Факторы, обусловливающие изменения физических свойств промежуточных продуктов помола

10.05.2015

На изменение физических свойств промежуточных продуктов влияет совокупность механико-технологических и аэродинамических факторов, применяемых дифференцированно на каждой системе с учетом ее технологической задачи, качества зерна, заданного ассортимента и степени развитости процесса.
Сохранив в оптимальном значении параметры при помоле пшеницы, рассмотрим геометрические размеры, объемную массу, плотность и фрикционные свойства крупок и дунстов, получаемых в драном, ситовеечном и шлифовочном процессах, а затем направляемых на размольный процесс.
Следует отметить, что толщина частиц крупок всегда меньше ее ширины, особенно это относится к оболочкам. Длина частиц даже одной и той же фракции неодинакова. У частиц крупок из чистого эндосперма длина почти равна ширине; удлиненные частицы характерны для крупок-сростков, получаемых из частей зерна, прилегающих к бороздке. Частицы с минимальным содержанием эндосперма имеют наибольшую длину.
За соответствующими классами и фракциями крупок сохраняются их формы и геометрические размеры и после обогащения в ситовеечных машинах, так как они не подвергаются каким-либо механическим разрушениям. Существенно изменяются форма и размеры крупок после освобождения их от частиц оболочек в результате механического воздействия вальцов шлифовочных систем. При этом передирная и крупная крупки становятся по размерам средними, средняя — мелкой, а мелкая — дунстом. По форме крупки — многогранники, они преимущественно округлые, и чем мельче частица, тем больше она приближается к форме шара. Значительно уменьшается количество сростков вследствие механического отделения от них оболочек па шлифовочной системе. Освобожденные сростки представляют собой среднюю крупку с криволинейными и тупыми ребрами.
Однако в связи с неопределенностью форм частиц смеси крупок, особенно дунстов, почти невозможно достаточно точно их характеризовать по размерам или по величине эквивалентного диаметра. В практике мукомольного производства о размерах частиц принято приближенно судить по крупности, определяемой проходом и сходом с двух сит с отверстиями соответствующих размеров.

Факторы, обусловливающие изменения физических свойств промежуточных продуктов помола

В таблице 31 приведены геометрические размеры крупок и дунстов, характеризуемые приближенно по размерам отверстий сит, через которые частицы проходят и с которых они сходят. В этой же таблице приведены физические показатели круподунстовых продуктов, косвенно указывающие на соотношение в частице крупок эндосперма и оболочек. По данным объемной массы (V) и плотности р можно судить о том, что чем крупнее фракция, тем меньше значение V и ρ, а следовательно, в продукте меньше эндосперма и больше частиц оболочек. Особенно характерна эта зависимость для обогащенной крупки и менее характерна для жесткого дунста в сравнении с объемной массой и плотностью исходного продукта, поступающего на ситовеечные системы.
Анализируя различие в значениях V и ρ для данной фракции по крупности, нетрудно заметить, что после шлифования крупки, поступающие на размольный процесс, обладают максимальными показателями объемной массы и плотности, что указывает на минимальное присутствие в них частиц оболочек. Te крупки, которые не подвергались обогащению, но имели минимальные объемные массу и плотность, содержат меньше эндосперма, их относят ко второму качеству. Значение V и ρ для дунстов, а стало быть, содержание в них частиц измельченных оболочек зависит от качества исходного продукта и технологического назначения той системы, на которой он образуется.
В той же таблице 31 приведены значения углов внутреннего трения φ и внешнего трения φ', а также коэффициентов трения крупок и дунстов, определенные на приборе конструкции «Гидропроект».
В наших исследованиях для каждой фракции измельчавшихся крупок и дунстов первого и второго качества определены углы и коэффициенты трения. Знать их значения крайне важно, поскольку между φ, f и величинами давления в рабочей зоне вальцов, между частицей и поверхностью вальцов существует обратная зависимость. Давление P может быть тем меньше, чем больше коэффициент трения f. Снижение значения P влияет на уменьшение бесполезной работы трения, а следовательно, на повышение степени измельчения продукта.
