Проектирование мукомольного завода с суточной производительностью 180 тонн

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Современный мукомольный завод представляет собой полностью механизированное и автоматизированное предприятие, на котором управление технологическим процессом и контроль технологических операций в значительной мере осуществляется автоматизированными системами. Это же присуще и современным крупозаводам.

И на всем протяжении существования мельниц постоянно перед специалистами стояла задача возможно более полной реализации технологических свойств зерна. Процесс переработки зерна в муку и крупу непрерывно развивался, мельницы и крупозаводы оснащались все более совершенными машинами и аппаратами, уточнялись режимы технологических операций, все большее значение приобретала задача управления технологическими свойствами зерна. [1]

В диапазоне 15...17% влажности происходит существенное изменение всех показателей. Следовательно, это обусловлено особой реакцией зерна на изменение влажности. При этом важно то, что в этом диапазоне влажности технологические свойства зерна развиваются в благожелательном для технологии направлении: повышается извлечение продуктов при измельчении зерна, улучшается их качество, при одновременном снижении удельного расхода энергии. Все это и позволяет считать данный диапазон влажности зерна оптимальным для мукомольной практики.

Второй важный вывод из этой работы заключается в следующей цитате: «Технологическую оценку зерна для установления режима размола нужно давать комплексно», т.е. следует изучать в эксперименте не отдельные показатели свойств зерна, но возможно большую их группу - только в таком случае выводы получают необходимую объективность и полноту обоснования.

Зерно является живым организмом, а не инертным материалом, поэтому его поведение в различных процессах носит более сложный характер.

Постоянное развитие техники и технологии муки и крупы обеспечили высокий результат использования зерна. Даже в условиях рабовладельческого общества на жерновых мельницах с примитивной технологией мукомолы достигали неплохих результатов.

Значительный прогресс в мукомольной технологии произошел во второй половине XIX века. Обусловлено это было изобретением и внедрением в мукомольную практику вальцовых станков, рассевов и ситовеек. Это позволило осуществить основные принципы технологии муки, которые остаются практически неизменными и в настоящее время. Выход муки на мельницах сортового помола пшеницы находился на уровне 75...80%, причем конкуренция диктовала производство нескольких сортов муки разного качества и стоимости.

Профессор Афанасьев, автор первого учебника по мукомольному производству, изданного в 1876 г., указывает, что при повторительном помоле можно получить:

крупки и муки высшего сорта

крупчатой муки32,7%

хлебной муки22,2%

черной муки2,6%

отрубей 18,5%

высевок 1,3%

Следовательно, 51,4% получалось муки зольностью 0,53%, т.е. муки высшего сорта, по теперешним нормам, а общий выход муки составлял 76,2% зольностью 0,69%, т.е. находился на современном уровне. Это хорошо показывает высокий инженерный уровень технологов-мукомолов прошлого столетия. Однако эти результаты достигались более дорогой ценой: технологический процесс был чрезвычайно усложнен, число измельчающих систем доходило до 40...50, удельные нагрузки на оборудование были ниже современных в несколько раз и т.п. Например, технологическая схема старого волжского помола включала от 10 до 12 драных систем и 39 размольных.

В конце прошлого века мукомолы все более пристальное внимание стали уделять процессу подготовки зерна к помолу, в частности, его увлажнению. Однако недостаточное знание различных свойств зерна, особенностей его поведения в различных условиях сопряжения с окружающей средой, не позволяли технологам тех лет вести технологические процессы на высоком научном уровне. Управление свойствами зерна здесь только начинало формироваться, технологи продвигались вперед ощупью, как в темном лабиринте с зажженными свечами.

Современные мукомольные заводы отвечают всем инженерным требованиям. Сложный многофакторный процесс, насыщенность предприятий технологическим и вспомогательным оборудованием, автоматизированными системами контроля и управления предъявляют высокие требования к профессиональным знаниям, организационной способности и общему культурному и интеллектуальному уровню технологов.

На основе современных технологий и оборудования мукомолы достигли высокого уровня реализации технологического потенциала зерна. Дальнейшее развитие мельничной и крупяной промышленности направлено на создание многофункционального технологического оборудования, упрощение технологических схем, сокращение процесса, снижение эксплуатационных и энергетических затрат. Особое значение в этом комплексе задач имеет проблема управления технологическими свойствами зерна, решение которой позволит еще более повысить эффективность производства. Решение этой проблемы требует обстоятельного изучения разнообразных свойств зерна и его поведения в различных условиях выполнения с ним технологических операций, вскрытия механизмов различных процессов и определения управляющей роли биологической системы зерна как живого организма.

К настоящему времени учеными и практическими работниками нашей промышленности накоплен солидный багаж сведений о поведении зерна в различных процессах послеуборочной обработки, хранения и проведения подготовительных операций на мельнице и крупозаводе. Однако этих данных недостаточно для разработки конкретных рекомендаций по методам управления свойствами зерна, при различных вариантах его использования для тех или иных нужд, при переработке в различные продукты. Требуется постановка специального сложного комплексного исследования, в котором должны принять активное участие специалисты всех звеньев, начиная от селекционеров, до переработчиков. Требуется получить дополнительные сведения о разнообразных свойствах зерна, их преобразовании под воздействием факторов внешней среды - как природных, так и используемых при операциях с зерном. Это требует коллективных усилий специалистов разного профиля, объединенных единой программой многопланового исследования. Надежные рекомендации практического характера могут быть получены только при таком подходе к решению этой важной проблемы управления технологическими свойствами зерна, с целью достижения высокой эффективности его использования в различных областях промышленности, в частности, при переработке зерна в муку.

