Vereshchynskyi O.P. – dyrektor generalny OLIS LLC (Odesa), doktor nauk technicznych.
W imieniu własnym i OLIS chciałbym powitać Państwa na międzynarodowej konferencji „Mąka i zboża: surowce, rynek, technologie”. Niewątpliwie forum to jest jednym z najbardziej oczekiwanych i ważnych wydarzeń dla wszystkich pracujących w branży przetwórstwa zbóż. Mamy nadzieję, że wymiana poglądów i informacji podczas tej konferencji pozwoli nam wszystkim znaleźć nowe pomysły na rozwój naszej działalności.
Jest absolutnie jasne, że w najbliższej przyszłości ukraiński przemysł przetwórstwa zbożowego będzie się aktywnie rozwijał, a większość firm stanie przed wyzwaniem przebudowy istniejących zakładów produkcyjnych i budowy nowych. Na tej sali znajdują się właściciele, menedżerowie i specjaliści, którzy będą musieli rozwiązać te problemy. To wasze decyzje zadecydują o sukcesie waszych firm i całej branży. Wybór technologii i sprzętu zadecyduje o tym, kiedy Wasza firma będzie pracować dla Was, a nie spłacać kredyty bankowe i finansować czyjś rozwój.
W mojej prezentacji przedstawię naszą wizję obecnego stanu i trendów w technologiach produkcji mąki, a także metody opracowane i wdrożone przez naszą firmę w celu poprawy ich wydajności. Mam nadzieję, że przedstawione informacje pomogą Państwu znaleźć rozwiązania, które będą najbardziej efektywne dla Państwa firm w obecnym środowisku biznesowym.
Jak wiadomo, przemiał pszenicy dzieli się na przemiał o rozwiniętej i zredukowanej strukturze w zależności od rozwoju struktury. Przemiał z zaawansowanymi strukturami obejmuje przetwarzanie ziarna przy użyciu maksymalnego zakresu wyposażenia technicznego. Takie młyny są stosowane głównie w młynach o dużej wydajności. Charakteryzują się one wysokimi kosztami budowy i eksploatacji. Konstrukcje zredukowane są zwykle stosowane w mniejszych młynach, w których procesy produkcyjne są w mniejszym lub większym stopniu ograniczone. Młyny te charakteryzują się zatem niższymi kosztami konfiguracji i eksploatacji. Uważa się, że młyny o rozwiniętej strukturze zapewniają maksymalną wydajność i jakość mąki, podczas gdy młyny o zredukowanej strukturze mają nie do pokonania problemy z niską wydajnością i jakością.
W tradycyjnych technologiach, główne różnice strukturalne pomiędzy przemiałami są wykrywane głównie na etapie mielenia ziarna, podczas gdy na etapie przygotowania takie różnice nie zawsze są znaczące. Niemniej jednak, w nowoczesnych warunkach biznesowych, wiele wcześniej powszechnie stosowanych operacji przygotowania ziarna straciło na znaczeniu. Na przykład selekcja niewielkiej frakcji ziarna jest rzadko stosowana, ponieważ pociąga za sobą nieodwracalne straty cennych surowców. Mycie i obróbka powierzchni ziarna na mokro są już rzadko stosowane ze względu na problemy środowiskowe związane ze zużyciem wody i dostępnością skutecznych metod czyszczenia „na sucho”. Ze względu na wysokie koszty energii, metody kondycjonowania na gorąco również nie są stosowane. Dlatego obecnie, nawet w zaawansowanych konstrukcjach, przygotowanie ziarna obejmuje czyszczenie za pomocą separatorów sitowo-powietrznych, tryprów, separatorów kamieni, koncentratorów lub kombinatorów, czyszczenie powierzchni za pomocą maszyn tapicerskich i wielostopniowe kondycjonowanie na zimno.
W zaawansowanych strukturach mielenie ziarna opiera się na następującej zasadzie. Ziarno jest wstępnie mielone wyłącznie w celu wytworzenia produktów pośrednich, tj. cząstek większych niż mąka. Produkty pośrednie są następnie oddzielane według jakości, a mąka jest mielona oddzielnie. Wzbogacone produkty o wysokiej zawartości bielma wytwarzają wysokiej jakości strumienie mąki, które są wykorzystywane do produkcji mąki wysokiej jakości. Zubożone produkty o wysokiej zawartości łuski wytwarzają strumienie mąki o niższej jakości, które powinny być wykorzystywane do produkcji mąki niższej jakości. Zobaczmy, jak to działa w praktyce.
