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

Полисахариды Белки Вода

Температура, °С , 40...60

менее 100

Зоны процесса Смешивание Плавление Структурообразование

Рис.

16.44 Принципиальная схема экструдера

(один или два шнека), размещенный в корпусе, головка 5, фильера 6, привод и кон-

трольно-измерительные и регулирующие устройства.

В экструдере реализуется комплексное воздействие на обрабатываемую пище-

вую среду давления, температуры, влажности и напряжения сдвига. Захватывая ис-

ходный продукт, шнек перемещает его от загрузочного устройства вдоль корпуса

экструдера и проходит последовательно зоны смешивания, плавления и структуро-

образования. Давление в экструдере достигает

15...

100 МПа.

В зависимости от конструкции фильеры можно получать экструдаты трех типов

структур: пористой, волокнистой или однородной макроструктуры. Последние две

получают, используя охлаждаемые (удлиненные) фильеры, в которых происходит

постепенное охлаждение расплава биополимеров и понижение давления, что пре-

дотвращает «взрывное» испарение воды на выходе расплава биополимеров из филь-

еры. При получении экструдатов пористой макроструктуры, наоборот, используют

короткие неохлаждаемые фильеры. При выходе расплава биополимеров через такую

фильеру происходит резкий сброс давления, что приводит к «взрывному» испаре-

нию воды и образованию пористой макроструктуры.

Экструдер А1-КХП (рис. 16.45) предназначен для получения палочек из куку-

рузной крупы тепловой и механической обработкой.

Экструдер состоит из станины 1, бункера 7, корпуса подшипника 9, цилиндра 3,

механизма резки 4, вариатора, щита управления с нагревателями. Машина имеет два

индивидуальных привода: для шнека и механизма резки. На верхней плите сварной

станины установлен электродвигатель 8 привода шнека, соединенный через муфту с

быстроходным валом редуктора 10. Последний, в свою очередь, с помощью муфты

соединяется с валом корпуса подшипника. В литом корпусе подшипника установлен

вал, вращающийся в радиальных подшипниках качения. Для восприятия осевой на-

грузки от формующего шнека в корпусе установлен упорный шарикоподшипник.

К корпусу подшипника фланцем крепится сварной цилиндр с расположенным

внутри него шнеком. С противоположной стороны цилиндр закрыт матрицей. Тем-

пература в рабочей зоне контролируется термопарами, введенными в зону через

пробку 5. Для нагрева кукурузной массы в передней части цилиндра укреплен блок

электронагревателей 6.

У переднего торца матрицы расположен механизм резки с вращающимися но-

жами, который приводится в движение от отдельного электродвигателя через бес-

ступенчатый вариатор. Электродвигатель и вариатор находятся внутри станины.

Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения

концентрации и экструдирования пищевых сред

Рис.

16.45 Экструдер А1-КХП

Частота вращения вариатора регулируется рукояткой 2, установленной в непосред-

ственной близости от панели управления. Для удобства обслуживания механизм

резки отводится в сторону.

Над цилиндром установлен бункер для приема кукурузной крупы. Кукурузная

крупа из бункера машины через регулируемую заслонку поступает в приемное отвер-

стие цилиндра, где происходит прессование продукта и нагрев до температуры 145 °С.

В результате воздействия тепла, влаги и давления крупа превращается в пласти-

ческую массу, которая выдавливается шнеком через отверстия матрицы. При выхо-

де из отверстий матрицы масса под действием пара, образующегося из перегретой

влаги, вспучивается, образуя пористую хрустящую жилу. Механизм резки делит

выходящие жилы на палочки, которые уносятся конвейером.

Порция крупы (1,5...2,0 кг при температуре в цилиндре 80... 145 °С) приготов-

ляется за 30...60 мин до пуска машины.

Режим нагрева цилиндра подбирается для каждой машины индивидуально в за-

висимости от сорта, помола, влажности крупы и степени износа.

Техническая характеристика экструдера А1-КХП приведена в табл.

16.11.