1. Технико-экономическое обоснование

1.1 Экономическая характеристика строительства

Проектируемый мукомольный завод с суточной производительностью 180 тонн будет оснащен современным высокопроизводительным комплектным оборудованием, разработанном компанией «Бюлер» работающий по сокращенной схеме, будет выпускать муку хлебопекарную двух сортов: высшего и первого в соотношении 45% и 30%.

1.2 Источники поступления сырья

Проектируемый мукомольный завод может находиться практически в любом районе Оренбургской области, но не далее 60-70 км от источников сырья. Рациональнее следует разместить мукомольный завод в тех районах области, где идет массовое производство зерна. Это экономически выгодно и обеспечит ритмичность работы всех перерабатывающих предприятий в целом.

Зерно пшеницы будет поступать на завод из различных аграрных хозяйств Оренбургской области.

Основная масса зерна будет поступать в период уборки урожая, а также, для обеспечения ритмичной работы мукомольного завода, и в другие периоды года. Продолжительность заготовительного периода не менее трех месяцев. В основном зерно будет доставляться автомобильным транспортом и некоторая часть железнодорожным транспортом. Поступающее зерно должно пройти техно-химический контроль в производственно-технологической лаборатории, и если оно будет соответствовать существующим нормативам качества и другим показателям мукомольный завод примет зерно. В противном случае зерно возвращается хлебосдатчику или переводится в разряд некондиционного для других целей. Каждая партия зерна должна иметь сопроводительные документы, подтверждающие его качество и безопасность.

1.3 Цели и задачи строительства завода

Главной целью строительства проектируемого мукомольного завода является обеспечение населения основным продуктом питания, а то есть производство хлебопекарной муки и затем из нее хлебобулочных изделий.

Основными задачами строительства мукомольного завода являются:

1. Целенаправленная переработка сырья, поступающего от хлебосдатчиков;

2. Эффективное использование трудовых ресурсов, сырья, материалов;

3. Обеспечение хлебопекарных предприятий, а также населения высококачественной мукой.

1.4 Энергоснабжение завода

Мукомольный завод будет получать электрическую энергию от главной понизительной подстанции (ГПП) предприятия «Оренбургэнерго» по кабельным линиям электропередачи напряжением 10 кВ. По надежности электроснабжения, мукомольные предприятия относятся ко II категории. Поступающая электроэнергия полностью обеспечит основное и вспомогательное производство.

1.5 Водоснабжение завода

Завод будет снабжаться холодной водой от Оренбургского предприятия «Горводоканал». В качестве резервного источника водоснабжения, на предприятии планируется устройство водяных скважин для полного удовлетворения потребности производственных и бытовых потребностей в воде.

1.6 Теплоснабжение завода

Теплоснабжение предприятия будет осуществляться от котельной, находящейся на территории предприятия. Котельная будет оснащена двумя паровыми котлами ДЕ-6,5/14 На территории предприятия также будет размещен тепловой пункт для обеспечения горячей водой производственных и бытовых помещений.

2. Технологическая часть

2.1 Свойства зерна как сырья для производства муки

Для производства высококачественной хлебопекарной муки используется, в основном, пшеница I типа - мягкая яровая краснозерная (Саратовская 29, Саратовская 36, Скала, Московская 35, Целинная 20, Омская 9 и др. ), III типа - мягкая яровая белозерная (Альбидум 43, Саратовская 42, Саратовская 46, Новосибирская 67 и др.) и IV типа (Безостая 1,Мироновская 803, Прибой и др.).

В состав зерновой массы, поступающей на предприятие, входит не только зерно основной культуры, но и различные примеси.

К основному зерну мягкой пшеницы относятся целые и поврежденные зерна пшеницы, по характеру повреждений не относящиеся к сорной или зерновой примеси.

К сорной примеси относится: весь проход, получаемый при просеивании через сито с отверстиями диаметром 1мм; минеральная примесь (комочки земли, гальку, частицы шлака, руды и т.п.); органическая примесь (части стеблей, стержней колоса, ости, части листьев и др.); семена всех дикорастущих растений; семена культурных растений, не отнесенные к зерновой примеси; зерна пшеницы, прогнившие, заплесневевшие, обуглившиеся, поджаренные - все с явно испорченным эндоспермом от коричневого до черного цвета; ко вредной примеси от носятся семена дикорастущих растений, имеющих в своем химическом составе алкалоиды и другие отравляющие вещества, отрицательно воздействующие на организм человека (головня, спорынья, угрица, вязель разноцветный, горчак ползучий, софора лисохвостная, термопсис ланцетный, гелиотроп опушенноплодный, триходесма седая).

К зерновой примеси относятся: битые и изъеденные зерна пшеницы, независимо от характера и размера повреждения, в количестве 50% от массы (остальные 50% относятся к основному зерну); давленые; щуплые - сильно недоразвитые; проросшие - с вышедшим наружу корешком или ростком, или с утраченным корешком или ростком, но деформированные с явно измененным цветом оболочки вследствие прорастания; захваченные морозом - сморщенные (деформированные), белесоватые (деформированные), сильно потемневшие, зеленые; поврежденные самосогреванием или сушкой, заплесневевшие с измененным цветом оболочек и затронутым эндоспермом от кремового до светло-коричневого цвета; раздутые при сушке; зерна ржи, ячменя и полбы как целые, так и поврежденные, не отнесенные по характеру повреждений к сорной примеси.

Мукомольные свойства зерна мягкой пшеницы в значительной степени характеризуются содержанием эндосперма, количество которого в пшенице колеблется до 85%, остальное количество приходится на долю оболочек, алейронового, субалейронового слоя и зародыша.

