1. Описание и анализ технологического процесса

Измельчение зерна - одно из самых древних занятий человека. Этот процесс прошел путь в б тыс. лет от первобытных зернотерок и ступок до современного автоматизированного оборудования мукомольных заводов.

Развитие внутренней и международной торговли в начале ХУIII в. при Петре 1 привело к появлению товарных мельниц. Мельницы, работавшие исключительно для местного сбыта, постепенно стали уступать приоритет товарным.

У истоков товарного мукомолья стояли российские купцы и промышленники. Так, в 2008 г. отметили 160-летний юбилей со дня основания в Ярославле и в 2009 г. - 130 лет в Нижнем Новгороде мельницы, которые оснащены современными техникой и технологией. В ХIХ в. мукомолы успешно выходили на европейский рынок с высококачественной мукой более 10 различных сортов.По переписи 1903 г., в России работало 30 тыс. мельниц, в том числе 1850 - товарные паровые, остальные - ветряные, водяные и прочие.

Техническая оснащенность мукомольной промышленности за годы ее развития претерпевала существенные изменения. К началу 70-х годов ХХ в. в России возникла острая необходимость модернизации мукомольной промышленности. Важную роль в выполнении этой задачи в 1980-2000 гг. и в настоящее время сыграло тесное научно-техническое и коммерческое сотрудничество с мировым лидером по производству мукомольного оборудования - швейцарским концерном Бюлер АГ».

Процессы измельчения играют важную роль во многих пищевых производствах. Основные закономерности процессов измельчения рассмотрим на примере процесса помола зерна в сортовую муку.

Размольное отделение мельницы, в котором происходит окончательная переработка очищенного и подготовленного к помолу зерна в муку, представляет собой сложную совокупность целого ряда процессов:

· драной процесс - первичное дробление (вальцовые станки) и сортирование по размерам (рассевы);

· сортировочный процесс - повторное просеивание (рассевы);

· процесс обогащения - просеивание на ситах в восходящем потоке воздуха (ситовеечные машины);

· шлифовочный процесс - отделение оболочек от крупок (вальцовые станки);

· размольный процесс - тонкое измельчение (вальцовые станки) и сортирование по размерам (рассевы);

· вымольный процесс - извлечение муки из отрубей (вымольные машины, виброцентрофугалы).

Самый главный и важный процесс размола зерна, является размольный. Данный этап переработки осуществляется на вальцовых станках. В абсолютном большинстве случаев устройство вальцовых станков одинаково, различаются лишь конструкции их отдельных узлов. Рабочими органами вальцового станка являются два горизонтально расположенных цилиндрических вальца с рифленой или шероховатой поверхностью и вращающихся с разными окружными скоростями навстречу друг другу. В зависимости от вида измельчаемого продукта и требований к операции измельчения на данном участке технологической схемы применяют различные геометрические, кинематические и нагрузочные параметры вальцов. Для получения муки с лучшими показателями белизны и зольности на размольных и шлифовочных системах используют вальцы с микрошероховатой поверхностью. Такой рельеф поверхности вальцов получают электроэрозионным или абразивным способом.

На эффективность измельчения (количество и качество измельченных продуктов, энергоемкость) большое влияние оказывает величина удельной нагрузки на вальцы, т.е. количество продукта, поступающего на 1 см длины парноработающих вальцов в сутки. В мукомольной промышленности получили распространение следующие вальцовые станки: ЗМ2, БВ2, МВ, МВП, А1-БЗН и др. [2] Рассмотрим схему вальцового станка ЗМ2 на рисунке 2.

Рисунок 1 . Общий вид ЗМ2: 1 - станина; 2 - аспирационное устройство; 3 - медленновращающийся валец; 4 - распределительный валик; 5 - дозирующий валик; 6,13,14,21 - рычаги ; 7 - секторная заслонка; 8 - регулировочный винт; 9 - планка; 10 - пружина; 11 - датчик питаталя; 12 - питающая труба; 15 - клапан; 16 - винт; 17 - тяга; 18 - серьга; 19 - вал; 20-амортизационная пружина;22-винт; 23-эксцентриковый вал; 24-быстровращающийся валец; 25-щетка.

Система машин для производства муки включает более 100 видов основного и более 80 видов вспомогательного оборудования. По результатам оценки технического уровня на начало ХХI в. (200 1-2002 гг.) 57 видов основного технологического оборудования и 22 вида вспомогательных машин не соответствовало современным мировым достижениям и рекомендованы к снятию с производства.

Отечественные типовые технологические процессы переработки пшеницы в хлебопекарную муку еще отстают от зарубежных аналогов по материалоемкости, удельной энергоемкости, занимаемой площади, расходу воздуха и уровню автоматизации.

