Публикация профильного учебника

2017-12-5 14:24:00

   Коллектив Научно-производственного комплекса «Зерновая Столица- ОНАПТ» в составе: Гапонюк О.И., Солдатенко Л.С., Гросул Л.И., Петько В.Ф., Петров В.Н., Гапонюк И.И. подготовили к изданию учебник «Технологическое оборудование мукомольных и крупяных производств».

   Далее будет представлена глава №1,2. Отрывок будет размещен на языке оригинале – украинский язык.

Від авторів

   Неперервно-потоковий характер технологічного процесу зернопереробних підприємств висуває вимогу високої експлуатаційної надійності обладнання, що застосовується. Це, зокрема, означає, що кількісно-якісні показники роботи як окремих машин, так і усієї потокової лінії, в умовах діючої системи технічного обслуговування і ремонту, повинні безперервно і тривалий час відповідати їх значенням, обумовленим у нормативно-технічній документації.

   Високоефективна експлуатація технологічного обладнання є можливою лише на базі чіткого розуміння його призначення, принципу дії та конструкції основних і допоміжних елементів і робочих органів, засобів контролю і регулювання величини його параметрів, які забезпечують завдану ефективність дії.

   Вивченню цих питань передує класифікація обладнання, тобто, розподіл на групи з найбільш суттєвими і практично важливими ознаками, до яких відносяться функціональні, конструктивні та технологічні ознаки, що характеризують технологічну операцію, яку виконує машина, або визначають характер технологічного впливу робочого органу на продукт, що обробляється. Така класифікація обумовила структуру книги, у який кожна глава не тільки присвячена розгляду певної групи машин, але й сама вміщує податкову класифікацію машин даної групи.

   Викладання матеріалу передбачає висвітлення таких питань: призначення і область застосування обладнання; теоретичні основи принципу дій і розрахунку обладнання даної класифікаційної групи; огляд конструкцій машин вітчизняного і зарубіжного виробництва; перспективні напрямки подальшого вдосконалення обладнання.

   Оскільки останнім часом намітилася тенденція поновлення інтересу виробництва до деяких машин, популярних у недалекому минулому (наприклад до зволожувальної машини ЗЗМ-2, оббивальних машин з абразивним циліндром, комбінованих мійних машин), окремі з таких машин  також розглянуті і описані поряд з сучасними моделями і перспективними зразками.

   Наведені ілюстрації у вигляді розрахункових, функціональних та кінематичних схем, зображень загального вигляду машин, або окремих збірних одиниць чи деталей, супроводжуються текстовими поясненнями. Деякі з цих ілюстрацій запозичені у авторів попередніх видань (з відповідними посиланнями на джерела запозичення). Але більшість схем має оригінальне походження і базується на узагальненні викладацького і виробничого досвіду авторів книги. Співавтором цієї роботи вважаємо інженера Петька Є.В., який значною мірою сприяв покращенню наведеного ілюстрованого матеріалу.

   Показники ефективності дії кожної  машини вказані згідно з вимогами відповідних стандартів та Правил організації і ведення технологічного процесу на борошномельних і круп’яних заводах. У зв’язку з цім сформульовані рекомендації щодо методів контролю і регулювання основних параметрів, які впливають на величину чинників ефективності.

   Деякі методи розрахунків наведені вперше, наприклад, методика технологічного розрахунку  малогабаритних дискових трієрів-кукілевідбірників. Тому вони супроводжуються чисельними прикладами, що полегшує їх застосування.

   Розділи, які стосуються перспективних напрямів подальшого удосконалення того чи іншого обладнання, вперше включено до підручника з технологічного обладнання галузі. Цей матеріал базується на практичному досвіді заводів-виробників обладнання, авторів книги та даних огляду винаходів і патентів певного напрямку. Він може бути корисним, зокрема, підчас розробки тематики і виконання курсових та дипломних проектів студентів-механіків і технологів за ОКР «бакалавр», «спеціаліст» і «магістр» напрямів підготовки «Інженерна механіка» та «Харчові технології і інженерія».

   Цій же мети відповідає по головне розташування списків рекомендованої літературі.

   Підручник призначено для студентів вищих навчальних закладів харчового профілю. Він може зацікавити також студентів інших напрямів підготовки і фахівців-практиків, які працюють на підприємствах галузі хлібопродуктів або у сфері машинобудування відповідного обладнання.

   Автори висловлюють щиру подяку рецензентам за змістовні і корисні зауваження і пропозиції, зроблені ними під час рецензування рукопису книги. Автори вважають за потрібне висловити подяку інженеру Тищенко В.А. за його творчий внесок у технічне оформлення книги.

   Відгуки та побажання спрямовані на подальше покращення книги, просимо надсилати за адресою: 65039, м. Одеса, вул. Канатна, 112, Кафедра технологічного обладнання зернових виробництв.

