Технологические процессы производства крупы
1. Калибрование зерна перед шелушением. Разделение на фракции, т. е. калибрование зерна, имеет несколько целей: для близких по размерам зерен можно более точно подобрать рабочий зазор в шелушильных машинах, что повысит эффективность шелушения; в отдельных случаях обеспечивается разделение смеси шелушенных и нешелушеных зерен после шелушения; из калиброванного зерна можно более тщательно выделить примеси. Для калибрования зерна используют крупосортировки и рассевы; достоинство крупосортировок — высокая точность калибрования, а недостаток — малая производительность. Рассевы А1-БРУ имеют четыре технологические схемы: для калибрования зерна применяют чаще всего рассевы с 1-й и 2-й технологическими схемами. Достоинства рассевов заключаются в их высокой производительности, возможности регулирования кинематических параметров (эксцентриситета и частоты колебаний), что повышает эффективность сортирования. При переработке овса в крупу можно калибровать зерна по длине в триерах для последующего разделения смеси шелушенных и нешелушеных зерен. Шелушение зерна. Шелушение зерна представляет собой операцию отделения наружных пленок от зерна. Существует ряд способов шелушения, которые зависят от строения зерна, прочности связей оболочек и ядра, прочности ядра, а также ассортимента вырабатываемой продукции, т. е. получают ли крупу из целого ядра или дробленого. При шелушении стремятся получить как можно больше шелушенных зерен, при малой дробимости ядра. Существуют три способа воздействия рабочих органов на зерно, в результате которого происходит разрушение и удаление оболочек. Способы шелушения зерна: шелушение сжатием и сдвигом; шелушение многократным и однократным ударом, шелушение путем интенсивного истирания оболочек Первый способ воздействия заключается в сжатии зерна и сдвиге расколотых оболочек. Такое воздействие осуществляется между двумя достаточно жесткими рабочими поверхностями, расстояние между которыми меньше размеров зерна, что обеспечивает его сжатие. Относительное движение рабочих поверхностей, из которых одна неподвижна, а другая подвижна или обе движутся, но с разными скоростями, приводит к сдвигу оболочек и освобождению ядра. Такой способ эффективен лишь для зерна, у которого оболочки не срослись с ядром, а именно: для риса, проса, овса и гречихи. Основные машины, в которых использован этот способ, — это шелушильный постав, вальцедековый станок и шелушитель с обрезиненными вальцами. Второй способ шелушения заключается в отделении пленок посредством однократного или многократных ударов зерновок о твердую поверхность. Этот способ шелушения наиболее применим для зерна, у которого пленки не срослись с ядром, а само ядро достаточно пластично и не разрушается при ударе (например, зерно овса). Зерно с хрупким ядром (у гречихи, риса) не может шелушиться таким способом, так как ядро при ударе дробится. Но если из зерна с относительно хрупким ядром получают дробленую крупу (перловую, ячневую и т.п.), то такое зерно можно шелушить многократными ударами, если даже пленки плотно срослись с ядром, например у ячменя, пшеницы и т. д. Следовательно, способ шелушения однократным ударом можно применять для зерна овса, а основная машина для этого — центробежный шелушитель. Многократный удар наиболее приемлем для шелушения овса, ячменя, пшеницы и кукурузы, а основные машины для шелушения — обоечные или бичевые. Третий способ шелушения — постепенное истирание (соскабливание) оболочек в результате трения зерна о движущиеся шероховатые поверхности. Такой способ используют для шелушения зерна, у которого пленки плотно срослись с ядром, а именно: зерно ячменя, пшеницы, гороха и кукурузы. Основная машина для шелушения — шелушильно-шлифовальная машина А1-ЗШН-3. Шелушение зерна сжатием и сдвигом. Шелушильный постав применяют в основном для шелушения овса или риса. Рабочие органы машины — два диска 0 1000 или 1250 мм с вертикальной осью. Нижний диск вращается на вертикальном валу, верхний диск неподвижен. Зерно через центральное отверстие в верхнем диске поступает на нижний диск, под действием центробежной силы перемещается к периферии и проходит через рабочую зону между дисками. Расстояние между дисками несколько меньше размеров зерна, поэтому зерно сжимается, оболочки раскалываются, в результате вращения нижнего диска происходит сдвиг оболочек, освобождающих ядро. Окружная скорость диска 14... 18 м/с. Эффективность шелушения зерна регулируют, изменяя расстояние между дисками. Рабочая поверхность дисков должна быть острошероховатой, выполнена из абразивного материала, обычно корунда или электрокорунда с зернистостью 125 и 100 для первой системы и 100 и 80 для системы повторного шелушения. Зернистость абразивного материала определяется номером металлотканого сита, через которое просеян этот материал.