Экструдер Б8-КХ-ЗП (рис. 16.46) предназначен для производства палочек из

кукурузной крупы посредством ее тепловой и механической обработки с после-

дующей фасовкой на других автоматах.

Экструдер состоит из станины /, формующего механизма 2, механизма 5 отрез-

ки палочек по длине, ворошителя 3 кукурузной крупы, блока электронагревателей 4.

Формующий механизм состоит из охватываемого шнека с правой нарезкой,

шнековой втулки с левой нарезкой, матрицы с двенадцатью отверстиями диаметром

3 мм, обоймы с четырьмя отрезными ножами, приводимой во вращение через цеп-

ную и клиноременную передачи от электродвигателя.

Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения 83

концентрации и экструдирования пищевых сред

Рис.

16.46 Экструдер Б8-КХ-ЗП

Ворошитель представляет собой корпус, внутри которого вращается вал с лопа-

стями, перемешивающий поступающую из бункера крупу.

Блок электронагревателей предназначен для нагрева рабочей зоны машины в

период пуска и автоматического поддержания постоянной температуры от 160 до

180 °С. Во избежание перегрева машины в зоне загрузки предусматривается прину-

дительное водяное циркуляционное охлаждение корпуса формующего механизма с

подключением к сети водоснабжения.

Схемой машины предусмотрено ручное управление электроприводами шнека и

ножа, а также ручное и автоматическое управление блоком нагревателей.

Перед пуском машины производится нагрев рабочей зоны формующего меха-

низма в течение 30...35 мин до 160... 180 °С с помощью блока электронагревателей.

За 25...30 мин до пуска машины готовится первая порция крупы влажностью

20...21 %. Подготовленная крупа по специальному лотку вручную засыпается не-

большим потоком в отверстие зоны загрузки при включенной машине. После выхо-

да палочек из формующей матрицы открывается заслонка, и в машину поступает

крупа влажностью

13...

14 %.

Экструдер двухшнековый РЗ-КЭД-88 предназначен для производства фигур-

ных крупяных изделий, сухих завтраков, а также может быть использован для полу-

чения пищевых концентратов быстрого приготовления.

Экструдер (рис. 16.47) состоит из привода, цилиндра 6 со шнеком, станины 7,

дозатора, оборудования для дозированной подачи воды, двухшнекового пресса, на-

гревателя, гранулятора, транспортера, шкафа управления.

84 Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения

концентрации и экструдирования пищевых сред

Рис.

16.47 Экструдер РЗ-КЭД-88

Двухшнековый пресс состоит из корпуса 1 с каналами для охлаждения водой,

двух шлицевых валов с набором из шнековых элементов, сменных матриц с филье-

рами. Привод пресса осуществляется от электродвигателя 5 постоянного тока через

редуктор и распределительную коробку 3 и обеспечивает вращение валов в одну

сторону. Блокировка исключает работу экструдера при открытом корпусе и повы-

шенном давлении.

Дозатор состоит из загрузочного бункера с ворошителем и двухшнекового регу-

лируемого дозирующего устройства. Привод ворошителя осуществляется от элек-

тродвигателя 4 постоянного тока через редуктор и распределительную коробку,

обеспечивающую вращение шнеков в одну сторону.

Бункер 2 дозатора снабжен смотровым окном для контроля наличия сырья, пре-

дохранительной решеткой и датчиком уровня с контактным выходом для использо-

вания в схеме управления устройством загрузки бункера.

Гранулятор имеет блокировку, исключающую работу ножа при открытом кожухе.

Конструкция его обеспечивает быстрое снятие ножей, пристыковку лезвий в поверх-

ности матрицы и точное регулирование положения ножа. Конструкция кожуха грану-

лятора предусматривает наблюдение за работой ножа и свободное испарение влаги.

Оборудование для дозированной подачи воды обусловливает непрерывную до-

зированную подачу питьевой воды с регулируемым расходом. Подвод воды к

двухшнековому прессу производится через гидроразъем.

На транспортере предусмотрена возможность регулирования угла его наклона.

