Антипов С.Т. и др. Машины и аппараты пищевых производств. Книга 2. Том 1

Подождите немного. Документ загружается.

Глава

11 Оборудование для измельчения

пищевых сред

241

линдрическими поверхностями двух параллельных вальцов, вращающихся навстре-

чу

друг другу с различными скоростями.

Степень

измельчения характеризуется уменьшением размера частиц и оценива-

ется коэффициентом извлечения^ Коэффициент извлечения к

(%)

определяют про-

сеиванием навески продукта массой 100 г на ситах определенного номера до и

после

вальцового

станка

и рассчитывают по формуле

где

а - масса проходовой

фракции

в продукте до вальцового

станка

(недосев),

кг;

- масса проходовой

фракции

в продукте

после

вальцового

станка,

кг.

Зазор

между вальцами устанавливают в зависимости от физико-механических

свойств измельчаемого продукта и места в технологической схеме (процессы

дра-

ный, шлифовочный и размольный). Он колеблется в сравнительно широких преде-

лах

- от 0,05 до 1 мм. Так, например, на I драной системе номинальный зазор между

приваленными невращающимися вальцами должен быть 0,8... 1,0 мм; на II драной -

0,6...0,8; на III драной крупной -

0,4...0,6;

на III драной мелкой -

0,2...0,4;

на IV

дра-

ной

- 0,2...0,3; на размольных системах с рифлеными вальцами -

0,1...0,2

мм, а на

остальных

размольных системах - 0,05 мм.

Например, удельная нагрузка на I драную систему составляет

32...35

кг/(см-ч),

на 1-ю размольную - 7...8

кг/(см-ч).

Резание - процесс механического расчленения продукта по линии его сопри-

косновения с острой кромкой лезвия путем

сжатия

и сдвига. Резание пищевых про-

дуктов осуществляют для

того,

чтобы отделить от массива продукта определенную

его

часть, для разделения продукта на частицы заданных формы и размеров и для

измельчения

продукта без предъявления требований к форме частиц (рис.

11.2).

Нарезанные куски имеют правильную, заранее выбранную форму с ровными

краями

и обычно в дальнейшем подвергаются только тепловой обработке. При

дроблении

частицы продукта имеют неправильную форму и в большинстве случаев

подвергаются дальнейшему тонкому измельчению.

Резание происходит в

поле

гравитационных, центробежных, втягивающих или

толкающих

сил, создаваемых режущими или специальными рабочими органами

машины. Эти силы используются для обеспечения подачи продукции в зону измель-

чения и отвода ее из машины.

Сила

сопротивления, воспринимаемая ножом при резании продукта, является

равнодействующей следующих составляющих:

где

рез

- сопротивление продукта резанию, т. е. разделению его с образованием но-

вых поверхностей, Н;

упр

- сопротивление продукта упругим деформациям, кото-

рые вызываются внедрением в него ножа, Н; Р

тр

- сила трения продукта о нож, свя-

занная

с обжатием его деформированным продуктом, Н.

Карпов

В.И.

предлагает определять

рез

для всех форм и видов движения лезвия так

[(с-я)/(100-а)]-100,

упр

+р,

242

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

Нож

Продукт

Рис.

11.2 Схема поступательного и параллельного

движения

ножа

где

/ - проекция достаточно

малого

участка лезвия на направление, перпендикуляр-

ное

скорости его средней точки в продукте, м; ць -

удельное

сопротивление нор-

мальному

резанию, Н/м;

угол

скольжения лезвия в этой точке, град.

Сила

трения на рассматриваемом единичном участке лезвия составит

где

/- приведенный коэффициент трения, учитывающий и заклинивание ножей в

продукте.

