Процесс измельчение в вальцовом аппарате
Министерство образования и науки республики Казахстан
Казахский университет технологии и бизнеса
Факультет:Технология и экономика
Кафедра: Технология и стандартизация
Специальность: Технология перерабатывающих производств
Тема: Процесс измельчение в вальцовом аппарате
Астана, 2013
Содержание
Введение…………………………………………………………
- Назначение, методы и показатели эффективности процесса измельчения...5
1.1 Способы измельчения
зерна в муку…....………………………..……
1.1.1 Характеристика процесса сложного повторительного помола зерна…8
1.1.1.1 Драной процесс…..…………………………………
1.1.1.2 Ситовеечный процесс…..……………………
1.1.1.3 Шлифовочный процесс……..…………………
1.1.1.4 Размольный процесс……..……………………
1.2 Методы и показатели
II. Основы теории процесса измельчения……………………………………...16
2.1 Факторы, влияющие
на эффективность процесса
2.1.1 Вид помола…………………………….……………………
2.1.2 Технологические
свойства зерна……………………………………….
2.1.3 Кинематические и
2.1.3.1 Окружные скорости вальцов……………
2.1.3.2 Отношение окружных скоростей вальцов…………………………...26
2.1.3.3 Величина межвальцового зазора………………………………………27
2.1.3.4 Характер рабочей
поверхности вальцов……………………………
2.1.3.5 Уклон рифлей………………………………………………
2.1.3.6 Взаимное расположение рифлей вальцов……………………………30
2.1.3.7 Диаметр и длина вальцов……………………………………………...31
2.1.3.8 Влияние нагрузочных условий……………………………………….34
2.2 Вымол оболочечных продуктов………………………………….……….34
III. Расчет вальцовых станков и выбор лучшего……………………………37
IV. Описание вальцового станка ЗМ2……………………………………….40
4.1 Предложения по
совершенствованию работы
Заключение……………………………………………………
Литература……………………………………………………
Введение
При производстве муки процесс измельчения зерна и промежуточных продуктов является одним из главных, так как в значительной мере влияет на выход и качество готовой продукции. Измельчение зерна – одна из наиболее энергоемких операций. Технологические приемы и машины, применяемые для измельчения в значительной степени определяют технико-экономические показатели мукомольного завода. Для измельчения зерновых культур в зависимости от целевого назначения результатов помола на разных этапах технологического процесса применяют различные измельчающие машины.
Одной из современных
измельчающих машин для
В измельчающих машинах, как правило, одновременно действуют несколько разновеликих по энергозатратам принципов, способствующих разрушению зерна. Например, в ранее широко применявшихся жерновых поставах и современных вальцовых станках действуют принципы сжатия и сдвига. В молотковых дробилках, энтолейторах одновременно действуют удар и истирание. В деташерах и бичевых вымольных машинах — истирание и удар.
В зависимости от конечных задач измельчения или его промежуточного этапа соблюдают определенные условия, способствующие измельчению с максимальной технологической эффективностью при минимальных энергозатратах.
Одной из важнейших проблем измельчения является получение конечного продукта, возможно более однородного по гранулометрическому составу. Это обусловлено необходимостью стабилизации показателя качества продукции (муки), а также требованием снижения удельной энергоемкости ее получения. Важное значение для отраслей промышленности (хлебопекарной, макаронной), потребляющих муку, имеет выравненность гранулометрического состава муки, что оказывает большое влияние на процесс тесто ведения и качество готовых изделий.
Наличие в муке большого
количества мелких фракций, характеризуемых
высокими уровнями поврежденного крахмала,
оказывает отрицательное
От правильного построения процесса измельчения, включающего рациональное применение комплекса параметров измельчающих и сепарирующих устройств, во многом зависит качество и себестоимость готовой продукции, производительность измельчающих машин, удельный расход электроэнергии.
- Назначение, методы и показатели эффективности процесса измельчения
1.1 Способы измельчения зерна в муку
Измельчение представляет собой процесс разделения твердых тел на части под действием внешних сил. Измельчение – это процесс механического воздействия на продукт рабочими органами, который приводит к преодолению сил взаимного сцепления и увеличению поверхности твердых материалов.
