Методы кондиционирования
Кондиционирование, применяемое в мельничной практике, подразделяется на так называемое «холодное кондиционирование», под которым понимается увлажнение зерна с последующей продолжительной отлежкой, и на «горячее кондиционирование», включающее четыре операции: замочку, прогрев, охлаждение и непродолжительную отлежку. Процесс отлежки зерна происходит в закромах, периодически заполняемых зерном и по истечении времени отлежки опоражниваемых,— так называемых закромах «периодического действия», или в закромах, непрерывно заполняемых я одновременно опоражниваемых, — закромах «непрерывного действия».
Холодное кондиционирование. При холодцом кондиционировании зерно увлажняется обычным способом — замочной или при помощи моечной машины — и поступает в отлежные закрома для отволаживания, длительность которого, определяемая сортом пшеницы, колеблется в пределах от 8 до 60 час.
Увлажнение зерна производится с расчетом получения 15—16% влажности. Твердая и сухая пшеница нуждается в двойной и даже тройной замочке. Например, в американской схеме зерноочистки замочка производится до мойка, затем моечной машиной а перед самым размолом. Taкоe постепенное увлажнение зерна до отложных закромов позволяет получить зерно достаточной влажности (в случае поступления в зерноочистку зерна с небольшой влажностью).
Подача одновременно большого количества влаги при однократной замочке зерна (например на моечной машине) может привести в отеканию с поверхности зерна влаги, не успевающей проникнуть через оболочки, и в результате зерно не достигает на 10-м дранье требуемой влажности.
Обычно пшеница стекловидных и твердых сортов отлеживается в точение 24—48 час.
Мягкая мучнистая пшеница замачивается раз, иногда два. Отлежка мягкой пшеницы в течение 16—24 час. приводит к достаточному технологическому эффекту. В некоторых случаях более продолжительная отлежка неблагоприятно влияет на зерно, чрезмерно увеличивая ого вязкость, что отражается на увеличении расхода энергии при помоле и ухудшении технологических показателей.
При переработке зерна с низкой температурой (в зимний период) замачивание пшеницы производится теплой водой.
Иногда (в американской практике) верно подогревается перед замочкой до 25°, что приводит к лучшим результатам кондиционирования.
Горячее кондиционирование, Увлажнение зерна с последующим прогревом его и кратковременной отлежкой охлажденного зерна перед помолом, так называемое «горячее кондиционирование», имеет некоторые преимущества перед методом «холодного кондиционирования», хотя последний и является более экономичным в отношении эксплоатационных расходов.
Горячее кондиционирование позволяет значительно сократить время отлежки, необходимое для диффузии влаги в зерне и ее равномерного распределения. В зависимости от сорта пшеницы время отлежки после горячего кондиционирования может быть принято от 4 до 12 час., т. е, сокращается в несколько раз в сравнении с временем отлети при холодном кондиционировании.
Kpоме того, как это показал ряд последних работ в области исследования влияния кондиционирования на механические свойства теста и клейковины, горячее кондиционирование, по-видимому, оказывает довольно энергичное воздействие на эти свойства.
При переработке смесей пшеницы из большого количества сортов, обладающих разными качествами, горячее кондиционирование более эффективно по сравнению о холодным, так как позволяет с меньшей затратой времени унифицировать свойства сортов смеси.
При горячем кондиционировании прогрев зерна и его охлаждение производятся на специальных аппаратах — кондиционерах, конструкции которых различаются в зависимости от того, что служит теплоносителем. Различают три типа кондиционеров: водяной, воздушный и комбинированный — «воздушно-водяной».
Водяной кондиционер. Схема работы 5-секционного кондиционера представлена на рис. 117.
Зерно поступает в верхнюю подготовительно-подогревательную секцию (1) и медленно опускается в нижние секции. Прогрев зерна в секциях (1—4) производится радиаторами, в которых циркулирует горячая вода. Секции (2), (3), (4) вентиляционно-подогревательные, поэтому, помимо радиаторов о горячей водой, они снабжаются еще вентиляционными каналами, из которых воздух засасывается эксгаустером.
Тепло передается зерну непосредственно соприкосновением со стенками радиаторов, а также теплопередачей воздуха в межзерновом пространстве. Нижняя секция (5), предназначаемая для охлаждения зерна, имеет только вентиляционный канал особой конструкции. Кондиционер работает без рециркуляции воздуха (замкнутого круговорота с отдачей влаги зерну).