Rys. 1 przedstawia uproszczony schemat blokowy młyna z kompletnym wyposażeniem o wydajności 250 ton dziennie. Dane pokazują, że około 32% mąki premium można wyprodukować ze strumieni mąki pochodzących z mielenia produktów wzbogaconych. Pomimo wysokiej jakości takiej mąki, jest to zbyt mało, aby zaspokoić zapotrzebowanie rynku na mąkę premium. Dlatego w każdym młynie obowiązkowe jest dodanie 20%, 30% lub więcej mąki uzyskanej z mielenia półproduktów o wysokiej zawartości łuski, a nawet z procesu łamania do strumieni takiej mąki, aby zwiększyć wydajność mąki premium do 50%, 60% lub więcej. Jakość takich strumieni mąki jest znacznie gorsza i charakteryzuje się wartościami popiołu powyżej 0,58%, tj. wartościami, które są znacznie wyższe niż maksymalna dopuszczalna wartość dla mąki wysokiej jakości. Tym samym, wbrew logice i zdrowemu rozsądkowi przytoczonemu wcześniej, na etapie klasyfikacji mąki mieszane są ze sobą strumienie mąki sztucznie ulepszonej i proporcjonalnie sztucznie pogorszonej. Jakie wnioski można z tego wyciągnąć?
Rysunek 2 przedstawia wykresy skumulowanej zawartości popiołu w mące w stosunku do wydajności mąki. Wykres 1 opiera się na bilansie mielenia młyna wykorzystującego kompletne wyposażenie o wydajności 250 ton dziennie. Analiza bilansu mielenia pokazuje, że uzyskany strumień mąki może być wykorzystany do produkcji, na przykład, 60% mąki premium o zawartości popiołu 0,52%, 7% mąki pierwszego gatunku o zawartości popiołu 0,75% i 9% mąki drugiego gatunku o zawartości popiołu 1,25%. Punkty te zostały naniesione na wykres. Oczywiste jest, że wraz ze spadkiem stopnia wzbogacenia produktów pośrednich i ich ilości, rzeczywisty przemiał można scharakteryzować krzywą 2. W tym przypadku spadek jakości mąki uzyskanej z przemiału produktów wzbogaconych o niższej jakości jest kompensowany przez wzrost jakości mąki uzyskanej z przemiału produktów zubożonych o wyższej jakości. Jednocześnie można stwierdzić, że proces produkcji mąki w przypadku krzywej 2 może być przeprowadzony przy mniejszym zużyciu energii elektrycznej i powietrza, a flota urządzeń wymagana do jego realizacji będzie mniejsza niż w przypadku krzywej 1. Wykres 3 przedstawia idealny proces produkcji mąki o wcześniej określonej wydajności i jakości z punktu widzenia efektywności ekonomicznej. Oczywiście taki idealny proces nie może być zrealizowany w praktyce, ale każde podejście do krzywej 4 oznacza, że młyn będzie początkowo tańszy, a następnie bardziej wydajny.
W ten sposób wyraźnie wykazano, że dalszy rozwój mielenia gatunków jest niewątpliwie związany z redukcją ich struktur.
Młyny o rozwiniętej strukturze były aktywnie wprowadzane w czasach Związku Radzieckiego, tj. w erze taniej energii i niedoborów żywności. W tym czasie większość zbiorów pszenicy nie miała wysokiej jakości przemiału, ale taka pszenica musiała być również wykorzystywana do produkcji wysokiej jakości mąki najwyższej klasy. W tym samym czasie w kraju brakowało jakiegokolwiek rodzaju mąki, a główne operacje mielenia w tamtym czasie polegały na mieleniu trzystopniowym z wydajnością premium nieco ponad 30%, ale z najwyższą możliwą ogólną wydajnością dzięki mące drugiej klasy. Dziś warunki pracy uległy zmianie, a Ty znasz te warunki. W kosztach mąki zasoby energetyczne są na drugim miejscu po surowcach, podczas gdy mąka wysokiej jakości jest podstawą sprzedaży, a mąka drugiej klasy jest mało poszukiwana. Istniejące młyny o wydajności 250 i 500 ton dziennie, a także inne młyny zbudowane na ich podobieństwo, są dobrymi młynami, ale zostały zaprojektowane dla innych warunków biznesowych i spełniły swoje zadanie. Takie młyny już dawno stały się przestarzałe i wymagają przebudowy, nawet jeśli ich wyposażenie jest w dobrym stanie fizycznym. Co więcej, młyny z zaawansowanymi strukturami mielącymi nie są dziś warte budowy.
