Рис.5.2. Схема расхода рециркуляционных потоков воды (кг) при производстве кукурузного крахмала из расчета на 1 тонну товарного зерна

Достижения в технике и технологии крахмала по отдельным процессам за последние десятилетия отражены в последующих разделах.

 

 

Системный подход к исследованиям технологического потока

Сущность системного подхода к исследованиям технологического по­тока крахмала заключается в детальном рассмотрении внутренней организации струк­туры этой системы, состоящей из частей, взаимодействие которых определя­ет качество, присущее именно этой системе.

Данный метод обладает рядом преимуществ перед традиционными ин­женерными, так как позволяет провести на высоком научном уровне макро­исследование технологического потока и установить пути его совершенство­вания. Одним из элементов системного исследования является анализ техно­логического потока производства крахмала как единой системы.

Системный анализ предусматривает выделение в системе ее структур­ных составляющих и определении их роли одна относительно другой; при этом используются два подхода - структурно-функциональный и функцио­нально-структурный, различающиеся первичностью этих двух понятий.

Функционально-структурный подход основывается на первичности функционального назначения системы по отношению к её структурной орга­низации и базируется на объективных закономерностях развития систем, на­учных положениях, определяющих методологию анализа. Его отличитель­ной особенностью является совместный учёт при анализе и синтезе матери­альных, энергетических и информационных потоков как внутри системы между её объектами, так и в процессе обмена её с внешней средой.

На основе общих положений системного анализа и рассмотрения тех­нологического потока производства крахмала как системы устанавливаются основные его функции F(s) по выходу готового продукта и функции взаимо­действия f(i) подсистем, к которым относятся:

F(s) - извлечение крахмала высокого качества с полной утилизацией по­бочных продуктов при переработке крахмалсодержащего сырья с разными технологическими свойствами;

 f(с) - подготовка и очистка сырья от инородных примесей;

f(b)- полное разрушение структуры сырья и связей крахмальных зерен с остальными компонентами сырья;

f(а) - максимальное извлечение крахмала из измельченной массы и его очистка;

f(d)-полное использование всех компонентов сырья, т.е. крахмала и со­путствующих ему веществ.

Функция f(а) характеризует конечную цель функционирования системы и зависит от функций f(с) и f(b), а общая функция системы будет опреде­ляться функциями f(a) и f(d).

За основу исследования технологического потока производства крахма­ла из различных видов крахмалсодержащего сырья нами условно принята технология картофельного крахмала, реальный технологический поток которой с наименьшим количеством технологических операций может быть при­нят близким к идеальному, так как характеризуется рядом признаков, позво­ляющих решить проблему совершенствования производства. В их числе:

• обеспечение одинаковой производительности машин и аппаратов, входящих в состав линии, и выполнение ими минимального количества тех­нологических операций;

• сохранение коэффициента использования единиц оборудования.

Переработка других видов крахмалсодержащего сырья, имеющего иные, чем у картофеля, технологические свойства и требующего введения в техно­логический поток дополнительных операций, рассматривается как развитие этой системы, расширение функций ее подсистем и ее адаптивность к изме­нению внешней среды (видов сырья).

Структуру системы, состоящей из нескольких составляющих, с учетом выполняемых ими функций - f (а), f (b), f /(с) и f (d) можно представить в виде следующих подсистем:

D - утилизация сопутствующих крахмалу веществ - побочных продук­тов производства;

С - сухая и мокрая очистка (мойка) поверхности клубней для отделения примесей: земли, камней, ботвы, соломы;

В - измельчение клубней с полным высвобождением зерен крахмала из клеток;

А - разделение измельченной массы картофеля по размеру и плотности образовавшихся частиц, промывание крахмальной суспензии и её концентрирование до 35-40% СВ.

Буквенные обозначения подсистем соответствуют обозначениям выпол­няемых ими функций; порядок этих обозначений начинается с подсистемы выхода готового продукта.

 Функциональная блок-схема технологического потока переработки на крахмал клубнеплодов и зернового сырья приведена на рис.5.3. При разра­ботке схемы учтены отличительные технологические признаки сырья, к ко­торым относятся: крахмалистость, пленчатость, форма связи крахмальных зерен, способность белков к образованию клейковинных агломератов, слизеобразующая способность, размеры зерен крахмала, крупность плодов и се­мян, масличность и температура клейстеризации крахмала. В подсистеме С - подготовки сырья к переработке: -для крупноклубневых (батат) и крупнокорневых (маниок, арроурут)

 

 

Рис. 5.3. Функциональная схема технологического потока переработки на крахмал различных видов крахмалсодержащего сырья:

Блок А – разделение суспендии и выделение крахмала

Блок В – разрушение структуры сырья и выделение макрокомпонентов

Блок С – очистка и подготовка сырья к измельчению

 

вводится дополнительная операция по дроблению сырья;

-для зерновых и зернобобовых требуются операции по снятию цветко­вой плёнки (ячмень, рис) и замачиванию зерна (все виды) для предваритель­ного разрушения его структуры и ослабления связей крахмальных зерен с другими компонентами.

В подсистеме В - измельчения сырья:

-для зерновых и зернобобовых видов, имеющих крупные зародыши с высоким содержанием жира, предусматривается трехступенчатое избира­тельное измельчение и отделение зародыша от измельченной массы.

В подсистеме А - разделение многокомпонентных суспензий, извлече­ние крахмала, клейковины и других веществ, получение готовой продукции, качество которой должно соответствовать нормативным показателям.

На схеме указан также выход побочных продуктов из каждой подсисте­мы технологического потока: экстракт, картофельный сок, зародыш, глютен, мезга, клейковина, крахмал Б. При значительных различиях свойств этих продуктов существуют общие способы их утилизации, за исключением заро­дыша и клейковины. На рис. 5.4 приведена совмещенная схема утилизации побочных продуктов картофеле- и кукурузокрахмального производств, кото­рая может быть представлена как подсистема D технологического потока.

Рис.5.4. Вариант подсистемы D - утилизация побочных продуктов производ­ства крахмала

Основными технологическими операциями при получении побочных продуктов крахмального производства являются - концентрирование, уваривание и сушка, что связано с удалением из них процессовой воды, масса которой и определяет экономическую целесообразность выработки в сухом виде корма, глютена и др. В этой связи важнейшим условием функционирования технологического пото­ка крахмала является использование минимального количества воды на ведение тех­нологических процессов, что обусловливает её содержание в побочных про­дуктах.

При работе даже по самым прогрессивным технологиям кукурузного крахмала - с замкнутым процессом - требуется расход свежей воды более 2 м³ на 1 тонну зерна кукурузы, или 3,2 м³ - на 1 тонну сухого крахмала. За счет противоточной промывки крахмала и сопутствующих ему веществ рециркуля­ционной процессовой водой расход свежей воды может быть снижен до 1,8 м³ на 1 тонну зерна, но при дальнейшем уменьшении его ухудшается про­мывка крахмала от растворимых веществ, которые появляются в самом на­чале технологического потока - при замачивании зерна.

У клубневых видов сырья растворимые вещества создают раствор кле­точной жидкости концентрацией 5 - 6% СВ, которая используется как про­мывочная жидкость, в связи с чем расход свежей воды в картофелекрахмальном производстве может быть снижен до 0,3-0,5 м³ на 1 тонну картофеля, хотя для расчета расхода свежей воды на 1 т сухого крахмала он принимает­ся равным 3,2 м³ .

Если в качестве готового продукта в этом производстве принять сырой крахмал с содержанием 50% сухих веществ и соответственно 50% воды для замещения растворимых веществ в процессовой жидкости, то доля воды, приходящейся на сухие вещества побочных продуктов при производстве 1 тонн сухого крахмала, составит

3,2 - (1 : 0,5 -1) = 2,2м³.

При соотношении сухих веществ крахмала и побочных продуктов 2 : 1 в среднем для всех высококрахмалистых видов сырья на 1 тонну сухого крахмала будет приходиться 0,5 тонн побочных продуктов, влажность которых при пере­работке зерна (1,6 т, влажность – 87 %) в среднем составит

(2,2 + 0,13 х 1,6) : (0,5 + 2,2 + 0,13 х 1,6) х 100 = 83%.

Для картофеля с учетом содержания в нем 75% воды и его расходе 7 тонн на 1 тонну сухого крахмала влажность побочных продуктов в среднем будет равна

(2,2 + 7 х 0,75) : (0,5 +2,2 + 7 х 0,75) х 100 = 94%.

Значительные энергетические затраты на обезвоживание и сушку по­бочных продуктов крахмального производства обусловливают необходимость проведения исследований по их использованию в сыром виде - как жидких кормов и как сырья для микробиологических видов производств.

Основными условиями эффективного функционирования и развития технологического потока производства крахмала явля­ются:

·        снижение расхода воды путем совершенствования процессов измель­чения сырья и разделения измельченной массы,

·        решение проблемы утилизации побочных продуктов путем уменьшения их влажности, повышения их питательной ценности как кормовых и пищевых продуктов за счет биохимических и тепловых способов обработки,

·        возможность использования их как сырья для комбикормовых производств.

 

Назад, на главную страницу