- •Технология производства муки и круп
- •Калашникова с.В.,
- •Технология мукомольного производства
- •Глава 1. Виды помолов. Ассортимент мукомольной продукции
- •1.1. Классификация помолов
- •1.2. Ассортимент продукции мукомольного производства
- •Глава 2. Подготовка зерна к помолу в элеваторе
- •2.1. Формирование помольной партии
- •2.2. Подготовка помольных партий
- •Глава 3. Подготовка зерна к помолу в зерноочистительном отделении мельницы
- •3.1. Последовательность технологических операций в зерноочистительном отделении мельницы
- •Построение технологического процесса подготовки зерна к помолу на мукомольном заводе, оснащенном комплектным оборудованием
- •3.2. Ситовое сепарирование
- •Разновидности применяемых сит
- •Техническая характеристика сит
- •Полотна решетные первого типа
- •Полотна решетные второго типа
- •Полотна решетные третьего типа
- •Сетки проволочные стальные тканые
- •Сита шелковые
- •Ткани капроновые для сит (ост 17-46-82)
- •Ткани полиамидные для сит
- •3.3. Выделение минеральных примесей
- •Очистка зерна от примесей, отличающихся длиной
- •3.5. Очистка зерна от металломагнитных примесей
- •Очистка зерна от примесей, отличающихся от него аэродинамическими свойствами
- •3.7. Очистка поверхности зерна
- •3.8. Гидротермическая обработка зерна
- •Обработка зерна водой
- •3.9. Обеззараживание зерна
- •3.10. Травмирование зерна в процессе подготовки к помолу
- •3.11. Классификация отходов, получаемых в зерноочистительном отделении
- •Глава 4. Переработка зерна в муку
- •4.1. Драной процесс
- •Измельчение зерна в вальцовых станках
- •Вальцовый станок
- •Измельчение в машинах ударно-истирающего действия.
- •4.2. Сортировочный процесс
- •4.3. Процесс обогащения
- •Сортирование продуктов измельчения зерна по добротности
- •4. Шлифовочный процесс
- •4.5. Размольный процесс
- •Глава 5. Выявление причин недобора муки, выработка муки нестандартной по качеству
- •5.1. Недобор муки
- •5.2. Выработка муки, нестандартной по крупности
- •5.3. Выработка муки, нестандартной по зольности
- •5.4. Выработка муки, нестандартной по цвету
- •5.5. Выработка муки, нестандартной по клейковине
- •Технология крупяного производства
- •Глава 6. Технологические свойства зерна крупяных культур
- •6.1. Основные данные о строении зерна
- •6.2. Структурно-механические и физико-химические особенности зерна
- •Глава 7. Подготовка зерна к переработке
- •Последовательность технологических операций в зерноочистительном отделении крупозавода
- •7.2. Очистка зерна от примесей, отличающихся от него толщиной и шириной Выбор сит с отверстиями различной формы
- •Основные принципы и схемы очистки и сортирования в просеивающих машинах
- •Рассев а1-бру
- •7.3. Гидротермическая обработка зерна крупяных культур
- •Увлажнение зерна водой или паром
- •Сушка увлажненного или пропаренного зерна и его охлаждение
- •Контрольные вопросы
- •Глава 8. Переработка зерна в крупу
- •8.1 Сортирование зерна перед шелушением
- •8.2. Шелушение зерна
- •8. 3. Сортирование продуктов шелушения
- •8.4. Крупоотделение
- •8.5. Шлифование и полирование крупы
- •8.6. Дробление ядра
- •8.7. Контроль крупы, побочных продуктов и отходов
- •Контрольные вопросы
- •Глава 9. Переработка зерна отдельных крупяных культур в крупу
- •9.1. Производство пшена
- •9.2. Производство гречневой крупы
- •9.3. Переработка ячменя в крупу
- •9. 4. Переработка овса в крупу
- •9.5. Производство рисовой крупы
- •9.6. Производство пшеничной крупы
- •9.7. Производство кукурузной крупы
- •9.8. Технология гороховой крупы
- •9.9. Технология крупы быстрого приготовления
- •9.10. Побочные продукты крупяных заводов
- •Контрольные вопросы
- •Словарь употребляемых понятий и требований
- •Список литературы
- •Содержание
- •Глава 1. Виды помолов. Ассортимент мукомольной
- •Глава 2. Подготовка зерна к помолу в элеваторе 14
