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

Подождите немного. Документ загружается.

Глава

Оборудование для ведения процесса

кристаллизации пищевых сред

331

щую камеру по трубе 3. Для подвода пара во внутреннюю камеру по штуцеру 10 в

корпусе ее имеются отверстия 12

—

окна. Верхняя трубная решетка паровой камеры

имеет коническую двускатную форму: трубная решетка / наружной части камеры

имеет уклон к корпусу аппарата, а решетка 2 внутренней части - к циркуляционной

трубе. Такое устройство верхней трубной решетки, особенно при больших диаметрах

аппаратов, значительно улучшает циркуляцию утфеля при уваривании. Нижние труб-

ные решетки 9 и 10 обеих частей камер имеют уклон в одну сторону. Конденсат из

обеих паровых камер собирается в кармане 8 и отводится по трубе 7.

Рис.

21.3 Греющие камеры вакуум-аппаратов: а - типа

ВАЦ;

б - типа

ЯВА;

- типа

ВАР

332

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

Таблица 21.1 Техническая характеристика вакуум-аппаратов

Показатель

ВАЦ-350

ВАЦ-500

ВАЦ-600-700

ЯВА

ВАР-75

ВАР-50

Масса утфеля, сваренного за одну

50 60-70

40 7,5

варку, т

Площадь поверхности нагрева грею-

190 255

395

224 40

щей камеры, м

Диаметр греющих трубок, мм 102/98 102/98 102/98 102/98 102/98 102/98

Рабочее давление в греющей камере,

МПа

0,3

0,3 0,3

0,3

Диметр корпуса аппарата, мм

- 4296 4930

2700 2000 2400

Общая высота, мм

9874 10775 7175 7100 7500

Масса аппарата, кг

19039

28650 38820

6450

8475

Штуцера 11 для подвода пара в греющую камеру имеют мембраны, восприни-

мающие температурные расширения.

Устройство для спуска утфеля 6 из аппарата по конструкции аналогично уст-

ройству, применяемому в аппаратах типа ПВА.

На рис. 21.3, б представлена греющая камера вакуум-аппаратов типа ЯВА.

Греющая камера этого аппарата не имеет трубных решеток. Она выполнена из на-

гревательных трубок и состоит из трех частей - средней 6 и двух надставок 5, при-

варенных к средней части. Надставки отштампованы в виде шестигранников. Трубы

устанавливаются ступенчато, и грани шестигранников свариваются между собой,

образуя верхнюю и нижнюю трубные решетки с определенным углом наклона к го-

ризонтальной плоскости. Греющая камера состоит из устройства для спуска утфеля

трубы для отвода конденсата 2, кармана 3 и штуцера для подвода пара 4.

Греющая камера вакуум-аппарата ВАР (рис. 21.3, в) состоит из трубных реше-

ток 1 и 4, прикрепленных на кронштейне 2 к корпусу 3, кармана 5, уплотнения 6,

трубы 7, устройства для спуска утфеля 8 и штуцера для подвода пара 9.

Техническая характеристика вакуум-аппаратов приведена в табл. 21.1.

Инженерные расчеты. Материальный баланс вакуум-аппарата (кристаллиза-

тора) составляется в виде

H =

+ G

где G

, G

, U - соответственно количество начального раствора, кристаллов,

маточного раствора и выпаренного растворителя, кг.

Материальный баланс по сухому растворенному веществу определяется как

+ G

где х„ и х

- концентрация исходного и маточного раствора, массовые доли;

= М/М

кр

- отношение молекулярных масс растворенного вещества и кристалло-

гидрата (при кристаллизации без присоединения молекул воды М

кр

и а = 1).

Количество удаляемого растворителя U при а = 1 определяют по уравнению,

аналогичному уравнению для выпаривания

U = (G

)[l-{x

/xJ .

Решая совместно эти уравнения, получим количество образовавшихся кристал-

лов G

(кг) в виде

Глава

Оборудование для ведения процесса

кристаллизации пищевых сред

333

[°н

(*.«

- х„)- Ux

]/(х

- а) .

Составим уравнение теплового баланса процесса кристаллизации, объединяю-

щего этап выпаривания части растворителя

при

повышении концентрации

до со-

стояния насыщения

образования центров кристаллизации,

также этап охлажде-

ния

роста кристаллов

+<Э

крЧк

+Uh

-t

)+Q

где

, с

кр

и с

соответственно удельная теплоемкость начального раствора,

ма-

точного раствора, кристаллов

охлаждающего агента, Дж/(кг-К);

, t

и t

соответственно температура начального раствора, маточного раствора, кристаллов,

начальная

конечная охлаждающего агента,

°С; q

удельная теплота кристалли-

зации, Дж/кг;

h -

энтальпия паров растворителя, Дж/кг;

потери теплоты

в ок-

ружающую среду,

Дж.

Объем кристаллизатора V (м

) рассчитываем

по

уравнению

/{bp),

где

b -

коэффициент полезного использования объема кристаллизатора

(для

боль-

шинства аппаратов

= 0,8.. .0,9);

р -

плотность начального раствора, кг/м

чту Аристотеля наравне со своим

отцом,

так

как если отцу я обязан жизнью,

то

Аристотелю обязан

всем,

что дает ей цену.

АЛЕКСАНДР

МАКЕДОНСКИЙ (356-323 до

н.э.),

полководец,

царь Македонии

21.4 ПОМАДОСБИВАЛЬНЫЕ МАШИНЫ

Помадосбивальные машины предназначены

для

получения помады

результате

кристаллизации сахара

из

сахаро-водно-паточного сиропа.

При

выстаивании помад-

ных конфет твердая фаза увеличивается

результате дополнительной кристаллиза-

ции сахара

из

жидкой фазы.

Помада состоит

из

твердой

жидкой

фаз,

составными частями которых могут

быть: сахар, патока, вода, молоко

и т. д.

Твердая фаза

мелкокристаллический сахар,

а жидкая фаза

насыщенный раствор сахара

водном, водно-паточном

или

другом

более сложном растворителе. Соотношение

фаз

определяет консистенцию помады,

качество которой регулируется размерами кристаллов сахара

твердой фазе.

Помадосбивальная машина ПСМ-250 (рис. 21.4.) обеспечивает получение

по-

мады

из

горячего высококонцентрированного сиропа. Сироп поступает

на

сетку

через воронку

15,

откуда стекает через отверстия сетки

корпус

13.

Температура

си-

ропа близка

температуре

его

кипения.

При

свободном падении струйки

или

капель-

ки сиропа охлаждаются воздухом. Вентилятор

нагнетает воздух

по

трубе

17 в ка-

нал

воронки. Только при низкой температуре воздуха

хорошей работе вентилято-

ра можно получить высококачественную помаду.

Охлажденный сироп попадает

корпус

13 на

сбивальные лопасти

10. Они ин-

тенсивно сбивают сироп.

Это

вызывает быстрое образование большого количества

центров кристаллизации.

результате образуются мелкие кристаллы.

При

этом

вы-

Рис.

21.4 Помадосбивальная машина ПСМ-250

Глава

Оборудование для ведения процесса

кристаллизации пищевых сред

335

деляется скрытая теплота кристаллизации, пропорциональная количеству твердой

фазы. Кроме того, выделяется теплота при трении лопастей о сироп и сиропа о стен-

ки цилиндра. Для лучшего отвода теплоты стенка 12 камеры сбивания сделана из

меди и окружена чугунной охлаждающей рубашкой 11.

По трубе 9 подводится холодная вода, а нагретая отводится по трубам 5 и 8 из

верхних точек всех рубашек. Короткая камера 6 не имеет охлаждения. В ее верхней

части сделано прямоугольное окно, прикрытое крышкой 7 с отверстиями. Через них

может удаляться часть пара, если охлаждение в воронке и камере 12 было недоста-

точное. При наличии автоматических дозаторов через окно можно вводить крася-

щие и ароматизирующие вещества. В настоящее время автоматические дозаторы

отсутствуют, поэтому красители и ароматизирующие вещества добавляют в помаду

вручную в отдельных котлах.

В камере 4 от помады отнимается меньше теплоты. Она нагревается. Скорость

кристаллизации уменьшается. Часть корпуса 1 не имеет рубашки. В ней кристалли-

зация идет очень медленно. Левый конец сбивального вала 3 находится в рамке 2.

Рамка с валом вынимается из машины. В машине рамку удерживает крышка 20. Го-

товая помада выходит из нижней части торца корпуса машины. Краны 19 служат

для взятия проб воды и спуска воды из рубашек.

Четырехлопастные крыльчатки 6 расположены на валу с поворотом на угол

28° 30' через одну крыльчатку. Шаг крыльчаток 40 мм, ширина лопасти 25 мм. Кре-

пление крыльчаток на валу производится шпонками и стопорными винтами на

крыльчатках.

Техническая характеристика помадосбивальной машины с неохлаждаемым ва-

лом ПСМ-250 приведена в табл. 21.2.

Помадосбивальная машина ШАЕ-800 (рис. 21.5). Высококонцентрированный

сахаро-водно-паточный сироп стекает из пароотделителя варочной колонки в невы-

сокую воронку 3 и, не охлаждаясь в ней, попадает в составной четырехсекционный

корпус. Каждая секция снабжена медной трубой 4 диаметром 310 мм и толщиной

стенки 5 мм, развальцованной в чугунной рубашке 8. Рубашка имеет ребро 7, обра-

зующее спиральный канал. Благодаря такой конструкции обеспечивается равномер-

ное омывание трубы водой и более эффективное охлаждение. В начале канала рас-

положен штуцер 13 для ввода воды в рубашку. Охлаждающая вода поступает к

штуцерам 13 по трубе 14. В конце канала через верхний штуцер 9 вода поступает в

сливную трубу 12.

Таблица 21.2 Техническая характеристика помадосбивальных машин

Показатель

ПСМ-250 ШАЕ-800

Производительность, кг/ч 250...310 800

Угловая скорость рабочего органа, рад/с 30,0...33,0 32

Число рядов лопастей 61 13

Число лопастей в ряду

4 4

Максимальный радиус лопасти, мм

150

Установленная мощность, кВт 3,7 10

Габаритные размеры, мм

3090x535x1445 3330x792x2290

Масса, кг

745

1330

336

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

3330

Рис.

21.5 Помадосбивальная машина ШАЕ-800

Пустотелым сбивальным валом 5 служит труба диаметром 219 мм, к поверхно-

сти которой приварены стальные зубчатые лопасти б, образующие четырехзаходный

зубчатый шнек. В самом начале, т. е. на участке приема, спиральная лопасть не име-

ет зубцов, что позволяет лучше захватывать сироп и продвигать его вдоль машины.

В пустотелый вал охлаждающая вода поступает по трубе 1, а вытекает через слив-

ную воронку 2.

В последней секции для повышения интенсивности сбивания на боковой стенке

имеются неподвижные штыри 11. Они входят во впадины зубчатой лопасти. Готовая

помада выходит через патрубок 10.

Техническая характеристика помадосбивальной машины с охлаждаемым валом

ШАЕ-800 приведена в табл. 21.3.

Инженерные расчеты. Производительность помадосбивальной машины П

(кг/ч) определяется как

Я = 3600ф7фу„,

где ф - коэффициент заполнения сечения; F - площадь поперечного сечения, м

; р -

плотность помады, кг/м

;

v„

- средняя скорость движения помады вдоль цилиндра, м/с;

v„ = \\i

(b/Н) jv

sinacosa,

где \|/

- коэффициент скорости;

- ширина лопасти, м; Н - шаг лопастей по винто-

вой линии, м; j - число лопастей в одном ряду; v

- окружная скорость конца лопа-

стей, м/с; а - угол разворота лопастей к осевой линии вала, рад.

Глава

Оборудование для ведения процесса

кристаллизации пищевых сред

337

При получении помады сироп охлаждается до температуры выходящей помады и

дополнительно отнимается скрытая теплота кристаллизации сахара из его раствора в

водно-паточном растворителе.

Расход теплоты помадообразования Ф (кВт) рассчитывается в виде

& =

-q

) +

где G

, G

- соответственно масса уваренного сиропа и выкристаллизовавшегося са-

хара, кг; д\, <?з, q

- соответственно начальная и конечная теплота сиропа и скрытая

удельная теплота кристаллизации выкристаллизовавшегося сахара; д

= 21 кДж/кг.

Масса выкристаллизовывавшегося сахара G

(кг) равна

=G,(C,„-Cj/(lOO-C„J,

где Gi - начальная масса увариваемого сиропа, кг; С\

и С

„ - соответственно кон-

центрация сахара в уваренном сиропе и в насыщенном растворе, %.

Длина корпуса помадосбивальной машины должна быть такой, чтобы успели

вырасти кристаллы желаемого размера. Для образования кристаллов размером d

(мкм) потребуется время т (с), равное

x = d/v

где v

- средняя скорость роста кристалла, мкм/с (v

» v

/500, где v

- скорость кри-

сталлизации, мг/с).

Длину корпуса помадосбивальной машины / (м) рассчитывают как

/ = x/v„,

где

v„

- скорость движения помады вдоль цилиндра, м/с.

Рабочий день ученого - понятие скорее

физиологическое, для многих он - весь период

бодрствования и вся жизнь. Поэтому

для успешного занятия наукой требуется

отменное здоровье и четко выработанный

индивидуальный режим труда и передышек.

СОКОЛОВ БОРИС СЕРГЕЕВИЧ

(р.

1914),

геолог и палеонтолог, академик РАН

21.5 КРИСТАЛЛИЗАТОРЫ-ОХЛАДИТЕЛИ

Для изогидрической кристаллизации лактозы используют различные кристал-

лизаторы-охладители периодического действия: РЗ-ОКО, КСМ-67, КСМР-72.

Кристаллизатор-охладитель РЗ-ОКО (рис. 21.6) представляет собой горизон-

тальную полуцилиндрическую емкость с корпусом 1 и двумя торцевыми стенками 2.

Внутри емкости смонтирована ванна внутренняя 3, изготовленная из пищевой не-

ржавеющей стали. Межстенное пространство 4 представляет собой рубашку для

охлаждающей воды. Внутри ванны в подшипниках скольжения 5 закреплены концы

вала шнековой или рамной мешалки 6. Вращение мешалки обеспечивается электро-

двигателем 7 через редуктор 8 и клиноременную передачу 9.

338

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

1465

10 6

2472

Рис. 21.6

Кристаллизатор-охладитель РЗ-ОКО

Кристаллизатор снабжен крышкой 10, которая открывается с помощью штурва-

ла/7 через редуктор червячный 12.

Загрузка сиропа (сгущенной сыворотки) осуществляется через воронку 13, а вы-

грузка - через кран 14. Подача воды в рубашку 4 регулируется вентилем 15.

В зависимости от условий производства емкость может быть с закрытой или от-

крытой крышкой 10. Мешалка 6 перемещает кристаллы вдоль корпуса и поддержи-

вает их во взвешенном состоянии, способствуя образованию хорошо сформирован-

ных и сравнительно однородных по размерам кристаллов.

Устройство и порядок работы указанных кристаллизаторов имеет много общих

принципов. Отличительной особенностью кристаллизатора КСМ-67 (рис. 21.7)

является наличие одностенной полуцилиндрической рабочей ванны 6 сварной кон-

струкции с крышкой 7. Хладагент циркулирует по полым дискам мешалки 8 благо-

даря наличию соединительных междисковых штуцеров 9 мешалки 3, установленной

на валу 4, вращающегося от привода 2, который размещен на раме 7. Разгрузка го-

тового продукта осуществляется с помощью клапана 5.

Рабочий цикл описанных кристаллизаторов включает следующие операции:

Продолжительность,

мин

Наполнение

15...20

Кристаллизация

(мешалка

работает

на

первой

скорости

постоянно

или

периодически

на

второй)

;

* 1500... 1800

Отстаивание

кристаллов

(мешалка

не

работает)

180...240

Слив

мелассы

30...45

Промывка

кристаллов,

наполнение

водой

перемешивание мешалкой

на

второй

скорости 20...30

Выгрузка

кристаллизатора

60... 120

Глава

Оборудование для ведения процесса

кристаллизации пищевых сред

339

250

Рис.

21.7 Кристаллизатор-охлади гель КСМ-67

Вальцовый кристаллизатор непрерывного действия (рис. 21.8) содержит

основание J, на котором монтируется ванна для продукта 2, установленные при по-

мощи вертикальных опор сальниковые узлы 3 с осью 4 и приводным устройством 5,

закрепленные в торцах барабана б, внешняя поверхность которого служит для намо-

раживания льда, а внутренняя играет роль испарителя. К оси 4 с устройствами для

ввода 8 и отвода 9 хладагента прикреплена своим концом с наибольшей толщиной

волнистая полиметаллическая лента 7 с переменной толщиной, которая уменьшает-

ся от оси барабана к периферии по радиусу закручивания. Кристаллизатор снабжен

устройством для удаления замороженного продукта с наружной поверхности бара-

бана 6 и лотком 11 для его отвода.

Жидкий хладагент подается в полую ось 4 через устройство ввода хладагента 8,

заполняет внутреннюю поверхность барабана и пространство в волнистой спираль-

ной полиметаллической ленте, кипит, охлаждая ленту и теплопроводящую поверх-

ность барабана, а пар хладагента отводится через устройство 9.

Волнистая спиральная полиметаллическая лента выполнена с развитой поверх-

ностью и обеспечивает частичное накопление тепловой энергии хладагента и отдачу

одновременно во все точки барабана, а переменная толщина ленты и составляющие

ее металлы, теплоемкости которых уменьшаются с уменьшением толщины ленты,

обуславливают высокие скорости теплообмена при контакте с кипящим хладаген-

том и внутренней поверхностью барабана. Спиральное закручивание ленты способ-

ствует удалению слоя масла с внутренней поверхности барабана при его вращении

за счет касания острых кромок ленты внутренней поверхности барабана под дейст-

вием силы, направленной на раскручивание ленты.

340

Часть II Машины и аппараты-преобразователи

пищевых сред

Таблица 21.3. Технические характеристики кристаллизаторов-охладителей

Наименование показателей КСМ-67

КСМ-72

РЗ-ОКО

Полезный объем ванны, л 1000

1000

2000

Расход охлаждающей воды, м

/ч:

режим первый 1 0,9 1

режим второй 2 1,8 2

Потребление электроэнергии, кВт/ч:

режим первый 0,85 0,85 0,5

режим второй 1,5 1,5 1,5

Установленная мощность электродви-

гателя, кВт

1,1

1,5

Рис.

21.8 Вальцовый кристаллизатор непрерывного действия

Продукт подается в ванну 2, в которую погружен барабан 6, непрерывное вра-

щательное движение которому сообщается приводным устройством 5, закреплен-

ным на сальниковом узле 3, при этом на наружной поверхности барабана наморажи-

вается влага в виде льда, а продукт концентрируется. При вращении барабана намо-

роженный слой льда переохлаждается и подсыхает при постоянной температуре за

счет равномерного охлаждения барабана, что исключает коробление или частичное

подтаивание наружной поверхности льда и облегчает его съем. Съем образовавших-

ся кристаллов осуществляется устройством 10, а сконцентрированный продукт от-

водится из ванны 2 через патрубок (не показан).

Охлаждение возможно в одну или несколько ступеней. Такой режим вполне оп-

равдан для открытых охладителей, в которых несовершенство процесса охлаждения

(его невысокая скорость, недостаточно интенсивнее перемешивание продукта) для

кристаллизации лактозы в какой-то мере ослаблялось продолжительными выдерж-

ками между ступенями охлаждения для зарождения кристаллов. Необходимость

чередования охлаждения с выдержкой при постоянной температуре обосновывалась

для них особенностями кристаллизации лактозы, связанными с ее мутаротацией.