Аннотация

В России наблюдается спрос на мучную продукцию, вырабатываемую с использованием «сухого» метода получения крахмала и клейковины. Целью работы являлось исследование параметров пневмоцентробежной классификации тонкодисперсных частиц в спиральном классификаторе-отделителе, предназначенном для разделения продуктов размола зерна на фракции, которые отличаются комплексом свойств, отделения твердой фазы от воздуха и выделения из общего потока продуктов размола высокобелковой фракции муки.
Объект исследования – процесс пневмоклассификации продуктов размола зерна. Применили математическое моделирование и провели эксперимент. Аналитически рассмотрели процесс движения и осаждения частиц в рабочей зоне классификатора. Изучили влияние на характер траекторий движения частиц, их осаждение массы и плотности, скорость воздуха и соотношение геометрических параметров канала. Экспериментально определили влияние на общую эффективность процесса классификации скорости движения воздуха и концентрации аэросмеси.
Получили результаты по режимам классификации для частиц с различных размольных и драных систем, которые отличаются скоростями витания, размерами и плотностью. При скорости воздуха от 6 до 8 м/с на первом витке спирального классификатора с отношением внутреннего радиуса змеевика к внутреннему диаметру трубы r₁/d_тр = 7,9, на втором витке при r₁/d_тр = 7, на третьем витке при r₁/d_тр = 6,25. На последующих витках при r₁/d_тр < 5 выделяется фракция размером до 160 мкм, в том числе мелкие высокобелковые фракции муки с размером частиц 17–20 мкм. Около 80 % продукта оседает на первом витке, на втором около 12 % продукта, а на третьем около 8 % продукта. Максимальная эффективность отделения продукта третьей драной системы достигает 98 % при входной скорости 6 м/с. Максимальная эффективность отделения муки высшего сорта достигает 99,2 % при входной скорости 4,2 м/с.
Полученные результаты подтверждают возможность использования классификатора для разделения продуктов измельчения зерна пшеницы на фракции по комплексу свойств с выделением высокобелковой фракции муки и отделением дисперсного продукта от воздушного потока как в качестве самостоятельного устройства, так и при работе в технологической схеме сортового помола зерна в муку на этапе работы сепараторов и разгрузчиков пневмотранспортных систем.

Ключевые слова

Мука, продукты размола, фракции муки, высокобелковая фракция, дисперсная частица, воздух, спираль, классификатор

ФИНАНСИРОВАНИЕ

Работа выполнена в рамках научно-исследовательской работы кафедры машины и аппараты пищевых производств на базе учебно-исследовательской лаборатории вентиляции Алтайского государственного технического университета им. И. И. Ползунова (АлтГТУ) .

