Оценка технологической эффективности разделительных процессов

31.10.2014

Стратегия, показатели, критерии оценки. Традиционно оценке эффективности технологических процессов уделялось и уделяется особое внимание. Именно объективная оценка технологических процессов способствует совершенствованию известных, разработке, развитию и применению новых конструктивных и технологических решений. Нa современном этапе развития техники и технологии, характеризующемся высоким уровнем разработки теоретических основ типовых технологических процессов и широким использованием математических методов исследований, объективная оценка технологической эффективности процессов приобретает особую актуальность.
В настоящей главе предлагается обобщенная оценка технологической эффективности процесса измельчения с позиции системного подхода и анализа.
Принятая методология предполагает более высокий уровень формализации и обобщения технологического процесса. Формализацию последнего, с целью последующей его аналогизации, целесообразно провести по физической сущности процесса. Согласно определению и назначению, процесс измельчения представляет собой процесс разделения дисперсных систем на части под действием внешних сил. Аналогичную по физической сущности технологическую задачу решают процессы сепарирования. Следовательно, эти типовые технологические процессы могут быть отнесены к классу разделительных процессов. Тогда оценку технологической эффективности процессов измельчения, классификации, сепарирования и сортирования целесообразно проводить по одним критериям. К аналогичному заключению пришел и В. В. Вашкевич при оценке технологической эффективности первичного измельчения зерна пшеницы в работе.
Принятая стратегия оценки показывает, что вопросы интенсификации процесса и технологии измельчения нельзя рассматривать изолированно от интенсификации процесса разделения по крупности продуктов измельчения.
В соответствии с принятой методологией анализ показателей оценки будет проведен по показателям разделительных процессов.
В теоретических основах процессов измельчения, сепарирования, сортирования и классификации для оценки их результатов применяют следующие показатели: извлечение, удельная поверхность, степень измельчения, зольность, содержание фракции, качество продуктов извлечения, процент золы, степень концентрации и сокращения и др. Эти показатели имеют физический смысл, характеризуют процесс, учитывают ряд его особенностей, определены численно, многие широко используются в практике и составляют критерии. Однако их многочисленность, частный характер в оценке процесса, коррелированность и неадекватность многих его сущности, не способствует объективной оценке процесса, а следовательно и его совершенствованию. Несмотря на многочисленность известных, отсутствуют показатели оценки избирательности измельчения, качества продуктов избирательного измельчения с позиции последующего технологического процесса, в частности процесса обогащения. Определение этих показателей возможно на основе системного подхода при анализе технологии в целом.
Критериальной оценке технологической эффективности разделительных процессов посвящены многочисленные работы ученых в различных отраслях народного хозяйства. Наиболее широко они представлены в технологиях переработки минерального сырья и зерновых продуктов, где их число составляет несколько десятков. Однако динамика исследований в этой области не снизилась и до настоящего времени разработка объективных критериев технологической эффективности остается актуальной научной и практической задачей. Это в первую очередь обусловлено многогранностью задач, решаемых процессами, и широким внедрением в практику автоматизированных систем управления, которые предъявляют свои требования к разработке и выбору критериев.
В теории и практике процессов измельчения и сепарирования известны критерии Архипова, Чечотта, Ньютона, Лященко, Хаузера, Ханкока-Луйкена, Циперовича, Розина-Раммлера, Фоменко, Даймонда, Цециновского, Богданова, Верховского, Демидова, Берисфорда, Аддена, Климовича, Воронкова, Левятина, Гиршсона, Тарутина, Николенко, Запорожца, Айзиковича, Павловского, Вашкевича, Крейермана, Маевской, Ильина, Егорова, Маралова, Прейгерзона, Лиандова, Зубковой и др.
Рассмотрим характерные особенности критериев с точки зрения последующего анализа.
Критерии В. У, Климовича, Г. М. Левятина, Л. А. Запорожец, кроме технологических параметров процессов, включают в себя энергетические. Поэтому эти критерии не будут включены в анализируемые. Методология оценки процесса, по мнению автора, должна включать два этапа. На первом этапе обеспечивается технологическая эффективность, на втором устанавливаются затраты электроэнергии. Следовательно, показатель энергозатрат относится к ряду последующих.
П. И. Воронков предложил оценивать технологическую эффективность по формуле:

