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

Подождите немного. Документ загружается.

Глава

11 Оборудование для измельчения 301

пищевых сред

1460

Рис.

11.37 Гомогенизатор

А1-ОГМ

Наибольшее

распространение

получили

клапанные гомогенизаторы, основными

узлами

которых являются насос высокого давления и гомогенизирующая головка.

Гомогенизатор

А1-ОГМ

(рис. 11.37), предназначенный для получения тонко-

измельченного

однородного продукта, состоит из электродвигателя 1, станины 2,

кривошипно-шатунного механизма 3 с системами смазки 7 и охлаждения, плунжер-

ного

блока 4 с гомогенизирующей 6 и манометрической 5 головками и предохрани-

тельным

клапаном.

Принцип работы гомогенизатора заключается в нагнетании продукта через уз-

кую

щель между седлом и клапаном гомогенизирующей головки. Давление продук-

та перед клапаном

20...25

МПа,

после

клапана - близко к атмосферному. При таком

резком перепаде давления наряду со значительным увеличением скорости продукт

измельчается.

Гомогенизатор

представляет собой трехплунжерный насос. Каждый из трех

плунжеров,

совершая возвратно-поступательное движение,

всасывает

жидкость из

приемного

канала,

закрытого всасывающим клапаном, и нагнетает ее через нагнета-

тельный

клапан в гомогенизирующую головку под давлением 20.. .25 МПа.

Гомогенизирующая

головка является наиболее важной и специфической частью

гомогенизатора. Она представляет собой стальной корпус, в котором находится ци-

линдрический центрируемый клапан. Под давлением жидкости клапан поднимается,

образуя кольцевую

щель,

через которую жидкость проходит с большой скоростью и

затем выводится через штуцер из гомогенизатора.

Регулированием

давления пружины на клапан достигается оптимальный режим

гомогенизации для различных продуктов.

Внутри

станины шарнирно закреплена плита, положение которой регулируется

винтами. На плите установлен электродвигатель 1, приводящий в движение криво-

302

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

Зачив .масла

Рис.

11.38

Гомогенизатор

К5-ОГА-10

шипно-шатунный механизм 3 через клиноременную передачу. В корпусе 2, пред-

ставляющем собой резервуар с наклонным дном, размещены кривошипно-

шатунный механизм 3, система охлаждения и масляный сетчатый фильтр. Система

охлаждения предназначена для подвода холодной воды к плунжерам. Она включает

в себя змеевик, уложенный на дне корпуса 2, перфорированную трубку над плунже-

рами и патрубки для подвода и отвода воды. Система смазки служит для подачи

масла к шейкам коленчатого вала для уменьшения трения.

Техническая характеристика гомогенизатора

А1-ОГМ

приведена в табл. 11.8.

Гомогенизатор К5-ОГА-10 (рис. 11.38) предназначен для дробления и равно-

мерного

распределения жировых шариков в молоке и жидких молочных продуктах,

также

в смесях для мороженого.

Он

представляет собой пятиплунжерный насос высокого давления с гомогени-

зирующей

головкой. Он состоит из станины 1 с приводом, кривошипно-шатунного

механизма 5 с системами смазки и охлаждения, плунжерного блока 14 с гомогени-

зирующей

13 и манометрической 12 головками и предохранительным клапаном.

Внутри

плунжерного блока 14 имеется плунжер 15, соединенный с ползуном //.

Привод гомогенизатора осуществляется от электродвигателя 17 через ведущий 20 и

ведомый 21 шкивы и клиноременную передачу. Внутри станины 1 шарнирно закре-

плена плита 18, положение которой регулируется винтами 2. Станина установлена

на шести варьируемых по высоте опорах 19.

Кривошипно-шатунный механизм 5 состоит„из литого чугунного корпуса, ко-

ленчатого

вала 7, установленного на двух роликоподшипниках, шатунов 8 с крыш-

ками

6 и вкладышами 9, ползунов 11, шарнирно соединенных с шатунами 8 при по-

мощи

пальцев 10, стаканов и уплотнений. Внутренняя полость корпуса кривошип-

но-шатунного

механизма является масляной ванной. В задней стенке корпуса смон-

тированы указатель уровня масла 4 и сливная пробка 3. В корпусе, представляющем

Глава

11 Оборудование для измельчения

пищевых сред

303

собой

резервуар с наклонным дном, размещены кривошипно-шатунный механизм 5,

система охлаждения, масляный сетчатый фильтр и маслонасос 22.

