Анализ процесса измельчения на мельницах, оборудованных вальцевыми станками
На протяжении многих десятилетий конструкция вальцевого станка видоизменялась и совершенствовалась. Имелись станки с одним валком, подобные современным вальцедековым станкам, с двумя и большим количеством валков, причем оси совместно работавших валков были расположены в одной или в различных горизонтальных плоскостях.
Как известно, рабочие органы современного вальцевого станка представляют собой два цилиндрических валка одинакового диаметра, вращающихся в противоположных направлениях с одинаковыми или различными окружными скоростями.
Вальцевый станок в сравнении с жерновым поставом имеет ряд серьезных преимуществ. Основное преимущество заключается в том, что путь, при прохождении которого происходят деформация и разрушение зерна или его частей, значительно короче, а производительность и технологический эффект неизмеримо выше. При определенных скоростях валков и характеристике рабочей поверхности действие их на частицы продукта приближается к однократному, так как сопряженная пара валков имеет две цилиндрические поверхности внешнего касания. Это особенно важно при крупчатных помолах, когда необходимо получать максимальное количество крупной крупки и не допускать измельчения оболочек зерна.
Вначале вальцевые станки применяли лишь в драном процессе. Измельчение крупок и дунстов, а также вымол сходов с последних драных и размольных систем, производились на жерновах. Многие специалисты считали невозможным использовать для этих операций вальцевые станки. Лишь в конце XIX в, отказались от этого предубеждения.
А. И. Маркушевич приводит описание (1884 г.) лучших, по его мнению, мельниц, из которых одна принадлежала Московскому товариществу, а другая в Борисоглебске — купцу С. Т. Иванову, Московская мельница была рассчитана на переработку 2400 пудов пшеницы в сутки. Для измельчения на ней применяли 22 вальцевых станка и три жерновых постава. Обогащение производили в 24 вейках. Драной процесс осуществлялся в четырех вальцевых станках с валками диаметром 8 и длиной 18. Пять вальцевых станков предназначались для передира крупок, а для их размола служили 13 станков; для вымола конечных продуктов использовали три жерновых постава. С учетом этих поставов нагрузки составляли 18,5/кг на 1 см длины всей вальцевой линии (2,88 пуда на 1") в сутки. Отношение всей драной линии (с учетом жерновых поставов) к размольной составляло примерно 1:1.
Маркушевич сообщает, что сначала сухое зерно (очищенное от примесей) направляли в вальцевые станки с рифлеными валками из отбеленного чугуна. Рабочий зазор устанавливали так, чтобы зерна слегка раздавливались, причем оболочки оставались почти целыми. Твердую пшеницу обычно подвергали измельчению на 3-4 системах, а мягкую — на семи системах. Почти на всех мельницах драной процесс осуществляли на крупнонарезных валках, передир — на мелконарезных или на гладких валках и, наконец, размол крупок—только на гладких чугунных или фарфоровых валках. Ниже (табл. 3) приводится баланс драного процесса на мельнице, применявшей семь драных систем.
Баланс помола показывает, что общее извлечение на I драной системе составляло всего 8,18% . Основные продукты извлекались на II (20,68%), III (40, 14%) и IV системах (16,96%), итого на этих системах было получено 77,78%. Обращает также внимание то, что на протяжении всего драного процесса было извлечено 7,53% муки и дунстов («дроби»). Подобные результаты на мельницах, оснащенных жерновыми поставами, были недостижимы.
Вымол был весьма совершенен. Сход с последней системы составлял 3,9%. Получению такого количества крупок способствовали небольшое число рифлей на первых системах и отношение окружных скоростей валков 1:3.
Описанный режим измельчения был характерен для многих вальцевых мельниц 80-х годов, о чем свидетельствуют данные о величинах рабочего зазора и числе рифлей на отдельных драных системах (табл. 4).
Вполне естественно, что при разветвленном драном процессе ассортимент муки был достаточно широк, а выход выше, чем на жерновых мельницах. Так, Московская мельница производила восемь сортов муки. Общий выход ее достигал 81%. Данные о наименовании и выходе отдельных сортов приведены в табл. 5.
Мельница в Борисоглебске работала с значительно меньшей производительностью, чем Московская (220 пудов зерна в сутки). Измельчение осуществляли в 23 вальцевых станках, а очистку крупок — в восьми венках. О качестве муки-крупчатки, вырабатывавшейся другими вальцевыми мельницами, свидетельствуют данные, приводимые в табл. 6.
Из таблицы видно, что влажность муки была низкой; это объясняется отсутствием увлажнения зерна перед измельчением, На первом этапе внедрения вальцевых станков зерно измельчали с естественной влажностью без увлажнения. Неизвестно как рассчитывали зольность муки — по отношению к сухому веществу, или к анализируемому количеству ее при естественной влажности. Количество клейковины, по-видимому, определяли после высушивания. Показатель содержания крахмала в муке был слишком низок (60—62%), что заставляет усомниться в правильности методики его определения. Чтобы получить представление о построении процесса измельчения пшеницы в конце XIX и в начале XX в., приводим технологические схемы (рис. 4, 5, 6, 7) этого процесса, применявшиеся на четырех мельницах различных городов страны (Царицыне, Тамбове, Балашове и Харькове).