Для заготовляемой пшеницы на продовольственные цели региона Южного Урала, в том числе Оренбургской области, установлены следующие базисные показатели качества: натура - 775г/л, влажность - 14%, сорная примесь - 1,0%, зерновая примесь (в озимой мягкой - 3,0%; в яровой мягкой - 2,0%), зараженность вредителями хлебных запасов не допускается.

2.2 Общие принципы технологии муки

Технологические свойства зерна реализуются в процессе переработки его в муку. Несмотря на существенное различие строения и свойств зерна хлебных культур, в организации и ведении технологического процесса производства муки имеется много общего, что позволяет рассматривать их, используя одинаковый методический подход. Эта значительная общность технологии обусловлена, в частности, и тем, что многовековой опыт мукомольного производства в значительной мере способствовал развитию и совершенствованию технологии. Современные принципы сортового помола пшеницы определились уже более 100 лет назад, современная технология крупы насчитывает меньшую историю. Существенное влияние на их совместное развитие оказало конструирование всего комплекса машин и аппаратов, занятых в технологическом процессе на современных мукомольных заводах.[2]

Весь современный технологический процесс на мукомольных заводах логично расчленяется на две стадии: на первом этапе осуществляются подготовительные операции, на втором - производится окончательное превращение подготовленного зерна в готовую продукцию. Но и в подготовительном, и в размольном, отделениях основная роль принадлежит разделительным процессам. Сепарирование и фракционирование зерна, сортирование продуктов измельчения по крупности и добротности, - все эти процессы имеют единую природу, опираются на одни и те же физические законы. К этой группе процессов с полным основанием можно причислить и процесс измельчения и шлифования крупок. Во всех этих процессах решается однотипная задача разделения объекта обработки на некоторые составляющие компоненты. Эта общность физической сущности процессов технологии муки имеет важное значение, т.к. позволяет при их теоретическом обосновании использовать единый математический и физический аппарат.

Вторая группа технологических процессов решает задачу объединения различных компонентов в единый комплекс для совместной обработки или же использования иным образом. Сюда относятся гидротермическая обработка, при которой зерно обрабатывается водой и теплом, а также процессы формирования помольных партий на мельницах и формирования сортов муки из отдельных потоков с различных систем технологического процесса. Однако, теоретическое оснащение этих процессов по существу аналогично задаче разделительных процессов, взятой с обратным знаком.

Использование такого обобщенного подхода к анализу процессов технологии муки существенно облегчает разработку соответствующего математического аппарата, моделирование процессов, формулировку критериев эффективности и т.п. В частности, большое значение имеет эта общность и для эффективного использования методов системного анализа процессов технологии муки.

2.3 Зерно как сложная открытая термодинамическая система

Зерно злаковых культур представляет собой сложно организованное тело, анатомические части которого дифференцированы и по структуре, и по свойствам, и по своим физиологическим функциям. Эти морфологические части взаимодействуют между собой в едином организме, причем свойства зерна не являются простой суммой свойств слагающих его элементов. Это определяет зерно как сложную материальную систему.[7]

Особое значение имеет тот факт, что зерно - живой организм, и поэтому оно активно обменивается с окружающей средой массой, энергией и информацией. В связи с этим зерно следует рассматривать как сложную динамическую открытую систему, представляющую собой совокупность взаимодействующих структур и имеющую определенный набор связей с окружающей средой.

Известно, что такие системы обладают способностью саморегуляции, на основе наличия в их структуре большого числа прямых и обратных связей. В динамическом равновесном состоянии зерна главную роль играют обратные связи, действие которых направлено на ограничение или ликвидацию эффекта нежелательного внешнего воздействия; это обеспечивает устойчивость системы, способствует сохранению функций зерна как живого организма. Все протекающие в зерне процессы на любой стадии его развития, послеуборочной обработки, хранения и при выполнении подготовительных операций на мельнице подчиняются регулирующему воздействию биологической системы зерна, в результате чего обеспечивается их биологически целесообразное направление и развитие.

В конечном счете, какие бы операции не выполнялись с массой зерна, в самом зерне происходят определенные изменения. Именно эти изменения и являются конечным результатом проведения технологических процессов с зерном. Поэтому представление зерна в качестве сложной открытой динамической системы имеет важное значение, т.к. определяет ясный методический подход к изучению его реакции на различные внешние воздействия. При этом постоянно необходимо иметь в виду, что любые изменения в зерне происходят только под непосредственным управляющим влиянием его биологической системы. Управлять свойствами зерна можно, лишь используя эту особенность его как живого организма.

Поступающая к зерну информация о состоянии параметров внешней среды и их изменениях прежде всего воспринимается биологической системой, перерабатывается и в результате образуется ответная реакция зерна на это приложенное воздействие. Зная особенности функционирования этой биологической системы зерна, можно уверенно разрабатывать методы и средства воздействия на его состояние, избирать такие варианты режимов обработки зерна, которые дадут высокий эффект выполняемых над зерном процессов.

Исходя из этого, технологи - переработчики заинтересованы в работе с живым зерном, не потерявшим всхожесть и семенные достоинства. Потерявшее жизнеспособность зерно не проявит ожидаемых преобразований своих свойств, как это происходит с биологически живым объектом - зерном.

2.4 Системный анализ процессов в подготовительном отделении мукомольного завода

Подготовка зерна к переработке предусматривает ряд технологических операций, которые при более подробном анализе можно рассматривать как самостоятельные сложные открытые системы. Структурная схема системы подготовительного отделения мельницы сортового помола пшеницы имеет следующий вид:

1 подсистема - очистка зерна от примесей;

2 подсистема - очистка поверхности зерна;

3 подсистема - гидротермическая обработка;

4 подсистема - формирование помольных партий.