Z reguły redukcja struktur zgodnie z tradycyjnym podejściem obejmuje wzbogacanie tylko dużych produktów pośrednich i bardziej intensywne procesy mielenia, rozdrabniania i mielenia. Praktyka pokazuje, że pewna redukcja struktury przemiału przy użyciu tych metod nie powoduje tak naprawdę spadku wydajności i jakości mąki (rysunek 2). Jednak dalsze przejście w kierunku krótkich struktur mielenia, w których mielenie odbywa się bez wzbogacania, procesy mielenia są przeprowadzane najintensywniej, a nawet niektóre operacje przygotowawcze podlegają redukcji, co z konieczności wiąże się z utratą jakości i wydajności mąki. Takie mielenie ilustruje krzywa 4 na rysunku 2.
Jednocześnie wiadomo, że całe ziarno jest naturalną strukturą o mocnej elipsoidalnej ramie, która jest wzmocniona przez najsilniejszą anatomiczną część ziarna – łuskę. Po przyłożeniu sił zewnętrznych kadłub zachowuje się jak struktura monolityczna. Wiadomo również, że odporność na pękanie całego ziarna jako złożonej struktury jest wyższa niż bielma. Dlatego też, aby zmielić ziarno, konieczne jest przyłożenie większej siły niż jest to wymagane do zmielenia bielma. Prowadzi to do zwiększenia zużycia energii do mielenia, zmniejszenia ilości i jakości produktów zbożowych oraz ryzyka tworzenia się małych cząstek łuski i przedostawania się ich do mąki. Mielenie ziarna razem z łuskami, co jest typowe dla tradycyjnego podejścia, jest sprzeczne z jedną z głównych zasad mielenia pszenicy, sformułowaną w połowie ubiegłego wieku – zasadą konsekwentnego uwalniania bielma z łusek.
Uwolnienie ziarna z łuski, a następnie zmielenie go jest oczywistym i nie nowym pomysłem. Próby obłuskiwania ziarna żyta i pszenicy przed przemiałem są znane w praktyce międzynarodowej i krajowej. Jednak do niedawna procesy obłuskiwania nie były uważane za skuteczną praktyczną metodę poprawy wydajności przemiału. Po pierwsze, właściwości technologiczne obłuskiwania ziarna nie zostały odpowiednio zbadane. Po drugie, nie istniało rozsądne zrozumienie odpowiedniej struktury i trybów przetwarzania ziarna za pomocą operacji obłuskiwania. Po trzecie, nie było maszyn zdolnych do wdrożenia operacji obłuskiwania w technologiach mielenia. Po czwarte, skuteczność takich technologii została udowodniona w praktyce. Niemniej jednak, w wyniku wdrożenia jednej z linii biznesowych OLIS, z powodzeniem rozwiązaliśmy wszystkie powyższe problemy.
Badania wykazały (Rys. 3), że oczyszczanie powierzchni ziaren poprzez obłuskiwanie znacznie przewyższa efektywność obróbki w maszynach tapicerskich, gdyż polega na usuwaniu niepożądanych wtrąceń z całej masy oddzielonych łusek.
Ponadto (rysunek 4) obłuskiwaniu towarzyszy usuwanie większości rodzajów zanieczyszczeń z masy ziarna. Skuteczność takiego czyszczenia przewyższa skuteczność czyszczenia sitowo-powietrznego, ponieważ zapewnia również selekcję zanieczyszczeń trudnych do oddzielenia.
Nawilżanie ziarna łuskanego (Rys. 5) zwiększa jego wilgotność o ponad 3,0% w porównaniu do ziarna niełuskanego, a szybkość przenikania wilgoci do bielma ziarna łuskanego jest kilkakrotnie wyższa niż w przypadku ziarna niełuskanego.
W ten sposób (rys. 6) obłuskiwanie ziarna znacznie zmniejsza liczbę stosowanych operacji czyszczenia, a także pozwala na kondycjonowanie większości partii pszenicy krajowej w jednym etapie, przy jednoczesnym skróceniu czasu przekierowania o 25-50%. Jednocześnie, w zimnych okresach roku, udowodniono celowość stosowania podgrzewania ziarna do temperatur powyżej 15 stopni, aby zapewnić skuteczność kondycjonowania.
Jednocześnie (rys. 7) obróbka ziarna pszenicy o wskaźnikach obłuski powyżej 3-4% prowadzi do gwałtownego spadku żywotności ziarna i aktywnego rozwoju grzybów pleśniowych na jego powierzchni w warunkach wysokiej wilgotności. Dlatego obłuskiwanie ziarna przed etapem kondycjonowania powinno być przeprowadzane przy wskaźniku obłuskiwania nie większym niż 3%.