где E — технологическая эффективность, %;
И — извлечение круподунстовых продуктов, %;
П — количество измельченного зерна с учетом возврата с веек, %;
Zn, Zн — соответственно зольность зерна и круподунстовых продуктов, %.
Критерий Г. М. Левятина имеет вид:

где В — выход крупок, кг;
У — количество оболочек в крупках, кг;
d — средняя крупность крупок, мм;
zэ, zk — зольности соответственно эндосперма и крупок, %;
G — масса зерна, кг;
Э — содержание эндосперма, кг.
В. В. Вашкевич предложил критерий оценки процесса размола в муку:

где q — удельная нагрузка на вальцовую линию, кг/см-сут;
W1, W2, W3, W4 — соответственно выход муки высшего, первого, второго сортов и отрубей, %;
φ11, φ12, φ13, φ14 — соответственно содержание крахмала в муке высшего, первого, второго сортов и отрубях, %;
φ01 — содержание крахмала в исходном зерне, %.
Общую оценку технологического эффекта при сравнении технологий на действующих мельницах В. В. Вашкевич и А. С. Ильин предложили определять по зависимости:

где Qоз, Qом — соответственно количество оболочек и алейронового слоя в зерне и муке общего выхода, %;
Qэз, Qэм — соответственно количество эндосперма в зерне и муке общего выхода, %;
Qоз/Qэз — отношение, характеризующее ресурсы зерна;
Qэм/Qом — отношение, характеризующее результаты помола.
Г. И, Креймерман и С. Л. Маевская предложили определять технологическую эффективность измельчения круподунстовых продуктов первого качества по формуле:

где M — количество извлеченной муки, %;
Q — количество однократно пропущенного продукта, кг/ч;
z0, zм, zэ — соответственно зольности поступающего на измельчение продукта, муки и эндосперма, %
В соответствии с исследованиями А. С. Ильина показатель оценки технологической эффективности крупообразующего процесса следует определять по отношению:

где И — общее извлечение продуктов измельчение, %;
zоб, z1 — соответственно зольности оболочек и средневзвешенная продуктов извлечения, %.
Г. Егоров и А. Маралов рекомендуют оценивать технологическую эффективность избирательного измельчения в драном процессе критерием, имеющим вид:

При производстве сортовой муки системами измельчения являются драные и размольные. Шлифовочные системы принято считать системами обогащения. Однако по механизму протекания процесса и способу нагружения перерабатываемого продукта эти системы так же, как драные и размольные, следует отнести к системам избирательного измельчения. Это утверждение основывается на следующем. Степень измельчения зернопродуктов, как показатель уменьшения крупности частиц, на заводах, оснащенных комплектным оборудованием, в среднем изменяется на драных системах от 1,3 до 2,7; на размольных — от 2,8 и более; на шлифовочных — от 1,1 до 2,0. При сортировании измельченных продуктов в рассевах на всех системах технологического процесса зольность продуктов возрастает с увеличением их крупности. Таким образом, первое указывает на сам факт измельчения, а второе — на его избирательность. Идентичность физической сущности процессов позволяет оценивать рассматриваемые системы едиными критериями эффективности. Тогда для полноты анализа следует рассмотреть критерии эффективности, оценивающие и шлифовочный процесс.
Эффективность шлифовочного процесса в работах Л. Е. Ашиковича и А. Н. Николенко предлагается определять по формуле:

где z, zкр, zоб — соответственно средневзвешенные зольности верхнего схода и муки, крупок и дунстов, оболочек и алейронового слоя (равная 7,7...7,8 %), %.
Для оценки технологической эффективности разделения двухкомпонентной смеси на две фракции Розин-Раммлер предложил формулу:

где а11, а22 — соответственно извлечения первого компонента в первую фракцию и второго компонента во вторую фракцию.
Широко используется в практике критерий В. С. Пальцева для оценки эффективности очистки зерна воздушным потоком:

где A1, A2 — соответственно содержания примесей в зерне до и после очистки, %.
И. М. Верховским предложен критерий оценки технологической эффективности процесса разделения на ситах:

