Энергетический фактор и его увязка с показателями размола зерна

10.05.2015

Из всех показателей измельчения зерна энергетический фактор имеет наибольшее техно-экономическое значение не только потому, что самый процесс измельчения, имеющий место на вальцевых станках, является наиболее энергоёмкой операцией в технологическом процессе современных мельниц. В зависимости от видa помола и технологической характеристики зерна расход энергии на размол составляет 50—75% общего расхода энергии, идущей на переработку зерна, что очень часто является узким местом в производстве, лимитируя повышение производительности мельницы. Кроме того, этот показатель наиболее тесно связан с факторами измельчения М и Θ0 и особенно чувствительно реагирует на изменение В.
Результаты описанных выше опытов с разными культурами показали, что к рассмотрению энергетического показателя нужно подходить дифференцировано, в зависимости оттого, имеем ли мы дело с измельчением целого, нешелушёного, зерна при преобладании оболочек или же речь идёт об измельчении продукта с преобладанием эндосперма. Точно так же нельзя судить о суммарной потребной мощности при измельчении, не расчленив предварительно операции по основным её элементам — на драной процесс и размольный, из которых каждый элемент подчиняется своей закономерности развития.
Опыты на дробильном аппарате показали, что удельный расход энергии W0 с увеличением В, как правило, при размоле целого, нешелушёного зерна, увеличивается, а при измельчении шелушёного зерна, лишённого оболочек, уменьшается.
Причины этого на первый взгляд парадоксального обстоятельства кроются, как уже указывалось, в анизотропности зерна, отдельные части которого различно реагируют в энергетическом отношении на изменение влажности. Дело в том, что удельный расход энеpгии W, в данном случае является функцией двух переменных величин — М и тu в свою очередь тесно связанных с В, в то время как окружная скорость режущих органов (рифлей), их взаиморасположение остаются неизменными.
При размоле целого зерна преобладающую роль играют оболочки, повышение вязкости которых при увлажнении влечёт за собой приращение удельного расхода работы на деформацию. С повышением В затрата энергии на дробление оболочек, а стало быть, и оболочечных продуктов растёт.
Совершенно иначе в энергетическом отношении ведёт себя эндосперм, у которого расклинивающее действие воды при повышении влажности приводит к его разрыхлению, размягчению и меньшему сопротивлению измельчению, но лишь до известного предела — переувлажнения эндосперма.
Таким образом, степень участия оболочек так же, как и при изменении показателя М, играет здесь решающую роль, с той лишь разницей, что в первом случае (энергетическом) оболочки являются энергоповышающим фактором, отражающим усиление вязкости оболочек, нуждающихся в затрате дополнительного расхода энергии, а во втором (силовом) — силопонижающим фактором. Здесь влажность, как мы видели, является адсорбционным понизителем твёрдости зерна благодаря уменьшению плотности вследствие межмицеллярного набухания подлежащего дроблению вещества.
В зависимости от долевого участия в энергорасходах той или иной части зерна и формируется конечное значение W0.
Обстоятельство это резко даёт себя чувствовать при переходе от нешелушёного зерна к шелушёному. Например, у риса абсолютное значение W0c при одном и том же значении В превышает Wko на 75—100% и даже больше в зависимости от влажности, как это видно при сопоставлении данных табл. 20 и 22. Такая же картина наблюдается при переходе от обыкновенной пшеницы к шелушёкой, но с меньшим эффектом благодаря меньшему долевому участию оболочек.
Наконец, при переходе к плёнчатым культурам, у которых роль оболочек приобретает усиленное значение, W0 ещё более увеличивается и при постоянной влажности и Θ0=соnst (B=12%, Θ0=24 часам) соотношение W0 в процентах по отношению к пшенице Украинка, принятой за 100%, представляется в следующем виде (табл. 43).

