Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология крахмала, крахмалопродуктов и глюкозно-фруктозных сиропов. Учебное пособие
.pdf
51
- загрузка зерном с одновременной подачей замочной воды
(1- 2 ч);
- замачивание с периодической рециркуляцией «на себя» и
откачиванием навстречу зерну (46 - 50 ч);
- отбор экстракта из головного чана (1 ч);
- промывание замоченного зерна водой (4 - 6 ч);
- выгрузка замоченного зерна (до 4 ч);
- профилактический осмотр чана и подготовка к загрузке (1 ч).
Весь комплекс перечисленных операций для каждого чана
батареи проводится в течение 56 - 64 ч.
Замачивание зерна проводится производственной водой
(промывная), насыщенной диоксидом серы до оптимальной концентрации в ней SО2. Диоксид серы получают на заводе путем
сжигания серы в специальных вращающихся печах. Содержание
SО2 в получаемом сернистом газе 8 - 10 %. Насыщается вода (еѐ
температура около 40 оС) диоксидом серы в вертикальных полочных абсорберах, работающих под небольшим разрежением.
3.5. Дробление замоченного зерна, промывание зародыша
Первой операцией после замачивания зерна является его механическое дробление с целью последующего выделения зародыша в целом виде. Это необходимо сделать в самом начале технологического процесса, так как жир из поврежденного зародыша затрудняет выделение чистого крахмала, снижает его выход, способствует увеличению потерь крахмала в составе побочных продуктов (мезга, глютен). При замачивании зародыш становится эластичным, его связи со структурами зерна ослабевают, что позволяет относительно легко отделить зародыш от основной массы зерна.
Зерно из замочного отделения подается на станцию дробления с помощью гидротранспортера при соотношении зерно : вода
равное 1:3. Для отделения из зерноводяной смеси возможных тяжелых примесей (частицы почвы, песок, металл, окалина) используется ее обработка в центробежном поле. Для этого на напорной
линии подачи зерноводяной смеси устанавливаются гидроциклоны. Тяжелые посторонние примеси собираются в накопителе и
выводятся через нижний сход, очищенная смесь зерна и воды от-
52
бирается через верхний отвод и направляется на водоотделитель –
дуговое сито.
Сито рабочей площадью 1,4 м2, оснащенное колосниковой
щелевой сеткой с шириной щелей 2 мм, позволяет перерабатывать
до 600 т зерноводяной смеси в сутки.
Дробление зерна для освобождения целого зародыша проводится в две ступени с его промежуточным выделением. Зерно разрушается на машинах ударного действия (дробилки), оснащенных
двумя дисками, один из которых вращается с частотой 985 мин-1.
Оба диска имеют жестко закрепленные рабочие органы в виде конусов или пирамид. Расстояние между рабочими органами дисков
регулируется с целью сохранения постоянного зазора, исключающего возможность прохождения через него не разрушенного зерна.
При первом дроблении зерно разрушается на 4 - 6 частей с
одновременным освобождением из мучнистой части эндосперма
20 - 25 % крахмала. Более интенсивное разрушение зерна на первой
стадии дробления недопустимо, так как возникает опасность измельчения зародыша, что затрудняет его выделения из кашки и
снижает производительность второй ступени дробления.
Полученная после первого дробления кукурузная кашка направляется на гидроциклоны, где за счет разницы плотностей из
смеси выводится зародыш (верхний сход), а более тяжелые частицы структур зерна (нижний сход) поступают на дуговое сито для
отделения избытка воды (отцеживание). Это сито оснащается колосниковой сеткой с шириной щелей 1,6 мм.
Кашка после дуговых сит поступает на вторую ступень измельчения, для чего используются аналогичные дробилки. Оптимальные условия разрушения обеспечиваются при влажности поступающей кашки не выше 75 %.
Производительность дисковых дробилок на первом дроблении до 200 т кукурузы в сутки, на второй ступени – 270 т/сут.
После первого дробления при установившемся оптимальном
режиме измельчения содержание целых зерен в кашке не более 1 %,
после второго - целых зерен не должно быть. Остаточное содержание связанного зародыша после второго дробления не более 0,3 %.