Мельница в Царицыне перерабатывала смесь, включавшую 34% (1600 пудов) «Перерода», 16% (800 пудов) «Русской» и 50% (2400 пудов) озимой пшеницы. Суточный завал на мельнице в Тамбове составлял; «Перерода» 1400 пудов, «Русской» 2200 пудов и озимой 1200 пудов. Мельница в Балашове измельчала пшеницу «Перерод» и «Русскую» (4800 пудов), а мельница в Харькове — 6000 пудов, в основном озимую пшеницу.
Помольные смеси составлялись на мельницах в Царицыне и Тамбове с расчетом получения муки, отличавшейся большим содержанием клейковины высокого качества. Значительная часть муки предназначалась для экспорта.
Муку, вырабатывавшуюся на мельнице в Харькове, также экспортировали (в Англию и другие страны).
Рассмотрим основные показатели схем измельчения, применявшихся на указанных мельницах в 90-х годах XIX в. и первом десятилетии XX в. (табл. 7).
Анализ приведенной таблицы показывает, что процесс измельчения (образование крупок и измельчение их) был чрезмерно развит. Это объяснялось низким коэффициентом использования измельчающих машин и стремлением владельцев предприятий к получению большого выхода муки, что в свою очередь требовало удлинения вальцевой линии на драных и размольных системах.
В то же время процесс измельчения на четырех мельницах имел некоторые особенности. Так, ка мельницах в Царицыне и Балашове пшеницу «Перерод» и «Русскую» измельчали раздельно на первых четырех драных системах. Продукты, поступавшие на передирные системы, на мельнице в Царицыне обрабатывали в одном потоке; в Балашове же передирные системы предназначались только для обработки продуктов, полученных в результате измельчения «Перерода». На мельницах в Царицыне и Балашове продукты с последних размольных систем направляли на последние драные системы.
В Тамбове, начиная с I драной системы, все сорта пшеницы измельчали в одном потоке. Вымол осуществляли раздельно.
Особый интерес представляет схема процесса измельчения на мельнице в Харькове, где раздельно обрабатывали крупные и мелкие сходы, начиная со II и кончая VI драной системой. Шесть систем были выделены для шлифовки крупок. Для вымола (раздельного на драных и размольных системах) применяли щеточные машины и центрофугалы.
Заслуживают также внимания материалы о выходе муки на отдельных мельницах. Приводим данные по двум упоминавшимся мельницам (табл. 8).
Из таблицы видно, что в Царицыне ассортимент муки был более разнообразен, чем на мельнице в Тамбове. Здесь вырабатывали всего пять сортов муки, в то время как в Царицыне выпускали 10 сортов. Общий выход муки в мешках был почти одинаков.
На мельнице в Царицыне из 1200 пудов зерна пшеницы получали 188 мешков, а в Тамбове по отдельным партиям 188, 177 и 190, или в среднем 185 мешков муки. Последние сорта иногда упаковывали в кули вместимостью 4 пуда каждый вместо обычных 5 пудов,
Если считать, что всю муку выбивали в пяти пудовые мешки, то средний выход муки на мельнице в Царицыне составлял 78,3%, а на мельнице в Тамбове по трем партиям — 77,1%. Эта величина наиболее вероятна.
К сожалению, мы ничего определенного не можем сказать о качестве муки, которую производили мельницы в то время. Этому препятствует большое разнообразие ее сортов и различный выход на отдельных мельницах под одним или несколькими, наименованиями, При измельчении пшеницы технологический процесс позволял получать 11—12 сортов продукции, в том числе 9—10 сортов муки и 2 сорта отрубей. В торговой сети они были известны год следующими наименованиями (37):№ 1, или «конфектная»; № 2, или «отъемная»; № 3, или «крупчатка»; № 4, или «первач первый»; № 5, или «драная»; JVq б, или «первач второй»; №7, или «подрукавная»; №8, или «куличная»; №9, или «межеумок»; отруби: JMs 10, или «месятка» и № 11 — крупные отруби.
В крупчатку обычно включали первые три потока муки: «конфектную», «отъемную» и крупчатку.
«Первач первый» был темнее крупчатки, но в числе сортов мягкой муки считался наилучшим и по цвету, и по хлебопекарным достоинствам. Употреблялся для выпечки лучших сортов пшеничного хлеба.
«Первач второй» (или «первач межеумок») отличался по цвету от «первача первого». Эту муку использовали в основном для выпечки различных сортов ситного хлеба.
«Первач третий» был темнее «первача второго». Эту муку сбывали в провинциальные города и села, где ее употребляли для выпечки хлеба в домашних условиях.
«Подрукавная», «куличная» и «межеумок» получались в результате обработки «красок», т. е. при вымоле частиц оболочек на последних трех вымольных системах. В большинстве случаев муку с этих трех систем объединяли в один сорт «выбойную» или «куличную». Этот сорт муки, считавшийся на рынке самым худшим, был темнобурого цвета и из него изготовляли пряники; поэтому муку данного сорта называли еще «пряничной». Кроме того, ее применяли в большом количестве в смеси с ржаной мукой, из которой выпекался ржаной хлеб.
Материалы, приведенные в данной главе, дают основание утверждать, что мельницы, оборудованные вальцевыми станками, представляли собой прогрессивное явление по сравнению с мельницами, оснащенными жерновыми поставами. Вальцевые мельницы обусловливают возможность огромного роста производства муки и улучшения ее качества, но эти возможности в условиях капитализма использовались в незначительной степени. Нагрузки на измельчающие машины были низкими, что приводило к усложнению технологического процесса (увеличение количества измельчающих, просеивающих и других машин, усложнение коммуникаций и т. п.).