Энергетический фактор и его увязка с показателями размола зерна

Величины здесь взяты округлённые. Более точные данные приведены в таблице по сортам зерна (см. табл. 44).
Из приведённых данных видно постепенное нарастание W0 с увеличением процента плёнчатости, что особенно заметно даёт себя чувствовать на драных системах, где в отличие от размольных систем мы имеем дело преимущественно с оболочечными продуктами.
Самый характер изменения W0 различен с зависимости от характеристики продукта. В то время как у чистого эндосперма W0 уменьшается с увеличением В равномерно, находясь до появления капиллярной воды но аналогии с М и линейной зависимости от В, показатель Wco, наоборот, увеличивается в зависимости от влажности резче, изменяясь но показательной функции W0=ab'', гдг а и b — постоянные коэффициенты.
Таким образом, влияние увлажнения даёт себя чувствовать не сразу. Требуется определённый период разбега и кривая W и некоторых случаях (у твёрдой пшеницы) проходит даже через некоторый минимум, лежащий в зоне технологических оптимумов, после чего лишь зерно вступает в фазу, когда малейшее приращение влаги даёт резкий скачок вверх. При переходе же к плёнчатым культурам кривая W0 растёт ещё круче благодаря большему влиянию оболочек. Такое же явление наблюдается и у ржи, обладающей не только более вязкой оболочкой, но и более вязким эндоспермом.
Особенно характерна взаимосвязь W0, В и Θ0. На примере пшеницы Украинка и Мелянопус мы видели, что для каждого значения В имеется определённое Θ0, соответствующее минимальному значению или в крайнем случае стабильному значению W0, причём чем больше В, тем меньше оптимальное значение Θ0. Объясняется это явление тем, что при меньшей влажности приходится делать большую ставку на явление релаксации в промежуток времени Θp, что не всегда, однако, достигает цели, так как основной упор должен быть сделан на достаточную величину В, имея в виду не только энергетические, но и технологические показатели. В этом отношении производственникам нужно твёрдо помнить, что фактор времени не может выправить недостаточную влажность зерна на драной системе.
Переходя к производственным помолам, мы видим подтверждение необходимости расчленения расхода энергии на этапах размола на Wдр и Wp. соотношение которых зависит от величины введенного нами коэффициента крупичатости Ккр, отражающего качество помола, степень его совершенства.
В практике современного мукомолья мы имеем в основном дело с четырьмя значениями Ккр, соответствующими четырём вариантам помола:
1) Ккр > 1 — сортовой помол, для которого значение Ккр колеблется в пределах от 1,4 до 2,0, причём верхний предел относится к наиболее совершенному помолу. При таком значении Ккр требуется значительное количество размольных систем по сравнению с драными системами. При более развитых технологических схемах число размольных систем доходит до 16—18, число же драных является более или менее стабильным (5—б и реже 7).
2) Ккр< 1 — сеяный помол, при котором значение Ккр обычно колеблется в пределах от 0,6 до 0,8. К этой группе помолов нужно отнести и распространённый у нас и до сих пор неправильно относимый к сортовому, так называемый 85%-ный помол, являющийся промежуточным вариантом, недостаточно чётко выраженным в технологическом отношении. Для этого помола значение Ккр уменьшается до 0,25 и ниже.
3) Ккр = 0 — обойный помол с выходом муки 96—99%, проводимый исключительно на нарезных системах без отбора крупок.
4) Ккр = 1 — редко встречающийся сортовой помол с особо развитым драным процессом, который можно встретить на отдельных крупных французских мельницах (Grands moulins de Paris), где сильно развитой драной процесс предусматривает весьма тщательную разделку промежуточных продуктов, что приводит к удлинению драного процесса вплоть до того, что lдр=lp.
При искусственном увлажнении зерна с увеличением влажности суммарный расход энергии на драной процесс и удельном выражении Wдр, как правило, увеличивается благодаря преобладанию на драных системах обол очечных продуктов с неизбежным усилением их вязкости, а стало быть, и увеличением затраты энергии.
При тех же условиях суммарный удельный расход энергии на размольных системах Wр, наоборот, уменьшается, так как здесь мы имеем дело с продуктами, у которых преобладает эндосперм, что ведёт к понижению W при увеличении В до известного предела, до момента, когда наступает переувлажнение эндосперма и когда, наоборот, вступает в действие усиление вязкости также и эндосперма, которое приводит к отрицательным показателям и в области W и в области М и И.
Этот вывод полностью совпадает и с производственной практикой, дающей при сортовых помолах с развитой технологической схемой и достаточной протяжённостью размольной линии при оптимальной технологической влажности зерна на I драной системе понижение общего конечного расхода энергии на 10—15%.
Характерна при этом роль вспомогательного показателя m=Wдр/Wp, который для одного и того же сорта при Ккр = const растёт с увеличением В, так что, например, для пшеницы Украинка при переходе от В=12,36% к В=19,7% (см. табл. 37) значение m получает следующее выражение:
m12,36 = 0,54
m14,05 = 0,67
m19,70 = 0,785

Таким образом, отношение 35%:65%, характеризующее распределение энергии между драными и размольными системами, постепенно переходит к 44%:56% и центр тяжести полезного расхода энергии благодаря усилению вязкости оболочек постепенно передвигается в сторону драного процесса. При этом с повышением твёрдости зерна удельное значение драного процесса в энергетическом отношении падает, так что при B=const=18% и Θ0=const=24 часам значение Wдр по отношению к общему расходу энергии представляется в следующем виде: Wдр=51 % у Московской пшеницы, Wдр=43,5% у пшеницы Украинка, Wдр=33% у пшеницы Мелянопус.
Между величиной потребной мощности N, коэффициентом крупичатости Кпр, суммарной протяжённостью размольной линии lΣ и удельной нагрузкой Q существует определённое соотношение, которое можно свести к двум основным положениям:
а) При lΣ=const повышение Q влечёт повышение удельного значения N, которое растёт интенсивнее, чем О, что сигнализирует об опасности перегрузки станка, имея в виду энергетические показатели.
б) При Q=соnst имеет место обратное явление, и N как удельная величина уменьшается с увеличением благодаря более равномерному распределению продукта при уменьшении сыпи и отсутствию необходимости применять наиболее отрицательно влияющий в энергетическом отношении сильный нажим на валки.
В общем же N на мельнице подчиняется закономерности
N = aQn,

где a — коэффициент пропорциональности и N≥1, колеблясь в пределах 1,5—2, причём нижний предел относится к драным системам, а верхний — к размольным системам, требующим при повышении в и необходимости сохранить процент извлечения применения энергоёмкого приёма — усиления нажима на валки.
Суммируя сказанное выше в области энергетической, мы видим, что кондиционирование (с учётом благоприятного развития технологических показателей) является наиболее рентабельным фактором улучшения к. п. д. сортовых помолов пшеницы, в особенности при переработке сортов твёрдой пшеницы.
Тут же нужно указать на возможность применения кондиционирования также для ржи, при котором, как мы видели, показатели измельчения: W, И и зольность заметно улучшаются.
Это обстоятельство нашло себе подтверждение и при контрольных опытах на молотковых дробилках МД-300 в мукомольной лаборатории МТИПП в декабре 1943 г., где рожь дала улучшение И при оптимальной влажности 15,5 —16%.
По сравнению с пшеницей увлажнение ржи требует более осторожного подхода: существует опасность, что эндосперм быстрее достигнет своей зоны переувлажнения, так как рожь, как известно, обладает большей вязкостью. С другой стороны, усиливается роль Θ0 в сравнении с пшеницей.