Гомогенизатор

имеет принудительную систему смазки наиболее нагруженных

трущихся пар, которая применяется в сочетании с разбрызгиванием масла внутри

корпуса. Охлаждение масла проводится водопроводной водой посредством змеевика 16

охлаждающего

устройства, уложенного на дне корпуса, а плунжеры охлаждаются во-

допроводной водой, попадающей на них через отверстия в трубе. В системе охлажде-

ния установлено реле протока, предназначенное для контроля за протеканием воды.

Регулированием

давления пружины на клапан достигается оптимальный режим

гомогенизации для различных продуктов.

Техническая характеристика гомогенизатора

К5-ОГА-10

приведена в табл. 11.8.

Гомогенизатор

А1-ОГ2-С

(рис. 11.39) предназначен для механической обра-

ботки

вязких

молочных продуктов

типа

сливочных, плавленых и пластических сы-

ров для придания однородности продукту с целью улучшения его

качества.

Гомогенизатор

представляет собой горизонтально расположенный трехплун-

жерный насос высокого давления с гомогенизирующим устройством 8.

Привод насоса осуществляется от электродвигателя 4 с помощью клиноремен-

ной

передачи, ведомого 75 и ведущего 16 шкивов. Гомогенизатор состоит из

сле-

дующих

основных

узлов:

кривошипно-шатунного механизма /, привода, плунжер-

ного

блока 9, гомогенизирующего устройства 8, предохранительного клапана 7,

бункера, кожуха, станины 13.

Кривошипно-шатунный механизм 1 включает литой чугунный корпус, коленча-

тый вал 14, установленный на двух роликоподшипниках, шатуны 12 с крышками 2 и

вкладышами, ползуны 10, шарнирно соединенные с шатунами 12 пальцами 11, ста-

каны

и уплотнение. Внутренняя полость корпуса кривошипно-шатунного механизма

является масляной ванной.

задней стенке корпуса установлены указатель уровня масла и сливная пробка.

Смазка трущихся деталей проводится разбрызгиванием масла. Корпус кривошипно-

шатунного

механизма

закрыт

крышкой, в которой имеется горловина с фильтрую-

щей сеткой для залива масла. Привод гомогенизатора осуществляется от электро-

двигателя 4, который установлен на качающейся подмоторной плите 3, укрепленной

на корпусе кривошипно-шатунного механизма 1. Натяжение клиновых ремней

обеспечивается с помощью натяжных винтов 5.

Кривошипно-шатунный механизм крепится при помощи шпилек к станине 13,

которая представляет собой сварную конструкцию, облицованную листовой сталью.

На станине имеется съемная

крышка

17, предназначенная для ограждения вращаю-

щихся и перемещающихся механизмов. В нижней части станины 13 установлена

клеммная коробка 18.

Станина устанавливается на четырех регулируемых по высоте опорах 19. К кор-

пусу

кривошипно-шатунного механизма при помощи двух шпилек крепится

плун-

жерный

блок

9, который предназначен для

всасывания

продукта из бункера и нагне-

тания

его под высоким давлением в гомогенизирующее устройство 8. Плунжерный

блок

9 состоит из блока, плунжеров 6, полых цилиндрических

стаканов

с отвер-

стиями в стенках. Всасывающие клапаны и уплотнения отсутствуют, в рабочие ка-

меры плунжерного блока продукт непосредственно из бункера засасывается через

полые

цилиндрические стаканы.

304

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

1300

900

Рис.

11.39 Гомогенизатор

А1-ОГ2-С

Уплотнение

плунжеров, учитывая малую текучесть расплавленной сырной мас-

сы,

достигается путем точного изготовления с небольшими допусками сопряженных

поверхностей плунжеров и отверстий стаканов.

