Продукты, образующиеся в сопряженных процессах при многосортных помолах пшеницы

10.05.2015

В технологии производства сортовой пшеничной муки в результате применения усложненных повторяющихся операций и избирательного измельчения зерна образуются промежуточные продукты, а также отсеваемая на каждой системе мука, которую направляют на контроль. Кроме того, получаются сходовые продукты (верхний, нижний). Частицы разных продуктов при сортовых помолах по принятой классификации отличаются размером, формой, микро- и макрорельефом поверхности и качественными признаками. В исследованиях И.Е. Мамбиша и др. установлено, что измельчение характеризуется определенной закономерностью, выражаемой уравнением вида:

Uп.п = mаn,

где Uп.п — суммарный проход продуктов через сито, %;
а — размер отверстий сит в свету, мкм;
m, n — коэффициенты пропорциональности, зависящие от степени и фазы измельчения (значение n при сортовых помолах колеблется в пределах от 1 до 1,55).
В головном (драном), как и в других процессах, заданные технологические режимы поддерживают на основе сочетания величины вальцовой линии и просеивающей поверхности с такими важными показателями, как характер и количество продукта, направляемого на систему, объемная масса и др.
Продукты, образующиеся в сопряженных процессах при многосортных помолах пшеницы

В таблице 25 приведены некоторые физические и мукомольные усредненные показатели продуктов, поступающих на драные системы и образующихся на них крупок, дунстов, муки и сходов при переработке мягкой пшеницы второй группы стекловидности. В интервале варьирования указанных нагрузок не ослабляется интенсивность воздействия рабочих органов вальцовых станков на продукты и, что особенно важно, не уменьшается общее их и извлечение и не ухудшается качество. То же можно сказать и об интервале скоростей вращения валков (Vб) с 6 до 10 м/с, при которых общий выход крупок и дунстов почти одинаков. С возрастанием Vб уменьшается количество крупных фракций крупок и незначительно средних; выход мелкой крупки почти не изменяется. Судя по условному показателю Ky, представляющему собой отношение зольности извлеченного продукта Zп (%) к его массе Qп (%), т. е. Ку=Zn/Qп, он повышается с Vб = 6 м/с до Vб = 10 м/с, для крупных фракций соответственно с Ky = 0,3620 до Ку = 0,6333, а для остальных фракций находится почти на одном уровне. При увеличении Vб с 6 до 10 м/с повышение температуры продуктов после прохождения через вальцовые станки в условиях аэромеханического транспортирования составляет лишь 0,5—2°С. Однако вследствие чрезмерного шумообразования, вызываемого несовершенством современных межвалковых передач, Vб на драных системах ограничивают значением 6 м/с, хотя технологически было оправдано применять Vб = 7—8 м/с.
Установлено, что по мере извлечения на предыдущей системе убывает эндосперм и возрастает доля оболочек в смеси продукта, поступающего на последующую систему. На эту закономерность указывают величины объемной массы продуктов, которые взаимосвязаны со структурно-механическими свойствами и мучным потенциалом черна, механико-технологическими параметрами работы отдельных систем и крупообразующего процесса.
При прочих одинаковых условиях конечные технологические результаты этого процесса зависят от режима работы I драной системы, а извлечение на каждой последующей системе — от количества продуктов, извлеченных па предыдущей системе. Суммарное количество промежуточных продуктов и муки, извлекаемых в драном процессе из пшеницы, обладающей определенными технологическими свойствами, является с небольшими отклонениями постоянной величиной. Насколько изменяется соотношение различных фракций крупок, дунстов и муки в общем выходе этих продуктов при переработке мягкой пшеницы первой, второй и третьей групп стекловидности, видно из данных, приведенных в таблице 26. Из высокостекловидного зерна получают наибольшее количество крупных фракций промежуточных продуктов и наименьшее количество муки. Co снижением стекловидности при одинаковых величинах суммарного извлечения (76—78% от массы зерна на I драной системе) выход крупок уменьшается, а выход дунстов и муки увеличивается. Объясняется это прочностью эндосперма и способностью его сопротивляться механическим воздействиям при измельчении.
Драной процесс в структуре помола — не только головной, но и направляющий; при благоприятных условиях в последующих сопряженных простых процессах он предопределяет весь ход и конечные результаты помола.
Продукты, образующиеся в сопряженных процессах при многосортных помолах пшеницы