- •Глава 3. Подготовка зерна к помолу в зерноочистительном
- •Глава 4. Переработка зерна в муку 102
- •Глава 5. Выявление причин недобора муки, выработка
- •Глава 6. Технологические свойства зерна крупяных
- •Глава 7. Подготовка зерна к переработке 147
- •Глава 8. Переработка зерна в крупу
- •Глава 9. Переработка зерна отдельных культур
- •Технология производства муки и круп
- •394087, Воронеж, ул. Мичурина 1
Глава 4. Переработка зерна в муку
4.1. Драной процесс
Измельчение - это процесс разрушения твердых тел на части под действием ударных или ударно-истирающих внешних сил. Основные требования, предъявляемые к процессу измельчения при сортовых помолах пшеницы, сводятся к получению максимального количества промежуточных продуктов в виде крупок, дунстов высокого качества. Измельчение зерна - одна из энергоемких операций. При получении обойной муки в драном процессе необходимо извлечь максимальное количество муки.
Драная система представляет собой совокупность вальцового станка и рассева. На эффективность процесса измельчения в вальцовых станках оказывают влияние стекловидность и влажность.
Стекловидность характеризует консистенцию эндосперма зерна, т.е. поведение зерна в процессе измельчения. Зерно с более высокой стекловидностью обладает повышенной прочностью и требует больших энергетических затрат.
Влажность зерна оказывает существенное влияние на эффективность процесса измельчения. С повышением влажности возрастает его сопротивляемость к разрушениям и повышается удельный расход энергии.
При обойных помолах пшеницы и ржи применяют четыре драные системы, при сортовых помолах ржи – пять, но с разделением – II, III и IV на крупные и мелкие (либо одной из них). Раздельное измельчение продуктов, различающихся крупностью, более эффективны, поскольку оно позволяет устанавливать оптимальные режимы на крупных одноименных и мелких системах (зазор между вальцами).
Измельчение зерна в вальцовых станках
Рабочими органами вальцового станка являются два горизонтально расположенных цилиндрических вальца (сплошные или пустотелые) с рифленой или шероховатой поверхностью и вращающихся с разными окружными скоростями навстречу друг другу. В зависимости от вида измельчаемого продукта, требований к операции измельчения на данном участке технологической схемы применяют различные геометрические, кинематические и нагрузочные параметры вальцов.
Как правило, быстро- и медленновращающиеся вальцы имеют одинаковую геометрическую характеристику (плотность рифления, профиль и угол наклона рифлей). Продукт измельчается в клиновидном зазоре, образованном парой вальцов вследствие постоянного уменьшения зазора и разности относительных скоростей вальцов. Разрушение частиц (в зависимости от их крупности) начинается несколько выше линии, соединяющей центры вальцов, где зазор имеет наименьшие размеры.
На рисунке 24 показаны стадии разрушения зерновок пшеницы на I драной системе, при взаиморасположении рифлей «острие по острию».
А Б
Рис. 24. Деформация зерна пшеницы при измельчении в вальцовом станке: А — высокостекловидного; Б — мучнистого
В результате такого первичного воздействия вальцов происходит как бы разворачивание зерна с минимальным образованием мелких оболочечных частиц. На последующих системах продолжают последовательно отделять эндосперм от оболочечных частиц, а на размольных системах интенсивно измельчают частицы эндосперма.
В мукомольном производстве степень измельчения зерна и зерновых продуктов характеризуют величиной общего извлечения И, назначение которого оказывает влияние не только геометрическая характеристика вальцов (диаметр, профиль и взаиморасположение рифлей, уровень шероховатости рабочей поверхности), но и кинематические параметры вальцов (окружная и относительная скорости вальцов), величина удельной нагрузки и другие факторы.