где a, a1, иа2 — соответственно содержание определенных фракций в исходном, проходовом и сходовом продуктах, %.
Наибольший интерес с точки зрения определения технологической эффективности многопродуктовых сепараторов представляет собой критерий В, М. Цециновского, согласно которому суммарная технологическая эффективность равна средневзвешенной величине частных эффективностей:

где E1, E2, Ei — соответственно частные эффективности разделения первого, второго, i-гo продуктов, %;
P1, P2, Pi — соответственно массы первого, второго и i-гo продуктов, кг;
Q — масса партии зерна, поступающего в процесс, кг;
а1, а2 — соответственно массы первого, второго компонентов в исходном, кг;
q1, q2 — соответственно содержания первого компонента во втором продукте и второго в первом продукте, кг.
Критерий Ханкока-Луйкена можно представить в трех различных, но равнозначных вариантах:

где εмм, εкм — соответственно извлечения мелкой и крупной фракции в мелкий продукт, %;
α, β, ζ — соответственно содержания мелкой фракции в исходном, мелком и крупном продуктах сепарации, %;
γм — выход мелкого продукта, %.
Л. К. Богданов в работе предлагает критерий более универсальный, чем известные:

В. В. Филиппов, Т. В. Точенова и О. П. Галушко в работе считают, что опыт применения известных обобщенных критериев показал их недостаточность в объективной оценке процесса сепарации, и предложили свой:

где εкк — извлечение крупной фракции в крупный продукт.
Анализ и обоснование разработки комплексных критериев. Анализ критериев выполним в соответствии с предъявляемыми к ним современными требованиями: иметь физический смысл, оценивать процесс по целевому и статистически-усредненному показателю, характеризовать эффективность процесса с точки зрения конечной цели производства, обладать монотонностью, универсальностью, независимостью от значений граничной крупности разделения, инвариантностью относительно дисперсного состава, аддитивностью и логикой, отражать сущность процесса, указывать на пути его совершенствования, выражаться численно, иметь область определения от 0 до 1, или 100 %, быть чувствительным и легко вычисляться.
Критерии В. Я. Гиршсона, П. П. Тарутина, А. Р. Демидова, П. И. Воронкова, Г. М. Левятина приводят к неопределенности при оценке процессов измельчения с разными показателями. Следовательно, они не отвечают требованию — однозначность. Очевидно, что правомерность объективной оценки ими процесса вызывает сомнение. Сделанное заключение не снижает научного значения критериев и в особенности Г. М. Левятина. В этом критерии впервые в показатели оценки процесса введен показатель, учитывающий количество оболочек в крупках. Значение этого будет показано ниже при разработке новых показателей процесса и оценивающего его критерия.
Критерий Г. Егорова и А. Маралова представляет собой произведение количественного показателя процесса на качественный. Его физический смысл состоит в отношении количества невыделившихся в продукты извлечения периферических частей зерна к их количеству в продукте, поступающем на измельчение. По определению и физическому смыслу критерий Г. Егорова и А. Маралова характеризует процесс обогащения, а не измельчения. Подтверждением этому является работа Г Егорова и Т. Петренко, в которой рассматриваемый критерий предлагается для оценки эффективности работы ситовеечной машины.
Критерий Л. Айзиковича и А. Николенко также оценивает эффективность процесса обогащения. С целью уяснения его физического смысла необходимо рассмотреть отношения разностей зольностей продуктов до и после шлифования. Первое отношение разностей представляет собой отношение прироста зольностей в сходовом продукте и муке к достигнутой разности зольностей в сходовом продукте и крупках. Такое отношение представляет собой не что иное, как выход крупок и дунстов. Второе отношение является частным от деления достигнутого обогащения крупок и дунстов на максимально возможную величину. Это отношение известно как коэффициент обогащения крупок. Третье отношение — частное от деления теоретически возможной разности в зольности сходового продукта к достигнутой. Это отношение является обратной величиной коэффициента обогащения сходового продукта. Таким образом, анализируемый критерий представляет собой произведение выхода крупок и дунстов на частное от деления коэффициента обогащения крупок на коэффициент обогащения сходового продукта. Его физический смысл сводится к выходу обогащенного низкозольного продукта, увеличенному на отношение коэффициентов обогащения низко- и высокозольного продуктов.
Критерий К. И. Креймермана и С. Л. Маевской является составной частью критерия А. С. Ильина, который в свою очередь сводится к критерию Л. Е. Айзиковича. Дальнейшее проведение анализа не представляется целесообразным ввиду следующего. Рассмотренные критерии не отвечают физическому смыслу процесса, не отражают его сущность, не оценивают процесс по целевому назначению и в результате не указывают на пути его совершенствования. Следовательно, разработка критерия, отвечающего в полной мере современным требованиям и объективно оценивающего процесс измельчения и в особенности избирательного, остается актуальной научной и практической задачей.
Наиболее полный анализ критериев сепарирования приведен в фундаментальной работе академика В. И. Ревнивцева и профессоров М. Д. Барского и Ю. В, Соколкина. В ней подвергнуты анализу критерии Чечотта, Ньютона, Лященко, Хаузера, Архипова, Даймонда, Фоменко, Циперовича, Дрейкли, Стивенса и Коллинза, Трушлевича, Чепмена и Могита, Гамильтона, Годена, Розена, Дугласа, Верховского, Вейнига, Таряна и др. В результате анализа было установлено, что наиболее объективно процесс разделения по крупности оценивает критерий Ханкока-Луйкена. Однако он применим для процесса, разделяющего исходную смесь не более чем на два продукта. Этот недостаток был восполнен критерием В. М. Цециновского. Его анализ показывает, что E1 и E2 выражения легко преобразуется в критерий П. В. Лященко:

где α1, α2 — соответственно содержания первого и второго компонентов в исходной смеси, %;
β1, β2 — соответственно содержания первого и второго компонентов в первом продукте и второго во втором продукте, %.
Последний не соответствует совокупности необходимых требований к критериям, в частности граничным условиям процесса. К аналогичному мнению пришел и Г. А. Егоров при анализе задачи разделения двухкомпонентной смеси. Он рекомендовал дополнить критерий В. М. Цециновского извлечением компонентов. Указанный недостаток не снижает научной ценности критерия. Он отвечает условиям аддитивности и является первой попыткой оценки процесса сепарирования при разделении на несколько продуктов.
Проведенный анализ указывает на необходимость разработки критерия для объективной оценки процесса сепарирования на три и более продуктов.
В заключение анализа представляется возможным подтвердить правомерность принятой стратегии на примерах критериев оценки процессов измельчения и сепарирования.
Сопоставим критерии Г. Егорова и А. Маралова с критерием А. Вейнига:

где β, ζ — соответственно содержание какой-то фракции в первом и во втором продуктах, %;
i0 — степень концентрации или обогащения.
Приведенные преобразования указывают на сопоставимость правых частей.
Аналогично сопоставим критерий П. В. Лященко и Г. И. Креймермана с С. Л. Маевской:

Нетрудно заметить, что сомножители правой части приведенных выражений идентичны. Подобное заключение можно сделать и после преобразования критерия Чечотта:

где α, υ — соответственно содержание какой-либо фракции в исходном и втором продуктах, %.
Аналогичную сопоставимость можно установить и между критериями Дрейкли и Ильина, Хаузера и Ильина.
Сопоставительный анализ критериев подтверждает правомерность принятой стратегии.
Разработка комплексного критерия оценки технологической эффективности процесса разделения по крупности. При идеальном разделении материала на три и более продуктов эффективность работы аппарата можно представить в виде:

где Е, Ed1, Ed2, Edi — соответственно эффективности разделения общая и по граничным диаметрам разделения d1, d2, di, %.
Выполнение этого условия предполагает равенство максимальных значений извлечений классов крупности в соответствующие продукты:

где εкк, εпп, εмм, εij, — соответственно извлечения крупных классов в крупный продукт, промежуточных в промежуточный, мелких в мелкий и i-гo в j-й продукт, %.
Следовательно, при идеальном разделении эффективность работы многопродуктового аппарата можно оценивать одним критерием.
Реальный процесс разделения всегда отвечает условиям взаимного засорения разделяемых продуктов, т. к. уже в самом определении граничного диаметра разделения, как бесконечно узкого класса крупности, выделяющегося с равной вероятностью в разделяемые продукты, заложены условия взаимного засорения.
Оценка разделительной способности многопродуктового классификатора известными критериями приводит к получению нескольких значений критериев.
Поскольку организация процесса и конструктивные особенности многопродуктовых классификаторов не всегда могут удовлетворять оптимальным условиям разделения исходного материала по двум и более граничным диаметрам разделения, то равенство получаемых критериев маловероятно. В этом частном случае эффективность классификатора по аналогии будет равна эффективности разделения по одному из граничных диаметров разделения.
Для получения общего критерия разделительной способности классификатора необходимо решить задачу оптимизации процесса по нескольким параметрам. Решение этой задачи представляется возможным с использованием обобщенной функции желательности.
Тогда, используя принцип аналогизации технологических процессов, для многопродуктового классификатора можно записать:

где E — комплексный критерий эффективности разделения, %;
εi — извлечение i-ro класса в i-й продукт, %;
γi — выход i-ro продукта, %;
αi — содержание i-ro класса в исходном материале, %;
n — количество продуктов разделения.
При n = 2 критерий легко преобразуется в критерий Ханкока-Луйкена, а следовательно и обладает его свойствами:

Кроме этого, критерий объективно оценивает разделительную способность классификатора по каждому продукту в состоянии согласованного оптимума, логично вытекает из сущности процесса, обладает универсальностью, дает статистически усредненную оценку, устанавливает многостороннюю связь с общепризнанными технологическими показателями.
Как указывалось выше, при разделении на несколько продуктов разделительная способность классификатора по каждому граничному зерну, как правило, различна и это различие тем значительнее, чем значительнее разница в экстремальных и реальных условиях разделения по каждому граничному диаметру.
Критерий (2.23) не чувствителен к особенностям разделения каждого продукта, а следовательно не отвечает условиям аддитивности. Для придания ему этого свойства необходимо значения слагаемых критериев привести в соответствие с выходами продуктов. Тогда выражение (2.23) можно представить в виде:

Полученный критерий отвечает всем необходимым требованиям. Проверим его на соответствие граничным условиям разделения при разделении на три продукта:

1. При идеальном разделении:

2. При разделении без изменения фракционного состава:

3. При работе классификатора в транспортном режиме:

В табл. 2.1 и 2.2 приведены результаты классификации I и II проб тонкодисперсных материалов на трехпродуктовом центробежном пневматическом классификаторе ЦАФП-ЗР, разработанном автором, и результаты определения эффективности разделения по традиционному критерию и предложенному. Критерий E1 рассчитан при условии, что крупный и промежуточный продукты объединены, а критерий E2 — при объединении промежуточного и мелкого продуктов. Граничные диаметры разделения были найдены но кривым фракционного извлечения, представленными на рис. 2.1 и 2.2.

Содержание частиц более и менее граничных диаметров разделения в исходном продукте определялось по кривым гранулометрических составов (рис. 2.3 и 2.4).
В качестве традиционного критерия был принят общепризнанный и широко применяемый критерий Ханкока-Луйкена, т. к. другие критерии не отвечают граничным условиям, сформулированным выше.
Анализ полученных данных табл. 2.1 и 2.2 показывает, что в отличие от критерия Ханкока-Луйкена новый критерий дает обобщенную оценку разделительной способности классификатора, отражает его разделительную способность по каждому выделенному продукту, обладает монотонностью, аддитивностью и отвечает необходимым для критериев такого рода требованиям.
Предложенный критерий легко вычисляется и может служить универсальным показателем оценки технологической эффективности, в том числе рассевов типа ЗРШ, РЗ-БРБ и РЗ-БРВ.

