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

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения \\

концентрации и экструдирования пищевых сред

K(D

- d] ) (Я - е) бОир / 4] г,

[l - (Р

I)],

где П - производительность экструдера в зоне дозирования, кг/с; D - наружный

диаметр шнека, м; dd - диаметр сердечника червяка в зоне дозирования, м; Н - шаг

шнека, м; е - осевая ширина витков шнека, м; п - частота вращения шнека, с"

; р -

плотность расплава, зависящая от температуры и давления, кг/м

; г\

- коэффициент

осевого перемещения расплава в канале червяка в зоне дозирования; Р

- противо-

давление экструзионной головки, Па;

ТАХ

- максимальное давление, создаваемое

всеми витками червяка при закрытой головке, Па.

Наиболее точно реальную физическую картину процесса экструзии отражают

реологические модели. Реальное движение расплава полимера в зоне дозирования

—

это трехмерное неизотермическое течение аномально вязкой жидкости.

Н.Э. Груздевым получено уравнение для расчета производительности дозирую-

щей зоны экструдера при изотермических условиях течения аномально-вязкой жид-

кости со сложным сдвигом:

где П - объемный расход продукта, м

/с; q

, q

max

- безразмерные расходы продукта; г\ -

коэффициент проскальзывания; v

- скорость движения пластины (окружная скорость

винта), м/с; h - глубина канала шнека, м; s - ширина канала, м;

- число заходов шнека.

Характерной особенностью течения степенной жидкости в условиях сложного

сдвига является более слабая зависимость максимального расхода продукта от ано-

малии вязкости.

Все перечисленные работы рассматривают задачу течения в каналах экструзи-

онных машин в одномерной постановке. Такой подход не позволяет учесть эффекты

циркуляционного тепло- и массообмена, т.е. процессы смешения жидкости и кон-

вективного теплопереноса.

Кто предвидит будущее? Поэтому шире дорогу

любого направления, прочь с любой догматикой...

БОЛЬЦШН ЛЮДВИГ (1844-1906),

австрийский физик

16.2 КЛАССИФИКАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ

Среди большого многообразия аппаратов для темперирования и повышения

концентрации пищевых сред можно выделить следующие виды (рис. 16.1): аппара-

ты для нагревания, уваривания и варки; выпарные аппараты и установки; разварива-

шнека, м; W - ширина канала, м; ц

- динамическая вязкость ньютоновской жидкости,

Пас;

dP/dz - градиент давления по оси канала z, Па/м;

Fd,

- безразмерные коэффи-

циенты формы, учитывающие влияние на распределение потоков соотношения hlW.

Математическая модель, предложенная В.А. Силиным, является примером ино-

го,

геометрического подхода к решению задачи моделирования процесса экструзии

полимеров для этой зоны:

Аппараты для темперирования, повышения концентрации и экструдирования пищевых сред

Аппараты для

нагревания,

уваривания

и варки

Выпарные

аппараты

и установки

Развариватели

крахмал осодер-

жащего сырья

Заторные и

сусловарочные

аппараты

Ошпариватели

и бланширователи

для фруктов

и овощей

Автоклавы,

пастеризаторы

и стерилизаторы

Экструдеры

се я о

эев

рн

акт

ъ>

О»

Си

од

с iS d>

о а 3

3 2

ар

Си

Si. со

5 О

£?

и>

:твия

новки

яцие

ные

дей(

уста

иркул

моточ

араты

выпарные

я к я 3

выпарные

пр

-ап

pep

выпарные

эатн

ные

уум

неп

МНОГОК]

Пленоч

Вак

иковые

корпус]

Змеев

Много

о.

S о

ч н

га 1)

ап

о С Я

D 5 О а:

Си

[

парс

ими

апп

[

парс

е разв

зварн

рочнь

}ателр

бчаты

едра

Ва

ржи]

Тру

Си

Выд

и 3

3 Я

га

со

рн

ро

о о Я

н о я

За

ч я

За

о V©

;>>

Ко

со

га

о,

СО

<и

з-

а.

-о

со

-о

Си

го

Си

со

Си

ч>

га

-а

со

Рис. 16.1 Классификация

аппаратов

для

темперирования,

повышения концентрации

экструдирования пищевых сред

Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения 13

концентрации и экструдирования пищевых сред

тели крахмалосодержащего сырья; заторные и сусловарочные аппараты; ошпарива-

тели и бланширователи для фруктов и овощей; автоклавы, пастеризаторы и стерили-

заторы, а также экструдеры.

