pobierz plik artykułu - Inżynieria i Aparatura Chemiczna

Prosimy cytować jako: Inż. Ap. Chem. 2014, 53, 2, 074-075
INŻYNIERIA I APARATURA CHEMICZNA
str. 74
Nr 2/2014
Józef FLIZIKOWSKI1, Andrzej TOMPOROWSKI1, Adam MROZIŃSKI1, Józef SADKIEWICZ2, Jacek SADKIEWICZ2
e-mail: [email protected]
1
Instytut Technik Wytwarzania, Wydział Inżynierii Mechanicznej, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy, Bydgoszcz
2
Zakład Badawczy Przemysłu Piekarskiego Sp. z o.o., Bydgoszcz
Analiza i ocena funkcjonalna młyna 6-walcowego
Wprowadzenie
Już starożytni Egipcjanie i Babilończycy dobierali: postać geometryczną i wymiary kół (tarcz, walców, stożków) młyńskich (rodzaj, masę
i prędkość kamienia), czyli geometryczne, tworzywowe i dynamiczne
cechy konstrukcyjne – do postulowanych stanów: jakości, postaci i wymiarów geometrycznych mąki, produktu rozdrabniania. Poszukiwanie
warunków konstrukcyjnych realizowano na wszystkich kontynentach
przez wieki [Lowrison, 1974] i dalej będą one rozwiązaniem postulowanych stanów rozdrabniania.
Postulowane stany rozdrabniania (SPR) realizowane są według historycznej lub nowej idei, w znanych lub nowych warunkach konstrukcyjnych (WK, nWk), które dobiera lub odkrywa konstruktor.
Celem pracy jest analiza i ocena warunków technicznych sześciowalcowego młyna nowej konstrukcji (nWk) za pomocą granulometrycznych wskaźników jakości produktu, estymatorów stanów postulowanych (SPR).
Materiały
Zazwyczaj konstrukcje walców (Ck, E, R, s, t) mają złożoną strukturę
geometryczną warstwy wierzchniej, wykonane są z twardych tworzyw
konstrukcyjnych, np. żeliwa, cechy dynamiczne wiążą się z niskimi
Rys. 2. Idea rozdrabniacza walcowego: 1 – walec szybkobieżny, 2 – walec wolnobieżny, 3 – kosz zasilający, 4 – rozcieracz, 5 – pokrętło regulacji rozcieracza, 6 – pokrętło
regulacji szczeliny między walcami, 7 – wałek zasilający, 8 – dno, 9 – zasuwa, 10 –
pokrętło regulacji zasuwy zasilającej
Charakterystykę jakościową, próbek
ziarna pszenicy, użytego w analizie
i ocenie funkcjonalnej młyna 6-walcowego, przedstawiono w tab. 1. Pomiary
prowadzono z zastosowaniem norm i typów urządzeń krajowych opracowanych
przez Zakład Badawczy Przemysłu Piekarskiego w Bydgoszczy [ZBPP, 2014]
Rys. 1. Materiał wsadowy: ziarno pszenicy
(charakterystyka w tab.1) [Sadkiewicz, 2014]
Tab. 1.Wyniki analizy próbek przeznaczonych do badań
prowdrożeniowych rozdrabniaczy [Sadkiewicz, 2014]
Nazwa
Wilgotność,
%
Szklistość,
%
Masa 1000
ziaren,
g
Ilość
glutenu,
%
Jakość
glutenu,
mm
Pszenica
12,4
58
51,4
21
2
Nowe warunki techniczne (nWk)
Innowacyjne warunki techniczne nWt(I, Ck, E, R, s, t) obejmują następujące nowe [Flizikowski, 2005]:
– idee, czas (I, t), pomysły, sposoby rozdrabniania (zgniatanie, kruszenie, cięcie, skręcanie, złożone stany obciążeń i odkształceń);
– cechy konstrukcyjne, elementy, relacje, sterowanie, czas istnienia
środków (Ck, E, R, s, t): maszyn, urządzeń, instalacji procesu, sterowania, informacji i logistyki rozdrabniania;
– czynności, parametry relacji, sterowań w czasie (R, s, t), parametry
procesu, ruchu elementu, surowca, produktu i relacje układu procesowego (mielenia).
Idea (I, t) rozdrabniaczy walcowych (Rys. 2) polega na parze lub
większej liczbie par walców, które tworzą procesowy zespół roboczy.
Walce wykonują zadania: zasilania, podawania, obłuskiwania, rozgniatania, rozcierania, ścierania i szorstkowania [Zawada, 2005]. Realizacja
tych czynności następuje na jednej parze walców, na różnych parach
walców umieszczonych w jednej konstrukcji, lub na parach walców,
stanowiących odrębne konstrukcje (liczne pasaże (do 24) w rozdrabnianiu ziaren na mąkę).
prędkościami obwodowymi powierzchni roboczych, stabilną, sterowaną szczeliną i frykcją między walcami.