Измельчение материалов осуществляют путем раздавливания (рис. 1, а), раскалывания (рис. 1,б), истирания (рис. 1, в) и удара (рис. 1, г).
Рисунок 1. Способы измельчения продуктов
При измельчении обычно
имеют место несколько
Процессы измельчения разделяются на дробление (крупное, среднее и мелкое), измельчение (тонкое и очень тонкое) и резание. Измельчение осуществляется под действием внешних сил, преодолевающих силы взаимного сцепления частиц материала. При дроблении куски твердого материала сначала подвергаются объемной деформации, а затем разрушаются по ослабленным дефектами (макро- и микротрещинами), сечениям с образованием новых поверхностей. В измельчающих машинах сочетается несколько принципов разрушения зерна. Например, в вальцовых станках и жерновых поставках – сжатие с одновременным сдвигом. В центробежных измельчителях и бичевых машинах – удар и истирание .
Зерно пшеницы относится к коллоидным капиллярно-пористым телам, отдельные части которого (оболочки, эндосперм, зародыш) имеют различную структуру, разные физические и химические характеристики. Поведение зерна в процессе деформации определяется совокупностью упругих, пластических и прочностных свойств. Следовательно, механические свойства зерна определяются их упругими, пластическими и прочностными характеристиками, которые устанавливают при испытаниях на сжатие, сдвиг и растяжение.
Различают два вида измельчения: простое измельчение, характерное для одинаковых по своим структурно-механическим свойствам материалов; избирательное измельчение, характерное для материалов, в состав которых входят разные по своим структурно-механическим свойствам составные части, которые при совместном измельчении разрушаются не одинаково.
При простом измельчении – все составляющие твердые тело части разрушаются равномерно для получения однородной смеси, при избирательном – твердые тела, неоднородные по составу, разрушаются для извлечения частиц определенного размера. Такой процесс проводят многократно, чтобы достигнуть более полного извлечения частиц требуемого размера. В мукомольном производстве при простых помолах зерна пшеницы и ржи, например, в обойную муку, используют простое измельчение, при сложных помолах для получения сортовой муки высокого качества – избирательное.
При избирательном измельчении, обязательно многократном, процесс строят последовательно. Используя различия структурно-механических свойств составных частей измельчаемого тела, каждую стадию процесса измельчения осуществляют так, чтобы были получены частицы отличающиеся друг от друга теми или иными физическими свойствами. Это в дальнейшем облегчает разделение сыпучей смеси сепарированием на фракции, каждая из которых состоит из частиц более или менее однородных по составу.
При переработке зерна в муку простое измельчение применяют для получения обойной муки, когда все анатомические части зерна равномерно измельчаются до определенной крупности, характерной для обойной муки. Избирательное измельчение применяют при сложных помолах для выделения максимального количества эндосперма в наиболее чистом виде и превращения его затем в муку.
Таким образом, от правильного построения процесса измельчения зависит рациональное использование сырья, количество и качество получаемых продуктов, производительность измельчающих машин, удельный расход электроэнергии, себестоимость продукции .
Совокупность связанных между собой в определенной последовательности операций по переработке зерна в муку называется помолом. В основу классификации помолов (рис. 2) положены следующие признаки: кратность измельчения зерна; степень развитости помола в целом; степень развитости процесса обогащения крупок.
Рисунок 2. Классификация помолов ржи и пшеницы
По первому признаку помолы подразделяются на разовые и повторительные.
А) При разовых помоле муку получают в результате однократного пропуска зерна через измельчающую машину, а при повторительные – в результате многократного и последовательного пропуска продуктов дробления зерна.
Б) Повторительные помолы подразделяются на простые и сложные. Простые отличаются наименее развитым процессом и включают один драной процесс или драной и сокращенный размольный. Сложные помолы более развиты, чем простые, и включают драной и развитый размольный процесс или драной, процесс обогащения, шлифовочный и размольный. Сложные помолы в зависимости от степени развитости процесса обогащения могут быть: без процесса обогащения, с сокращенным процессом обогащения; с развитым процессом обогащения.
