Мельница и способ измельчения сыпучих материалов
MILL AND METHOD OF MILLING LOOSE MATERIALS

Изобретение относится к технологическим процессам производства пищевых продуктов, а именно, к мельницам для сыпучих материалов, и может быть использовано для получения муки из зерновых (пшеница, рожь, ячмень, гречиха, рис, овес, кукуруза и др.), измельчения минеральных материалов (мел, тальк) или получения сахарной пудры, а также, в случае снабжения мельницы рубашкой охлаждения, - для измельчения замороженных специй.
В классическом способе получения муки на вальцевых мельницах измельчение зерна происходит за счет усилий сжатия и сдвига при прокатывании злаков между рифлеными валами, вращающимися с различной скоростью. Процесс приходится проводить в несколько (до шести) этапов. Делается это во избежание измельчения целлюлозы оболочки, которую приходится после каждого измельчения отдувать на ситовеечных машинах и просеивать в рассевных системах. В общей сложности в стандартной мукомольной линии используется минимум 15 единиц оборудования (6 вальцевых машин, деташер, энтолейтор, 5 ситовеечных машин, вымольная машина, рассев). Основными недостатками такого технического решения являются сложность и высокая материалоемкость. Большое количество различного оборудования приводит к необходимости содержания обслуживающего персонала, возведению отдельных зданий и транспортных систем.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому устройству является мельница, содержащая приемную воронку, горизонтальный вращающийся вал, измельчительную камеру, в которой расположены свободно прикрепленные к вращающемуся валу молотки, и воздуховод с нагнетательной турбиной (см. патент CN 104415820, кл. В02С 13/02, опубл. 18.03.2015). Основным недостатком известного устройства является отсутствие классификации продукта перемола по размеру частиц после отвевания. Критерием достаточности измельчения является размер ячейки внешнего контура, поэтому возможно получение только обойной муки грубого помола. Кроме того, известное техническое решение предполагает измельчение до определенного размера готового продукта и при помоле полученный продукт будет включать в себя, либо все части зерна в измельченном виде (обойная мука), либо путем предварительных операций в помол будет направлен только крахмалосодержащий эндосперм (сортовая мука).
Технической проблемой является необходимость устранения указанного недостатка и создание компактной измельчительной машины, использующей скорость витания частиц в воздушном потоке в качестве критерия достаточности измельчения, которая может быть использована, например, для организации сортового и мультизернового помолов непосредственно в хозяйствах (производителях зерна), либо в точках потребления муки (пекарни, кондитерские производства). Технический результат заключатся в повышении качества получаемого продукта.
Поставленная проблема решается, а технический результат достигается в части устройства тем, что в мельнице, содержащей приемную воронку, горизонтальный вращающийся вал, измельчительную камеру, в которой расположены свободно прикрепленные к вращающемуся валу молотки, и воздуховод с нагнетательной турбиной, указанный вращающийся вал выполнен полым и образует воздуховод, который через отверстия в стенках подведен в полость измельчительной камеры, сообщающейся через окно в задней стенке с калибровочной камерой, по оси которой проходит указанный вал, а приемная воронка подведена к осевой части измельчительной камеры внутрь блока первичной обработки, образованного набором вложенных друг в друга перфорированных втулок, которые попеременно прикреплены одни - к передней неподвижной стенке измельчительной камеры, другие - к вращающемуся валу, причем диаметр отверстий перфорации уменьшается от внутренней втулки к наружной. Молотки могут быть прикреплены к валу с помощью установленного на нем барабана, охватывающего наружную втулку блока первичной обработки. Во внутренней втулке может быть расположен шнек, прикрепленный к вращающемуся валу. Калибровочная камера может быть снабжена сеткой, отделяющей два независимых схода.
Поставленная проблема решается, а технический результат достигается в части способа тем, что согласно предлагаемому способу измельчения сыпучих материалов с помощью вышеописанной мельницы нарезанный в блоке предварительной обработки сыпучий материал подвергают дальнейшему разрушению с помощью молотков в измельчительной камере, где за счет центробежной силы сортируют продукты размола по параметрам плотности и парусности и с помощью воздушного потока из отверстий в стенках полого вращающегося вала переносят частицы с требуемыми параметрами через окно в задней стенке в калибровочную камеру, а более крупные частицы продолжают измельчать до достижения требуемых параметров.
На чертеже представлен поперечный разрез предлагаемой мельницы.
Предлагаемая мельница состоит из приемной воронки 1, блока первичной обработки, полого горизонтального вращающегося вала 2, образующего воздуховод с нагнетательной турбиной 3, измельчительной камеры 4 и калибровочной камеры 5.
Приемная воронка 1 подведена к осевой части камеры 4 внутрь блока первичной обработки, образованного набором вложенных друг в друга перфорированных втулок 6-9. Втулки 6, 8 прикреплены к передней неподвижной стенке измельчительной камеры 4, а втулки 7, 9 - к вращающемуся валу 2. Диаметр отверстий перфорации уменьшается от внутренней втулки 6 к наружной втулке 9. В камере 4 расположены молотки 10, которые свободно прикреплены к валу 2 с помощью установленного на нем барабана 11, охватывающего втулку 9. Во втулке 6 расположен шнек 12, прикрепленный к валу 2.
Образованный полостью вала 2 воздуховод через отверстия 13 в стенках подведен в полость измельчительной камеры 4, которая через окно 14 в задней стенке сообщается с калибровочной камерой 5. Вал 2 проходит вдоль единой оси камер 4 и 5. Внутри калибровочной камеры 5 расположена сетка 15, отделяющая два независимых схода 16 и 17.