При первом дроблении из зерна освобождается около 80 % зародыша и 20 - 25 % зерен крахмала, после второго дробления – до 20 %
зародыша и 10 - 15 % крахмала.
53
В составе общей кашки после первого и второго дробления
имеется твердая и жидкая фазы. В твердой фазе – частицы измельченного зерна разного размера и формы, свободный зародыш,
крупные и мелкие фрагменты оболочек зерна, зерна крахмала, частицы белка (глютен). Жидкая фаза в основном содержит воду и
некоторую часть растворимых веществ зерна – различные углеводы, минеральные соединения, частицы белковых веществ.
Главной задачей операций выделения и промывания зародыша является практически полное его выделение из кашки в смеси с зернами крахмала, последующее отделение зародыша на различных ситовых аппаратах и окончательное промывание зародыша для удаления свободного крахмала.
С учѐтом разницы плотностей частиц зерна и зародыша его
выделение из смеси обычно проводится на гидроциклонах, имеющих диаметр цилиндрической части от 200 до 550 мм, высоту конуса от 520 до 1650 мм. Производительность таких циклонов от
5 до 30 т кукурузы в час.
Исходная смесь подается тангенциально в цилиндрическую
часть гидроциклона под давлением 0,25 - 0,30 МПа. За счет центробежной силы, возникающей при интенсивном вращении, смесь
разделяется на две фракции – верхний сход включает зародыш и
основную часть суспензии крахмала, в составе нижнего схода частицы зерна, оболочек, некоторая часть суспензии крахмала.
Для обеспечения максимального выделения зародыша смесь,
подаваемая на гидроциклоны, должна иметь соответствующие величины концентрации крахмала и содержания твердой фазы. Степень выделения свободного зародыша при однократной обработке
на гидроциклоне составляет 90 %, при двукратной – до 98 %.
Верхний сход после второй ступени гидроциклона для отделения от зародыша зерен крахмала направляется на сита для отцеживания и промывания. Для этого широко применяются низконапорные дуговые сита, оснащенные колосниковой сеткой из нержавеющей стали с шириной щелевых отверстий 2 мм. Необходимая
степень промывания зародыша достигается при последовательной
его обработке на трехступенчатой станции дуговых сит с противоточным движением воды. На третью ступень промывания подается
сульфитированная вода, которая после отцеживания на дуговом
54
сите насосом подается на второе сито и далее не первое. Производительность станции сит с единичной поверхностью фильтрования
1 м2 составляет 200 т зерна в сутки.
После третьего промывания содержание свободного крахмала в отмытом зародыше не более 1 % к массе сухих веществ продукта, его влажность не превышает 72 %. Для дополнительного
обезвоживания промытый зародыш обрабатывают на шнековом
прессе – влажность при этом снижается до 60 %. Выход зародыша
при такой схеме промывания составляет 7,0 - 7,5 % к массе сухих
веществ кукурузы.
3.6. Измельчение кукурузной кашки, выделение крахмала
После выделения свободного зародыша кашка представляет
смесь зерен крахмала, небольшой части растворимых веществ,
фрагменты зерна кукурузы и оболочек в присутствии избытка воды. В результате двухступенчатого дробления зерно полностью не
разрушается, в связанном состоянии остается примерно 60 %
крахмала.
Для высвобождения крахмала, связанного белковыми матрицами в зерне кукурузы, кашка подвергается интенсивному измельчению в присутствии воды – мокрый помол. При этом прочные оболочки зерна разрушаются до частиц размером более
0,6 мм, образуя крупную мезгу. Менее прочные внутренние структуры зерна разрушаются до частиц меньших размеров (менее
0,6 мм) – мелкая мезга.
При измельчении кашки зерна крахмала, обладая эластичностью и достаточной прочностью, не подвергаются каким-либо разрушениям.
Белковые вещества внутренних слоев зерна кукурузы интенсивно разрушаются с образованием мелких частиц размером
1 - 2 мкм, что позволяет полностью освободить крахмальные зерна
от удерживающих связей.