На этапах технологического потока в подсистемах 1,2 и 3 происходит изменение и массы зерна и его качества; в подсистеме 4 осуществляется объединение двух или более компонентов помольной смеси в единую помольную партию со средневзвешенными показателями качества.

Разработка мероприятий, обеспечивающих эффективное функционирование системы «подготовительное отделение», должна базироваться на анализе технологической эффективности функционирования ее подсистем и структурных элементов. При этом следует рассматривать решение следующих технологических задач:

при составлении помольной партии - особое значение имеет подбор компонентов сильной и слабой пшеницы в соотношении, обеспечивающем выработку качественной продукции с максимальным выходом и минимальными затратами.

при очистке зерна - полное удаление минеральной и вредной примесей и максимально возможное - трудноотделимой;

при обработке поверхности зерна - снижение зольности зерна не менее, чем на 0,07%, с частичным шелушением плодовой оболочки зерна, при условии сохранения зародыша и минимального травмирования зерна;

при гидротермической обработке - раздельное проведение операций для каждого компонента смеси, по индивидуальным параметрам режима, в соответствии с их технологической характеристикой;

Технологи располагают надежными рекомендациями по рациональным технологическим параметрам процессов в подсистемах 1 и 2, в подсистеме 3 определена лишь степень увлажнения зерна, однако оптимальную длительность отволаживания каждого компонента помольной смеси необходимо уточнять опытным путем, например, посредством проведения серии опытных переработок зерна в лабораторных условиях.

Это же относится и к рациональному подбору состава помольной смеси, соотношению в нем сильной и слабой пшеницы.

В современной технологии муки и крупы подготовительные операции играют важную роль. Результаты научного анализа показывают, что не менее 50% эффективности сортового помола пшеницы определяется на этом этапе. Поэтому следует уделять повышенное внимание высокой эффективности всех технологических операций в подготовительном отделении, при разработке мероприятий по управлению технологическими свойствами зерна в производственных условиях.

В особенности важное значение имеют:

стабилизация состава помольной партии зерна путем формирования ее из нескольких компонентов;

эффективная очистка зерна от примесей и проведение гидротермической обработки зерна при оптимальных режимах, в зависимости от исходной характеристики зерна.

2.5 Системный анализ процессов в размольном отделении мукомольного завода

Зерно представляет собой сложный объект для переработки в сортовую муку. Наличие жесткой органической связи между алейроновым слоем и семенной оболочкой, с одной стороны, и крахмалистой частью эндосперма, с другой стороны, существенно затрудняет выполнение основной функциональной задачи - разделение этих анатомических частей и производство муки только из крахмалистой части эндосперма. В связи с этим технологический процесс сортового помола организуется в несколько этапов с самостоятельными целевыми задачами.

В размольном отделении мельницы требуется осуществить избирательное измельчение эндосперма и четкое разделение полученных продуктов по добротности, с целью формирования муки с высокими технологическими достоинствами.

В полном виде структурная схема системы размольного отделения мельницы распадается на ряд подсистем, как это демонстрирует рис. 15.2.

Зерно
Подсистема 1 Драной процесс	Отруби	Подсистема 2 Сортировоч-ный процесс
Подсистема 3 Ситовеечный			Подсистема 4 Размольный
процессс					процесс

Рисунок 2.1 - Структурная схема размольного отделения мельницы

В подсистеме 1 драного процесса исполняется задача извлечения эндосперма в виде крупочных продуктов и, частично, муки. Промежуточные (крупо-дунстовые) продукты проходят дополнительную технологическую обработку в подсистемах 2 и 3 - в сортировочном, ситовеечном и шлифовочном процессах и в виде сравнительно чистых частиц эндосперма -мелких крупок и дунстов - направляются на окончательное измельчение в подсистему 4 размольного процесса, где и получается основное количество муки. При многосортном помоле пшеницы отдельные сорта муки формируются из индивидуальных потоков ее с сортировочных, драных, шлифовочных и размольных систем измельчения. Оболочки и алейроновый слой направляются в побочный продукт - отруби, с последних систем драного и размольного процессов.

Высокий эффект при сортовом помоле пшеницы определяется большим числом разнородных факторов. В числе используемых для управления технологи применяют следующие:

- обеспечение извлечения продуктов 1-го качества в драном процессе в размере не менее 70% от массы зерна, при общем извлечении муки и крупочных продуктов в пределах от 80 до 82%;

-эффективная обработка крупок на ситовеечных и шлифовочных системах, причем выход обогащенных продуктов, направляемых на измельчение в размольный процесс, должен составлять от 70 до 80% от массы поступивших в подсистемы 2 и 3 продуктов;

-интенсивное измельчение обогащенных крупок и дунстов на размольных системах, причем особое значение имеет режим измельчения на первых трех - пяти системах, на которых измельчаются продукты 1-го качества. Схема функционирования 1-й измельчающей системы драного процесса, в сочетании с сопряженными с ней технологическими система ми, приведена на рис. 15.3. Хорошо видна сложная связь этих систем, совместно выполняющих задачу извлечения добротных частиц эндосперма.

Следует отметить, что первые три системы драного процесса представляют собой единый технологический блок и функционируют взаимосвязанно: независимо от изменения режима измельчения на 1-й системе суммарное извлечение продуктов с первых двух систем и с первых трех систем практически не изменяется. Происходит, следовательно, саморегуляция процесса измельчения на этой группе систем, играющих решающую роль в сортовом помоле пшеницы. Это имеет важное значение для управления процессом помола на этой стадии.