Факторы, определяющие эффективность работы вальцового станка. Установлено, что на эффективность измельчения зерна и продуктов его размола оказывают влияние большое количество факторов, главными из которых являются межвальцовый зазор, уклон рифлей, взаиморасположение рифлей, плотность нарезки рифлей, окружная и относительная скорость вальцов, удельная нагрузка на вальцы.
Рассмотрим влияние некоторых основных факторов.
Величина межвальцового зазора. Изменение зазора между мелющими вальцами вызывает изменение извлечения. Это особенно заметно при величине межвальцового зазора, значительно меньшего, чем размер измельчаемых частиц.
Постоянство межвальцового зазора имеет особое значение на размольных системах. Поэтому требования, предъявляемые к точности цилиндрической формы вальцов, жесткости их на изгиб, величине дебаланса вальцов приводного шкива и шестерен межвальцовой передачи, а также к качеству подшипников, должны быть очень высокими, так как в противном случае будет трудно добиться стабильности межвальцового зазора, а следовательно, постоянства величины извлечения.
Зависимость общего извлечения от зазора между вальцами может быть выражена эмпирической формулой
И=me-nb, (1)
где b-зазор между вальцами;
е – основание натурального логарифма;
m и n-коэффициенты, полученные опытным путем.
Из формулы следует, что при изменении межвальцового зазора b в арифметической прогрессии общее извлечение И изменяется в геометрической прогрессии. Значения коэффициентов т и п изменяются по мере перехода от I др. с. к последующим. В пределах одной системы они изменяются в зависимости от структурно-механических свойств измельчаемых продуктов, геометрических и кинематических параметров вальцов.
При сортовых помолах пшеницы зазор изменяется от 0,03 до 1,5 мм и является единственным оперативно-регулируемым параметром процесса измельчения. Величина межвальцового зазора, как параметр процесса измельчения, зависит от многих структурно-механических и технологических свойств зерна, состояния рабочей поверхности вальцов, степени износа рифлей, нагрузки на машину.
Изменение величины межвальцового зазора вызывает изменение силового нагружения частиц в зоне измельчения, поскольку изменяются величины сдвигающих и снижающих усилий, а также их соотношение. При уменьшении межвальцового зазора силовое нагружение частиц продукта возрастает, а степень измельчения увеличивается, зольность муки при этом повышается. Исключение составляют системы, обрабатывающие хорошо обогащенные частицы эндосперма, т.е. продукты первого качества.
Форма рифлей (профиль поперечного сечения) оказывает большое влияние на процесс измельчения, показатели качества измельчаемых продуктов, производительность вальцовой пары и энергоемкость. В результате исследований, опыта работы мукомольных заводов, с учетом ассортимента, общего выхода муки, вида и качества перерабатываемого зернового продукта применяют различные профили рифлей (рис. 25).
На всех отечественных и зарубежных мукомольных заводах в драном процессе и на последних размольных системах применяют рифленые вальцы. В шлифовочном и размольном процессах для получения муки меньшей зольности применяют вальцы с шероховатой поверхностью.
На эффективность измельчения большое влияние оказывает динамический коэффициент трения продуктов о рабочую поверхность вальцов (поверхность рифли).
Установлено, что чем меньше коэффициент трения продукта о рабочую поверхность вальца, тем хуже условия захвата частицы продукта мелющими вальцами и меньше эффект измельчения. Это особенно важно для вальцов с шероховатой поверхностью, применяемых на размольных и шлифовочных системах.
Рис. 25. Форма и профиль рифлей: а — общий вид; б — поперечное сечение
Уклон рифлей. Рифли на вальце располагают не параллельно образующей, а под некоторым углом, величину которого (уклон) принято измерять в процентах.
Увеличение угла наклона рифлей обусловливает повышение интенсивности измельчения при прочих одинаковых условиях, так как уменьшается расстояние между точками пересечения вершин рифлей парноработающих вальцов. Угол наклона рифлей меньше угла трения измельчаемых продуктов, поэтому не происходит скольжения (сдвига) продукта вдоль рифли.