Измельчение кукурузной кашки с целью освобождения зерен крахмала проводится на машинах ударного действия. Разрушение всех структур зерна в них происходит за счет ударного действия, возникающего при встречном вращении двух рабочих дис-
55
ков. На горизонтальном приводном валу с частотой 1460 мин-1
вращается ударный ротор, в его внутреннем пространстве в противоположную сторону вращается с частотой 2960 мин-1 центробежный ротор с лопастями.
Ударный ротор диаметром 920 мм оснащается измельчающими элементами – пальцами в количестве 72 шт., которые жестко
закрепляются с помощью несущего стяжного кольца.
Центробежный ротор диаметром 800 мм выполнен из двух
дисков, между которыми жестко закреплены 36 радиальных лопастей.
Исходная кукурузная кашка с помощью питателя поступает
в центральную часть вращающегося центробежного ротора, захватывается лопастями и с большой силой отбрасывается на пальцы
ударного ротора. За счет минимальных расстояний между пальцами и зазоров в рабочем пространстве исключается прохождение
частиц продукта без мощного ударного воздействия.
При встречном движении относительная скорость вращающихся роторов достигает 190 м/с. Частицы измельченного зерна
приобретают огромную скорость и для ее снижения внутри машины радиально жестко закреплены неподвижные статорные пальцы
с шагом 32 мм. Встречаясь с поверхностью неподвижных пальцев,
частицы зерна дополнительно измельчаются до необходимой
крупности мокрого помола.
Производительность таких машин до 150 т кукурузы в сутки
при содержании связанного крахмала в продукте после измельчения не более 16 %.
Измельченный продукт в водной среде содержит зерна свободного крахмала, часть растворимых веществ, частицы клетчатки
разного размера – крупная и мелкая мезга и фрагменты белковых
соединений.
С целью максимального выделения зерен крахмала в чистом
виде полученная смесь направляется на последовательные операции отделения мезги, частиц белковых веществ и растворимых
соединений.
Операция отделения и промывания мезги проводится на различных ситовых аппаратах в несколько ступеней в режиме противоточного движения с водой. Производственную воду (обычно
56
глютеновую) сульфитируют до содержания 0,04 % SО2, подают в
сборник перед ситом последнего промывания, разбавляют мезгу и
направляют на последнее дуговое сито. Надситовой продукт (промытая мезга) направляется на центробежно-лопастное сито для
предварительного обезвоживания, при этом влажность мезги снижается до 85 %. Следующее отделение воды из мезги проводится
на шнековых прессах, где влажность снижается до 65 %, после чего прессованная мезга поступает в цех производства корма.
Подситовой продукт (прошедший через сито), содержащий в
водной среде зерна крахмала и мелкую мезгу, направляется последовательно навстречу движению мезги от седьмой до первой ступени дуговых сит промывания. При прохождении мезги через все
ступени дуговых сит за счет вымывания в воде накапливается свободный крахмал – образуется крахмальное молоко, содержащее до
5,5 % крахмала.
В настоящее время используются схемы совместного промывания крупной и мелкой мезги на станции дуговых сит, включающей семь ступеней. Все дуговые сита оснащаются капроновой
ситовой тканью № 43 - 46.
Противоточное промывание мезги позволяет снизить остаточное содержание крахмала до 3 % к массе ее сухих веществ.
Расход промывной (глютеновой) воды с температурой 47 - 50 оС
составляет 290 - 320 % к массе сухих веществ исходного зерна кукурузы.
Полученное на станции дуговых сит крахмальное молоко
содержит небольшое количество мелкой мезги – до 0,2 % к массе
сухих веществ. Для ее отделения молоко направляют на рафинировальные дуговые сита, оснащенные капроновой ситовой тканью
№ 67 - 73 (размер отверстий в сите соответственно 99 - 87 мкм).
Надситовой продукт (мелкая мезга) направляется на окончательное промывание и затем в цех производства сухих кукурузных
кормов.
Подситовой продукт (крахмальное молоко) содержит 11 -
14 % мас. сухих веществ и характеризуется присутствием следующих компонентов (на 100 сухих веществ суспензии), %:
- свободный крахмал 88 - 92;
- белковые соединения 6 - 10;
57
- растворимые вещества 3,0 - 5,0;
- жир экстрагируемый 0,5 - 1,0;
- минеральные соединения (зола) 0,2 - 0,4;
- мелкая мезга 0,1.
