Гранулометрический состав продуктов размола

Гранулометрические характеристики всех видов продуктов мукомольного производства играют исключительную роль на всех этапах технологического процесса, определяя параметры рабочих органов и режим работы технологического оборудования. Сырьё, промежуточные продукты и готовая продукция в зерноперерабатывающей промышленности характеризуются отличительным признаком – сыпучестью, которая определяется в первую очередь размерами и формой частиц.

Более того, от размера частиц зависит содержание эндосперма в продуктах размола зерна.

Размер частицы произвольной формы, а все виды частиц, получаемых при размоле зерна, таковыми и являются, определяют с помощью метода анализа, который подразделяют на прямой (ситовой и микроскопический) и косвенный [1].
В исследовании [3] было показано, что расчётный средневзвешенный размер, полученный ситовым методом, не совпадал с размером, полученным микроскопическим методом:

• I др.с. сито – 712 мкм, микроскоп –1198 мкм;
• II др.с. сито – 266 мкм, микроскоп – 581 мкм.

Такое расхождение объясняется формой частиц, характеризуемой коэффициентом вытянутости Кв, который представляет собой отношение длины к ширине. Для I  др.с. Кв =1,6, для II др.с. – Кв =1,7. Однако коэффициент корреляции размерных характеристик частиц, полученных разными методами, составлял: для I др.с. – 0,99; для II др.с. – 0,73; для 1 р.с. – 0,88.

При анализе дисперсности различных продуктов микроскопическим методом, кроме размера, также определены коэффициенты вытянутости частицы Кв и её гладкости Кг (отношение фактического периметра частицы к периметру круга равной площади).

Установление закономерности распределения частиц по размерам является основой для создания детерминированной модели размола зерна. В наших исследованиях были применены только прямые методы определения размера – ситовой и микроскопический, что обеспечило объективность оценки распределения частиц по размерам. Для представления результатов исследования в одном масштабе использована относительная размерная характеристика частиц продукта размола.

Относительной размерной характеристикой служит отношение истинного (для применяемого способа измерения)размера к медиане конкретного распределения, или отношение размера отверстий исследуемого сита Xi к размеру отверстий сита Хсв, проход которого составляет 50% массы продукта (X_i / X_св).
Согласно исследованиям Г.С. Ходакова, такой способ (однопараме-трический) описания дисперсности основан на том, что медиана является главным параметром, объективно характеризующим крупность любого материала, поэтому в качестве параметра дисперсного состава выбран средневзвешенный размер Хсв.

В качестве примера использованы результаты ситового метода анализа (проход сита, %) продуктов размола II др.с, полученные И.Е. Мамбишем и А.А. Рыбкиным при различных режимах измельчения (варианты 1-5).

Данные табл.1 графически представлены на рис.1, откуда видно, что кривые распределения прохода сит идентичны при различных режимах измельчения.
Рассчитав отношение (Xi / Xсв) для каждого режима, можно представить результат исследования гранулометрического состава в виде графика зависимости И = f (Xi / Xсв).
Данные рис. 2 свидетельствуют о том, что гранулометрический состав продуктов размола может быть описан одним нелинейным уравнением, характеризующим образование новых частиц при разрушении зерна или другого продукта при различных режимах измельчения.

Ситовой анализ гранулометрического состава продуктов размола для различных этапов технологического процесса размола зерна показан на рис. 3 [2].

Таким образом, можно сделать заключение об общности процесса образования частиц на разных этапах размола зерна. Используя полином второго порядка в качестве уравнения аппроксимации, были построены в виде номограммы графики изменения гранулометрического состава при различных режимах измельчения. Параметры процесса соответствуют рекомендациям Правил организации и ведения технологического процесса на мукомольных заводах.

Каждая из кривых на рис. 4 представляет собой изменение гранулометрического состава конкретного продукта. Например, режиму измельчения в точке 7 (проход сита 850 мкм достигает 50%) соответствует распределение размеров по линии А-Б. Применительно к данному распределению можно определить проход сита 430 мкм, который составит 31% (точка 2). Как показала практика, составление теоретического баланса помола существенно упрощается при использовании рис. 4.

Следует отметить, что в диапазоне значений (Xi / Xсв) от 0,2 до 1,2 с достоверностью выше 0,9 гранулометрический состав может быть описан линейной функцией Иi = а+bХi. Иными словами, в производственных условиях вполне достаточно применить линейную интерполяцию при подборе сит в рассеве или при коррекции режима измельчения, используя известное соотношение

(И₁-И_i) / (И₁-И₂) = (X₁-X_i) / (X₁-X₂)
где И – проход сита; х – размер отверстий в ситах 1 и 2.
Анализ зависимости значений коэффициентов линейного уравнения гранулометрического состава продуктов размола от параметров процесса измельчения показал их различную степень влияния. Наиболее существенное влияние оказывают межвальцовый зазор, плотность нарезки рифлей и отношение окружных скоростей, а скорость вращения вальцов влияет в меньшей степени.