Działanie rozdrabniaczy walcowych (R, s, t) jest złożone, polega na
rozcinaniu, łupaniu, zgniataniu i rozcieraniu [Flizikowski, 2005; Sadkiewicz i in., 2004].
Nowy rozdrabniacz sześciowalcowy (Rys. 3) służy do przygotowania próbek produktu, monitorowania procesu, jako element
aparatury peryferyjnej do badania,
określenia i opisu funkcji rozdrabniania. Jego przeznaczenie techniczno-badawcze jest następujące
[Sadkiewicz i in., 2004]:
– badanie zjawisk i procesów pasażowych,
– szybki i precyzyjny przemiał
dużych partii próbek zbóż na
mąkę,
– ocena właściwości przemiałowych zbóż,
– przeprowadzanie oceny właściwości wypiekowych mąki
(metodą próbnych wypieków Rys. 3. Rozdrabniacz sześciowalcowy: 1 –
zespół zasilania wsadem, 2 – trzy zespoły
laboratoryjnych).
mielenia, procesowe wymienne, dwuwalParametry techniczne (nWt) cowe, 3 – zasobnik produktu, 4 – zespół
rozdrabniacza sześciowalcowego sterująco-napędowy, 5 – zespół napędowy,
[Sadkiewicz i Sadkiewicz, 2014 ]: sterujący i informacyjny, 6 – zespół włącz– wymiary: 1120 × 470 × 850 ników i sygnalizatorów [Sadkiewicz i Sadkiewicz, 2014]
mm,
– masa całkowita: 150 kg
– masa komory roboczej: 17 kg
– liczba komór roboczych: 3 komplety (wymienne)
– liczba walców rozdrabniających: 6 (3 kpl.)
– średnica walców: Ø 100 mm
– szerokość walców: 120 mm
Prosimy cytować jako: Inż. Ap. Chem. 2014, 53, 2, 074-075
Nr 2/2014
–
–
–
–
–
INŻYNIERIA I APARATURA CHEMICZNA
str. 75
liczba nacięć (rowków) na walcach 154, 310, 440, 520
szczeliny międzywalcowe regulowane (dostosowane do potrzeb)
napięcie zasilania: 400 V AC, 50 Hz
moc silnika: 1,5 W
-1
wydajność przemiału: ok. 30 kg·h .
Stany postulowane mielenia (SPR)
Przyczyną poszukiwania nowych warunków technicznych (nWk) są
postulowane społecznie lepsze wartości, pragnienia i potrzeby, czyli
lepsze stany postulowane SPR(Q, e, nS, t) systemu, procesu, produktu
i środowiska rozdrabniania [Flizikowski, 2005], takie jak:
– jakość (Q, t) wsadu i przemiału (nośnika, surowca, również: tworzywa, elementu, produktu, odpadu, konstrukcji, mocy, energii),
– efektywność (e, t) energetyczna, ekologiczna i ekonomiczna działania młyna, urządzeń, instalacji, linii technologicznej,
– nieszkodliwość (nS, t) oddziaływania produktu, procesu, układu procesowego (rozdrabniania) na otoczenie, środowisko i w wewnętrznych relacjach.
W niniejszej pracy ograniczono się do zaprezentowania wybranych
fragmentów analizy i oceny jakości wsadu, wg głównej grupy wskaźników fizycznych [Sidor J., 2005], które obejmują:
– wymiary, kształt (postać geometryczna) ziaren,
– własności i opis matematyczny zbiorów ziaren,
– wymiary ziaren kontrolnych: dmax, d99, d97, d80, d67, d50, d10
– powierzchnię właściwą, kinetyczną względnie statyczną,
– gęstość piknometryczną, nasypową (stan luźny) z wsadem,
– twardość, mikrotwardość, zdolności ścierające,
– wytrzymałość na: ściskanie, rozciąganie, na kruche pękanie,
– higroskopijność, zdolności adsorpcyjne i absorpcyjne,
– objętość całkowitą porów, średnią wielkość, rozkład porów i kształt
porów,
– barwę, połysk,
– kąty tarcia: wewnętrznego, statycznego i kinetycznego o metal i inne
materiały,
– piroforyczność,
– inne parametry, własności i właściwości fizyczne.