плунжерному

блоку

при помощи шпилек крепится гомогенизирующее уст-

ройство,

предназначенное для осуществления гомогенизации продукта за счет про-

хода его с большой скоростью под высоким давлением через щель между клапаном

и седлом.

Гомогенизирующее

устройство 8 состоит из корпуса, прокладок, нагнетатель-

ных клапанов, седел клапанов, пружин, гомогенизирующего клапана с седлом, ста-

кана,

рукоятки.

Для

контроля давления гомогенизации служит манометр, который крепится к

торцу корпуса гомогенизирующего устройства. Сверху на гомогенизирующем уст-

ройстве расположен предохранительный клапан 7, предназначенный для ограниче-

ния повышения давления выше заданного. Он состоит из

стакана,

фланца,

клапана,

седла

клапана, пружины, нажимного

винта

и колпака. Предохранительный клапан

регулируется

на рабочее давление гомогенизации с помощью

винта.

Продукт,

подлежащий гомогенизации, подается в бункер гомогенизатора, пред-

ставляющий собой сварную емкость из нержавеющей стали.

При

возвратно-поступательном перемещении плунжеров в рабочей полости

плунжерного

блока создается разрежение и продукт из бункера засасывается в рабо-

чую

полость, а затем плунжеры выталкивают продукт в гомогенизирующее устрой-

ство,

где он под давлением 20 МПа с большой скоростью проходит через кольцевой

зазор, образующийся между притертыми поверхностями гомогенизирующего кла-

пана

и его седлом. При этом продукт становится

более

однородным. Из гомогенизи-

Глава

Оборудование для измельчения

пищевых сред

305

рующего

устройства через патрубок он направляется по трубопроводу на дальней-

шую

обработку. На гомогенизаторе установлен амперметр, с помощью которого

контролируются

показания

манометра.

Техническая

характеристика

гомогенизатора

А1-ОГ2-С

приведена в табл. 11.8.

Таблица

11.8

Техническая характеристика гомогенизаторов

Показатели

К5-ОГА-10

А1-ОГМ

А1-ОГ2-С

Производительность,

л/ч 1000

5000

500

Рабочее

давление,

МПа 20 20

Температура

продукта,

поступающего

на

45...85

70...90

гомогенизацию,

°С

Установленная

мощность

электродвигателя,

кВт 75 37 4

Частота

вращения

электродвигателя,

мин"

750

980 1000

Частота

вращения

коленчатого

вала,

мин"' 360 350 180

Число

плунжеров

5 3 3

Ход

плунжера,

мм 70

Число

ступеней

гомогенизации

2 2

Габаритные

размеры,

мм

1800x1500x1900

1480x1110x1640

1300x900x1500

Масса,

кг

4000

1710

645

Инженерные расчеты. Производительность плунжерного гомогенизатора

П (м

/с)

Q,25D

S(azr\

где

D и S - диаметр и ход плунжера, м;

со

- угловая скорость вращения коленчатого

вала, рад/с; z - число плунжеров, шт.; ц

- КПД насоса.

Мощность

электродвигателя гомогенизатора N

(кВт)

р/(3600п),

где

р - давление гомогенизации, Па; п - КПД гомогенизатора.

Толщина

тарелки

клапана

(м)

^=0,43

/[a]

где

р - давление гомогенизации, Па; [ст] - допускаемое напряжение для материала

клапана,

Па; d^ - диаметр

клапана,

м;

=Jl,27(AF

n/6v

z),

здесь П - производительность гомогенизатора, м

/с; v

- допускаемая скорость

жид-

кости в

седле,

м/с (для всасывающего

клапана

2 м/с, а для нагнетательного 5...8 м/с);

AF- площадь сечения хвостовика, м

; z - число плунжеров, шт.

При гомогенизации часть механической энергии превращается в теплоту, вслед-

ствие чего происходит повышение температуры гомогенизируемого продукта At

(К)

р / ср ,

гдер - давление гомогенизации, Па; с - удельная теплоемкость молока,

Дж/(кгК);

р - плотность молока, кг/м

Средний диаметр жировых

шариков

(м) в диапазоне изменения давления от

2,0 до 20,0 МПа определяется по формуле Н.В. Барановского

306

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

=3,8-10

/У/7,

где

р - давление гомогенизации, МПа.

