Обработка поверхности зерна на мельницах

Верещинский А.П., к.т.н., Крошко А.В., инженер- технолог
«Хранение и переработка зерна»- №5 2005г.

     Как известно, в системах подготовки зерна к разлому традиционно используют обоечные машины. Их задачей является очистка поверхности зерна от прилипшей пыли, земли, песка и микроорганизмов, снятия надорванных верхних плодовых оболочек, а также удаления бородки и частичного зародыша. Эффективность обоечных машин оценивают по снижению зольности зерна в результате обработки. Обоечную машину называют эффективной, если ее работа обеспечивает снижение зольности зерна не менее чем на 0,03%, а приращение числа битых зерен не превышает 1%. Принято считать: если суммарное снижение зольности зерна после всех операций зерноочистки находится в пределах 0,07 — 0,011%, то очистка в целом произведена эффективно. Учитывая, что традиционные схемы зерноочистки на мельницах содержат две последовательно установленные обоечные машины, можно заключить, что от эффективности работы этих машин существенно зависит результат функционирования всей зерноочистки. 
     Как показали обследования, выполненные нами на мельницах с различными схемами зерноочистки, традиционно применяемые конструкции обоечных машин не обеспечивают той степени эффективности, которая установлена для машин этого вида. Так, в обоечных машинах типа РЗ-БГО, как с ситовыми, так и с абразивными цилиндрами, снижение зольности зерна за один подход не превышает 0,015%, а количество отделенных от зерна частиц находится в пределах 0,1 — 0,2% от исходной массы зерна. В машинах типа РЗ-МБО степень эффективности несколько ниже. Еще ниже эффективность обоечных машин, поставляемых в комплектах агрегатированных мельниц. Повторный пропуск зерна через ту же машину, как правило, сопровождается дальнейшим снижением зольности зерна и отделением его массы, что дает основание расценивать процесс обработки как несовершенный. Попытки повышения интенсивности обработки путем изменения окружной скорости ротора или зазора между бичами и цилиндром всегда приводят к существенному росту числа битых зерен, особенно в машинах с абразивным цилиндром. К тому же, в таком случае настройку машины необходимо проводить при каждом изменении стекловидности и влажности обрабатываемого зерна. Возможность такой настройки без остановки машины не предусмотрена. Увеличение времени и интенсивности обработки путем повышения степени загрузки рабочего объема машины создает аварийные условия ее работы, что сопровождается резким ростом энергоемкости, неадекватным наблюдаемому эффекту. Указанные недостатки определенны способом обработки в существующих обоечных машинах, где значительная часть энергии привода вынуждено расходуется на воздействия, опосредованно связанные с очисткой поверхности зерна. К таковым следует отнести многократные ударные деформации зерен, их взаимное трение и трение с рабочими органами, перемешивание, перемещение и т.п. 
     Низкая эффективность обоечных машин наиболее отрицательно сказывается на работе мельниц с "короткими" схемами разлома. В таких схемах, из-за очень короткой размольной линии, малого количества систем и отсутствия процессов обогащения, исключена возможность снижения влияния загрязненности зерна на качество муки. Как следствие, примеси направленные в разлом на поверхности зерна практически полностью попадают в муку, ухудшая её качество. Проблема усугубляется тем, что на таких мельницах, как правило, отсутствуют камнеотборники и триеры, а ситовые и воздушные сепараторы, зачастую представлены малоэффективными конструкциям. Таким образом, в муку попадают не только примеси, прикрепленные к поверхности, но и часть всех оставшихся примесей как результата неудовлетворительной очистки зерна в целом.
     Современному мукомолью необходима машина, которая могла бы за один проход максимально очистить поверхность зерна, кроме тог, желательно, чтобы эта машина эффектом по удалению иных сопутствующих примесей. Такая машина должна быть управляемой в рабочем режиме по показателям эффективности, обеспечивать необходимый диапазон колебаний производительности и не высокую энергоемкость.
     По нашему мнению, правильность которого подтверждает практика, наиболее надежным способом очистки поверхности зерна является удаление загрязнений вместе с верхним покровом зерна. Анализ конструкций традиционно применяемых шелушильно-шлифовальных и обоечных машин, а также изучение особенностей, реализуемых в них процессов позволили нам определить конструктивные принципы машины, которая удовлетворяла бы поставленные выше требования. Особое внимание уделялось особенностям, связанным с обеспечением равномерности обработки зерен. В результате была создана машина, скомпонованная по типу горизонтальной обоечной машины с ситовым цилиндром, ротор которой оснащен бичами специальной формы, а также абразивными дисками. Интенсивность обработки в такой машине определяется окружной скоростью вращения ротора, числом, а также порядком установки бичей и дисков. Таким образом, в конструкцию машины заложена возможность предварительной установки необходимого соотношения воздействия ударом и истиранием. Функция оперативной подстройки режима работы машины "на ходу" предусмотрена в специальном устройстве выпуска, т.к. применяемые обычно для этой цели грузовые клапаны не достаточно надежны и малофункциональны. Аспирационные режимы предусматривают подачу воздуха в рабочую зону с последующим отбором вместе с отделенными частицами и транспортированием в устанавливаемую отдельно аспирационную систему.
     Апробация машины позволила установить характер зависимости зольности z обработанного зерна и отходов от количества удаляемого продукта k (Рис. 1). Кроме того, определялось количество расходуемое при этом электроэнергии, степени снижения скорости и увеличения количества битых зерен. Умеренно низкая окружная скорость рабочих органов обеспечивает "мягкое" воздействие на зерно, поэтому увеличения числа битых зерен в диапазоне стекловидности 40 — 70% и влажности 13 — 15% практически не наблюдается. Вместе с тем, заметно разрушение и попадание в мучку зерен, пораженных вредителями. Степень снижения сорности пропорциональна интенсивности обработки и зависит от характера примесей. Семена некоторых диких растений удаляются путем разрушения. Ряд примесей в процессе обработки приобретают меньшую скорость витания (например, в овсюге распушивается оболочка) и становятся отдельными аэродинамическим путем. Расход электроэнергии на единицу массы удаляемого продукта составляет 100 — 130 Вт/кг и зависит в, основном, от стекловидности и влажности зерна.      

