книги из ГПНТБ / Подготовительные процессы переработки масличных семян

семян в шнеке до 8—8,5% водой, распыляемой форсунками, до­ полнительное перемешивание и тепловая обработка в барабан­ ной сушилке с нагревом их до 95—100° С; доувлажнение до 9% -семян в шнеке с помощью форсунок; отлеживание семян в силосах с целью перераспределения и стабилизации влаги в морфо­ логических частях подсолнечника в течение 24 ч. [101]. При увлажнении семян подсолнечника по описанной выше схеме удается снизить масличность шрота на 0,32%, а масличность лузги — на 0,24%.

В табл. 38 представлены некоторые данные по режимам увлажнения, технико-экономическим и технологическим показа­ телям рассмотренных выше конструкций увлажнительных уста-, новок. В табл. 38 включен и ручной способ увлажнения во­ дой с последующим отлеживанием семян в естественных усло­ виях (при температуре атмосферного воздуха), обеспечивающий такое перераспределение влаги в морфологических частях, ко­ торое приближается к распределению влаги при равновесном состоянии хлопковых семян.

Сравнение данных табл. 38 по расходу воды и пара на увлаж­ нение 1 т семян показывает, что их суммарный расход почти не зависит от конструкции увлажнительных установок и колеблется в узких пределах (63,0—67,5 кг). Очевидно, суммарный расход

272

Продолжение табл. 38

воды и пара определяется в основном способом увлажнения. В сравниваемых установках пар и вода подводятся к семенам одновременно с помощью специальной форсунки или раздельно.

При одновременной подаче воды и пара (установка Наман­ ганскою маслозавода) температура и продолжительность отлеживания составляют соответственно 35° С и 6—8 ч. Несмотря на сравнительно большую продолжительность отлеживания пере­ распределение влаги в семенах не достигает уровня ручного спо­ соба. Об этом свидетельствует величина отношения влажности ядра и влажности семян после их увлажнения, равная для этой установки 0,71. При раздельной подаче воды и пара в слой се­ мян, как это имеет место в установке Бухарского маслозавода и в увлажнителе ВНИИЖа, с увеличением количества пара от 33 до 51 кг температура отлеживания семян увеличивается с 80 до 100° С, а продолжительность отлеживания сокращается от 0,75 до 0,25 ч. При этом на установках достигается примерно одинаковая величина отношения влажности ядра к влажности

в установку при увлажнении хлопковых семян существенно ос­ лабляется влияние на перераспределение влаги в семенах тер­ мовлагопроводности шелухи, которое не компенсируется даже

6—8-часовым отлеживанием. В то же время большая продолжи­ тельность отлеживания существенно усложняет й удорожает обслуживание установки в делом. Например, по сравнению с ув­ лажнителем ВНИИЖа для обслуживания установки Наманганского маслозавода требуется в 2 раза больше обслуживающего персонала.

Раздельная подача воды и пара при увлажнении хлопковых семян позволяет до известной степени регулировать температуру и продолжительность отлеживания без существенного наруше­ ния перераспределения влаги в морфологических частях хлопко­ вых семян.

В последние годы некоторые масло-жировые предприятия Средней Азии перешли на увлажнение хлопковых семян в про­ парочно-увлажнительных шнеках с последующим отлеживанием семян в течение 8—12 ч в механизированных или полумеханизированных бетонных или металлических камерах. Очевидно, осу­ ществление этого метода увлажнения требует значительных ка­ питальных затрат при строительстве и увеличения численности обслуживающего персонала при эксплуатации. Ничего принци­ пиально нового в процесс увлажнения хлопковых семян этот метод не вносит.

С точки зрения равномерности подвода воды и пара к по­ верхности семян и, следовательно, степени влаготепловой обра­ ботки в процессе увлажнения семян все рассмотренные способы увлажнения и конструкции увлажнителей, основанные на этих способах, можно считать равноценными, поскольку в конструк­ тивном отношении они представляют собой различные сочетания шнеков и шахтных устройств. Как показывают многочисленные исследования, длительность пребывания сыпучих материалов в подобных устройствах колеблется в широких пределах. Поэто­ му одним из возможных направлений развития увлажнительной техники для масличных семян является разработка конструкций увлажнителей, обеспечивающих более высокую равномерность влаготепловой обработки. Кроме того, до настоящего времени не разработаны инженерные методы расчета процессов, связан­ ных с увлажнением масличных семян, и аппаратов для их осу­ ществления, что также в значительной степени тормозит даль­ нейшее развитие техники процессов увлажнения.

В целом установки для влаготепловой обработки масличных семян с позиции наилучшего выполнения последующих техноло­ гических операций должны быть настолько универсальными, чтобы можно было направленно изменять влажность морфологи­ ческих частей семян как при пониженной, так и при повышенной влажности исходных семян.