Предлагаемая мельница на примере помола зерна работает и реализует предлагаемый способ следующим образом.
Очищенное от металлических и минеральных примесей зерно подают в приемную воронку 1, из которой шнеком 12 распределяют по внутренней неподвижной перфорированной втулке 6. Отверстия во втулке 6 сделаны из расчета максимально возможного размера измельчаемого продукта (для пшеницы 9 мм, для кукурузы 12 мм). Количество отверстий во втулке 6 определяет скорость подачи сыпучего материала и подбирается под производительность мельницы. Провалившиеся в отверстия втулки 6 зерна упираются во вращающуюся перфорированную втулку 7, имеющую меньший диаметр отверстий. Выступающие части зерна, проникшие в отверстия втулки 7, при повороте вала срезаются и проваливаются до неподвижной втулки 8, имеющей еще более мелкую перфорацию. Измельченные частицы с размером менее диаметра отверстий втулки 8 продвигаются далее в сторону подвижной втулки 9, а частицы с большим диаметром измельчаются по аналогии с процессом на границе 6 и 7 втулок. Процесс нарезки происходит на границах втулок 6-7, 7-8, 8-9, в итоге частицы зерна с размером не более диаметра отверстий втулки 9 попадают в камеру 4 с рифлеными стенками, внутри которой вращается барабан 11 со свободно подвешенными молотками 10. Дальнейшее разрушение частиц зерна производят свободными ударами молотков 10 и отраженными ударами частиц о рифли боковой цилиндрической стенки камеры 4. Скорость удара подбирается из расчета достаточности для разрушения зерен крахмала, но не более, чтобы избежать измельчения волокнистых (более прочных) частей зерновки.
Встроенной турбиной 3 сквозь камеру 4 создают движение воздуха от отверстий 13 к окну 14. За счет центробежной силы сортируют продукты размола по параметрам плотности и парусности: частицы с большими плотностью и меньшей парусностью располагаются у стенок камеры 4, а легкие частицы с меньшей плотностью смещаются ближе к оси. Частицы с требуемыми параметрами (плотностью и парусностью), чья скорость витания снизилась до скорости воздушного потока из отверстий 13, переносят с этим потоком в калибровочную камеру 5. Таким образом, из зоны измельчения выносят части размолотого эндосперма в мелком виде, а части оболочек в виде крупных чешуек, при этом более крупные крахмальные зерна и чешуйки отрубей с неотделившимся эндоспермом продолжают измельчать в камере 4 до достижения требуемых параметров. В камере 5 отделяют муку, просеивающуюся сквозь сетку 15 в сход 16, от отрубей и непромолов, отводящихся в сход 17.
Таким образом, предлагаемый способ измельчения заключается в поэтапном разрушении сыпучих материалов с постоянным отводом воздухом продуктов измельчения в зону их разделения по размеру. В основе способа лежат различия в характере разрушения кристаллического крахмала и волокнистой целлюлозы, а так же не одинаковое поведение их частиц в воздушном потоке.
В предлагаемом способе первичная нарезка зерна происходит в блоке втулок 6-9, т.е. сразу при его подаче в измельчительную камеру 4, где впоследствии измельчают частицы свободным ударом в восходящем воздушном потоке. Скорость удара подобрана таким образом, что разрушение крахмала происходит по границе зерен, и его частички приобретают обтекаемую форму, в то время как целлюлозосодержащие частицы оболочки, отделившись от зерновки, остаются чешуйками. Различие в форме частиц приводит к тому, что при продувании их восходящим потоком воздуха частицы оболочки, имеющие больший коэффициент аэродинамического сопротивления, выносятся раньше, чем частицы эндосперма, подвергающемуся в итоге дополнительному измельчению. В результате воздушный поток, наполненный мукой и отрубями, проходя через сито 15, выносит мелкие частицы в один сход 16, а крупные частицы попадают в другой сход 17.
При производстве муки из голосеменных растений или подготовленных круп существует ряд очевидных преимуществ:
- частицы зародыша и алейронового слоя, являющиеся источниками витаминов и клетчатки остаются в готовом продукте, а не выбрасываются с отрубями;
- производство хлебопекарных смесей из нескольких злаков не требует раздельного производства и дальнейшего смешивания (при помоле на валковых мельницах для каждой культуры требуется свой угол нарезки рифлей на валках);
- производство ведется за один прием.
Благодаря дифференцированному разрушению элементов зерна и измельчению по параметрам аэродинамических свойств частиц измельчаемого продукта предлагаемое техническое решение, используя одну единицу оборудования, позволяет не просто улучшить хлебопекарные качества получаемой муки, но и сделать их индивидуально заказываемыми. Энергетические затраты на непосредственное измельчение и сортировку при этом аналогичны классической технологии в силу объективности физических законов. Однако исключение из процесса производства необходимости перемещать полупродукты между различными единицами оборудования (маршрут измеряется километрами) приводит к общей экономии не только на стоимости транспортных систем, но и на их электропотреблении.
Немаловажным преимуществом предлагаемой технологии является также ее компактность, позволяющая экономить на капитальных затратах связанных со строительством крупных заводов и инфраструктуры. Оборудование легко размещается в небольших помещениях, не притязательно к внешним условиям эксплуатации. Запустить оборудование можно как в зоне произрастания сырья, так и областях переработки готового продукта. Можно даже включить ее в существующие линии переработки мучнистого сырья.
Предлагаемая мельница была реализована в металле и успешно прошла испытания на различных видах сырья.