2.3. Процесс измельчения зерна

На предприятиях по производству муки в зависимости от ассортимента выпускаемой продукции применяют простое или избирательное измельчение. В первом случае процесс называют простым помолом, во втором – сложным.

При простом помоле зерно подвергается измельчению для получения сыпучего состояния, которое представляет собой конечный продукт. При сложном помоле твердые тела, неоднородные по своему составу, подвергаются избирательному измельчению для извлечения частиц определенного качества. В данном случае, используя различия структурно-механических свойств составных частей измельчаемого зерна, на каждой стадии измельчения процесс осуществляют таким образом, чтобы получить частицы, различающиеся друг от друга теми или иными физическими свойствами, что в дальнейшем облегчает разделение сыпучей смеси сортированием на ряд фракций.

При производстве сортовой муки применяют сложный помол. При таком измельчении более хрупкий эндосперм делится на части, а более пластичные оболочки измельчаются в меньшей степени, представляя собой хлопьевидные кусочки, которые легко отделяются от эндосперма.

Выход, а также качество муки зависят от режима работы, характеристики и состояния рабочих органов измельчающих машин. Неправильный выбор режима работы машин приводят к нагреву продуктов измельчения, ухудшению качества муки, а, следовательно, и хлеба.

Измельчение зерна на мукомольных заводах представляет собой наиболее энергоёмкий процесс. Мощность, потребляемая на измельчение зерна, составляет 50…80% всей мощности, необходимой для ведения технологического процесса. От правильного построения процессов измельчения зависят рациональное использование сырья, качество получаемых продуктов, производительность измельчающих машин, удельная величина расхода энергии и себестоимость продукции.

В зависимости от технологических задач и механических свойств продуктов применяются различные измельчающие машины: вальцовый станок; жерновой постав; дисковый измельчитель; молотковая мельница; бичевая машина; плющильный станок (рис. 4).

Рис. 4. Классификация измельчающих машин: 1 – вальцовый станок; 2 – жерновой постав; 3 – дисковый измельчитель; 4 – молотковая мельница; 5 – бичевая машина;

6 – плющильный станок.

В зависимости от конечных задач процесса измельчения и методов его осуществления используются или одни и те же машины (по принципу воздействия рабочих органов на измельчаемый продукт), или ряд машин. При организации простых помолов в качестве измельчающих машин применяют вальцовые станки с рифленой поверхностью вальцов, молотковые дробилки, а на мельницах сельскохозяйственного типа иногда и жерновые постава. На комбикормовых заводах широкое применение имеют молотковые дробилки. При производстве сортовой муки на первых этапах измельчения применяют вальцовые станки с рифленой поверхностью вальцов, а на последних – бичевые машины.

Для производства овсяных и кукурузных хлопьев применяют плющильные станки, имеющие вальцы с гладкой поверхностью.

Измельчение зерна при организации технологического процесса должно быть произведено до определённой крупности, так как крупность муки играет большую роль при оценке её хлебопекарных достоинств. Чем крупнее частицы муки, тем медленнее в процессе приготовления теста происходит набухание. С уменьшением размеров частиц и увеличением их удельной поверхности резко возрастает водопоглотительная способность муки.

Измельчение зерна на вальцовых станках. Рабочими органами вальцового станка являются два цилиндрических рифленых вальца, вращающихся с различными скоростями навстречу друг другу. Зерно разрушается в клиновидном пространстве, постепенно сужающемся книзу, образованном двумя цилиндрическими поверхностями внешнего касания. Зерно или его части, попав в зону измельчения, подвергаются одновременно деформации сжатия вследствие постепенно уменьшающегося расстояния между поверхностями вальцов и сдвига в результате разности их скоростей.

Такой характер воздействия рабочих органов вальцового станка на измельчаемое зерно обеспечивает в начале процесса разворачивание зерновок с минимальным образованием мелких оболочечных частиц, а на последующих системах – отделение эндосперма от оболочек и измельчение его крупных частиц в более мелкие фракции.

Степень измельчения продукта зависит от расстояния между поверхностями вальцов, структурно-механических свойств зерна, геометрических (диаметр вальцов, форма, количество, уклон, взаиморасположение и состояние рифлей) и кинематических (скорость быстровращающегося вальца, отношение скоростей парноработающих вальцов) параметров вальцов, удельной нагрузки на них.

Измельчение зерна на молотковых мельницах. Они предназначены для измельчения ингредиентов комбикормов и отходов на мукомольных заводах.

Основными рабочими органами молотковой мельницы являются молотки, изготовленные из высококачественной стали, сита и металлические деки. Измельчение продукта в молотковой мельнице происходит в результате удара молотков и дополнительного разрушения частиц при их ударе о неподвижную деку. Отражаясь, малоизмельчённые частицы продукта вновь попадают под удары молотков. С течением времени частицы продукта разрушаются до размеров, при которых они проходят через сита.

Величина измельчения, производительность и удельный расход энергии зависят от структурно-механических свойств продукта, скорости ротора, рабочего зазора между молотками и ситом, формы и размеров отверстий сит.

Параметры работы молотковых мельниц необходимо устанавливать с учётом структурно-механических свойств продуктов. Так, например, горох и чечевица разрушаются при механическом воздействии без заметной пластической деформации. Влажный овёс и рожь имеют свойства необратимо изменять свою форму и размеры под воздействием внешних сил, не разрушаясь при этом.

Для обработки вымольных продуктов применяется бичевая машина. Наиболее часто она используется при сортовых помолах пшеницы. Измельчение продуктов в бичевой машине происходит следующим образом. В момент поступления продукта в машину вращающиеся бичи ударяют по частицам, отбрасывая их к поверхности цилиндра, изготовленного из штампованного сита с круглыми отверстиями. Далее вся масса частиц продукта, прижатая к внутренней поверхности сетчатого цилиндра, движется сверху вниз по винтовой линии. При этом движении частицы трутся как о поверхность цилиндра, так и между собой, поскольку они перемещаются с различной скоростью. Частицы муки проходят сквозь отверстия сетчатого цилиндра, а оболочечные частицы скользят вдоль него и раздельно выводятся внизу за пределы машины.

Основными факторами, оказывающими влияние на эффективность работы бичевой машины, являются: окружная скорость бичевого барабана, его диаметр и длина, размер отверстий сит, зазор между бичами и сетчатым цилиндром.

Плющильные станки применяются для производства овсяных и кукурузных хлопьев, а также для отделения зародыша. Рабочими органами этих станков являются валки с гладкой поверхностью, которые вращаются навстречу друг другу. Измельчающее действие осуществляется в результате сжатия.

Жерновой постав является одной из наиболее древних машин по измельчению зерна. Он представляет собой два диска с рабочей поверхностью. Зерно, попадая через отверстие в верхнем диске в рабочую зону между дисками, измельчается. В результате обработки зерно испытывает воздействие сжатия и сдвига.

Дисковые измельчители применяются значительно реже. Измельчение продукта происходит в результате удара вращающегося диска и дополнительного разрушения частиц при ударе о внутреннюю поверхность корпуса.

При сложных сортовых помолах для получения готовой продукции применяется многократный пропуск через измельчающие машины. После каждого пропуска измельчённую смесь разделяют на ситах по крупности. Сам процесс, при котором из зерна выкрошиваются крупные частицы, состоящие из эндосперма со сросшимися оболочками, и сам эндосперм частично измельчается до состояния муки, называют драным. Фракции из частиц зерна, занимающие по крупности промежуточное положение между частицами верхних сходов с сит и муки, и содержащих эндосперм в виде отдельных или сросшихся с оболочками кусочков, размерами больше самых крупных частиц муки, называют крупками. Они являются наиболее ценной частью промежуточных продуктов размола зерна и при последующем размоле из них получают муку высших сортов.

После каждого измельчения для разделения частиц зерна по размерам и содержанию эндосперма проводят просеивание (рассев) смеси. При просеивании смеси выделяют муку и более крупные частицы, которые группируют в отдельные потоки. После их размола получают муку различного качества. Крупки сортируют по качеству на ситовеечных машинах. Наиболее добротные продукты, содержащие, в основном, эндосперм, направляются в вальцевые станки, где они домалываются в муку. Последовательное измельчение крупок с отсеиванием готовой муки называют размольным процессом. Крупки с частицами оболочек направляют в шлифовочные вальцевые станки. Этот процесс называют шлифовочным. После обработки крупок на вальцах без рифлей их снова сортируют и рассеивают в ситовеечных машинах.

Товарный продукт, именуемый манной крупой, представляет собой одну из средних крупок после второй драной системы. Эти крупки после ситовеечных машин не домалывают, а направляют на склад готовой продукции. Отбор манной крупы составляет всего 2…3 % от массы зерна.

Мука, получаемая в результате переработки зерна, является сырьём для разных производств: хлебопекарного, макаронного и кондитерского. Технологические требования, предъявляемые к муке для каждого производства, различны. Так, для макаронного производства нужна пшеничная мука с крепкой клейковиной и в нужном её количестве, чтобы получить плотное тесто. А для кондитерского производства возможно использовать муку со слабой клейковиной. Поэтому существует необходимость в муке определенного качества в зависимости от целевого назначения. Применяя избирающее измельчение, сортирование и обогащение крупок, технолог может получить специализированную муку заданного качества.