     Поскольку рассматриваемая обработка в большинстве случаев предшествует кондиционированию зерна, то очевидна высокая степень ее влияния на процессы увлажнения, отволаживания и поведение пир этом зерна как сыпучей массы. В качестве критерия для определения влияния обработки поверхности на процесс увлажнения выбрана насыпная масса зерна. Известно, что состояние поверхности и влажность зерна связаны с величиной его насыпной массы (натуры). Натура, в частности, определяется плотностью укладки, которая, в свою очередь, зависит от состояния поверхности зерен. Обработки поверхности зерна с отделением около 1% его массы сопровождается ростом натуры на 15 — 20 г/л. Вместе с тем, как показали наши исследования, более глубокая обработка практически не вызывает дальнейшего роста этого параметра. Можно утверждать, что разной степени обработки зерна характерно приблизительно одинаковое состояние его поверхности. После увлажнения зерна его натура существенно снижается, что обусловлено влиянием поверхностной влаги на плотность укладки. По мере впитывания влаги зерном влажность его поверхности уменьшается, что сопровождается ростом натуры. Можно предположить, что каждому значению содержания влаги, равномерно распределенному в каждом зерне, соответствует строго определенное значение натуры. Таким образом, по динамике изменения натуры увлажненного зерна можно оценить скорость поглощения им влаги в зависимости от степени обработки поверхности. Графики зависимости натуры зерна от времени его отволаживания при разных степенях обработки поверхности представлены на рисунке 2.    
     Как видно из представленного, скорость поглощения влаги зерном, поверхность которого обработана существенно выше, чем не обработанного зерна и приблизительно равна для образцов с разной степенью обработки. Величина натуры, соответствующая влажности зерна при равномерном распределении добавленной влаги обозначена на графике точной А. При отволаживании обработанного в машине зерна замечено, что при отделении массы отходов свыше 3% зерно становится склонным к слеживанию. Чем выше степень обработки и процентное содержание добавленной влаги, тем существенней проявляется указанный эффект. 
     Степень травмирования зародышей в зерновой массе определяется по снижению всхожести зерен при разной интенсивности обработки. Следует отметить, что при количестве отделяемой в машине массы до 5%, всхожесть зерна снижается не более чем на 3%. Таким образом, травмирование зародышей, влекущее потерю жизнеспособности зерен весьма незначительно. Указанное является важным при необходимости соблюдения длительного времени отволаживания, что при чрезмерном травмировании зародышей может привести к порче зерна. Производственная апробация показала, что наиболее рациональными режимами работы машины, устанавливается перед первым этапом кондиционирования, являются режимы с отделением массы зерна в пределах 1,5 — 2 % Такие режимы обеспечивают снижение зольности зерна на 0,05 —0,08% и сорности на 30 — 40%, не нарушают технологичности при выполнении последующих операций, не приводят к повышению энергозатрат при выработке муки. После указанной обработки за счет повышения скорости поглощения зерном влаги, время отволаживания зерна можно сократить на 30%, что является важным фактором при дефиците емкостей для отволаживания. В случае повышенной исходной зольности или сорности зерна интенсивность обработки можно увеличить до получения требуемых результатов, что служит существенным рычагом дополнительного воздействия на повышение эффективности помола в целом. Производственная апробация показала, что функционирование машины в "коротких" схемах мельниц приводит к повышению выхода муки высоких сортов в среднем на 3 — 5% при увеличении показателей белизны и товарного вида. Кроме того, обеспечивается стабильность качества муки, снижается восприимчивость мельницы у качеству зерна.

Технические характеристики машины:

Производительность, кг/ч до..... 3000
Установленная мощность привода кВт..... 5,5
Расход воздуха, куб.м/ч..... 425
Аэродинамическое сопротивление, Па .....350
Габаритные размеры, мм
Длина...... 1144
Ширина..... 403
Высота..... 1330
Масса, кг... 350