Процесс измельчение в вальцовом аппарате

 

4, 6, 8, 10 м/с и неизменных  других параметрах вальцов. Перерабатывали  рядовую пщеницу ІV типа стекловидностью 58 %, влажностью на І др. с. 16,4%. Из таблицы видно, что увеличение окружных скоростей вальцов способствует повышению степени измельчения зерновых продуктов на всех этапах технологического процесса. При этом зольность промежуточных продуктов и муки возрастает, удельный расход энергии, отнесенный к извлекаемым продуктам, повышается. Особенно заметное ухудшение качества муки отмечается на системах, обрабатывающих продукты второго качества и вымола. При этом интенсивно измельчаются не только частицы эндосперма, но и поверхностные слои зерна, которые и попадают в извлекаемые продукты, ухудшая их качество.

Возрастание удельного  расхода энергии при высоких  окружных скоростях вальцов связано  со значительными энергозатратами  на измельчение периферических частей зерна – алейронового слоя и оболочек, а также с увеличением тепловых потерь в результате повышения температуры измельчаемых продуктов.

 

2.1.3.2  Отношение окружных скоростей вальцов

Этот параметр обеспечивает соотношение сдвигающих и сжимающих  усилий в рабочей зоне вальцов  для создания наиболее эффективной деформации зерна – сдвиг (среза). С увеличением отношения окружных скоростей вальцов (К) возрастают усилия сдвига. При этом сжимающие усилия также повышаются, так как снижается средняя скорость движения частиц продукта в рабочей зоне и уменьшается скорость медленновращающегося вальца υ_М при постоянной нагрузке. С увеличением окружных скоростей вальцов (К) растут также скорость сдвигающих усилий в рабочей зоне и число воздействий рифлей на продукт в результате снижения средней скорости движения частиц прдукта при постоянной скорости υ_в . увеличение скорости сдвигающих усилий с повышением К наблюдается при определенных условиях до К = 2,0…2,5, после которого скорость сдвигающих усилий изменяется незначительно. Кроме того, растет число воздействий рифлей на продукт, что и обусловливает повышение степени измельчения зерновых продуктов. При этом качество продуктов, содержащих значительное количество оболочек, ухудшается, что указывает на их более интенсивное измельчение.

Однако при определенных условиях увеличение К может привести к снижению степени измельчения, особенно на размольных системах с микрошероховатыми или износившимися рифлеными вальцами, имебщими высокую плотность нарезки. Это объясняется ростом пластических деформаций в поверхностном слое при больших давлениях и повышение температуры продукта.

 

2.1.3.3 Величина межвальцового зазора

При сортовом помоле пшеницы  с использованием вальцовых станков  величина межвальцового зазора изменяется от 1,5 до 0,03 мм и является единственным оперативно-регулируемым параметром, влияющим на эффективность измельчения зерновых продуктов. Учитывая избирательный характер измельчения с постепенным уменьшением размеров измельчаемых частиц, величину межвальцового зазора устанавливают в соответствии с крупностью измельчаемых продуктов и требуемым режимом данной системы.

Регулируя межвальцовый зазор, можно изменить усилия сжатия продукта в рабочей зоне вальцов. Это повлияет на величину сдвигающихся усилий и соотношение сдвигающих и сжимающих усилий, т. е. изменит силовое нагружение частиц измельчаемого продукта в рабочей зоне вальцов. При уменьшении межвальцового зазора силовое нагружение частиц продукта возрастает и степень измельчения увеличивается. Для описания этого процесса А. В. Панченко предложил зависимость для нахождения общего извлечения продуктов И :

                                                     И = me^-nb                                             (5)

Где b – величина межвальцового зазора; е –основание натурального логарифма; «m» и «n» -опытные коэффициенты для каждой системы измельчения

 

Уменьшение межвальцового зазора вызывает повышение зольности муки на большинстве систем. Искючение составляют лишь системы, измельчающие хорошо обогащенные продукты первого качества. При этом повышается дисперсность извлекаемых продуктов, однако только до определенных пределов. При малых значениях величины межвальцового зазора (0,03…0,05 м) на системах вымола в драном процессе и на всех системах размольного процесса могут возникнуть условия, снижающие степень измельчения частиц продукта в результате высоких давлений в рабочей зоне и повышенного нагрева продукта, что ведет к появлению пластических деформаций.

