CC BY
70
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
ТЕМАНОМЕРА
УДК 664.25:547.458.61(045)
Современная технология и оборудование для выделения зародыша в кукурузокрахмальном производстве
В.А. Бакулин, канд. техн. наук; Ю.Н. Жаркова, Н.С. Лукина, Е.Н. Малеева
ВНИИ крахмалопродуктов - филиал ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН, п. Красково, Московская область
Реферат
Статья посвящена процессу выделения зародыша в кукурузокрахмальном производстве. Описаны технологические схемы и оборудование для этих целей. Отмечены недостатки, выявленные при использовании этих технологий. Описана современная комплектная установка гидроциклонов для выделения зародыша, которая предусматривает двухстадийное выделение зародыша из раздробленной зерновой массы (кашки). На первой стадии разделяется кашка после первого дробления, на второй - после второго дробления. Каждая стадия обработки запитывается от своего насоса и состоит из двух ступеней гидроциклонов. Гидроциклоны установлены так, что нижний сход гидроциклонов первой ступени является исходным продуктом для гидроциклонов второй ступени и подается в него за счет остаточного давления гидроциклона первой ступени. Таким образом, описываемая гидроциклонная установка обеспечивает четырехкратное отделение зародыша от эндосперма зерна. Чистый зародыш выводится с верхним сходом из гидроциклонов первой ступени I стадии выделения и отправляется на промывку. Очищенная от зародыша кашка выводится с нижним сходом гидроциклонов второй ступени II стадии обработки и направляется на тонкое измельчение. Гидроциклонная установка, разработанная и изготовленная во ВНИИ крахмалопродуктов, введена в эксплуатацию на действующем предприятии кукурузокрахмального производства. Отличительной особенностью установки является высокая степень унификации и взаимозаменяемости. Каждая стадия разделения оснащена гидроциклонами одинаковой конструкции с одинаковыми присоединительными размерами. Стадии отличаются друг от друга только количеством установленных гидроциклонов. Все гидроциклоны присоединены к продукто-проводам с помощью быстросъемных соединений.
Ключевые слова
технология; зародыш; выделение; дробление; гидроциклон; верхний сход; нижний сход Цитирование
Бакулин В.А., Жаркова Ю.Н., Лукина Н.С., Малеева Е.Н. (2019) Современная технология и оборудование для выделения зародыша в кукурузокрахмальном производстве // Пищевая промышленность. 2019. № 1. С. 20-23.
The modern technology and the equipment for a germ extraction in corn starch production
V.A. Bakulin, Candidate of Technical Sciences; Yu.N. Zharkova, N.S. Lukina, E.N. Maleeva
All-Russian Research Institute of Starch Products - a branch of the Federal Science Center for Food Systems V.M. Gorbatov RAS, Kraskovo, Moscow region
Abstracts
Article is devoted to the process of a germ extraction in corn starch production. Flow diagrams and the equipment for these purposes are described. The shortcomings revealed when using these technologies are noted. It is described the modern hydrocyclone unit for germ extraction, which provides two-stage germ extraction from the crushing grain mass (squash). At the first stage, the squash is divided after the first crushing, at the second stage it is divided after the second crushing. Each stage of processing is fed with its own pump and includes two steps of hydrocyclones. Hydrocyclones are established so that the lower descent from hydrocyclones of a first stage is an initial product for hydrocyclones of the second one and is fed into it at the expense of the residual pressure of the first stage hydrocyclone. Thus, the described hydrocyclone unit provides quadruple extraction of germ from grain endosperm. The clear germs are moved away with the top descent out of hydrocyclones of the first step of the I stage of extaction and goes to washing. The degerminated squash is removed with the lower descent of hydrocyclones of the second step of the II stage of processing and goes for fine grinding. The hydrocyclone installation developed and made in the All-Russian Research Institute of Starch Products is opened up at the operating enterprise of corn starch production. The distinguishing feature of the installation is a high extent of unification and interchangeability. Each stage of division is equipped with hydrocyclones of an identical design with identical connecting sizes. Stages differ from each other only in quantity of the established hydrocyclones. All hydrocyclones are attached to product pipelines by means of quick-detachable connections.
