Размол пшеницы

09.05.2015

Ввиду весьма значительного количества проведённых опытов (более 100) с пшеницей мы не будем останавливаться на отдельных разовых экспериментах, а объединим их в группы по сортам. Приведём лишь те из них, которые длились, по крайней мере, в течение суток, чтобы на основании данных при установившемся технологическом процессе получить возможность сделать обобщающие выводы.
Все опыты сгруппированы по отдельным более или менее крупным вопросам, чтобы выявить:
а) общие расчётные закономерности;
б) влияние твёрдости и плёнчатости, связанных с сортом;
в) влияние фактора времени Θ0 в процессе отволаживания;
г) влияние процента влажности В;
д) особенности размола неполноценной пшеницы, с тем чтобы в заключение провести параллельное сравнение числовых данных, полученных на всех трёх стадиях испытаний (дробильный аппарат — лаборатория — производство), с целью установить координирующие выводы.
В течение декабря 1939 г. и в начале января 1940 г., характеризовавшихся сравнительно ровными метеорологическими условиями (температура воздуха колебалась в пределах от 10 до 15° при относительной влажности воздуха φ=70—80%), перерабатывалась Украинка с высокой стекловидностью, колебавшейся в пределах 70—90% при влажности от 13,8 до 14,4%. Чтобы получить сравнимые результаты, подопытная пшеница увлажнялась до расчётной нормы 16% (фактически получалось 15,8—16,2%) при Θ0=24 часам.
Достигнутая по отдельным системам степень измельчения проверялась ситовым анализом, результаты которого в виде кривых измельчения приведены на рис. 30. По оси абсцисс указан размер отверстий сита в свету в микронах, а по оси ординат — количество схода в процентах по отношению к количеству продукта, поступающего для анализа. По каждой системе приведены параллельные величины схода при поступлении продукта на станок и после станка..
Из рис. 30 видно, что в драном процессе разница в составе фракций по крупноте наиболее резко выражена на II драной системе. На размольных же системах эта разница постепенно уменьшается по мере удаления от первых размольных систем, что вполне понятно, так как в драном процессе в значительном проценте участвуют оболочки, дающие более резкое различие фракций по крупноте. На размольных же системах, с преобладанием в основном дунстов и муки, эта разница фракций менее чувствительна и, естественно, уменьшается по мере приближения к вымольным системам, назначение которых заключается не в изменении крупноты, а в увеличении выхода муки. Из рис. 30 видно, что F1>F11>F111, где F1, F11, F111 площади, ограниченные кривыми измельчения до и после станка в соответственных системах.

Вся пшеница перерабатывалась двухсортным помолом с суммарным выходом муки 75%, причём выход высшего сорта муки колебался в пределах 20—30% с зольностью порядка 0,55%.
При переработке пшеницы 1-го подтипа суточная производительность мельницы составляла 66 т зерна, что при выбранной схеме соответствовало нагрузке 55 кг на 1 см суммарной длины мелющей (8,5 пуд. на 1") линии и 1080 кг (167 пуд. на 1") на 1 драной системе. При этих повышенных показателях нагрузки из общего количества мощности в 144 квт, необходимой для всей мельницы, драные станки потребляли 34,8 квт, т. е. 24 %, а размольные 50,4 квт, т. е. 35%. Таким образом, на процесс измельчения в данном случае при сравнительно незначительной величине удельной мощности 2,19 квт на 1 т в сутки затрачивался сравнительно высокий процент суммарной мощности — 59% вместо обычных 50—55%. Такая завышенная степень участия вальцевых станков к общем потреблении мощности, иногда доходящая в современных условиях даже до 65%, объясняется в первую очередь сравнительно высокой удельной нагрузкой на станки (8,5 пуда на 1" при сортовом помоле вместо 6—7 пуд.). Кроме того, здесь имеет также влияние сравнительно низкий режим драного процесса, характеризующийся высокой удельной нагрузкой на 1 драной системе (167 пуд. на 1"), а также и на размольных системах, где приходилось работать при сильных нажимах, чтобы добиться выхода 25—30% муки высшего сорта.
