Шелушение белого люпина на машинах малой производительности

Многие регионы России с точки зрения урожайности и выхода белка с гектара заинтересованы в выращивании и переработке белого люпина низкоалкалоидных сортов. При этом ряд потребителей предпочитают использовать зерно люпина без оболочки, которая составляет до 20% его массы и содержит в основном труднопереваримую клетчатку. Технологическую операцию по удалению таких оболочек принято называть шелушением. Степень шелушения люпина в кормопроизводстве во многом определяет качество готового продукта, его усвояемость животными и птицей.

Для этих целей в крупном производстве применяется серийно выпускаемое оборудование: например, шелушители вальцовые или дисковые (типа постова) ШИЗ-0,5 конструкции ГНУ ВНИИЗ. Они обеспечивают производительность более 300 кг/ч, что зачастую нецелесообразно для использования в фермерских и личных подсобных хозяйствах. Разработка машин малой производительности (менее 300 кг/ч) для эффективного удаления оболочки семян люпина белого позволяет приблизить первичную переработку к потребителю белкового продукта или к производителю зерна, обеспечить снижение потерь сырья, сохранить его ценные свойства.

Опыт производства крупы из ряда зерновых и зернобобовых культур, а также результаты экспериментов позволяют предложить для шелушения люпина дробильно-крупоотделяющие машины ДКМ 1м и ДКМ-2м, разработанные специалистами ООО «Агропродмаш» (рис. 1). Технические характеристики этих машин представлены в табл. 1. ДКМ-1м и ДКМ-2м оснащены встроенными прямоточными пневмоклассификаторами, поэтому не нуждаются в дополнительном оборудовании для разделения продуктов шелушения. Оболочка и мелкие фракции (относы) накапливаются в циклоне, а крупные части ядра (крупка) – в специальной емкости.

Таблица 1. Технические характеристики дробильно-крупоотделяющих машин ДКМ
 

Параметры	ДКМ-1м	ДКМ-2м
Производительность по пшеничной крупе №2 и №3 при выравненности 82%, кг/ч	110	220
Установленная мощность, кВт привод ротора привод вентилятора	3,0 0,37	5,5 0,37
Габаритные размеры, мм длина ширина высота	110 90 140	125 120 140
Масса, не более, кг	75	90

 
 Для оценки возможностей указанных машин использовалось зерно белого люпина сорта Дега (рис. 2). Характеристика зерен: (усредненные геометрические параметры) ширина по большей стороне прямоугольника – 9,42 мм, по меньшей – 8,94 мм, наибольшая диагональ – 10,52 мм, толщина – 4,71 мм, максимальная толщина – 5,1 мм, количество зерен толщиной 4,0-4,5 мм – 33,3%, толщиной 4,6-5,1 – 66,7%. Объем зерен изменялся от 300 до 505 мм3; наименьшее количество составили зерна с объемом 400-450 мм3 (11,1%) и 500-550 мм3 (5,5%).

Для шелушения устанавливают ситовой барабан с отверстиями диаметром от 3,0 до 9,0 мм, в зависимости от необходимой фракции измельчения. В нашем случае на ДКМ-2м использовались сита с отверстиями диаметром 7 и 9 мм. Фракционный состав (в долях) продуктов дробления целого люпина относительно общей массы представлен в табл. 2.

Таблица 2. Фракционный состав продуктов дробления (сход) в ДКМ-2м
 

Диаметр отверстий сит барабана, мм		Диаметр отверстий решет, мм
		Дно	1,0	2,0	2,5	4,0
7		0,042	0,021	0,042	0,201	0,694
9		0,017	0,023	0,023	0,142	0,795

С увеличением диаметра отверстий ситового барабана увеличивается количество крупных частиц ядра с крупной оболочкой, а количество мелких частиц снижается (проход сита 2 мм – поддон). Если при измельчении в барабане с отверстиями диаметром 7 мм такой массы было 6,3%, то в массе, полученной в барабане с отверстиями 9 мм, ее стало 4%. Причем с увеличением диаметра отверстий увеличивается производительность машины по крупе без оболочки. Например, при установке барабана с ситами с отверстиями диаметром от 3 до 9 мм производительность ДКМ-2м изменялась соответственно от 150 до 300 кг/ч. При определении фракционного состава установлено, что каждая выделенная фракция наряду с ядром имеет некоторое количество оболочки. И чем мельче фракция, тем труднее визуально обнаружить в ней частицы оболочки.

