Со снижением влажности зерна его структурно механические свойства изменяются следующим образом

Обновлено: 15.09.2024

2.1 Факторы, влияющие на эффективность процесса измельчения
На эффективность измельчения зерновых продуктов оказывают влияние вид помола, технологические свойства зерна, кинематические и геометрические параметры измельчающих машин, нагрузочные условия.
2.1.1 Вид помола

Структура процесса зависит от вида помола и определяет число систем измельчения зерновых продуктов при различных помолах. Для простых помолов необходимо применять меншее число систем измельчения, чем для сложных помолов. Для различных видов помолов применяют определенные режимы систем процесса измельчения. Под режимом системы измельчения понимают выход извлекаемых продуктов, характерных для данной системы.

Режим системы, при котором извлекают максимально возможное количество измельченных продуктов, называют низким, а минимальное количество – высоким. Для простых помолов характерен низкий режим при минимальном числе систем, а для сложных сортовых помолов – высокий режим при максимальном числе систем измельчения.
2.1.2 Технологические свойства зерна

Наибольшее значение имеют структурно-механические свойства: прочность, твердость, пластичность, размолоспособность. По структурно-механическим свойствам зерна различают твердо-зерные и мягкозерные сорта пшеницы. Для твердозерных сортов пшницы характерен высокий выход промежуточных продуктов в виде крупок и крупитчатая мука, а для мягкозерных сортов – низкий выход крупок и мягкая мука.

Поскольку непосредственное определение микроструктуры зерна связано с определенными трудностями, о прочностных и деформативных свойствах зерна приближенно судят по таким показателям, как стекловидность, влажность, размолоспособность и др.

Стекловидность, характеризующая консистенцию эндосперма, определяет поведение зерна в процессе его измельчения. При измельчении пшеницы с мучнистой и стекловидной консистенцией эндосперма наблюдается их различная сопротивляемость разрушению.

Взаимосвязь консистенции эндосперма зерна (стекловидности) с его структурно-механическими сойствами иллюстрируется данными, приведенными в таблице 1. Наиболее высокой прочностью обладает высокостекловидная пшеница. Для нее характерны большие, чем для низкостекловидной, энергетические затраты при измельчении.

1. Прочность зерна в зависимости от его стекловидности

(по С. Хусиду)

Район произрастания	Стекловидность,%	Влажность, %	Расход электроэнергии на измельчение зерна, кДж/кг	Расход электроэнергии на вновь образованную поверхность, Дж/см 2	Прочность зерна, кН/м 2
Гордеиформе 423, Саратовская область	94	11,3	11,6	0,250	255
Гостаниум 237, Молдавская ССР	81	10,9	6,4	0,189	193
Украинка, Николаевская область	70	11,3	9,2	0,150	153
Мильтурум 553, Алтайский край	60	11,0	6,7	0,150	153
Гостаниум 237, Николаевская область	46	11,4	9,9	0,140	143
Мильтурум 553, Омская область	36	11,3	9,2	0,110	112

Влажность зерна оказывает большое влияние на его структурно-механические свойства, а значит, на эффективность измельчения. Установлено, что с повышением влажности зерна возрастает его сопротивляемость разрушению, повышается удельный расход энергии на единицу вновь образованной поверхности и снижается микротвердость. Это явление объясняется увеличением пластичности зерна. Особенно заметно пластические деформации возрастают в оболочках, которые оказывают значительное сопротивление разрушению. Поэтому при измельчении увлажненного зерна требуется затратить больше энергии, чем при измельчении сухого зерна (табл. 2).

При повышении влажности зерна от 14 до 18% изменяются его технологические свойства, снижается выход

2. Изменение прочности зерна при его различной влажности

При этом наибольшее снижение выхода наблюдается по крупной крупке, выход других фракций (средняя, мелкая крупки, дунст и мука) остается практически постоянным, уменшается зольность всех продуктов процесса крупообразования, повышается удельный расход энергии на измельчение зерна. Это объясняется возрастанием пластичности зерна и особенно оболочек, увеличением количества в нем микротрещин.

Снижается зольность муки 70% -ного выхода, улучшается ее цвет. Уменьшается сахаро- и газообразующая способность. Это можно объяснить снижением степени измельчения крахмальных зерен, у которых при

увлажненииповышается упругость и пластичность и поэтому они оказывают большее сопротивление при разрушении. Возрастает объемный выход хлеба и улучшается его качество.
2.1.3 Кинематические и геометрические параметры измельчающих машин

К кинематическим параметрам относят: величину окружной скорости быстровращающегося вальца υБ ; величину окружной скорости медленновращающегося вальца υМ ; отночение окружных скоростей вальцов

К = υБ/ υМ ; геометрические параметры: величину межвальцового зазора b; характер рабочей поверхности вальцов – нарезные (рифленые) или микрошероховатые; характеристику поверхности рифленых вальцов; число рифлей на единицу длины окружности вальца R; уклон рифлей У; профиль рифлей; взаимное расположение рифлей парноработающих вальцов; диаметр вальцов D; длину вальцов L.