Проекция силы трения на направление скольжения скорости ножа будет

равна

Тогда

сумма удельных сил собственно резания и составляющей силы трения, дей-

ствующих

против скорости лезвия относительно продукта, выразится уравнением

Мощность,

обусловленная затратой энергии в единицу времени на преодоление

сопротивлений, непосредственно связанных с выполнением резания продуктов, на-

зывается полезной, или технологической. Она определяется по формуле

где

Ауо - удельная работа резания, отнесенная к единице вновь образованной по-

верхности продукта, Дж/м"; П

- теоретическая производительность механизма, кг/с;

- вновь образованная площадь поверхности, отнесенная к единице массы продук-

та, м

/кг ;

Г]

- КПД ножа, учитывающий трение его о продукт.

Гомогенизацией называется процесс измельчения жидких и пюреобразных пи-

щевых продуктов за счет пропускания под большим давлением с высокой скоро-

стью

через узкие кольцевые

щели.

В результате воздействия на продукт различных

гидродинамических факторов происходит дробление твердых частиц продуктов и

их интенсивная механическая обработка.

После

гомогенизации количество диспер-

гированных частиц увеличивается примерно в 200...500 раз, а их суммарная

поверхность - в 6...8 раз. Гомогенизация не только изменяет дисперсность

белко-

вых компонентов продукта, но и влияет на физико-химические свойства продукта

(плотность,

вязкость, однородность состава и др.).

тр

=f4b

C0S

Р ,

тр

я'ир

= fq

cos

$sin$

cos

р[/ +

0,5/«и(2р)].

F'/r\„,

Глава

11 Оборудование для измельчения

пищевых сред

243

Основными

рабочими органами гомогенизирующей головки являются

седло

клапан, от конструкции которых в известной мере

зависит

степень дисперсности

частиц

при гомогенизации. Разнообразие конструкций гомогенизирующих уст-

ройств

обусловлено

стремлением повысить гомогенизирующий

эффект

за счет по-

вышения турбулентности потока гомогенизируемой жидкости, усиления явлений

кавитации,

повышения скорости движения жидкости на входе в клапанную

щель.

Клапанная щель может быть гладкой и волнообразной с постоянным или перемен-

ным сечением.

Для

преодоления сопротивления при прохождении через узкую щель продукт

подается под высоким давлением (15...30

МПа).

Сила

Р, прилагаемая при подаче продукта, поднимает клапан, и между ним и

седлом

образуется узкий

канал

высотой h, через который протекает жидкость.

Кла-

пан остается над седлом в плавающем состоянии, и вследствие изменения гидроди-

намических условий (давления, вибрации) высота

канала

постоянно меняется.

Сила,

с которой клапан прижимается к

седлу,

создается часто пружиной, в неко-

торых

конструкциях - маслом под давлением, и может регулироваться. Ее величина

определяется

давлением, с которым осуществляется подача продукта. Тонкость из-

мельчения

(гомогенизация)

зависит

от давления, конструкции гомогенизирующего

органа, равномерности подачи, состояния и предварительной обработки продукта.

Средний диаметр твердых

частиц

в плодоовощном пюре или соке определяют

по

формуле

<1,

З|е^

«;

и,-

где

— средний диаметр

частиц

для каждой группы, м; и

;

— количество

частиц

каждой группе, шт.

Молодость счастлива тем, что у нее есть будущее.

ГОГОЛЬ НИКОЛАЙ ВАСИЛЬЕВИЧ

(1809-1852),

русский

писатель

11.2

КЛАССИФИКАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ

Классификация измельчающих машин приведена на рис. 11.3. Измельчение

пищевых сред реализуется в дробилках, вальцовых станках, жерновах,'валковых

мельницах,

волчках, куттерах и т. д. Именно эти машины во многом определяют

качественное протекание последующих стадий обработки пищевого сырья, форми-

руя качество готового продукта.

Измельчение

проводят в один или несколько приемов, в открытых или замкну-

тых циклах.

При

измельчении в открытом цикле куски материала проходят через измель-

чающую

машину один раз. Если в исходном материале имеется примесь мелочи, то

ее

предварительно отсеивают. В открытом цикле проводят, как правило, крупное и

среднее дробление.