 

2.1.3.4  Характер рабочей поверхности вальцов

В драном процессе применяют  только рифленые вальцы, плотность  нарезки рифлей изменяется от 3,5 до 8 рифлей на 1 см окружности вальца и зависит от крупности частиц измельчаемого продукта. На системах шлифовочного и размольного процессов также применяют рифленые вальцы с плотностью нарезки от 9 до 11 рифлей на 1 см, но возможно устанавливать и микрошероховатые вальцы.

Состояние рабочей поверхности  микрошероховатых вальцов определяется ее шероховатостью, которая представляет собой совокупность микронеровностей с относительно малыми шагами и характеризует  контактную жесткость поверхностей парноработающих вальцов. Шероховатость поверхности оценивают по неровностям профиля, получаемого путем сечения поверхности плоскостью (чаще в нормальном сечении). Шероховатность обычно рассматривают в пределах ограниченного участка, длина которого называется базовой длиной. Базой для отсчета отклонений профиля служит средняя линия профиля, которую проводят так, чтобы в пределах базовой длины среднее квадратическое отклонение измеряемого профиля до этой линии было бы минимальным. Применяют ряд параметров для оценки шероховатости различных поверхностей: среднее арифметическое отклонение профиля R_a, высота неровностей профиля по десяти точкам R_t, наибольшая высота неровностей профиля R_max, средний шаг неровностей профиля S_m и др.

Приближенную оценку шероховатости микрошероховатых вальцов можно проводить по одному параметру R_z, который для данного случая, когда номинальный профиль поверхности вальца – прямая, представляет собой среднее расстояние между находящимися в пределах базовой длины высшими точками пяти наиболее высоких выступов и низшими точками пяти наиболее глубоких впадин.

Шероховатость вальцов  неоднородна и составляет в среднем R_z = 6…12 мкм. Параметр шероховатости R_z определяют по увеличенному изображению профиля или записанной профилограмме сечения на профилографе.

Повышение плотности  рифлей с 3,5 до 8 приводит к увеличению общего извлечения на драных системах в результате большего выхода мелкой крупки и дунстов, выход крупной  крупки при этом несколько снижается. Зольность продуктов общего извлечения возрастает на 0,10…0,15%. Это объясняется повышением скорости деформирования, так как увеличивается число воздействий рифлей на продукт при повышении их плотности. Удельный расход энергии на всех этапах измельчения промежуточных продуктов с повышением плотности нарезки рифлей увеличивается.

Сравнивая эффективность  рифленых и микрошероховатых вальцов  при шлифовании крупной крупки и  размоле промежуточных продуктов, следует отметить, что эффективность  микрошероховатых вальцов по количественным показателям значительно ниже рифленых. Однако качество извлекаемых крупок и муки повышается, а удельный расход энергии резко возрастает и особенно на вымалывающих системах в результате низкого извлечения муки. Это можно объяснить изменением условий силового нагружения продукта в рабочей зоне микрошероховатых вальцов, особенность которого заключается в высоком давлении в рабочей зоне, повышении температуры продукта, что приводит к появлению пластических деформаций. К тому же на микрошероховатых вальцах практически отсутствует деформация среза, так как нет рифлей, а основными видами деформации остаются сдвиг и сжатие, поэтому разрушение зерновых продуктов на этих вальцах происходит при высоком удельном расходе электроэнергии.

 

2.1.3.5  Уклон рифлей

Для обеспечения плавной работы вальцов применяют нарезку рифлей под некоторым углом к образующей цилиндра вальца, что особенно важно при относительно небольших окружных скоростях вальцов (3…4 м/с). Кроме того, уклон рифлей влияет и на эффективность измельчения. Увеличение уклона рифлей до 8 % вызывает заметное уменьшение общего выхода промежуточных продуктов в драном процессе и улучшение их качества. При дальнейшем увеличении уклона рифлей до 20 % наблюдается значительное снижение общего выхода промежуточных продуктов в драном процессе, снижается также выход крупной крупки. Снижение степени измельчения частиц продукта в рабочей зоне вальцов при увеличении уклона рифлей объясняется уменьшением сдвигающих усилий, которые воздействуют под углом к направлению движения продукта в рабочей зоне, а также скольжением частиц продукта в продольном направлении вальцов, что снижает напряжение в массе измельчаемого продукта, возникающее в результате его силового нагружения.