Величины φ, f и f' между крупками различных размеров и качества, а также поверхностью рабочих вальцов, с одной стороны, характеризуют связанность, сыпучесть, шероховатость и молекулярное сцепление частиц продукта, а с другой — указывают на необходимость применения измельчающего рабочего органа с максимальной шероховатой поверхностью. Такое сочетание способствует интенсификации процесса измельчения и повышению его эффективности.
Крупки и дунсты, обогащенные в ситовеечном и шлифовочном процессах и не обогащенные в них, характеризуются различной механической прочностью и микротвердостью.
При измельчении крупок и дунстов в рабочей зоне вальцов проявляется в том или ином соотношении деформирование: упругое, пластическое течение и разрушение. Преобладание одного из видов деформации обусловлено различием механических свойств эндосперма и оболочек зерна, подаваемого в помол, качеством кондиционирования, характером и величиной снятия оболочек в процессе подготовки, условиями образования крупок и дунстов, а также степенью их обогащения до направления в размол. Поскольку оболочки, содержащие в значительном количестве клетчатку, отличаются мицеллярной структурой, они прочнее, чем эндосперм, содержащий крахмальные зерна — кристаллические тела.
В высокостекловидном эндосперме связь белкового вещества с крахмальными зернами более прочная, чем в мучнистом, поэтому требуется и соответствующая работа на преодоление межмолекулярных сил при его измельчении в муку. В процессе измельчения стекловидный эндосперм разрушается главным образом по линиям связи между клетками: если последние даже разрушены, то содержимое в них большей частью сохраняется как организованное целое. При измельчении же менее стекловидного и особенно мучнистого эндосперма клетки почти полностью разрушаются, содержимое в них высыпается и образуются частицы, лишенные клеточной структуры. Этим можно объяснить причины получения из низкостекловидной пшеницы, при прочих равных условиях, муки более тонкой структуры, чем из высокостекловидной и твердой пшеницы.
Одним из важнейших факторов, обеспечивающих получение крупок, минимально деформированных и относительно хрупких, является сохранение естественного состояния эндосперма в процессе кондиционирования зерна; такое состояние исключает повышение его вязкости из-за глубокой миграции влаги и нарушения структуры деформацией сжатия в рабочей зоне валков, применяемых в драном процессе. Это достигается тогда, когда при разных способах водной или водно-тепловой обработки зерна с последующим отволаживанием создается наибольшая прочность оболочек и максимально ослабляется связь в зоне между поверхностью краевого слоя эндосперма и внутренней поверхностью прилегающего к нему алейронового слоя.
Следует отметить, что вязкое (противоположное хрупкому) состояние эндосперма всегда предопределяет получение деформированных крупок и затрудняет их измельчение, так как почти вся энергия преобразуется в тепло, в том числе и на нагрев продукта измельчения.
Ослабить прочность оболочек и отделить их от крупок не менее важно, чем не допустить усиления вязкости эндосперма. И то и другое физическое состояние связано со стекловидностью, влажностью и температурой. Чем выше стекловидность и больше плотность эндосперма при одинаковой влажности, тем сильнее прочность и микротвердость. Ho бывают исключения, когда при повышении стекловидности не отмечается одинаковая микротвердость всех участков эндосперма. Она меньше в зоне, расположенной ближе к алейроновому слою (6,5—9,0 кГ/мм2), несколько выше у бороздки (8—10 кГ/мм2) и максимальная (8,7—10,5 кГ/мм2) в центральной части эндосперма.
В низкостекловидном зерне пшеницы микротвердость отдельных частей эндосперма мало разнится. Микротвердость оболочек низкостекловидного зерна при небольших расхождениях во влажности выше микротвердости эндосперма, а высокостекловидной (свыше 60%) и твердой пшеницы — в 2—2,5 раза ниже микротвердости эндосперма. Это объясняется тем, что в первом случае оболочки обладают большими межмолекулярными силами сцепления, чем во втором.