Wymiary ziaren kontrolnych. Analizując osiągane stany postulowane, np. jakość produktów nowego, sześciowalcowego mielenia ziaren
pszenicy, w bardzo krótkim czasie (t < 30 min.) uzyskano (Rys. 4 i 5)
następujące wymiary ziaren kontrolnych:
d99 = 2,88 mm,
dmax = 3,29 mm, d80 = 0,67 mm, d10 = 0,18 mm
d67 = 0,48 mm, d97 = 2,26 mm, d50 = 0,35 mm
Rys. 5. Wymiary ziaren kontrolnych, histogram, sześciowalcowego rozdrabniania
ziaren pszenicy, po jednym przejściu trzech pasaży
– wydajność masową
Wm = 32,10 [kg·h-1]
– zapotrzebowanie mocy napędu
PR = 1,11 [kW],
co w konsekwencji dało nadspodziewanie niskie jednostkowe zużycie
-1
energii Ej =123,32 [J·g ] i niską szkodliwość środowiskową w postaci
ekwiwalentu obniżenia emisji CO2:
nS = 355 kg ekw.CO2 [GJ-1] zaoszczędzonej energii elektrycznej.
Podsumowanie
Proces mielenia drobnego uziarnionych materiałów roślinnych realizowano na sucho w środowisku powietrza w sześciowalcowym młynie
laboratoryjnym. Analiza i ocena warunków technicznych sześciowalcowego młyna nowej konstrukcji (nWk), na przykładzie ziaren pszenicy
i oceny granulometrycznych wskaźników jakości produktu, i innych estymatorów stanów postulowanych (SPR), daje wynik pozytywny.
Przeprowadzona analiza idei i konstrukcji, dla przypadków rozdrabniania ziaren pszenicy występujących w młynach walcowych, według
wartości wskaźników stanów postulowanych, daje pozytywną i wysoką ocenę jego funkcjonalności. Postulowane stany wysokiej jakości
produktu rozdrabniania (dobre rozdrobnienie dużej ilości przemiału),
efektywności energetycznej i nieszkodliwości środowiskowej – brak
zanieczyszczeń metalicznych, również względem rozdrabnianych materiałów, osiągnięto przy nadspodziewanie niskim zapotrzebowaniu
mocy – niższej od znamionowej mocy silników, dla znaczącej wydajności masowej – wyższej od przeciętnej dla przemiału.
W ujęciu syntetycznym dało to nadspodziewanie niskie jednostkowe
zużycie energii i niską szkodliwość środowiskową w postaci ekwiwalentu obniżenia emisji zaoszczędzonej energii elektrycznej w systemie
energetyki konwencjonalnej (węglowej).
LITERATURA
Rys. 4. Wymiary ziaren kontrolnych, krzywa sumacyjna, sześciowalcowego
rozdrabniania ziaren pszenicy, po jednym przejściu trzech pasaży
Jakość oceniana na podstawie wymiarów produktu przemiału wypełnia oczekiwania przemysłu spożywczego, szczególnie piekarskiego
związanego z pieczywem pełnoziarnistym.
Efektywność procesu
Oceniając efektywność procesu nowego mielenia pszenicy w bardzo
krótkim czasie t < 30 min. uzyskano:
Flizikowski J., Bielinski K., 2013. Technology and energy sources monitoring:
control, efficiency and optimization. Wyd. IGI GLOBAL, USA 2013; ISBN13:
9781466626645, eISBN13: 9781466626959, ISBN10: 146662664X
Flizikowski, J., 2005. Konstrukcja rozdrabniaczy żywności. Wyd. ATR, Bydgoszcz
Lowrison G.Ch., 1974. Crushing and grinding. Butterworth, London
Sadkiewicz J., 2014. Prowdrożeniowe badanie efektywności pracy wielotarczowego rozdrabniacza ziaren zbóż. Praca doktorska, WIM UTP, Bydgoszcz
Sadkiewicz J., Sadkiewicz J., 2014. Instrukcja obsługi młyna sześciowalcowego.
ZBPP, Bydgoszcz
Sadkiewicz K., Sadkiewicz J., Sadkiewicz J., 2004. Bydgoska aparatura do badania zboża, mąki i pieczywa. Wyd. ATR, Bydgoszcz (ISBN-83-89334-81-X)
Sidor J., 2005. Badania, modele i metody projektowania młynów wibracyjnych. Wyd. AGH, Kraków
Zawada J. (red.), 2005. Wprowadzenie do mechaniki maszynowych procesów
kruszenia. Wyd. Inst. Tech. Ekspl., Radom/Warszawa
ZBPP, 2014. Urządzenia do badania zbóż (03.2014): http://zbpp.com.pl/index_
pl.php?cid=8
Badania zrealizowano w latach 2010-2013 w ramach grantu:
Regionalne Centrum Innowacyjności II – Laboratorium Rozdrabniania, Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy.