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

Подождите немного. Документ загружается.

Глава 18 Оборудование для ведения процессов выпечки и обжарки

пищевых сред

201

Никогда не удается быть таким счастливым,

А. как в те часы, когда работа не оставляет

~-4US"—

ни

минуты свободной.

ФАБР ЖАН-АНРИ-КАЗИМИР (1823-1915),

французский ученый-энтомолог

18.9 СВЧ-УСТАНОВКИ ДЛЯ ОБРАБОТКИ СЫРЬЯ И ПОЛУФАБРИКАТОВ

СВЧ-нагрев позволяет значительно интенсифицировать технологические про-

цессы пищевых производств, особенно комбинируя его с традиционными способами

энергоподвода, такими, как выпечка, обжарка, запекание, размораживание, субли-

мация, стерилизация, бланширование и др.

Эффективность СВЧ-аппарата зависит от работы генератора СВЧ-магнетрона и

определения сферы его использования в технологической цепи.

Для промышленной обработки сырья и полуфабрикатов разрешено использовать

только отдельные участки СВЧ-диапазона волн:/= 900±15 МГц и/= 2400±50 Гц.

На рис. 18.33 приведена принципиальная схема установки для СВЧ-

стерилизации (пастеризации) жидких пищевых сред. Установка состоит из электро-

магнитной системы ЭС 9 с системой фторопластовых трубопроводов 10, рекупера-

тивного теплообменника 4, предварительного нагревателя 5, гидравлической систе-

мы с клапанными устройствами 2 и датчиками б для измерения температуры, магне-

тронов 8, блоков питания 72 и управления 77, расходомера 7, возбудителей 7 элек-

тромагнитных полей.

Применение рекуперативного теплообменника, позволяющего производить

предварительный нагрев обрабатываемой жидкости и охлаждение ее после стерили-

зации, способствует улучшению энергетических характеристик установки и умень-

шению потребляемой СВЧ-мощности.

Нагреватель, встроенный в гидравлическую систему между теплообменником и

ЭС,

дает возможность значительно уменьшить время выхода на нормальный режим

работы, и при установившемся режиме может быть отключен.

Из-за сравнительно высокой стоимости СВЧ-энергии экономически выгоднее

применять предварительный подогрев обрабатываемого пищевого продукта перед

пропусканием его через ЭС. Осуществление СВЧ-стерилизации и СВЧ-пастеризации

Рис.

18.33 Принципиальная схема установки для СВЧ-стерилизации (пастеризации)

Т ЗАК, 710

202

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

в ЭС целесообразно при температурах, близких к температурам стерилизации или

пастеризации соответствующих материалов.

Регулятор расхода, клапанная система, датчики 3 температуры и протока обес-

печивают поддержание необходимой температуры и длительности стерилизации и

пастеризации.

В пищевой промышленности может быть применена ЭС-установка с двумя

магнетронами. Это повышает ее надежность при длительной непрерывной работе.

Возбудители смонтированы на обоих концах ЭС. При выходе из строя одного маг-

нетрона сигнал с соответствующих датчиков подается на блок питания - включается

второй магнетрон.

В пищевой промышленности широко распространена стерилизация и пастери-

зация пищевых продуктов (соков, пива, тортов, компотов и т.д.) в таре. Для этих

целей разработана специальная СВЧ-установка (рис. 18.34).

Установка состоит из ЭС, изготовленной на основе прямоугольного волновода

сечением 0,220x0,104 м, внутри которого с помощью цепного конвейера б переме-

щается обрабатываемый продукт 1 в таре. Цепной конвейер выполнен из фторопла-

ста, что обеспечивает малое поглощение энергии элементами конвейера. При уста-

новке элементов конвейера иной формы можно обрабатывать пищевые продукты в

таре различного типа и размера (банки, бутылки и т.д.).

Тяговая звездочка 4 цепного конвейера закреплена на выходном валу привода.

В приводе 2 установлен электродвигатель постоянного тока, что позволяет изменять

скорость конвейера в широких пределах и тем самым подбирать рациональный ре-

жим обработки. В качестве источника применен магнетронный генератор с выход-

ной мощностью 25 кВт с частотой 915 МГц. Особенностью установки является то,

что возбуждение электромагнитного поля в рабочем волноводе осуществляется с

помощью возбудителя 3, имеющего несколько щелей связи, расположенных таким

образом, что поглощение энергии пищевым продуктом происходит равномерно.

В данной установке применена гребенчатая шлюзовая система 5, каждый шлюз

А-А

Рис.

18.34 Принципиальная схема СВЧ-установки

Глава 18 Оборудование для ведения процессов выпечки и обжарки 203

пищевых сред

Рис.

18.35 Принципиальная схема конвейерной модульной установки «Гигатрон-30Р»

которой состоит из трех гребенок, выполненных из специального материала, погло-

щающего СВЧ-энергию. Расстояние между гребенками рассчитано в зависимости от

размера тары. В результате при перемещении конвейера в каждый момент времени

одна из трех гребенок шлюзового устройства всегда закрыта. Это позволяет снизить

излучение в окружающее пространство СВЧ-энергии до допустимого уровня. Кроме

того,

соответствующее расположение щелей возбуждения обеспечивает равномер-

ное поглощение электромагнитной энергии обрабатываемым продуктом, и на пер-

вые гребенки шлюзовых устройств падает не более 2.. .5 % мощности генератора.

Каркас установки имеет подъемные устройства, позволяющие выставлять уро-

вень конвейера установки при встраивании ее в производственные линии.

Примером модульного исполнения конвейерной установки может служить «Ги-

гатрон-F», причем при размораживании пищевых продуктов эти установки снабжа-

ются устройствами для продувки холодного воздуха температурой -30 °С через ак-

тивную зону, что позволяет практически избежать краевого эффекта. Продолжи-

тельность размораживания от начальной температуры продукта -20 до -2...0 °С со-

ставляет 10...

мин. При размораживании в «Гигатроне-F» блоков рыбы (щука,

сардины), рыбного филе креветок, мяса наблюдается снижение потерь массы по

сравнению с размораживанием в воде на

3...

10 %.

На рис. 18.35 приведена конвейерная модульная установка «Гигатрон-ЗОГ». В

зависимости от колебательной мощности магнетронов 6 такие гигагроны в режиме

размораживания обеспечивают производительность 200...3000 кг/ч. При этом число

модулей 3 колеблется от 2 до 6. Обрабатываемый продукт / загружают на ленту

транспортера 9, снабженного плавно регулируемым приводом. Модули со стороны

загрузки и выгрузки снабжены устройствами для предотвращения утечки СВЧ-

энергии. Узел ввода энергии 2 обеспечивает питанием магнетроны в каждой мо-

дульной секции.

Понижение температуры воздушной среды осуществляется с помощью прибо-

ров охлаждения, которые являются составным элементом холодильной установки.

Холодильная установка полностью автоматизирована, что позволяет поддерживать

заданные температурные режимы. Воздух, охлажденный до -30 °С, по каналу 5 по-

ступает в рабочую камеру 7. Для санитарной обработки рабочей камеры боковые

стенки 8 всех модулей выполнены откидными. Закрытое их состояние фиксируется

запорами 4.

204 Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

Инженерные расчеты. Для рационального построения технологического про-

цесса и выбора геометрии продукта необходимо учитывать глубину проникновения

электромагнитной энергии в материал.

Ослабление энергии электрического поля в пищевом продукте выражается экс-

поненциальной зависимостью

Е - E

ехр(-кх),

где Е - энергия на глубине х; Е

- начальная энергия; к - постоянная ослабления поля.

Постоянную ослабления поля к можно определить из соотношения

k*2nf tgbj\>.,

где/-

круговая частота колебаний, Гц; ц - магнитная проницаемость продукта, Гн/м.

Глубина проникновения электромагнитной энергии в продукт А (м) при усло-

вии ослабления до 37 % определяется как

(l/k)y[7(2nfE'yfc),

где г' - относительная диэлектрическая проницаемость.