Глава 1. Технологічний процес і обладнання мукомельних і круп’яних заводів

1.1 Особливості і зміст технологічного процесу мукомельних і круп’яних заводів

   Специфіка сучасних підприємств мукомельної і круп’яної промисловості полягає в тому, що технологічний процес на цих підприємствах здійснюється багатостадійно, безперервно і потоково, тобто без пауз, з послідовним проходженням потоків сировини і напівфабрикатів через технологічне обладнання різного функціонального призначення, яке складає потокову лінію. На виході з цієї лінії отримують готову продукцію і відповідні відходи, що створилися.

   Особливості побудови технологічного процесу, призначення, послідовність розташування і число одиниць застосованого обладнання потокової лінії залежать від вимог до асортименту і якості продукції, що виробляється, від продуктивності підприємства, виду сировини, її фізичних і технологічних властивостей і інших чинників.

   Технологічний процес борошномельних заводу, оснащеного, наприклад, високопродуктивним комплектним обладнанням, згідно з «Правилами організації і ведення технологічного процесу на борошномельних заводах», вміщує три етапи:

   1. Очистка і підготовка зерна до помелу.
   2. Помел зерна.
   3. Формування готової продукції.

На першому етапі передбачається послідовне виконання наступних операцій:
   1. Прийом зерна, яке пройшло попередню обробку у елеваторі (очистку від крупних випадкових домішок і фракціонування за крупністю) і розташування його у бункерах для неочищеного зерна.
   2. Автоматичне вагове дозування і змішування компонентів помельної зернової суміші.
   3. Підігрів зерна у зимовий період.
   4. Очистка зерна від домішок, які відрізняються від нього фізичними властивостями у сито-повітряних сепараторах, каменевідбірниках, трієрах і магнітних сепараторах.
   5. Суха обробка поверхні зерна в оббивальних машинах ударно-фрикційної дії.
   6. Обробка зерна у повітряних сепараторах.
   7. Очистка поверхні зерна водою у мийно-лущильних машинах або в апаратах для інтенсивного зволоження.
   8. Однократне або двократне холодне кондиціонування зерна у бункерах для відволоження з проміжним додатковим зволоженням у водорозпилюючих апаратах.
   9. Повторна очистка поверхні зерна у оббивальних машинах з частковим відокремленням плодових оболонок.
   10. Обеззаражування (стерилізація) зерна в ентолейторах ударно-відцентрової дії.
   11. Прикінцева обробка зерна у повітряних сепараторах з вилученням часток плодових оболонок і зародка.
   12. Незначне ( у межах 0,2…0,5 %) рівномірне зволожування поверхні зерна і короткочасне (протягом 15…30 хв) відволоження у бункерах перед подачею на 1 драну систему.

На другому етапі технологічного процесу передбачені наступні операції:
   1. Розмел зерна і проміжних продуктів його здрібнення у вальцьових верстатах з рифленою і мікрошорсткою поверхнею циліндричних парно працюючих вальців.
   2. Додаткове здрібнення крупок і дунстів після вальцьових верстатів розмельних систем у ентолейторах і деташерах.
   3. Сортування проміжних продуктів здрібнення зерна за крупністю у шестиприйомних розсійниках.
   4. Сортування крупок і дунстів драних систем за добротністю у ситовіяльних машинах з метою формування потоків продуктів, які характеризуються превалюючим вмістом ендосперму та оболонок.
   5. Вимел залишків ендосперму з оболонкових продуктів, що йдуть сходом з драних систем, у роторно-бичових вимельних машинах ударно-стираючої дії.
   6. Висіювання часток борошна з трудно сипких проміжних продуктів помелу зерна у віброцентрифулагах.
   7. Контроль компонентів сортів муки шляхом просіювання у чотирьох- прийомних розсійниках і сепарування у магнітних сепараторах.
   8. Обеззаражування компонентів сортів борошна у ентолейторах-стерилізаторах.

На третьому етапі технологічного процесу борошномельного заводу передбачені операції:
   1. Формування сортів борошна з застосуванням багатокомпонентних вагових дозаторів і змішувачів періодичної дії.
   2. Вітамінізація хлібопекарської борошна вищого і першого сортів синтетичними вітамінами з виготовленням вітамінного концентрату і вітамінної суміші у спеціалізованій автоматичній дозувально-змішувальній установці.
   3. Набивання борошна і манної крупи у мішки по 50 кг за допомогою вагонабивальних карусельних установок.
   4. Фасування муки і манної крупи у пакети.
   5. Безтарний відпуск борошна на автомобільний або залізничний транспорт з заповненням автомобілів і вагонів-борошновозів.
   6. Зберігання у складах продукції, затарованої у мішки, з відпуском на автомобільний або залізничний транспорт електронавантажувачами.

Технологічний процес на крупозаводах також здійснюється у три етапи :
   1. Підготовка круп’яного зерна до лущення.
   2. Лущення круп’яного зерна.
   3. Операції з готовою продукцією.

   Велике різноманіття видів круп’яної сировини, її властивостей і асортименту продукції, що виробляється, обумовлюють певні відмінності у кількості, послідовності і змісті технологічних операцій, які здійснюються на кожному етапі технологічного процесу.