Рис. Схема шелушильного постава: 1 – верхний неподвижный диск; 2 -- нижний подвижной диск; 3 – питающее устройство; 4– выходной патрубок; 5 – приводной вал; 6 – электродвигатель; 7- механизм изменения зазора; 8 –привод Вальцедековый станок применяют для шелушения гречихи и проса. Его рабочими органами служат вращающийся валок и неподвижная вогнутая поверхность, охватывающая валок, — дека. Шелушение зерна происходит в рабочей зоне между валком и декой. Принципиальных различий в конструкции вальцедековых станков, предназначенных для шелушения гречихи и проса, нет. Однако есть ряд особенностей рабочих органов машины, вызванных, прежде всего, разной формой, строением и структурно-механическими свойствами зерна гречихи и проса. Дли шелушения гречихи, применяют вальцедековый станок, рабочие органы которого — валок и деку – изготавливают из абразивного материала. Так как гречиха имеет трехгранное зерно, то рабочая зона вертикально расположена, т. е. дека находится сбоку от валка. Поверхность валка и деки очерчивается одинаковым радиусом, что достигается притиркой деки к валку. Рис. Схема расположения рабочих органов вальцедекового станка для шелушения гречихи (а) и проса (б): 1 — валок; 2 — дека; в — схема двухдековых вальцедековых станков Когда дека отодвигается от валка, чтобы образовался необходимый зазор, последний по длине имеет разную ширину: в центре большую, по краям меньшую. Такую форму рабочего зазора называют серповидной. Серповидная форма рабочего зазора сокращает зону шелушения (шелушение зерна осуществляется в основном в начале и конце рабочего зазора, что снижает дробимость ядра). Вальцедековые станки для проса имеют несколько иные рабочие органы: валок покрывают абразивным материалом, поверхность деки набирается из резинотканевых пластин. Эластичная поверхность деки может деформироваться, что позволяет шелушить зерно разной крупности, не разделяя его на фракции. Деку можно устанавливать как сбоку, так и против нижней четверти валка. Форма рабочего зазора также иная — клиновидная, т. е. зазор сужается от приема к выходу. С целью повышения эффективности шелушения проса применяют двухдековые вальцедековые станки. Шелушитель с обрезиненными валками А1-ЗРД-3 используют для шелушения риса. Его рабочими органами служат два валка, покрытых резиной. Валки вращаются навстречу друг другу с отношением скоростей 1,45:1. Скорость быстровращающегося валка 9,5 м/с. Зерно поступает в рабочую зону между валками, сжимается, и вследствие разности скоростей рабочих поверхностей происходит сдвиг оболочек и освобождение ядра. Достоинство шелушителей состоит в высокой производительности и эффективности шелушения. Однако при эксплуатации этих шелушителей быстро изнашивается резина. Через каждые 3...5 суток следует менять резиновое покрытие, что приводит к удорожанию себестоимости продукции. Конструкция привода валков достаточно сложна. Быстровращающийся валок приводится в движение от электродвигателя через клиноременную передачу, медленновращающийся — через редуктор. Один вал редуктора соединен с быстровращающийся валком при помощи втулочно-пальцевой муфты, а другой — с тихоходным валком посредством карданной передачи, позволяющей перемещать валки относительно друг друга при изнашивании резины. Рис. Шелушитель с обрезиненными валками: 1 — питающее устройство; 2 — механизм привала и отвала валков и регулирования рабочего зазора; 3, 4 — верхний и нижний валки; 5 — выход продукта; 6 — электродвигатель; 7 — воздушные каналы для отвеивания лузги
Непосредственно через зубчатую передачу приводить тихоходный валок нельзя, так как изнашивание резины каждого валка уменьшает его диаметр до 180 мм (т. е. межосевое расстояние сокращается на 20 мм). Такой привод не очень удобен в эксплуатации. Для более удобной замены гильз с резиновым покрытием оси валков состоят из двух полуосей. Это также не обеспечивает необходимой жесткости валка. Кроме того, при изнашивании резины требуется постоянное регулирование рабочего зазора. Шелушение зерна многократным и однократным ударом в бичевых машинах. Бичевые (обоечные) машины применяют для шелушения зерна овса, ячменя, пшеницы и кукурузы. Конструкция обоечных машин принципиально не отличается от конструкции машин, применяемых для обработки поверхности зерна. Они различаются установочными и кинематическими параметрами. Окружная скорость бичей для шелушения ячменя и овса достигает 20...22 м/с и более. Рабочую поверхность обоечных машин выполняют обычно из абразивного материала, для шелушения овса иногда набирают из профильных уголков или круглых стержней. Эффективность шелушения зерна в машинах зависит от расстояния между кромкой бичей и рабочей поверхностью; угла наклона бичей, определяющего время нахождения зерна в машине; влажности зерна и т. д. Достоинства бичевых машин: простота, высокая производительность, сравнительно низкий расход электроэнергии; в них можно шелушить зерно с повышенной влажностью (до 13...14 %). Поэтому бичевые машины применяют при первичном шелушении зерна. Недостатки машин: выход значительного количества дробленого ядра, практическая невозможность регулирования эффективности машины. Шелушение зерна однократным ударом в центробежных шелушителях. Наиболее эффективной машиной для шелушения зерна, у которого пленки не срослись с ядром, а ядро нехрупкое, являются центробежные шелушители. Шелушение в этих машинах осуществляется в результате удара зерна, разгоняемого в роторе с радиальными каналами центробежной силой, об отражательное кольцо (деку). В нашей стране сконструированы два типа шелушителей: А1-ДШЦ-1 и А1-ДШЦ-2. Шелушитель А1-ДШЦ-2 имеет ротор с лопастями, образующими каналы для разгона продуктов, и отражательное кольцо. Машина А1-ДШЦ-1 отличается наличием трех последовательно расположенных роторов с отражательными кольцами. Трехкратное шелушение зерна позволяет снизить скорость вращения роторов, что уменьшает изнашивание каналов. Однако в этих машинах не предусмотрено плавное изменение скорости вращения ротора для регулирования - эффективности шелушения зерна. Скорость удара зерна об отражательное кольцо, при которой происходит его шелушение, зависит от влажности зерна, его подготовки, а также сортовых особенностей и составляет 40...50 м/с.
Рис. Схема центробежного шелушителя А1-ДШЦ-2: 1 - станина; 2- нижний роликоподшипник; 3 - вертикальный вал ротора; 4 - верхний подшипник; 5 - обечайка; 6, 10 — отражательные кольца; 7 — кольцевая щель; Я- распределительная крыльчатка; 9- ротор; 11— корпус; 12 — электродвигатель; 13 клиновые ремни привода Основные направления совершенствования таких шелушителей заключаются в определении рациональных размеров и формы ротора, повышении износостойкости рабочих органов, применении надежных вариаторов для регулирования скорости вращения ротора. Некоторые зарубежные модели представляют собой комбинации шелушителя и аспиратора для отделения лузги, причем роль вентилятора выполняет ротор шелушителя. Шелушение зерна постепенным снятием оболочек в результате их интенсивного истирания. Основная машина для шелушения зерна — А1-ЗШН. Она предназначена не только для шелушения зерна, но и для шлифования крупы. Рабочие органы шелушильно-шлифовальной машины А1-ЗШН-3 — вращающийся вертикальный вал с шестью-семью абразивными дисками. Вал с дисками окружен цилиндрической ситовой обечайкой (перфорированным цилиндром), которая, в свою очередь, заключена в цилиндрический же корпус.