Для расчета глубины равномерного нагревания R

изделий цилиндрической

формы рекомендуется формула

Хх

/^Wi

где R

- радиус, соответствующий равномерному нагреву в СВЧ-поле, м; X - длина

волны, м; хо - координата точки.

Удельная мощность JV

(ВТ/М

расходуемая на нагревание продукта, равна

4\1(рс/ц

)(АТ /Ах),

где р - плотность продукта, кг/м

; с - теплоемкость продукта, Дж/(кг-К);

г)г

- терми-

ческий КПД процесса; АТ - приращение температуры за интервал времени Ат, К;

ATI Ах - темп нагрева образца, К/с.

Продолжительность нагревания

х„

(с) в СВЧ-аппарате кулинарных изделий при

оптимальной загрузке определяется по формуле

=mc(T

-T

)/{m),

где m - масса продукта, кг; Т

, Т

- начальная и конечная температура продукта, °С; N-

мощность СВЧ-аппарата, Вт;

х\

- КПД аппарата;

£,

- коэффициент поглощения.

Продолжительность тепловой обработки колбасных изделий

хт

(с) определяет-

ся по формуле

={А/Т

\\/\Ъ),

где А, р - коэффициенты, зависящие от вида продукта (для докторской колбасы

А = 137-Ю

, Р = 0,79, для чайной А = 35-Ю

, р = 0,63); Т

- температура стерилиза-

ции, °С (t

= 86 °С).

Глава 18 Оборудование для ведения процессов выпечки и обжарки

пищевых сред

205

Величие народа не измеряется его численностью,

как величие человека не измеряется его ростом;

единственной мерой

служит

его умственное

развитие и его нравственный уровень.

ВИКТОР ГЮГО (1802-1885),

французский поэт, романист, публицист

18.10 ТЕХНИКА БУДУЩЕГО: НОВЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

Двухъярусная хлебопекарная печь (Пат. № 2151509 РФ, А21 В1/28) относит-

ся к двухъярусным тоннельным хлебопекарным печам, основанным на принципе

рециркуляции продуктов сгорания в каналах системы обогрева, и может быть ис-

пользована для выработки широкого ассортимента хлебобулочных изделий.

На рис. 18.36 изображена хлебопекарная печь: а - общий вид, б - неполный

продольный разрез печи с трубчатыми каналами, в - неполный продольный разрез

печи с коробчатыми каналами. Хлебопекарная печь состоит из пекарной камеры в

виде двух туннельных ярусов, верхнего 1 и нижнего 2. В начале каждого яруса рас-

положено пароувлажнительное устройство 3. Внутри каждого яруса размещается

также конвейерный под 4, состоящий из рабочей 5 и холостой 6 ветви. Система

обогрева печи включает в себя топочное устройство, имеющее камеру сгорания 8 и

камеру смешения 9, верхний распределительный коллектор 10 верхнего яруса, ниж-

ний распределительный коллектор 11 верхнего яруса, верхний распределительный

коллектор 12 нижнего яруса и нижний распределительный коллектор 13 нижнего

яруса. Хлебопекарная печь также содержит верхний передний теплопередающий

канал 14 верхнего яруса, верхний задний теплопередающий канал 15 верхнего яру-

са, а также нижний передний теплопередающий канал 16 верхнего яруса и нижний

задний теплопередающий канал 17 верхнего яруса, а также верхний передний теп-

лопередающий канал 18 нижнего яруса, верхний задний передающий канал 19 ниж-

него яруса, нижний передний теплопередающий канал 20 нижнего яруса и нижний

задний теплопередающий канал 21 нижнего яруса.

В каждом распределительном коллекторе установлены шиберы 22 для регулиро-

вания проходного сечения каждого входного участка 23 теплопередающих каналов

14, 15,16, 17,18, 19, 20, 21. При этом каждый ярус имеет свой подводящий и отводя-

щий газоход. Так, верхний ярус имеет подводящий газоход 24 и отводящий газоход

25.