Рассматриваемое оборудование предназначено для осуществления таких тепло-

массообменных процессов, которые вызывают сложные физико-химические и

структурно-механические изменения, связанные с поверхностным или объемным

проникновением теплоты в продукт. Все это вызывает изменение агрегатного и

структурного состояний продукта, размягчение растительных тканей, что способст-

вует их разрушению и экстрагированию необходимых веществ, а также приводит к

гибели микроорганизмов с предотвращением их развития.

Тепломассообменное оборудование по способу передачи теплоты можно разде-

лить на аппараты смешения и поверхностные. В аппаратах смешения продукт всту-

пает во взаимодействие с теплоносителем и нагревается. В поверхностных аппара-

тах теплота передается через стенку аппарата (рекуперативные теплообменники)

или через насадку аппарата (регенеративные теплообменники).

В производстве пищевых продуктов из используемых теплоносителей преиму-

щественно применение водяного насыщенного пара, что обусловлено удобством его

транспортирования, легкостью регулирования количества и температуры, большой

теплотой конденсации, невысокой стоимостью.

По типу основного рабочего органа экструдеры подразделяют на одношнековые

и двухшнековые. В одношнековых экструдерах, вследствие того, что продукт может

оставаться в витках и накапливаться, создавая разрывы потока, колебания давления

бывают чаще. В результате продукт из экструдера выпускается неравномерно.

В двухшнековых самоочищающихся экструдерах обеспечиваются более быст-

рый пуск шнека и работа на повышенной скорости. В них реже возникают колеба-

ния давления, так как не происходит накопление продукта.

При переработке пищевых продуктов наибольшее распространение получили

экструдеры со шнеками полного зацепления, вращающимися в одном направлении,

когда вершины одного шнека взаимодействуют с впадинами другого.

По частоте вращения экструдеры подразделяют на нормальные и быстроходные

с окружной скоростью соответственно до 0,008 и 0,12 м/с, а по конструктивному

исполнению - на стационарные и с вращающимся корпусом, с горизонтальным и

вертикальным расположением шнека.

Расходно-напорная характеристика (РНХ) нагнетателя - зависимость создавае-

мого им расхода материала Q от противодавления Ар на выходе. РНХ формующего

органа (матрицы) - это функция расхода через отверстия матрицы от давления в

предматричной камере.

Анализ РНХ шнекового нагнетателя и формующей головки позволяет определить

производительность экструдера и развиваемого при этом давления на входе в матрицу

для конкретного сечения шнек-матрицы при заданной частоте вращения шнека.

Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения

концентрации и экструдирования пищевых сред

Когда природа оставляет прореху в чьем-нибудь

уме, она обычно замазывает ее толстым

слоем самовольства.

ЛОНГФЕЛЛО ГЕНРИ УОДСУОРТ (1807-1882),

американский поэт

16.3 АППАРАТЫ ДЛЯ НАГРЕВАНИЯ, УВАРИВАНИЯ

И ВАРКИ ПИЩЕВЫХ СРЕД

В аппаратах для нагревания пищевые среды доводятся до определенной темпе-

ратуры. К ним относятся аппараты, в которых практически отсутствует процесс ки-

пения и поддерживается постоянная температура полуфабриката (выше температу-

ры окружающей среды). Причем в процессе нагревания физическое состояние за-

гружаемого продукта может меняться.

Нагреванию подвергаются молоко, начинки, патока, фруктово-ягодное сырье и

другие массы, а также поддерживается соответствующая температура шоколадных

масс и какао тертого.

Уваривание служит для повышения концентрации пищевых сред. При кипении

в процессе уваривания из них удаляется влага. Этому процессу подвергают различ-

ные сиропы, молочные и фруктово-ягодные массы и др.

Варка применяется для тепловой обработки мяса и мясопродуктов, круп, кар-

тофеля и т.п. до состояния кулинарной готовности в воде острым паром или смесью

насыщенного пара и воздуха при температурах до 100 °С.

Односекционный трубчатый вакуум-подогреватель КТП-2 предназначен

для подогрева различных фруктовых и овощных соков. Вакуум-подогреватель

КТП-2 (рис. 16.2) состоит из теплообменника /, вакуум-бачка 2, паровой магистрали

бака 4 для воды, насоса 5.

Теплообменник представляет собой цилиндрический кожух, внутри которого

находятся трубки из нержавеющей стали. По трубам протекает продукт, пар подает-

ся в межтрубное пространство.