Key words
technology; germ; extraction; crushing; hydrocyclone; top descent; lower descent Citation
Bakulin V.A., Zharkova Yu.N., Lukina N.S., Maleeva E.N. (2019) Modern technology and equipment for the isolation of the embryo in corn starch production // Food processing industry = Pisshevaya promyshlennost. 2019. № 1. P. 20-23.
FOOD iNDUSTRY EQUiPMENT
Зародыш
Рис. 1. Традиционная схема двухстадийного одноступенчатого выделения зародыша: 1,2 - дробилка, 3 - гидроциклоны I стадии, 4 - гидроциклоны II стадии, 5 - гидроциклоны контрольной очистки
Кукурузный зародыш является составной частью кукурузного зерна, который в процессе производства кукурузного крахмала необходимо максимально отделить от эндосперма. В противном случае жир, содержание которого в зародыше около 50%, ухудшает качество крахмала и продуктов его переработки.
Отделение зародыша от эндосперма зерна осуществляется путем двукратного грубого дробления замоченного зерна с промежуточным выделением свободного зародыша из дробленой массы -кашки.
Первоначально выделение зародыша из кашки проводилось на зародышеот-делителях корытного типа, в которых использовался принцип флотации - в крахмальной суспензии определенной плотности зародыш всплывает и переливается через борт, а частицы эндосперма оседают на дно и выводятся из флотатора расположенным вдоль корыта шнеком [1].
В соответствии с принципом двукратного дробления выделение зародыша из кашки также осуществлялось двукратно. Выделенный на каждом флотаторе зародыш смешивался и направлялся на сита для отделения от него крахмала.
Для получения более чистого, свободного от эндосперма зародыша в схему иногда вводился контрольный сепаратор-флотатор. В этом случае при работе первых и вторых сепараторов-флотаторов поддерживали такой режим работы, чтобы можно было полностью выделить зародыш, не считаясь с попаданием в него некоторой части эндосперма. Полученный зародыш с примесью кашки направляли на контрольный флотатор, работающий по принципу получения чистого зародыша, пренебрегая попаданием части зародыша в нижний спуск (смесь кашки и зародыша), который возвращается на второе дробление.
Сепараторы-флотаторы имели ряд недостатков по разделению кашки, по методам регулирования процессом, требовали больших производственных площадей.
В дальнейшем эти сепараторы были заменены гидроциклонами, в которых используется принцип разделения частиц в поле центробежных сил [1-5].
Этот способ является более совершенным и обладает следующими преимуществами:
• установка гидроциклонов намного компактней и дешевле;
• выделение зародыша происходит полнее благодаря воздействию центробежной силы, а также потому, что при энергичном движении массы в гидроциклоне происходит дополнительное освобождение зародыша от связи с частицами эндосперма.
Принципиальная технологическая схема выделения зародыша из кашки с использованием гидроциклонов представлена на рис. 1.
Так же, как и в схеме с использованием сепараторов-флотаторов, первая и вторая стадии выделения зародыша предназначены для максимального выделения свободного зародыша, даже если в нем присутствует некоторое количество эндосперма. Для очистки этого зародыша от эндосперма используют третий контрольный гидроциклон.
В гидроциклоне исходный продукт в непрерывном потоке разделяется на две фракции - верхний сход, содержащий, в основном, свободный зародыш, и нижний сход - кашку, содержащую некоторое количество связанного зародыша. В количественном отношении объем верхнего и нижнего сходов определяется и регулируется, главным образом, размерами дюз для верхнего и нижнего сходов, которые, в свою очередь, зависят от выполняемой операции.
Закупорка одной из дюз делает работу гидроциклона невозможной. Особенно часто это может происходить у гидроциклона контрольной очистки зародыша. Это объясняется тем, что количество примесей, выделенных на контрольном гидроциклоне, значительно меньше, и размер отверстия для выгрузки примесей также должен быть соответственно меньше, что часто бывает невыполнимо. В результате с нижним сходом может уходить вместе с примесями и свободный зародыш. Это является недостатком использования гидроциклонов на этой операции. Поэтому многие предприятия отказывались от установки такого гидроциклона.