Продукты, образующиеся в сопряженных процессах при многосортных помолах пшеницы

Установлено, что па зерно с более прочным эндоспермом и менее прочными (хрупкими) оболочками необходимо воздействовать в драном процессе не столь интенсивно, как при переработке зерна низкостекловидной пшеницы с эндоспермом структурно ослабленной консистенции. На I драной системе желательно зерно разделять так, чтобы верхний сход с нее содержал крупные части, развернутые по бороздке зерна и небольшое количество частиц в виде осколков (рис. 25, а). При таком режиме из образованных частей лучше выделяется эндосперм без чрезмерного разрушения оболочек и алейронового слоя, что положительно сказывается на эффективности работы II драной системы. С этой же системы технологически рационально получать верхний сход, в котором содержались бы хлопьевидные частицы оболочек с эндоспермом, размерная характеристика которых приведена в таблице 25.
В сходе со II драной встречаются частицы алейронового слоя и зародыш (рис. 25, б). Если режимы не гарантируют получения подобного верхнего схода и такой макроструктуры, то в нем преобладают частицы размером 400—500 мкм, что препятствует направлению на последующую систему продукта требуемого качества.
Сходовый продукт с III драной (рис. 25, в) при оптимальных режимах на данной и предыдущих двух системах состоит из нормально деформированных частиц оболочек с эндоспермом, частиц алейронового слоя и зародыша, а также чистого эндосперма. С IV драной системы сходовый продукт (рис. 25, г) включает частицы оболочек с прилипшими к ним частицами эндосперма или физически взаимосвязанные, а также без эндосперма и зародыша. Таков же характер сходов с V драной системы или с бичевых машин, но они обеднены эндоспермом.
Продукты, образующиеся в сопряженных процессах при многосортных помолах пшеницы

Продукты, образующиеся в сопряженных процессах при многосортных помолах пшеницы

При оптимальных режимах на драных системах достигается возможно больший выход крупок, которые в дальнейшем стремятся дезинтеграционным и аэрогравитационным способами эффективно обогатить.
На рисунке 26 показана макроструктура различных фракций крупок и дунстов, полученных в крупообразующем процессе.
В смесях крупок содержатся частицы чистого эндосперма или оболочек без эндосперма либо части оболочки, сросшиеся с эндоспермом. Наряду с крупками получают жесткий и мягкий дунсты. В зависимости от соотношения эндосперма и оболочек их относят к первому или второму качеству. Величина такого соотношения влияет и на форму частиц.
Крупки из чистого эндосперма представляет собой неправильные многогранники с тупыми, острыми, округлыми, по преимущественно криволинейными ребрами. Частицы в большинстве случаев выпуклые и реже плоские. Сростки разной крупности, неопределенной формы; чаще они многослойны, с изгибами или загибами оболочек, криволинейными очертаниями.
Оболочки, свободно содержащиеся в смеси, преимущественно пленчатообразные, с разнообразными очертаниями контуров. На некоторых участках оболочки прорваны, пустотелы, часто частицы выпуклы и вогнуты. Крупки из чистого эндосперма белые, а с частицами оболочек — белые с желтым, коричневым или с красноватым оттенком, причем окраска усиливается по мере увеличения в крупках содержания физически связанных с ними частиц оболочек.
Продукты, образующиеся в сопряженных процессах при многосортных помолах пшеницы
Продукты, образующиеся в сопряженных процессах при многосортных помолах пшеницы

Вслед за драным идет ситовеечный процесс, в котором наряду с выделением частиц оболочек, как и в рассеве, продукт разделяется на фракции и по качеству. При этом получается определенное соотношение между проходом, сходом и относами в одноярусных (табл. 27) и двухступенчатых двухъярусных ситовеечных машинах (табл. 28).
На технологическую эффективность работы этих машин влияет комплекс факторов: крупность и однородность поступающего продукта, равномерность подачи его в машину, правильный подбор и установка сит, расход воздуха, удельная нагрузка, степень самосортирования смеси крупок, число колебаний сита, его эксцентриситет и наклон, эффективность очистки сит.
В таблицах приведены оптимальные показатели загрузки ситовеечных машин, объемной массы продукта, соотношение очищенных фракций, которые особенно важны для двухъярусных машин. При нормальных режимах работы выход обогащенных крупок и дунстов из продуктов первого качества составляет соответственно 70—85% и 90—95%, а из продуктов второго качества 30—45% (от массы продуктов, поступивших в машину).
Продукты, направляемые в ситовеечные машины, включают крупки, состоящие из чистого эндосперма, сростки и частицы оболочек.
В пределах каждого класса крупок и дунстов их фракции (крупная, средняя, мелкая) отличаются размерами, формой, плотностью, состоянием поверхности и аэродинамическими свойствами частиц. Эти признаки обусловливают взаимодействие между частицами и воздухом при обработке продукта в ситовеечных машинах. При этом следует иметь в виду, что на продукт не воздействуют механические силы разрушения, в связи с чем частицы мало изменяют свои физические свойства в сравнении с теми, которыми они характеризовались в исходной смеси.
Продукты, образующиеся в сопряженных процессах при многосортных помолах пшеницы

