Спецвозможности
Технологии

Правильный подход к очистке зерна

13.01.2020
1053
Правильный подход к очистке зерна фото, иллюстрация

Зерноочистительные операции занимают центральное место в послеуборочной доработке зерна. Технологические процессы производства муки, круп, спирта, биоэтанола, комбикормов, солода начинаются также с операций очистки. Зерно всегда содержит определенные примеси. Большинство примесей поступает в зерновую массу при уборке урожая в виде различных анатомических составляющих культурных растений и сорняков, кусочков почвы, насекомых и т. п. Во время операций с зерном в его состав могут попасть различные случайные предметы, камни, песок и мусор с покрытий поверхности токов, бетонных конструкций элеваторов и металлических составляющих транспортных и зерноперерабатывающих машин. Любое перемещение зерна связано с интенсивным трением зерновок между собой и о рабочие органы и другие поверхности машин, что вызывает образование пыли, поэтому пыль всегда является составной зерновой массы.

 

Все примеси, содержащиеся в зерне разделяют на сорные и зерновые. К сорной примеси относят семена всех сорняков, частицы минерального и органического происхождения, значительно испорченные (травмированные) зерновки основной культуры, металлические, грунтовые примеси и тому подобное. В ее составе выделяют вредную примесь, которая может негативно влиять на здоровье людей и животных, в том числе содержание вредных сорных семян и зерна, пораженного болезнями. Например, семена горца, вязеля и зерновки основной культуры, поврежденные головней, рожками, фузариозом. Использование в пищевых целях зерна, содержащего такую ​​вредную примесь, не допускается. К зерновой примеси относят зерновки других зерновых культур, поврежденные зерновки основной культуры, Плоские, недоразвитые, проросшие и поврежденные избыточным теплом зерновки, а в некоторых случаях - зерновки, отличающиеся цветом. Примеси являются нежелательной составляющей зерна, поэтому их содержание в зависимости от вида и назначения зерноматериала, ограничивается государственными стандартами, а также соблюдением рекомендаций и правил по организации и ведению различных технологических процессов переработки (или согласовывается сторонами при заключении договоров на поставку зерна).
 
Методы, используемые для очистки зерна, определяются в соответствии с получением желаемого результата распределения зерноматериала по признакам отделения основного зерна и примесей. Большинство примесей, имеющихся в зерновой массе, можно сгруппировать в девять классов, которые, в свою очередь, определяют шесть групп по специфике процессов их отделения от основного зерна:
 
грубые, крупные и мелкие - просеивание на ситах;
 
легкие - пневмосепарирование;
 
металломагнитные - удаление магнитами;
 
длинные и короткие - триерование;
 
тяжелые - вибропневматический способ;
 
примеси, отличающиеся оптическими признаками, - оптическая сортировка.

Для відокремлення важких домішок та сепарування матеріалу за його питомою вагою застосовують вібропневматичний спосіб

Следует отметить, если оценку эффективности очистки проводят для отдельных процессов и машин, то учитывают начальное и конечное содержание только тех примесей, которые могут быть выделены соответствующим образом.
 
Примеси, которые могут быть отделены просеиванием на ситах и пневмосепарированием, принято считать легкоотделяемыми. Для извлечения таких примесей предназначены ситовые и воздушные сепараторы различной конструкции с их сочетанием в единый агрегат.
 
Очистку зерна от грубых примесей проводят путем просеивания его через решета с крупными отверстиями, что выполняется в начале технологических линий. Изъятие таких примесей защищает процесс очистки от создания аварийных ситуаций вследствие попадания на следующих этапах очистки крупных камней, кирпича, древесины, корнеплодов и т.д. в транспортные и технологические составляющие очистительной машины. Обычно для этого используют разновидность ситовых сепараторов - скальператоры, оснащенные решетом в виде короткого барабана или решетчатой подвижной ленты.

Для отдельного распределения зерна и примесей, отличающихся шириной или толщиной, применяют сепараторы, оснащенные рабочими органами в виде цилиндрических или плоских ситовых поверхностей с круглыми, продолговатыми или треугольными отверстиями, выполненные в тонком стальном листе (металлопробивное сито). Сито является главным рабочим органом таких сепараторов, и от его характеристик существенно зависит производительность и технологическая эффективность просеивания материала. Поэтому наряду с использованием традиционных сит на данный момент ведется активный поиск конструкций сит с улучшенными характеристиками. Например, использование сит, выполненных из металлических стержней, металлопробивных сит с продолговатыми отверстиями различной ориентации в плоскости или с пятиконечными отверстиями, что в ряде случаев имеет существенные преимущества.