При работе экструдера обеспечивается дистанционное управление и регулирование

частоты вращения электродвигателей пресса и ножа, температуры в зоне нагрева.

Экструдеру придается аппаратура, контролирующая частоту вращения и нагрузку

двигателя пресса, давление в корпусе пресса, температуру в зоне нагревания и ох-

лаждения, а также время наработки.

Сыпучая зерновая смесь подается в зону загрузки. По мере продвижения шне-

ковыми валами сырье подвергается интенсивному перемешиванию, измельчению и

гидротермической обработке при повышенном давлении. При выходе из отверстий

матрицы происходит резкий сброс давления, в результате чего продукт увеличива-

ется в объеме. Вращающимся ножом гранулятора выходящий из отверстий матрицы

продукт нарезается. Длину изделий можно изменять, регулируя частоту вращения

ножа. Продукт направляют на дальнейшую технологическую обработку в зависимо-

сти от назначения.

Техническая характеристика экструдера РЗ-КЭД-88 приведена в табл.

16.11.

Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения

концентрации и экструдирования пищевых сред

Таблица

16.11

Техническая характеристика экструдеров

Показатель А1-КХП Б8-КХ-ЗП

РЗ-КЭД-88

Производительность,

кг/ч

75 90

100...200

Мощность,

кВт:

привода

18,5

электронагревателя 3,84 2,8 20

Число шнеков 1 1

Частота вращения шнеков, мин"

71 79,3

270

Диаметр шнеков,

мм

155 74

Максимальная температура

зоне нагрева,

°С

145 160...180

300

Максимально допустимое давление экстру- 10 12

зии,

МПа

Габаритные размеры,

мм

1750x890x1635

1200x1200x1900 4600x1150x2250

Масса,

кг

1300 950

3500

Нагревание продукта

момент запуска происходит

за

счет теплопередачи,

а в

дальнейшем

- за

счет тепла, образующегося

результате трения между продуктом,

шнеком

шнековой втулкой. Выпрессованная полужидкая масса

за

счет перепада

давления при выходе

из

отверстия формующей матрицы взрывается

диаметра

3 мм

до диаметра 8... 12 мм.

Инженерные расчеты. Расходно-напорная характеристика формующей части

(головки)

Пф

(м

/с) определяется как

где

кф

коэффициент геометрии формующего органа (матрицы);

? -

динамическая

вязкость продукта, Пас; Ар

перепад давления, создаваемый экструдером,

Па.

Для кольцевого отверстия

(м )

(рис. 16.48,

а),

(rcD

+ h)h

/12L,,

где

D -

средний диаметр кольцевого отверстия,

м (D = 2R -

И);

h -

ширина кольце-

вого зазора,

м (/г = R-

г; R,

г-

радиусы сечений отверстий

матрице, м);

L\ -

длина

канала

матрице,

м.

Для конического отверстия,

кф,

(м

) (рис. 16.48,

б),

=37rR

r\R-r)/[c]L

-r

)J.

Для суживающегося или расширяющегося мелкого (щелевого) канала кф

(м

)

=(вп

ё1

)1ъ{п

-п

где

В -

ширина канала,

м; у -

угол наклона стенки

осевой плоскости, град;

h\, h

высота крайних сечений,

м.

Для канала произвольного постоянного по длине сечения (рис. 16.49)

=Г/(2ЬР),

где

F-

площадь сечения,

;

L -

длина канала, м;

Р -

периметр сечения,

м.

Глава

Аппараты для темперирования, повышения

концентрации и экструдирования пищевых сред

где В и Н - соответственно максимальный и минимальный размеры сечения, м;/-

характеристика потока, зависящая от формы и размеров сечения; L - длина канала, м.

Скорость продукта вдоль винтового канала v, (м/с)

v, = Ap(R

-r

)/(4uZ

где Ар - перепад давления, создаваемый экструдером, Па; R, г - радиусы сечений

отверстий в матрице, м; ц. - динамическая вязкость продукта, Пас; Ь

- длина шне-

кового канала, м.