Podczas mielenia obłuszczonego ziarna (rys. 8) jakość półproduktów znacznie się poprawia, a wydajność gruboziarnistego zboża wzrasta. Stwierdzono, że odpowiednie wartości wskaźnika obłuskiwania wynoszą 6-8%.
Energochłonność wstępnego mielenia ziarna łuskanego (rysunek 9) jest odwrotnie proporcjonalna do wskaźnika łuszczenia i jest średnio o 30-50% niższa niż w przypadku ziarna niełuskanego.
Ustalono, że cały proces formowania zbóż podczas przetwarzania łusek ziarna może być skutecznie realizowany w dwóch lub nawet jednym systemie odwadniania. Uzyskane produkty pośrednie mogą być skutecznie wzbogacane na systemach sitowych i umożliwiają intensywne tryby mielenia z tworzeniem wysokiej jakości ekstraktów mąki. Wyniki badań maszyn udarowych do intensyfikacji procesów mielenia wykazały skuteczność stosowania demembratorów zarówno w układach do mielenia produktów wzbogaconych, jak i w układach do mielenia łusek. Stwierdzono, że energochłonność ekstrakcji mąki przy użyciu dysembratorów jest 2,7 razy niższa niż przy użyciu młynów walcowych.
Tak więc (rys. 10), wstępne przygotowanie ziarna za pomocą łuszczenia może znacznie zmniejszyć strukturę jego przetwarzania poprzez intensyfikację procesów mielenia z wymaganymi wynikami pod względem jakości i wydajności mąki. Jednocześnie całkowite oszczędności energii poprzez zmniejszenie liczby operacji technologicznych i transportowych na etapach przygotowania i mielenia ziarna przewyższają zużycie energii w procesach obłuskiwania.
Dla nowo projektowanych młynów o różnej wydajności opracowaliśmy schematy technologiczne i tryby krótkich struktur mielących. Dla istniejących kompletnych młynów wykorzystujących powtarzalny sprzęt opracowaliśmy opcje ich rekonstrukcji w najbardziej istotnych obszarach przemysłu z wykorzystaniem krótkich struktur mielących.
Praktyczne wdrożenie powyższych technologii wymagało stworzenia i udoskonalenia szeregu maszyn technologicznych (rys. 11). Na przykład opracowano serię maszyn o różnej wydajności typu MAO do obłuskiwania suchego ziarna o wskaźnikach obłuskiwania do 3%. Do obłuskiwania kondycjonowanego ziarna o wskaźniku obłuskiwania 6-8% opracowano serię maszyn o różnych wydajnościach konstrukcji KASKAD. Charakterystyczną cechą tych maszyn jest przetwarzanie ziarna przy minimalnej utracie bielma, a także możliwość pracy w automatycznych trybach młyna.
Przedstawione technologie zostały z powodzeniem wdrożone w ponad 20 młynach o różnej wydajności (rys. 12). Praktyka pokazuje, że efekt ekonomiczny proponowanych technologii zapewnia maksymalny możliwy poziom wykorzystania ziarna w młynach o dowolnej wydajności, 10-15% zmniejszenie energochłonności przetwarzania w porównaniu z konwencjonalną produkcją, 20-25% wzrost wydajności zrekonstruowanych młynów oraz 1,3-1,7-krotne zmniejszenie nakładów inwestycyjnych na tworzenie nowych.
Nasze młyny agregatowe OPTIMATIC-M o wydajności 30 ton dziennie zostały zaprojektowane bez użycia wzbogacania sit. Jednak przy przetwarzaniu ziarna w warunkach zbliżonych do podstawowych, są one w stanie konsekwentnie produkować przemiał dwugatunkowy z wydajnością 60% mąki wysokiej jakości (59-60% bieli) i średnio 12% mąki pierwszego gatunku (42-43% bieli), a także przemiał jednogatunkowy z wydajnością średnio 70% mąki wysokiej jakości (58-59% bieli). W razie potrzeby można wybrać dodatkowe 1-2% mąki drugiego gatunku. Jednocześnie zużycie energii elektrycznej wynosi około 65 kW na tonę przetworzonego ziarna. Latem 2014 r. jeden z tych młynów zainstalowany w Shakhty w obwodzie rostowskim musiał przetwarzać nienormalnie suche (9,0% wilgotności) i wysoce szkliste (70% zawartości szklistości) ziarno. Niemniej jednak zastosowanie procesów obłuskiwania umożliwiło nawilżenie takiego ziarna do 16,5% wilgotności w jednym etapie i skuteczne przekierowanie go w ciągu 12 godzin.