В полученном крахмальном молоке в наибольшем количестве присутствуют белковые соединения, поэтому задачей следующей операцией является отделение указанных примесей.
3.7. Разделение крахмала и жиробелковых примесей
После промывания крахмала на рафинировальных ситах в
наибольшем количестве в суспензии присутствуют примеси - жиры
и белковые вещества в виде взвешенных частиц размером 1 - 2 мкм
плотностью 1176 кг/м3. Зерна крахмала имеют размеры 5 - 30 мкм и
плотность 1530 кг/м3. Частицы мелкой мезги соизмеримы с зернами
крахмала или несколько крупнее (до 45 - 60 мкм) и имеют меньшую
плотность – 1300 кг/м3. Соединения кукурузного жира в смеси
представлены в виде эмульсии и в связанном состоянии с белковыми веществами. В зернах крахмала находится жир в связанном состоянии (гидролизный) в количестве 0,55 %. Возможным является
присутствие в суспензии незначительных масс твердых частицпримесей в виде песчинок плотностью около 2000 кг/м3.
Основные компоненты крахмальной суспензии имеют различные плотности, что позволяет использовать разделение смеси в
поле действия центробежных сил. Для этих целей наибольшее
распространение получили центробежные сепараторы, оснащенные ротором с набором тарельчатых вставок. Разделение компонентов суспензии проходит почти мгновенно в тонком слое в межтарельчатом зазоре размером около 1 мм.
Центробежный сепаратор представляет закрытое устройство в
виде барабана на вертикальной оси с пакетом тарелок на нем в количестве около 70. Тарелки диаметром 295 - 400 мм имеют отверстия, которые при сборке пакета образуют вертикальные каналы для
прохода и распределения исходной суспензии. Барабан вращается с
частотой 4200 - 5500 мин-1 от специального привода, что обеспечивает величину фактора разделения 4200 - 4800.
58
Очищаемая суспензия поступает сверху в центральный канал вращающегося барабана и равномерно распределяется в тонком слое межтарельчатого зазора. Тяжелые зерна крахмала в поле
центробежных сил с наибольшей скоростью движутся к нижней
поверхности тарелок и накапливаются на самом отдаленном от оси
вращения радиусе, где имеются отверстия (периферийные дюзы)
для отвода сгущенного схода – концентрированной суспензии
крахмала. Дюзы имеют регулируемые сечения для отвода крахмальной суспензии, что позволяет сгущать ее до концентрации 36 38 % мас. сухих веществ.
За счет давления постоянно входящей в сепаратор исходной
крахмальной суспензии происходит вытеснение из рабочей зоны
жидкой фазы, включающей более легкие частицы белковых веществ, мелкой мезги и растворимые вещества. Образующийся
жидкий сход в количестве около 70 % объема входящей суспензии
выводится из ротора через кольцевой канал.
В результате однократного разделения суспензии в сепараторе не удается полностью выделить из нее примеси белка. Поэтому применяются сепараторные станции, включающие четыре ступени последовательно работающих сепараторов. Сгущенный сход
с каждой ступени разбавляют водой (осветленной глютеновой) и
направляют на следующую обработку. Этим достигается более
полное удаление примесей белковых веществ и растворимых соединений.
Жидкий сход со второй, третьей и четвертой ступени сепараторов направляется для разбавления сгущенного схода на первую, вторую и третью группу в режиме противотока.
Для предварительного отделения из крахмальной суспензии
тяжелых посторонних примесей (окалина, мелкие песчинки) перед
сепараторной станцией устанавливаются гидроциклоныпескоотделители, имеющие диаметр цилиндрической части 100 300 мм и производительность 8 - 50 м3/ч (по исходной суспензии
крахмала).
После четырех ступеней обработки на сепараторах очищенная крахмальная суспензия содержит около 0,6 % белковых веществ и 0,3 % растворимых соединений к массе сухих веществ.
Для дополнительной очистки крахмала от жиробелковых приме-
59
сей полученная суспензия обрабатывается на флотационной машине путем продувания через нее диспергированного воздуха.