Взаиморасположение рифлей. На измельчение большое влияние оказывает взаимное расположение рифлей парноработающих вальцов, что обусловлено изменением угла резания φ.
Конструкция вальцового станка и вальцов, несимметричность сечения рифлей (разные углы α и β), различие в окружных скоростях парноработающих вальцов обусловливают четыре варианта расположения рифлей по отношению друг к другу (рис. 26).
Если во время вращения вальца грань острия рифли является передней, то угол резания φ = 90°+ α . Если передней гранью является грань спинки, то угол резания φ = 90°+ β. Так как угол β всегда больше угла α, то разрушение измельчаемого продукта при расположении рифлей «острие по острию» происходит более интенсивно и при меньших энергозатратах.
Рис. 26. Варианты взаимного расположения рифлей на парноработающих вальцах: а—«острие по острию»: б—«спинка по спинке»
При расположении рифлей «острие по острию» грани острия обоих парноработающих вальцов врезаются в частицу, когда она поступает в зону измельчения. Так как быстровращающийся валец опережает медленновращающнйся, то его рифли срезают часть зерна, в то время как грани острия медленновращающегося вальца удерживают частицу. При расположении рифлей «острие по острию» наряду с эндоспермом довольно интенсивно разрушаются оболочки, что нежелательно при многосортных помолах зерна пшеницы и ржи, особенно при недостаточной влажности зерна, направляемого в помол. При этом образуется больше фракций крупной и меньше средней и мелкой крупки. Средневзвешенная зольность извлеченных крупок и дунстов выше, чем при идентичных условиях измельчения, но при расположении рифлей «спинка по спинке» (табл. 28).
Таблица 28. Влияние взаиморасположения и уклона рифлей на извлечение и зольность продуктов 1–го качества
Взаимное расположение рифлей |
Уклон рифлей, % |
|||
4 |
8 |
12 |
16 |
|
Ос/ос |
72,3/1,36 |
72,5/1,29 |
72,8/1,22 |
71,2/1,21 |
Сп/сп |
72,1/1,11 |
72,6/1,17 |
72,5/1,13 |
71,2/1,21 |
Расположение рифлей «острие по острию» рекомендуют устанавливать при переработке в хлебопекарную муку пшеницы стекловидностью менее 40 %, а также при макаронных помолах зерна твердой пшеницы.
При хлебопекарных помолах зерна пшеницы стекловидностью более 40 % рекомендуется располагать рифли «спинка по спинке». При таком взаиморасположении рифлей измельчаемая частица вначале сплющивается, а затем по мере опережения одного вальца другим грань спинки быстровращающегося вальца сдвигает слои частицы, удерживаемые на грани спинки медленновращающегося вальца. Это обусловливает мягкое воздействие на частицу, так как грани острия в данном случае практически не участвуют в деформации измельчаемой частицы продукта.
Расположение рифлей вальцов «острие по спинке» или «спинка по острию» применяют в особых случаях. Результаты измельчения при этом получаются промежуточными по отношению к взаиморасположению «острие по острию» или «спинка по спинке». Рифли быстровращающегося вальца изнашиваются в 1,5...2 раза быстрее, чем медленновращающегося парноработающего вальца.
Плотность нарезки рифлей. Плотность рифления (количество рифлей на 1 см окружности вальца) на идентичных системах зависит от типа помола, крупности измельчаемых частиц. Чем меньше размеры измельчаемых частиц, тем больше должна быть плотность рифления. Однако с повышением плотности рифления уменьшается высота рифли, величина ее сечения, что обусловливает снижение срока службы рифли.
Исследованиями установлено, что при любом взаиморасположении рифлей с увеличением плотности рифления выход крупнодунстовых продуктов и общее извлечение возрастают. Это можно объяснить многократным воздействием рифлей быстровращающегося вальца на продукт за время прохождения его через зону измельчения.