В настоящее время наибольшее распространение получила схема двухстадийного выделения зародыша на гидроциклонах с двухступенчатой обработкой
кашки после первого и второго дробления (рис. 2). Гидроциклоны каждой ступени устанавливаются последовательно и запитываются от одного насоса [1,6, 7].
Исходный продукт на гидроциклоне первой ступени подается под давлением около 1,0 МПа, на вторую ступень нижний сход поступает под остаточным давлением около 0,4 МПа.
Данная схема предусматривает работу гидроциклонов в следующем режиме.
Гидроциклоны 1-й ступени I стадии выделения зародыша 7 обеспечивают выделение свободного зародыша с минимальным содержанием пелевы и частиц эндосперма (6-8%). Это достигается размером отверстия для выхода верхнего схода и дополнительным регулированием потоков нижнего и верхнего сходов с помощью запорной арматуры. При этом в нижнем сходе допускается наличие некоторого количества свободного зародыша, однако контроль за качественным составом нижнего схода с этих гидроциклонов не ведется. Выделенный с верхним сходом зародыш сразу под действием остаточного давления направляется на ситовую станцию для отцедки и промывки.
Нижний сход с гидроциклонов 1-й ступени выделения зародыша является исходным материалом для 2-й ступени. Поэтому он собирается в соответствующий коллектор и под действием остаточного давления сразу подается на гидроциклоны 2-й ступени I стадии выделения 8.
Нижний сход с них не должен содержать свободного зародыша. Это достигается изменением распределения потоков на верхний и нижний сходы путем использования насадок большего
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПИЩЕВОИ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
ТЕМА НОМЕРА
I стадия
II стадия На сито
Рис. 2. Технологическая схема двухстадийного двухступенчатого выделения зародыша: 1, 2 - дробилки первого и второго дробления зерновой массы; 3, 4 - сборники кашки; 5, 6 - насосы; 7, 9 - гидроциклоны 1-ых ступеней выделения зародыша; 8, 10 - гидроциклоны 2-ых ступеней выделения; 11-20 - коллекторы для продуктов разделения, 21 - датчики верхнего уровня
Рис. 3. Габаритные размеры гидроциклонной установки выделения зародыша
размера и дополнительного регулирования потоков с помощью арматуры.
На этой ступени выделения также не ведется контроль за качественным составом верхнего схода, который возвращается в сборник кашки после первого дробления.
Для поддержания стабильного уровня продукта в исходном сборнике, что необходимо для устойчивой работы гидроциклонов, на линии отвода нижнего схода на второе дробление установлена дополнительная регулирующая арматура. Путем изменения количества верхнего
схода из гидроциклонов поз. 8 в сборнике в ручном или автоматическом режиме поддерживается необходимый уровень.
Работа гидроциклонов II стадии выделения зародыша мало отличается от работы I стадии: гидроциклоны имеют одинаковую конструкцию, снабжены такими же насадками, работают в том же режиме по исходному давлению, имеют те же способы регулирования и т. п. Однако, в связи с тем, что объем продукта, поступающего на гидроциклоны 2-й ступени уменьшается, то и количество гидроциклонов на этой ступени соответственно сокращается.
Отличия заключаются в следующем:
- верхний сход с гидроциклонов
1-й ступени выделения 9 возвращается в сборник 3 перед I стадией выделения. Он состоит, главным образом, из свободного и связанного зародыша и содержит минимальное количество эндосперма;
- нижний сход из гидроциклонов
2-й ступени выделения 10 направляется на тонкое измельчение и не должен содержать зародыша.
Остальные выходящие из гидроциклонов потоки не контролируются.
Уровень кашки в сборнике 4 после второго дробления поддерживается таким же способом, как и на I стадии выделения зародыша.