Не менее важное значение имеет режим функционирования технологических систем (ситовеечных и шлифовочных) в подсистемах 2 и 3. Высокий выход муки может быть достигнут только при условии эффективной подготовки промежуточных продуктов к измельчению.

В современных технологических схемах сортового помола пшеницы в муку для хлебопекарных изделий подсистема 3 может отсутствовать. Однако при производстве, например, макаронной муки эта подсистема приобретает особую важность, т.к. мука высшего и первого сорта извлекается на ситовеечных системах, при интенсивной обработке крупок на шлифовочных системах технологического процесса. В подсистеме 4 при хлебопекарном помоле пшеницы осуществляется окончательное измельчение подготовленных крупок и дунстов на вальцовых станках размольных систем. При высоком качестве крупок измельчение можно вести в жестком (низком) режиме, добиваясь превращения в муку на каждой системе измельчения от 50 до 60% от массы поступивших продуктов. Для повышения эффективности процесса на этом этапе необходимо направлять на вальцовые станки выравненные по крупности и добротности продукты. Сложный процесс организации избирательного измельчения зерна в размольном отделении мельницы требует постоянного контроля эффективности работы технологических систем измельчения и сортирования. Требуется регулярное снятие количественно-качественных балансов всего процесса помола или, по крайней мере, первых трех систем драного и первых трех - пяти систем размольного процесса. В постоянном контроле и регулировке нуждаются также ситовеечные машины.

Положительную роль может сыграть использование комплексного критерия эффективности сортового помола (а также применительно и к его отдельным этапам). Это позволит объективно оценивать уровень организации и ведения процессов.

2.6 Методы оценки эффективности технологического процесса производства муки

2.6.1 Принципы формирования критериев эффективности процессов

По определению, критерием называется количественная мера для оценки достижения целей управления. Выбор критерия, его вида и структуры имеет важное значение.

Зерно является дорогим сырьем, в себестоимости муки и крупы на долю стоимости зерна приходится более 90%. Поэтому повышение эффективности технологии принадлежит к задачам первостепенной важности.

Среди специалистов нет единого мнения, что понимать под эффективностью переработки зерна в мукомольном или крупяном производстве. Что эффективнее: повысить общий выход готовой продукции на 0,5% или же сохранить его на прежнем уровне, но увеличить выработку продукции высших сортов на 5%? Эта неопределенность в известной мере обусловлена необъективностью методов оценки технологической эффективности, применяемых на практике.

На мельницах и крупозаводах результаты переработки зерна оценивают по выходу готовой продукции, учитывая долю особо ценных высоких сортов ее в общем выходе (конечно, при сохранении качества на уровне установленных норм). Например, при сравнении производственной деятельности двух (или группы) мельниц лучшей будет признана та, которая достигла повышенного по отношению к другим выхода высоких сортов муки. Но такой метод оценки не учитывает чрезвычайно важный фактор - различие технологических достоинств зерна.

При одинаково высоком уровне технологии результаты, в силу указанных объективных причин, могут оказаться различными. Следовательно, ориентируясь только на достигнутые уровни выхода и качества готовой продукции, нельзя с необходимой достоверностью оценить технологическую эффективность процесса.

Эффективность технологии измеряют размером затрат, необходимых для достижения определенного результата, либо результатом при фиксированных затратах. В любом случае технологическая эффективность тесно связана с экономической эффективностью.

Конкретно задача технологии муки заключается в обеспечении возможно более полного извлечения эндосперма (ядра) зерна в готовую продукцию, на основе разделения его с оболочками, зародышем и цветковыми пленками (у пленчатых культур). Степень решения этой задачи, очевидно, можно принять в качестве основы для оценки совершенства технологии, уровня организации и ведения технологического процесса.

Следовательно, под эффективностью технологии муки следует понимать полноту реализации потенциальных достоинств зерна как сырья для производства этих видов продукции. На данном положении должен основываться метод оценки технологической эффективности процесса. Необходимо, чтобы такой метод был объективным, т. е. давал возможность сравнения получаемых результатов, независимо от различия исходных показателей качества зерна и других факторов. Кроме того, результаты применения метода должны обладать достаточной степенью точности и воспроизводимости. Необходимо, чтобы используемый критерий в количественной и качественной мере оценивал реализацию в технологическом процессе потенциальных возможностей перерабатываемого зерна, т. е. степень извлечения эндосперма в муку или крупу. Метод должен отличаться оперативностью (с тем, чтобы его можно было использовать не только для систематического, но и для оперативного контроля процесса) и простотой исполнения, т. е. не требовать привлечения дефицитного и дорогостоящего оборудования, сложного математического аппарата.

Вопрос о разработке такого метода изучали многие специалисты, ученые и практики как в нашей стране, так и за рубежом. В результате для сортовых помолов пшеницы предложены и применяются методы, различные по сложности и объективности. На основе избранного варианта решения поставленной задачи эти методы можно разделить на четыре группы.

2.6.2 Оценка по содержанию и зольности эндосперма.

К первой группе можно отнести методы оценки эффективности процесса помола или степени использования зерна, основанные на теоретической оценке соотношения его анатомических частей, с учетом какого-либо показателя качества. Расчетные формулы по данному критерию оценки в свое время были предложены многими учеными.

Общим недостатком методов этой группы является то, что авторы включают в расчетные формулы такие величины, как зольность эндосперма, его относительное содержание, зольность чистых оболочек зерна и т.п. Эти данные можно получить только в условиях сложного и длительного эксперимента, что в производственных условиях неосуществимо. Поэтому авторы принимают некоторые условные значения указанных показателей. Имеющиеся данные показывают, что зольность эндосперма пшеницы варьирует в пределах от 0,36до 0,60 %, а его содержание от 75 до 86 %. Применение усредненных значений недопустимо, поэтому эти методы не отражают реальных результатов.