Сепараторы с цилиндрическими Ситовые поверхностями (барабанного типа) отличаются уравновешенностью ситового барабана (он вращается с малой частотой), надежностью конструкции, а также высокой эффективностью очистки сит щетками и молотками.
 
Однако площадь рабочей поверхности сит таких машин составляет около 30% общей их площади, что приводит к некоторому увеличению габаритов конструкции. Однако цилиндрические сепараторы незаменимы в работе с влажным и сильно засоренным зерном. Сепараторы этого типа способны эффективно и с высокой производительностью обрабатывать слабосыпучие и склонные к слеживанию зерновые массы. Кроме того, при использовании барабанных сепараторов отпадает необходимость в применении скальператоров. Следует отметить, что определенные конструкции скальператоров предусматривают замену решет на металлопробивные сита с любыми размерами отверстий, что позволяет использовать их не только для отделения грубых примесей, но и крупных. Эффективность цилиндрических ситовых сепараторов находится в пределах 50-70%, а при отделении грубых примесей — 100%.
 
Сепараторы с плоскими ситовыми поверхностями (плоскорешетные сепараторы) отличаются по виду колебания их ситовых корпусов, обеспечивающих просеивание зерновой массы. Машины, реализующие направленные виброколебания, характеризуются ограниченной площадью рабочей поверхности сит. Такие сепараторы иногда используют на мельницах и крупозаводах, где нет необходимости в обработке зерновых потоков значительной производительности. Сепараторы, реализующие возвратно-поступательное движение сит, отмечаются сложностью конструкции, поэтому имеют ограниченное использование. Их применение оправдано для тщательной обработки потоков небольшой производительности, например для калибровки семян. Сепараторы с вращательно-поступательным движением ситовых корпусов распространены. Такие сепараторы высокопроизводительные, так как их можно оснащать ситовыми корпусами со значительной площадью ситовой поверхности (они имеют широкое поле применения как на элеваторах, так и для нужд переработки зерна). Среди недостатков плоскорешетных сепараторов является некоторое генерирование динамических нагрузок на строительные конструкции помещений. Кроме того, при снижении центробежного ускорения движения ситовых корпусов, что иногда желательно для обеспечения эффективности просеивания, наблюдается недостаточно эффективная работа инерционных очистителей, которая особенно проявляется при использовании сит с продолговатыми отверстиями. Эффективность большинства плоскорешетных сепараторов - в пределах 60–80%.

Використання оптичних сортувальників доцільне на фінішній операції очищення окремих партій насіння та готової продукціїДля выделения из зерновой массы легкой и пылевидной примесей, к которым относят плоские и неразвитые зерна, оболочки, мякину, солому и т.д., предназначены пневмосепараторы. Подавляющее их большинство выполнено в виде вертикальных каналов, в которых поток зерновой массы, который падает под действием силы тяжести, продувается восходящим потоком воздуха. По способу использования воздуха различают пневмосепаратор разомкнутого и замкнутого типов. Пневмосепараторы разомкнутого типа выбрасывают использованный воздух в окружающую среду. Для этого они дополнительно оснащены воздуховодами, внешним вентилятором, циклонами или фильтрами. В пневмосепараторах замкнутого типа после отделения примесей во встроенной осадочной камере воздуха под действием встроенного вентилятора снова поступает в зону пневмосепарирования. Процесс пневмосепарирования требует значительного расхода воздуха для создания определенных условий для отделения примесей. Поэтому пневмосепараторы замкнутого типа имеют существенные преимущества, так как не загрязняют окружающую среду выбросами и не требуют для работы мощных дополнительных устройств. Эффективность очистки зерна от легких примесей в пневмосепараторах находится в пределах 65–75%.

Примеси, которые не могут быть отделены сито-воздушным способом, относят к тяжело отделяемым. Для их удаления из основного материала предназначены остальные машины, технические особенности которых мы рассмотрим далее.