Гидроциклонная установка для выделения зародыша является составной частью саморегулируемой системы дробления, выделения и промывки зародыша. На ее работу в установившемся режиме влияют только два фактора: подача зерна на первое дробление и расход глютеновой воды на промывку зародыша. Это создает предпосылки для автоматизации данного участка производства.
В соответствии с вышеописанной схемой в 2015 г. во ВНИИ крахмалопродуктов по заказу ОАО Хоботовское предприятие «Крахмалопродукт» были разработаны чертежи на экспериментальный образец гидроциклонной установки для выделения зародыша, производительностью соответствующий переработке 400 т товарной кукурузы в сутки.
Экспериментальный образец установки был изготовлен на Кореневском опытно-экспериментальном заводе ВНИИ крахмалопродуктов, смонтирован в цехе сырого крахмала ОАО Хоботовское предприятие «Крахмалопродукт» и в 2016 г. пущен в эксплуатацию.
Внешний вид установки представлен на рис. 3.
Гидроциклонная установка состоит из следующих составных частей:
- гидроциклонов для I и II стадий выделения зародыша, при этом каждая стадия включает в себя гидроциклоны для 1-ой и 2-ой ступеней обработки кашки;
FOOD iNDUSTRY EQUiPMENT
- коллекторов для подвода кашки на каждую ступень разделения и вывода продуктов из каждой ступени;
- рамы для крепления коллекторов и монтажа гидроциклонов, совмещенной с площадкой обслуживания;
- комплекта деталей для соединения гидроциклонов с коллекторами, включающего трубопроводную арматуру и бы-стросъемные соединительные муфты;
- комплекта манометров с разделительными устройствами.
Все оборудование гидроциклонной установки монтируется на общей раме, имеющей 4 стойки с кронштейнами, на которые устанавливаются и закрепляются хомутами соответствующие коллекторы.
Внизу стойки связаны между собой и образуют вместе с коллекторами прочную несущую конструкцию.
Гидроциклоны через запорную или регулирующую арматуру соединены соответствующими коллекторами с помощью быстроразъемных муфт [9].
В собранном виде гидроциклонная установка состоит из 4-х рядов зеркально расположенных гидроциклонов и коллекторов с внутренней площадкой для обслуживания.
Для подачи исходного материала на гидроциклоны установлены насосы российского производства «НасосХимМаш» (г. Екатеринбург) с напором 90 м вод. столба.
Внедрение установки гидроциклонов с увеличенным количеством ступеней разделения позволило повысить эффективность производства:
- повысился выход зародыша; снизилась энергоемкость, металлоемкость;
- улучшилось качество зародыша за счет уменьшения его засоренности пелевой; в свою очередь, это позволило сократить расход промывной воды для очистки зародыша от крахмала;
Стоимость разработки экспериментального образца установки ниже зарубежного аналога в 2,5 раза.
Конструктивное решение установки позволило на действующем предприятии существенно сократить потребность в производственных площадях при повышении мощности.
Во время работы установки требуется периодическая проверка только двух
показателей на выходе - отсутствие эндосперма зерна в выделенном зародыше и отсутствие зародыша в кашке, уходящей на измельчение. В остальном работа осуществляется в автоматическом режиме.
Ремонт установки заключается в периодической замене изношенных корпусов гидроциклонов или его изношенной части (нижняя часть конуса).
При замене гидроциклонов не требуется использование специальных грузоподъемных механизмов или приспособлений, поскольку все патрубки гидроциклонов присоединены к коллекторам с помощью быстроразъемных соединений одного типоразмера.
Установка имеет площадку, обеспечивающую доступ к верхним соединениям гидроциклонов с коллекторами.
Установка гидроциклонов не имеет движущихся частей, герметична и не требует постоянного обслуживания.
Гидроциклонная установка подтвердила свою работоспособность, обеспечила требуемые технологические показатели, в том числе по содержанию пелевы в выделенном зародыше, которое сократилось почти в 2 раза и находится в пределах 3-8%.
Стоимость разработки экспериментального образца установки ниже зарубежного аналога в 2,5 раза.
Представленная выше гидроциклонная установка соответствует современному техническому уровню.
