна обусловливается уменьшением коэффициентов сопротив­ления сдвигу слоев по мере удаления их от сита к верхней свободной поверхности потока. Чем больше коэффициент сопротивления сдвигу слоев, тем больше значения крити­ческого ускорения. Коэффициенты сопротивления сдвигу слоев увеличиваются по мере измельчения продукта.

Процесс сепарирования в ситовом канале состоит из двух одновременно протекающих стадий. В первой мел­кие частицы с большей плотностью опускаются вниз к ситу. Этому процессу способствуют послойное движение и уменьшение общей толщины слоя. Вторая стадия сепарирования (просеивание) начинается после дости­жения проходовыми частицами поверхности сита. Наи­большей интенсивности просеивание достигает при опти­мальном значении скорости частиц нижнего слоя (относительно сита). При дальнейшем увеличении скорости количество проходовых частиц снижается из-за резкого уменьшения вероятности просеивания (частицы не успе­вают просеяться за время движения над отверстием), что не компенсируется увеличением числа частиц, про­шедших над отверстием.

Большое влияние на интенсивность просеивания ока­зывает толщина слоя продукта. Наибольшее количество продукта просеивается при толщине слоя от 14 до 20 мм. При толщине, меньшей, чем оптимальная, частицы ниж­него слоя вследствие ударов о нити сита теряют контакт с ним и вероятность их просеивания уменьшается; уве­личение массы верхних слоев до определенного предела противодействует этому. При толщине сыпучего продук­та, большей, чем оптимальная, снижается интенсивность самосортирования и уменьшается скорость просеивания проходовых частиц из-за повышенного трения о смежные частицы и нити сита, что снижает скорость прохожде­ния их через отверстия.

Для лучшего использования поверхности сита в каж­дом рабочем канале необходимо сочетание условий, обеспечивающих просеивание наибольшего количества проходовых частиц, достигших поверхности сита в ре­зультате самосортирования.

Оптимальную толщину слоя можно установить, изме­няя частоту и радиус колебаний при постоянном значе­нии ускорения: для уменьшения толщины следует умень­шить частоту, соответственно увеличивая радиус колеба­ний, а для увеличения толщины — наоборот.

Таким образом, эффективность работы каждого сита может быть достигнута при вполне определенном сочетании кинематических параметров частоты n и радиуса R, круговых колебаний, зависящих от загрузки сита, от свойств продукта (коэффициентов сопротивления сдви­гу) и относительного содержания проходового компо­нента в исходной смеси.

Падди-машины. Разделение смеси шелушенных и нешелушенных зерен в триерах. Триеры применяют для разделения смеси шелу­шенных и нешелушенных зерен овса, которые имеют значительные различия в длине. Даже в нерассортированном на фракции зерне вариационные кривые длины зерна и ядра практически не перекрывают друг друга.

Разделение шелушенных и нешелушенных зерен в крупоотделительных машинах. В крупоотделительных маши­нах используют различия в комплексе свойств шелушен­ных и нешелушенных зерен. Эти различия обеспечивают возможность самосортирования смеси, при котором шелушенные зерна погружаются в нижние слои смеси, а нешелушенные всплывают в верхние слои.

Рабочий процесс в крупоотделительных машинах состоит из двух операций: расслоение (самосортирова­ние) смеси; разделение расслоившейся смеси на отдель­ные компоненты.

Наиболее распространены падди-машины, кроме того, используют крупоотделители с плоскими ячеистыми по­верхностями, а также с неподвижными наклонными металлическими ситами.

Рабочие органы падди-машины – каналы с гладким днищем и зигзагообразными стенками. Зигзагообразные стенки образуются треугольными приз­мами с перемычками, установленными в определенном порядке. Каналы имеют небольшой уклон в сторону осно­вания призм. Несколько выше середины канала его дни­ще имеет постоянный перегиб с углом 4°.

Продукт поступает в места перегиба. Каналы совер­шают возвратно-поступательное движение в горизонталь­ной плоскости, перпендикулярной их длинной оси. Вследствие такого движения продукт, находящийся в канале, поочередно отбрасывает к правой и левой его стенкам. При ударах о стенки происходит самосортирование и рас­слоение смеси. Нешелушенные зерна, находящиеся в верхних слоях, в результате ударов перемещаются по каналу вверх, выделяясь верхним сходом. Шелушенные же зерна, находящиеся внизу смеси, постепенно сме­щаются вниз и выходят из канала, образуя так называе­мый нижний сход.

Физическая сущность процесса сепарирования в ка­нале падди-машины до настоящего времени окончательно не сформулирована. Существует ряд гипотез, согласно которым разделение смеси происходит вследствие разли­чия компонентов в упругих свойствах, коэффициентах трения и др.