Также нижний ярус имеет подводящий газоход 24 и отводящий газоход 27.

Для наиболее эффективного регулирования тепловых потоков в двухъярусной

печи предусматривается, что теплопередающие каналы автономной системы обогрева

ярусов выполнены трубчатыми U-образными, состоящими из прямоточных 28 и про-

тивоточных 29, по отношению к направлению движения рабочей ветви 5 конвейерно-

го пода 4 пучков обогревательных труб, подключенными своими входными отвер-

стиями 23 к верхним 10, 12 к нижним 11,13 распределительным коллекторам с уста-

новленными в них шиберами 22 входных участков обогревательных труб. При этом

входные участки обогревательных труб верхнего предельного канала и нижнего пре-

дельного канала установлены так, что прямоточный пучок обогревательных труб раз-

мещается к рабочей ветви конвейерного пода ближе, чем противоточный пучок.

Для дополнительного регулирования теплового потока, направленного на тес-

товые заготовки в первый период их выпечки, между прямоточными 28 и противо-

точными 29 пучками обогревательных труб верхнего переднего U-образного канала

206

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

14, 18, возле верхнего распределительного коллектора 10,12 может быть установлен

секционный экран 30 с возможностью частичного или полного выдвижения за пре-

делы пекарной камеры.

В конструкции печи предусматривается также то, что теплопередающие каналы

автономной системы обогрева ярусов могут быть выполнены трубчатыми прямыми

или коробчатыми. Для установления накопления конденсата на внешней поверхно-

сти хлебопекарной печи в зоне ее нагрузки 31 передняя стенка 32 пекарной камеры

каждого яруса, содержащая зону парового увлажнения, может быть снабжена обог-

ревателем 33, подключенным к системе обогревания печи.

л -А

Б . В •

ЗГ\

Ж\

;

|—»—'—1

1—' •—' J

2<к

-27

Б*

Глава 18 Оборудование для ведения процессов выпечки и обжарки 207

пищевых сред

Для смягчения теплового удара, направленного на тестовые заготовки в цен-

тральной части каждого яруса, нижнюю стенку 34 верхнего распределительного

коллектора и верхнюю стенку 35 нижнего распределительного коллектора каждого

яруса, обращенные к рабочей ветви 5 конвейерного пода 4, теплоизолируют.

В итоге, в каждом ярусе 1 и 2 образуются две зоны выпечки с регулируемым под-

водом тепла - передняя и задняя, каждая из которых имеет также раздельное регули-

рование верхнего и нижнего теплоподводов к рабочей ветви 5 конвейерного пода 4.