Каждая проходовая фракция однородна по физическим свойствам. В сходах (рис. 27) преобладают плоские частицы оболочек с некоторым количеством частиц неотделенного эндосперма, зародыша и алейронового слоя. В тяжелых относах, обладающих меньшей плотностью, содержатся частицы мелких оболочек, тонкие частицы эндосперма с оставшимися на них частицами оболочек. Легкие относы представляют собой высокодисперсную массу, состоящую из мельчайших частиц эндосперма и мелких частиц целлюлозы. Количество относов колеблет-су от 1 до 3,5% (от массы продуктов, поступивших в машину) при обогащении продуктов первого и второго качества — 4—5%.
В шлифовочном процессе механическим воздействием вальцов освобождают крупки от связанных с ними частиц оболочек и тем самым дополняют процесс, обогащения промежуточных продуктов в ситовеечных машинах.
В таблице 29 приведена характеристика продуктов, поступающих на шлифовочные системы, и образующихся фракций при трехсортных помолах пшеницы. Шлифовочная система № 1 обрабатывает передирную крупку, поступающую непосредственно с основных рассевов первых трех драных систем; шлифовочная № 2 загружается крупной крупкой; шлифовочная № 3 — средней крупкой; № 4 — мелкой крупкой, а шлифовочная № 5 обрабатывает верхние сходы с предыдущих шлифовочных систем, а также сходы ситовеечных машин, обогащающих крупные и средние крупки первого качества.
Продукты, образующиеся в сопряженных процессах при многосортных помолах пшеницы

Установлено, что нагрузки, указанные в таблице 29, являются оптимальными и технологические результаты шлифования на рифленых вальцах не уступают отработке на микрошероховатых вальцах.
При установлении технологических режимов работы шлифовочных систем необходимо обеспечивать наиболее полное отделение оболочек от крупок с наименьшим измельчением последних и минимальным образованием муки. Тогда получают соответствующие фракции отшлифованной крупы и образованной муки, а также сходовые продукты с присущими им физико-геометрическими характеристиками (рис. 28).
Продукты, образующиеся в сопряженных процессах при многосортных помолах пшеницы

На рисунке 29 в качестве примера показаны дифференциальные и интегральные кривые, характеризующие изменения гранулометрического состава крупок в зависимости от количества извлекаемой муки.
Для определения среднего размера частиц dср смеси на графике проведена прямая, параллельная оси абсцисс, проходящая через точку на оси ординат, соответствующую 50%. Абсциссы точек пересечения этой прямой с интегральными кривыми указывают величину dср для каждого продукта.
С увеличением количества извлекаемой муки Uм интенсивность измельчения возрастает, а средний размер частиц смеси dcр уменьшается. Значительно снижается выход крупных фракций крупок. Так, в результате шлифования крупной крупки при Uм=4% в смеси продуктов находилось в среднем 25% частиц крупнее 400 мкм, а при Uм=20% таких частиц было только 3,2%.
На изменение гранулометрического состава продуктов шлифования крупной крупки в зависимости от удельных нагрузок на валки qв меньше влияет, чем величина Uм. При шлифовании средней крупки увеличение qв с 250 до 450 кг/см*сутки приводит к изменению dср с 250 до 280 мкм, а при шлифовании мелкой крупки — с 245 до 270 мкм.
Продукты, образующиеся в сопряженных процессах при многосортных помолах пшеницы

При превышении оптимальной удельной нагрузки, например qв = 500 кг/см*сутки, гранулометрический состав становится более неоднородным, он характеризуется большим содержанием крупных и мелких частиц, чем при меньших qв (300 кг/см*сутки).
На интенсивность измельчения продуктов сильно влияет значение Vб. При увеличении его с 4 до 8 м/с относительная скорость валков Vо=Vб-Vм возрастает и кинетическая энергия удара Е=mV0/2 кГм на измельчаемый продукт усиливается, в результате чего чрезмерно интенсифицируется процесс измельчения, что технологически на шлифовочных системах нежелательно. В связи с этим рекомендуется принимать для данных систем Vб = 5—6 м/с.
Представляет интерес шлифование крупок на валках с различной микрошероховатостью поверхности . Интегральные и дифференциальные кривые на рисунке 30 показывают, что при применении рифленых валков, где в их рабочей зоне преобладает деформация сдвига, наблюдается интенсивное разрушение продукта. В рабочей зоне микрошероховатых валков превалирует деформация сжатия, в связи с чем частицы оплющиваются и меньше разрушаются.
Продукты, образующиеся в сопряженных процессах при многосортных помолах пшеницы