   Проте, у загальному випадку, можна назвати наступні етапи операцій, характерні для технологічного процесу більшості сучасних крупозаводів.

Перший етап — очистка круп’яного зерна і підготовка його до лущення.

Другий етап – лущення круп’яного зерна і формування готової продукції.

На першому етапі передбачені операції:
   1. Очистка круп’яного зерна від домішок.
   2. Гідротермічна обробка, яка складається з послідовно здійснюваних пропарювання, сушіння і охолодження.
   3. Сортування зерна на декілька фракцій за крупністю.

На другому етапі виконують:
   1. Лущення круп’яного зерна, яке супроводжується відокремленням оболонок від ядра у лущильних машинах, принцип дії і конструкція яких залежить від фізичних і технологічних особливостей сировини.
   2. Сортування продуктів лущення на фракції за геометричними і аеродинамічними ознаками, густиною, пружністю і станом поверхні часток, що створилися.
   3. Здрібнення, або різання, ядра деяких видів круп’яного зерна на частки відповідних розмірів.
   4. Шліфування і полірування цілого або здрібненого ядра.
   5. Сортування продуктів шліфування і полірування.
   6. Контроль готової продукції.
   7. Набивання готової продукції у мішки.
   8. Фасування і пакування круп у дрібну тару.

Технологія виробництва швидкорозварюваних круп (наприклад, ячмінної, пшеничної і горохової) має певні відмінності і передбачає наступне:
   1. Зважування і контрольне просіювання сировини. Для забезпечення високої вирівняності круп за розмірами просіювання здійснюють у розсійниках або крупосортувалках.
   2. Зволоження у зволожувальних апаратах. Зволожування круп можна сумістити з миттям, якщо застосувати для цього мийну машину. Найкраще застосовувати теплу воду з температурою 25…27 0 С.
   3. Первинне відволожування круп з постійним перемішуванням у бункерах з перегрібачами, або у шнеках при мінімальній швидкості обертання лопаток.
   4. Пропарювання вологих круп у шнекових пропарювачах неперервної дії.
   5. Повторне відволожування круп у режимі постійного перемішування для запобігання їх злипанню.
   6. Підсушування круп до вологості 23…25 %.
   7. Плющення круп у плющильних або вальцьових верстатах при установлені диференціалу 1:1 і застосуванні вальців з рифленою або гладкою поверхнею.
   8. Висушування плющених круп до вологості не більше 14 %.
   9. Контрольне просіювання для відокремлення грудочок злиплих крупинок і дрібних (зруйнованих) крупинок і мучки.
   10. Магнітний контроль.
   11. Фасування і пакування у споживчу тару – пакети масою 0,5…1 кг.

Крім перелічених операцій на борошномельних і круп’яних заводах також здійснюють:
   1. Потокове зважування сировини, проміжних продуктів її переробки, готової продукції та відходів, що утворюються.
   2. Аспірацію обладнання з метою знепилювання внутрішнього простору машини і охолодження продуктових потоків.
   3. Технологічний контроль ефективності дії окремих машин і груп машин.

1.2. Поняття про технологічне обладнання і вимоги до нього

   До технологічного обладнання підприємств по зберіганню і переробці зерна, взагалі, і борошномельних та круп’яних заводів, зокрема, відноситься таке, яке призначене для здійснення технологічного процесу – сукупності технологічних операцій, які виконуються планомірно і послідовно у часі і просторі з метою виготовлення з відповідної сировини готової продукції, що має завдані властивості.

   Оскільки технологічний процес тільки частина виробничого процесу в цілому, то і технологічне обладнання – це лише частина усього обладнання, яке існує на промислових підприємствах. Крім технологічного, на підприємствах також існує і застосовується транспортне обладнання, вентиляційне, енергетичне, обладнання засобів автоматизації, зв’язку і ін.

   З урахуванням безперервно-потокового характеру технологічного процесу підприємств галузі, їх сучасне технологічне обладнання повинно відповідати наступним виглядом.

   1. Висока продуктивність, яка відповідає (дорівнює або є кратною) продуктивності спряженого технологічного і транспортного обладнання потокових ліній.
   2. Висока ефективність дії по реалізації заданої технологічної операції, згідно з показниками, встановленими і регламентованими діючими «Правилами організації і ведення технологічного процесу на мукомельних і круп’яних заводах».
   3. Мінімальна матеріало- і енергоємність, яка базується на застосуванні досконалих технологічних процесів, передових конструкційних рішень і прогресивних конструкційних матеріалів.
   4. Висока експлуатаційна надійність згідно з вимогами безвідмовності, довговічності, ремонтопридатності і збереженості.
   5. Забезпечення сприятливих умов праці персоналу підприємств шляхом всебічного врахування вимог ергономіки, техніки безпеки, пожежо-вибухової профілактики, а також норм виробничої санітарії і промислової екології.
   6. Економічність.

1.3. Класифікація технологічного обладнання борошномельних і круп’яних заводів

   Під класифікацією розуміють науково і технічно обґрунтований розподіл усього обладнання на групи за найбільш суттєвими і практично важливими ознаками. До цих останніх можна віднести конструктивні, функціональні або технологічні ознаки, які характеризують технологічні операції, що має виконувати машина, або визначають характер технологічного впливу робочих органів на продукт, що обробляється.

