Технологическое моделирование процесса ценробежно-роторной гомогенизации помольных партиий смесей зерна пшеницы

На основе многочисленных исследований и промышленной апробации установлена целесообразность использования в помоле однородных смесей типов зерна, состоящих из  двух – трех типов [4,6]. Однако техника и технология элеваторов не позволяют эффективно выполнить эту задачу. Причиной исследования процесса гомогенизации в технологии производства гомогенных помольных партий и смесей являются также большие колебания основных параметров качества зерна, получаемых при формировании помольных партий и смесей на заготовительном и мельничном элеваторах [5].
 
В современных условиях проблема усложнилась тем, что на элеваторы поступают партии разнокачественного зерна малых объемов. В результате в одном силосе оказывается зерно с разным технологическим потенциалом. При поступлении разнородных партий зерна на мукомольный завод требуется перенастройка режимов его технологических процессов. Вследствие вышеназванных причин снижаются общий выход муки и выход муки высшего сорта [2,4,7]. Необходимо усреднять качество зерна в силосах больших объемов (500 тонн). Такой процесс на элеваторах отсутствует. Нет технологических решений и технических средств для его реализации.

Одним из основных процессов гомогенизации помольных партий и смесей, является процесс смешивания зерновой массы до однородного состояния. Анализ монографий и публикаций, посвященных исследованию гомогенизации сыпучих материалов, показывает, что исследование процесса находится на уровне накопления экспериментальных данных и осмысления основных его закономерностей. В настоящее время нет единого взгляда на суть процесса,  нет обоснованной методики проведения экспе-римента и единых критериев в оценке однородности смесей.

С целью исследования процесса гомогенизации многокомпонентных помольных партий и смесей зерна пшеницы был создан стенд для моделирования процесса центробежно-роторной гомогенизации (рис. 1). Наличие раздельных бункеров 2 дает возможность использовать компоненты будущей смеси, отличающихся по своим свойствам, а регулируемые заслонки 3 позволяют изменять соотношение компонентов в смеси. Подводящие каналы осуществляют раздельную подачу компонентов во входной патрубок экспериментальной установки 1. Продукт, проходя цикл обработки на экспериментальной установке, приобретает свойства гомогенной зерновой смеси, после чего, через выходной патрубок, поступает в емкости для отбора проб и дальнейшей обработки.
 

Рис. 1. Схема лабораторной установки: 1-экспериментальная установка для гомогенизации зерновой массы (ГЗ-1); 2-бункера; 3-заслонка регулировки подачи компонентов; 4-вибрационный лоток; 5-емкости для сбора продукта.
Устройство работает следующим образом. Зерно поступает в машину с тангенциальным подводом и подхватывается гонками ротора, которые увлекают его во вращательное движение. Под действием центробежных сил зерно заполняет рабочую камеру машины, перемещаясь одновременно в радиальном и осевом направлениях. В установившемся движении происходит кольцевое послойное движение зерна в зазоре между гонками ротора и внутренней поверхностью рабочей камеры. Одновременно кольцевые слои перемещаются под действием гонков в осевом направлении от входного к выходному патрубку машины.

Компоненты были взяты из разных партий зерна мягкой пшеницы. Для распознавания компонентов в смеси, один из них (ключевой) был окрашен в иной цвет, при этом свойства окрашенного зерна не изменились. Компоненты разместили в два бункера, после чего непрерывно выпускали зерно с соотношением 1:19 через подводящие каналы в экспериментальную установку. После обработки в устройстве оценивали эффективность процесса гомогенизации. Среднюю пробу для анализа отбирали методом квартования.  Для этого зерно распределяли слоем по листу фанеры,  разделяли поверхность на 16 квадратов, и отбирали зерно одинакового объема из каждого квадрата. На каждом из этапов гомогенизации отбиралось по 50 проб зерна. При анализах смеси определяли концентрацию хi ключевого компонента.

В современной практике мукомольной и комбикормовой промышленности наибольшее распространение в качестве критерия оценки качества смеси получил коэффициент неоднородности (вариации) Vс:
 
 
 
где   – среднее арифметическое значение концентрации ключевого компонента в пробах %; хi  – значение концентрации ключевого компонента в i-ой пробе; n – число проб [1,3].
 Из графика зависимости коэффициента вариации от количества этапов гомогенизации (рис. 2) видно, что центробежно-роторная гомогенизация является эффективным процессом для получения помольных партий и смесей зерна с высокой степенью однородности.
 
 

Рис. 2. График зависимости коэффициента вариации от этапов гомогенизации.
 
 
Проведение нескольких последовательных этапов гомогенизации позволило установить значимость изменений коэффициента вариации в зависимости от времени обработки зерна в гомогенизаторе, что послужит основой для изучения оптимальных параметров процесса и устройства в дальнейших исследованиях.

Удовлетворительные результаты моделирования центробежно-роторной гомогенизации помольных партий и смесей зерна пшеницы позволяют вести дальнейшие работы по созданию типоразмерного ряда роторных центробежных смесителей зерна производительностью 0,1 – 350 т/час.
 

---