С повышением влажности W зерна и его частей, особенно сверх оптимальной величины, усиливаются пластические свойства, вызывающие увеличение сопротивления разрушению, т. е. прочности. Чем меньше микротвердость, тем больше пластичность. Превышение оптимума W вызывает не только активизацию в зоне деформирования пластификации, но и приводит к снижению эффективности просеивания промежуточных продуктов помола зерна. Это обусловливает излишнее повторение операций измельчения и чрезмерное усиление их пластичности, а следовательно, и увеличение потребной работы на образование новой поверхности при измельчении таких крупок и дунстов в муку.
С изменением температуры изменяются также твердость и сопротивление деформированию. Чем выше температура при равном значении W, тем ниже хрупкие и активнее пластические свойства. Однако эти свойства зависят от пропорциональности влажности и температуры. Наиболее высокий технологический эффект достигается, когда температура зерна перед помолом при соответствующей стекловидности находится в пределах 30— 35°С, а технологическая влажность зерна обеспечивает влажность W оболочек в 2—2,5 раза большую, чем эндосперма. При низких температурах оболочки у сростков крупок становятся хрупкими и почти одинаково с эндоспермом измельчаются, что отрицательно влияет на качество образуемой сортовой муки, хотя в энергетическом отношении такое явление положительно. В обойных же помолах пониженная температура зерна при оптимальной влажности и в технологическом отношении является положительным фактором.
Когда осуществляют эффективное шелушение и полирование поверхности зерна при подготовке его к помолу, то крупки, получаемые в драном процессе, максимально освобождаются от поперечных и продольных клеток слоев плодовой оболочки. Прочность крупок снижается в результате механического раскалывания по линии соединения алейронового слоя с семенной оболочкой и эндосперма в процессе шлифования. Однако идеального отделения покровов от крупок не достигается и в этом процессе.
Из изложенного следует, что даже самые эффективные процессы подготовки зерна, крупообразования и обогащения крупок и дунстов при современной технологии производства сортовой муки не предотвращают попадания некоторого количества частиц оболочек, алейронового слоя и зародыша в размольный процесс. Это обосновывает направление на размольный процесс двухтрех потоков продукта, отличающихся не только содержанием эндосперма и частиц оболочек, но и структурно-механическими свойствами. Важно отметить и то, что в размольном отделении, оснащенном пневматическим транспортом, совместное воздействие рабочих органов технологических машин и воздушных потоков на продукты всегда сопровождается благоприятными физическими изменениями последних.
Факторы, обусловливающие изменения физических свойств промежуточных продуктов помола

Как известно, при механическом транспорте около 60% энергии, потребляемой вальцовыми станками, отводится в виде тепла с измельченным продуктом и воздухом. Общее количество тепла, образующегося в размольном отделении на таких мукомольных заводах (при индивидуальных электроприводах), в результате превращения механической энергии колеблется в пределах 1090— 1450 ккал/ч на 1 т переработанного зерна. При обслуживании обычной аспирации вальцовых станков на 1 м длины парпоработающих валков принимают в среднем расход воздуха 6—7 м3/мин, в то время как при пневматическом внутрицеховом транспорте он достигает на драных системах 18—22 м3/мин, па шлифовочных— 11—15 м3/мин, на первых размольных системах — 15— 18 м3/мин и на последних размольных системах — 8—10 м3/мин.
Удельный расход воздуха, омывающего продукт при обработке его в вальцовых стайках, в условиях пневмотранспортирования в 2—3 раза больше, чем при механическом транспорте. Это способствует лучшему охлаждению поверхности валков и измельченных продуктов (табл. 32), обладающих высокоразвитой теплоотдающей поверхностью, делает возможным придание технологической влажности поступающему в помол зерну выше на 0,8—1%, чем при механическом транспорте; влага, поглощаемая в капиллярной форме оболочками, повышает их прочность.
Поскольку при пневматическом транспорте продукты меньше содержат тепла и между температурой их и температурой воздуха разница невелика, воздух меньше удаляет влагу из продуктов измельчения. Величина снижения влажности их после прохождения через вальцовые станки составляет лишь 0,2—0,4%. Это создает благоприятные условия для поддержания стабильной влажности продуктов на отдельных системах.
Перечисленные особенности, а также менее интенсивное воздействие па частицы продукта в рабочей зоне вальцового станка при расположении рифлей «спинка по спинке» положительно влияет на эффект измельчения: оболочки не так сильно разрушаются, а образующиеся крупки и дунсты лучше сохраняют цельность крахмальных зерен.