Згідно з функціональними ознаками технологічне обладнання можна класифікувати так:

   1. Сепаратори

  • 1.1. Ситові
  • — 1.2.1. Без додаткових пристроїв для обробки зерна повітряним потоком.
  • — 1.2.2. З додатковими пристроями для обробки зерна повітряним потоком, або сито-повітряні.
  • 1.3. Коміркові.
  • 1.4. Магнітні.
  • 1.5. Комбінованої дії, побудовані на використанні відмінностей у сукупності фізичних властивостей компонентів сипких сумішей.
  • — 1.5.1. Вібропневматичні.
  • — 1.5.2. Відбивально-багатоканальні.
  • — 1.5.3. Фрикційно-коливальні.
  •    2. Обладнання для обробки поверхні часток зерна і зернопродуктів.

  • 2.1. Сухим методом (без застосування води).
  • — 2.1.1. Оббивальні машини.
  • — 2.1.2. Щіткові машини.
  • — 2.1.3. Лущильні машини.
  • — 2.1.4. Шліфувальні і полірувальні машини.
  • 2.2. Вологим методом (з застосуванням води).
  • — 2.2.1. Мийні машини.
  • — 2.2.2. Мийно-лущильні машини.
  • — 2.2.3. Зволожувальні машини.
  •    3. Обладнання для обеззаражування (стерилізації) зерна і зернопродуктів.

       4. Обладнання для теплової обробки зерна і зернопродуктів.

  • 4.1. Підігрівальники зерна.
  • 4.2. Кондиціонери для воднотеплової обробки зерна на борошномельних заводах.
  • 4.3. Пропарювачі круп’яного зерна.
  • 4.4. Сушарки для круп’яного зерна і вологих відходів мийних і мийно-лущильних машин.
  • 4.5. Охолоджувачі круп’яного зерна.
  •    5. Обладнання для здрібнювання зерна і зернопродуктів.

  • 5.1. Вальцьові верстати.
  • 5.2. Ентолейтори.
  • 5.3. Деташери.
  • 5.4. Вимельні машини.
  • 5.5. Дежермінатори для зерна кукурудзи.
  • 5.6. Барабанні крупорізки.
  •    6. Обладнання для вагового дозування, потокового зважування і стабілізації витрати зерна і зернопродуктів у потоці.

       7. Змішувачі.

  • 7.1. Для формування помельних партій зерна.
  • 7.2. Для вітамінізації борошна.
  • 7.3. Для формування сортів борошна.
  •    8. Фасувально-пакувальне обладнання для борошна і крупи.

       Окрім вищевказаних загальних ознак класифікації,  всередині кожної групи машин можна відмітити специфічні, або окремі, ознаки, характерні лише для декількох зразків машин даної групи, що зручно зробити у відповідних главах книги.
     

    Література

    1.1. Правила організації і ведення технологічного процесу  на борошномельних заводах.- К. Віпол.- 1998.-145с.

    1.2. Правила організації і ведення технологічного процесу на круп’яних заводах.-К. Віпол.-1998.-162с.

     

    ГЛАВА 2. Фізичні властивості початкової сировини, проміжних і кінцевих продуктів її переробки на борошномельнихі круп’яних заводах

    2.1. Деякі відомості про початкову сировину, проміжні і кінцеві продукти її переробки

       Основною сировиною для борошномельної промисловості є зерно пшениці і жита. Незначну кількість борошна виробляють також із зерна кукурудзи, гречки і інших зернових і бобових культур.

       Партії зерна, які надходять у якості сировини на зернопереробні підприємства, складаються не тільки з зерна основної культури (наприклад, пшениці), але вміщують і зерно інших культур, а також насіння сміттєвих рослин, мінеральні, органічні, металомагнітні і інші домішки. Партію зерна разом з домішками називають зерновою масою або просто зерном, причому основну частину зернової маси складає зерно саме тієї культури, яку покладено в основу її назви (наприклад, партія пшениці).

       Вміст домішок у зерні продовольчого призначення обмежують, оскільки їх наявність погіршує продовольчі достоїнства зерна і умови його зберігання.

       Розрізняють домішку сміттєву і зернову. Склад цих домішок наводять у стандартах на кожну культуру.

       Очищення зерна від домішок базується на використанні відмінностей у їх фізичних властивостях:  аеродинамічних, геометричних, фрикційних,  у густині, пружності і таке інше. Установлено, що ефективність очищення тим вища, чим більш суттєво проявляються відмінності у тих або інших властивостях зерна і домішок. Виявлені відмінності кладуть в основу під час обґрунтування принципу дії і розробки конструкції зерноочисних машин.

       Найпростіше побудовані і функціонують машини для очищення зерна від домішок, частки яких суттєво відрізняються від зерна основної культури аеродинамічними і геометричними властивостями.