Низкий режим работы станков подтверждается ещё тем, что на I драной системе потребная мощность составляет 27%, а для 1+11+111 драных систем 73% всей мощности, необходимой для проведения драного процесса. Американский станок, обслуживающий лишь 1-ю и 2-ю размольные системы, потреблял 33% всей мощности размольных систем. Таким образом, одни головные станки как драных систем, так и размольных требовали вместе больше половины всей мощности, используемой станками, что не должно иметь места и представляет собой нежелательное явление.
Величину давления между валками не удалось установить, так как в нашем распоряжении не было статиметра — прибора, как уже указывалось, специально сконструированного для определения давления между валками. Косвенным доказательством усиления нажима является наличие резкого повышения температуры продукта после прохода через станок, учитывая, что степень нагрева в первую очередь зависит от величины нажима (табл. 40).

Если разницу в 10—12°, наблюдающуюся на IV и V драных системах, можно рассматривать как допустимую и встречающуюся в практике наших мельниц, то абсолютная величина температуры в 48° является определённо повышенной. Такая температура находится на грани допустимой, ведущей к коагуляции белков, что и учитывается при горячем кондиционировании, при котором температура нагрева зерна не должна превышать 40—45°. Поэтому возникает вопрос либо об усилении аспирации, вызывающей, однако, и увеличение N, и больший обмен воздуха, либо о применении специальной конструкции для охлаждения валков, например водяного охлаждения. Однако все эти меры облегчают эксплуатацию, но оставляют в силе необходимость усиления нажима валков, ведущего к повышению мощности, как это имеет место при производстве кукурузных хлопьев или при приготовлении лопастных отрубей, когда мельничный станок расходует до 50 л. с. вместо обычных 20—25 л. с.
Сопоставляя данные, полученные в течение месяца непрерывной работы с пшеницей Украинка указанной выше характеристики, можно сделать следующие выводы:
1. Суммарная мощность, необходимая для работы всех вальцевых станков мельницы при искусственно полученной нa I драной системе влажности 15% и двухсортном помоле 25+50%, составляет от 50 до 65% всей мощности, потребляемой мельницей, что должно особенно привлечь внимание и технолога, и энергетика, заинтересованного в понижении удельной величины мощности.
Недостаточное внимание к этому вопросу приводит к таким явлениям, какие часто имеют место на мельницах, когда установленная мощность моторов не совпадает с действительно потребляемой, являясь либо тормозящей нормальное развитие технологического процесса, либо преувеличенной, что приводит к невыгодной эксплуатации мотора с пониженным cos φ.
2. Распределение мощности между группой драных и группой размольных станков характеризуется следующим: для всего драного процесса требуется 20—25%, а для размольного 30—35% всей мощности, необходимой для мельницы, т. е. размольные системы суммарно требуют в 1% раза больше мощности, чем драные.
При переходе на полезную работу в удельном выражении с учётом мощности, необходимой на холостой ход, эта разница будет еще более резкой за счёт увеличения Np и достигает 70%. Причина кроется, с одной стороны, в количественном распределении систем (пять драных против двенадцати размольных) и, с другой стороны, в высоком значении удельной величины полезной мощности q=N-Nx/L для вымольных систем (3,3 квт против 1 квт на I драной системе).
3. Удельное значение полезной мощности для отдельных систем qs=Ns-Nx/Ls, отнесенной на 1 т продукта, перерабатываемого на данной системе в сутки, колеблется в пределах от 1 до 3,3 квт в зависимости от степени участия оболочек в процессе измельчения продукта на данной системе.
Если q для I драной системы принять за единицу, то для шлифовальной системы q=0,85 квт на тонну перерабатываемого зерна в сутки. Это и понятно, так как шлифовальная система работает «высоко» и нажим здесь особенно слаб. С другой стороны, основной составной частью перерабатываемого продукта на шлифовальных системах является эндосперм, участие же оболочек весьма незначительно.