Металломагнитные примеси удаляют по разнице в магнитных свойствах зерна, его продуктов и примесей, что реализуется с помощью магнитов. Рабочим органом магнитных сепараторов является группа постоянных магнитов, закрытая экраном из немагнитного материала и встроенная в корпус с дверцей. Зерновая масса самотеком поступает в магнитный сепаратор, обтекает экран, задерживающий металломагнитные примеси, и самотеком выводится из устройства. После остановки транспортно-технологической линии задержанные примеси вручную периодически удаляют из магнитных сепараторов. Металломагнитные примеси очень разнообразны по размеру, форме и происхождению: предметы, случайно попавшие в зерновую массу (гвозди, кусочки металла, железной руды, стальной окалины и т.д.), а также частицы, попавшие в зерновую массу в результате срабатывания рабочих органов машин для переработки зерна (кусочки решет, сит, бичей и т.д.). Наличие таких примесей в зерновой массе может вызвать значительные поломки машин, а также возникновение искр, создающих угрозу пожара и пыле- воздушного взрыва. Нежелательно и довольно опасно попадание металломагнитных примесей в готовую продукцию: муку, крупы, комбикорма. Поэтому магнитная защита конструкции очистных машин и зерноматериала предусмотрена на всех предприятиях по переработке зерна (особенно это касается машин, реализующих действие измельчения, плющения, прокатки, гранулирования и т.д.).

Для удаления примесей, отличающихся длиной, применяют обработку зерна в трерах. В зерновой массе пшеницы короткая примесь представлена, в основном, семенами плевел, полевого горошка, битыми зернами основной культуры, а длинная - зерном овсюга, овса, ячменя. Если из зерновой массы любой культуры отбирают примеси, которые короче зерна очищаемой культуры, то такой триер принято называть «куколеотборщиком». Если же, наоборот, из зерновой массы любой культуры отбирают примеси, которіе длиннее зерна самой культуры, то такой триер принято называть «овсоотборщиком». Рабочие органы триеров представляют собой ячейковую поверхность, выполненную на внутренней стороне горизонтального вращающегося цилиндра. Процесс триерования основывается на том, что при контакте материала с рабочей поверхностью короткие частицы увлекаются ячейками, выносятся из зерновой массы и под действием силы тяжести падают в сборный лоток, а длинные - остаются на рабочей поверхности и выводятся из машины. С учетом течения процесса очистки зерна любой культуры в триере-куколеотборщике последний конструктивно отличается от триера-овсоотборщика только размером ячеек его рабочей поверхности. Эффективность триеров-куколеотборщиков составляет 80-90%, а триеров-овсоотборщиков - 80-85%. Соответственно с действующими нормами триерования материала, принято считать процесс эффективным, если за один проход через триер отделяется не менее 80% примеси, которая может быть удалена таким образом.

Для отделения тяжелых примесей и сепарирования материала по его удельному весу применяют вибропневматический способ, который реализуется в каменеотборочных машинах, пневмостолах, концентраторах, комбинаторах и ситовеяльных машинах. Процесс распределения зерновой массы происходит путем использования восходящего потока воздуха в сочетании с колебаниями сортировочной поверхности. При таком способе частицы зерновой массы, находясь в псевдосжиженном состоянии, испытывают многократные столкновения между собой и сортировочной поверхностью, что обуславливает интенсивное их самосортирование. Отделение происходит таким образом, что нижние слои, состоящие из частиц большей плотности, просеиваются через сортировочную поверхность (концентраторы, ситовеяльные машины) или направляются им в сторону, противоположную движению частиц с меньшей плотностью (камнеотборочные машины, пневмостолы). Концентраторы, комбинаторы и ситовеяльные машины используют при производстве муки, поэтому рассматривать их технические особенности в рамках данной статьи нецелесообразно.
 
Камнеотборочные машины используют для выделения из зерновой массы минеральной примеси (галька, крупный песок, кусочки руды, шлака, земли и т.д.). Они отличаются высокой производительностью, компактностью конструкции и эффективностью 98-99%.
 
На пневмостолах зерно можно разделить на несколько фракций по разнице в плотности, а также при необходимости отделить мелкие примеси, семена сорняков, битые зерна основной культуры и тому подобное. Эффективность удаления на пневмостолах примесей с предварительно очищенного зерна за отделение его тяжелой фракции составляет 60-80%. Кроме того, дополнительно удаляется 0,2-0,3% отходов и плюсклого зерна.
 
Главным недостатком машин, которые реализуют вибропневматический способ очистки зерноматериала, является использование воздуха в количестве 450-600 м3 на 1 т зерна, который после очистки от пыли выбрасывается в окружающую среду. Поэтому перспективным направлением совершенствования таких машин является введение в их конструкциях цикла замкнутого движения воздуха.
 