274

ЧАСТЬ Ч Е Т В Е Р Т А Я

ОБРУШИВАНИЕ МАСЛИЧНЫХ СЕМЯН

Г Л А В А X

МЕТОДЫ ОБРУШИВАНИЯ

В настоящее время известно несколько методов обрушивания масличных семян. В этой области основные исследовательские работы связаны с обрушиванием семян подсолнечника и направ­ лены на создание высокопроизводительных машин с улучшен­ ным качеством обрушивания: минимум масличной пыли, сечки, недоруша и целяка в рушанке при максимальном содержании целых ядер и свободной лузги. В общем в таком же направле­ нии проводятся работы по обрушиванию семян хлопчатника раз­ личной опушенности, хотя здесь меньше принципиально новых предложений.

К основным методам обрушивания масличных семян можно отнести: многократный и однократный удары (бичевые и цент­ робежные обрушивающие машины) для семян подсолнечника и некоторых других масличных культур, разрезание (дисковые шелушители) и скалывание (ножевые и вальцовые шелушители) для семян хлопчатника. К новым методам обрушивания, еще не внедренным в промышленность, относятся аэрошелуше­ ние, обрушивание в среде водяного пара путем «мгновенного» снятия избыточного давления, метод циклических изменений давления газовой, паровой или жидкой среды на оболочку се­ мян и метод, основанный на электрогидравлическом эффекте.

Сложность эффективного обрушивания высокомасличных се­ мян подсолнечника состоит не только в особенностях их физико­ механических свойств, описанных в главе II, но и в высоком со­ держании масла в ядре, ибо при тесном контакте ядра и оболоч­ ки последняя обмасливается даже при незначительных дефор­ мациях. Эти трудности в той или иной мере возникают при лю­ бом из известных в настоящее время способов обрушивания.

О Б Р У Ш И В А Н И Е У Д А Р О М

В основе методов многократного и однократного удара ле­ жит теория удара [6], поэтому здесь целесообразно рассмот­ реть ее основные положения и вытекающие из них следствия, важные для обрушивания масличных семян. Наиболее простым является случай прямого удара двух шаров с массами т\ и т2, обладающими скоростями в момент столкновения и ѵ2 11 пос"

ле завершения удара соответственно щ и ѵ2. При этом в момент столкновения шаров скорости их центров направлены по линии центров, шары не вращаются, а после завершения удара ско­ рости шаров направлены также по линии их центров.

Под ударом понимается действие очень больших сил в тече­ ние очень короткого промежутка времени. В первой фазе уда­ ра центры шаров сближаются до некоторого наименьшего рас­ стояния, определяемого величиной деформации шаров, после чего во второй фазе под действием сил реакции шары начинают отталкиваться и к определенному времени соприкасаются толь­ ко в одной точке. Этот момент времени соответствует оконча­ нию удара.

Если линию центров шаров принять за ось Ох и пренебречь

что по теореме количеств движения соответствует равенству нулю суммы их проекций на ось Ох.

Обратимся к процессу обрушивания масличных семян. В бичевой обрушивающей машине в момент первого удара массу и скорость семени по сравнению с массой и скоростью бича можно считать приближенно равными нулю, т.е. т2та0, и? г»О,

что дает

=При ударе семени о деку бичевой или центробежной

276

что означает равенство нулю скоростей семени и деки после

Решение системы (X—1) и (X—5) приводит к следующим квадратным уравнениям для скоростей шаров после удара:

а скорость семени остается неизменной по величине, но поменя­ ет свой знак на обратный2.

Т р е т и й с л у ч а й — т е л а у п р у г о - п л а с т и ч н ы е . При этом условии необходимо ввести коэффициент восстановления, равный для абсолютно неупругих тел К = 0, для абсолютно уп­ ругих К = 1. Введение коэффициента восстановления соответст­ венно дает:

1 Второй корень к2= 0 отбрасываем как не имеющий физического смысла. 2 Здесь также второй корень ѵ2 = ѵ2 отбрасываем как не имеющий физи­

ческого смысла (после удара о деку направление скорости не может остать­ ся неизменным).

277

для скорости семени после первого удара бича

и для скорости семени после его удара о деку

(X— 15)

Механизм обрушивания масличных семян ударом в настоя­ щее время недостаточно изучен. Старые работы по семенам под­ солнечника [259] нельзя перенести на высокомасличные сорта с их особыми физико-механическими свойствами. В новых ра­ ботах, посвященных исследованию обрушивания высокомаслич­ ных семян подсолнечника [131, 205], этот важный вопрос спе­ циально не рассматривался. Механизм обрушивания семян та­ ких масличных культур, как хлопчатник, соя, конопля и другие вообще не исследовался.