Исходное зерно через приемный патрубок поступает в рабочую зону между дисками и ситовой обечайкой, где в результате трения о вращающиеся абразивные диски и обечайку, а также взаимного трения зерен отделяются постепенно наружные пленки. При трении также выделяется значительное количество тепла: для охлаждения продукта и рабочих органов машины и для отделения пленок и мучки рабочая зона продувается воздушным потоком. Воздух проходит через пустотелый вал с отверстиями, расположенными между дисками, и через сито и полость между ситом и корпусом вместе с мучкой и мелкой лузгой выводится из машины. Скорость перемещения зерна в рабочей зоне, а следовательно, и длительность его обработки можно регулировать с помощью клапана, размещенного в выпускном устройстве. Воздушный поток в машине обеспечивается либо вентилятором, расположенным на главном валу машины, либо присоединением воздушного патрубка в корпусе машины к центральной аспирационной сети. Достоинства этих машин: хорошее качество шелушения продукта, сравнительно низкий выход дробленого ядра. Недостатки: высокий расход электроэнергии, быстрое изнашивание рабочих органов, особенно перфорированных обечаек. Повышение износостойкости рабочих органов, снижение энергоемкости процесса шелушения — это основное направление совершенствования шелушильных машин. Сортирование продуктов шелушения. В результате шелушения зерна получают смесь различных продуктов, которые условно можно разделить на пять фракций. Основная фракция — это шелушенное зерно, или ядро. Некоторые зерна остаются, как правило, нешелушенными и образуют вторую фракцию. При шелушении отделяются наружные пленки, которые являются третьей фракцией — лузгой. При шелушении часть ядра дробится, дробленое ядро — это четвертая фракция. Часть ядра и пленок дробится до более мелких частиц, которые представляют собой мучку — пятую фракцию. Продукты шелушения разделяются. Мучку и дробленое ядро выделяют в просеивающих машинах, так как эти продукты имеют меньшие размеры. Отличающуюся аэродинамическими свойствами лузгу отвеивают в аспираторах. Нешелушенные зерна, оставшиеся в смеси с шелушенными, должны быть в дальнейшем повторно направлены в шелушильные
Рис. Схема сортирования продуктов шелушения: 1 -- шелушильная машина; 2 — просеивающая машина; 3 –аспиратор; 4 - крупоотделительная машина
Вторая схема — шелушение зерна с промежуточным отбором ядра, предусматривает разделение смеси шелушеннх и нешелушеных зерен с последующим направлением на повторное шелушение только нешелушеных зерен. Крупоотделение. Крупоотделением называется операция разделения смеси шелушенных и нешелушеных зерен. Ее применяют в технологических схемах не для всех крупяных культур, а только для тех, у зерна которых пленки не плотно соединены с ядром. При шелушении такого зерна получают фракции шелушенных и нешелушеных зерен. Если наружные пленки плотно соединены с ядром, то в результате шелушения состав смеси будет уже другим. Кроме оставшихся нешелушеных и полностью шелушенных зерен, будут зерна с разной степенью отделения пленок. Поэтому провести границу между шелушенными и нешелушеными зернами практически невозможно, для таких культур разделение шелушенных и нешелушеных зерен теряет смысл. Разделение смеси, возможно вследствие различия в физических свойствах шелушенных и нешелушеных зерен. Шелушенные зерна по сравнению с нешелушеными имеют меньшие размеры, большую плотность, более округлую форму, меньшую упругость, больший коэффициент трения и т. д. Если один из этих признаков различен существенно, то его можно использовать в качестве признака делимости, если же таких признаков нет, то можно применять для разделения совокупность признаков. Из указанных признаков наибольшее различие имеют размеры и длина зерна. Поэтому для разделения смеси существует три способа. Схема разделения шелушенных и нешелушеных зерен гречихи состоит из предварительного калибрования зерна в просеивающих машинах, шелушения зерна, сортирования продуктов шелушения, включающего собственно процесс разделения шелушенных и нешелушеных зерен. Теоретически разделение смеси может быть произведено на сите, размер отверстий которого равен размеру отверстий сита, сходом с которого получена фракция. Движение частицы без отрыва от опорной