Характеристические кривые измельчения зерна

10.05.2015

Рассмотренный выше комплекс вопросов сопротивления зерна измельчению (М и W), технологической эффективности процесса (И и зольность) при определённом режиме кондиционирования (В, Θ0) мы изобразили в виде так называемых «характеристических» кривых но сортам в зависимости от фактора влажности В, как основного регулятора процесса размола зерна.
Данные эти были приведены выше по отдельным культурам. На рис. 21 показаны характеристические кривые для риса в двух его основных вариантах — нешелушёном и шелушёном виде. Сопоставление показателей обоих вариантов дало следующие характерные результаты:
1) Показатель М, отражающий твёрдость, подчиняется неравенству Мк>Мс, причем и Мк и Мс, подчиняются в своем развитии как f(В) одной и той же закономерности — линейной зависимости в I фазе до первой переломной точки — появления капиллярной воды. Причина, как уже указывалось, лежит в том, что М, как удельная величина, отнесённая к единице веса, зависит от удельного веса продукта, подвергшегося воздействию внешних сил.
2) Удельный расход энергии, наоборот, подчиняется обратному соотношению Wкповышением влажности сырца Wc увеличивается, а у крупы Wк уменьшается. В обоих случаях изменение W протекает быстрее, чем увеличение В. Причина указанного явления лежит, с одной стороны, в форме связи с водой, меж-мицеллярном набухании, а с другой, — в роли оболочек, как основного фактора, влияющего на величину W.
Удаление оболочек при шелушении меняет значение W и по величине, и по направлению.

Характеристические кривые измельчения зерна

3) Фактор времени Θ0 играет большую роль у W, чем у М, причину чего следует искать в технологическом значении второго члена Θр
двучлена Θм+Θр, связанного с явлениями релаксации в зерне.
4) Технологический показатель добротности процесса размола — коэффициент извлечения И — увеличивается с повышением В до известного предела, т. е. проходит через максимум и зоне 16—17%-ной влажности, отражающей изменение связи коллоидных материалов зерна с водой при переходе от связанной формы к капиллярной, причём, естественно, ИК≥ИС.
Установленные закономерности можно распространить на процессы шелушения и других культур, как было проверено на опыте с ячменём и пшеницей, причём у плёнчатых культур с преобладающей ролью оболочек эффект, естественно, выше, чем у «голых» зёрен пшеницы.
На рис. 26 приведены характеристические кривые для одной из наиболее распространённых наших сортов пшеницы Украинка. Из особенностей данного сорта нужно отметить:
1) При постепенном изменении кривой W0 с увеличением В прохождение её через минимум имеет место в зоне 16—17%.
2) Крутой подъём кривой И и прохождение через максимум в зоне 20—22% В свидетельствует об относительной твёрдости этой пшеницы.
3) После В=20% производительность размольного агрегата резко идёт на убыль.
4) Зольность муки имеет свой минимум также при размоле пшеницы с влажностью в зоне, примыкающей к 20%.
Все эти данные подтверждают, что пшеница эта нуждается в сильном увлажнении — порядка 18% и, будучи доведена до этого оптимума, даёт ряд выгодных показателей, свидетельствующих о высокой технологической ценности сорта, особой его пригодности в качестве компонента и даже улучшителя при составлении зерновой смеси.
На рис. 37 приведен сводный график характеристических кривых для нескольких сортов пшеницы, а также ячменя и ржи. Из этого рисунка видно, как постепенно увеличивается в абсолютном выражении М при переходе от мягких мучнистых к твёрдым стекловидным сортам пшеницы, как круто меняется М у ржи. Одновременно наблюдается резкий рост при переходе ко ржи с резко выраженной усиленной вязкостью не только оболочек, но и эндосперма, приводящей к величинам, выходящим за пределы допустимого в производстве.
Из сопоставления данных, определяемых характеристическими кривыми для разных культур, выявляется следующая шкала энергоёмкости, приведённая к единой влажности 12% (табл. 44).
Характеристические кривые измельчения зерна

Из этой таблицы видно, что W0, отражающее комплексную структурную характеристику зерна как в качественном отношении (вязкость оболочек и эндосперма), так и в количественном (процент плёнчатости), постепенно увеличивается с переходом к таким сортам пшеницы, как Саррубра и Мелянопус, и достигает крайней величины у овса, высокий процент плёнчатости которого в соединении со значительной вязкостью не только оболочек, но и эндосперма даёт величину W0, более чем в четыре раза превышающую таковую у пшеницы Заря. Характерна высокая энергоёмкость у «мягкой» пшеницы Цезиум, в энергетическом отношении труднее поддающейся размолу, чем твёрдая пшеница Мелянопус, что можно наблюдать в производственной обстановке на сибирских и алтайских мельницах.
Правильный подбор для этих сортов оптимального значения величин влажности на I драной системе представляет поэтому особенную важность.
Рассмотренные выше показатели измельчения зерна не исчерпывают, однако, всего комплекса характеристических кривых, связанных с технологическим процессом переработки зерна. Технолог, имеющий дело не только с размолом, но и с хранением зерна, заинтересован также в изучении и других показателей, например дыхательного газообмена зерна, его удельной теплоёмкости и т. д.
В целом все эти показатели, приведённые в виде характеристических кривых на рис. 38, могут быть разбиты на пять групп.
К I группе относятся показатели, имеющие главным образом физиолого-биохимическое значение, указывающие, например, при разной влажности зерна количество выделяемого зерном углекислого газа, равно и поглощение кислорода. Из рис. 38 видно, что переломные точки кривых СO2 и О2, установленные Кретовичем и Ушаковой, лежат в зоне влажности 15—16%.
Характеристические кривые измельчения зерна