Wyniki naszych zrekonstruowanych i nowo wybudowanych młynów o wydajności od 60 do 120 ton dziennie obejmują nieco wyższy odzysk dużych półproduktów. Na przykład jeden z młynów w regionie Kijowa o wydajności 100 ton dziennie produkuje głównie mąkę jednogatunkową z 74-75% wydajnością mąki wysokiej jakości. Młyn w obwodzie winnickim, również o wydajności 100 ton dziennie, sprzedaje dwugatunkowy przemiał z 65% premią i 11% wydajnością pierwszego gatunku.
Kilka młynów o wydajności 30 i 60 ton dziennie od dłuższego czasu korzysta z podgrzewacza ziarna naszej konstrukcji, który wykorzystuje gorącą wodę jako czynnik grzewczy. Woda jest z kolei podgrzewana do temperatury 60 stopni za pomocą grzałek elektrycznych. Podczas pracy podgrzewacza ziarna nie zaobserwowano spadku jakości i wydajności mąki w zimnych okresach roku. Jednocześnie zużycie energii elektrycznej do ogrzewania ziarna wynosi około 10 kW/t.
Obecnie ponad 50% mocy produkcyjnych młynów jest niewykorzystanych, a moce te są reprezentowane głównie przez młyny o rozwiniętej strukturze i powtarzalnym wyposażeniu, które jest w zadowalającym stanie fizycznym. Dlatego chciałbym skupić się na pracy wykonanej we współpracy z Centrum Naukowo-Technicznym „Projektowanie i technologia kompleksu rolno-przemysłowego” Narodowego Uniwersytetu Technologii Żywności (kierownicy: doktor nauk technicznych Dmytruk E.A. i kandydat nauk technicznych Ilchuk V.B.). W 2013 r. ten młyn o wydajności 270 ton dziennie przeszedł rekonstrukcję, której głównym celem było zwiększenie wydajności i zmniejszenie zużycia energii przy minimalnej ilości przeróbek. Aby zrealizować to zadanie, wykorzystaliśmy jedną z wcześniej opracowanych metod redukcji złożonych struktur młynów o dużej wydajności. Po kondycjonowaniu ziarno jest poddawane frakcjonowaniu, łuszczeniu drobnej frakcji i spłaszczaniu całego strumienia przed podaniem do pierwszego systemu suszenia. Jak wiadomo, jakość glutenu w drobnej frakcji ziarna jest identyczna jak w innych frakcjach, a jego zawartość przekracza nawet ilość w całym strumieniu. Jednak frakcja drobnoziarnista zawiera więcej łuski i jest to również frakcja, która zawiera najwięcej zanieczyszczeń. Opisana metoda umożliwia obłuskiwanie frakcji drobnoziarnistej w celu znacznej poprawy właściwości przemiałowych całego strumienia, a spłaszczanie w celu zwiększenia wydajności formowania kaszy i zmniejszenia obciążenia procesu mielenia. Przygotowanie ziarna umożliwiło maksymalne wykorzystanie intensywnych metod mielenia, w tym powszechne stosowanie demembratorów, co z kolei wymagało odpowiednich trybów mielenia, redystrybucji linii walców i powierzchni przesiewania. Dzięki zmniejszeniu struktury mielenia, wydajność młyna wzrosła z 270 do 330 ton dziennie, tj. o 22%, a zużycie energii spadło o 15%, tj. do 75-80 kWh na tonę. Po przebudowie młyn konsekwentnie produkuje dwugatunkowy przemiał z 65% wydajnością premium i 11% wydajnością pierwszej klasy. Po dokonaniu oceny wyników, właściciele firmy, menedżerowie i specjaliści postanowili zbudować nowy młyn, którego rozwiązania technologiczne będą oparte na tych przetestowanych podczas rekonstrukcji. Zaprojektowaliśmy taki młyn o wydajności 350 ton dziennie. Na dzień dzisiejszy instalacja została zakończona i trwają prace przedrozruchowe.
Chciałbym zwrócić się do obecnych na sali przedstawicieli branży przetwórstwa zbożowego z prośbą o bliższe przyjrzenie się krajowym technologiom mącznym i zbożowym – mamy Państwu coś do zaoferowania. Ponadto dziś niektóre urządzenia produkowane w Ukrainie są nie tylko konkurencyjne pod względem technicznym, ale także 2-2,5 razy tańsze niż urządzenia tureckie i 4-5 razy tańsze niż urządzenia europejskie. Nadszedł czas, aby zmienić narzuconą nam ideę, że wszystko, co mają, jest dobre, a wszystko, co mamy, jest złe, i działać mądrze, zgodnie ze starym ukraińskim powiedzeniem: „Ucz się od innych, ale nie unikaj swoich”.