В конкурсе «За производство высокоэффективной сельскохозяйственной техники и внедрение прогрессивных ресурсосберегающих технологий» на Российской агропромышленной выставке «Золотая осень» в 2018 г. разработка конструкции гидроциклонной установки для выделения зародыша в кукурузокрахмальном производстве была отмечена серебряной медалью.
ЛИТЕРАТУРА
1. Андреев. Н.Р. Основы производства на-тивных крахмалов/Н.Р. Андреев. - М.: Пище-промиздат, 2001. - 240 с.
2. Трегубов, Н. Н. Технология крахмала и крахмалопродуктов/Н.Н. Трегубов [и др.]. -М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. -472 с.
3. Штыркова, Е. А. Технология и техно-химический контроль крахмалопаточного производства/Е.А. Штыркова. - М.: Агропро-миздат, 1986. - 420 с.
4. Панфилов, В.А. Теоретические основы пищевых технологий/В.А. Панфилов. - М.: Колосс, 2009. - 608 с.
5. Бредихин, С. А. Процессы и аппараты пищевой технологии. Учебное пособие/ С. А. Бредихин - СПб: Лань, 2014. -С. 330-347.
6. Оборудование для производства крахмала. Инженерные решения «Alfa Laval» в производстве крахмала. - Брошюра Альфа Лаваль, 2005.
7. ANDRITZ Feed Nechnologies in North America. - Брошюра, 2012.
8. Каталог компании ООО «Ресурс - Пласт». Муфты, быстроразъемные соединения Vitaulic, 2015.
9. Оборудование и технологии производства крахмала и крахмалопродуктов. -Китай: ООО «КОРПОРАЦИЯ MYANDE», 2018.
REFERENcES
1. Andreev. N. R. Osnovy proizvodstva nativnyh krahmalov / N. R. Andreev. - M.: Pishhepromizdat, 2001. - 240 s.
2. Tregubov, N.N. Tehnologija krahmala i kr ahmaloproduktov/N.N. Tregubov [i dr.]. - M.: Legkaja i pishhevaja promyshlennost', 1981. -472 s.
3. Shtyrkova, E.A. Tehnologija i tehnohimicheskij kontrol' krahmalopatochnogo proizvodstva / E. A. Shtyrkova. - M.: Agropromizdat, 1986. - 420 s.
4. Panfilov, V.A. Teoreticheskie osnovy pishhevyh tehnologij/ V. A. Panfilov. - M.: Koloss, 2009. - 608 s.
5. Bredihin, S.A. Processy i apparaty pishhevoj tehnologii. Uchebnoe posobie/S.A. Bredihin -SPb: Lan', 2014. - S. 330-347.
6. Oborudovanie dlja proizvodstva krahmala. Inzhenernye reshenija «Alfa Laval» v proizvodstve krahmala. - Broshjura Al'fa Laval', 2005.
7. ANDRITZ Feed Nechnologies in North America. - Broshjura, 2012.
8. Katalog kompanii OOO «Resurs - Plast». Mufty, bystroraz#emnye soedinenija Vitaulic, 2015.
9. Oborudovanie i tehnologii proizvodstva krahmala i krahmaloproduktov. - Kitaj: OOO «KORPORACIJa MYANDE», 2018.
Авторы
Бакулин Василий Алексеевич, канд. техн. наук, Жаркова Юлия Николаевна, Лукина Нина Сергеевна, Малеева Елена Николаевна
ВНИИ крахмалопродуктов - филиал ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова РАН, 140051, Московская область, Люберецкий р-н, п. Красково, ул. Некрасова, 11, e-mail: vniik@arrisp.ru
Authors
Bakutin Vasiiy Atekseyevich, Candidate of Technical Sciences Zharkova Yutia Nikotaevna, Lukina Nina Sergeyevna, Mateeva Elena Nikotaevna
The All-Russian Research Institute of Starch Products - FGBNU branch «FNTs of food systems by V.M. Gorbatov» of RAS, 11, Nekrasov St., Kraskovo, Lyubertsy district, Moscow region, 140051, e-mail: vniik@arrisp.ru