Паровая магистраль включает в себя трубопроводы, арматуру, вакуум-

3300

Рис. 16.2 Вакуум-подогреватель КТП-2

Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения 15

концентрации и экструдирования пищевых сред

Производительность, л/ч 1800

Площадь поверхности нагрева, м

Скорость движения продукта по трубкам, м/с 2,8...3,5

Установленная мощность электродвигателя

вакуум-насоса, кВт 1,0

Продолжительность нагрева сока от 20 до 90 "С, с 115

Габаритные размеры, мм 3300x510x2330

Масса, кг 600

Темперирующие сборники бывают вертикальными, вместимостью до 3,0 т, и

горизонтальными - до 10,0 т.

Техническая характеристика темперирующих сборников приведена в табл. 16.1.

Таблица 16.1 Техническая характеристика темперирующих сборников

Показатель

мтм мт CZA-28 CZA-29

«Хай-

денау»

CZA-18

Вместимость сборника, щл

100 250 500 1000 2000 3000

Угловая скорость вала мешалки, рад/с

4,1

2,7 2,5

2,5

2,5 2,5

Расход пара под избыточным давлением

0,2 МПа, кг/ч

10 19 38 30 150

Расход воды, м

/ч

70 125 150 200 250

Мощность электродвигателя, кВт

1,7

3,5

3,5 3,5 3,5 5,5

Габаритные размеры, мм:

длина Д

1150 1325 1600 2100 1800 2800

ширина Ш

800 1150

1200

1500 1600 2250

высота В

1010

1475 1300 1750 2500 2000

Масса, кг

460 830

1230 1150 2000 , 2430

Вертикальный темперирующий сборник показан на рис. 16.3. Какао тертое

или шоколадная масса загружается в цилиндрический резервуар 19 с водяной ру-

башкой 18, покрытый изоляцией 16. Обогрев сборника термосифонный. Управление

обогревом осуществляется с пульта кнопками 6. Термометр 8 регистрирует темпе-

ратуру воды, а термометр 5 показывает температуру массы. Контрольная лампа 9

указывает, что сборник работает. Сверху сборник закрыт крышкой 4. Крышка от-

крывается с помощью рукоятки 11, при ее повороте кулачок 12 выключателем 13

выключает электродвигатель 1 мешалки. Он через редуктор 2 вращает планетарную

мешалку 10 с частотой вращения 30 об/мин. Резервуар освещается лампой 3, уста-

новленной на крышке.

Для циркуляции массы и загрузки сборника служит насос 14 с подачей 50

дм

/мин. При помощи трехходового крана 75 можно массу от насоса направить по

редукционный клапан, манометр, предохранительный клапан и регулятор темпера-

туры. Заданный тепловой режим поддерживается автоматически. Вакуум-

редукционный клапан обеспечивает понижение давления пара с 0,2 МПа до

0,07.. .0,09 МПа для предотвращения перегрева и пригорания продукта.

Для удаления конденсата из вакуум-бачка применен водяной эжектор. Конден-

сат в вакуум-бачок поступает из подогревателя через конденсатоотводчик с закры-

тым поплавком. Вода в эжектор нагнетается насосом 5 из бака 4. Уровень разреже-

ния контролируют с помощью вакуумметра.

Техническая характеристика аппарата КТП-2

Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения

концентрации и экструдирования пищевых сред

Рис. 16.3 Вертикальный темперирующий сборник

Реактор типа МЗ-2С (рис. 16.4) имеет

две стойки 1, две цапфы 2, паровую рубашку

корпус 4, мешалку 5 и электрооборудова-

ние.

В нижней части паровой рубашки 3 име-

ется краник для спуска воздуха и конденсата.

После заполнения реактора продуктом в ру-

башку подается пар и начинается процесс

перемешивания с подогревом. Мешалка 5

представляет собой вал с лопастями. Реактор

имеет два окна для осмотра внутренней по-

лости, а также люк для периодического ос-

мотра, очистки и ремонта.

Техническая характеристика реактора

МЗ-2С

обогреваемому трубопроводу 17

на грибок 7 в сборник для рецир-

куляции или перекачать в другую

емкость. В темперирующем сбор-

нике других фирм трехходовой

кран располагается вверху трубы

П. Есть сборники с комбиниро-

ванным обогревом - паровым и

электрическим.

Варочные котлы (реакторы)

предназначены для перемешива-

ния с подогревом вязких и жид-

ких пищевых продуктов из не-

скольких компонентов. В зависи-

мости от вместимости реакторы

выпускают различных типов.

Техническая характеристика

открытых варочных котлов при-

ведена в табл. 16.2.