       Значно складніше відбувається очищення зерна від домішок, аеродинамічні  і геометричні властивості яких наближаються до аеродинамічних властивостей і розмірів основного зерна. Наявність у зерновій масі таких домішок ускладнює конструкцію очищувального обладнання, призводить до необхідності складного і багатоступеневого очищення.

       Наявність у зерновій масі тих або інших домішок кількісно оцінюють чинником засміченості, тобто відношенням маси домішок до маси наважки зерна, вираженим у відсотках.

       Державні стандарти регламентують норми показників якості ( у тому числі – засміченості) зерна, яке надходить на зернопереробні підприємства. Ці норми звуться обмежувальними кондиціями. У табл.. 2.1 наведено витяг з обмежувальних кондицій для зерна, що надходить на борошномельні заводи.

    Таблиця 2.1 Обмежувальні кондиції для зерна, що надходить із зерносховищ на борошномельні підприємства


    *)Зерно, засмічене головнею, необхідно обробляти у мийних машинах.

       У якості сировини для підприємств круп’яної промисловості  застосовують не тільки виключно круп’яні культури, такі як просо, гречка і рис, а також такі як овес, ячмінь, пшеницю, кукурудзу, горох і деякі інші культури.

       Обмежувальні кондиції для сировини круп’яних заводів наведені в табл.2.2.

    Таблиця 2.2 Обмежувальні кондиції для зерна, що надходить із зерносховищ на круп’яні заводи


    На борошномельних заводах з зерна пшениці виробляють:
       1. Борошно хлібопекарське – крупчатку, вищого, першого і другого сортів, і обойну.
       2. Борошно макаронне – вищого сорту (крупку), першого сорту (напівкрупку).
       3. Крупи манні трьох видів.
       4. Крупи з м’якої пшениці №1 і №2 і Полтавську №4.
       5. Крупку пшеничну подрібнену.

    З зерна жита виробляють борошно хлібопекарське сіяне, обдирне і обийне.

       Проміжними продуктами здрібнення зерна на борошномельних заводах є крупки і дунсти, які розрізняються не тільки крупністю, але й якістю. Якість крупок і дунстів залежить від відносного вмісту в них ендосперму і оболонок. Очевидно, що якість, або добротність, крупок і дунстів тим вища, чим менший у їх складі вміст вільних часток оболонок і таких, що зрослися з крайовими частинами ендосперму.

       Об’єктивною характеристикою якості крупок і дунстів слугує їх зольність. Якщо зольність зерна пшениці складає 0,36…0,60 %, то зольність оболонок  досягає 6…9 %. В табл.. 2.3 наведені данні про крупність і зольність крупок і дунстів , характерних для сортового помелу зерна пшениці.

    Таблиця 2.3. Проміжні продукти здрібнення зерна пшениці на борошномельних заводах


    Побічні продукти борошномельних заводів це висівки пшеничні, житні і мучка кормова пшенична.

    На круп’яних заводах виробляють дуже різноманітну продукцію, орієнтовний ассортимент якої наведено нижче.
       1. З проса – пшоно шліфоване і пшоно шліфоване швидкорозварюване.
       2. З гречки – крупу ядрицю ( з цілого ядра), крупу проділ (зі здрібненого ядра), а також крупи швидкорозварювані ядрицю і проділ.
       3. З рису – крупу рисову шліфовану і подрібнену шліфовану.
       4. З вівса – крупи неподрібнені, плющені, вівсяні пластівці «Геркулес» і «Екстра», а також толокно – борошно з вівсяного ядра, яке пройшло глибоку гідротермічну обробку.
       5. З ячменю – перлову крупу п’яти номерів і ячну – трьох номерів, крупи ячмінні швидкорозварювальні і пластівці ячмінні і перлові «Екстра».
       6. З пшениці – крупу Полтавську чотирьох номерів і крупу Артек (крупа крупних номерів складається з цілого або коленого зерна, звільненого повністю від зародка і частково від плодових і насіннєвих оболонок і зашліфованого; крупа дрібних номерів – з коленого зерна, повністю звільненого від зародка і частково від плодових і насіннєвих оболонок і зашліфованого), крупи пшеничні швидкорозварювані і деякі інші.
       7. З гороху — горох лущений цілий і горох лущений колотий, а також крупу горохову подрібнену і крупу горохову швидкорозварювану.
       8. З кукурудзи — крупу шліфовану п’яти номерів , крупу кукурудзяну крупну для пластівців, дрібну для виробництва поличок, а також крупу подрібнену трьох номерів.

       Побічними продуктами крупозаводів є дроблене зерно проса, вівса і гороху, а також кормові мучки.

       Крім того, під час підготовки круп’яного зерна до переробки, вилучають домішки у вигляді кормових і некормових відходів і лузгу.

       Норми якості зерна, підготовленого до переробки на борошномельних заводах, наведено в табл. 2.4, а на круп’яних заводах – у табл. 2.5.