дисковые

многовалковые

молотковые

штифтовые

шариковые

комбинированные

молотковые

штифтовые

(дисмембраторы)

шинковальные

свеклорезки

овощерезки

для

рубки голов КРС

измельчители

дробилки

волчки

куттеры

коллоидные

мельницы

эмульситаторы

шпигорезки

клапанные

дисковые

(центробежные)

ультразвуковые

Глава

11 Оборудование для измельчения

пищевых сред

245

При

измельчении в замкнутом цикле

после

измельчающей машины устанавли-

вают классифицирующее устройство, с помощью которого куски, превышающие

установленный конечный размер, вновь транспортируются в измельчающую маши-

ну

на повторное дробление.

Вальцовые

станки

применяют на мукомольных заводах для размола

зерна

продуктов его переработки. Эффективность работы вальцовых станков определяется

степенью измельчения

зерна

или его

частиц,

производительностью каждой

пары

вальцов и удельным расходом электроэнергии.

Дробилки используют для дробления

зерна,

бобов,

кристаллического

сахара

других

компонентов при приготовлении пищевых смесей.

Валковые

мельницы

предназначены для тонкого измельчения жиросодержащих

рецептурных смесей при производстве кондитерских изделий.

Резательные

машины

предназначены для измельчения растительного сырья на

частицы правильной формы

(столбики,

кружки, кубики) и определенных размеров

для

соблюдения одинаковых режимов при дальнейшей обработке и дозировке. Ка-

чество резки

зависит

от конструктивных особенностей машины,

режима

ее эксплуа-

тации, от

вида

и состояния сырья.

Резка сырья осуществляется стальными ножами различной формы (пластинча-

тыми, дисковыми, треугольными, трубчатыми, серповидными, винтовыми), которые

совершают вращательное или колебательное движения.

Волчки

предназначены для среднего и мелкого измельчения сырья. За основную

техническую характеристику волчка принимают диаметр решетки. Наибольшее

применение для измельчения мягкого мясного сырья нашли волчки с диаметрами

решетки 112, 114, 120, 160 и 200 мм.

настоящее время

получили

распространение волчки, которые наряду с измель-

чением выполняют и другие технологические операции - смешивание, жиловку, по-

сол,

наполнение

фаршем

оболочек

при производстве колбасных изделий. Для их вы-

полнения в приемном бункере волчка монтируют детали, которые одновременно пе-

ремешивают и нагнетают сырье в механизм измельчения; на горловине волчка уста-

навливают дополнительные

насадки

для наполнения колбасных

оболочек.

Куттеры

предназначены для тонкого измельчения мясного мягкого сырья и

превращения его в однородную гомогенную массу. До поступления в куттер сырье

предварительно измельчают на волчке, но отдельные конструкции куттеров имеют

приспособления для измельчения кускового сырья. Куттеры бывают периодическо-

го

и непрерывного действия.

Гомогенизаторы подразделяются на клапанные, дисковые или центробежные и

ультразвуковые. Основным фактором, определяющим конструкцию гомогенизато-

ров, является количество плунжеров. По этому признаку выпускаемые гомогениза-

торы можно разделить на одно-, трех- и пятиплунжерные.

246

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

...из всех способов, какие только можно

придумать, природа следует наиболее простому

и ближайшему.

БЭР

КАРЛ

МАКСИМОВИЧ

(1792-1876).

русский зоолог

11.3

ВАЛЬЦОВЫЕ

СТАНКИ

При

производстве муки процесс измельчения

зерна

и промежуточных продуктов

является одним из главных, так как в значительной мере влияет на выход и качество

готовой

продукции. Измельчение

зерна

- одна из наиболее энергоемких операций.

Технологические

приемы и машины, применяемые для измельчения, в значительной

степени определяют технико-экономические показатели мукомольного

завода.

