Дробление зерна


Подработка толстокожурного зерна. Шлифовка, удаление оболочки

Процесс мокрого дробления зерна

Процесс сухого дробления зерна

Механическое диспергирование крахмала дало возможность разработать новый метод получения спирта без разваривания

Механическое диспергирование целлюлозы

Опыт эксплуатации безрешетных дробилок

Осахаривание диспергированного крахмал содержащего сырья

Диспергирование сырья с водой на коллоидных и вибрационных мельницах

Технико-экономическое обоснование ТЭО диспергирования крахмалсодержащего сырья взамен разваривания под давлением

Снижение потерь при непрерывном разваривании зернового замеса и осахаривании для приготовления спиртовой бражки.

Схема Гидродинамической обработка замеса в производстве спирта из зерна.

 

Главная страница сайта / Механическое диспергирование крахмала

 

Механическое диспергирование крахмала дало возможность разработать новый метод получения спирта без разваривания крахмала.

 

Исследованиями, выполненными Липатовым и Шульманом, было установлено, что крахмал, подвергнутый глубокому диспергированию на шаровой вибрационной мельнице, приобретает способность растворяться на холоду (обычный крахмал в холодной воде не растворяется) и активно взаимодействовать с амилазой солода без предварительного разваривания и клейстеризации. Это дало возможность разработать новый метод получения спирта без разваривания крахмала и экономить огромное количество тепловой энергии.

Наиболее ясно изменения в структуре диспергированного крахмала могут быть обнаружены методом определения вязкости. Измерения вязкости 1%-ных растворов картофельного крахмала, диспергированного в сухом состоянии, проведенные в вискозиметре Оствальда при 25°, дали следующие результаты.

 

Время диспергировапия в минутах

0

3      

6

9

15

Удельная вязкость  

4,1   

1,7  

0,7  

0,5    

0,49

 

Для растворов диспергированного крахмала характерно постоянство отношения ηs / С  (где ηs — удельная вязкость, С — концентра­ция) в широком интервале концентраций, тогда как для растворов клейстеризованного нативного крахмала этого не наблюдается.

Пользуясь уравнением Куна и определив молекулярный вес крахмала осмотическим методом, были вычислены короткая и длинная оси молекул. Оказалось, что короткая ось частиц остается практически неизменной, а длинная ось уменьшается в 2 раза.

 

 

Вид крахмала 

Молекулярный вес

в / а

а  · 10

в  · 10

Нативный

170000

47

19,75

925

Диспергированный

65000

21

19,30

405

 

Эти результаты говорят о том, что диспергирование крахмала является следствием главным образом дезагрегации его сложно построенных частиц.

Микроскопические, а затем и рентгенографические исследования показали, что 3—4 часа механического диспергирования приводят к полному разрушению структуры крахмала (рис. 1).

 

 

 

Рентгенограммы нативного и механически диспергированного крахмала


Рисунок. 1.     Рентгенограммы нативного а       и      диспергированного  б   крахмала.

 

 

Добавление NaСl (поваренной соли) способствует сильному снижению вязкости клейстеризованного крахмала и почти не влияет на изменение вязкости растворов диспергированного крахмала.

 

Время диспергирования в минутах

0

3

6

9

    ηs

4,1

1,7

0,7

0,5

    η в присутствии NaCl

1,60

1,0

0,59

0,5

 

Таким образом, можно предположить, что золи диспергированного крахмала имеют иную структуру, чем золи нативного крахмала, и что электролиты воздействуют главным образом на те связи цепей крахмала, которые разрушаются при механическом диспергировании.   

Независимость теплоты растворения предельно диспергированного крахмала от температуры может быть объяснена преодолением межмолекулярных сил взаимодействия между макромолекулами крахмала при диспергировании либо одновременным распа­дом агрегатов и изменением их формы. Не исключено, что механи­ческое диспергирование приводит также к разрушению мостичных эфирных связей и образованию свободных радикалов, однако в наших условиях это изменения обратимые.

Действительно, путем нагревания диспергированного крахмала в парах воды при 100° его удается вернуть практически в исходное состояние. Таким образом, аморфное строение крахмала не является равновесным.

Следует отметить, что, несмотря на то, что молекулярный вес диспергированного крахмала примерно вдвое меньше нативного, медные числа крахмалов одинаковы, т. е. можно предположить практически полную сохранность кислородных мостиков макромолекулы крахмала. Это дало возможность разработать новый метод получения спирта без разваривания крахмала.