поверхности может происходить лишь в случае, когда внешняя сила образует с нормалью угол, превышающий угол трения, т. е. уголлиний действия этой силы должен проходить между углом наклонной плоскости а и линией, образующей угол трения. Внешняя сила может быть следствием колебаний опорной поверхности вдоль линии, образующей с горизонталью угол е, причем в зависимости от амплитуды и частоты колебаний частицы, находящиеся на плоскости, будут перемещаться либо вверх, либо вниз. Несколько сложнее характер движения массы сыпуче го продукта. В этом случае движение верхних и нижних слоев может осуществиться в разных направлениях. Основной предпосылкой возможности такого движения является различие в коэффициентах трения (приведенных коэффициентах сопротивления) массы продукта об опорную поверхность и между различными слоями, причем коэффициент трения постепенно снижается в направлении верхних слоев. Таким образом, если коэффициент трения где-то в середине слоя имеет критическое значение, то продукт, находящийся ниже, может перемещаться вверх, тогда, как выше расположенные слои будут двигаться вниз. Рабочий процесс сепарирования в крупоотделителе выглядит следующим образом. Продукт поступает на поверхность в ее наивысшей точке А. Вследствие уклона А+В продукт распределяется по всей ширине слоя. В верхней части происходит самосортирование смеси. Внизу оказываются шелушенные зерна, которые под действием ячеек опорной поверхности перемещаются вверх, до ограничительной стенки и вдоль нее, в результате продольного уклона смещаются к выходу в точке В. Находящиеся в верхних слоях смеси нешелушенные зерна не имеют такой связи с опорной поверхностью, как шелушенные, поэтому они не могут перемещаться вверх и скользят по нижним слоям вниз. Таким образом, на верхней части стола продукт располагается слоем в несколько зерен. Постепенно перемещаясь вниз, нешелушенные зерна достигают опорной поверхности, так как все шелушенные зерна до нижнего края поверхности не доходят (они перемещаются вверх под действием ячеек). Внизу опорная поверхность уже работает аналогично триеру с бесконечно большим радиусом цилиндра. Размеры ячеек подбираются таким образом, что более крупные и длинные нешелушенные зерна не задерживаются ими, поверх них скользят вниз и выводятся через нижние выходные окна. Так как шелушенные зерна частично достигают середины стола прежде, чем закончится процесс самосортирования, и они будут выбраны ячейками, то в средней части стола сходом будет получаться смесь шелушенных и нешелушеных зерен, которая отбирается и возвращается в машину для повторного сепарирования. Регулируемые параметры машины: поперечный угол наклона поверхности и частота колебаний. Если вниз вместе с нешелушеными зернами поступает ядро, то необходимо уменьшить угол наклона или увеличить частоту колебаний. При поступлении в верхний сход нешелушеных зерен изменяют параметры стола в обратном порядке. Крупоотделители БКО можно применять для сепарирования продуктов шелушения риса. Достоинство таких крупоотделителей — их более высокая производительность при меньших габаритах по сравнению с падди-машинами. В то же время в процессе их эксплуатации были выявлены и существенные недостатки. Ячейки постепенно забиваются мучкой, что меняет их профиль и снижает эффективность сепарирования. Устройство каких-либо очистителей невозможно, так как они будут мешать процессу сепарирования. Кроме того, для увеличения производительности крупоотделители имеют три — пять ярусов, очистка ячеек на нижних ярусах затруднительна. Для разделения шелушенных и нешелушенных зерен риса и овса применяют, так называемые самосортирующие крупоотделители. Сущность их работы основана на том, что смесь продуктов шелушения при свободном движении по наклонной плоскости самосортируется. Если в качестве опорной поверхности применить сито, то находящиеся в нижнем слое шелушенные зерна начнут просеиваться. Находящиеся в верхних слоях нешелушенные зерна не успеют просеяться и будут получены сходом. Дли улучшения процесса самосортирования, верхнюю часть ста закрывают тканью (обычно тонким брезентом). На открытый участок сита поступает уже предварительно рассортированная смесь. Изменяя длину ткани, можно регулировать количество и качество схода и прохода.