Коэффициент а линейного уравнения характеризует, в известном смысле, содержание самой тонкой фракции. Коэффициент b характеризует скорость изменения прохода сита при увеличении размеров отверстий сита. Согласно гипотезе Андреазена, для идеального процесса а = 0; b = 0,5 (50%). Для большинства систем при параметрах, соответствующих Правилам организации и ведения технологического процесса на мукомольных заводах, значения коэффициентов действительно приближаются к указанным, а их сумма а + b = 50.

Если продукт измельчения рассматривать как двухкомпонентную смесь, состоящую из эндосперма и оболочек, то при линейном характере зависимости массы прохода от размера отверстий сита долю извлечённого эндосперма можно описать степенной функцией И_э= а(X_i / X_св)^в, а долю оболочек – показательной функцией И_об = ехр[a+b(X_i / X_св)], где a и b – эмпирические коэффициенты.

Исследование гранулометрических характеристик муки, проведённое И.Б. Урлаповой [4], показало, что размеры и форма частиц муки, безусловно, влияют на качество хлеба. Автором выявлены закономерности формирования таких показателей, как средневзвешенный размер частиц и форма (вытянутость и гладкость), показано, что ситовой метод оценки дисперсности муки неэффективен, особенно, при анализе муки высшего сорта. Точную и объективную характеристику гранулометрического состава тонкодисперсных продуктов можно получить с помощью микроскопического метода при достаточном объёме измерений (порядка 6000 частиц) в течение не более 10 мин.

Наилучшими хлебопекарными свойствами обладает мука, дисперсный состав которой характеризуется фракцией 80-120 мкм в количестве не менее 60%. Исследованием установлено, что формирование крупности муки, прежде всего, связано с твердозёрностью зерна.

Интегральные кривые гранулометрического состава, изображённые на рис. 5, отражают существенное различие распределения частиц по размерам, в зависимости от твердозёрности, что позволяет идентифицировать пшеницу на основании ситового анализа.
Выявлено, что для частиц муки из мягкозёрных сортов характерна более округлая форма, однако, закономерности формирования сорта муки идентичны для мягко- и твёрдозёрных сортов.
Форма частиц промежуточных продуктов существенно влияет на эффективность ситовеечного процесса. Исследуя процесс разделения крупок, получаемых в драном процессе сортового помола пшеницы, К.В. Дрогалин пришел к выводу, что различия по плотности частиц эндосперма и сростков незначительны и не являются фактором, определяющим их делимость. Расхождение аэродинамических свойств частиц крупок и сростков связано в основном с различием их формы.

Согласно результатам микроскопического анализа состава крупок, для сростков характерна вытянутая форма (Кв возрастает на 20-40%), что определяет соответствующее увеличение площади (размера) частиц и существенное изменение их гладкости. Из рис. 6 видно, что края частичек сростков характеризуются большей неровностью, чем частички эндосперма.
В табл. 2 представлены результаты анализа эффективности работы ситовеечной машины при обогащении крупок фракции 1000/560 мкм.
    Из данных табл. 2 прослеживается линейная зависимость зольности от формы частиц, прежде всего, от их гладкости (рис. 7).
Таким образом, зная гранулометрический состав продуктов размола, включая размеры и форму частиц, можно разрабатывать баланс помола, оптимизировать работу технологических машин и в целом грамотно управлять технологическим процессом мукомольного производства.

Литература
1. Коузов, П.А. Основы анализа дисперсного состава промышленных пылей и измельчённых материалов / П.А. Коузов. – Л.: Химия, 1974. – 280 с.
2. Панкратов, Г.Н. Научные основы совершенствования технологии мукомольного производства: дис... доктора техн. наук: 05.18.01: защищена 20.12.2001: утв. 05.04.2002/ Панкратов Георгий Несторович. – М., 2001. –365 с.
3. Панкратов, Г.Н. О возможности использования метода телевизионной микроскопии для оценки гранулометрического состава продуктов размола зерна / Г.Н. Панкратов, В.А. Иванов, СЕ. Табалин // Инф. сб. – М.: Хлебпродинформ, 1997. – Вып. 5. – С. 15-18.
4. Урлапова, И.Б. Влияние гранулометрического состава на качество пшеничной хлебопекарной муки: дис... канд. техн. наук: 05.18.01: защищена 13.05.2004 / Урлапова Ирина Борисовна. – М., 2004. – 235 с.
 
 

---