Указанные примеси имеют в своем составе поверхностноактивные вещества, что способствует образованию на поверхности
очищаемой суспензии слоя пены. Вместе с пенным сходом из
крахмальной суспензии удаляется до 40 % белковых веществ и
70 % жира.
Жидкий сход после сепараторной станции, называемый глютеновая суспензия, содержит около 1 % мас. сухих веществ, в том
числе 0,5 - 0,6 % взвешенных веществ. В их составе до 70 % белковых веществ, 15 - 20 % крахмала, 6 - 8 % жира. Для отделения
указанных компонентов глютеновая суспензия обрабатывается на
флотационной машине и в сепараторе-концентраторе, после чего
осветленная глютеновая вода возвращается на различные операции (промывание зерна, его транспортировку, замачивание, промывание мезги).
Сгущенная фракция глютена, полученная в сепаратореконцентраторе, направляется в цех производства сухого кукурузного корма.
3.8. Промывание крахмала
После очистки на сепараторной станции в крахмальной суспензии находится некоторая часть примесей в виде растворимых
веществ (0,25 - 0,3 %), белковых соединений (0,5 - 0,6 %), сернистой кислоты, что характеризуется повышенной кислотностью. В
составе растворимых веществ присутствуют азотистые соединения, различные сахара, минеральные соли.
Для обеспечения последующей выработки продуктов стандартного качества (сухой крахмал, крахмальная патока, глюкоза,
сиропы и др.) сырой крахмал подвергается окончательному промыванию. Для этого используется вакуум-фильтрационная установка
или батарея гидроциклонов. После четырех ступеней сепараторов
обычно проводится двукратная обработка крахмальной суспензии
на вакуум-фильтрах в режиме противоточного промывания.
Крахмальная суспензия после сепараторов, содержащая 38 40 % сухих веществ, разбавляется фильтратом с вакуум-фильтров
60
второй ступени до 25 - 28 % и направляется на первую ступень
фильтрования. Образующийся на поверхности фильтровальной ткани слой крахмала срезается ножом, разбавляется в мешалке умягченной водой или охлажденным конденсатом с температурой 65 -
75 оС до концентрации 32 - 34 %. Полученная суспензия крахмала с
температурой 40 - 45 оС подаѐтся на вторую ступень фильтрования.
Для снижения активности микроорганизмов в процессе промывания на вакуум-фильтрах содержание SO2 в исходной суспензии крахмала поддерживается около 0,03 %.
Очищенный сырой крахмал после второй ступени вакуумфильтров с влажностью около 50 % подается в цех выработки сухого крахмала и других продуктов.
Для обеспечения оптимальных условий работы вакуумфильтрационной установки в системе поддерживается разрежение
0,055 - 0,060 МПа, длительность нахождения крахмала в воде не
менее 30 мин, температура суспензии в корыте вакуум-фильтров
40 - 50 оС, температура промывной воды на форсунки фильтра 70 75 оС. Расход воды для промывания составляет 150 - 170 % к массе
сухих веществ крахмала, из них 50 - 70 % для промывания и 100 %
для разведения суспензии после фильтрования.
После промывания на вакуум-фильтрах показатели крахмальной суспензии заметно улучшаются: кислотность снижается
на 28 - 32 %, содержание крахмала к массе сухих веществ 98,4 98,7 % (доброкачественность), белковых веществ 0,4 - 0,5, растворимых веществ 0,10 - 0,15, золы 0,1 - 0,15, жира гидролизного
0,50 - 0,55, жира экстрагируемого 0,10 - 0,15 %. В сыром крахмале
присутствуют примеси неустойчивых соединений – белок и жир,
поэтому хранить его не рекомендуется, целесообразно сразу направлять на дальнейшую переработку.
При современной организации процессов переработки выход
крахмала достигает 67 - 68 % к массе сухих веществ зерна кукурузы, коэффициент извлечения крахмала 94 - 96 %, выход зародыша
7,0 - 7,5 %. Потери крахмала с глютеном 16 - 18 %, остаточное содержание связанного крахмала в смешанной (крупной и мелкой)
мезге не более 15 %, свободного – не более 3 %, в промытом зародыше не выше 8 % (к массе сухих веществ продуктов).
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]