Способы очистки зерна

Очистка зерновой массы от примесей, отличающихся шириной и толщиной. Для отделения посторонних примесей, отличающихся от зерен основной культуры шириной и толщиной (табл. 1), на мельницах широко применяют воздушно-ситовые и ситовые сепараторы. Ситовой корпус этих машин может совершать возвратно-поступательное или круговое поступательное движение.

Таблица 1 Размеры зерен пшеницы и ржи

Для очистки зерна, как правило, применяют сита с прямоугольными или круглыми отверстиями. Через прямоугольные отверстия проходят зерна, толщина которых меньше ширины отверстия, а через круглые — зерна, ширина которых меньше диаметра отверстия (рис. 1). Зерна, поперечные размеры которых больше размеров отверстия сит, не проходят через эти отверстия, а продвигаясь по ситу, сходят с него. Частицы и зерно, которые проходят через отверстия сита, называют проходом, а которые сходят— сходом.

Зерно пшеницы делят на следующие фракции.

Крупная — сход с сита с отверстиями размером 2.8x20 мм.

Средняя — проход через сито с отверстиями размером 2,8x20 мм и сход с сита с отверстиями размером 2,2*20 мм.

Мелкая — проход через сито с отверстиями размером 2,2x20 мм, сход с сита с отверстиями размером 1,7x20 мм.

Рис. 1. Сортирование зерновой массы на ситах

а - по ширине; б - по толщине; в - движение частиц на ситах

Определение содержания отдельных фракций крупности зерен в партии — необходимое условие для подбора сит и размера ячеек в триерах. Если относительное содержание зерен крупной и средней фракций в зерновой партии составляет 85%, то зерно считают однородным или выравненным по крупности. Проход через сито с отверстиями размером 1,7*20 относят к неполноценным зернам.

В зерноочистительных машинах в основном применяют пробивные металлические (рис. 2) и реже металлотканые сита. Пробивные штампованные сита изготавливают из оцинкованной листовой стали толщиной 0,5-1,5 мм. Отверстия в них имеют круглую, прямоугольную и реже треугольную форму.

Сита с круглыми отверстиями характеризуются диаметром, а продолговатые отверстия длиной и шириной, например 2,0Х25 мм. Рабочим размером отверстий являются: дня круглых отверстий — диаметр, для продолговатых — ширина, для треугольных — сторона правильного треугольника. Номер сита характеризуется величиной рабочего размера отверстия умноженной на десять. Например, сито с круглыми отверстиями диаметром 4,5 мм будет иметь № 45.

Рис. 2. Плоские пробивные сита зерноочистительных машин

а - с круглыми отверстиями; б - с овальными диагональными отверстиями; в - с овально- удлиненными отверстиями; г - с параллельно-овальными отверстиями

Размеры отверстий сит стандартизированы.

Длину прямоугольных отверстий выбирают в зависимости от ширины.

Прямоугольные отверстия на сите, как правило, располагаются рядами, а круглые — в шахматном порядке. При шахматном расположении отверстий, по сравнению с рядовым, коэффициент живого сечения увеличивается на 16%. Кроме того, можно получить более равномерную прочность сита, так как расстояния между отверстиями одинаковые по всем направлениям. При размещении отверстий рядами есть вероятность, что отдельные частички зерна, продвигаясь по ситу, не попадут в отверстия.

В зерноочистительных машинах сита устанавливают наклонно под углом 3-17 град. Это значительно меньше угла, при котором продукт двигался бы по ситу под действием силы тяжести. Поэтому, чтобы зерно двигалось по ситу, ему сообщают возвратно-поступательное или круговое поступательное движение.

В сепараторах с возвратно-поступательным движением используют сита с продолговатыми отверстиями, ориентированными по направлению колебаний, а в сепараторах с круговым поступательным движением — сита с отверстиями, ориентированными во взаимно перпендикулярных направлениях.

На ситах толщина слоя зерна, начиная от места поступления, постепенно уменьшается. Установлено, что чем толще на сите слой зерна, тем хуже на нем отделяются примеси. Поэтому размеры отверстий в таких ситах неодинаковы: вначале расположены сита с большим, а в конце — с меньшим диаметром отверстий.

Номер сита устанавливают в зависимости от размера отверстия, который подбирают, исходя из формы и размеров очищаемого зерна и отделяемых примесей. В зерновых сепараторах, применяемых для разделения зерновой массы на фракции и очистки зерна, рекомендуется устанавливать четыре ряда сит с размером отверстий (мм): приемное сито —диаметр 14-16, сортировочное — диаметр 6-8, разгрузочное — диаметр 4-6, подсевное сито — 1,7x20 мм (для пшеницы).

Технологическую эффективность работы сепараторов определяют по количеству сорной примеси, содержащейся в зерне до и после машины. Крупные примеси должны быть выделены полностью, мелкие — до 90%, легкие примеси — до 80%. На технологическую эффективность работы сепараторов оказывает влияние количество и характер примесей в зерновой массе, правильный подбор сит, равномерное распределение зерна по ширине сит, наклон сит и их очистка, нагрузка на машину и др.

Очистка зерновой массы от примесей, отличающихся длиной. В зерновой массе присутствуют примеси, которые имеют одинаковые с зерном ширину и толщину, но отличаются от него длиной. К ним относят короткие зерна (куколь, полевой горошек, гречиху, битое зерно) и зерна с большей длиной, чем основное зерно (овес, овсюг, ячмень). Очистка зерна на ситах от указанных примесей не дает высокого эффекта их отделения.

Для этого вида сепарирования (сепарирования по длине) применяют триеры (рис. 3). Короткие примеси выделяют в куколеотборочных, а длинные — в овсюгоотборочных машинах. Триеры по конструктивному исполнению основных рабочих органов подразделяют на две группы: цилиндрические и дисковые. Наиболее широкое применение на мини-мельницах получили цилиндрические триеры.

Дисковые триеры выпускают однороторные, они имеют большую производительность при меньших габаритных размерах и снабжены контрольными дисками. По технологической схеме вначале устанавливают куколеотборочные машины, а затем — овсюгоотборочные. Показателем эффективности работы триеров служит степень выделения коротких и длинных примесей. Очистку считают эффективной, если из зерновой массы выделено не менее 70% примесей. На эффективность очистки (сепарирование) оказывают влияние следующие основные факторы: степень засоренности зерновой массы, удельная нагрузка на ячеистую поверхность триера, скорость движения дисков, форма и размер ячеек. Например, при увеличении частоты вращения дисков возрастает производительность машин, однако ухудшаются условия выпадения из ячеек коротких фракций, что приводит к снижению эффективности. Удельная нагрузка оказывает обратное влияние на эффективность сепарирования.

Рис. 3. Схема сепарирования по длине:

1 - короткие частицы; 2 - длинные частицы; 3 - ковш; 4, 5 - шнек; 6 - смесь продукта; 7 - корпус машины

Очистка зерновой массы от примесей, отличающихся аэродинамическими свойствами. Для удаления из зерновой массы легких примесей используют машины с регулируемым потоком воздуха. К основным машинам относят воздушные сепараторы: аспираторы, аспирационные колонки, пневмосепарирующие машины и др.

Пневматические сепараторы (пневмосепараторы) применяют для отсадки основного продукта (зерна) из пневматической сети и отделения воздушным потоком примесей, отличающихся от зерна основной культуры аэродинамическими свойствами. К таким примесям относятся цветочные пленки, части стеблей и колосьев, полова, семена сорных растений, щуплые зерна основной культуры, пыль, лузга, сечка и т.д.

Пневматические сепараторы можно подразделить на две группы с разомкнутым циклом воздуха и с замкнутым циклом воздуха.

К первой группе относятся аспирационные колонки, широко применяющиеся на мукомольных заводах, и пневмосепараторы для мельниц с пневматическим транспортом. Последние изготовляют с относоотделительной камерой и без нее. Ко второй группе относятся, главным образом, аспираторы с двукратной продувкой, используемые в зерноочистительных отделениях мельничных и крупяных предприятий.

Основными параметрами пневматического сепаратора, обеспечивающими эффективность очистки зерна и четкость сепарирования, являются удельная зерновая нагрузка, размеры пневмосепарирующего канала, скорость воздушного потока и потери давления в сепараторе. Под четкостью сепарирования понимается количество нормального зерна в отходах, выраженное в процентах от количества отходов. Содержание нормального зерна в отходах не должно превышать 2%.

Эффективность работы машин зависит, главным образом, от того, насколько различаются аэродинамические свойства отделяемых частиц и основной массы зерна.

Аэродинамические свойства определяют способность частиц сопротивляться воздушному потоку и зависят от формы, размера и массы частиц, состояния поверхности и др. Зерно очищают в вертикальном восходящем и реже в горизонтальном потоке воздуха,

В вертикальном восходящем воздушном потоке на каждое зерно и примесь действуют силы тяжести G, сила сопротивления Р, равная подъемной силе воздушного потока. Легкие частицы, у которых Р больше G, уносятся воздушным потоком, а тяжелое зерно, у которого G больше Р, падает вниз. Если P=G, зерно находится во взвешенном состоянии (состояние витания). Скорость воздуха, соответствующую этому состоянию, называют скоростью витания. Различие скоростей витания компонентов смеси служит показателем возможности их разделения. Чем больше разница между значениями скоростей витания компонентов, тем лучше может быть разделена сепарируемая смесь.

Эффективность очистки зерна воздушным потоком оценивают по количеству примесей, выделенных из зерна. Основными параметрами, обеспечивающими эффективность очистки зерна и четкость сепарирования, служат удельная зерновая нагрузка, скорость воздушного потока, степень засоренности смеси и др.