Установлено, что при увеличении окружных скоростей быстровращающихся валков вальцовых станков с 6 до 8 и даже до 10 м/с температура продукта повышается лишь на 0,6—1,9°С, т. е. приблизительно в 1,5—2 раза меньше, чем при механическом транспорте.
Выход промежуточных продуктов в драном процессе при обоих видах транспотра остается почти одинаковым; меняется лишь соотношение между выходом передирной, крупной, средней и мелкой крупок, дунстов и муки: несколько возрастает зольность крупных фракций, величина же зольности средней и мелкой фракций остается почти без изменений. Изменяются физические свойства продукта, взаимодействующего, как указано ранее, с воздушной средой и с пневматическим материалопроводом после прохождения через вальцовые станки.
Каждая частица смеси, движущаяся вместе с воздухом, испытывает на себе его давление. Перемещение частиц смеси, имеющих различные плотность, размеры и форму, вызывает силы взаимотрения, а также силы трения между частицами и внутренней поверхностью материалопровода; в этих условиях замедляется движение одних и ускоряется движение других частиц. При одном и том же давлении частицы с меньшей массой перемещаются быстрее, чем с большей. Скорость движения смесей (продукта и воздуха) также зависит от расстояния между отдельными частицами, обусловливающего соответствующую величину сил трения поверхностей частиц одна о другую. При перемещении частицы испытывают непрерывно повторяющиеся ударные воздействия, вызывающие деформирование, сдвигающее напряжение и расклинивание частиц, в связи с чем ослабевают силы взаимного притяжения молекул и усиливается отталкивание частиц продукта. В результате слипшиеся и частично спрессованные при измельчении частицы расчленяются, что обусловливает образование большего количества дунста и муки. Это в большей мере проявляется при транспортировании продуктов с размольных, чем с драных и шлифовочных систем. Использование циклонов-разгрузителей и батарейных циклопов приводит также к частичному фракционированию измельченной массы продукта.
Факторы, обусловливающие изменения физических свойств промежуточных продуктов помола

Это иллюстрируется на рисунке 31 изменением величины извлечения муки при трехсортном помоле пшеницы па мукомольном заводе с пневматическим транспортом.
Вместе с тем продукты измельчения, прошедшие через пневматические материалопроводы, отличаются не только физическими, но и электрическими свойствами от аналогичных продуктов, подаваемых в просеивающие машины при механическом транспорте. При перемещении нориями измельченной смеси, особенно с размольных систем, она поступает в рассев с температурой до 40— 45°С и выше, т. е. близка к температуре, которую имеет продукт при выходе из рабочей зоны вальцового станка. К тому же продукт при подаче его нориями в рассев, сохраняя почти все тепло, поглощенное им в процессе измельчения, под влиянием сил ускорения как бы уплотняется, заполняя ковши, в результате чего усиливается взаимное притяжение частиц. Это более активно проявляется в продуктах, получаемых с конечных крупочных и размольных систем, на которых отмечаются усиленные давления в рабочих зонах валков.
В таких условиях измельченные крахмальные зерна в виде муки сосредоточиваются на поверхности более крупных частиц смеси продуктов, усиливая их молекулярное сцепление. Чем ниже стекловидность зерна, тем больше в результате измельчения образуется вязкой мучной массы, частицы которой покрывают поверхность крупок и дунстов; кроме того, происходит вдавливание частиц эндосперма в оболочки.
При пневматическом транспортировании, вследствие получения продуктов измельчения со значительно меньшей температурой и устранения конденсации влаги, очистки поверхности крупных частиц от муки и интенсивной аспирации рассевов, возрастает просеиваемость продукта. Образующиеся крупки и жесткий дунет более однородны по крупности, и это позволяет эффективнее осуществлять процесс их обогащения, используя различия в скоростях витания частиц неодинаковой плотности.
Повышение эффективности крупочного и обогатительных процессов позволяет интенсифицировать измельчение на размольных системах, которое характеризуется извлечением муки в пределах 45—60% (от массы продукта, поступившего на данную систему) с большей дисперсностью.