Хлебопекарная печь отличается тем, что каждый тоннельный ярус снабжен ав-

тономной системой обогрева с собственным топочным устройством и рециркуляци-

онным вентилятором, при этом подводящий газоход одного яруса размещен с про-

тивоположной стороны по отношению к подводящему газоходу другого яруса, а

отводящий газоход каждого яруса расположен с противоположной стороны по от-

ношению к подводящему газоходу; отличается тем, что теплопередающие каналы

автономной системы обогрева каждого яруса выполнены трубчатыми U-образными,

состоящими из прямоточных и противоточных по отношению к направлению дви-

жения рабочей ветви конвейерного пода пучков обогревательных труб, подключен-

ные своими входными участками к верхним и нижним распределительном коллек-

торам с установленными в них шиберами входных участков обогревательных труб

верхнего переднего канала и нижнего переднего канала установлены так, что прямо-

точный пучок обогревательных труб размещен ближе к ветви конвейерного пода,

чем противоточный пучок; отличается тем, что теплопередающие каналы автоном-

ной системы обогрева каждого яруса выполнены трубчатыми прямыми; отличается

тем, что теплопередающие каналы автономной системы обогрева каждого яруса вы-

полнены коробчатыми; отличается тем, что между прямоточными и противоточ-

ными пучками обогревательных труб верхнего переднего U-образного канала возле

верхнего распределительного коллектора установлен секционный экран с возмож-

ностью частичного или полного выдвижения за пределы пекарной камеры; отлича-

ется тем, что длина секционного экрана составляет не более 50 % от длины проти-

воточного пучка обогревательных труб верхнего переднего U-образного канала; от-

личается тем, что передняя стенка пекарной камеры каждого яруса, содержащая

зону парового увлажнения, снабжена обогревателем, подключенным к системе

обогревания печи; отличается тем, что в каждом ярусе нижняя стенка верхнего

распределительного коллектора и верхняя стенка нижнего распределительного кол-

лектора, обращенные к рабочей ветви конвейерного пода, теплоизолированы; отли-

чается тем, что внутренняя поверхность топочного устройства футерованы жаро-

стойким волокнистым материалом, выдерживающим температуру соответственно

1250 °С в камере сгорания и 750 °С в камере смешения.

Хлебопекарная печь (Пат. № 1743529 РФ, А21 Bl/22 F26 В23/04) используется

на предприятиях хлебопекарной промышленности.

На рис. 18.37 изображена хлебопекарная печь: а - общий вид; б - сечение пе-

карной камеры. Печь состоит из пекарной камеры 1 с дверцей для установки тележ-

ки-стеллажа 2 и механизма 3 вращения. Между стенкой пекарной камеры и наруж-

ной обшивкой расположен блок 4 нагревателей, вентилятор 5, нагнетающий возду-

хопровод 6. В блоке нагревателей установлены электронагреватели 7 и теплоакку-

мулирующие стержни 8. Между наружной обшивкой и камерой находится тепло-

изоляция 9. Пекарная камера закрывается дверцей 10. В камере установлен пароге-

нератор //.

208 Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

Рис. 18.37 Хлебопекарная печь

Хлебопекарная печь отличается тем, что, с целью повышения производительно-

сти и снижения энергоемкости, блоки нагрева воздуха снабжены теплоаккумулято-

рами, размещенными между электроэлементами, а вентилятор оснащен приспособ-

лением для его включения и выключения соответственно при закрывании и откры-

вании дверцы рабочей камеры.

Устройство для вертикальной шпарки туш свиней (Пат. № 1597140 РФ, А22

В5/08).

Целью изобретения является сокращение расхода теплоносителя.

На рис. 18.38. изображено устройство, общий вид. Устройство для вертикаль-

ной шпарки туш свиней содержит стойки 1 с платформами 2, на которых установле-

ны электропривод 3 и звездочки 4, взаимодействующие с замкнутыми цепями 5 и 6.

Скорость вращения цепей 5 и 6 синхронизирована, и они расположены во вза-

имно параллельных плоскостях и через шаровые опоры 7 связаны с опорной рамой

8. Теплоизолированная камера выполнена в виде зеркально установленных обечаек

9 и 10, закрепленных на раме 8. Приспособление для подачи теплоносителя выпол-

нено в виде парораспределителя. Термостойкая обечайка 9 через гибкий трубопро-

вод 11 и парораспределитель 12 связана с парогенератором (не показан). Для устра-

нения утечек горячего и повышенной влажности воздуха по периметру обечаек 9 и

10 закреплен резиновый кожух 13, в котором размещены постоянные магниты (не

показаны). Кроме того, обечайки 9 и 10 по периметру также гофрированы.

Для обеспечения надежного контакта закрытых обечаек предусмотрен электро-

магнитный замок, включающий магнитопровод 14 с катушкой 15, которые закреп-

Глава 18 Оборудование для ведения процессов выпечки и обжарки

пищевых сред

209

лены на арматуре рамы 8 обе-

чайки 10. Магнитопровод 16

также закреплен на арматуре

рамы 8 обечайки 9.

Для организации рабочей и

загрузочной зон ветви цепей 5 и

6 на входе смещены относи-

тельно центральной линии звез-

дочками 4.

Управление катушкой 75

электромагнитного замка, а так-

же синхронизация вращения

цепей 5 и 6 осуществляются

блоком 19 управления. Для уда-

ления горячего воздуха повы-

шенной влажности из обечаек 9

и 10 перед их открытием преду-

сматривается дымосос (не пока-

зан),

который связан с парорас-

пределителем 12.

Животное с линии обескров-

ливания подается механизмом

перемещения в зону с определен-

ным интервалом загрузки, при

этом цепи 5 и 6 перемещаются с

обечайками 9 и 10, и в момент загрузки обечайки 1 и 10 открыты, а животное находится

между ними в центре. По мере перемещения животного обечайки 9 и 10 смыкаются,

при этом рама 8 поворачивается в шаровых опорах 7 из-за изменения траектории цепя-

ми 5 и 6.

Блоком 19 управления подается напряжение на катушку 15 электромагнита, ко-

торый притягивает магнитопровод 16 с обечайкой 9. Взаимное перемещение обеча-

ек 9 и 10 возможно из-за шаровых опор и отклонений гибких цепей 5 и 6. Магниты в

резиновом кожухе 13 притягиваются, обеспечивая герметизацию внутреннего про-

странства, ограниченного обечайками 9 и 10. К моменту смыкания обечаек 9 и 10

шестерны 17 цепью 18 поворачивает парораспределитель 12. При этом увлажнен-

ный горячий воздух от парогенератора по гибкому трубопроводу 11 подается в ка-

меру с животным, образованную обечайками 9 и 10. Процесс шпарки заканчивается

на выходе обечаек 9 и 10 из рабочей зоны, при этом парораспределитель 12 соеди-

няет камеру дымососом.

Блок 19 управления снимает напряжение с катушки 75 электромагнита. Элек-

тропривод 3 цепей 5 и 6, преодолевая сопротивление магнитов в резиновом кожухе

13,

размыкает обечайки 9 и 10. Животное подается на скребмашину, а обечайки 9 и

10 вновь попадают в зону загрузки.

Устройство для вертикальной шпарки туш свиней отличается тем, что, с целью

сокращения расхода теплоносителя, теплоизолированная камера выполнена в виде

двух обечаек с электромагнитным замком, каждая обечайка по периметру снабжена

магнитами, а приспособление для подачи теплоносителя выполнено в виде парорас-

Рис.

18.38 Устройство для вертикальной шпарки туш свиней

210

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

пределителя, связанного с одной из обечаек посредством гибкого трубопровода, при

этом обечайки установлены с возможностью смыкания и размыкания; отличается

тем, что каждая обечайка по периметру выполнена гофрированной.

Печь для обжарки пищевых продуктов (Пат. № 2041700 РФ, А47 J37/12)

представлена на рис. 18.39: а - общий вид; б - транспортирующая лента; в - перфо-

рированный барабан в аксонометрической проекции; г - спираль - поверхность; д -

спираль - кривая линия; е - сечение Г-Г, спираль вала (3/4 первого витка); ж - вид

по стрелке В, прямоугольное отверстие; з - последняя 1/4 (четверть) первого витка.

Предлагаемая печь для обжарки пищевых продуктов содержит теплоизолированную

ванну 7, на торцовых стенках которой установлен вращающийся перфорированный

барабан 2, закрытый сверху кожухом 3, имеющим загрузочный лоток 4 и вентиля-

ционный патрубок 5. В нижней части ванны 7 смонтированы нагревательные эле-

менты 6, а также термодатчик 7. Днище ванны 7 с помощью магистрали 8 соединя-

ется с атмосферой и с масляным бачком 9, служащим для поддержания постоянного

уровня масла в ванне 7 в процессе работы. Барабан 2 состоит из полого вала 10, на

котором закреплены два перфорированных диска 11 и 12 и звездочка 13. С противо-

положной стороны на валу 10 имеется несколько расположенных равномерно по

окружности выгружных отверстий 14. По всей длине пространства между дисками

11 и 12 лента в сечении имеет форму спирали 75, между началом и концом которой

на валу 10 выполнено отверстие 16 прямоугольной формы. Во внутренней цилинд-

Г\Г\Г\Г\

ЧЛПЛШГ^

I /23

via

б)

Рис.

18.39 Печь для обжарки пищевых продуктов