Vereshchynskyi A.P. Efektywność maszyn do łuszczenia i rozdrabniania „Cascade” w przygotowaniu ziarna pszenicy do rozdrabniania odmianowego

O.P. Vereshchynskyi, kandydat nauk technicznych, dyrektor generalny OLIS LLC (Odessa)

Jedną z metod poprawy przemiału odmian pszenicy jest obłuskiwanie ziarna podczas jego przygotowania do przemiału. Skuteczność tej metody w dużej mierze zależy od technicznej i technologicznej wydajności sprzętu do obłuskiwania

W oparciu o wyniki prac badawczo-rozwojowych przeprowadzonych pod kierownictwem autora niniejszego artykułu powstała konstrukcja maszyny do obłuskiwania i rozdrabniania „Cascade” (patent 97616, Ukraina). Gama modeli tej maszyny o wydajności od 0,3 do 3 ton na godzinę jest produkowana przez OLIS LLC. Maszyny Kaskad zostały wprowadzone do produkcji i przetestowane pod kątem wydajności w Ukrainie i Rosji w ponad 20 młynach o wydajności 15-200 ton dziennie.

Typowym przykładem takiego zastosowania jest praca wykonana w młynie Shevchenkivsky Food Product Plant LLC (region Kijowa).

Do równoległego obłuskiwania kondycjonowanego ziarna użyto dwóch maszyn do obłuskiwania i mielenia „Cascade-3.1”, z których każda wyposażona była w kolumnę aspiracyjną. Po obłuskiwaniu ziarno podawano do walcarki o wydajności I d.p.m. Testy przeprowadzono przy różnej ogólnej wydajności maszyny i przy różnych wskaźnikach obłuskiwania k dla każdej ustawionej wartości wydajności. Analiza badań laboratoryjnych wybranych próbek ziarna pod względem zawartości popiołu, wilgotności, liczby połamanych ziaren i składu frakcyjnego oddzielonych łusek wykazała prawie całkowite podobieństwo wyników uzyskanych przy różnych wydajnościach i tych samych wartościach k. Potwierdzono w ten sposób, że jakość ziarna nie uległa zmianie. W ten sposób potwierdzono, że jakość produktów obłuskiwania podczas przetwarzania w maszynach kaskadowych nie zależy od ich bieżącej wydajności, która jest ustalana przez stopień wypełnienia obszaru roboczego, ale jest określana przez wartość wskaźnika obłuskiwania k.

Tabela 1: Wskaźniki jakości kondycjonowanego ziarna

Wskaźnik	Ziarno siewne	Kondycjonowane ziarno	Ziarno łuskane
			k = 3,5%	k = 5,3%	k = 8,0%
Natura, g/l	799,5	—	—	—	—
Wilgotność, %	11,98	15,8	15,40	15,28	15,17
Witalność, %	35	—	—	—	—
Zawartość popiołu, %	1,52	1,50	1,40	1,32	1,27
Treść, %:
zanieczyszczeń odpadowych	0,20	0,10	0	0	0
zanieczyszczenie ziarna	2,85	3,89	4,17	4,48	4,67
połamane ziarna	2,39	2,83	3,19	3,38	3,62
drobne ziarno (przejście 2.2×20)	5,75	5,47	6,10	6,64	7,40

Analiza danych w tabeli 1 pokazuje, że pomimo niskiej zawartości popiołu w ziarnie wyjściowym, jego spadek w wyniku obłuskiwania przy indeksie 3,5, 5,3 i 8% wynosi odpowiednio 0,1, 0,18 i 0,23%. Wzrost zawartości ziaren połamanych w wyniku obłuskiwania jest nieznaczny i wynosi 0,36-0,79%. Biorąc pod uwagę niską zawartość śmieci w oryginalnym ziarnie, ich obecność nie jest wykrywana po obłuskiwaniu. Niewielki wzrost zawartości zanieczyszczeń ziarna wynika ze wzrostu zawartości ziaren połamanych. Ze względu na zmniejszenie wielkości ziarna w wyniku obłuskiwania, zawartość drobnych ziaren nieznacznie wzrasta.

Tabela 2: Wskaźniki jakości produktów w osłonkach

Wskaźnik	k = 3,5%	k = 5,3%	k = 8,0%
Wilgotność, %	14,19	14,53	14,77
Zawartość popiołu, %	4,20	4,70	4,00

Wraz ze wzrostem wartości wskaźnika obłuskiwania zawartość wilgoci w obłuskanym ziarnie maleje, a w oddzielonych łuskach wzrasta (tabela 2). Rozkład wilgotności między składnikami anatomicznymi ziarna oddzielonego przez obłuskiwanie wskazuje, że w wyniku kondycjonowania wyższa zawartość wilgoci została dostarczona do jego części obwodowych. Jednocześnie zawartość wilgoci w oddzielonych łuskach jest niższa niż w ziarnie obłuskanym, co tłumaczy się suszeniem oddzielonych łusek podczas procesu obłuskiwania.

Przy wskaźniku obłuskiwania wynoszącym 3,5% temperatura przetwarzanego ziarna wzrasta o 5-7 °C, a przy 8% – o 13-15 °C, tj. pod wpływem przepływu powietrza zasysającego w komorze roboczej maszyny i w kolumnie zasysającej następuje intensywne suszenie łusek oddzielonych w postaci małych cząstek. Analiza zawartości popiołu w oddzielonych łuskach (Tabela 2) pokazuje, że przy wskaźniku łuszczenia 3,5% są to głównie owoce. Przy wskaźniku łuszczenia 5,3% oddzielone łuski częściowo zawierają warstwę aleuronową, powodując znaczny wzrost zawartości popiołu w oddzielonym produkcie. Spadek zawartości popiołu w oddzielonym produkcie do 4% przy wskaźniku obłuskiwania 8% tłumaczy się obecnością pewnej ilości bielma w jego składzie. Należy zauważyć, że przy wszystkich ustawionych wartościach wskaźnika obłuskiwania obserwuje się równomierne przetwarzanie poszczególnych ziaren.

Tabela 3: Wydajność maszyn do łuszczenia i rozdrabniania „Cascade-3.1”

Wydajność, tony na godzinę	Pobór mocy, kW
	k = 3,5%	k = 5,3%	k = 8,0%
3.0	26.1	32.1	39.3
2.4	24.8	26.6	32.2
2.0	24.0	25.3	27.4

Analiza danych w tabeli 3 pokazuje, że przy każdej stałej wartości wskaźnika obłuskiwania ilość energii zużywanej przez maszynę Kaskad do przetworzenia jednostki masy ziarna jest proporcjonalna do wskaźnika wykorzystania mocy zainstalowanej. Przykładowo, przy wskaźniku obłuskiwania 3,5% i wydajności 3 i 2 t/h, ilość zużytej energii wyniosła odpowiednio 8,7 i 12 kWh/t, a przy wskaźniku obłuskiwania 8% i tej samej wydajności – odpowiednio 13 i 13,7 kWh/t.

Zależność ta wynika ze znacznego poboru mocy na biegu jałowym maszyn Cascade, który ze względu na wykluczenie strat w przekładni mechanicznej wynikających z zastosowania napędu bezpośredniego maszyn, jest zbliżony do mocy na biegu jałowym ich silników elektrycznych i dla badanych maszyn ogółem wynosi 21,8 kW.

Tabela 4. Moc efektywna maszyn do obłuskiwania i rozdrabniania „Cascade-3.1”

Wydajność, tony na godzinę	Pobór mocy, kW
	k = 3,5%	k = 5,3%	k = 8,0%
3.0	4.3	10.3	17.5
2.4	3.0	5.2	10.4
2.0	2.2	3.5	5.6

Dane w tabeli 4 potwierdzają wcześniej uzyskane wnioski, że zużycie energii na realizację procesów obierania przy stałych wartościach wskaźnika obierania jest proporcjonalne do stopnia wypełnienia obszaru roboczego maszyny do obierania i rozdrabniania. I tak, przy wskaźniku łuszczenia 3,5%, wydajności 3 i 2 t/h, ilość zużytej energii użytecznej wyniosła odpowiednio 1,43 i 1,1 kWh/t, a przy wskaźniku łuszczenia 8% – odpowiednio 5,8 i 2,8 kWh/t.
W celu porównania energochłonności obłuskiwania w różnych trybach warto posłużyć się wartością zużycia energii elektrycznej lub jej składnika użytecznego (energii użytecznej) na jednostkę masy obrabianego ziarna oraz wskaźnikiem obłuskiwania k, czyli konkretnymi wartościami energii. Biorąc pod uwagę dane z tabel 3 i 4, minimalna wartość jednostkowego zużycia energii, określona powyższą metodą, występuje przy k = 8% i wydajności 3 t/h i wynosi 1,64 kWh/(t-%), a maksymalna wartość występuje przy k = 3,5% i wydajności 2 t/h – 3,43 kWh/(t-%).
Wartość specyficznej energii użytecznej przy wskaźniku obłuskiwania 8% i wydajności 3 t/h wynosi 0,73 kWh/(t-%), a przy wskaźniku obłuskiwania 3,5% i wydajności 2 t/h – 0,32 kWh/(t-%).
I.R. Dudarev*, testując prasę ślimakową U1-BShR, przeznaczoną do obłuskiwania wstępnie zwilżonego ziarna pszenicy w celu przygotowania go do przemiału, przy wydajności maszyny 7,2-6,7 t/h, poborze mocy napędu 16-24 kW i wskaźniku obłuskiwania 1-2%, uzyskał jednostkowe zużycie energii użytecznej równe 1,72-3,05 kWh/t. Tym samym wartość jednostkowego zużycia energii wyniosła 1,79-2,22 kWh/(t-%), a energii użytecznej – 1,52-1,72 kWh/(t-%).
Ponieważ maszyny U1-BShR są przeznaczone do oddzielania tylko owocowych łusek ziarna, tj. pracują ze wskaźnikiem obłuskiwania do 3%, można stwierdzić, że wydajność technologiczna maszyn typu Cascade jest wyższa, ponieważ realizują one procesy obłuskiwania o wysokich wartościach wskaźnika obłuskiwania i niższym zużyciu energii. Należy zauważyć, że moc jałowa maszyny U1-BShR podczas testów wynosiła zaledwie 3,6 kW, co jest skrajnie niewystarczające dla obecnie produkowanych silników elektrycznych.
Zgodnie z wynikami badań przeprowadzonych przez A.I. Kondratiewa, B.M. Maksymchuka, A.M. Bratukhina i A.F. Timukasa, podczas przygotowania do mielenia ziarna pszenicy w maszynie do obłuskiwania i mielenia A1-ZShN z zainstalowaną mocą silnika 22 kW przy wskaźniku obłuskiwania 2,5-3,5%, zapewniono wydajność 3-4 t/h. Biorąc pod uwagę maksymalną wartość mocy silnika U1-BShR, należy zauważyć, że moc silnika na biegu jałowym wynosiła zaledwie 3,6 kW. Biorąc pod uwagę maksymalną wartość współczynnika wykorzystania mocy zainstalowanej wynoszącą 0,89, która została przyjęta w testach maszyn Kaskad-3.1, zużycie energii na obieranie w maszynach A1-ZSHN wynosi około 1,86 kWh/(t-%), czyli około 14% mniej niż w maszynach Kaskad.
Próby wykorzystania maszyn A1-ZSHN do obłuskiwania kondycjonowanego ziarna pszenicy przez niektóre młyny wykazały ich niską wydajność technologiczną i nieprzydatność do przetwarzania ze wskaźnikami obłuskiwania powyżej 3%. Dane paszportowe tych maszyn wskazują na wzrost liczby połamanych ziaren do 2%, co nie jest prawdą w przypadku większości trybów przetwarzania wymaganych do przygotowania pszenicy do przemiału. Wraz ze wzrostem wskaźnika obłuskiwania o ponad 3%, liczba połamanych ziaren gwałtownie wzrasta, osiągając niedopuszczalny poziom. Ponadto, wraz ze wzrostem wskaźnika obłuskiwania, nierównomierność przetwarzania poszczególnych ziaren jest znacznie widoczna: niektóre ziarna prawie całkowicie zachowują łuski, podczas gdy inne tracą nie tylko łuski, ale także części bielma. Oczywiście dalsze przetwarzanie obłuskanych ziaren w ten sposób jest mało obiecujące.
Zgodnie z wynikami testów, wydajność techniczna i technologiczna maszyn do łuszczenia i mielenia Kaskad jest znacznie wyższa niż ich znanych odpowiedników. Doświadczenie w eksploatacji tych maszyn w wielu młynach potwierdza ich poziom wydajności, który jest wystarczający do pomyślnego wykorzystania w technologiach sortowania pszenicy

Opublikowane w Khliboproducts 11/2012