При

выборе оборудования и общей характеристики процесса измельчения на

вальцовых

станках

вводится нормативный показатель средней удельной нагрузки,

который определяют отношением суточной производительности размольного отде-

ления

мукомольного

завода

к общей длине мелющей линии. Для вальцовых станков

А1-БЗН

эта нагрузка составляет

70...75

кг/(см-сут).

Расход электроэнергии не может быть определен аналитически, но установлены

определенные

практические нормативы

удельного

расхода электроэнергии на 1 т

готовой

продукции в целом по заводу.

На основные показатели эффективности вальцового

станка

влияют отношение

окружных скоростей вальцов (дифференциал), состояние поверхности, точность

зазора

по длине вальцов. Увеличение окружных скоростей вальцов при постоянном

дифференциале значительно повышает производительность, несколько увеличивает

расход энергии и практически не влияет на гранулометрический состав измельчен-

ного

продукта. Окружная скорость быстровращающихся рифленых вальцов состав-

ляет

5,5...6,0

м/с, а микрошероховатых -

5,2...5,4

м/с.

Существенное

влияние на производительность и

характер

измельчения

оказывает

дифференциал. При увеличении дифференциала преобладает разрушение

частиц

за

счет деформации сдвига, при уменьшении - возрастает роль деформации сжатия.

Большое

влияние на качество и производительность вальцового

станка

оказыва-

ет не только величина

зазора,

но постоянство его

размера

по всей длине вальцов.

Правильную

цилиндрическую форму вальцов обеспечивают при шлифовке на спе-

циальных шлифовально-рифельных станках. На постоянство величины

зазора

мо-

жет

оказывать

влияние состояние подшипников, пружин-амортизаторов и шарнир-

ных соединений.

На качество измельчения отрицательно влияет радиальное биение вальцов, ко-

торое

может быть следствием неправильной геометрической формы отклонений при

запрессовке

полуосей,

дефектов литья, вызывающих дебаланс. Чем меньше ради-

альное

биение вальцов, тем стабильнее рабочий зазор, выше качество размола,

больше

износостойкость вальцов. Поэтому технология обработки вальцов обяза-

тельно

включает их динамическую балансировку на специальном станке.

Важным условием выполнения всех последовательных технологических этапов

измельчения

зерна

является обеспечение заданных параметров рифленой микроше-

роховатой поверхности вальцов, которые для каждой технологической системы ре-

комендованы

«Правилами»

и учтены в форме исполнения вальцовых станков. Риф-

ли

нарезают на шлифовально-рифельном станке, а микрошероховатую поверхность

Глава

11 Оборудование для измельчения

пищевых сред

247

1800

г*

Рис.

11.4 Вальцовый станок ЗМ2

получают

воздействием струи сжатого воздуха и абразивного материала на станке

со

специальным пескоструйным устройством.

Вальцовый

станок ЗМ2 двухсекционный (рис. 11.4) с автоматическим регу-

лированием производительности предназначен для измельчения зерна и промежу-

точных продуктов размола на мукомольных заводах.

Станок включает: станину 7; вальцы 3 и 28; распределительный 4 и дозирующий

5 валики; аспирационное устройство 2; рычаги 6, 77, 75, 23; винты 7, 77, 24; планку 8;

секторную

заслонку 9; пружины 10, 22; питающую трубу 72; датчики 13 и 14; меха-

низм

грубого

привала 19; механизм 25 настройки и

выравнивания

подвижного валь-

ца; межвальцовую передачу 26; эксцентриковый вал 27 и электродвигатель 29.

Мелющие

вальцы - это две стальные

полуоси

и рабочий барабан, изготовлен-

ный из никель-хромистого чугуна,

наружная

поверхность которого отбелена.