Сортировка по оптическим признакам - это, бесспорно, новая, передовая технология очистки зерна, которая быстро развивается. Но, несмотря на их новизну, в промышленности уже есть значительный опыт использования оптических сортировщиков, который дает возможность определить границы их эффективного использования. Оптический сортировщик - это машина, которая в качестве признака для целевого отделения использует, в основном, разницу в цвете поверхности объекта очистки и тем ценна, что ни одна из традиционных машин не использует принцип распределения материала по такому признаку. Вместе с тем, следует хорошо понимать, насколько используемый такой машиной признак отделяемости соответствует цели очистки. Часто ошибкой применения оптических сортировщиков является то, что по разнице в цвете пытаются отделить примеси, которые с высокой эффективностью можно удалить простыми традиционными способами очистки. Поэтому применение оптических сортировщиков следует воспринимать не как альтернативный или эффективный способ, который способен заменить традиционные способы очистки, а лишь как рациональное их дополнение. Исходя из практики, использование оптических сортировщиков целесообразно на финишной операции очистки отдельных партий семян и готовой продукции.
 
Как видно из приведенного обзора, разнообразие процессов очистки, их разветвленность и многоэтапность определяются многообразием и отличием физико-механических свойств зерна и примесей, а также современным уровнем эффективности используемых процессов и машин, которые их реализуют.
 
В зависимости от кондиций зерновой массы и цели очистки, различают предыдущую, первичную и вторичную очистку.
 
Предварительную очистка в основном используют в пределах послеуборочной обработки зерна. Собственно, это удаление грубых, крупных, мелких и легких примесей. Свежеубранной зерновой массе характерна высокая влажность и засоренность, а из-за этого - низкая сыпучесть и скважность, что приводит к угрозе самосогревания. С особой остротой эта проблема возникает при уборке поздних культур - подсолнечника и кукурузы. Обычно значительная влажность зерновой массы обусловлена ​​высокой влажностью определенной ее составляющей - небольших растительных остатков. Поэтому задачей предварительной очистки является быстрое удаление влажных примесей, что обеспечивает временное хранение зерна перед сушкой, и приобтетение им сыпучести для возможности выполнения очистительной операции. Как уже было отмечено, для выполнения этой задачи наиболее эффективно использовать ситовые барабанные сепараторы, агрегатированные с пневмосепараторами.

Целью первичной очистки является доведение зерна до товарной кондиции, в частности удаление легких, крупных и мелких примесей, что также выполняется в сито-воздушных сепараторах. Тщательной очистке подлежит сухое зерно с содержанием сорной примеси в пределах 3-10%, что требует высокой эффективности работы сепаратора, а значит - существенных размеров площади его ситовой поверхности. Таким требованиям отвечают плоскорешетные сепараторы, агрегатированные с воздушными сепараторами как на входе, так и на выходе ситового кузова. При невозможности отделения примесей на нужном уровне путем однократной очистки материала зерно повторно пропускают через ту же или другую сито-воздушную машину.

Вторичной очисткой зерно доводят до кондиции, соответствующей требованиям использования его на пищевые цели или как семенной материал. Во время выполнения вторичной очистки зерно может многократно подвергаться очистке также в плоскорешетных сито-воздушных сепараторах. Однако, поскольку повышение степени очистки на этапе предварительного и первичного проведения этой операции достигается удалением легкоотделяемых примесей, то основной задачей вторичной очистки основном является удаление примесей, которые трудно отделяются. На основе различения состава и характеристик имеющихся примесей вторичная очистка может предусматривать использование некоторых (или всех) рассмотренных выше способов удаления примесей, которые трудно отделяются, а именно: путем применения магнитов, триерования, вибропневматического и оптического принципов очистки. Как правило, вторичную очистку реализуют в составе линий по производству муки, круп, семян и т.
 
Следует отметить, что производительность и эффективность очистки существенно зависят не только от уровня оснащения технологических линий машинами, но и от правильного подбора их рабочих органов (сит, ячейковых поверхностей, инерционных очистителей и т.д.) и настройки режимов работы машин по максимальному использованию признаков отделения основного зерна и примесей в каждом конкретном случае производственной ситуации.

 

О. Верещинский, д-р техн. наук, генеральный директор ООО «ОЛИС»

Журнал «Пропозиція», №11, 2018 р.

Ключевые слова: очистка зерна, сепаратор

Интервью
Карлос Альберто Сесарі
В Украине за последние полтора десятка лет многие хозяйства пыталось вводить нулевую или минимальную обработку почвы. И большинство, столкнувшись с проблемой снижения урожайности, возвращались к традиционной технологии. Аргентина многим... Подробнее
Сейчас много говорится о деградации почв. Сайт propozitsiya.com попросил подробнее прояснить суть проблемы и посоветовать пути ее решения генерального директора Института охраны почв Игоря Яцука. И он дал подробное интервью.   Как за... Подробнее

1
0