Анализ дисперсного состава продуктов разделения 1 р. с. (табл. 2.2) показывает, что ЦАФП-ЗР обладает высокой разделительной способностью в диапазоне верхнего предела крупности муки (160 мкм). Выделение класса крупности 160/- в мелкий продукт составляет 97 % от содержания его в исходном продукте. Дисперсный состав мелкого продукта в пересчете на 100 % составляет 200/160 — 12,5 % и 160/ — 87,5 %, что сопоставило с дисперсным составом стандартной сортовой муки. Следовательно, ЦАФП-ЗР можно рекомендовать для сортирования продуктов измельчения размольных систем.
Исследования макроструктуры продуктов размола и разработка критериев оценки технологической эффективности процесса избирательного измельчения. Большинство пищевых продуктов, представляют собой гетерогенные системы. При неизменном соотношений фаз в готовом продукте задача процесса измельчения сводится к сокращению крупности исходного продукта до заданной.
При раздельном использовании фаз пищевые продукты подвергаются избирательному измельчению с последующим обогащением продуктов измельчения.
Общеизвестно, что эффективная реализация процесса обогащения возможна при более контрастном различии свойств, подлежащих разделению фаз. Для достижения такой контрастности необходим полный разрыв связей между фазами. В противном случае разделяемый продукт будет представлен сростками, которые обладают промежуточными свойствами.
Полноту отделения оболочек от эндосперма достоверно можно оценивать степенью раскрытия:

где Iэ, I0, I — соответственно степени раскрытия эндосперма, оболочек и продукта, %;
nэ, nоп, nср, N — соответственно число частиц чистого эндосперма, оболочек, сростков и общее.
Степень раскрытия продукта по своему определению является количественным показателем. Однако она тесно связана с качественными показателями, так как представляет собой сумму содержаний эндосперма и оболочек в продукте.

Повышение степени раскрытия при измельчении возможно в двух принципиально различных направлениях; поиск или разработка и применение высокоизбирательного способа измельчения и повышение степени измельчения. Если правомерность первого направления очевидна, то второе направление нуждается в некоторой интерпретации. Убедительным обоснованием его могут служить многочисленные микроскопические исследования автора продуктов размола драных систем и муки высшего сорта Кулиндоровского и Одесского комбинатов хлебопродуктов, а также продуктов размола зерна пшеницы различной стекловидности на моделях машин, реализующих современные способы измельчения. Их результаты в качестве примера представлены в табл. 2.3—2.5.

Анализ результатов показывает, что степень раскрытия зависит от способа измельчения, но в большей мере она зависит от степени измельчения. С ростом последней она асимптотически приближается к 100 %. Мука высшего сорта не содержит сростков оболочек с эндоспермом и состоит в основном из частиц эндосперма и 5-7 чистых оболочек на 100 частиц муки. Следует отметить, что полученные результаты микроскопических исследований по муке хорошо согласуются с данными Л. Е, Айзиковича.
Для реализации второго направления современная измельчительная техника, может предложить целый ряд измельчителей способных достигать высокие степени измельчения.
Однако глубокое измельчение снижает эффективность или делает невозможным обогащение и сортирование продуктов, а в итоге понижает качество готового продукта, в частности муки.
Таким образом, для эффективной реализации процесса обогащения необходимо, чтобы I → 100 % при i → 1, т. е при минимальном измельчении достигалась максимальная степень раскрытия. Тогда критерий эффективности процесса крупообразования можно представить в виде:

где I, Ii, I', I'i — соответственно степени раскрытия продуктов и i-x фракций до и после измельчения, %;
Di и di — соответственно крупность i-x фракций до и после измельчения, мкм;
γi и γ'i — соответственно выхода i-x фракций до и после измельчения, дол. ед.;
n и i — соответственно число фракций и средневзвешенная степень измельчения.
Его физический смысл состоит в приросте степени раскрытия на единицу степени измельчения.
Соответствие полученного критерия ряду требований очевидно. Поэтому остановимся на тех требованиях, которые нуждаются в дополнительной интерпретации.
Универсальность критерия рассмотрим применительно к одному из важнейших процессов крупяного производства — шелушению зерна. Согласно определению Е. М. Мельникова, технологическую эффективность шелушения необходимо оценивать, «исходя из основных задач процесса», которые сводятся к получению «как можно больше шелушенных зерен при их минимальном дроблении». Предложенный критерий в полной мере отвечает задачам процесса и более корректно оценивает процесс шелушения, чем известные.