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. 1. Renzyaeva TV, Tuboltseva AS, Renzyaev AO. Various flours in pastry production technology. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(2):407–416. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-2-2373
2. Безопасность и качество пищевых продуктов / Т. Ю. Гумеров [и др.] // Безопасность жизнедеятельности. 2022. Т. 257. № 5. С. 3–9. https://www.elibrary.ru/SCYBVR
3. Gumerov TYu, Mingaleeva ZSh, Reshetnik OA. Recipes development and evaluation of quality and safety indicators for cereal. Food Industry. 2022;7(1):70–81. (In Russ.). https://doi.org/10.29141/2500-1922-2022-7-1-9
4. Marjanović-Balaban Ž, Gojković Cvjetković V, Grujić R. Gliadin proteins from wheat flour: the optimal determination conditions by ELISA. Foods and Raw Materials. 2021;9(2):364–370. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2021-2-364-370
5. Faheid SMM, Rizk IRS, Kishk YFM, Ragab GH, Mostafa S. Carboxymethyl cellulose and psyllium husk in gluten-free pasta. Foods and Raw Materials. 2022;10(2):329–339. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2022-2-540
6. Prikhodko DV, Krasnoshtanova AA. Using casein and gluten protein fractions to obtain functional ingredients. Foods and Raw Materials. 2023;11(2):223–231. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2023-2-569
7. Терехова О. Н., Глебов А. А., Дуюнова Я. С. Тонкая воздушная сепарация дисперсных частиц в процессах переработки зерна // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2019. Т. 175. № 5. С. 140–147. https://elibrary.ru/KNRGUK
8. Terekhova ON. Pneumatic classification of grain grinding products. In: Anatskaya AS, Arganchieva DB, Akhmedov AT, Bardin VS, Belousov ON, Valiullina DM, et al., editors. Innovative science: fundamental and applied issues. Petrozavodsk: New Science; 2021. pp. 330–352. (In Russ.). https://doi.org/10.46916/03122021-1-978-5-00174-392-7
9. Hosien M, Selim S. Effect of solid loading on the performance of gas-solids cyclone separators. Mansoura Engineering Journal. 2020;34(2):16–25. https://doi.org/10.21608/bfemu.2020.126001
10. Artikov A, Karabaev D, Abdujabborov SA. On the question of calculation of the number of particle turns in the field of centrifugal forces in the cycloning apparatus. AIP Conference Proceedings. 2022;2432(1). https://doi.org/10.1063/5.0090003
11. Пылеуловитель-классификатор: пат. 195513U1 Рос. Федерация. № 2019118139 / Дубов Г. А. [и др.]; заявл. 11.06.2019; опубл. 30.01.2020. Бюл. № 15. 1 с.
12. Бутенко А. Г., Смык С. Ю. Технология комбинированной очистки полидисперсного воздушного потока // Экология промышленного производства. 2014. Т. 88. № 4. С. 37–41. https://elibrary.ru/TGTJBP
13. Pavlenko IV, Yukhymenko MP, Lytvynenko AV, Bocko J. Solving the nonstationary problem of the disperse phase concentration during the pneumoclassification process of mechanical mixtures. Journal of Engineering Sciences. 2019;6(1):F1–F5.
14. Slavyanskiy AA, Mitroshina DP, Gribkova VA, Karamzin AV. Fractionation of bulk food products. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(1):89–97. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-1-89-97
15. Semenov EV, Slavyanskii AA, Karamzin VA, Karamzin AV. Centrifugal fractionation of fine particles. Chemical and Petroleum Engineering. 2019;55(1–2):122–128. https://doi.org/10.1007/s10556-019-00591-z
16. Semenov EV, Slavyanskiy AA, Mitroshina DP. Quantitative analysis of suspension clarification process in inter-tray space of separator drum. Chemical and Petroleum Engineering. 2021;57(5–6):361–369. https://doi.org/10.1007/s10556-021-00944-7
17. Kim VA, Kashin YaM. Kopelevich LE. Characteristics of combined motor of separator drive. Journal of Physics: Conference Series. 2021;2096. https://doi.org/10.1088/1742-6596/2096/1/012094
18. Morozov YuP, Penkov PM. Studying the possibilities of improving centrifugal separation efficiency. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Gornyi Zhurnal. 2020;(3):80–86. (In Russ.). https://doi.org/10.21440/0536-1028-2020-3-80-86
19. Способ отделения мелкодисперсных частиц от газовой среды: пат. 2461410C1 Рос. Федерация. № 2011122175/05 / Злочевский В. Л., Терехова О. Н.; заявл. 31.05.2011; опубл. 20.09.2012. Бюл. № 26. 8 с.
20. Zhang L, Apea-Bah FB, Chen X, Hornung PS, Malunga LN, Beta T. The physicochemical and structural properties and in vitro digestibility of pea starch isolated from flour ground by milling and air classification. Food Chemistry. 2023;419. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2023.136086
21. Andreev NR, Goldstein VG, Kovalenok VA, Nosovskaya LP, Adikaeva LV, Miroshnikov AA. Investigation of the process of extraction of a highly starchy fraction of rye flour by air classification. Agricultural Science Euro-North-East. 2021;22(6):896–906. (In Russ.). https://doi.org/10.30766/2072-9081.2021.22.6.896-906
22. Способ получения сухим методом нативного фракционированного по размеру гранул крахмала: пат. 2710788C1 Рос. Федерация. № 2019122198 / Лобанов В. Г. [и др.]; заявл. 11.07.2019; опубл. 13.01.2020. Бюл. № 2. 8 с.
23. Kandrokov RK, Tsybina GM, Budova AV. Pneumatic screen fractionation of barley and wheat flour for extraction of protein and carbohydrate fractions. Bread Products. 2022;(6):52–57. (In Russ.). https://doi.org/10.32462/0235-2508-2022-31-6-52-57
24. Lisitsyn AB, Chernukha IM, Nikitina MA. Russian methodology for designing multicomponent foods in retrospect. Foods and Raw Materials. 2020;8(1):2–11. https://doi.org/10.21603/2308-4057-2020-1-2-11
25. Artikov AA, Karabaev DT. Computer simulation of particle velocity in a cyclone. Universum: Technical Sciences. 2023;110(5–1):34–40. (In Russ.). https://doi.org/10.32743/UniTech.2023.110.5.15434
26. Maslov AV, Biktagirova AI, Agzamova LI, Mingaleeva ZSh. Method application of generalized reduced gradient and fractional factor experiment in the composition optimization of the complex food additive for bread of increased nutritional value. Food Industry. 2021;6(3):5–14. (In Russ.). https://doi.org/10.29141/2500-1922-2021-6-3-1
27. Maslov AV, Mingaleeva ZSh, Yamashev TA, Shibaeva NF. Effect of a complex plant additive on flour mixes and wheat dough. Food Processing: Techniques and Technology. 2022;52(3):511–525. (In Russ.). https://doi.org/10.21603/2074-9414-2022-3-2385
28. Martsulevich NA, Flisyuk OM, Meshalkin VP, Garabadzhiu AV. Dispersed material classification in multi-section air classifier. ChemcChemTech. 2021;64(10):84–90. (In Russ.). https://doi.org/10.6060/ivkkt.20216410.6455
29. Martsulevich NA, Flisyuk OM, Chirkunova UG. Fractionation of dispersed material in a two-part air classifier. Bulletin of the St. Petersburg State Technological Institute (Technical University). 2020;79(53):61–64. (In Russ.). https://doi.org/10.36807/1998-9849-2020-53-79-61-64
30. Flisyuk OM, Toptalov VS, Martsulevich NA. Theoretical and experimental analysis of dependence of efficiency of direct-flow cyclone on geometry of separating chamber. ChemChemTech. 2021;64(8):99–106. (In Russ.). https://doi.org/10.6060/ivkkt.20216408.6419
31. Исследование параметров зоны воздушно-центробежной классификации в пневмоциркуляционном аппарате, существенно влияющих на процесс разделения тонкодисперсного материала / Л. Н. Богданов [и др.] // Известия вузов. Физика. 2013. Т. 56. № 9–3. С. 21–23. https://elibrary.ru/SNVEJJ
32. Злочевский В. Л., Мухопад К. А. Экология и инновационное развитие газоочистки // Экология промышленного производства. 2019. Т. 105. № 1. С. 28–34. https://elibrary.ru/YZZWMP