Таким образом, на всех системах, кроме шлифовальной qs>1 кит на 1 т суточной производительности, причём на последней драной системе, где преобладают оболочечные продукты, значение q доходит до 1,8—1,9 квт на 1 т зерна в сутки, а на вымоле, где перерабатываются сходы, т. е. продукты, наиболее богатые оболочками, и где вместе с тем надо вымалывать всю остаточную муку, qs=3,3 квт на 1 т зерна в сутки.
4. Увеличение стекловидности, как правило, при одинаковых прочих условиях влечёт повышение N, причём это повышение происходит на размольных системах интенсивнее, чем на драных, что вполне понятно, так как фактор стекловидности связан с эндоспермом, в основном подвергающемся измельчению на размольных системах.
При переходе в пределах данного сорта пшеницы (Украинка) от зерна 4-го подтипа со стекловидностью 70—75% к 1-му подтипу со стекловидностью 85—90% при переработке сухого некондиционированного зерна Nдр увеличивается на 3—4%, a Np на 8—10%. Таким образом, в общем по группе вальцевых станков получается увеличение N на 6—7%. При умелом кондиционировании эту разницу можно снизить до 5%. Таким образом, при кондиционировании стекловидной пшеницы получается более разительный эффект в энергетическом отношении, чем при кондиционировании мучнистой пшеницы.
5. Существует определённое соотношение между суммарной протяжённостью мелющей линии l при одном и том же коэффициенте крупичатости Ккр, удельной нагрузкой на станки Q и удельной величиной потребной мощности N в удельном выражении при одинаковых прочих условиях (физическая характеристика сырья, в первую очередь твёрдость и влажность, режим помола и т. д.). Это соотношение можно свести к двум основным положениям:
а) При l=const (т. е. на одном и том же оборудовании) повышение Q, связанное с увеличением производительности станка L, влечет повышение удельного значения N, причём N растёт интенсивнее, чем L.
В нашем случае рассматриваемое соотношение подчиняется закономерности N=aQs, где а — коэффициент пропорциональности, а величина s колеблется в пределах 1,5—2, причём нижний предел относится к драным системам, а верхний —к размольным. Это объясняется тем, что при увеличении сыпи, вызывающем повышение Q производительности N = aQs и необходимости сохранить выход верхней муки и одновременно дать нужный вымол, приходится прибегать к усилению нажима на валки — наиболее энергоёмкого фактора работы вальцевых станков.
Это обстоятельство также не всегда учитывается технологами, забывающими, что станки требуют и без того значительной мощности. Перегруженный же станок является источником непроизводительно потребляемой мощности, источником энергопотерь.
б) При L=const (т. е. одной и той же производительности) имеет место обратное явление, и на первый взгляд непонятная зависимость между N и l, по которой N в данном случае уменьшается с увеличением l.
Объясняется это тем, что, несмотря на увеличение числа станков при разветвлённой схеме и некотором увеличении суммарной мощности, затрачиваемой на холостую работу, всё же увеличение этой мощности покрывается уменьшением затрат на полезную работу за счёт уменьшения сыпи и более равномерного распределения продукта по длине питательных валков. Последнее обстоятельство приводит к более спокойной работе вальцевых станков и отсутствию необходимости применять сильный нажим на валках. Мимо этого факта часто проходят при проектировании и эксплуатации предприятий, упуская из виду, что здесь резервы по уменьшению N скрыты по меньшей мере на 15—20%.
Неудивительно, что у многих американских авторов чрезмерное сокращение размольной линии, несмотря на кажущиеся выгоды, трактуется, по существу, как отрицательный фактор в энергохозяйстве мельницы.
Такое заявление особенно характерно в устах американцев, впервые установивших и усиленно поддерживающих повышение, в сравнении с европейскими нормами, нагрузки вальцевых станков.
Особенного внимания заслуживает вопрос о необходимой мощности для холостого хода мельницы. Многократная проверка во время наших опытов показала, что на экспериментальной мельнице суммарная мощность всех моторов, приводящих в движение мельничные машины и транспортные приспособления при работе всей мельницы вхолостую, составляет 42 % общего количества мощности. Эта величина 42%, хотя и ниже обычно распространённой на английских мельницах величины 50%, но всё же является завышенной благодаря значительному количеству транспортных приспособлений.