Очистка зерновой массы от трудноотделимых примесей. В зерновой массе встречаются такие примеси, как галька, крупный песок, осколки стекла и др., которые называют минеральными. Если эти примеси по геометрическим размерам не отличаются от зерен основной культуры, то их относят к трудноотделимым.

Для выделения минеральных примесей применяют камнеотделительные машины. В основу процесса очистки зерна от минеральных примесей в камнеотделительных машинах положено различие плотности зерна и минеральных примесей, а также различие их коэффициентов трения. При обработке зерновой массы на рабочих органах происходит самосортирование: в нижние слои перемещаются частицы с большей плотностью (минеральная примесь), а в верхние — с меньшей (зерно).

Камнеотделительные машины, в зависимости от конструкции рабочего органа, подразделяют на три группы: с коническими рабочими поверхностями; с сетчатыми плоскими поверхностями; с сетчатыми поверхностями и поддувом воздуха, который интенсифицирует процесс самосортирования, а следовательно, разделение зерна и минеральных примесей. Машины первых двух групп имеют круговое поступательное движение рабочих органов, а третьей — возвратно-поступательное.

Эффективность работы машин определяют так же, как и эффективность работы зерноочистительных сепараторов, т.е. по содержанию минеральных примесей до и после очистки, она должна составлять не менее 96-99%.

Очистка зерна от металломагнитных примесей. В зерновой массе, как и в другом сырье, поступающем на зерноперерабатывающие предприятия, а также в готовой продукции могут быть металломагнитные примеси, весьма разнообразные по размерам, форме и происхождению: случайно попавшие мелкие металлические предметы, частицы износа рабочих органов машин и др.

Необходимость их выделения диктуется требованиями стандарта на их содержание в готовой продукции, так как они способны вызвать тяжелые травматические повреждения пищеварительных органов человека, животных, птицы. Крупные примеси, попадая в машины, могут разрушить их рабочие органы или образовать искры с последующим взрывом и пожаром. Поэтому в технологических процессах мукомольных заводов очистка сырья, промежуточных и конечных продуктов от металломагнитных примесей считается обязательной операцией.

Для выделения металломагнитных примесей применяют магнитные колонки и электромагнитные сепараторы, в которых в качестве разделяющего признака используют магнитные свойства компонентов. В магнитных колонках силовое магнитное поле создают постоянные магниты, в электромагнитных сепараторах — электромагниты.

Установка магнитной защиты на зерноперерабатывающих предприятиях регламентирована нормами в соответствии с Правилами организации и ведения технологического процесса. Например, на мукомольных заводах ее устанавливают перед всеми машинами с вращающимися рабочими органами: обоечными, щеточными машинами, вальцовыми станками, а также на контроле готовой продукции.

Эффективность магнитной сепарации оценивают по степени выделения металломагнитной примеси. На эффективность влияют равномерность распределения продукта по магнитному полю аппарата, скорость движения и толщина слоя продукта (толщина слоя для мучнистых продуктов не должна превышать 7 мм и 10 мм для зерна), способ очистки магнитов.

Обработка поверхности зерна. Зерно, очищенное от примесей, нуждается в дополнительной обработке, так как содержит на своей поверхности большое количество пыли, а также комочки грязи, значительное количество микроорганизмов. Для обработки верхних покровов зерна применяют три типа обоечных машин. Использование этих машин для сухой обработки зерна позволяет частично удалить бородку, зародыш, верхние оболочки зерна. На мукомольных заводах применяют обоечные машины: с абразивным цилиндром (наждачные, так называемые жесткие), со стальным (мягкие) и с цилиндром из стальной граненой сетки (рис. 4).

Рис. 4. Схема обоечной машины

1 - приемный патрубок; 2 - предохранительная решетка; 3 - плоскоременный шкив; 4 - пропелеобразные бичи; 5 - стальной цилиндр; 6 - корпус подшипника; 7 - вал; 8 - выводной патрубок

Машины с абразивным цилиндром применяют, как правило, при предварительной подготовке зерна для интенсивного воздействия на него; машины со стальным (сетчатым) цилиндром — на последующих этапах подготовки для менее интенсивного воздействия на зерно, что приводит к снижению количества битого зерна. По расположению основного рабочего органа различают машины с вертикальной и горизонтальной осями вращения.

Технологическую эффективность очистки поверхности зерна в обоечных и щеточных машинах оценивают снижением зольности зерна и увеличением количества битых зерен.

Установлены следующие нормы показателей эффективности: снижение зольности зерна за один проход (не менее) 0,03-0,05% - у обоечных машин с абразивным цилиндром, 0,01-0,03% — для машин со стальным цилиндром и с цилиндром из стальной граненной сетки, увеличение битых зерен (не более) соответственно 1-2 и 1%.

На технологическую эффективность оказывают влияние следующие факторы: технологические свойства зерна (стекловидность, влажность, прочность и др.), параметры основных рабочих органов машины (окружная скорость барабана, характеристика рабочей поверхности, зазор и т.д.), удельная зерновая нагрузка на машину, выражаемая в кг/м2-час