Разделение продуктов в результате различия в упру­гих свойствах предполагает, что нешелушенные зерна как более упругие отбрасываются при ударе выше и попада­ют на вышележащую ступень, передвигаясь вверх; менее упругие шелушенные зерна не отбрасываются на вышестоящую ступень и смещаются вниз вследствие уклона канала.

Разделение смеси в результате различия в коэффи­циентах трения предполагает, что нешелушенные зерна, имеющие меньший коэффициент трения о стенки каналов, при соприкосновении с ними перемещаются вдоль стенок выше, чем шелушенные, и при обратном движении кана­ла оказываются на более высокой ступени противопо­ложной стенки и т. д.

 

Рис. Схемы разделения шелушенных и нешелушенных зерен в ка­нале падди-машины: а – разделение зерна по упругим свойствам; б - разделение по фракционным свойствам

Теория разде­ления смеси в канале падди-машины. Эффективность разделения смеси высока в том слу­чае, когда в силу самосортирования более упругие ча­стицы (ими обычно являются нешелушенные зерна) ока­зываются в верхних слоях смеси, что и наблюдается в реальных условиях.

Физические свойства зерен и их смеси отличаются весьма существенно. Так, изучение ударно-фрикционных свойств отдельных шелушенных и нешелушенных зерен показало, что хотя в среднем они различны, но вариа­ционные кривые этих свойств существенно перекрывают друг друга. Упругие свойства зерен условно представле­ны дальностью полета отраженных от наклонной плоско­сти частиц. В то же время совокупность отдельно шелушенных и отдельно нешелушенных зерен имеет существенные различные свойства.

Представим, что в канал падди-машины подается масса только нешелушенных зерен. При малой частоте колебаний канала все они будут смещаться в сторону нижнего схода. При увеличении частоты колебаний возрастает сила удара и часть продукта начинает пере­мещаться в сторону верхнего схода. При определенной частоте колебаний уже вся масса продукта будет дви­гаться вверх.

Если в канал подавать шелушенные зерна, то движе­ние частиц вверх начнется и закончится при значительно большей частоте колебаний канала, нежели при подаче нешелушенных зерен. Это различие и определяет возмож­ность разделения смеси. Однако одного такого различия недостаточно, важное значение имеет и процесс само­сортирования смеси. Как отмечено выше, для реальной смеси процесс самосортирования всегда направлен таким образом, что более упругие нешелушенные зерна оказы­ваются вверху.

Роль процесса самосортирования может быть проиллюстрирована разделением модельной смеси, состоящей, например, из шелушенных зерен риса и нешелушенных зерен проса. Различие в упругих свойствах этих компо­нентов даже больше, чем у шелушенных и нешелушенных зерен риса. Следовало бы ожидать хорошего разделения смеси. Однако процесс разделения такой смеси весьма неэффективен и неустойчив. Это объясняется тем, что нешелушенные зерна проса, имеющие значительно мень­шие размеры, находятся в нижних слоях смеси.

Критические координаты зависят не только от свойств продуктов, но и от установочных и кинематических пара­метров машины. Регулируемые параметры канала: угол наклона его к горизонту, частота колебаний и амплитуда. Если в верхнем сходе вместе с нешелушенными зернами оказывается много шелушенных, необходимо либо увели­чить угол наклона канала, либо уменьшить частоту или амплитуду колебаний. Наоборот, если в нижнем сходе окажется много нешелушенных зерен, необходимо умень­шить угол наклона канала либо увеличить частоту и амплитуду колебаний.

Падди-машины наиболее эффективны для разделения шелушенных и нешелушенных зерен риса, так как различия в свойствах компонентов смеси наиболее значительны по сравнению с другими культурами. Овсяные продукты сортируют также удовлетворительно, но менее эффек­тивно, чем рисовые.

Наименее эффективно работают падди-машины на продуктах шелушения проса. Различия в упругих свой­ствах компонентов менее значительны, а самосортиро­вание шелушенных и нешелушенных зерен не столь четкое, как у других продуктов.

Достоинство падди-машин — их высокая эффектив­ность (по сравнению с другими машинами), недостатки: большие габариты, относительно невысокая производи­тельность. Для повышения производительности в маши­нах увеличивают число каналов.

Контрольные вопросы:

1. Чем отличаются рассевы пакетного и шахтного типа?

2. От чего зависит технологический эффект ситовеечных машин?

3. Перечислите основные элементы падди-машин.

Литература

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

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

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

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

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

6. 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.