При сложных сортовых помолах зерна пшеницы и ржи основные требования, предъявляемые к процессу измельчения, сводятся к получению максимального количества и высокого качества промежуточных продуктов в виде крупок и дунстов, к эффективному обогащению промежуточных продуктов, их измельчению в муку высокого качества и вымолу оболочечных продуктов от оставшихся частиц эндосперма.
Эффективность процесса измельчения как по отдельным этапам, так и по всему технологическому процессу размола зерна в значительной мере характеризует состояние общего технологического процесса мукомольного производства, рациональное использование основного технологического оборудования, определяет качества муки и технико-экономические показатели производства.
Наибольший интерес представляет описание процесса сложного повторительного помола зерна.
- .1 Характеристика процесса сложного повторительного помола зерна
Технологический процесс сортовых помолов пшеницы делят наряд этапов (рис. 3).
1.1.1.1 Драной процесс
Драной процесс целесообразно условно разделить на драной крупообразующий и драной вымольный. Для разработки схемы технологического процесса необходимо учитывать задачу каждого его этапа.
Рисунок 3. Технологический процесс сортовых помолов пшеницы
Драной крупообразующий процесс. Задача драного крупообразующего процесса состоит в получении максимального количества круподунстовых продуктов с минимальной зольностью. Драной крупообразующий процесс строится из нескольких систем, которые по построению похожи друг на друга. Это позволяет выделить характерные модули этого процесса. Модуль любого процесса – это система технологического процесса, характерная для данного этапа и выполняющая его задачу.
Драной вымольный процесс. Задачей драного вымольного процесса является извлечение из сходовых продуктов оставшейся части эндосперма в виде круподунстовых продуктов второго качества и муки. После драного крупообразующего процесса ресурсы эндосперма в сходовых продуктах незначительны, и из них нельзя получить весь спектр круподунстовых продуктов. Поэтому на системах драного вымольного процесса могут встречаться следующие варианты отбора круподунстовых продуктов:
а) средняя крупка, мелкая крупка, дунст, мука;
б) мелкая крупка, дунст, мука;
в) дунст, мука.
Варианты «а» и «б» могут встречаться на первой драной вымольной системе, вариант «в» характерен для последних драных вымольных систем.
В драном вымольном процессе широко применяются вымольные машины, в которых воздействие рабочих органов на оболочки в сходовых продуктах значительно меньшее, чем в вальцовых станках. Применять вымольные машины можно, начиная с верхних сходов последней крупообразующей системы.
1.1.1.2 Ситовеечный процесс
Потоки крупок, полученные в драном процессе, неоднородны по своему качественному составу. Так, поток крупок, однородный по крупности, в пределах данной фракции имеет в своем составе частицы, состоящие только из эндосперма, частицы, состоящие из эндосперма со сросшимися с ними оболочками, частицы оболочек с небольшим содержанием эндосперма, а также частицы, состоящие только из оболочек. Разделить эту смесь, однородную по крупности, повторным просеиванием нельзя. Поэтому такие фракции направляют для обогащения на ситовеечные машины.
Из вышеизложенного
вытекает задача ситовеечного процесса,
которая заключается в
1.1.1.3 Шлифовочный процесс
Потоки крупок после обогащения на ситовеечных системах содержат в своем составе частицы эндосперма, а также частицы эндосперма с оболочками. С целью отделения эндосперма от оболочек эти потоки обогащают на шлифовочных системах.
Крупка, содержащая в своем составе оболочку, проходит между размалывающими вальцами с межвальцовым зазором большим, чем толщина оболочек. Это позволяет разрушить эндосперм до круподунстовых продуктов с размерами, меньшими размеров оболочечной частицы, и при последующем сортировании отделить полученные круподунстовые продукты от оболочечных частиц.
На шлифовочных системах могут применяться вальцы с микрошероховатой или рифленой поверхностью. Если применяются вальцы с микрошероховатой поверхностью, то после вальцового станка необходимо измельченный продукт направить на деташеры для дезагрегации слипшихся частиц. Эта операция увеличивает извлечение муки на 10...15%.
После деташеров продукты сортируются на рассевах. Допускается при направлении продуктов на шлифовочные системы объединять потоки крупной и средней крупок, средней и мелкой крупок, мелкой крупки и жесткого дунста после их обогащения на ситовеечных системах. При этом не рекомендуется смешивать продукты первого и второго качества. Сита на шлифовочных системах подбирают в соответствии с заданной крупностью круподунстовых продуктов.