Расчет предохранительных клапанов можно свести к определению проходного

сечения седла

клапана

с учетом вязкости обрабатываемой жидкости. Для маловяз-

ких жидкостей

(молоко,

соки)

диаметр D

(м) проходного сечения седла определяет-

ся по формуле

=jG/tl(p-p

)lb

где

—

давление

всасывания,

МПа; 8

- отношение массы перекачиваемой жидко-

сти к массе воды.

Нельзя же отрицать истину только потому,

что она лично мне не совсем приятна.

ЧЕРНЫШЕВСКИЙ НИКОЛАЙ ГАВРИЛОВИЧ

(1828-1889),

русский

революционный

демократ,

ученый,

писатель,

литературный

критик

11.11

ТЕХНИКА БУДУЩЕГО: НОВЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

ЗАДАЧ

Способ и

устройство

для измельчения материалов (Пат. №

2166367

РФ, В02 С7/08)

предназначены для тонкого и сверхтонкого измельчения материалов различной

твердости.

Способ

измельчения материалов (рис. 11.40) включает формирование струй из

измельчаемого

материала в каналах, проходящих от оси измельчающего устройства, и

последующее

попеременное соударение струй материала с обеспечивающими цен-

тробежное воздействие измельчающими элементами, установленными на встречно

вращающихся роторах. Струи материала подвергают разгону в каналах между рото-

рами, поперечное сечение каналов представляет

собой

замкнутый контур.

После

соударения с измельчающими элементами измельчение осуществляют в

по

крайней

мере одной дополнительно образованной наружной кольцевой зоне ро-

торов возмущающими аэродинамическими воздействиями при высокоскоростном и

высокочастотном соударении

частиц

материала, при изменении

характера

и величи-

ны силового нагружения.

Устройство

для измельчения материалов содержит корпус 1 с осевым входным

отверстием 2 и выходным отверстием 3, камеру измельчения 4, горизонтально рас-

положенные и встречно вращающиеся роторы 5 и 6 с измельчающими элементами

8, 9, 10, смонтированными на них в виде кольцевых рядов. Роторы 5 и 6 имеют об-

щий привод (не показан). Между измельчающими элементами 8, 9, 10 расположены

каналы 18, 19 и 20, поперечное сечение которых сужается от

центра

к периферии

камеры измельчения 4 за счет уменьшения высоты каналов. Ближайший к оси рото-

ров 5 и 6 кольцевой ряд лопаток 7 каналов 17 между этими лопатками относится к

зоне разгона измельчаемого материала.

этой зоне измельчение материала практически не наблюдается. Верхними и

нижними сторонами каналов

17...20

служат поверхность соответствующего ротора

и поверхность концентричного ротору кольца 11, 12, 13 или 14, накрывающего каж-

Глава

11 Оборудование для измельчения

пищевых сред

307

дый кольцевой ряд лопаток 7 и измельчающих элементов 8, 9, 10. Кольца 12... 16

жестко и без зазоров соединены соответственно с измельчающими элементами

8... 10

при работе устройства вращаются вместе с ними. Кольца 11 ...14 могут быть

съемными или могут быть выполнены как единое целое вместе с роторами 5 и 6.

Они

также

могут быть выполнены в виде сплошного кольца или в виде набора сег-

ментов,

каждый

из которых

накрывает

отдельный

канал

между лопатками 7 измель-

чающими элементами. Боковыми сторонами каналов являются плоская фронтальная

поверхность

каждой

лопатки 7 или измельчающего элемента 8,9, Юн тыльная сто-

рона соседней лопатки или измельчающего элемента. Измельчающие элементы до-

полнительного

кольцевого

ряда

представляют собой резонаторы в виде проточек 21,

22 и/или рифлений, выполненных соответственно на плоских, обращенных одна к

другой

поверхностях роторов 5, 6. Измельчающие элементы следующего дополни-

тельного

ряда

имеют вид симметрично изгибающихся криволинейных каналов 23,

24, выходные отверстия 25, 26 которых обращены навстречу одно другому.