Валь-

цы 3 и 28 в станине 7 устанавливают на роликовых подшипниках так, чтобы между

248

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

линией,

соединяющей оси вальцов, и горизонталью был

угол

45°. Один из каждой

пары

вальцов имеет только вращательное движение (быстровращающийся), второй

(медленновращающийся),

кроме вращательного, может иметь и поступательное

движение в направлении, перпендикулярном оси. Этим обеспечиваются регулиро-

вание

зазора

между вальцами, его равномерность по длине вальцов, быстрое

сбли-

жение (привал) и удаление

(отвал),

также

прохождение между вальцами твердых

посторонних предметов без поломок деталей

станка

и повреждения вальцов. Вальцы

связаны

между собой шестеренчатой передачей. Очищают вальцы щетками 30.

Настройку вальцов на параллельность проводят винтовыми механизмами. Для

параллельного

сближения вальцов служит эксцентриковый механизм. Твердые по-

сторонние предметы проходят между вальцами благодаря кратковременному

увели-

чению

зазора

при сжатии пружины амортизатора, установленного под рычагом под-

вижного вальца.

Питающий механизм

станка

двухваликовый. Распределительный валик 4 имеет

разнонаправленные

(левые

и правые) винтовые рифли, а дозирующий

5...35

про-

дольных

рифлей на окружности на драных системах и 59 рифлей на размольных.

Механизм

регулирования питания позволяет автоматически изменять подачу про-

дукта дозирующим валиком в зависимости от поступления его в питающую трубу.

Питающий механизм приводится в движение плоскоременной передачей от сту-

пицы быстровращающегося вальца, а дозирующий - от распределительного посред-

ством шестеренчатой передачи.

Щель

между секторной заслонкой и распредели-

тельным

валиком регулируют вручную.

Вальцовые

станки

типа

ЗМ2 выпускают с механическим автоматом, который

обеспечивает выполнение следующих операций:

отвал и привал подвижного вальца;

выключение и включение вращения питающих валиков;

закрытие и открытие секторной заслонки.

Отвал и привал вальцов сопровождаются световой сигнализацией. При отвале

загораются красные сигнальные лампы. При

холостом

ходе

станка

сигнальные лам-

пы включены, при рабочем режиме выключены.

Для

регулирования подачи продукта над дозирующим валиком 5 на рычаге 6 шар-

нирно закреплена секторная заслонка 9, которая соединена тягой 18 и рычагами 11 и 15

с датчиком питания 13, находящимся в питающей трубе

станка.

Для

возврата

заслон-

ки в нижнее (закрытое) положение служит пружина 10, усилие которой можно изме-

нять перестановкой ее ушка в отверстиях опорной планки на клапане 16. Для

регули-

рования величины перемещения

(хода)

секторной заслонки служит

винт

17, закреп-

ленный

на клапане 16.

Правый кривошип рычага 6 соединен через серьгу 20,

винт

24, амортизационную

пружину 22, рычаг 23, вал 21 с рычагом

автомата

управления. Левый кривошип рыча-

га 6 через планку 8 опирается на

винт

7, закрепленный на станине, который ограничи-

вает

движение секторной заслонки при закрытии ее и исключает поломку деталей.

Предварительную

установку величины питающей щели осуществляют вращением

винта

24. Дополнительно питающую щель во время работы

станка

(при очистке пи-

тающего

бункера) увеличивают путем оттяжки

винта

24 за маховичок «на

себя».

Включение

грубого

привала вальцов, вращение валиков 4 и 5, а

также

переме-

щение секторной заслонки 9 выполняются автоматически при наполнении продук-

Глава

11 Оборудование для измельчения

пищевых сред

249

том

питающей трубы. Обратные процессы протекают

также

автоматически при пре-

кращении поступления продукта в питающую трубу

станка.

Техническая характеристика станков типа ЗМ2

Производительность,

т/сут 60... 100

Частота вращения быстровращающихся вальцов, мин

рифленых 490

гладких 390

Расход воздуха на аспирацию, м

/ч 600

Мощность

электродвигателя привода

вальцов одной половины, кВт

15,0...22,0

Габаритные размеры, мм 1800x470x1390

Масса,

кг 2550.

..3350

Вальцовый

станок

А1-БЗН

(рис. 11.5) применяют в составе комплектного

обо-

рудования на мукомольных заводах с увеличенным выходом муки высоких сортов и

устанавливают группами по четыре и пять машин с общими капотами.

