EA000315B1 - Способ помола муки из зерновых продуктов - Google Patents

Description

Предлагаемое техническое решение относится к способам получения муки из зерновых продуктов, в которых составляющие компоненты тела зерна имеют существенно различные прочностные и другие физико-механические характеристики. Оно может быть использовано для получения сортовой муки и обойной муки, например, из пшеницы, ржи, ячменя, овса, кукурузы и прочее.

Способ получения муки из зерновых продуктов, в отличие от известных способов измельчения материалов, имеет свои, присущие только ему, специфические особенности. Одной из главных этих особенностей помола является селективность разрушения тела зерна, например, оболочки и эндосперма в пшенице. При этом сортность готового продукта определяется степенью селективности разрушения оболочки и эндосперма, применительно к пшенице, и выражается, как известно, параметром зольность. При малой степени селективности разрушения зерна измельчается как оболочка, так и эндосперм до мало отличающихся по размеру фракций. Поэтому эти фракции после сортирования разделяются недостаточно - мелкая фракция измельченной оболочки остается в муке. При этом показатель зольности муки резко возрастает, а ее сортность существенно снижается. Наоборот, при высокой степени селективности разрушения зерна степень разрушения оболочки и эндосперма при помоле различны. В результате этого, размеры разрушенных частиц оболочки и эндосперма весьма существенно отличаются друг от друга. Такой измельченный продукт легко поддается разделению по составу (на отруби и муку). Поэтому именно селективность разрушения тела зерна является основой мукомольного производства сортовой муки.

Аналогом предлагаемого способа является способ получения муки вращающимися рабочими органами в виде бичевого или дискового роторов относительно неподвижной футеровки, снабженной ребрами или выполненной в виде сит, используемый в мукомольном производстве для повышения выхода сортовой муки. Данный способ реализован в вымольных машинах, энтолейторах и деташерах, обеспечивающих отделение остатков частиц эндосперма, сросшихся с оболочкой, от последней (1). Принцип работы вышеуказанных устройств основан, преимущественно, на селективном разрушении исходного продукта ударно-сдвиговыми нагрузками.

Способ-аналог невозможно использовать при получении сортовой муки из зерновых продуктов. Поскольку, как известно из практики, действие ударных сдвиговых нагрузок приводит к интенсивному переизмельчению оболочки зерна, а, следовательно, к повышению зольности муки (т.е. снижению ее сортности). Отделение частиц эндосперма от оболочки зерна по способу-аналогу является дополнительной технологической операцией-вымолом, входящей в совокупность операций помола сортовой муки в мукомольном производстве. Таким образом, способ-аналог получения муки не может быть использован самостоятельно для сортового помола муки.

Прототипом предлагаемого технического решения является способ получения муки из зерновых продуктов, вальцевыми станками (2). Получение сортовой муки по данному способу осуществляется путем селективного разрушения компонентов зерна в зоне контакта вращающихся рабочих органов - мелющих тел в форме вальцов и последующего сортирования продуктов помола по крупности и составу. При этом вращение контактирующих с зерном вальцов производится, как правило, с различными окружными скоростями, а рабочая поверхность вальцов выполнена рифленой или микрошероховатой. Зазор между вальцами при измельчении различных продуктов в станках колеблется в сравнительно широких пределах (от 0,05 до 1 мм). Разрушение зерна в вальцевых станках осуществляется за счет сдвигающих и сжимающих нагрузок. Для получения высокого выхода сортовой муки в технологической линии получения муки из зерновых продуктов на производстве из-за применения одноактного контакта мелющих органов-вальцов с измельчаемым продуктом в одном устройстве используется большое количество, до нескольких десятков, вальцевых станков.