2.6.3 Оценка на основе баланса муки

Баланс муки представляет собой сумму данных об извлечении и зольности индивидуальных потоков муки с технологических систем процесса помола. Посредством их обработки можно получить информацию об изменении средневзвешенной зольности муки по мере нарастания ее извлечения в процессе. Графическое представление этой информации получило название кумулятивной кривой зольности муки:

Недостатком данного метода является то, что его нельзя применить в качестве оперативного, так как он требует значительной затраты времени на получение данных. Кроме того, показатель кумулятивной кривой не отражает взаимного положения ряда таких кривых на графике, следовательно, нельзя провести сравнительную оценку работы различных мельниц. В самом деле, могут быть случаи, котда отношение L/D у разных предприятий одинаково, но одна из кумулятивных кривых расположена ниже, что указывает на дополнительные достоинства данного процесса. Не учитывается также, что начальный участок кривой может иметь разный наклон к горизонтальной оси.

2.6.4 Оценка на основе содержания крахмала в зерне и продуктах его переработки

Эта группа методов основана на том, что крахмал содержится только в эндосперме зерна и отсутствует в зародыше, оболочках и алейроновом слое, которые при помоле направляются в побочные продукты. Сорта муки при многосортном помоле предложено оценивать по относительному содержанию крахмала в них.

Указанный метод интересен тем, что в роли показателя качества муки и зерна применяют не зольность, а содержание крахмала. Но этот метод не характеризуют полноты извлечения эндосперма в муку, а лишь сравнивают качество конечных продуктов с качеством исходного сырья по одному показателю, не способному в отрыве от других полностью оценить процесс помола

2.6.5 Прочие методы

Существует ряд методов, предложенных для оценки потенциальных возможностей зерна и технологической эффективности процесса сортового помола на мукомольных заводах. Они основаны на определении не одного показателя качества зерна и муки, а целого комплекса показателей технологических свойств зерна. Для оперативного расчета и получения объективной оценки результатов лабораторных помолов в ряде стран используют компьютерный метод. Так, в США использовали ПК при оценке результатов опытных лабораторных помолов большого числа образцов пшеницы для их классификации и выявления отклонений от стандартных сортов. При этом было принято 11 показателей: натура зерна, содержание белка, выход муки высшего сорта, водопоглощение воды мукой (по фаринографу), характеристика качества теста, объемный выход хлеба из 100 г муки, оценка цвета мякиша и корки хлеба и т. п.

Было установлено, что оценка качества пшеницы с помощью ПК исключает возможность субъективных выводов и резко сокращает затраты труда на процесс обработки многочисленных материалов лабораторных исследований. Но этот метод непригоден для оценки технологической эффективности процесса помола, так как включает в себя резко разнородные показатели, в том числе не связанные с технологией муки.

Для эффективности работы лабораторных мельниц различного типа предложены показатели стоимости продукции, выработанной на различных лабораторных и производственных мельницах в результате переработки одного и того же сорта пшеницы (при одинаковых методах и режимах ГТО зерна).

В настоящее время на многих предприятиях проводится оценка сортов муки с помощью показателя белизны, измеряемого фотометром. Показатель белизны призван сменить до сих пор широко применяемый на практике показатель зольности зерна и продуктов его переработки. В результате установлена связь белизны муки с показателем ее зольности.

Некоторые ученые, изучив особенности распределения химических веществ зерна при его помоле, предлагают рассчитывать выход муки на основе содержания пентозанов в зерне, эндосперме и отрубях.

Таким образом, все методы, отнесенные к этой группе, основаны на некоторых искусственно сконструированных расчетных формулах и не обладают необходимой объективностью, а также ясным физическим смыслом, что не позволяет применить их в производственной деятельности современных мукомольных заводов.

Следовательно, ни один из приведенных методов не характеризует в количественно-качественном виде выполнение основной задачи процесса сортового помола - полноту извлечения крахмалистого эндосперма. Использованные показатели качества исходного зерна и полученной продукции являются либо косвенными, либо необоснованно усредненными (зольность эндосперма оболочек и алейронового слоя, выход муки, содержание крахмала в эндосперме и др.), что влечет за собой ошибку в результатах, величину которой нельзя установить. Кроме того, использование приведенных методов не позволяет оперативно контролировать организацию и ведение технологического процесса помола, т.к. на получение данных требуется значительная затрата времени.

2.6.6 Комплексный критерий эффективности сортового помола зерна

Проведенный анализ применимости различных методов оценки эффективности переработки зерна в муку показывает, что большинство их не обладает необходимой объективностью, они сложны в исполнении и требуют значительной затраты времени на получение конечного численного результата. В отечественной мукомольной практике наибольшее применение имеет введенный в 30-е годы П.П. Тарутиным технологический показатель К, равный отношению выхода муки к ее зольности. В этом случае результат получается сразу же по выполнении анализа муки на ее зольность, т.е. метод не требует дополнительных затрат времени на определение этого показателя. Но более углубленный анализ его свидетельствует о недостаточной информативности этого показателя. Например, если из нескольких партий зерна различной исходной характеристики -зольности и т.п. - получен одинаковый выход муки в размере 75%при одной и той же зольности ее 0,55%, то показатель К будет иметь одно и то же значение, а именно 136,4. Таким образом, показатель К не учитывает, что получение одинакового результата помола при переработке зерна различной зольности сопряжено с различным уровнем организации и ведения технологического процесса: несомненно, что достигнуть этого при помоле пшеницы зольностью 1,95% значительно труднее, чем при помоле зерна зольностью 1,65%.

Следовательно, требуется иной критерий, который отражал бы эту особенность процесса. В качестве такого критерия эффективности помола предлагается комплекс в следующем виде:

, (2.1)

где И - выход муки в %,

Z₀ и Z₁ - зольность зерна и муки в %.

Анализ показывает, что этот критерий можно использовать и для оценки эффективности отдельных этапов помола, и для отдельных технологических систем измельчения. Следует отметить, что он давно уже используется для оценки эффективности обогащения крупок на ситовеечных системах.

Интересно, что А.С. Данилин ранее предлагал для более полного анализа эффективности измельчающих систем использовать расчет относительного снижения зольности извлеченного продукта, по сравнению с поступающим на систему:

, (2.2)

В результате было получено, что на первых пяти системах размольного процесса это относительное снижение зольности составляло от 25 до 35 %. К сожалению, автор применил этот показатель только для размольных систем и только в единичном случае.

Предлагаемый комплексный критерий эффективности сортового помола зерна обладает необходимой объективностью оценки. Это обусловлено тем, что он включает и количественный показатель - извлечение продукта И%, и качественный - Д, т.е. по самой природе своей обладает необходимой полнотой критерия. При расчете эффективности по формуле исчезает неопределенность результата, связанная с различной зольностью поступающей в переработку партии зерна. Полученный результат позволяет осуществить сравнительную оценку эффективности помола разных помольных партий, разных технологических бригад, разных мельниц и т.д.

Отдельные этапы технологического процесса взаимодействуют друг с другом, поэтому изменение параметров одного из них отражается на параметрах других. В связи с этим нужна не просто стабилизация определяющих параметров на отдельных этапах, но синхронизация управляющих воздействий на всех этапах. Это определяется комплексным характером технологического процесса, его системной сущностью.

Применение математического моделирования позволяет выявить определяющие факторы эффективности процесса, качества готовой продукции и другие, а также оценить вклад каждого из этих факторов в конечный результат. Создание АСУТП таких сложных процессов, представляющих собой системы, требует разработки математических моделей, формализовано описывающих процесс.

Эти результаты показывают, что при сортовых помолах пшеницы и ржи необходимо так регулировать работу всех измельчающих систем, чтобы обеспечить максимальное снижение зольности извлекаемых продуктов, при заданном размере их извлечения. Именно это определяет высокую эффективность помола, что напрямую связано с рентабельностью предприятия.

В современной технологии муки особое значение имеет режим работы первых трех систем драного процесса, на которых извлекаются наиболее добротные продукты - продукты первого качества, и первых трех размольных систем, на которых измельчают эти продукты, после их дополнительного обогащения на ситовеечных системах. Статистическая обработка данных балансов помола показывает, что эффективность помола и эффективность функционирования первых трех систем драного процесса взаимосвязаны, при значении коэффициента корреляции г=0,903+0,026, а для первых трех размольных систем и помола г=0,952+0,030. Это показывает, что именно результат работы этих систем в значительной мере определяет конечную эффективность помола. Поэтому на функционирование этих первых систем драного и размольного процесса следует обращать особое внимание, добиваясь высокой их эффективности.

Установлено, что извлечение продуктов 1-го качества находится в границах от 35% до 79%, лишь с 1968 года оно установилось на уровне от 61 до 72%. Общее извлечение продуктов на этих системах, т.е. круподунстовых продуктов и муки вместе, составляет от 45 до 85%. Очевидно, этот результат обусловлен различным подходом конкретных технологов к управлению процессом помола.

Интересно, что эти системы в технологии сортового помола представляют собой единый технологический блок: изменение режима на I Д не влияет на суммарное извлечение продуктов и с двух первых, и с трех первых систем. Это упрощает регулировку их режима и предоставляет возможность понижать режим измельчения на I Д, для общей интенсификации процесса.

Среднее арифметическое значение эффективности извлечения продуктов 1-го качества равно 34,2%. Следовательно, этот уровень соответствует удовлетворительному результату. Исходя из этого, можно рассчитать максимальные значения зольности продуктов 1-го качества, при различном их извлечении, при которых обеспечивается достаточно высокая эффективность помола. Но следует иметь в виду, что эти значения являются предельными, для повышения эффективности помола необходимо снижать зольность извлекаемых продуктов на этих системах.

Помимо технологического показателя К, равного отношению выхода муки к ее зольности, для оценки эффективности сортового помола был предложен также коэффициент размолоспособности, определяемый по следущей формуле:

, (2.3)

где Z₀ и Z₁ - зольность муки и зерна, %;

И - выход муки, %.

Хорошие мукомольные свойства имеет зерно, если величина этого коэффициента лежит в пределах от 33% до 37%, а низкие мукомольные свойства от 40 до 45 % .

2.7 Перспективы развития проблем управления технологическими свойствами зерна

Современная технология муки основана на тысячелетнем опыте человечества. Существующие технологические схемы и регламенты позволяют эффективно обеспечивать сохранность огромной массы зерна и его переработку в муку. Однако потенциальные возможности зерна реализуются в недостаточной степени, имеются дополнительные значительные резервы.

Накопленный научный и производственный опыт отвечает лишь сегодняшнему уровню развития технологии муки, соответствует традиционным вариантам технологических схем и режимов процессов мукомольного производства.

Дальнейшее совершенствование технологии муки, повышение эффектив-ности использования зерна связано с развитием исследований, накоплением научной информации о технологических свойствах зерна, их трансформации под влиянием различных факторов, начиная от качества семян до процессов переработки зерна в готовую продукцию.

Проблема управления технологическими свойствами зерна в настоящем толковании сформулирована более 50 лет назад. В апреле 1949 года проф. Я.Н. Куприц именно под таким названием опубликовал статью в сообщениях и рефератах ВНИИЗ. В этом труде он определил, что комплекс технологических свойств зерна формируется в поле, затем на элеваторе и, наконец, на мельнице. При этом в качестве основных воздействующих факторов автор выделил:

сортовые особенности зерна, т.е. его биологическую природу, причем акцентировал внимание на роли селекционеров по выведению не только высокоурожайных, но ценных в технологическом смысле сортов;

гидротермическую обработку как основной метод управления свойствами зерна при подготовке его к переработке в муку или крупу;

стабилизацию свойств зерна посредством рационального формирования помольной смеси, с учетом индивидуальной технологической характеристики каждого компонента смеси.

Установленный трехступенчатый процесс формирования технологических свойств зерна не должен исполняться формально, но «на каждой ступени должна обязательно учитываться живая биологическая система зерновой массы».

В заключение статьи говорится: «В борьбе за дальнейшее улучшение качества муки ... возможность управления технологическими свойствами зерна несомненно призвана сыграть весьма значительную роль».*

За прошедшие с тех пор полвека выполнено большое число исследований во всех областях, связанных с качеством зерна, его технологическими свойствами, процессами подготовки и размола зерна в муку или же производства крупы. При этом технологические свойства в настоящее время следует понимать как комплекс мукомольных и хлебопекарных свойств, откуда вытекает необходимость их совместной оценки путем привлечения некоторого понятия технологического потенциала зерна, который может быть сформирован в различных вариантах, но с обязательным учетом указанных выше свойств.

За эти годы наука развивалась не только чисто в прикладном производственном варианте. Обстоятельное изучение физико-химических, биохимических, структурно-механических, теплофизических свойств зерна, особенностей его строения и тонкой микроструктуры его анатомических частей, термодинамики взаимодействия зерна с водой, привлечение новой сложной аппаратуры для оценки разнообразных показателей качества зерна и его технологической ценности - весь этот спектр наук и полученные весомые результаты позволили существенно модернизировать технологическое оборудование, резко сократить протяженность технологических схем помола, повысить эффективность использования зерна при сортовых помолах.

Фактически современная технология помола обеспечивает достаточно полную реализацию мукомольных свойств зерна. Можно считать, что достигнутый на современных мельницах сортового помола пшеницы выход муки высшего сорта в размере от 75 до 76 % является достаточным, исходя из всех оригинальных особенностей зерна как объекта переработки. Но производство муки по-прежнему требует большой затраты энергии и является дорогостоящим. Тщательный анализ имеющихся научных данных о свойствах зерна и его реакции на различные внешние воздействия, а также препарирования современной технологии сортового помола позволяет сформулировать некоторые рекомендации по дальнейшему развитию проблемы управления технологическими свойствами зерна.

Следует признать, что именно эта проблема является в настоящее время центральной и останется таковой в обозримом будущем. Именно на пути совершенствования средств и методов управления свойствами зерна лежит решение задачи повышения эффективности мукомольного и крупяного производства. Автор убежден, что на протяжении следующих 10 - 15 лет в технике и технологии переработки зерна произойдет революционный прорыв. Скорее всего, это осуществится благодаря совершенствованию методов гидротермической обработки и некоторых других важных процессов в подготовительном отделении мельницы. Основная проблема заключается в решении проблемной задачи облегчения разделительных операций, быстрого превращения зерна в муку и отруби, с выделением в самостоятельный продукт зародыша зерна. Можно предполагать, причем с достаточным основанием, что весь процесс помола пшеницы в сортовую хлебопекарную муку сократится до 8 и даже 6 систем измельчения, с теми же конечными высокими результатами, что и на современных передовых предприятиях.

Совместный анализ накопленных в мировой технической литературе данных позволяет автору настоящего труда взять на себя смелость сформулировать некоторые соображения о перспективе развития проблемы управления технологическими свойствами зерна в ближайшем будущем.

Необходимо срочно организовать широкомасштабное исследование организации и ведения технологического процесса на основе привлечения современных методов системного анализа, что обещает выявить скрытые резервы современной технологии муки и крупы.

Существенное изменение технологии сортового помола пшеницы может произойти при условии разработки особых вариантов подготовки зерна к переработке (применение активированной воды, предварительное шелушение зерна и т.п.). Важную роль могут сыграть селекционеры, на основе выведения сортов или гибридов пшеницы с высоким показателем сферичности и с незначительной петлей бороздки.

Очень важным представляется решение проблемы теоретического обоснования комплементарности представителей слабой и сильной пшеницы. Вскрытие механизма формирования клейковинного комплекса при взаимодействии белков слабой и сильной пшеницы, обеспечивающего положительный отход от аддитивности, даст в руки специалистов инструмент управления технологическими свойствами зерна при формировании помольных смесей, с обязательным достижением высоких показателей и мукомольных свойств зерна, и хлебопекарных свойств муки. Автор считает эту задачу одной из важнейших. Ее разрешение, по-видимому, требует совместных творческих усилий технологов-мукомолов, биохимиков, биологов и специалистов в области тонкой химической технологии.

Требуется обеспечение предприятий новыми эффективными системами контроля параметров технологических операций, насыщение технологических линий автоматизированными системами управления.

Революционные изменения в технологии обязательно породят такие же преобразования и в технологическом оборудовании.

...