Продукты, образующиеся в сопряженных процессах при многосортных помолах пшеницы

После шлифования, особенно крупных фракций, неизбежно образуется негомогенная масса, содержащая частицы, убывающие по размерам в сравнении с частицами исходного продукта. Целесообразно рифленые валки использовать при максимально допустимых нагрузках, а микрошероховатые, приработанные электроискровым способом,— при оптимальных, особенно для шлифования мелкой крупки и сходовых продуктов, полученных с размольных систем.
В развитых технологических процессах производства пшеничной муки крупки после шлифовочных систем № 1, 2, а иногда и № 3 дополнительно обогащают в ситовеечных машинах для выделения из них аэродинамически легких частиц оболочек. В размольном процессе, как известно, добиваются получения при оптимально высоких нагрузках и наименьшем расходе энергии наибольшего количества муки с лучшими показателями ее качества.
В таблице 30 указаны интервалы варьирования удельных нагрузок, извлечения муки, количества сходов и размеров их частиц. Приведенные параметры взаимоувязаны, находятся в полном соответствии со структурно-механическими свойствами продукта, его крупностью и принятыми величинами извлечения муки на каждой системе.
Суммарный выход муки в размольном процессе (Bмр) выражается зависимостью (%):
Вмр = ΣUiqi,

где Ui — извлечение муки (в долях единицы от величины загрузки данной системы);
qi — величина загрузки системы (в % от массы зерна на I драной системе).
При превышении нагрузок сверх граничного предела извлечение муки, при прочих равных условиях, уменьшается, хотя пропускная способность вальцов увеличивается.
Вместе с тем образуются лепешки и повышается температура продукта, возрастают недосевы и количество сходовых продуктов с большим содержанием крахмала.
Величина оборота продуктов в размольном процессе (S) является одним из показателей его оценки (%):
Продукты, образующиеся в сопряженных процессах при многосортных помолах пшеницы

Значение S колеблется в пределах 140—160%. Для интенсификации измельчения целесообразно применять дифференцированные скорости вращения валков с различной степенью микрошероховатости их поверхности. На первых размольных системах при условии направления на них хорошо обогащенных крупок и дунстов можно применять рифленые валки с Vб = 8—10 м/с и Vб К = Vб/Vм = 2, во второй технологической операции — на пятой, шестой и седьмой системах также применять рифленые валки, но с K = 1,5 и Vб = 6 м/с и на остальных системах микрошероховатые валки, вращающиеся со скоростью не 5, а 6 м/с и К = 1,5. Такое сочетание параметров обеспечивает интенсифицированное измельчение и предотвращает ухудшение качества получаемой муки.
При правильном ведении технологических режимов извлечение муки на системах, измельчающих продукты первого качества (в процентах от массы зерна, поступившего на I драную систему), колеблется от 33 до 35%, на системах второго качества от 12 до 14% и на вымольных системах от 4 до 6%. Всего в размольном процессе извлекают около 65—68% муки (зольностью 0,6—0,7%) по отношению к ее общему выходу (78%), или если принять выход муки в этом процессе за 100%, то на первую операцию приходится в среднем 72%, на вторую— 16%, на третью — 12%.
В первой операции размольного процесса образуется около 6—7% сходовых продуктов, содержащих много оболочек и некоторое количество мелкой крупки второго качества. Во второй технологической операции количество сходовых продуктов составляет 7—8% (от массы зерна на I драной системе). В них содержится незначительное количество эндосперма. Еще беднее эндоспермом сходовые продукты с вымольных систем, неоднократно подвергавшиеся механическому воздействию рабочих органов машин па предыдущих системах. Поэтому частицы данного продукта значительно деформированы, хрупки и обладают незначительной прочностью, что следует учитывать при установлении и ведении технологических режимов на вымольных системах.
Рассмотрение совокупности показателей, характеризующих продукты, получаемые в отдельных простых процессах, облегчает изучение факторов, влияющих на изменение физических свойств крупок, дунстов и сходовых продуктов помола зерна пшеницы.