Недостатками способа-прототипа является низкий выход сортовой муки после измельчения зерновых продуктов за один проход в вальцевых станках, как драного, так и размольного типов, например, не более 10-15% муки 1-го сорта. Это объясняется тем, что из-за наличия значительной доли сдвиговых разрушающих нагрузок на зерно, обусловленных различными окружными скоростями вращения вальцов, селективность разрушения тела зерна существенно снижена. Поэтому, для получения высокого выхода сортовой муки в мукомольном производстве в технологической линии используется комплекс измельчительных машин, состоящих из нескольких десятков машин драного, размольного и вымольного типов. Так, в технологических линиях, как правило, устанавливается не менее 4-5 штук вальцевых станков драного типа, что обусловлено известным требованием первоначального достаточно крупного дробления зерна, т.е. получения крупки и дунста, необходимого при получении муки повышенных сортов. При этом каждый из вальцевых станков снабжен отдельным устройством для классификации и сортирования продуктов помола и проводит помол продукта строго определенных фракций. Это приводит к значительному увеличению металлоемкости и энергоемкости технологической линии получения сортовой муки из зерновых продуктов.

Техническим результатом предлагаемого решения является повышение выхода сортовой муки за один проход зернового продукта через измельчительное устройство, а также уменьшение металлоемкости оборудования технологической линии получения сортовой муки и энергозатрат на ее работу.

Технический результат достигается тем, что в известном способе получения муки из зерновых продуктов, включающем разрушение компонентов зерна мелющими телами вращения и последующее сортирование продуктов помола по крупности и составу, производят селективное разрушение зерновых продуктов путем прокатывания по зерну, контактирующего с опорной поверхностью, мелющими телами вращения с отделением продуктов измельчения частей зерна, а именно, эндосперма и оболочек, а помол зерновых продуктов осуществляют, преимущественно, сжимающими контактными нагрузками мелющих тел на зерно при движении потока зерновых продуктов от входа к выходу, при этом сжимающие контактные нагрузки мелющих тел на зерно ступенчато уменьшают в этом же направлении. Кроме того, в данном способе сжимающие контактные нагрузки мелющих тел на зерно создают, например, путем криволинейного перемещения мелющих тел вдоль криволинейной опорной поверхности, величину сжимающей контактной нагрузки мелющих тел на зерно регулируют путем изменения массы мелющих тел или их линейной скорости движения вдоль опорной поверхности, или отношения величины радиусов опорной поверхности мелющих тел и радиуса опорной рабочей поверхности, а мелющие тела вращения размещают с постепенно уменьшающимся зазором относительно опорной поверхности в направлении движения зерновых продуктов от входа к выходу·

Предложенный способ получения сортовой муки из зерновых продуктов, работающий по принципу разрушения зерна, преимущественно, сжимающими нагрузками, позволяет значительно уменьшить число разрывов оболочки зерна, а, следовательно, и образования из нее мелких фракций, по сравнению со способом-прототипом, в котором кроме сжимающих нагрузок на зерно при разрушении воздействует значительная доля сдвиговых нагрузок и нагрузок на срез. Сжимающие нагрузки, по сравнению со сдвиговыми и срезающими, как показывает практика и проведенные исследования, обеспечивают значительное повышение селективности разрушения компонентов зерна, т.е. оболочки и эндосперма. Это достигается вследствие отличия физико-механических свойств компонентов зерна: прочности, хрупкости, вязкости, эластичности и т.д. Преимущество сжимающих нагрузок перед сдвиговыми и нагрузками на срез в обеспечении селективности измельчения зерна может быть однозначно доказано тем, что устройства, разрушающие зерно преимущественно сдвиговыми нагрузками и нагрузками на срез, например, жернова, не способны вообще обеспечить выход сортовой муки, т.е. не способны производить селективное разрушение зерна при помоле. Формирование преимущественно сжимающих нагрузок на зерно в предложенном способе обеспечивается за счет центробежных сил, воздействующих на мелющие тела при прокатывании и криволинейном перемещении их вдоль опорной поверхности, например, по окружности, и направленных перпендикулярно этой поверхности. В данном способе измельчаемый продукт в процессе помола подвергается многократным сжимающим нагрузкам в результате прокатывания по зерну множества мелющих тел. Такое многократное воздействие на измельчаемый продукт при наличии фактора селективности разрушения его составляющих позволяет существенно повысить выход сортовой муки за счет более полного отделения эндосперма зерна от оболочки. Существенному повышению селективности разрушения зерна в предложенном способе способствует также последовательное уменьшение контактной нагрузки мелющих тел на зерно по мере перемещения продукта в зоне измельчения от входа к выходу. Это может быть достигнуто, например, за счет уменьшения массы мелющих тел или снижения их линейной скорости криволинейного перемещения вдоль криволинейной поверхности или регулирования отношения величины радиусов опорной поверхности мелющих тел и радиуса опорной рабочей поверхности. В этих случаях уменьшаются центробежные силы, действующие на мелющие тела. При этом необходимые контактные усилия для разрушения частиц зерна по мере перемещения последних в зоне измельчения также снижаются. В противном случае, при контактных нагрузках на частицу зерна, превышающих оптимальные, в ней будет эффективно измельчаться не только эндосперм, но и оболочка. Это, по данным стендовых исследований, также ведет к существенному понижению выхода сортовой муки из-за нарушения режимов селективного измельчения зернового продукта.