1.1.1.4 Размольный процесс
Размольный процесс является завершающим этапом сортовых помолов пшеницы. Его задача заключается в получении максимального количества муки высоких сортов.
Размольный процесс разделяется на ряд этапов. На первом этапе проводится размол на трех-четырех размольных системах продуктов первого качества, из которых получают муку высшего сорта. На втором этапе проводится размол на двух-трех размольных системах продуктов второго качества, из которых получают муку высшего и первого сортов. На третьем этапе вымалываются оболочечные продукты, полученные на первых двух этапах. Эти три этапа разделены сходовыми системами, на которые направляют сходовые продукты с систем размола продуктов первого и второго качества.
На рис. 4 приведены основные модули размольного процесса.
Рисунок 4. Основные модули размольного процесса
Первые четыре модуля предназначены для размольного процесса, оснащенного вальцовыми станками с рифлеными размалывающими вальцами. Модули с пятого по восьмой предназначены для размольного процесса, оснащенного вальцовыми станками с размалывающими вальцами, рабочая поверхность которых микрошероховатая. Для них желательно доизмельчение продукта на энтолейторах (для размольных систем, размалывающих продукты первого качества), на остальных системах эта операция осуществляется при помощи деташеров.
Первый и пятый модули применяют на размольных системах, перерабатывающих продукты первого качества. Второй и шестой – на размольных системах, перерабатывающих продукты второго качества.
Третий и седьмой модули применяют на сходовых системах размольного процесса. Четвертый и восьмой применяют на вымольных системах размольного процесса после второй сходовой. Направление на размольные системы крупок и дунстов из драного, ситовеечного и шлифовочного процессов – наиболее сложная задача при разработке схемы технологического процесса.
1.2 Методы и показатели эффективности процесса измельчения
Методы измельчения, применяемые
в мукомольном производстве, основаны
на использовании следующих
Эффективность процесса
измельчения характеризуются
Количественные показатели процесса измельчения:
общее извлечение (u1), представляющее величину проходовой фракции через определенный номер сита l;
частное извлечение (ul1/l2), являющееся частью обего извлечения и представляющее фракцию продукта полученного проходом через сито l1 и сходом с сита l2; коэффициент извлечения (kи);
где И1 – количество извлеченной проходовой фракции через определенный номер сита, %; Ин – количество проходовой фракции, содержащейся в продукте до его измельчения, %.
Величина относительной деформации (ε):
где Sк – конечная суммарная поверхность частиц после измельчения; Sн –начальная суммарная поверхность частиц до их измельчения.
Количественные показатели эффективности процесса измельчения применяют дифференцированно на различных этапах технологического процесса. Показатель общего извлечения (И1) обычно используют при оценке эффективности крупообразующих систем (I…IV др. с.), на которых получаются промежуточные продукты почти всех классов крупности. На других этапах измельчения (шлифовочный и размольный процессы, вымол в драном и размольном процессах) для оценки их эффективности используют величину частного извлечения (выход муки), хотя возможна оценка и по другим фракциям, например выходу крупок в шлифовочном процессе.
Для более полного представления об эффективности процесса измельчения определяют такие показатели, как коэффициент извлечения (kи) и величину относительной деформации (ε), которые показывают относительное приращение количества извлекаемых частиц через определенный номер сита либо приращение их поверхности.
Качественные показатели процесса измельчения: зольность различных продуктов измельчения зерна; цвет муки и некоторых промежуточных продуктов, определяемых на цветомере; содержание клетчатки в различных зерновых продуктах; содержание крахмала в оболочечных продуктах, определяемое методом поляриметрического анализа.
Зольность широко используют для оценки качества продуктов общего и частного извлечения (крупок, дунстов и муки), а также оболочечных (сходовых) продуктов. Цвет муки – оперативный показатель товарного качества муки. Содержание клетчатки в зерновых продуктах служит наиболее полным показателем их качества. Однако этот показатель применяют в практике редко из-за сложности и длительности анализов по определению этого показателя. Содержание крахмала в оболочечных продуктах – это эффективный показатель степени их вымола. Так как крахмал содержится в основном в эндосперме, то его наличие в оболочечных продуктах сведительствует о степени вымола частиц эндосперма.