    Таблиця 2.4. Норми якості зерна, яке спрямовують на 1 драну систему борошномельних заводів

    2.2 Фізичні властивості сировини, проміжних і кінцевих продуктів їх переробки

       Сукупності часток зерна, проміжних і кінцевих продуктів його переробки можна віднести до сипких матеріалів, під якими розуміють механічні суміші твердих тіл різної форми і крупноти, проміжки між якими заповнені повітряним середовищем.

       Для характеристики фізичних властивостей сипких матеріалів використовують результати визначення тих або інших властивостей одиничних часток або навісок, які виділяють з середніх зразків, складених за стандартною методикою.

    Таблиця 2.5. Норми якості зерна перед першою лущильною системою круп’яних заводів


       У першому випадку результати визначення властивостей одиничних зерен піддають математичній обробці з метою отримання величин, які характеризують граничні і середні значення, варіацію ознак, стандартне відхилення та ін. Однак, знання деяких властивостей одиничних часток не розкриває властивостей їх сукупності як єдиного цілого.

       У другому випадку отримують середні та граничні значення властивостей сукупності часток (їх навіски), які характеризують властивості суміші часток як сипкого тіла.

       Зрозуміло, що числові значення величин, які характеризують властивості сипких тіл, треба розглядати лише як орієнтовні. Це обумовлене їх залежністю від сорту і умов вирощування зерна основної культури, положення зерна у колосі, вологості, часу і засобів збирання врожаю і ін.  Властивості багатьох домішок залежать також від способу і умов транспортування зернових мас, від особливостей техніки і технології їх попередньої обробки і інших факторів.

    Основні фізичні властивості одиничних часток зерна (зернівок) і зернопродуктів.

       1. Довжина 1 – найбільший розмір частки.
       2. Ширина а – найбільший розмір найбільшого за площею перетину, перпендикулярного до поздовжньої осі частки.
       3. Товщина b – найменший розмір того ж самого перетину.
       4. Форма, для характеристики якої застосовують коефіцієнт форми δ у вигляді відношення довжини до товщини
     

       5. Густина ρ відношення маси частки т, кг до її об’єму V, м3, тобто 


       6. Фрикційні властивості характеризують коефіцієнтом зовнішнього сухого тертя f, тобто відношенням тангенційного зусилля F, або сили опору тертя, до нормального зусилля N


       Сухе тертя підрозділяють на тертя спокою – при відсутності відносного переміщення стичних тіл і тертя руху – ковзання  або  кочення – при їхньому відносному русі.

       Оскільки робота технологічного обладнання  звичайно супроводжується переміщенням не окремих зернівок, а їх сукупностей у вигляді зернового шару, тертя кочення часток зерна і зернопродуктів спостерігається відносно рідко.

    Сила тертя спокою дорівнює 

    а сила тертя ковзання 


    де  f0if – коефіцієнти зовнішнього сухого тертя спокою і ковзання.

       Величина коефіцієнта тертя спокою f0 залежить від природи і стану поверхні стикованих тіл, вологості часток, наявності або відсутності у зоні контакту чужерідних речовин і багатьох інших факторів.

       Величина коефіцієнта тертя ковзання fзалежить від тих же факторів, що і величина коефіцієнта  f0, а також від швидкості відносного руху.

    Очевидно, що f=tgφ, де φ –кут зовнішнього тертя матеріалу по стикованій поверхні.

       Величину коефіцієнта тертя ковзання (або кут φ) визначають дослідним шляхом. У більшості випадків, за умови малих швидкостей відносного руху стикованих тіл, він є менше коефіцієнта тертя спокою (f<f0).

       Дані про числові значення коефіцієнтів тертя і деяких інших властивостей зернової сировини наведені у табл.. 2.6.

       Властивості пружності зерна і зернопродуктів (наприклад, основних продуктів лущення круп’яного зерна) проявляються під час ударної взаємодії часток з робочими органами обладнання. Згідно з гіпотезою Ньютона, відношення модуля нормальної складової відносної швидкості точки контакту тіл після удару υ1н до її величини до удару  υ0н є деяка фізична стала, яка характеризує фізичні властивості пружності тіл, що співударяються. Ця фізична стала зветься коефіцієнтом відновлення ε


       У випадку абсолютно пружного удару ε =1, кут відбивання частки β дорівнює куту її падіння  α,   а   υ1н= υ0н.

       Для абсолютно непружного удару


    тобто частка «рикошетить» по нерухомій поверхні, зберігаючи лише тангенційну складову швидкості υ1

    υ1= υ1τ= υ0sina(2.5)

    де  υ0 і  υ1 – швидкості частки до та після удару.

       На практиці звичайно має місце не зовсім пружний удар (0<ε<1), при якому модуль швидкості відбивання завжди менший за модуль швидкості падіння, оскільки

    Тобто   υ10,   а кут відбивання   β   більше кута падіння   α.

       8. Міцність зерна і його частин.

       Міцність твердих тіл є однією з характеристик  механічних властивостей, які визначають їх поведінку  під дією механічних напружень, зокрема, їх здатність сприймати без руйнування ті або інші впливи (навантаження) у певних умовах і межах.