Продемонстрируем универсальность критерия на примере граничных условий процесса. Это минимальное и максимальное измельчение оболочек при отделении от ядра. Первое — шелушение овса в центробежном шелушителе. Второе — постепенное снятие оболочки в результате интенсивного истирания в А1-ЗШН. В первом случае степень измельчения близка к единице, а критерий эффективности стремится к 100 %. Во втором — степень измельчения достигает максимального значения, а критерий эффективности, с учетом присутствия нешелушенных зерен в шелушенном продукте, стремится к нулю. Значение критерия находится в пределах 0...100 %, что отвечает как граничным, так и текущим условиям.
Инвариантность критерия — одно из основных свойств, которое позволяет производить оценку процесса в сопоставимых условиях. В процессе производства муки зерно подвергается многократному измельчению. Структурно-механические, химические и др. свойства, а также вещественный состав измельчаемых продуктов при этом значительно изменяются. Наибольшему изменению подвергаются те показатели, изменение которых составляет цель технологии, а именно: дисперсность и вещественный состав, т. е. массовое соотношение оболочечных продуктов и эндосперма. Предложенный критерий инвариантен относительно этих показателей, поскольку представляет собой их соотношение.
Чувствительность критерия наглядно демонстрируется при рассмотрении низко- и высокоизбирательного измельчения. При низко- или иеизбирательном измельчении все анатомические части зерна измельчаются одинаково, т. е. его разрушение происходит не по плоскостям срастания анатомических частей. Эффективность такого процесса равна или близка к нулю во всем диапазоне роста степени измельчения. Если разрушение зерна осуществляется преимущественно по плоскостям срастания оболочек и эндосперма, то при минимальной степени измельчения наблюдается значительный рост степени раскрытия и соответственно критерия избирательности. По достижению степенью раскрытия своего максимального значения, дальнейший рост степени измельчения приводит к снижению значения критерия избирательности.
Таким образом, предложенный критерий достаточно объективно оценивает крупообразующую способность процесса измельчения. Однако для мягкого дунста и муки он уже не отвечает его сущности. Поэтому оценивать процесс избирательного измельчения, ограничиваясь только критерием (2. 31), некорректно.

Ранее указывалось, что оценку эффективности избирательного измельчения дунстов и муки целесообразно осуществлять критерием (2.7). Тогда для выполнения условий аддитивности разработанный критерий в окончательном виде будет иметь вид:

где И0 и Ин — соответственно суммарные извлечения крупок и жесткого дунста, мягкого дунста и муки, %; z — средневзвешенная зольность муки и мягкого дунста, %.
Проведем анализ полученного критерия с целью определения возможности повышения эффективности избирательного измельчения. Первое слагаемое правой части уравнения характеризует эффективность получения крупок. Ее значение прямо пропорционально степени раскрытия и выходу каждой крупки и обратно пропорционально степени измельчения продукта. Второе слагаемое определяет эффективность образования мягкого дунста и муки. С ростом выхода каждой крупки γ; и их общего извлечения И0, значение Ин пропорционально уменьшается. Средневзвешенная зольность мягкого дунста и муки при этом понижается ввиду снижения степени измельчения, а, следовательно, и интенсивности воздействия рабочих органов на зерно. Отношение зольностей стремится к единице, а значение слагаемого к своему максимальному значению Ин. Если в процессе измельчения образуется больше муки и мягкого дунста, то первое слагаемое значительно уменьшается вследствие уменьшения И0 и повышения степени измельчения. Второе слагаемое, несмотря на рост Ин, тоже уменьшается вследствие приближения z к z0. При этом критерий (2.32) будет иметь меньшие численные значения.
Проведенный анализ позволяет сделать следующие выводы: эффективность избирательного измельчения тем выше, чем выше выход крупок и ниже зольность мягкого дунста и муки; эффективность избирательного измельчения повышается с повышением выхода и понижением зольности муки и мягкого дунста; повышение избирательности измельчения повышает качество вырабатываемых продуктов и сокращает протяженность технологического процесса. Таким образом, разработанный критерий не только дает объективную оценку процесса, но и указывает на пути его совершенствования. Кроме этого, он незаменим при сопоставлении и выборе способов и аппаратов для избирательного измельчения. К недостаткам критерия следует отнести необходимость проведения микроскопического анализа. Этот недостаток был устранен автором при разработке нового критерия оценки избирательности измельчения на основе традиционных показателей.