Было установлено, что диспергирование крахмалсодержащего сырья позволяет осахаривать его без предварительного разваривания, причем выход спирта из такого сырья на 5—7 %, выше, чем из разваренного сырья, вследствие отсутствия потерь, неизбежных при разваривании, а также благодаря тому, что в результате диспергирования необрушенных злаков из диспергированной гемицеллюлозы оболочек злаков образуется некоторое количество сбраживающих веществ.

Сказанное выше подтверждается следующими данными.

 

Сырье

Выход спирта

В % от теоретического

В декалитрах из 1 т крахмала

Диспергированный обрушенный овес

85,45

61,5

Диспергированный необрушенный овес

89,8

64,5

Диспергированный необрушенный овес и ячмень

96,00

69,0

Разваренный необрушенный овес (контроль)

84,73

60,09

 

 

 

 

Кавитационный способ тонкого измельчения крахмалсодержащего сырья.

 

К ударному способу измельчения относится также кавитационный. Он основан на многократном резком перепаде давления жидкости, сопровождающей продукт. При понижении давления происходит вскипание и образование пузырьков; при его повышении они лопаются с возникновением гидравлических ударов.

Измельчение кавитацией осуществляется в три этапа. Вначале, когда лопаются полусферические кавитационные пузырьки, образуется кумулятивная струйка, создающая на поверхности продукта микроизьяны (рис. 5.18) [40,47].

Струйка воздействует на продукт с давлением Р = 8 108-1010 Па. В дальнейшем пузырек воздействует на измельчаемый материал посредством расклинивающей силы Бьеркнесса, которая расширяет полученные на предыдущем этапе микроизьяны и природные царапины до полного разрушения частицы на две и более части.

 

Схема действия кавитационных пузырьков по разрушению частицы твердого тела

 

Рис. 5.18. Схема действия кавитационных пузырьков по разрушению частицы твердого тела

 

        Под воздействием ударных волн, возникающих при схлопывании кавитационного пузырька, в жидкости образуются импульсы давления Р = 3*107 Па и происходит последующее измельчение продукта.

Кавитационный эффект в жидкости может быть создан различными способами. Самый распространенный и нежелательный эффект кавитации возникает в центробежных насосах при разрыве струи в разгонной проточной их части. Этот принцип и был использован в дальнейшем для конструирования кавитационных мельниц и диспергаторов, которые получили широкое распространение в пищевой индустрии. Однако при тонком измельчении мучных суспензий диспергаторами такого типа не обеспечивается полное отделение белковых частиц от зерен крахмала.

В последние годы для тонкого измельчения пшеничномучных суспензий стали широко применяться насосы высокого давления с гомогенизирующей головкой (рис. 5.19).

 

Принцип работы гомогенизатора заключается в следующем: мучная суспензия прокачивается через вибрирующий клапан с перепадом давления до 15 МПа; при этом образующиеся и захлопывающиеся в щели клапана кавитационные пузырьки воздействуют на крупные частицы муки, разрывают их и высвобождают зерна крахмала.

Впервые гомогенизатор для тонкого измельчения кукурузной кашки применили Р.Меизег и Н.Низ1ег. При этом гомогенизация кукурузной кашки осуществлялась в четыре стадии. Оценка качества измельчения после каждой из них проводилась по изменению размера частиц и содержанию крахмала в мезге [80].

Характер разрушения клетчатки   гомогенизирующей головкой (80): отражен на микрофотографиях, где отчетливо видны пустые клетки, из которых высвобождены зерна крахмала. Размеры частиц кукурузной кашки после гомогенизатора уменьшаются во всех фракциях более чем в два раза при полном отсутствии частиц более 500 мкм .

 

разрушения клетчатки насосом с гомогенизирующей головкой

 

После первой стадии гомогенизации основную долю составляют частицы размерами 160-500 мкм, а после двух стадий - 63-160 мкм.

Основное преимущество гомогенизатора состояло не только н дополнительном высвобождении крахмальных зерен из клетчатки, но также в отделении их от белковых частиц и снижении вязкости кукурузной кашки, которая становится разделяемой. В табл. 5.4 наглядно отражены результат осаждения крахмала в кукурузной кашки после гомогенизации, полученные на лабораторной центрифуге.

Таблица 5.4 Разделение кукурузной кашки - до и после Гомогенизации

 

ОТ АВТОРА

Первые систематические исследования в области механохимии крахмала были начаты нами под руководством действительного члена Академии наук БССР проф. С. М. Липатова на основе совместно проведенных работ по изучению структуры крахмала и механизма его клейстеризации.