Рис. 16.4 Реактор типа МЗ-2С

1000 Вместимость, дм

Рабочее давление, МПа:

в паровой камере 0,25

в корпусе 0,07

Частота вращения вала мешалки, мин"

Установленная мощность электродвигателя, кВт 3

Габаритные размеры, мм

1315x1194x2003

Масса, кг 900

Варочные котлы бывают со стационарной и опрокидываемой чашей, открытые

(без крышки) и закрытые. На рис. 16.5. показан закрытый варочный котел с опроки-

Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения

концентрации и экструдирования пищевых сред

дываемой чашей. Внутренняя чаша 10 изготовлена из меди или нержавеющей стали.

С помощью стального кольца 17, прокладки, болтов и отбортовки она соединяется

со стальной паровой рубашкой 7. Полость между чашей и рубашкой образует паро-

вое пространство, в которое подается пар. На подводящей линии установлены ма-

нометр 3, предохранительный клапан 4 и запорный вентиль 5. Конденсат отводится

из наинизшей точки парового пространства 13. При пуске и в процессе работы воз-

дух из рубашки периодически выпускают через кран 18, расположенный в наивыс-

шей точке парового пространства.

Таблица 16.2 Техническая характеристика открытых варочных котлов

Показатель

С опрокидываемой

чашей

Со стационарной

чашей

Показатель

6А

К-1А

5-А

27-А 28-А

Вместимость, дм

32 150 60 60 150

Внутренний диаметр чаши, мм

500 500 785 590 650 800

Высота края чаши, мм

1012 991 1225 1125 1225 1225

Площадь поверхности нагрева, м

0,23 0,39 0,65

0,55 0,55 0,65

Давление греющего пара, МПа

0,3 0,4

0,59 0,59 0,59 0,59

Габаритные размеры, мм:

длина Д

1400 1146

1800 1100 1275 112

ширина Ш

730 640 1000 758 830 955

высота В

1360 1360 1350

1400 1485 1610

Масса котла, кг

200 215 440

300 400 450

После загрузки котла массой закрывают люк крышкой 75, открывают воздуш-

ный кран 18, продувочный кран на конденсатоотводчике или обводной линии и пус-

кают пар, открыв вентиль 5. Продувку парового пространства производят до тех

пор,

пока из кранов не пойдет сухой пар. После этого закрывают продувочные кра-

ны,

включают конденсатоотводчик и увеличивают поступление пара.

В процессе нагревания наблюдают по манометру 3 за давлением греющего пара

и по манометрическому термометру 2 за температурой массы.

Подогретая масса выгружается через штуцер 12, для чего рукояткой 7 подни-

мают клапан 77. Котлы снабжаются мешалками 9 для увеличения равномерности

прогрева вязких веществ. Приводной электродвигатель .8 шарнирно соединен со

станиной 19 и своим весом создает необходимое натяжение ремней с помощью уст-

ройства 6. Иногда натяжение увеличивается дополнительными грузами и пружина-

ми.

Крышка 14 котла имеет трубу 16 для отвода пара.

Варочный котел может быть и открытым, т. е. без крышки. При шарнирном со-

единении котла со станиной нагретую массу выгружают через борт поворотом котла

вокруг горизонтальной пустотелой оси с помощью маховика. Подвод пара и отвод

конденсата у таких котлов производится через пустотелые оси. В рубашке таких

котлов от пустотелой оси к наинизшей точке опускается трубка, по которой паром

выдавливается конденсат.

Открытые варочные котлы могут применяться и для уйрижатдая: в'гех-^лучаях.

когда длительная выдержка увариваемого вещества приБшеокоц;;температуре..jpe

ухудшает качества продукта. >' техгч

;

; "

g Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения

концентрации и экструдирования пищевых сред

Рис. 16.5 Варочный котел

Аппарат ВА-800М предназначен для варки круп (рис. 16.6), состоит из бараба-

на 3, бункера 6, передней / и задней 8 стоек, переднего 2 и заднего 4 патрубков,

привода 7 и электрооборудования.

Барабан представляет собой горизонтальный цилиндрический сосуд с эллипти-

ческими днищами. К днищам барабана крепятся передний патрубок, предназначен-

ный для ввода в аппарат пара, и задний - для выпуска излишка пара. Полые чугун-

ные патрубки аппарата соединены между собой трубой, расположенной на оси ба-

рабана. Концы трубы вварены в днища барабана. С внутренним пространством ба-

рабана полые патрубки сообщаются через отверстия в днищах барабана.

Отверстия закрыты решетками, предотвращающими попадание крупы в полые

патрубки. Эти отверстия способствуют равномерному распределению пара внутри

барабана.