Еще

один кольцевой блок измельчающих элементов представляет собой два ци-

линдра 27, 28, установленные вертикально на обоих роторах 5,6 с образованием

кольцевого

канала

31 между цилиндрами разных роторов, причем на обращенных

одна к другой поверхностях цилиндров сделаны проточки 29, 30, выполняющие

функцию резонаторов. Цилиндры 27, 28 могут размещаться выше роторов 5, 6 (как

на рис. 11.40) или ниже роторов.

Рис.

11.40 Устройство для измельчения материалов

308

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

Устройство

для измельчения материалов работает следующим образом. Исход-

ный материал, имеющий начальную крупность, под собственным весом или прину-

дительно

через регулируемый питатель подается в разгонную зону верхнего ротора 5

струйно-роторного

измельчителя, где за счет вращения частицы материала переме-

щаются радиально вдоль поверхности разгонной лопатки 7. При достижении

мак-

симальной

скорости

частица

имеет скорость вылета,

угол

вылета и траекторию дви-

жения в зону хрупкого разрушения. В этой зоне

частица

подчиняется законам хруп-

кого

разрушения, сталкиваясь с движущимися навстречу измельчающими элемен-

тами 8, при этом происходит частичная потеря кинетической энергии частицы и

скорости движения, масса

частиц

состоит из отдельных осколков, микротвердость

их выше, чем у исходной частицы.

Затем в этой зоне за счет вращения ротора осколки разгоняются вдоль измель-

чающего

элемента 8 и при достижении необходимой скорости соударяются с из-

мельчающими

элементами 9,

развивая

наращивая

поверхность материала.

Анало-

гично

происходит переход на измельчающие элементы 10

следующего

ряда.

измельчаемые частицы радиально перемещаются в зону силового объемного нагру-

жения, которая представлена набором аэродинамических устройств (резонаторов 21,

22),

меняющих схему нагружения уже частично измельченного материала на скоро-

стное

высокочастотное соударение

частиц

в щели между вращающимися роторами

за счет аэродинамических возмущений и рифлений поверхности верхнего и нижнего

роторов 5, 6. Размеры частиц, их масса, удельная поверхность значительно отлича-

ются от характеристик этого материала в зоне.

Зона

(блок)

встречного соударения струй измельчаемого материала расположена

дальше от вертикальной оси вращения роторов и имеет

более

высокие окружные

скорости дисков-роторов и материала, находящегося на них. Измененная конфигу-

рация

роторов в этой зоне позволяет организовать соударение множества струй воз-

духа

с максимальной концентрацией твердых

частиц

с верхнего и нижнего роторов.

Измельчение

частиц

происходит от соударения материала, аналогично струйным

мельницам,

но с неизмеримо

более

высокими скоростями при минимальных энерге-

тических

затратах.

Последующая

зона измельчения материала за счет высокочастотного соударе-

ния

частиц

материала представлена узким кольцевым каналом с вращающимися

вертикальными стенками-цилиндрами 27 и 28 соответственно верхнего и нижнего

роторов.

Вращение идет в разных направлениях, при этом цилиндрические стенки

снабжены резонаторами-проточками 29, 30. Силовое нагружение

частиц

- близкое к

объемному

и дальнейшая транспортировка материала осуществляются за счет вер-

тикальной осевой составляющей скорости. Заборные устройства воздуха (не

показа-

ны)

с поверхности роторов позволяют изменять конфигурацию двухфазной среды,

способствующую

взаимодействию резонаторов и скоростного двухфазного потока,

за счет чего идет измельчение. Измельченный материал эвакуируется в систему ас-

пирации.

Задачей

изобретения является устранение указанных недостатков и обеспечение

высокой степени измельчения материала.

