Вопрос №3 Основы теории процесса измельчения зерна в вальцевом станке

Основы теории процесса измельчения зерна в вальцовом станке. В муко­мольном производстве степень измельчения зерна и его частиц в вальцовом станке оценивается коэффициентом извлечения k_a, который является функ­цией зазора между вальцами b и выражается следующей экспоненциальной зависимостью:

(12)

где b — зазор между вальцами, м; е — основание натуральных логарифмов; A и В — коэф­фициенты, зависящие от структурно-механических свойств зерна и геометрических и ки­нематических параметров вальцов.

Установлено, что на величину коэффициента извлечения при неизмен­ном зазоре между вальцами оказывают влияние первоначальные размеры частиц измельчаемого продукта. При этом величина k_u находится в прямой зависимости от крупности частиц исходного материала.

В мукомольном производстве зерно измельчают в станках с рифленой или шероховатой (гладкой) поверхностью вальцов. С целью интенсифи­кации процесса измельчения, повышения эффективности использования просеивающих машин при простых и двухсортных помолах пшеницы и ржи в дополнение к вальцовым станкам устанавливают бичевые маши­ны, предназначенные для обработки продуктов после вальцовых станков или верхних сходов рассевов. Для производства овсяных и кукурузных хлопьев, а также для отделения зародыша применяют вальцовые станки (плющилки) с гладкими вальцами, работающими с одинаковой окруж­ной скоростью.

Основные рабочие органы вальцового станка — цилиндрические валь­цы равных диаметров, вращающиеся вокруг параллельных осей в проти­воположные стороны — один навстречу другому, с разными угловыми скоростями.

Разрушение частиц происходит под действием их сжатия и сдвига. В зависимости от структурно-механических свойств частиц и соотношения между величиной межвальцового зазора b и размером измельчаемых частиц а разрушение их может произойти как за однократный пропуск между вальцами,? так и многократный, что предопределяет степень измельчения зерна.

Элементами рабочей поверхности мельничных вальцов могут быть риф­ли, наносимые резцами на поверхность, а также микроповерхностные не­ровности, образующиеся в результате абразивного шлифования или элект­роискровой обработки. Характеристика рабочих поверхностей вальцов зависит от совокупности требований, предъявляемых к отдельным техноло­гическим операциям, составляющим процесс измельчения зерна. На дра­ных системах применяют вальцы с рифельными поверхностями, а на раз­мольных — при измельчении крупок и дунстов — как шероховатые, так и рифельные вальцы.

Производительность вальцового станка — это фактическая пропускная способность при достижении заданной степени измельчения зерна или про­межуточных продуктов размола.

Пропускная способность совместно работающей пары нарезных вальцов теоретически может быть определена по формуле

(13)

где ρ — плотность измельчаемого продукта, кг/м³; I — длина вальца, м; b — величина за­зора между вальцами, м; h — высота рифлей, м; ψ — коэффициент объемного заполнения зоны; υ_п — средняя скорость продукта в зоне измельчения, м/с.

Для определения пропускной способности ненарезных вальцов в форму­ле (13) значение h = 0.

Скорость движения продукта в зоне измельчения в первом приближении можно считать равной полусумме окружных скоростей быстровращающего-ся и медленновращающегося вальца. Однако в зоне измельчения гладких вальцов она определяется по формулам

(14)

где υ₆, υ_M — окружная скорость соответственно быстровращающегося и медленновращаю­щегося вальца, м/с; i — степень измельчения; α — угол захвата продукта вальцами, град.

Скорость зерна в зоне измельчения зависит от взаиморасположения риф­лей вальцов. Причем с увеличением отношения окружных скоростей валь­цов (при неизменной скорости быстровращающегося вальца) скорость дви­жения зерна в зоне измельчения снижается. Это обстоятельство позволило предположить, что частицы продукта при выходе из зоны измельчения перемещаются с разными скоростями. Мелкие фракции движутся в межрифельном пространстве «быстрого» и «медленного» вальцов со скоростями равными соответственно скоростям этих вальцов, а остальные частицы продукта движутся в пространстве межвальцового зазора со скоростью, которая больше скорости υ_м «медленного» вальца и меньше скорости υ_б «быстрого» вальца. В соответствии с этим скорость продукта (м/с) при выходе и; измельчения равна

(15)

где v₂(x) — скорость продукта в пространстве межвальцового зазора, м/с; k₁, k₂, k₃ ко эффициенты, показывающие, какая часть продукта движется соответственно со скоростями «быстрого» и «медленного» вальцов и со скоростью v₂(x).

Причем распределение скоростей в пространстве зазора условно принято по прямой. С учетом сделанных допущений получена следующая зависимость:

(16)

Коэффициенты k₁, k₂, k₃ зависят от шага S рифлей, их высоты h, в расположения рифлей и коэффициента заполнения межрифленых пространств (впадин между рифлями) и выражаются следующими зависимостями:

(17)

где z₁, z₂ — число рифлей на 1 м окружности вальцов; ψ₁, ψ₃ — коэффициенты заполнения межрифельных пространств «быстровращающегося» и «медленновращающегося» вальцов и коэффициент заполнения зоны межвальцового зазора; Q_ф — фактическая производительность вальцового станка, кг/сут; l — длина вальца, м.

Экспериментальные исследования процесса измельчения в вальцовых станках при различных сочетаниях взаимного расположения рифле показывают, что взаиморасположение рифлей влияет не только на качество измельчения, но и на производительность вальцового станка.

Очевидно, что степень измельчения продукта зависит, при прочих равных условиях, от «числа воздействий» R_z рифлей на продукт за время τ пребывания его в зоне измельчения, определяемой длиной пути обработки. Зоной воздействия рифлей на продукт будет дуга L круга. Е чину определяют по формуле

(18)

где R — радиус вальца, м; а — угол дуги, град.

Чтобы определить число воздействий рифлями «быстрого» вальца на продукт, нужно знать время прохождения продукта в рабочей зоне

(20)

Где τ – время прохождения продукта в рабочей зоне, с.

Следовательно,

(21)

За это время через зону пройдет число рифлей z «быстрого» вальца (или число воздействия R_z)

(22)

Подставляя в уравнение (22) значение L из формулы (18) и значение υ_п из формулы (21), после преобразования получим

(23)

Считая, что предельное значения угла α_м равна углу трения φ=arct gf, окончательно получим

(24)

Уравнение (24) показывает, что для вальцов при определенном числе
рифлей z на 1 см и при постоянном дифференциале число воздействий R_zос­
тается постоянной величиной. Отсюда следует, что R_zможет увеличиваться
или уменьшаться при постоянных R и z только при увеличении или уменьшении коэффициента соотношения скоростей быстро- и медленновращающихся вальцов (дифференциала межвальцовой передачи) i.