Определенную техническую сложность вызывает и разделение таких фракций на составляющие: ядросодержащие и оболочку. Затруднительно выделение оболочки из фракций, прошедших через сито с отверстиями диаметром 2,0 мм, а также некоторого количества мелких частиц из его сходовой фракции. В связи с этим в машинах типа ДКМ предусмотрена возможность направлять мелкие ядросодержащие частицы (проход 2,0 мм – сход 2,0 мм) в бункер-накопитель или в циклон в виде относа. Поворотом заслонки, установленной на входе вентилятора, можно регулировать расход воздуха в пневмоканале, что позволяет увеличивать или уменьшать общее количество относов, содержание ядра в них и, следовательно, оболочек в шелушеном продукте.

Следует учесть, что перед шелушением люпина методом удара (ситовой барабан с отверстиями диаметром 9 мм) целесообразно из общей массы выделить зерно размером по меньшей стороне прямоугольника менее 8-9 мм. Это снижает количество недорушенного и целого зерна без оболочки в шелушеной массе.

Как отмечалось выше, машины этого класса оснащены встроенными прямоточными пневмоклассификаторами, то есть они не нуждаются в дополнительном оборудовании для разделения продуктов шелушения. При этом оболочка и мелкие фракции накапливаются в циклоне, а крупные части ядра поступают в накопительную емкость. На рис. 3 показана крупная калиброванная ядросодержащая фракция (проход сита 3,0 мм – сход с сита 2,0 мм) измельченного целого люпина без оболочки и мелких фракций.

Стандарт на дробленую калиброванную люпиновую крупу не разработан, но такая фракция соответствует совмещенным номерам ячневой крупы – №2 и №3 с выравненностью 80-82%. Выход крупки практически без оболочки и мучки за один проход составляет 69-72%.

В циклоне накапливается продукт, состоящий из крупной и мелкой оболочки, частиц ядра, крупки и мучки. Причем количество вынесенных частиц ядра размером меньше 2,0 мм во многом определяется расходом воздуха встроенного пневмоклассификатора: с увеличением расхода воздуха вначале уносятся легкие фракции, затем крупная оболочка с частицами ядра. Дальнейшее увеличение расхода воздуха (более 4,5 м/с) может привести к выносу в циклон крупных частиц люпина вместе с оболочкой. Следует отметить, что производительность вентилятора позволяет установить циклон на высоте до 2 м, а под ним – бункер для накопления относов и последующего их удаления.

Центробежные шелушители, широко применяемые при обработке овса, могут также эффективно использоваться и для шелушения люпина белого.
Скорость движения зерна в каналах центробежного шелушителя, а с ней и сила воздействия на зерно зависят от окружной скорости вращения ротора. Для обоснования оптимальных конструктивных параметров и технологических режимов работы машины, способствующих разделению ядра люпина на семядоли и отслоению оболочки при ударе о деку, проводились экспериментальные исследования. После пропуска целого зерна люпина через ротор макета центробежного шелушителя обработанный продукт просеивали на сите с отверстиями диаметром 4,0 мм. На нем осталась фракция (95%) в виде частиц ядра, семядолей и крупной оболочки. Проход через это сито составил 5%, в том числе 2,7% крупные частицы ядра и оболочки (проход 4,0 мм – сход 2,0 мм), 2,3% крупка с частичками оболочки и мучка. Предварительное фракционное разделение продукта на ситах позволяет при необходимости выделить из каждой фракции оболочку, а из прохода через сито 1,0 мм получить на сите №38 люпиновую муку без оболочки.