Расходно-напорная характеристика нагнетающей части

П„

(м

/с)

= {к

нХ

ы-к

н2

Ар1\1),

где к

н]

и к

н2

- коэффициенты геометрии шнекового нагнетателя, м

; ю - угловая

скорость вращения шнека, с~';

н1

= я D

BH cos ф /

2»

где В - ширина шнекового канала, м;

ср

- угол подъема винтовой линии шнека, град.;

н2

=ВН

l{\2L

где L

- длина шнекового канала, м;

Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения

концентрации и экструдирования пищевых сред

= ^S

+MD

-H)f ,

здесь S - шаг шнека, мм.

Перепад давления, создаваемый экструдером, Ар (Па) будет равен

&р = к,

ц(о/{к

н1

+к

Производительность экструдера П

(м

/с) определяется по формуле

Лишены прозорливости не те люди, которые не

достигают цели, а те, которые прошли мимо нее.

ЛАРОШФУКО ФРАНСУА де (1613-1680),

французский писатель

16.10 ТЕХНИКА БУДУЩЕГО: НОВЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

Многоходовой регенеративный трубчатый теплообменник для тепловой

обработки пищевых жидкостей (Пат. № 2110181 РФ, А23 СЗ/02) предназначен для

реализации более эффективного процесса теплообмена, улучшения энергетических

и массогабаритных характеристик установок, содержащих устройства для тепловой

обработки жидких пищевых продуктов.

На рис. 16.50 изображен предлагаемый теплообменник, который цилиндриче-

ский корпус 7 со слоем теплоизоляции 2, имеющий патрубки 3 и 4 для вывода меж-

раструбной среды, трубные доски 5, в которых закреплены теплообменные трубы 6

и 7, прокладки

8...J0

из эластичного материала, трубные решетки 77 и 72, торцевые

крышки 13, имеющие патрубки ввода 14 и вывода 75 охлаждаемой среды. На одной

из труб 6 выполнен патрубок 16 ввода нагреваемой трубной среды, а на одной из

труб 7 - патрубок 77 ее вывода. Эластичные прокладки 8 и 10 имеют выемки 18 и

19, соединяющие рядом расположенные трубы и служащие для перетока, соответст-

венно, нагреваемой и охлаждаемой трубной среды. Эластичные прокладки 10 имеют

также выемки 29, соединяющие рядом расположенные трубы и служащие для ввода

или вывода охлаждаемой трубной среды соответственно через патрубки 15 и 14,

расположенные на крышках 13, которые с помощью хомутов 20 прижимают к труб-

ным доскам 5 эластичные прокладки 10, 9 и 8 и трубные решетки 77 и 72, С помо-

щью конических выступов 27 и 22 в эластичных прокладках 8 и 9 обеспечивается

уплотнение трубного потока, протекающего в трубах 6, 7 и трубе 23. Трубные ре-

шетки 11 и 12 имеют с одной стороны своей поверхности конические выемки 24 и

25,

повторяющие по форме выступы 20 и 27 в прокладках 8 и 9, но имеющие не-

сколько меньшую глубину, которые при прижиме торцевых крышек 13 к трубным

доскам 5 обеспечивают надежную герметичность пространства, с другой стороны

своей поверхности имеют выфрезированные канавки 26 глубиной

1,0...

1,5 мм, про-

ходящие произвольным образом через все отверстия в трубных решетках 77 и 72.

Создаваемый канавками 26 зазор позволяет контролировать герметичность уплот-

нений в трубных решетках

7 7

и 72 и, благодаря сообщению его с атмосферой, пол-

ностью исключает возможность контакта теплообменивающихся потоков нагревае-

мой и охлаждаемой трубной среды в результате случайной разгерметизации соеди-

88 Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения

концентрации и экструдирования пищевых сред

Рис.