Зольность суммарного извлечения

0,89

2.1.3.1 Окружные скорости вальцов

Они влияют на скорость приложения усилий от вальцов к измельчаемому продукту (скорость деформирования), а также на скорость обработки (измельчения) продуктов, находящихся в рабочей зоне вальцов. Для избирательного измельчения приходится изменять его условия. В этом случае большое значение имеет скорость деформирования.

Важен также выбор скорости движения частиц продукта в рабочей зоне вальцов, под которой понимается скорость перемещения ее центра тяжести. Она определяется скоростью υ_Б и υ_М , а также величиной усилий, передаваемых на измельчаемый продукт со стороны вальцо. Силовое нагружение частиц продукта в различных точках зоны воздействия изменяется, поэтому скорость движения частиц в рабочей зоне вальцов также непостоянная. Скорость частиц продукта, примыкающих к поверхности медленновращающегося вальца. Частицы продукта приобретают скорость в рабочей зоне в зависимости от воздействия усилий обоих вальцов. Это положение согласуется с зависимостью для средней скорости частиц продукта:

где α – угол захвата частицы продукта.
Из формулы (4) можно установить что по мере движения частицы продукта от выходного зазора к выходному угол α для данной частицы уменьшается, а средняя скорость ее возрастает.

В таблице 4 представлены примерные результаты влияния окружной скорости быстровращающегося вальца на эффективность измельчения зерновых продуктов по различным этапам технологического процесса. Помолы проведены при окружной скорости быстровращающегося вальца

4. Влияние окружной скорости быстровращающегося вальца на эффективность измельчения по различным этапам технологического процесса

Окружная скорость быстровращающегося вальца, м/с

Крупообразование продуктов первого качества (I…III др. с.)

Удельный расход электроэнергии, кДж/кг муки.

Извлечение муки, %

4, 6, 8, 10 м/с и неизменных других параметрах вальцов. Перерабатывали рядовую пщеницу ІV типа стекловидностью 58 %, влажностью на І др. с. 16,4%. Из таблицы видно, что увеличение окружных скоростей вальцов способствует повышению степени измельчения зерновых продуктов на всех этапах технологического процесса. При этом зольность промежуточных продуктов и муки возрастает, удельный расход энергии, отнесенный к извлекаемым продуктам, повышается. Особенно заметное ухудшение качества муки отмечается на системах, обрабатывающих продукты второго качества и вымола. При этом интенсивно измельчаются не только частицы эндосперма, но и поверхностные слои зерна, которые и попадают в извлекаемые продукты, ухудшая их качество.

Возрастание удельного расхода энергии при высоких окружных скоростях вальцов связано со значительными энергозатратами на измельчение периферических частей зерна – алейронового слоя и оболочек, а также с увеличением тепловых потерь в результате повышения температуры измельчаемых продуктов.
2.1.3.2 Отношение окружных скоростей вальцов

Этот параметр обеспечивает соотношение сдвигающих и сжимающих усилий в рабочей зоне вальцов для создания наиболее эффективной деформации зерна – сдвиг (среза). С увеличением отношения окружных скоростей вальцов (К) возрастают усилия сдвига. При этом сжимающие усилия также повышаются, так как снижается средняя скорость движения частиц продукта в рабочей зоне и уменьшается скорость медленновращающегося вальца υ_М при постоянной нагрузке. С увеличением окружных скоростей вальцов (К) растут также скорость сдвигающих усилий в рабочей зоне и число воздействий рифлей на продукт в результате снижения средней скорости движения частиц прдукта при постоянной скорости υ_в . увеличение скорости сдвигающих усилий с повышением К наблюдается при определенных условиях до К = 2,0…2,5, после которого скорость сдвигающих усилий изменяется незначительно. Кроме того, растет число воздействий рифлей на продукт, что и обусловливает повышение степени измельчения зерновых продуктов. При этом качество продуктов, содержащих значительное количество оболочек, ухудшается, что указывает на их более интенсивное измельчение.

Однако при определенных условиях увеличение К может привести к снижению степени измельчения, особенно на размольных системах с микрошероховатыми или износившимися рифлеными вальцами, имебщими высокую плотность нарезки. Это объясняется ростом пластических деформаций в поверхностном слое при больших давлениях и повышение температуры продукта.
2.1.3.3 Величина межвальцового зазора

При сортовом помоле пшеницы с использованием вальцовых станков величина межвальцового зазора изменяется от 1,5 до 0,03 мм и является единственным оперативно-регулируемым параметром, влияющим на эффективность измельчения зерновых продуктов. Учитывая избирательный характер измельчения с постепенным уменьшением размеров измельчаемых частиц, величину межвальцового зазора устанавливают в соответствии с крупностью измельчаемых продуктов и требуемым режимом данной системы.