В результате этих исследований было установлено, что крахмал, подвергнутый механическому диспергированию на шаровой коллоидной мельнице, приобретает способность растворяться на холоде и активно взаимодействовать с амилазой солода без предварительного разваривания и клейстеризации.

При переработке диспергированного крахмалсодержащего сырья (толстопленчатого зерна) увеличивается выход спирта за счет исключения потерь сбраживаемых веществ, неизбежных при разваривании крахмалсодержащего сырья, а также за счет сбраживания некоторой части диспергированных оболочек злаков.

В монографии приведены результаты исследования оптимальных условий диспергирования и рассматриваются физико-химические свойства нативного и диспергированного крахмала, их растворов и крахмалсодержащего сырья;

  • представлены принципиальные технологические схемы сбраживания диспергированного крахмалсодержащего сырья;

  • показана возможность и целесообразность применения диспергирования целлюлозосодержащих и перспективы использования диспергированного крахмала в других отраслях промышленности;

  • на основе литературного и экспериментального материала развиваются теоретические основы процесса механического диспергирования и клейстеризации крахмала;

  • обобщен полученный нами материал по физико-химическим свойствам диспергированного крахмала, крахмал- и целлюлозосодержащего сырья; дана теория механической клейстеризации крахмала и изложены результаты исследований по получению спирта без разваривания сырья. Автор надеется, что публикуемая работа будет способствовать совершенствованию технологии производства спирта, а также дальнейшему развитию исследований в области механохимии крахмала и применению диспергированного крахмала в ряде отраслей пищевой, легкой и гидролизной промышленности.

.

  

 

 

Принципиальная технологическая схема получения спирта без разваривания крахмалсодержащего сырья путем его диспергирования

На основании изложенного могут быть предложены следующие варианты технологической схемы получения спирта без разваривания сырья.

 

 

Диспергирование исходного зернового сырья на шаровых или вибрационных мельницах

Толстопленчатое необрушенное зерно поступает по транспортеру-элеватору в бункер и из него через автоматические весы в непрерывно действующую шаровую или вибрационную мельницу.

С целью уменьшения расхода электроэнергии на диспергирование зерно перед поступлением на шаровую или вибрационную мельницу грубо измельчается на жерновой, валковой или молотковой дробилке.

Двухстадийное измельчение может сократить время диспергирования на шаровой мельнице овса до 5 часов вместо 7,5 , а ячменя до 2,5 часов вместо 4—4,5.

Ранее нами указывалось, что средний расход электроэнергии для диспергирования толстопленчатого зерна на шаровой или вибрационной мельнице лежит в пределах 250—260 кВт-ч на 1 тонну сырья, что соответствует 8 кВт-ч на 1 дал спирта.

В приведенном ниже предварительном технико-экономическом обосновании расчеты сделаны без учета возможного уменьшения расхода электроэнергии на двухстадийное диспергирование и подсушивание зерна до 7% влажности.

Из выпускаемых в настоящее время вибрационных мельниц могут быть использованы вибромельницы типа М-400 с электромотором мощностью 28 кВт.

В приведенном выше экспериментальном материале было показано, что средняя производительность диспергирования зерна на вибромельнице М-200 (электромотор мощностью 14 квт) составляет 70 кг/час. Применение вибромельницы М-400 позволит диспергировать не менее 140 кг зерна в час, или 2800 кг за сутки.

При производительности спиртового завода 1000 дал спирта в сутки потребуется диспергировать в среднем 30 тонн зерна, для чего потребуется 11 —12 вибромельниц М-400 или 5—6 мельниц М-1000. Общая потребляемая мощность вибромельниц составит 300—340 кВт (в момент пуска 500—600 кВт).

Предварительное измельчение зерна на жерновых или других мельницах позволит сократить расход электроэнергии на диспергирование не менее чем на 15—20%.

Сопоставляя работу шаровых и вибрационных мельниц, необходимо указать, что для измельчения большого количества материала, в данном случае для диспергирования зерна, предпочтение следует отдать шаровым мельницам, широко применяемым на обогатительных фабриках, а также в цементной и других отраслях промышленности.

Как указывает Канторович [123], производительность шаровых мельниц зависит от очень многих факторов и не поддается аналитическому определению.

Автор приводит данные, показывающие, что при тонкости помола продукта 2% производительность составляет 15 кг/час на 1 кВт мощности, а при тонкости 16% (на сите 4900)—31 кг, т. е. почти вдвое больше.

На производительности шаровой мельницы сказывается число ее оборотов, конструкция, характер и размеры измельчаемого материала, его влажность и физические свойства.