Таким образов, работу кондиционера можно подразделить на следующие этапы;
1) предварительное подогревание зерна,
2) подогревание и вентилирование (сушка),
3) охлаждение.
Воздушный кондиционер. Воздушный кондиционер состоит из следующих секций (рис. 118):
1) подогревательных,
2) нейтральной,
3) охладительной.
Подогревательные секции имеют каналы, сообщающиеся с камерой горячего воздуха (6) и с камерой отработанного воздуха (7). Охладительное отделение состоит из ряда воздушных каналов, открытых с двух сторон, для входящего в камеру холодного воздуха.
Поступающее зерно обогревается горячим воздухом из камеры (6) и протягивается через слой зерна в камеру (7). При этом пасть возы, находящейся нa поверхности зерна, испаряется и насыщает воздух, выводимый из камеры (6) и поступающий обратно в калорифер (5). Такта образом, получается зам кнутый цикл движения воздуха. В верхних подогревательных секциях с повышением водопоглотительной способности зерна, насыщенный воздух отдает часть своей влаги зерну. В нейтральной зоне сплошная масса зерна представляет большое сопротивление для притока воздуха, и таким образом подогревательная секция отделяется от охладительной. Из нейтральной зоны зерно попадает в охладительное отделение, где охлаждается до нормальной температуры. Схема работы кондиционера без (а) и с воздушной рециркуляцией (b) показана на рис. 119. При условии удаления части влаги зерна из кондиционера часть насыщенного воздуха отводится через вентилятор (10) в атмосферу (см. рис. 118).
Комбинированный кондиционер. Теплоносителем в сушильных отделениях служит нагретый воздух, в остальных секциях нагретая вода.
Этот тип кондиционера с двумя верхними сушильными секциями (1, 2) предназначен главным образом для мягких пшениц с повышенной естественной влажностью. Кондиционеры этого типа изготовляются также либо с одной воздушносушильной секцией, либо без сушильной секции. Для твердой и сухой пшеницы рекомендуется кондиционер без сушильных секций.
Увлажнение зерна при горячем кондиционировании. Исследования режима работы кондиционера радиаторного типа показали, что для обеспечения необходимой влажности на 1-м дранье пшеница должна поступать на кондиционер типа Главпродмаша с влажностью 17—18,5%, так как кондиционер этого типа подсушивает зерно на 1,0—2,0%.
Первоначальное увлажнение зерна при помощи мойки ими замочки дает 3—4% прироста влаги, и, таким образом, для получения после горячего кондиционирования оптимальной влажности на 1-м дранье при обработке твердых и стекловидных танов (1-й и 2-й подтипы) с влажностью до 12°/о («сухая» пшеница) следует подвергать пшеницу двойной или тройной замочке.
Последнюю замочку рекомендуется проводить перед 1-м драньем с последующей непродолжительной отлежкой.
Для стекловидных сортов пшеницы средней влажности (13—15%) увлажнение может производиться однократное, во, как и в случае обработки сухой пшеницы, следует проводить дополнительную небольшую замочку зерна на 0,5—1% за несколько часов до поступления его на 1-е дранье, так как при работе кондиционера без рециркуляции воздуха происходит некоторое подсушивание оболочек зерна.
Мучнистую пшеницу (4-й и 5-й подтипы) следует подвергать однократной замочке при условии получения достаточной влажности для кондиционера в указанных выше пределах.
Обработка пшеницы с влажностью свыше 15% требует уменьшения подачи воды при увлажнения. Кроме того, в некоторых случаях можно допустить более интенсивный аспирационный режим кондиционера, что повлечет за собой большее подсушивание зерна.
Тепловой режим кондиционера. При горячем кондиционировании необходимо обеспечить тепловой режим кондиционера для получения максимальной эффективности этого процесса.
В практике кондиционирования принята максимальная температура 45—55°, тaк как применение более высокой температуры нагрева зерна может повлечь за собой ухудшение хлебопекарных качеств муки.
На рис. 120 показан тепловой режим кондиционера для обработки твердой пшеницы.