Для получения муки с лучшими показателями белизны и зольности на размольных и шлифовочных системах используют вальцы с шероховатой поверхностью. Шероховатый рельеф рабочей поверхности вальцов получают электроэрозионным и абразивным способами.
По результатам исследований наиболее интенсивный износ наблюдается в начальный период, т. е. в течение первых 100 ч их эксплуатации.
Влияние кинематических параметров вальцовых станков на эффективность измельчения. На эффективность измельчения зерновых продуктов (степень измельчения, энергоемкость, качество получаемых продуктов), а также производительность вальцового станка большое влияние оказывают кинематические параметры вальцовых станков, к которым относят: окружную скорость быстровращающегося (Vб) и медленновращающегося (Vм) вальцов; относительную скорость (Vб -Vм); соотношение скоростей быстро и медленновращающихся вальцов
Влияние отношения окружных скоростей вальцов. Профессор П. А. Козьмин доказал и многие исследователи подтвердили, что увеличение окружных скоростей парноработающих вальцов оказывает существенное влияние на скорость приложения усилий от вальцов к измельчаемому продукту, продолжительность нахождения продукта в зоне измельчения.
Среднюю скорость продукта Vпр, м/с, в зоне измельчения с некоторым приближением (без учета скольжения) можно определить:
Vпр=Vб+Vм/2*соs α/ , (2)
где соs α/ - угол захвата измельчаемой частицы вальцами;
соs α/=(D+b)/(D+d);
D – диаметр вальца, мм;
d – диаметр частицы, мм;
b – межвальцовый зазор, мм.
Относительная скорость вальцов V0, м/с, может быть выражена так
Vо =Vб – vм, (3)
так как К=Vб/Vм,
то Vо= Vм (1 – 1/К).
Увеличение окружной скорости быстровращающегося вальца при прочих одинаковых условиях обусловливает более интенсивное воздействие на частицы продукта, способствующие их разрушению.
Исследованиями вниз доказано, что варьируя соотношением скоростей и скоростью вальцов, возможно направленно изменять технологические достоинства муки в процессе ее производства.
Повышение отношения окружных скоростей способствует интенсификации измельчения. Поэтому для усиления вымола иногда применяют вальцы большего диаметра.
Влияние величины удельной нагрузки на эффективность измельчения. На эффективность измельчения (количество и качество измельченных продуктов, энергоемкость), а также длительность межремонтных периодов, уровень шумообразования большое влияние оказывает величина удельной нагрузки на вальцы. Под удельной нагрузкой на вальцы понимают количество продукта (кг), поступающего на 1 см длины парноработающих вальцов в сутки, — кг/(см∙сут).
Соблюдение рекомендуемых Правилами удельных нагрузок, режимов измельчения на вальцовых станках способствует получению муки с высокими хлебопекарными достоинствами, стабильной работе технологического и транспортного оборудования размольного отделения мукомольного завода.
При повышении удельной нагрузки межвальцовый зазор увеличивается вследствие роста распорных усилий, оказываемых продуктом на вальцы, что обусловливает некоторое снижение уровня измельчения. Например, при изменении удельной нагрузки от 100 до 500 кг/(см-сут) на 1-й р. с, выход муки уменьшается с 62,2 до 30,3 %. Изменяются также другие показатели качества муки (зольность, белизна, уровень повреждения крахмала, водопоглотительная способность).
Оценка технологической эффективности процесса измельчения. Основными критериями эффективности измельчения любых твердых тел, в том числе и зерна, являются: степень измельчения; удельная энергоемкость процесса Nуд (кВт∙ч/т муки); удельная нагрузка на рабочий орган измельчающей машины (применительно к вальцовому станку, кг/см∙сут).
Степень измельчения i характеризует изменение соотношения вновь образованной площади SК в результате измельчения и первоначальной площади Sп измельчаемого материала
i= SК/ Sп . (4)
В мукомольной промышленности степень измельчения зерновых продуктов различна на отдельных системах и зависит от кинематических и нагрузочных параметров на рабочие органы измельчающего устройства, структурно-механических свойств продукта, назначения системы в технологическом процессе, вида помола и составляет обычно 20...50.
Степень измельчения определяют несколькими методами: ситовым, седиментационным и методом газовой проницаемости слоя продукта (для определения величины удельной поверхности продукта, см2/г). Тот или иной метод применяют в зависимости от крупности частиц. Так, для смеси продуктов, содержащих крупные частицы (схода драных систем), наиболее удобен ситовый метод.
Для ситового анализа отбирают представительную пробу продукта и просеивают ее на рассеве-анализаторе. В результате просеивания получают несколько фракций (классов продуктов). Фракции характеризуют размерами отверстий двух смежных сит.
Общее извлечение на шлифовочных, сходовых и размольных системах свидетельствует о массе муки (готовой продукции), полученной в результате измельчения на данной системе.
Под общим извлечением И понимают разность между количеством проходовых частиц П, содержащихся в продукте и отобранных после обработки в машине, и количеством частиц таких же размеров Н (недосев), но содержавшихся в продукте, который поступил на обработку в машину. Таким образом, общее извлечение будет (%): И=П-Н. Однако в этом случае необходимо учесть, что вновь образованная проходовая фракция получена не из всего продукта, поступившего для обработки в машину, а лишь из той части продукта, которая состоит из более крупных частиц, за вычетом недосева (100-Н).
Поэтому общее извлечение И,%, по отношению к данной системе следует вычислять по выражению
И=(П-Н) ∙100/100-Н, (5)
В случае отсутствия проходовой фракции в массе продукта, поступающего на измельчение, или при измельчении целых зерен (на I драной системе) выражение примет вид
И = П - Н.
При определении величины извлечения по отношению к I драной системе необходимо учесть массу продукта, поступающего на данную систему. Например, общее извлечение на II драной системе крупной составило 52%, а нагрузка на вальцовый станок 56 %. Тогда ИII=52∙0,56=29,1%
Представляет большой интерес критерий оценки эффективности измельчения через показатель удельной энергоемкости.
В качестве показателя удельной энергоемкости можно использовать величину работы (кгм), затраченной на образование единицы новой поверхности (кгм/м2).
ΔА=А/(Sk-Sн), (6)
где ΔА - работа, затраченная на измельчение продукта с начальной общей поверхностью Sн и конечной поверхностью измельченных частиц Sk.
При эксплуатации мукомольных заводов энергоемкость в целом оценивают затратами энергии на выработку 1 т муки, включая энергозатраты на подготовку, размол, формирование сортов, выбой и отгрузку продукции. Энергозатраты на измельчение следует определять с учетом расхода энергии только на привод измельчающего оборудования.
В связи с отличительными особенностями структурно-механических свойств различных сортов зерна и его анатомических частей, техническим состоянием оборудования, способом и режимом измельчения удельные энергозатраты на отдельные системы технологического процесса различны.
Наибольшие энергозатраты из рассмотренных систем отмечены на 1-й размольной системе крупной, на которую поступают обогащенные, но невыравненные по гранулометрическому составу крупки, а также на 4-й размольной системе.
Уменьшению энергоемкости процесса измельчения в значительной мере содействуют правильные режимы ГТО зерна, сокращение протяженности технологического цикла, повышение четкости сепарирования и подбор рациональных геометрических, кинематических параметров измельчающих машин.
Установлено, что на мукомольных заводах, оборудованных внутрицеховым пневматическим транспортом в размольном отделении, удельный расход энергии на измельчение несколько ниже, чем на мукомольных предприятиях с внутрицеховым механическим транспортом. Это обусловлено лучшими условиями работы измельчающего оборудования - надежным охлаждением мелющей поверхности вальцов, что обеспечивает постоянство межвальцового зазора, более высокий коэффициент трения продуктов о поверхность вальцов.
Применение пустотелых водоохлаждаемых вальцов вместо сплошных в сочетании с высоким уровнем балансировки вальцов, приводного шкива, шестеренчатой передачи обеспечивает высокую стабильность межвальцового зазора и эффективность измельчения.