При очередном экспериментальном шелушении люпина белого на макете центробежного шелушителя со специальными разгонными каналами и пневмоклассификатором и разборе содержимого навески было установлено: количество целых семядолей без оболочки составляет 79,4%, крупной оболочки, расколотой по толщине зерна, – 15,6%, дробленого зерна с четвертинками без оболочки – 3,61%, мелкой фракции сколов семядолей с частицами оболочки – 1,39%. Причем от удара торцом о препятствие оболочка растрескивалась в основном по толщине. От удара семядоли отслаивались от оболочки и оставались целыми без царапин с глянцевой поверхностью. Без разгонных каналов некоторые зерна люпина на выходе центробежного шелушителя ударялись плашмя, поэтому в общей массе, наряду с семядолями без оболочки, у отдельных зерновок оболочка частично надкалывалась в месте утолщения, а ядра без оболочки оставались целыми и не разделялись на семядоли. С увеличением окружной скорости ротора недоруш уменьшался, но увеличивалось количество измельченного ядра и переизмельченной оболочки.

Качество шелушения во многом зависит от конструкции центробежного шелушителя (разгонных каналов ротора), режимов его работы, влажности люпина и др. Процесс шелушения зерна принято оценивать коэффициентом технологической эффективности, представляющим собой произведение двух коэффициентов – шелушения и целости ядра. Коэффициент шелушения показывает количество зерна, которое удалось ошелушить в процессе шелушения (в процентах), а коэффициент целости ядра показывает долю целых ошелушеных зерен в массе продуктов шелушения, образовавшихся после шелушения (в долях единиц). Однако целью шелушения люпина не всегда является получение целого ядра с удаленной оболочкой, поэтому критерий технологический эффективности не может в полной мере оценить процесс шелушения люпина.

На практике оценка качества шелушения люпина проводится технологом экспериментально по количеству недоруша и переизмельченного ядра и не привязывается к способу шелушения и типу шелушильного оборудования. Так, на лабораторном шелушителе ВНИИЗ с ротором (диском) диаметром 200 мм и числом оборотов 6000 об/мин (линейная скорость на периферии ротора — 63 м/с) были получены продукты шелушения, подработка которых по схеме «отсеивание мучки проходом через сито 1 мм – отвеивание оболочки в пневмосепараторе при скорости воздуха 7,5 м/с» дала следующие результаты: проход сита 1 мм (предварительное отсеивание мучки) – 9%, оболочки (после отвеивания) – 16%, ядра в виде крупки – 75%. На рис. 3 показан общий вид этих продуктов. Видно, что в крупке оболочек нет, а в оболочках много мучки. Мучка представляет собой смесь мелкого ядра и измельченных оболочек.
Фракционный состав шелушеного дробленого ядра (крупки) представлен в таблице 3. Отметим, что доля мучнистой фракции (проход 1 мм) мала, поскольку она была ранее отсеяна и отвеяна. Очевидно, что с ростом периферийной скорости диска, следовательно, и скорости удара доля мелкой фракции возрастет.

Таблица 3. Фракционный состав крупки (сход относительно массы крупки)
 

Частота вращения ротора (диска), об/мин	Диаметр отверстий решет, мм
	Дно	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0
6000	0,002	0,029	0,153	0,205	0,275	0,336

Применение автономных шелушителей люпина небольшой производительности, в которых реализован метод удара, способствует обеспечению фермерских и личных подсобных хозяйств компонентами комбикормов, а в перспективе и поставке шелушеного ядра на предприятия пищевой промышленности для производства высокобелковых продуктов глубокой переработки. При этом основной задачей технолога и оператора, обслуживающих данный вид машин, является организация ведения процесса шелушения таким образом, чтобы в готовом продукте не оставалось оболочки, а в относах было минимальное количество частиц ядра. Перспективным представляется создание машины на базе центробежного шелушителя при его агрегатировании с пневмосепаратором.


 

---