Объекты управления процессом сортового помола зерна определяются технологией производства муки. Одним из основных направлений, позволяющих повысить эффективность работы мельницы, является автоматизация управления технологическими процессами. В подготовительном отделении наибольший интерес как объект автоматизации представляет процесс формирования помольных партий. На практике расчет соотношения компонентов в помольной партии зерна производят по одному из показателей этом не всегда удается получить зерновую смесь со стабильными (стекловидное, выходу клейковины, зольности и др.). Такой подход позволяет, в известной мере, рационально использовать имеющееся сырье и стабилизировать его качество, однако при мукомольными и хлебопекарными свойствами.

С целью стабилизации указанных свойств был предложен метод составления зерновой смеси одновременно по трем показателям качества зерна: стекловидное, выходу сырой клейковины и зольности. Показатель «стекловидность» оказывает влияние на процесс подготовки и переработки зерна, выход сырой клейковины--на хлебопекарные свойства муки, выход сырой клейковины и зольность --на качество готовой муки, отвечающей стандарту. Технологические процессы в размольном отделении мельницы в основном осуществляются на трех видах машин: вальцовых станках, рассевах и ситовейках. Из них только вальцовый станок имеет регулирующий орган, позволяющий изменять зазор между вращающимися валками станка. Таким образом, управление процессами в размольном отделении при существующих технологических машинах возможно только изменением режима работы вальцовых станков.

Для правильного течения процессов или наилучшего оптимального прохождения их всеми указанными процессами нужно управлять, т. е. осуществлять определенные воздействия, соответствующие алгоритму управления системы. Техника управления процессами основывается на ряде правил и законов, общих не только для технических устройств, но и для живых организмов и для явлений общественной жизни. Во всех системах имеются управляющие и управляемые составные части, между которыми устанавливаются прямые и обратные связи.

Системой является совокупность происходящих физико-химических процессов и средств для их реализации. В пищевом производстве система включает собственно технологический процесс, машину, аппарат или установку, в которых он происходит, все средства для контроля и управления процессом и связи между ними. Всякая система состоит из взаимосвязанных частей и в определенном смысле представляет собой замкнутое целое. В любой промышленной автоматической системе управления всегда можно выделить две взаимодействующие между собой основные части: объект управления (ОУ) и управляющее устройство (УУ). В случае, когда в системе управления все функции по обработке информации о цели и результатах управления, выработке управляющих воздействий и их передаче на управляющие устройства выполняются без участия человека, система называется автоматической.

Многообразие технологических операций с неприспособленными для управления технологическими машинами, различие свойств и состава помольных партий зерна существенно затрудняют автоматизацию управления процессами, несмотря на то что мельничное производство является высокомеханизированным, поточным и непрерывным.

В размольном отделении объектом автоматизации с точки зрения возможности непрерывного управления процессами прежде всего является драной процесс, который из-за нестабильности в подготовке помольных партий и других эксплуатационных условий носит пульсирующий характер и требует подрегулировки зазоров между валками вальцовых станков.

Другим объектом автоматизации управления является процесс формирования сортов муки, характеризующийся значительными колебаниями параметров готовых сортов муки. По данным ВНИИЗа, относительная неравномерность выходов муки составляет по высшему сорту 16%, по 1 -- 22,6% и по II--35,3%.

Система управления режимом измельчения состоит из следующих элементов: самотека, вальцового станка, пневмоприемника, циклона-разгрузителя, шлюзового затвора, рассева, расходомера, регулятора, задатчика, исполнительного механизма регулирования зазора. Сигнал с расходомера подается в измерительный блок регулятора, где сравнивается с сигналом задатчика; при несоответствии между этими сигналами возникает сигнал рассогласования, который поступает в электронный блок регулятора. Электронный блок усиливает сигнал рассогласования до величины, необходимой для приведения в действие электродвигателя исполнительного механизма.

Автоматические системы можно условно разделить на малые и большие. Малые системы однозначно определяются свойствами процесса и ограничены одним типовым процессом, его внутренними связями, а также особенностями аппаратурного оформления. Большие системы представляют собой совокупность малых систем и отличаются от них количественно и качественно.

Пищевая промышленность благодаря преимуществам серийного производства оказалась в основном подготовленной к автоматизации. Но ряд технологических процессов в связи с часто изменяющимся ассортиментом продукции требует все же довольно частой переналадки оборудования. Поэтому, если для стабильных массовых производств технический прогресс характеризуется созданием крупных систем, способных работать продолжительное время без переналадки, то в случае изменяющегося ассортимента -- созданием систем с широким использованием оборудования с программным управлением.

Вторым классификационным признаком технологических процессов как объектов автоматизации является агрегатное состояние веществ.

Однако признак агрегатного состояния вещества является недостаточным, так как характеризует статическое состояние вещества. О фазовых превращениях, происходящих с веществом в объекте, этот признак сведений не дает. Поэтому необходимым классификационным признаком технологических процессов как объектов автоматизации является характер связей в процессах. По характеру связей различают механические, гидродинамическими тепло- и массообменные без изменения агрегатного состоянии вещества и диффузионные, химические, микробиологические и комбинированные процессы.