На переднем патрубке аппарата установлены манометр и предохранительный

клапан. Для обеспечения периодической загрузки и выгрузки крупы на боковой по-

верхности бункера имеется люк 5 с герметически закрывающейся съемной крыш-

кой. В целях облегчения обслуживания люка на бункере предусмотрено устройство,

в котором крышка люка закрепляется перед выгрузкой крупы из бункера.

Для лучшего перемешивания крупы в процессе варки к внутренней поверхности

цилиндрической части барабана приварены спиральные лопасти. Отбор проб из бара-

бана осуществляется через пробный кран, укрепленный на его цилиндрической части.

Горизонтальное положение барабана обеспечивается установкой его на четырех

роликах посредством двух бандажей, закрепленных на полых патрубках передней и

задней стоек. Каждая пара роликов крепится к передней и задней стойкам. Для

удержания аппарата от осевых перемещений бандаж переднего патрубка имеет ре-

борду. Привод аппарата включает электродвигатель, клиноременную передачу и

редуктор. На выходной вал редуктора насажена'шестерня, находящаяся в зацепле-

нии с зубчатым колесом, которое прикреплено к переднему патрубку барабана. На

одной плите с редуктором установлен колодочный тормоз переменного тока, пред-

назначенный для остановки и фиксации барабана в трех положениях: для загрузки,

снятия крышки люка и выгрузки продукта.

Рис. 16.6 Варочный аппарат ВА-800М

20 Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения

концентрации и экструдирования пищевых сред

Вместимость, дм 2270

Рабочее давление пара, МПа 0,25

Частота вращения вала мешалки, мин

-1

Электродвигатель:

мощность, кВт 2,2

частота вращения, мин~ 930

Габаритные размеры, мм 2950x1980x2025

Масса, кг 2405

Варку мясопродуктов в воде проводят в котлах различной конструкции с за-

грузкой и выгрузкой вручную или специальными устройствами с опрокидываю-

щимся и неопрокидывающимся резервуаром.

Котел Г2-ФВА (рис. 16.7, а) с опрокидывающимся резервуаром / и рубашкой 7

опирается через цапфы 2 и 13, лежащие в подшипниках 3 и 12, на стойки 5 и 9. К

цапфам присоединены трубы 11 для подвода пара в рубашку и отвода конденсата 4,

поступающего по трубе 6. На цапфу надето червячное колесо 14, вращением кото-

рого с помощью маховика 8 и червяка 10 поворачивают резервуар /.

Котел типа «Вулкан» (рис. 16.7, б) имеет резервуар 1 с коническим днищем 3

и рубашку 5. Сверху он закрыт крышкой 6, уравновешенной противовесом 8. Ру-

башка опирается на стойки 2. Пар в рубашку поступает через вентиль 10, а содер-

жимое котла сливается через кран 4. Вода поступает в резервуар через трубу 9,

конденсат отводится через конденсатную трубу 11. Для снижения давления в кот-

ле служит патрубок 7, отводящий пар. Рубашка котла имеет клапаны для продув-

ки,

а резервуар - предохранительный клапан, исключающий образование внутри

вакуума.

Котел К7-ФВЗ-Е (рис. 16.7, в) предназначен для варки и бланшировки субпро-

дуктов и варки окороков в двух корзинах 9 из нержавеющей стали. Он представляет

собой бескаркасную прямоугольную металлоконструкцию (резервуар 2), под кото-

рой расположен слой теплоизоляции толщиной 50 мм. Днище 1 и крышка 3 двух-

створчатой конструкции изоляции не имеют. Посередине котла на вертикальных

внутренних стенках закреплена перегородка 4, разделяющая его на две части и слу-

жащая направляющей для корзин 9. Крышка 3 открывается и закрывается с помо-

щью рычажно-винтовой системы 5, смонтированной с правой стороны котла.

В аппарат через люк загружают крупу и подают воду. Затем люк герметически

закрывают и подают пар, после чего аппарат приводят во вращение. В процессе вар-

ки крупа и вода непрерывно перемешиваются. Время окончания варки устанавли-

вают путем периодического взятия проб через пробный краник аппарата. Темпера-

турный режим варки регулируется путем изменения расхода и давления пара. По

окончании варки подвод пара прекращается, аппарат останавливается и с помощью

тормоза фиксируется в наклонном положении для снятия крышки люка. Соединени-

ем пробного краника барабана с атмосферой снимают давление в аппарате. После

этого открывают крышку люка, закрепляют ее в устройстве на бункере и выгружают

сваренную крупу в бункер. Затем включают привод и проворачивают несколько раз

аппарат с открытым люком до полной выгрузки крупы из него.

Техническая характеристика варочного аппарата ВА-800М