Ранее нами показано, что число оборотов шаровой мельницы, используемой для диспергирования толстопленчатых злаков, отвечает уравнению

n = 38/√ D , что несколько превышает оптимальную величину, необходимую для измельчения твердых материалов.

Необходимо указать, что указанное соотношение было установлено при работе с мельницей диаметром 0,4 м.

Так как приведенное выше эмпирическое уравнение справедливо для мельниц, диаметр барабана которых не более 1,7 метра, а при большем значении диаметра барабана число оборотов, определяемое по данному уравнению, следует уменьшить на 1—2, то, по всей вероятности, данное уменьшение числа оборотов следует принять во внимание при определении скорости вращения шаровой мельницы, используемой для диспергирования злаков.

Оптимальным коэффициентом заполнения мельницы шарами (или стержнями) вместе с измельчаемым продуктом следует считать φ = 0,4 - 0,45.

Для диспергирования крахмалсодержащего сырья могут найти применение шаровые мельницы, изготовляемые Уралмашзаводом, характеристика которых приведена в табл. 1, взятой из книги Д. И. Беренова «Дробилки, мельницы, питатели».

Таблица 1

Характеристика мельниц Уралмашзавода

Размеры мельниц| в мм Число оборотов в минуту Критическое число оборотов в минуту

Мощность в л. с.

Объем шаровой загрузки в % от общего объема Вес мельницы в т
D L потребляемая установочная
2700 3600 21 26 ' 480 520 45 70
2100 3000 24 30 230 260 45 38
1800 3000 26 32 150 170 45 30
3200 3100 18 24,5 750 800 50 104
2700 2100 21 26, 0' 340 365 50 48
2100 1500 24 30 . 135 170 45 28
1800 1500 26 32 95 110 45 20

 

Поступление зерна, предварительно измельченного на вальцовой или другой дробилке, должно регулироваться специальной заслонкой.

Для получения необходимой степени дисперсности крахмалсодержащее сырье подвергают диспергированию в течение оптимального времени (различного для каждого вида сырья), что достигается непрерывным возвратом сырья по шнеку и элеватору в шаровую мельницу (через полую цапфу).

Общий вид шаровой мельницы СМ-15 с полыми цапфами для входа и выхода продукта представлен на рис. 1.Шаровая мельница

Рис. 1. Шаровая мельница СМ-15.

По достижении необходимой степени дисперсности (после предварительного измельчения злаков на вальцовой или другой дробилке) и влажности 13—14% продолжительность диспергирования должна составить для овса — 5 часов, для ячменя — 2,3 часа. Диспергируемое сырье поступает в осахариватель, где смешивается с водой и солодом при 58° в течение 30 минут, после чего охлаждается до температуры складки и направляется в бродильные чаны.

Осахаривание диспергированного сырья может быть непрерывным по мере его поступления. Остальные процессы протекают по принятой технологической схеме.

На рис. 2 представлена технологическая схема получения спирта из диспергированного крахиалсодержащего сырья.

Схема предусматривает как сухое диспергирование сырья — с применением циклона (1а) и без него (1в), так и диспергирование вместе с водой (с использованием гидроклассификатора).

 

 

Рис. 2. Принципиальная схема получения спирта без разваривания сырья: 1, 2— транспортеры; 3 — бункер; 4 — автоматические весы; 5 — дозатор сырья; 6 — молотковая или вальцовая дробилка; 7— бункер-дозатор; 8—вибрационная или коллоидная мельница; 9 — устройство для нагнетания измельченного сырья в циклон; 10 — циклон; 11 — гидроклассификатор; 12 - промежуточный сборник; 13 — шнек; 14 — сборник-дозатор; 15 — осахариватели; 16 — центробежный насос; 17 — чан для зеленого солода; 18 — дрожжанки; 19 —бродильные чаны; 20 — весы для зеленого солода; 21 — вибромельница (для солода); 22 — дозатор воды.

 

На данной схеме приведено также диспергирование зеленого солода, которое может быть осуществлено и независимо от диспергирования крахмалсодержащего сырья.

 

Литература Lit1.JPG, Lit2.JPG, Lit3.JPG, Lit4.JPG, Lit5.JPG, Lit6.JPG, Lin7.JPG

Назад, на главную страницу

 

                    

 

 

 

Последовательное механическое диспергирование и гомогенизация крахмала на нескольких коллоидных мельницах - диспергаторах позволяет разработать новый метод получения спирта без разваривания

 

Механическое измельчение и гомогенизация крахмала на шаровой мельнице дало возможность разработать новый метод получения спирта без разваривания

 

Hosted by uCoz