где Исх, Ипр — соответственно извлечения сходового и проходового продуктов, %;
zcx, zпр — соответственно зольности сходового и проходового продуктов, %;
z0, zоп, zэ — соответственно зольности поступающего на измельчение, оболочечных продуктов и эндосперма, %.
Соответствие предложенного критерия ряду требований очевидно. Поэтому остановимся на тех, которые нуждаются в дополнительном разъяснении.
Проверим соответствие критерия на условие однозначности. Математически оно формулируется следующим образом:

Подставим значения критериев и выполним необходимые преобразования:

Приведенные преобразования показывают, что Eсх = Eпр.
Проверим предложенный критерий на совокупность граничных условий. При идеальном избирательном измельчении оболочечные продукты составят сходовый продукт, а эндосперм проходовый. Запишем значение критерия для этих условий.

При отсутствии измельчения Zсх = Zпр = Z0, а значения критериев Ecx= Eпр = 0. Следовательно, критерий отвечает выдвинутым граничным условиям и его значения изменяются в пределах 0-100 %.
Универсальность критерия рассмотрим на примере оценки эффективности для широко реализуемых в промышленности сортового и обойного помолов зерна пшеницы.
Трёхсортный 75%-й помол зерна пшеницы. Исходные данные: зольность зерна на I др. с. Z0 = 1,80 %; выхода муки высшего сорта — 40 %, зольностью 0,55 %; первого сорта — 30 %, зольностью 0,75 %; второго сорта — 5 %, зольностью 1,25 %; усредненные значения зольности и содержания эндосперма в зерне соответственно равны 0,4 и 81,4 %.
Определим недостающие для расчёта критерия параметры. Выход отрубей Исх=100-75/0,971=22,76 %. Зольности проходового, сходового и оболочечных продуктов определим из балансов:
100 * z0 = 22,76 * zсх + 77,24 * zпр, откуда zсх = 5,61 %
100 * z0 = 81,4 * zэ + (100 - 81,4) * zоп, откуда zоп = 7,93 %
75 * zпр = 40,0 * 0,55 + 30 * 0,75 + 5 * 1,25, откуда zпр = 0,68 %.
Значение критерия для принятых исходных и полученных расчетных параметров составило Е=76,1 %.
Обойный помол зерна пшеницы. Исходные данные: зольность зерна до очистки z0 = 1,85 %; зольность обойной муки Zпр = 1,85-0,07 = 1,78 %; усредненная зольность эндосперма и расчётная оболочек принимаются как для трехсортного помола; выход обойной муки — 96 %. Недостающие для расчета параметры получены аналогично предыдущему примеру и составили Zсх = 5,17 %, Zоп = 7,93 %.
Значение критерия для приведенных параметров составит E = 2,8 %.
Сопоставление численных значений критериев свидетельствует о высокой избирательности измельчения в сортовом помоле и низкой в обойном, что соответствует физической сущности процессов.
Предложенный критерий можно применять и для оценки технологической эффективности процесса шелушения в крупяном производстве, Очевидность этого, как и универсальность критерия не вызывают сомнения.
Монотонность критерия рассмотрим на примере помола зернопродуктов пшеницы на опытно-экспериментальном центробежном вальцовом станке, разработанном далее под руководством автора. Исходные данные, расчетные параметры и значения критериев приведены в таблице 2.6.

Результаты таблицы показывают, что лучшему режиму соответствует большее значение критерия, что указывает на его монотонность. Это свойство критерия имеет большую практическую значимость. Суть ее заключается в научно-обоснованном выборе оптимального режима работы измельчительного оборудования на системах избирательного измельчения. Анализ значений критерия по системам подтверждает это заключение.
Проведенная интерпретация нового критерия указывает на достаточно полное отражение круга задач, решаемых избирательным измельчением. Тогда для полного соответствия ранее выдвинутым требованиям необходима формулировка физического смысла критерия.
Критерий эффективности избирательного измельчения представляет собой выраженное в процентах отношение фактического прироста золы в сходовом продукте к его теоретически возможному или фактического снижения золы в проходовом продукте к ее теоретически возможному снижению.
Физический смысл критерия позволяет сформулировать основное направление интенсификации избирательного измельчения в технологии сортового помола — повышение извлечения и качества промежуточных продуктов.