II группу составляют физико-химические показатели, включающие рассмотренные нами величины твёрдости М и объемного веса G0, особенно тесно связанные не только с процентом влажности, но и с формой связи воды с коллоидными веществами зерна.
К этой группе показателей нужно отнести и коэффициент восстановления скорости при ударе зерна, представляющий отношение числовой величины составляющей относительной скорости после удара к величине этой составляющей до удара, причём составляющая берется нормальной по отношению к поверхности соприкосновения.
Эта константа, характеризующая упругие свойства зерна, как показали опыты Птицына, тесно связана с влажностью зерна. Величина этого коэффициента восстановления постепенно понижается при повышении влажности и проходит через свой минимум в зоне 18—20%-ной влажности, после чего начинает плавно увеличиваться. Зависимость между влажностью и упругими свойствами зерна дала основание Птицыну выдвинуть предложение о сортировке зерна по влажности с использованием коэффициента восстановлении.
III группу составляют термические показатели. К ним относится весьма интересующая технологов для расчёта сушки и горячего кондиционирования зерна его удельная теплоёмкость, которая в зоне переломных точек претерпевает резкое изменение.
По опытам Красовской, исследовавшей влияние влажности на теплоёмкость, значение последней для одного и того же сорта пшеницы медленно повышается с 0,25 до 0,28 в зоне, предшествующей 12—15%-ной влажности, после чего резко увеличивается, доходя, например при В=20%, до 0,5, а затем снова продолжает плавно увеличиваться, без скачков. Объяснить это можно именно появлением капиллярной воды с нормальной теплоёмкостью, т. е. с большей теплоемкостью, чем у связанной воды.
К этой группе показателей нужно отнести и теплоту набухания, уменьшающуюся с повышением влажности и достигающую значения 0 в зависимости от сорта также в зоне 18—20%-ной влажности.
IV группу образуют технологические показатели — процент извлечения промежуточных продуктов И, производительность размольного агрегата L и зольность муки. Эти показатели были детально рассмотрены выше. Кривые этих показателей, как видно на рис. 38. также получают экстремальное выражение в зоне 15—18%-ной влажности.
Наконец, к V группе относятся показатели энергетического порядка, кривая которых проходит через свой минимум также в указанной зоне.
Как видно из рис. 38, все приведённые выше характеристические кривые зерна имеют экстремальное развитие, причём переломные точки этих кривых лежат в зоне 14—19%-ной влажности, названной нами зоной переломных точек, которая отражает изменения формы связи воды с коллоидами зерна. Эта зона переломных точек сопряжена с оптимальным режимом хранения и размола зерна.
В пределах этой зоны лежит более узкая зона, ограниченная величинами 15—18%-ной влажности, которая была нами названа зоной технологических оптимумов как включающая оптимальные факторы наиболее рационального режима размола зерна. В этой зоне расположены экстремальные значения всех технологических и энергетических показателей размола.
Нужно указать, что зона технологических оптимуме в соответствует, по данным Колемана и Феллоуса относительной влажности воздуха φ=65—75%. которая получена опытным путём на американских мельницах при использовании установок по кондиционированию воздуха.
Американские исследователи — Шолленбергер, Эдгар Миллер и др. — установили, что при таком значении φ (65—75%) размол зерна оказывается наиболее рентабельным. При этом получаются лучшие показатели и производительности мельниц, и зольности муки, и всего режима помола в целом (упорядочение условий проливания и провеивания, стандартизация влажности конечного продукта и т. д.).
Поэтому упаковки по кондиционированию воздуха, в оборудовании которых американцы имеют богатый опыт, использованы ими на многих мельницах. Искусственно создаваемая при этом «внутренняя погода» в помещении мельницы, особенно на вальцевом и веечном этажах, помогает улучшить результаты в процессе кондиционирования зерна. Однако научного объяснения этому явлению до сих пор не давалось. Приведённые же выше соображения показывают, что оптимальная величина установленного опытным путём на мельницах США φ=65—75% объясняется тем, что этому значению φ соответствует равновесная влажность зерна, именно 15—18%, т. е. та, которая образует зону технологических оптимумов.
В заключение нужно сказать, что нельзя отдельные элементы характеристических кривых рассматривать обособленно, как это иногда пытаются делать в производственных условиях. Технологическую оценку сорта зерна для установления режима размола нужно давать комплексно. При этом условии характеристические кривые вместе со шкалой твёрдости и шкалой энергоёмкости могут послужить основой для установления наиболее правильного технологического процесса размола зерна.