Энергосиловые показатели процесса измельчения удельный расход электроэнергии на получение определенного продукта; удельный расход электроэнергии на приращение новой поверхности измельчаемых зерновых продуктов; удельный расход электроэнергии на измельчение образца зерна.
Удельный расход электроэнергии на получение определенного продукта для относительной оценки процесса измельчения. Удельный расход электроэнергии на приращение новой поверхности измельчаемых частиц наиболее полно характеризует процесс измельчения по энергозатратам. Удельный расход электроэнергии на измельчение образца зерна до определенной крупности применяют для оценки размолоспособности отдельных сортов зерна.
- Основы теории процесса измельчения
Процесс измельчения зерна отличается высокой сложностью. Его теория еще недостаточно разработана, имеющиеся теоретические положения лишь односторонне раскрывают сущность процесса. Энергетическая теория рассматривает процесс измельчения с позиций затрат энергии. Обобщенная зависимость удельного расхода электроэнергии на измельчение твердых материалов (по Ребиндеру) представлена в виде:
А = Ау.п + Ао.п, (3)
где Ау.п – удельный расход электроэнергии на упругие и пластические деформации измельчаемого материала; Ао.п –удельный расход электроэнергии на образование новых поверхностей.
Эта зависимость хорошо
согласуется с
Удельный расход электроэнергии на упругие и пластические деформации можно представить в виде зависимости:
где n – число циклов деформирования частиц измельчаемого материала; σр -
разрушающее напряжение для материала; V ̶ объем измельчаемой частицы; E – модуль упругости материала.
Из приведенной зависимости можно установить, что затраты электроэнергии на упругие и пластические деформации можно снизить приуменьшении числа циклов нагружения (n), объема измельчаемых частиц (υ), а также при снижении разрушающегося наприжения в результате соответствующей подготовки материала (зерна).
Удельный расход электроэнергии на
образование новых поверхностей
при измельчении материала
Ао.п = Кs∆Sa,
где Кs – энергия на образование единицы новой поверхности данного материала; ∆S –общее приращение поверхности материала; а= (Sк/Sи)i -безразмерный коэффициент, зависящий от конструктивных особенностей измельчаемой машины и условий измельчения (условия измельчения характеризуют показатель степени измельчения i).
Из этой зависимости видно, что удельный расход электроэнергии зависит от дисперсности измельчаемого материала. Поэтому дисперсность материала необходимо принимать исходя из требований технологии.
В. А. Бутковский рассматривает обобщенную зависимость удельного расхода электроэнергии на измельчение твердых материалов в виде трех слагаемых: удельного расхода электроэнергии на упругие и пластические деформации; удельного расхода электроэнергии на образование новых поверхностей и удельного расхода электроэнергии, затрачиваемой на деформацию и изнашивание рабочих органов измельчающих машин, т. е.
А = Ау.п + Ао.ц +Ад.н
Из этого следует, что для снижения удельного расхода электроэнергии на измельчение необходимо повысить износостойкость рабочих органов измельчающих машин
Энергетическая теория процесса измельчения позволяет понять процесс только с его количественной стороны. Однако при избирательном измельчении неоднородных материалов (каким является зерно) важно оценить качественное изменение в измельчаемом материале. Для объяснения некоторых количественно-качественных изменений в материале при его измельчении можно использовать теоретические положения, разработанные В. Д. Кузнецовым, С. Д. Хусидом и др. В. Д. Кузнецов считает, что при измельчении твердых материалов важно учитывать не только величину разрушающих усилий, но и скорость их положения к деформируемому телу, которую он назвал скоростью деформирования.
Аналитическое выражение скорости деформирования W(c-1) можно записать, как
W = dε / dt ,
где ε – относительная деформация; t – время деформирования (разрушения).
При этом установлено, что изменение скорости для формирования приводит к изменению характера само деформации. Повышение скорости деформирования твердых материалов, как правило, приводит к хрупкому разрушению, что объясняется изменением предела и текучести.