 

2.1.3.6  Взаимное расположение рифлей вальцов

Взаимное расположение рифлей парноработающих вальцов оказывает существенное влияние на эффективность процесса измельчения. При расположении рифлей «острие по острию» преобладает деформация среза, а при расположении «спинка по спинке» – деформация сдвига. Учитывая, что деформация среза более эффективна, расположение рифлей «острие по острию» дает возможность повысить степень измельчения зерновых продуктов при минимальном удельном расходе электроэнергии. Однако качество извлекаемых продуктов при этом ухудшается в результате измельчения оболочек на всех системах технологического процесса. Расположение рифлей «спинка по спинке» вызывает снижение степени измельчения, рост удельного расхода электроэнергии и значительное улучшение качества извлекаемых продуктов, так как оболочки при этом измельчаются незначительно. Другие варианты расположения рифлей: «острие по спинке» и «спинка по острию» – промежуточные.

 

2.1.3.7  Диаметр и длина вальцов

Диаметр и длина вальцов, как геометрические параметры, неразывно  связаны, и эта взаимосвязь диктуется обеспечением необходимой жесткостью вальцов, т. е. минимально допустимым их прогибом во время работы.

Диаметр вальцов существенно  влияет на условия силового нагружения частиц измельчаемого продукта в  рабочей зоне, поскольку геометрические размеры зоны деформирования зависят от его величины (рис. 6). Зона

 деформирования характеризуется  входным и выходным межвальцовыми  зазорами (a и b) и длиной пути обработки продукта (l), которая определяется углом захвата продукта (a). Относительная скорость сдвигающих усилий (υ₀) в точке захвата продукта направлена по перпендикуляру к линии, соединяющей точки захвата с мгновенным центром вращения (Р).

Длина пути обработки  продукта в рабочей зоне вальцов  может быть определена по формуле 

                              

                                 (6)

   где D – диаметр вальца; α – угол захвата продукта. 

 

Из формулы 6 и рисунка 6 можно установить, что длина пути обработки находится в прямой зависимости от диаметра вальцов, а угол захвата в обратной зависимости от него при прочих равных условиях. Следовательно, с уменьшением диаметров вальцов длина пути обработки продукта сокращается, а угол захвата увеличивается.

Применяя предложенную В. Я. Белецким зависимость, можно установить, что для вальцов с меньшим диаметром скорость сдвигающих усилий в точке захвата снижается и возрастает скорость сжимающих усилий:

                         

                           (7)

где Е – угол образованный направлением относительной скорости сдвигающих усилий быстровращающегося вальца; К – отношение окружных скоростей вальцов.

 

Из рисунка 6 также  видно, что при движении продукта в рабочей зоне вальцов меньшего диаметра наблюдается более интенсивное  возрастание скорости сдвигающих усилий по сравнению с вальцами большего диаметра, поскольку угол Е_2min < E_1min, а на линии центров Е₂ = Е₁ = 90⁰. Таким образом, уменьшением диаметров вальцов увеличивается градиент скорости сдвигающих усилий в направлении выходного межвальцового зазора, что вызывает повышение скорости деформирования измельчаемого продукта и увеличение степени его измельчения.

Скорость деформирования частиц продукта W можно выразить как скорость уменьшения их линейных размеров, полагая при этом, что измельчаемая частица продукта изменяет свои размеры от а (величина входного межвальцового зазора) до b (величина вsходного межвальцового зазора), тогда

                                

,                                         (8)

где t– время нахождения частицы в рабочей зоне.

.

υ_r приближенно можно вычислить из зависимости

.

Подставив в уравнение (8) значения t и υ_r , получим

  

,         (9)

,

                                                                                                          

где υ_Б – скорость быстровращающегося вальца; К – отношение окружных скоростей вальцов; а –величина входного межвальцового зазора; b – величина  выходного межвальцового зазора; D – диаметр   вальца.  

 

Из уравнения (9) можно установить, что скорость деформирования частиц продукта находится в обратной зависимости от диаметра вальцов при прочих равных условиях. Экспериментальная проверка этого уравнения показала, что уменьшение диаметра рифленых и микрошероховатых вальцов на всех этапах размольного процесса способствует повышению извлечения муки и снижению удельного расхода электроэнергии. Зольность муки при этом изменяется незначительно. Однако применение вальцов небольших размеров (Ø 150 мм) возможно, если их длина не превышает 600 мм по условиям жесткости.

 

2.1.3.8  Влияние нагрузочных условий

Нагрузочные условия  процесса измельчения обычно оценивают количеством продукта, приходящегося на 1 см длины размалывающей линии системы, или количеством продукта, приходящегося на 1 см длины размалывающей линии длиной системы в единицу времени. Поэтому различают удельные нагрузки на систему м удельные нагрузки на общую размалывающую линию.