Регулируя межвальцовый зазор, можно изменить усилия сжатия продукта в рабочей зоне вальцов. Это повлияет на величину сдвигающихся усилий и соотношение сдвигающих и сжимающих усилий, т. е. изменит силовое нагружение частиц измельчаемого продукта в рабочей зоне вальцов. При уменьшении межвальцового зазора силовое нагружение частиц продукта возрастает и степень измельчения увеличивается. Для описания этого процесса А. В. Панченко предложил зависимость для нахождения общего извлечения продуктов И :

И = me - nb (5)

В драном процессе применяют только рифленые вальцы, плотность нарезки рифлей изменяется от 3,5 до 8 рифлей на 1 см окружности вальца и зависит от крупности частиц измельчаемого продукта. На системах шлифовочного и размольного процессов также применяют рифленые вальцы с плотностью нарезки от 9 до 11 рифлей на 1 см, но возможно устанавливать и микрошероховатые вальцы.

Состояние рабочей поверхности микрошероховатых вальцов определяется ее шероховатостью, которая представляет собой совокупность микронеровностей с относительно малыми шагами и характеризует контактную жесткость поверхностей парноработающих вальцов. Шероховатость поверхности оценивают по неровностям профиля, получаемого путем сечения поверхности плоскостью (чаще в нормальном сечении). Шероховатность обычно рассматривают в пределах ограниченного участка, длина которого называется базовой длиной. Базой для отсчета отклонений профиля служит средняя линия профиля, которую проводят так, чтобы в пределах базовой длины среднее квадратическое отклонение измеряемого профиля до этой линии было бы минимальным. Применяют ряд параметров для оценки шероховатости различных поверхностей: среднее арифметическое отклонение профиля R_a, высота неровностей профиля по десяти точкам R_t, наибольшая высота неровностей профиля R_max, средний шаг неровностей профиля S_m и др.

Приближенную оценку шероховатости микрошероховатых вальцов можно проводить по одному параметру R_z, который для данного случая, когда номинальный профиль поверхности вальца – прямая, представляет собой среднее расстояние между находящимися в пределах базовой длины высшими точками пяти наиболее высоких выступов и низшими точками пяти наиболее глубоких впадин.

Шероховатость вальцов неоднородна и составляет в среднем R_z = 6…12 мкм. Параметр шероховатости R_z определяют по увеличенному изображению профиля или записанной профилограмме сечения на профилографе.

Повышение плотности рифлей с 3,5 до 8 приводит к увеличению общего извлечения на драных системах в результате большего выхода мелкой крупки и дунстов, выход крупной крупки при этом несколько снижается. Зольность продуктов общего извлечения возрастает на 0,10…0,15%. Это объясняется повышением скорости деформирования, так как увеличивается число воздействий рифлей на продукт при повышении их плотности. Удельный расход энергии на всех этапах измельчения промежуточных продуктов с повышением плотности нарезки рифлей увеличивается.

Сравнивая эффективность рифленых и микрошероховатых вальцов при шлифовании крупной крупки и размоле промежуточных продуктов, следует отметить, что эффективность микрошероховатых вальцов по количественным показателям значительно ниже рифленых. Однако качество извлекаемых крупок и муки повышается, а удельный расход энергии резко возрастает и особенно на вымалывающих системах в результате низкого извлечения муки. Это можно объяснить изменением условий силового нагружения продукта в рабочей зоне микрошероховатых вальцов, особенность которого заключается в высоком давлении в рабочей зоне, повышении температуры продукта, что приводит к появлению пластических деформаций. К тому же на микрошероховатых вальцах практически отсутствует деформация среза, так как нет рифлей, а основными видами деформации остаются сдвиг и сжатие, поэтому разрушение зерновых продуктов на этих вальцах происходит при высоком удельном расходе электроэнергии.
2.1.3.5 Уклон рифлей

Для обеспечения плавной работы вальцов применяют нарезку рифлей под некоторым углом к образующей цилиндра вальца, что особенно важно при относительно небольших окружных скоростях вальцов (3…4 м/с). Кроме того, уклон рифлей влияет и на эффективность измельчения. Увеличение уклона рифлей до 8 % вызывает заметное уменьшение общего выхода промежуточных продуктов в драном процессе и улучшение их качества. При дальнейшем увеличении уклона рифлей до 20 % наблюдается значительное снижение общего выхода промежуточных продуктов в драном процессе, снижается также выход крупной крупки. Снижение степени измельчения частиц продукта в рабочей зоне вальцов при увеличении уклона рифлей объясняется уменьшением сдвигающих усилий, которые воздействуют под углом к направлению движения продукта в рабочей зоне, а также скольжением частиц продукта в продольном направлении вальцов, что снижает напряжение в массе измельчаемого продукта, возникающее в результате его силового нагружения.
2.1.3.6 Взаимное расположение рифлей вальцов

Диаметр и длина вальцов, как геометрические параметры, неразывно связаны, и эта взаимосвязь диктуется обеспечением необходимой жесткостью вальцов, т. е. минимально допустимым их прогибом во время работы.

Диаметр вальцов существенно влияет на условия силового нагружения частиц измельчаемого продукта в рабочей зоне, поскольку геометрические размеры зоны деформирования зависят от его величины (рис. 6). Зона

деформирования характеризуется входным и выходным межвальцовыми зазорами (

Читайте также: