Меню

Диспергирование на шаровой мельнице

Диспергирование на шаровой мельнице

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 ДИСПЕРГИРОВАНИЯ СЫРЬЯ

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, бегунковой или другой дробилке.

Двухстадийное измельчение может сократить время диспергирования на шаровой мельнице овса до 5 часов вместо 7,5—в, 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 дкл 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 кет).

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

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 м, 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.

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».

Характеристика мельниц Уралмашзавода

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.

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).

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

Источник

Ударная шаровая мельница «ТРИБОКИНЕТИКА» или новая техника механического диспергирования

1. Тонкий помол сегодня и завтра

Хотя шаровые мельницы лишь условно можно назвать агрегатом ударного действия, теория и практика их применения позволяет установить четкую зависимость между преобладающим способом разрушения и эффективностью тонкого помола.

Механизм «бросания» мелющих тел в шаровой мельнице достаточно хорошо изучен, и большинство вышеперечисленных факторов работают на интенсификацию именно ударного воздействия. Вращение корпуса мельницы увлекает шары, которые, поднявшись на некоторую высоту, отрываются от стенки и падают вниз. При этом шары падают не отвесно, а по параболе. После отрыва от стенки шар продолжает двигаться как тело, брошенное под углом к горизонту со скоростью равной скорости вращения барабана. Акт измельчения происходит в том случае, если кинетической энергии брошенного шара достаточно для преодоления внутренних связей в частицах материала. Чем больше энергия шара, тем выше и его размольная мощность.

3. Разнообразие вариантов и отсутствие альтернативы

В настоящее время разработана большая номенклатура аппаратов измельчения свободным ударом. Однако в крупнотоннажном производстве нашли применение только ударно-отражательные дробилки, серьезно потеснив, а в некоторых областях и практически полностью заменив, «тихоходные» агрегаты дробления. Ударные мельницы же, несмотря на безупречность теоретических посылов для их создания, не могут похвастаться подобными успехами, сферой их применения является относительно грубый помол мягких материалов до размеров частиц в 100 мкм, с невысокой производительностью и относительно большими затратами энергии. Редкие исключения, когда рассматриваемые машины все же используются для помола мягких, малоабразивных материалов только лишний раз указывают на серьезные проблемы технической реализации принципов ударного диспергирования.

В частности, расход энергии центробежной мельницы при помоле цементного клинкера до удельной поверхности 2500 см 2 /г превышает 200 кВт на тонну, что почти в десять раз больше, чем затрачивают многокамерные шаровые мельницы, используемые в производстве цемента [5]. Не приходится удивляться и весьма низкой технической надежности вихревых, центробежных, а также подобных им быстроходных мельниц, учитывая высокую скорость движения помольных элементов, находящихся в постоянном контакте с материалами различной степени абразивности.
Струйные мельницы характеризуются также большим расходом энергии, который дополняется и относительно быстрым износом деталей, контактирующих с измельчаемым материалом, высокой сложностью самого агрегата, а также его периферии. Так как размольная мощность струйных мельниц не велика, получение высокодисперсных порошков возможно только в замкнутой схеме помола при интенсивной циркуляции материала. В некоторых случаях эта циркуляция в десятки раз превосходит производительность самой мельницы. Дополнительные сложности применения струйных мельниц создает необходимость очистки больших объемов отходящего воздуха и неизбежный унос наиболее высокодисперсной фракции материала с отработанным носителем.

Из перечисленных агрегатов дезинтегратор является примером, пожалуй, наиболее успешной реализации ударного измельчения твердых материалов. Существует обширный опыт промышленного использования дезинтеграторных мельниц-активаторов в производстве оригинального строительного материала – силикальцита, получаемого путем совместного помола извести и кварцевого песка [6]. Однако применение быстроходных дезинтеграторов ограничено относительно грубым помолом. Получение порошков с удельной поверхностью до 2000 см 2 /г включительно можно считать естественным пределом для данного вида оборудования. Предпринимаемые попытки увеличения размольной мощности дезинтеграторов за счет большей частоты вращения помольных органов вызывают ускоренный износ последних, уменьшая и без того небольшие сроки безремонтной эксплуатации (Рис.2).

Для того, чтобы понять, почему применение измельчителей ударного действия сегодня ограничено только грубым помолом мягких материалов, необходимо пересмотреть способы реализации ударного разрушения твердого тела с позиции основных законов Ньютоновской механики: инерции, действия и противодействия. Именно здесь и скрывается ответ на вопрос: почему ударные дробилки успешно используются во всем мире, а мельницы свободного удара, так и не реализовав и малой части своих потенциальных возможностей, нашли очень ограниченное применение.

4. Скорость, масса, размер

В мельницах ударного действия разрушение частиц материала происходит вследствие ударных нагрузок. Эти нагрузки могут возникнуть в самых разнообразных условиях и обстоятельствах. Например, при падении мелющих тел, при столкновении летящей частицы с неподвижной преградой или, напротив, столкновения мелющих тел с неподвижной или движущейся частицей, так же возможны и взаимные соударения частиц в полете. Но в любом случае кусок материала или само мелющее тело должно обладать таким количеством кинетической энергии, которой хватило бы для преодоления внутренних связей между частицами.

Несмотря на все разнообразие конструкций измельчительных машин ударного действия, механика разрушения твердого тела различается лишь некоторыми нюансами, что хорошо прослеживается на примере центробежной мельницы и ударно-отражательной дробилки. В последней материал, подлежащий измельчению, подается на быстро вращающийся ротор-ускоритель, частицы приобретают скорость, равную скорости ротора, и выбрасываются в пространство помольной камеры, их разрушение происходит при ударе об отражательные плиты и столкновении друг с другом в полете (Рис.3).

В ударно-отражательных дробилках материал после столкновения с преградой практически сразу выводится из агрегата, а в центробежных мельницах часть материала отправляется на дополнительное измельчение. Частицы, ударившись о препятствие, отскакивают от него, возвращаются к ротору-ускорителю, снова отбрасываются им. Таким образом, цикл может повторяться до тех пор, пока частицы не достигнут требуемых размеров и не будут выведены из мельницы.

Ударно-отражательные дробилки, выпуск которых налажен такими известными производителями измельчительного оборудования как: «BHS sonthofen», «Barmak Associates», «Sandvic», «Krupp», позволяют получать продукт высокого качества с меньшими затратами. Однако по мере изменения массы частиц, характер их взаимодействия с рабочими органами измельчительной машины кардинально меняется.

Одной из особенностей измельчения свободным ударом является тот факт, что разрушение материала происходит по наиболее слабым связям, дефектам структуры в местах соединения кристаллов, зерен, слоев и т.д. В производстве фракционированного щебня или искусственного песка это несомненное преимущество, так как продукт ударного дробления представлен зернами изометрической формы без внутренних дефектов с небольшим содержанием переизмельченного продукта. В тоже время для получения большей тонины помола, упрочнение частиц которое происходит вместе с уменьшением их размеров, создает дополнительные трудности.

5. Рациональное ускорение, способ

Интенсификация механического диспергирования возможна только за счет увеличения работы мелющих тел, масса которых серьезно не меняется в течение всего процесса. Данное условие отчасти реализуется в вибрационных, планетарных и центробежно-эллиптических шаровых мельницах, используемых в настоящее время для тонкого помола минерального сырья. Принцип действия этих машин основан на интенсивном побуждении мелющих тел, когда взамен сил гравитации, вызывающей падение шаров, используется инерция, центробежные силы и т.д.

Вращение вала вибратора, а за ним и самого корпуса мельницы заставляет мелющие тела совершать движения в соответствии с величиной эксцентриситета или радиуса водила. Передача энергии мелющей загрузки осуществляется через корпус мельницы. Под действием инерции, центробежных сил, знакопеременных нагрузок шары внутри корпуса движутся по сложной траектории, прижимаются к стенкам барабана, ударяются друг об друга, а также о частицы измельчаемого материала, разбивая, раздавливая и перетирая их (Рис.5).

Однако в данном случае проблему масштабируемости процесса следует отнести не к реализуемому способу измельчения, а скорее к его аппаратному обеспечению. Уже тот факт, что более интенсивное побуждение шаров позволило выйти на новый уровень механического диспергирования указывает на перспективность данного направления. Основной вопрос заключается только в выборе наиболее рационального способа сообщить мелющим телам достаточно высокую скорость.

Но увеличить работу мелющей загрузки возможно и не приводя в движение весь корпус мельницы, а, например, разогнав только относительно легкий ротор-ускоритель, который и будет разбрасывать или «выстреливать» шары вместе с измельчаемым материалом. Ведь сообщить большую кинетическую энергию мелющим телам возможно как минимум двумя способами: или напрямую, разогнав в ускорителе шары вместе с измельчаемым материалом, или опосредовано, через корпус мельницы. При этом первый способ является более эффективным, так как энергия передается непосредственно действующему телу и объекту разрушения, исключая передаточные звенья, а значит и дополнительные затраты.