На более благоустроенных предприятиях, особенно там, где установлены шарикоподшипники, суммарную мощность на холостой ход удаётся снизить до 35 —30% от всей потребной для работы мельницы мощности. При этом вальцевые станки во всех случаях играют значительную роль. По нашим опытам, например у американского станка (Аллис-Чалмерс), обслуживающего 1-ю и 2-ю размольные системы, на холостой ход уходит от 25 до 33% мощности, потребляемой станком в зависимости от влажности поступающего продукта и необходимости усиливать нажим, чтобы получить те 25% муки, которые являются основой муки экстра и I сорта.
Установив в описанной первой серии опытов основные факторы, влияющие на расход энергии, мы перешли к следующей серии опытов, проводившихся на протяжении нескольких месяцев (февраль-май) и имевших целью проверить в производственной обстановке закономерности, выявившиеся на лабораторной мельнице.
Интересные данные получены в результате производственной проверки влияния твёрдости зерна и процента содержания оболочек на удельные показатели измельчения.
Для этой цели был произведён ряд пробных помолов мягкой мучнистой пшеницы Лютесценс Саратовского района, имевшей в 1939 г. весьма низкий, из ряда вон выходящий процент стекловидности 8—10%. В отдельных партиях этот процент уменьшался до 5, что приводило к необходимости сдабривать их 10—15% твёрдой пшеницы со стекло видностью 80—90%, чтобы довести стекловидность смеси хотя бы до20%. Исходная влажность была невысокой, не более 13—13,5%.
Предварительные испытания в лабораторных условиях показали значительную водо поглотительную способность этой пшеницы. Сначала для получения противопоказаний пшеница была подготовлена для помола обычным путём, т. е. подвергнута мойке и замочке с расчётом доведения влажности до 15—15,5%. Однако приращение влаги во время мойки вместо обычных 2,5—3% составило 4—5%. На I драную систему после 24-часового отволаживания, несмотря на тёплую погоду, зерно поступало с повышенной для мягкой пшеницы влажностью 17% и весь драной процесс резко нарушался.
Уже на I драной системе, несмотря на слабый нажим валков, в продукте появились «лепёшки». После станка все продукты, в том числе и ценная для нас крупка, потеряли «остроту», стали мятыми. Процент сходов резко увеличился даже на тех системах, где они раньше не были заметны, например на ЗУ драной системе. Появился недобор муки на 2—3% (74% вместо расчётных 76%). При этом I резко уменьшилась (на 24%).
Суммарная потребность в мощности в конечном итоге уменьшилась, но произошло перераспределение потребной мощности: сначала увеличилась потребная мощность на драных системах за счёт уменьшения мощности на размольных системах вплоть до выравнивания удельных величин Nдр и затем наступило превышение Nдр над Nр, доходившее с увеличением влажности зерна до 25% в отличие от обычного распределения при сортовом помоле, где имеет место обратное явление.
Пришлось моечную машину выключить и ограничиться замочкой, что привело при изменении влажности зерна к характерным показателям, приведённым в табл. 41 и на рис. 31.

С увеличением влажности соотношение qдр и qр при переработке этой исключительной пшеницы изменилось: при В=14,5% превышение над qдр составило 9%, а при В=17,5% превышение получилось в обратном соотношении, достигая 16,5%: в первом случае qp/qдр=1,09, а во втором 0,85.
Причину этого необычного факта, повторяем, нужно искать не только в преобладающей роли энергоёмких оболочечных продуктов, но и втом, что у этой исключительно мягкой пшеницы с весьма низким процентом стекловидности (8—10) уже при 14,5% общей влажности эндосперм находится в фазе переувлажнения и дальнейшее повышение влажности ведёт к ухудшению условий измельчения эндосперма, образованию комков, сопровождающихся повышением qр.
При этом qдр увеличивается быстрее, чем qp при переходе от В=14,5% к В =17,5%. Это обстоятельство вполне понятно, так как на драных системах мы имеем дело с оболочками, являющимися более восприимчивыми к быстрому проникновению влаги, чем эндосперм.