Указанная

задача

достигается в способе измельчения материалов, включающем

формирование струй из измельчаемого материала в каналах, проходящих от оси из-

мельчающего

устройства, и последующее попеременное соударение струй материа-

ла

с обеспечивающими центробежное воздействие измельчающими элементами,

Глава

11 Оборудование для измельчения

пищевых сред

309

установленными на встречно вращающихся роторах, причем струи материала между

соударениями разгоняют в осевом направлении в каналах между роторами, при этом

поперечное сечение каналов представляет

собой

замкнутый контур, струи материала

подвергают дополнительному разгону в каналах между роторами,

после

соударения

с измельчающими элементами, измельчение осуществляют по

крайней

мере одной

дополнительно

образованной наружной кольцевой зоне роторов возмущающими

аэродинамическими воздействиями при высокоскоростном и высокочастотном со-

ударении

частиц

материала путем изменения

характера

и величины силового на-

гружения и формы мелющих элементов.

Подача измельчаемого материала может быть произведена принудительно, а его

разгон осуществлен за счет центробежной силы

вращения

ротора и уменьшения вы-

соты каналов в сторону периферии камеры измельчения.

наружной кольцевой зоне измельчение может быть произведено с помощью

резонаторов.

наружной кольцевой зоне измельчение может быть произведено с помощью

попарного встречного соударения множества струй воздуха, несущих частицы из-

мельчаемого

материала, причем струи могут быть сформированы в парных криво-

линейных каналах, симметрично изгибающихся один навстречу другому.

наружной кольцевой зоне измельчение может быть произведено в кольцевом

канале между противоположно вращающимися вертикальными цилиндрами, на об-

ращенных одна к другой поверхностях которых выполнены проточки, выполняю-

щие функцию резонаторов.

Указанная

задача

достигается в устройстве для измельчения материалов, содер-

жащем корпус с осевым входным отверстием и выходным отверстием и цилиндри-

ческой камерой измельчения, в которой соосно установлены с возможностью

встречного

вращения

два горизонтально расположенных ротора с внутренними

кольцевыми

рядами

измельчающих элементов, обеспечивающих центробежное воз-

действие, причем между измельчающими элементами роторов проходят каналы,

поперечное сечение которых имеет замкнутый контур, высота каналов между рото-

рами

уменьшается от

центра

к периферии камеры измельчения, а роторы имеют по

крайней

мере одну дополнительную наружную зону измельчения,

форма

измель-

чающих элементов которой обеспечивает возмущающее аэродинамическое воздей-

ствие на материал.

Измельчающие

элементы дополнительной кольцевой зоны измельчения могут

представлять

собой

резонаторы в виде проточек и/или рифлений, выполненных на

плоских

поверхностях роторов, обращенных одна к другой.

Измельчающие

элементы дополнительной кольцевой зоны могут быть выполне-

ны в виде встречно изгибающихся криволинейных каналов, выходные отверстия

которых обращены друг к другу.

Измельчающие

элементы дополнительной кольцевой зоны измельчения могут

представлять

собой

два цилиндра, установленные вертикально на обоих роторах с

образованием кольцевого

канала

между цилиндрами разных роторов, причем на об-

ращенных одна к другой поверхностях цилиндров сделаны проточки, выполняющие

функцию резонаторов.

Способ

измельчения материалов, отличающийся тем, что струи материала под-

вергают дополнительному разгону в каналах между роторами,

после

соударения с

измельчающими элементами, измельчение осуществляют по

крайней

мере одной

310

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

дополнительно

образованной наружной кольцевой зоне роторов возмущающими

аэродинамическими воздействиями при высокоскоростном и высокочастотном со-

ударении частиц материала путем изменения

характера

и величины силового на-

гружения и формы измельчающих элементов; отличающийся тем, что подачу из-

мельчаемого

материала проводят принудительно, а его разгон осуществляют за счет

центробежной силы вращения ротора и уменьшения высоты каналов в сторону пе-

риферии камеры измельчения; отличающийся тем, в наружной кольцевой зоне из-

мельчение

производят с помощью резонаторов.

Вихревая мельница (Пат. №

2153937

РФ, В02 С19/06) предназначена для из-

мельчения

различных материалов в потоке энергоносителя, преимущественно в воз-

душном

потоке.

На рис. 11.41 представлен в разрезе общий вид вихревой мельницы с кольцевой

обоймой,

на рис. 11.42 представлен в разрезе общий вид вихревой мельницы в мо-

нолитном

исполнении помольной камеры с соплами.

Рис.

11.42 Помольная

камера

с соплами