Механизм обрушивания высокомасличных семян подсолнеч­ ника в самых общих чертах состоит в следующем. Поскольку зазор между ядром и лузгой наибольший в направлении длин­ ной оси семени, то при ударе в этом направлении всю нагрузку, как правило, воспринимает лузга, а ядро дробится в минималь­ ной степени. При ударе в направлении средней и наименьшей осей семени часть нагрузки воспринимает и ядро, в связи с чем наблюдается его повышенное дробление. Отсюда понятно, что эффективность обрушивания высокомасличных семян подсол­ нечника различна для разных способов приложения внешней динамической нагрузки. Это различие относится прежде всего к таким методам, как многократный удар (бичевые обрушива­ ющие машины) и однократный, направленный вдоль длинной оси семени удар (центробежные обрушивающие машины).

В бичевых машинах из-за случайного характера направления удара бича по семени или семени о деку уже в результате пер­ вого удара возможно образование дробленого ядра, поскольку вероятность удара по направлению наименьшей и средней осей семени равна 2/з- Таким образом, бичевые машины, помимо многократности ударов бичей по семени и семени (часто уже обрушенного) о деку, что, естественно, приводит к дроблению ядра и образованию масличной пыли, имеют и такой недоста­ ток, что уже в момент первого, большей частью решающего удара, происходит разрушение не только оболочки, но и ядра. С другой стороны, анализ возможных направлений движения семени в бичевой машине [270] приводит и к выяснению неко­ торых причин образования недоруша. К ним относятся потеря скорости семенем в нижней части деки вследствие касательного удара о колосники, столкновения семян друг с другом и возник­ новение хаотических завихрений воздушных потоков.

Сделаем попытку произвести анализ работы центробежной обрушивающей машины. Для этого воспользуемся некоторыми

278

в горизонтальной плоскости с нормалью к поверхности деки, получены формулы [100]:

V i { f * - f V f 2 + i + i )

для отношения текущего размера ротора х к первоначальному г0 и времени движения семени по ротору — формулы [27]:

где ш — угловая скорость ротора;

f —коэффициент трения семян по материалу канала ротора;

о0— окружная скорость.

Из приведенных уравнений следует, что основные параметры работы центробежной машины непосредственно не связаны с массой семянок, в частности скорость выхода семянок с различ­ ной массой (с различными размерами) .из каналов центробеж­ ной машины одинакова. Это, конечно, не означает, что калибро­ вание семян по размерам (массе) перед обрушиванием беспо­ лезно; остается влияние массы семян на величину кинетической энергии и, следовательно, на силу удара.

Некоторые авторы [164] считают, что независимость скорос­ ти движения семянок вдоль канала и скорости их выхода из ка­ нала от массы позволяет исключить столкновение семянок друг с другом в полете и связанное с этим наличие недоруша в рушанке. На самом деле это не так. Действительно, параметры центробежной машины, в частности время движения семени по ротору, в соответствии с уравнением (X—20), зависят от коэф­ фициента трения. Последний зависит от состояния (шерохова­ тости) поверхности семян и их влажности. Поскольку в общей

279

массе семян разнокачественность отдельных семянок велика, то неизбежно их столкновение друг с другом еще в канале маши­ ны, что влечет за собой образование недоруша. Это же относит­ ся, в соответствии с уравнением (X—16), и к периоду полета семян от канала к деке, а в соответствии с уравнением (X—18)—к направлению удара семян о деку. Таким образом, разнокачественность семян по состоянию поверхности и по влажности должна существенно влиять на эффективность их обрушивания в центробежной машине.

Исследования показали, что с ростом xjr0 отношение z — vlvQ стремится к некоторой постоянной величине [27]:

при значениях х/го^З направление скорости движения семян­ ки после ее выхода из канала зависит только от коэффициента трения, что согласуется с уравнением (X—18). Этот вывод име­

из изложенных выше теоретических представлений, влажность семян и частота вращения диска. С ростом влажности семян уве­

280

личивается количество целяка и недоруша и уменьшается количе­ ство масличной пыли, и наоборот (рис. 159). Понятно, что в этом отношении однократный удар не отличается от многократного удара. Это вполне естественно, так как физически методы мно­

39, с увеличением толщины семян эффективность их обрушива­ ния существенно возрастает.

Т а б л и ц а 39

ОБРУШИВАНИЕ РАЗРЕЗАНИЕМ И СКАЛЫВАНИЕМ

В производстве растительных масел эти методы обрушива­ ния применяются при переработке семян хлопчатника в силу особых свойств оболочки этих семян — высокой ее эластичности.

281