Если в центр ротора-ускорителя вместе с материалом подать также и мелющие тела, преобладающим способом измельчения будет не раздавливание-истирание, а именно удар (Рис.6). Такую мельницу можно назвать ударно-шаровой, так как именно шар является действующим мелющим телом. Данный способ успешно реализован в высокоэффективной мельнице «ТРИБОКИНЕТИКА», разработанной машиностроительным предприятием «ТЕХПРИБОР» г. Щекино. Новая мельница, как и реализуемый ею способ измельчения, открывает совершенно новые возможности диспергирования твердых тел, позволяя серьезно пересмотреть существующую практику получения порошкообразных материалов.

Удачно сочетая преимущества «классических» шаровых и быстроходных центробежных мельниц, «ТРИБОКИНЕТИКА» демонстрирует наибольшую в классе степень измельчения, техническую надежность, возможность проведения полного спектра механохимических реакций и превращений. Ее основным отличием от рассмотренного выше оборудования является высокая эффективность на всех стадиях измельчения, от мелкого дробления до сверхтонкого помола.

Большая размольная мощность ударно-шаровой мельницы обеспечивает и целый ряд дополнительных преимуществ в создании участков дробления-помола за счет сокращения единиц оборудования, задействованного в процессе. Если крупность питания вибрационных мельниц обычно не превышает 3-5 мм, «ТРИБОКИНЕТИКА» загружается кусками материала размерами до 70 мм включительно. Так как их масса достаточно высока, покидая ротор-ускоритель со скоростью порядка 40-60 м/с, крупные куски разрушаются при ударе об отражательные плиты статора мельницы. С уменьшением размеров частиц их дальнейшее измельчение происходит в результате ударов шаров, кинетическая энергия которых составляет от 6 до 40Дж (в зависимости от массы шара и скорости ротора), что вполне достаточно для разрушения самых прочных материалов, используемых в производстве порошков. Таким образом, на всех стадиях помола ударная составляющая не замещается истиранием, а значит и не теряет своей эффективности, изменяются только виды удара.

Встроенный классификатор также позволяет изменять границу разделения, переключать систему на возврат крупки в замкнутых схемах измельчения или выдачу до трех фракций продукта помола в открытых схемах.

7. Итоги и перспективы

Измельчение является основой большинства современных технологий и широко используется в самых различных областях материального производства. Знаковые достижения человеческой цивилизации от хлебной муки до извести неразрывно связаны с процессами дробления и помола.

В век информационных технологий механическое диспергирование не только не утратило своего значения, но приобрело статус базового передела, результаты которого в конечном итоге и определяют основные свойства коммерческого продукта. Проблема рационализации процесса измельчения, как и создания новых типов мельниц, никогда еще не стояла так остро как в настоящее время. Сегодня реальная потребность в высокодисперсных порошках значительно превышает возможности «классических» мельниц тонкого помола, как в части себестоимости, так и качества продукта. При этом некоторые типы измельчительного оборудования практически полностью исчерпали резервы для серьезной модернизации.

Рост потребления порошкообразных материалов, в том числе субмикронной размерности, предъявляет все более жесткие требования не только к гранулометрическим характеристикам порошков, но также к форме отдельных частиц, структуре пограничных слоев, реакционной способности новообразованной поверхности, себестоимости помола и т.д. В этой связи показатели эффективности измельчения приобретают совершенно новое значение. И если при относительно грубом помоле расход или точнее перерасход энергии не превышает общепринятых норм, а ее доля в себестоимости конечного продукта незначительна, то производство высокодисперсных порошков, которое всегда связанно с более высокими энергетическими затратами, попросту не может позволить себе использование недостаточно эффективных способов диспергирования. В противном случае самые прогрессивные технологии становятся пленниками устаревших взглядов, традиций и технических решений «…времен Очаковских и покоренья Крыма. ».

А.Б. Липилин, главный инженер МП «ТЕХПРИБОР»;
М.В. Векслер, инженер, ведущий специалист;
Н.В. Коренюгина, главный технолог.

Конструкторские решения, использованные при создании ударно-шаровой мельницы «ТРИБОКИНЕТИКА», защищены патентами РФ.

Источник

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

Для растворов диспергированного крахмала характерно постоянство отношения η s / С (где η s — 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.

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).

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

η в присутствии NaCl

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.

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.

В % от теоретического

В декалитрах из 1 т крахмала

Диспергированный обрушенный овес

Диспергированный необрушенный овес

Диспергированный необрушенный овес и ячмень

Разваренный необрушенный овес (контроль)

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].

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*10 7 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].

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.

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.

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

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.

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».

Характеристика мельниц Уралмашзавода

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

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.

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).

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

Источник

Читайте также:  Глушитель газель бизнес диаметр трубы
Размеры мельниц| в мм Число оборотов в минуту Критическое число оборотов в минуту