Вальцовый

станок состоит из следующих основных

узлов:

мелющих вальцов;

привода вальцов; механизмов настройки и параллельного сближения вальцов 4; сис-

темы привала-отвала вальцов; приемно-питающего устройства; станины; корпуса 2

устройства охлаждения быстровращающегося вальца.

Мелющие

вальцы 8 установлены парами в обеих половинах

станка.

Их враще-

ние осуществляется с помощью зубчатых колес 3 и 5. С уменьшением этого

угла

улучшаются

условия питания вальцовой пары, и увеличивается коэффициент запол-

Рис.

11.5

Мелющие

вальцы с подшипниковыми узлами, приводом и межвальцовой передачей

250

Часть II Машины

аппараты-преобразователи

пищевых сред

нения зоны измельчения.

Мелющие

вальцы выполнены

виде бочки

запрессованными

в нее с

обеих сторон

цапфами.

Бочки

цапфы

полые.

Глубина

верхнего отбеленного слоя бочек

10...20

мм.

Номинальный размер бочек 250x1000 мм. Вальцы

станке располагают

под уг-

лом

30°

горизонтали.

Радиальную

осевую нагрузки, действующие

на

рифленые вальцы

при

измельче-

нии продукта, воспринимают подшипники

1 и 11.

Подшипники

двух верхних валь-

цов

(в

каждой половине

станка

по

одному)

прикреплены

боковине болтами, причем

два

из них

призонные. Нижний валец каждой половины

станка

может перемещаться

относительно

верхнего. Это дает возможность регулировать величину

зазора

между

вальцами,

также

обеспечить мгновенный отвал нижнего вальца

при

прекращении

подачи продукта,

что

позволяет избежать опасной работы вальцов

«рифлей

по

риф-

лям».

Для этого корпуса подвижных подшипников

6 и 10

установлены

на

цапфах

запрессованных

отверстиях боковины. Корпуса подвижных подшипников имеют

разъемные крышки. Один

из

корпусов этих подшипников сопрягается

цапфой

че-

рез эксцентриковую втулку

вращением которой изменяют взаимное расположе-

ние мелющих вальцов

добиваются параллельности.

Крутящий

момент

от

электродвигателя передается клиноременной передачей

на

ведомый

шкив

верхнего быстровращающегося вальца.

Для

привода применяют

узкие клиновые ремни

УА-4500-6.

Шестерни

шкив

закреплены

на

цапфах

шпонками

12.

Диаметр ведущего

шкива

для рифленых вальцов 150 мм, для гладких

132

мм.

кожуху межвальцовой передачи при-

креплен корпус

(рис.

11.6)

устройства

ох-

лаждения быстровращающегося вальца.

Кон-

сольная

трубка

введена

пустотелый валец

и одним концом жестко прикреплена

кор-

пусу.

Внутри корпуса

(в

подводящей магист-

рали)

смонтирован пробковый

кран

3, с по-

мощью

которого регулируется подача воды

во внутреннюю полость вальца. Отвод воды

из вальца

корпус обеспечивает

насадка

ввернутая

резьбовое отверстие

цапфы.

При

замене вальцов подачу воды пере-

крывают вентилем

закрепленным

на

под-

водящей вертикальной трубе.

Охлаждение

вальца происходит

следую-

щим образом. Вода через

кран,

регулирующий

подачу, попадает

изолированную камеру,

от-

куда через радиальное отверстие поступает

трубку

и из нее

разбрызгивается

полость

вальца. Центробежные силы инерции, возни-

кающие

при

вращении вальца, способствуют

хорошему

омыванию внутренней его полости

отводу

тепла.

При

нормальной работе системы

охлаждения температура быстровращающегося

Рис.

11.6

Устройство охлаждения вальца

вальца

не

должна превышать

60 °С. По дан-

станка

ЗМ2