На первоначальном отрезке пути перемещения исходного продукта в зоне измельчения от входа к выходу по предложенному способу производится дробление эндосперма зерна на относительно крупные частицы в пределах размеров крупки и дунста. Это достигается за счет того, что на первоначальной стадии помола зерновых продуктов мелющие тела прокатываются по зерну с постоянно уменьшающимся зазором относительно опорной поверхности в направлении движения зерновых продуктов от входа к выходу. Получение измельченного продукта в виде крупки и дунста в процессе помола зерновых продуктов предложенным способом на начальном этапе, как показали стендовые иссле5 дования, дополнительно существенно повышает сортность муки за счет значительного уменьшения зольности готового продукта в среднем на 20-30 и более процентов. Кроме того, изменение в сторону уменьшения величины зазора между рабочей поверхностью мелющих тел и неподвижной опорной поверхностью в данном способе позволяет на первоначальном этапе помола зерна производить его разрушение постадийным деформированием с невысокими величинами его деформации, а значит, соответственно, с пониженными контактными нагрузками мелющих тел на зерно. В свою очередь, пониженные контактные усилия мелющих тел на зерно и относительно невысокие величины его деформации способствуют существенному снижению разрушения оболочки зерна при помоле зерновых продуктов предложенным способом. Такое снижение степени разрушения оболочки зерна в зависимости от числа и величины деформаций зерна при его помоле, позволяет дополнительно существенно повысить сортность получаемой муки предложенным способом.

Предлагаемый способ, вследствие реализации в нем целого комплекса вышеуказанных приемов селективного разрушения зерновых продуктов при помоле, значительно повышает выход сортовой муки. Например, проведенные стендовые исследования при помоле пшеницы данным способом показали возможность увеличения выхода сортовой муки в 3-4 раза, по сравнению с помолом идентичной пшеницы вальцевыми станками при одноразовом проходе продукта через один станок. Повышение выхода сортовой муки предложенным способом, в свою очередь, позволяет в несколько раз уменьшить металлоемкость и энергоемкость технологической линии для получения сортовой муки из зерновых продуктов за счет значительного уменьшения в ней, в несколько раз, количества измельчительных и сортировочных машин.

Предлагаемый способ получения муки из зерновых продуктов поясняется чертежами, где приведены мельница и ее фрагменты, для его осуществления. На фиг.1 показан продольный разрез мельницы по Б-Б; на фиг.2 - поперечный разрез мельницы по А-А; на фиг.3 - фрагмент зоны измельчения в драной секции мельницы с постадийной фиксированной деформацией исходного продукта (вид В).

Мельница содержит цилиндрический корпус 1, футерованный с внутренней стороны, в котором соосно расположен на валу 2 вертикальный цилиндрический ротор 3 с сепаратором, снабженный множеством мелющих тел 4, выполненных в форме тел вращения, например, в виде цилиндров, колец, шаров, стержней, пустотелых трубок, дисков и т.д. Причем мелющие тела в сепараторе ротора 3 установлены таким образом, что оси вращения мелющих тел параллельны оси вала 2. Мельница имеет загрузочный канал 5 и выгрузочный 6. Мелющие тела 4 размещены в глухих радиальных каналах 7 сепаратора, выполненных в виде кольцевых канавок на цилиндрической поверхности ротора 3, разделенных на равные участки радиально расположенными пластинами 8, закрепленными в теле ротора 3. Сепаратор ротора 3 содержит несколько секций I, II III, а именно: драную, размольную и вымольную, соответственно. Причем в данных секциях ротора I, II, III мелющие тела вращения установлены с различными массами, размерами или формой. Это обеспечивает при вращении ротора различные контактные усилия мелющих тел 4 на измельчаемый продукт, а именно: контактные нагрузки мелющих тел 4 на зерно в каждой последующей секции в мельнице ступенчато уменьшаются от входа к выходу, в зависимости от вида и сорта зернового продукта, его прочностных и других физикомеханических свойств. В драной секции I ротора, предназначенной для предварительного разрушения зерна на относительно крупные частицы, мелющие тела вращения 4 размещаются с постепенно уменьшающимся зазором относительно внутренней футерованной опорной поверхности корпуса 1 и рабочей поверхности 9 мелющих тел 4 в направлении движения зерновых продуктов от входа к выходу (фиг.3). Причем величины переменных зазоров a, b, с между рабочей поверхностью 9 мелющих тел 4 и неподвижной опорной поверхностью корпуса 1 в зоне измельчения в драной секции I последовательно уменьшаются по мере перемещения исходного продукта от входа к выходу. На остальном отрезке пути перемещения продуктов помола, т.е. в размольной секции II и вымольной секции III мелющие тела 4 прокатываются по зерну без зазора относительно футеровки корпуса 1. Секции II и III снабжены различными по форме, массе и размерам мелющими телами вращения 4, обеспечивающими необходимую крупность получаемой сортовой муки и полное отделение эндосперма от оболочки зерна. При этом размольная секция II служит, преимущественно, для обеспечения требуемой крупности муки, а вымольная секция III для более полного отделения эндосперма от оболочки зерна. Функции размольной секции II и вымольной секции III при реализации предложенного способа обеспечиваются соответствующим подбором мелющих тел по форме, размерам и массе, в соответствии с отличительными признаками предложенного способа.

Лучший вариант осуществления Получение муки из зерновых продуктов предлагаемым способом осуществляется следующим образом. При вращении вала 2 мельницы множество мелющих тел вращения 4 в сепараторе ротора 3, как показано на фиг.1 и 2, под действием центробежных сил перемещается к периферии футерованного корпуса 1. При этом мелющие тела 4, коснувшись футеровки корпуса 1, с силой прижимаются к последней и начинают перемещаться вдоль ее криволинейной поверхности, не выходя за пределы глухих радиальных каналов 7 вращающегося ротора 3. После запуска мельницы во внутрь корпуса 1 по загрузочному каналу 5 непрерывно подается зерновой продукт, например, пшеница, рожь, ячмень, овес, кукуруза и т.д. Двигаясь в пространстве, ограниченном боковой поверхностью ротора 3 и футерованной поверхностью корпуса 1 мельницы, от загрузочного канала 5 к выгрузочному каналу 6, исходный продукт измельчается в результате прокатывания по зерну, контактирующего с неподвижной опорной поверхностью футеровки корпуса 1, множества мелющих тел вращения 4. Процесс разрушения исходного продукта предложенным способом осуществляется преимущественно за счет сжимающих нагрузок, возникающих при криволинейном перемещении мелющих тел вдоль неподвижной опорной поверхности, т.е. футерованной цилиндрической поверхности корпуса 1. Измельчение зернового продукта рассматриваемым способом осуществляется постадийно по мере его перемещения через рабочие зоны секции ротора I, II, III. В области рабочей зоны драной секции I ротора зерновой продукт за счет постадийного фиксированного деформирования разрушается на относительно крупные частицы до размеров крупки и дунста при невысокой степени разрушения оболочки зерна. Далее продукт помола зерна перемещается в рабочую зону размольной секции II ротора, где производится основной процесс измельчения эндосперма в соответствии с сортностью получаемой муки. На конечной стадии помола при поступлении измельченного продукта в рабочую зону вымольной секции III производится дополнительное, полное отделение эндосперма от оболочки зерна. Измельчаемый продукт отводится из корпуса 1 мельницы по выгрузочному патрубку 6 с последующим сортированием продукта помола по крупности и составу.

Помол зерновых продуктов в режиме сжимающих нагрузок, позволяет обеспечить избирательность, т.е. селективность разрушения частей зерна. Это объясняется тем, что более эластичная и вязкая оболочка зерна при наличии в нем достаточно хрупкого эндосперма при сжимающем воздействии на нее мелющих тел разрушается в значительно меньшей степени, нежели при сдвиговых нагрузках. При прокатывании по зерновому продукту множества мелющих тел, например, в форме цилиндра, как показано на фиг.1 и 2, данный продукт сжимается в тонкий слой в зоне контакта мелющих тел 4 с футеровкой корпуса 1. В результате, хрупкий эндосперм разрушается, а более эластичная оболочка зерна преимущественно плоско распрямляется вдоль вышеуказанного слоя. Такая ограниченная по величине деформация оболочки зерна (т.е. распрямление ее в одной плоскости) при соблюдении сжимающих нагрузок, недостаточных для ее разрушения, обеспечивает минимальное разрушение оболочки при помоле зерновых продуктов.

В то время как в способе-прототипе сформированный слой продукта измельчения в зоне контакта мелющих тел-вальцов непрерывно подвергается многократным разрывам, которые возникают вследствие того, что на рабочей поверхности вальцов выполнено множество рифлей, а сами вальцы вращаются с разными скоростями. При этом кроме сжатия происходит срез и сдвиг измельчаемого продукта. Оболочка зерна из-за разрыва и сдвига ее рифлями вальцов в способе-прототипе существенно разрушается по сравнению с предлагаемым способом. Прокатывание по зерновому продукту множества мелющих тел согласно предложенному способу позволяет обеспечить высокую производительность размольной установки и, практически, полное отделение эндосперма от оболочки зерна предложенным способом. Например, возможность создать размольное устройство с величиной протяженности рабочей зоны измельчения равной суммарной протяженности рабочей зоны измельчения 20-30 штук и более вальцевых станков. Исходный зерновой продукт, двигаясь в мельнице от входного канала 5 к выходному 6 (фиг.1), подвергается стадийному измельчению с последовательно уменьшающейся, регулируемой по величине, контактной нагрузкой мелющих тел на измельчаемый продукт. Изменение контактных нагрузок постадийно при прохождении продукта в зоне измельчения позволяет в данном способе обеспечить соответствие величин этих нагрузок с размерами частиц измельчаемого продукта и степенью их разрушенности. Поскольку по мере прохождения продукта в зоне измельчения размер частиц зерна уменьшается, а их разрушенность увеличивается, то необходимые усилия для разрушения частиц постоянно уменьшаются. Это позволяет исключить нежелательные завышенные контактные нагрузки на частицы зерна в зоне измельчения и обеспечить существенное снижение разрушения оболочки зерна, а, следовательно, значительно повысить выход сортовой муки предложенным способом. Как показали стендовые исследования, измельчение зерновых продуктов в режиме сжимающих и регулируемых по величине разрушающих контактных нагрузок мелющих тел на зерно обеспечивает повышение выхода сортовой муки в 3,0-3,5 раза и более, по сравнению с выходом сортовой муки за один проход через вальцевый станок.

Зерновой продукт на первоначальном этапе измельчения в рабочей зоне драной секции I ротора подвергается разрушению в особо щадящем режиме. Это достигается тем, что разрушение зерна в данной зоне производится при пониженных контактных нагрузках на зерно за счет постадийного деформирования зерна с небольшими величинами его деформаций на каж9 дой стадии. Величины этих деформаций определяются величиной зазора а с футеровкой корпуса 1 первого ряда мелющих тел в драной секции I ротора и разницей вышеуказанных зазоров предыдущего и последующего ряда мелющих тел в данной секции в направлении движения зерновых продуктов от входа к выходу, т.е. разностями зазоров а-b и b-а, согласно условиям на фиг.3. Малые величины деформаций измельчаемого продукта, с одной стороны, обуславливают возникновение невысоких контактных нагрузок мелющих тел 4 на продукт в зоне измельчения, предотвращающих переизмельчение оболочки зерна и переход ее в трудно отделимую сортированием фракцию. С другой стороны, измельчение зернового продукта с фиксированными по величине деформациями зерна за счет вышеуказанных зазоров а, Ъ, с позволяет получить на начальной стадии измельчения (т.е. на выходе из рабочей зоны драной секции I ротора) измельченный продукт с высоким содержанием крупных частиц эндосперма в виде крупки и дунста и частей оболочки зерна больших размеров. Получение вышеуказанного содержания по степени измельчения частиц зерна на первоначальной стадии измельчения является в практике одной из важнейших операций технологии производства сортовой муки. Как показали стендовые исследования, такое предварительное измельчение зернового продукта позволяет существенно повысить сортность готового продукта (т.е. муки) за счет значительного, в 1,2-1,3 раза и более снижения зольности муки.

Предложенный способ позволяет создать малогабаритные установки с повышенным выходом сортовой муки за один проход, по сравнению с известными устройствами. Реализация данного способа на мукомольных заводах дает возможность многократно, в 4-5 раз и более, сократить число размольных машин и сортировочного оборудования, снизить энергопотребление, упростить технологическую линию и ее обслуживание. Исходя из недостатков, присущих известным способам-прототипам, данный способ может найти самое широкое применение в мукомольном производстве и позволит получить значительный экономический эффект.

1. Бутковский В.А., Мельников Е.М. Технология мукомольного, крупного и комбикормового производства (с основами экологии). М., Агропромиздат, 1989, с. 125-152, 192-246.

2. Демский А.Б., Борискин М.А., Тамаров Е.В., Чернолихов А.С. Оборудование для производства муки и крупы. М., Агропромиздат, 1990, с. 149-166 (прототип).

Claims (4)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Способ получения муки из зерновых продуктов, включающий разрушение компонентов зерна мелющими телами вращения и последующее сортирование продуктов помола по крупности и составу, отличающийся тем, что производят селективное разрушение зерновых продуктов путем прокатывания по зерну, контактирующего с опорной поверхностью, мелющими телами вращения с отделением продуктов измельчения частей зерна, а именно, эндосперма и оболочек, а помол зерновых продуктов осуществляют, преимущественно, сжимающими контактными нагрузками мелющих тел на зерно при движении потока зерновых продуктов от входа к выходу, при этом сжимающие контактные нагрузки мелющих тел на зерно ступенчато уменьшают в этом же направлении.
2. 2. Способ по π. 1, отличающийся тем, что сжимающие контактные нагрузки мелющих тел на зерно создают путем криволинейного перемещения мелющих тел вдоль криволинейной опорной поверхности.
3. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что величину сжимающей контактной нагрузки мелющих тел на зерно регулируют путем изменения массы мелющих тел или их линейной скорости движения вдоль опорной поверхности, или отношения величины радиусов опорной поверхности мелющих тел и радиуса опорной рабочей поверхности.
4. 4. Способ по пп.1-3, отличающийся тем, что мелющие тела вращения размещают с постепенно уменьшающимся зазором относительно опорной поверхности в направлении движения зерновых продуктов от входа к выходу.