Опыты показали, что эту в производственном отношении невыгодную пшеницу можно молоть только в смеси с твёрдой пшеницей и лишь при B=14%.
Ведущую роль оболочек при распределении мощности по группам станков можно проследить при опытах переработки пшеницы Ставрополька, обладающей в отличие, например, от Украинки большим процентом оболочек — 17,6 (включая алейроновый слой) против. 15,7, т. е. более чем на 12,2%. Разрыв между qдр и qp меняется уже при незначительном увлажнении, а при В=16,6% исчезает эта разница и qp становится равным qдр.
В данном случае объяснение следует искать не только в ведущей роли оболочек, в резком повышении величины qдр при увеличении В, но и в усиленном против обыкновения разрыхлении эндосперма, в результате чего отношение qp/qдр становится < 1. В технологическом отношении этот энергетический эффект связан с понижением выхода крупок, поступающих на веечные машины и преобладанием, обол очечных продуктов в сходах, благодаря чему вольность, II сорта муки, например, становится нестандартной, достигая 1,32% вместо 5,1—1,25%.
Влияние изменения влажности на показатели измельчения зерна проверялось на экспериментальной мельнице при длительной переработке крупных партий пшеницы Украинка, Крымка и мягкой озимой пшеницы типа IV, подтипа 3-го. Условия производства не позволили, однако, резко менять процент влажности, которая была ограничена, с одной стороны, естественной, равной 10,5—13,5%, с другой стороны, искусственной, равной 15—16%. В этих ограниченных пределах при трёхсортном помоле (10+20+48%) было установлено резкое повышение qдр и понижение qp, однако в конечном итоге давшее уменьшение qΣ на 5—8% при увеличении В в указанных пределах, причём верхний предел 8% относился к пшенице Крымка с большим процентом стекловидности. Минимальное значение qΣ% было связано с оптимальным значением зависящим от влажности.
Снятый при этом баланс помола показал, что при Θ0=24 часам, т. е. одном и том же времени отволаживания, процент извлечения И с увеличением влажности зерна растет, но лишь до известного предела и отчасти увеличивается выход муки I сорта. Производительность же L падает в пределах 15—20%. Таким образом, все закономерности, связывающие И с В и Θ0, установленные нами ранее при опытах на дробильном аппарате и на лабораторной мельнице, нашли свое подтверждение и в производственной обстановке.
Кроме нормальной, здоровой пшеницы для производственных опытов была использована и неполноценная пшеница, в первую очередь морозобойная.
На мельнице была подвергнута переработке морозобойная пшеница Омской области, характеризовавшаяся общей «морозобойностью» 45,5% при влажности 13,1% и значительном проценте щуплых деформированных зерен с типичной для них сильно морщинистой поверхностью, что, естественно, усиливает сорбционные явления при увлажнении. Полученные результаты подтвердили изложенные в работе автора данные относительно роли щуплых зерен, выделение которых является основным условием обогащения зерновой массы, поврежденной морозом. В противном случае и без того высокий процент отрубей еще более повышается. Поэтому суммарный выход муки уменьшается до 70—72%, вместо 75—78%.
Этот недобор муки в 5—6% получается вследствие увеличения отрубей и отходов. Кроме того, по тем же причинам выход муки высшего сорта уменьшается на 1—2%.
По этим же причинам, несмотря на развитую схему помола, наблюдается явление обратное тому, которое имеет место при переработке здоровой пшеницы: qдр≥qр, причем qдр колеблется в пределах 0,9—1 квт, а qр в пределах 0,78—0,75 квт на 1 т суточной производительности.
Значение этого обстоятельства усиливается еще тем, что приведенное значение q относится к сравнительно низкой влажности 14,5—14,7%. При увеличении же влажности до 16% разрыв между qдр и qр получается еще больший, что имеет, однако, лишь чисто теоретическое значение, так как практически допускать наличие такой влажности при переработке морозобойного зерна нельзя, ибо делается невозможным ведение технологического процесса, как это установлено работами автора в 1939 г.