Поступающее в кондиционер зерно с влажностью 18,2% нагревается в секциях (1—4) до (t) = 43°. затем с секции (о) охлаждается до (t) = 23° и вследствие воздействия вентиляции подсушивается до влажности 15,6%. На рис. 121 показан тепловой режим кондиционирования мягкой пшеницы (па кондиционере комбинированного типа). В сушильной секции (1) удаляется влага при малом нагреве пшеницы. Затем температура резко повышается до 55°, и дальнейший цикл обработки зерна происходит при постоянной температуре с удалением влаги до 2,0%. В охладительной секции удаляется до 1% влаги, и зерно доводится до (t) = 25°.
Определение режима работы радиаторного кондиционера в условиях нормальной эксплуатации па мельницах, проведенное Ицковичем и Демидовым дало весьма интересные показатели в отношении температурного режима и изменения влажности зерна.
На рис. 122 показана схема водоснабжения кондиционера и приведены замеры температуры воды при входе в кондиционер и при выходе. Teмператуpa зерна в секциях кондиционера представлена на рис. 123а, где приведены замеры температуры кондиционера в зимнее и летнее время.
Рис. 123б показывает изменение влажности зерна, проходящего через секции кондиционера. Из этих данных следует, что при нагреве зерна в зимнее время до (t) = 36,4° абсолютная потеря влажности составляет 1,13%, а в летнее время при нагреве зерна до 38,5% потеря влажности 1,15%.
Нужно отметить, что в летнее время относительная влажность воздуха выше, чем в зимний период. Таким образом, в летний период степень водопоглощения воздуха меньше, и поэтому для достижения должного эффекта подсушивания зерна требуется увеличение расхода воздуха.
Например, но данным цитируемой работы, при относительной влажности возадухa (S1) летней, равной 68,5%, и (S2) зимней, равной 52%, расход воздуха в зимний период составлял 100,2 м3/мин, тогда как расход воздуха в летний период был равен 134 м3/мин.
Совершенно очевидно, что коэффициент полезного действия кондиционера в зимнее время ниже, чем в летнее, главным образом, за счет потери в окружающую среду и на нагрев зерна. Соответственно изменяется и количество расходуемого тепла на нагрев зерна и его сушку. В приведенной работе количествo калорий, требуемое на нагрев зерна в зимнее время, равнялось 242, в летнее 135.
Пo исследованиям Куприца и Сенаторского, нагрев зерна в кондиционере типа Главпродмаша должен проводиться в зависимости от качества пшеницы до температуры 37—55°. Нижний предел нагрева зерна применяется для пшеницы со здоровой и крепкой клейковиной, а верхний — для пшеницы со слабой клейковиной.
Время пребывания зерна (экспозиция) в горячих секциях кондиционера должно находиться в пределах 30—40 мим., что соответствует суточной производительности при пяти нагревательных секциях от 80 до 100 т/сутки и при четырех нагревательных секциях от 60 до 80 т/сутки.
Эффективность кондиционирования. Сравнительное изучение подготовки зерна без замочки, способом холодного кондиционирования, и горячего кондиционирования (при помощи радиаторного кондиционера, изготовленного Главпродмашем), проведенное Куприцем и Сенаторским в производственных условиях, доказало, что. как правило, кондиционирование улучшает мукомольно-хлебопекарные качества муки.
По данным Куприна и Сенаторского, характеристика изменения мукомольных и хлебопекарных качеств под влиянием кондиционирования может быть выражена в основном следующим:
а) Снижением вольности односортной муки 72%-ного помола на 0,05—0,10%, сопровождающимся улучшением цвета муки. Примерно аналогичное снижение зольности наблюдается и по другим помолам.
б) Улучшением вымалываемости конечных продуктов помола и получением более крупных отрубей, при большей зольности последних. Например, при переработке на 78% 3-сортный помол пшеницы Украинка зольность отрубей при очистке без увлажнения была 5,10%, при холодном же кондиционировании 5,40—5,50%, а при горячем кондиционировании 5,6—5,74%.
в) Повышением объемного выхода хлеба и общим улучшением его качества.
В отношении изменения энергетического режима по данным тех же авторов следует, что суммарный расход энергии на 1 т суточной производительности снижается при высокосортной помоле стекловидной пшеницы (1-го и 2-го подтипов) в пределах 8—10%. Для мягкой пшеницы заметного снижения расхода энергии под влиянием кондиционирования не наблюдается.