       Процес деформування і руйнування зерна і зернопродуктів складається з трьох фаз. Для першої фази характерні пружні деформації, які виникають у відповідності до закону Гука. Друга фаза супроводжується пластичними деформаціями і розвитком мікротріщин. У третій фазі спостерігається руйнування матеріалу, яке супроводжується значним збільшенням витрат енергії. Напруження у матеріалі у цей період сягає максимуму і визначає межу міцності.  І хоча, в залежності від структурно-механічних властивостей і вологості зерна, його міцність і деформативна поведінка дещо змінюються, загальна закономірність процесу руйнування практично лишається незмінною.

       У борошномельному виробництві процеси здрібнення є найбільш відповідальними і енерговитратними. Структура цих процесів залежить від виду помелу, який визначає кількість систем здрібнюючих машин, їх взаємозв’язок і послідовність обробки зернових продуктів.

       Крім того, залежно від виду помелу (простий або складний) застосовують різні режими систем здрібнювання. У свою чергу режими систем визначають вихід характерних для даної системи продуктів. Для простих помелів застосовують низький режим здрібнювання, а для складних сортових помелів – високий, з максимальною кількістю систем здрібнювання.

       Тому міцність, разом з такими  структурно-механічними чинниками як твердість, пластичність  і розмелоздатність, має визначальний вплив на технологічні властивості зерна, як об’єкта здрібнювання.

       Оскільки безпосереднє визначення мікроструктури зерна є досить складним, деформативні властивості і міцність зерна характеризують за такими показниками як скловидність, вологість, розмелоздатність і ін.

       Певне уявлення про міцність зерна пшениці різної скловидності та його анатомічних частин дає табл. 2.7, складена для умов різних видів деформації.

    Таблиця 2.7. Межа міцності зерна пшениці та його частин, МПа


       Оскільки на крупозаводах, у робочій зоні лущильно-шліфувальних машин, зусилля стиску Р перевищують інші діючі сили – тертя, зсуву і інерції, то визначення сили  Р дозволяє отримати майже вичерпну характеристику міцності круп’яного зерна.

       З огляду на це, міцність зерна визначається граничною величиною стискуючого зусилля  Р, Н, яке не призводить до руйнування зернівки.

       Дослідне визначення руйнівного зусилля стискуванн і абсолютних деформацій зерна круп’яних культур здійснюють на спеціальних лабораторних машинах, наприклад, типу  ZДМ. На підставі отриманих даних (див. табл.. 2.8) шляхом розрахунку визначають і інші механічні характеристики зерна: модуль пружності Е при стискуванні і межу міцності  σв.

    Таблиця 2.8. Руйнівне зусилля стискування для однієї зернівки, Н

       9. Магнітна сприйнятливість це безрозмірна величина Км, яка характеризує здатність речовини (магнетика) намагнічуватись у магнітному полі. Для ізотропного магнетика Км – скалярна величина, яка дорівнює відношенню намагніченості J  до напруженості магнітного поля Н


       Речовини по магнітній сприйнятливості підрозділяють на діамагнетики, для яких Км<0, парамагнетики, для яких  1>>Км> 0 і феромагнетики, для яких Км>>0.

       Зерно і зернопродукти відносяться до діамагнетиків; вони ослаблюють зовнішнє магнітне поле, що не супроводжується ефектом притягання.

       Металеві домішки зерна і зернопродуктів  (частинки сталі і чавуну) — типові феромагнетики, які спричиняють велике посилення  зовнішнього магнітного поля, що обумовлює появу сили притягування до полюсів магнітів. Ці особливості зерна і феромагнітних домішок враховують під час розробки магнітних сепараторів.

    Фізичні властивості сипких сумішей часток зерна і зернопродуктів наступні.

       1. Об’ємна маса γ – маса сипкого матеріалу т, кг у одиниці об’єму  V, м3


       Величина об’ємної маси залежить від густини часток  ρ і щільності укладки часток матеріалу, яка характеризується коефіцієнтом щільності укладки к


    Щільність укладки залежить від розмірів і форми часток, вмісту сміттєвих домішок і коефіцієнта внутрішнього тертя.

       2. Маса 1000 зерен додатково характеризує крупність і виповненість зерна, а відтак – його технологічні властивості. Зерно, яке має більшу масу 1000 зерен, спроможне забезпечити більший вихід борошна або крупи при його переробці.

       Маса 1000 зерен – а1000 – залежить від вологості. Тому її виражають у грамах у перерахунку на суху речовину. Зрозуміло, що а1000  залежить також від культури, виду, різновидності, сорту, місця і умов вирощування, а для круп’яного зерна — і від його плівчастості – відносного масового вмісту плівок (квіткових, насіннєвих оболонок) у нормальному зерні (без домішок, лущених і пошкоджених зернівок). Чим плівчастість більша, тим  а1000  менша, і навпаки.

       3. Коефіцієнт внутрішнього тертя fвнз достатньою до практичних потреб точністю приймають рівним тангенсу кута природнього (насипного) нахилу φп, під яким розуміють найбільший кут, створений вільною поверхнею сипкого тіла відносно горизонтальної площини.