Чтобы получить проход с меньшим содержанием нешелушеных зерен, увеличивают длину закрытого участка сита. В этом случае на коротком участке открытого сита просеиваются лишь самые нижние слои, в которых содержится минимальное количество нешелушеных зерен. Если нужно получить сходовой продукт с малым содержанием ядра, длину открытого участка сита увеличивают. В этом случае не успевают просеяться лишь самые верхние слои смеси, состоящие преимущественно из нешелушеных зерен. При свободном движении смеси по наклонной плоскости самосортирование ее не является четким, поэтому однократное сепарирование не столь эффективно. Для повышения эффективности сепарирования разработана конструкция крупоотделителя, в которой осуществляется двукратное сепарирование смеси. Каждый из продуктов - сход и проход, полученных в верхнем ситовом корпусе, дополнительно сепарируется еще раз в нижних ситовых корпусах. Таким образом, и проход, и сход получены в результате двукратного сепарирования, поэтому в них более высокая концентрация соответственно шелушенных и нешелушенных зерен. Продукты, полученные сходом с сита № 2 и проходом сита № 3, представляют смеси, близкие по своему качеству к исходной, поэтому они возвращаются для повторного сортирования в этот же или другой крупоотделитель. В самотечных крупоотделителях применяют металлотканые сита с размером отверстий 5...6 мм для риса и 6...7 мм для овса. В первом корпусе и в корпусе, где обрабатывается проход первого сита, устанавливают сита с меньшими размерами отверстий, в корпусе, где обрабатывается повторно сход с верхнего сита, применяют сита с большим размером отверстий. Крупоотделители имеют высокую производительность, очень просты по конструкции, в них нет движущихся частей. Их недостаток — не очень высокая точность сепарирования, но, применяя последовательно несколько установок, можно получать хорошие результаты. Регулируют работу крупоотделителей изменением длины ткани, закрывающей часть сита, и угла наклона корпуса. Машины, в которых происходит разделение компонентов с близкими свойствами, могут быть использованы не только для разделения смеси шелушенных и нешелушенных зерен, но и для выделения примесей из зерна, особенно трудноотделимых. Схемы крупоотделения. При последовательной установке двух крупоотделительных машин во второй машине сортируется один из продуктов, полученных с первой машины. Если на второй машине сортируют ядро, то на первой стараются получить сходовой продукт, свободный от шелушенных зерен. Некоторое количество нешелушеных зерен в ядре с первой машины будет выделено при сепарировании этого продукта во второй машине. Если же сортируют повторно сходовой продукт, то на первой машине стараются получить ядро с минимальным содержанием нешелушеных зерен. Оценка эффективности крупоотделения. Количественно оценивать эффективность разделения смеси шелушенных и нешелушеных зерен необходимо для оценки уровня технологической операции, а также для сравнения эффективности различных, в том числе и вновь разрабатываемых, машин. В отличие от зерноочистительных машин, в которых выделяется сравнительно небольшое количество примесей, в крупоотделительных машинах происходит разделение двух практически равноценных компонентов. Существуют различные методы оценки эффективности разделения. Однако во всех случаях максимальная эффективность, равная 1, бывает в случае полного разделения компонентов, когда в первом компоненте не содержится частиц второго компонента, и наоборот. Контрольные вопросы: 1. Для чего предназначены бичевые машины? 2. Перечислите способы шелушения зерна. 3. В каких машинах проводят полирование крупы?
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.
|