       Для ідеально сипких тіл кут природнього нахилу дорівнює куту внутрішнього тертя, а для реальних – більше за нього.

       Кут природнього нахилу зерна збільшується зі збільшенням вологості і засміченості.

    Для продуктів здрібнення зерна, зокрема, для борошна, збільшення кута φп відбувається як внаслідок збільшення вологості, так і дисперсності.
    4. Аеродинамічні характеристики сипкого тіла (шару зернистого матеріалу) наступні: швидкість псевдозрідження, швидкість відносу та швидкість витання.

       Швидкість псевдозрідження υП  — це швидкість повітряного потоку в вільному перерізі апарату, при якій у нерухомому шарі матеріалу виникає рух часток, і при подальшому її збільшенні аеродинамічний опір шару лишається постійним. Величина υП  характеризує перехід часток шару із щільного у псевдозріджений стан і залежить від розмірів і форми часток, їхньої густини, вологості, стану поверхні і дисперсності.

       Швидкість відносу υвід – це мінімальна швидкість повітряного потоку, при якій починається винесення часток із шару матеріалу.

       Швидкість витання часток υв – це швидкість повітряного потоку, при якій частки матеріалу знаходяться у повітряному  потоці у  підваженому стані без відносу, тобто коли швидкість часток відносно стінок каналу дорівнює нулю. Оскільки υвід і υв звичайно мало відрізняються за величиною, інколи приймають υвід = υв .

       5. Теплофізичні властивості

    Основними теплофізичними властивостями зерна і зернопродуктів є питома теплоємність і температуропровідність.

    Питома  теплоємністьсДж/(кг·К)  характеризується  кількістю  теплоти

    Q,Дж, при підведенні якої до тіла масою т=1 кг його температура збільшується на ΔТ=1 К, тобто


       Звичайно, питома теплоємність капілярно-пористих матеріалів (до яких відносяться, зокрема, зерно і зернопродукти) вологістю W %, визначається за законом адитивності, тобто як середньозважена величина між теплоємністю абсолютно сухої речовини с0 і теплоємністю води c


       Теплопровідність λ,Вт/(м·К) чисельно дорівнює кількості теплоти Q, Дж, яка проходить через поверхню  S=1 м2, нормальну до напряму теплового потоку, протягом часу τ= 1с при зменшенні температури ΔТ=1 К на кожний метр товщини тіла (Δl = 1 м), тобто


       Температуропровідністьа, м2 характеризує інтенсивність розповсюдження температурного поля у матеріалі і чисельно дорівнює кількості теплоти, яка передається теплопровідністю крізь одиницю поверхні у одиницю часу при градієнті об’ємної концентрації внутрішньої енергії, що дорівнює одиниці.

    Аналогічно температуропровідність записують у вигляді відношення, яке пов’язує основні теплофізичні характеристики


       Тобто, величина а залежить від тих самих факторів, що с і λ, а також від ρ. Оскільки густина матеріалу ρ звичайно відома, то для визначення температуропровідності  досить знати числові значення  с  і  λ.

       Значення с, λ і а для нерухомого шару зерна пшениці вологістю (на суху масу) Wc =10…25 % можна визначити за емпіричними формулами


       Наприклад, для борошна з об’ємною масою 730…790 кг/м3, вологістю 10…18% і температурою 15…300С орієнтовні значення питомої теплоємності, теплопровідності і температуропровідності дорівнюють


       Теплофізичні властивості зерна залежать від його вологості і температури. Згідно з даними рис. 2.1 очевидно, що в інтервалі вологості 14…18 % теплоємність с ще відносно мала.

       Теплопровідність λ наближається до максимуму, а температуропровідністьа має максимальне значення. Це свідчить про доцільність проведення воднотеплової обробки зерна саме при вологості 14…18 %.

       Температура також впливає на теплофізичні властивості зерна, але у межах температури 50…60 0С цей вплив відносно незначний.

     

    Література
    2.1. Правила організації і ведення технологічного процесу на борошномельних заводах.-К.: Віпол, 1998.- 145 с.
    2.2. Правила організації і ведення технологічного процесу на круп’яних заводах.-К.: Віпол,- 1998.- 162 с.
    2.3. Мерко І.Т., Моргун В.О. Наукові основи і технологія переробки зерна. — Одеса: Друк, 2001.- 348 с.
    2.4. Гринберг Е.Н. Производство крупы.- М.: Агропромиздат, 1986.-103 с.
    2.5. Егоров Г.А. Исследование теплофизических свойств сыпучих пищевых материалов. Известия вузов. Пищевая технология. №2, 1960.
    2.6. Чубик И.А., Маслов А.М. Справочник по теплофизическим характеристикам пищевых продуктов.- М.: Пищевая промышленность. 1970.- 184 с.
    2.7. Вышелесский А.Н., Громов М.А. Теплофизические характеристики муки. Хлебопекарная и кондитерская пр
     

    Увага: повний текст підручника ви зможете знайти и завантажити за цими посиланнями…