16.50 Многоходовой регенеративный трубчатый теплообменник

нений в трубной решетке. Внутри цилиндрического корпуса 1 в межтрубном про-

странстве 27 размещены перегородки 28, в которых выполнены в виде сегментов

окна, равные по площади проходному сечению патрубка 3, через который подается

межтрубный теплоноситель. Перегородки 28 с окнами располагаются в межтрубном

пространстве 27 таким образом, чтобы обеспечить зигзагообразное движение меж-

трубного теплоносителя.

Рассматриваемый теплообменник работает следующим образом. Продукт на те-

пловую обработку подается через входной патрубок 16 и одним или несколькими

параллельными потоками протекает сначала через все кольцевые зазоры 30, образо-

ванные теплообменными трубками 6 и 23, а затем через все одиночные теплообмен-

ные трубы 7. На выходе продукт разделяется на два параллельных потока в тепло-

обменной трубе 6, на которой выполнен патрубок 16. Из одного кольцевого зазора

30 или из одной трубы 7 в другую продукт перетекает через выемки 18 в эластичных

прокладках 8. В одной из труб потоки (если их несколько) соединяются и выводятся

через выполненный на этой трубе выходной патрубок 17.

Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения 89

концентрации и экструдирования пищевых сред

Прошедший тепловую обработку продукт, вышедший из патрубка /

в горячем

состоянии подается в патрубок ввода 14, расположенный на одной из торцевых кры-

шек 13, который сообщается с выемкой 29 в эластичной прокладке 10. При этом горя-

чий продукт разделяется на несколько параллельных потоков и протекает через все

теплообменные трубы 23, нагревая через стенку этой трубы протекающий по кольце-

вому зазору 30 холодный продукт. Из одной трубы 23 в другую горячий продукт пе-

ретекает через выемки 19 в эластичной прокладке 10. После прохождения потоками

всех теплообменных труб 23 они соединяются в выемке 29 и выводятся из теплооб-

менника через патрубок 75, расположенный на крышке 13. Подача продукта в тепло-

обменник на тепловую обработку через штуцер 16 и подача на охлаждение горячего

продукта через штуцер 14 выбраны таким образом, чтобы обеспечивалось движение

теплоносителей в элементах пучка «труба в трубе» по схеме противотока. Межтруб-

ный теплоноситель (например, пар) подается в патрубок 3 и через окна в перегородках

28 движется зигзагообразно по секциям корпуса 1 теплообменника. Контактируя с

поверхностью труб 6 и 7, теплоноситель нагревает протекающий в кольцевом зазоре

30 и трубе 7 продукт и выводится через патрубок 4.

Многоходовой регенеративный трубчатый теплообменник для тепловой обра-

ботки пищевых жидкостей, отличается тем, что, часть теплообменных труб выпол-

нена в виде элементов типа «труба в трубе». На концах внутренних труб между эла-

стичными прокладками, прикрепленными к трубным доскам, и торцевыми крышка-

ми,

имеющими патрубки для ввода и вывода нагревающей трубной среды, установ-

лены две трубные решетки, трубная эластичная прокладка и прокладка с выемками

для перетока нагревающей трубной среды из труб одного хода в трубы другого.

Кроме того, рассматриваемый теплообменник отличается тем, что трубные эла-

стичные прокладки со стороны трубных решеток имеют конические выступы, уп-

лотняющие внутренние из элементов «труба в трубе» теплообменные трубы. Труб-

ные решетки со стороны трубных эластичных прокладок имеют конические выемки,

повторяющие по форме конические выступы в трубных эластичных прокладках, но

имеющие несколько меньшую глубину. Трубные решетки имеют на своих поверх-

ностях, обращенных друг к другу, выфрезерованные канавки глубиной

1,0...

1,5 мм,

проходящие произвольным образом через все отверстия в трубных решетках.

Однокорпусная вакуум-выпарная установка (Пат. № 2077211 РФ, С1/12

В28) предназначена для производства сгущенных молочных продуктов, в том числе

и сгущенного молока.

На рис. 16.51 показана вакуум-выпарная установка: а - принципиальная схема,

6 - виды сверху трубчатого теплообменного калоризатора, трубчатого теплообмен-

ника конденсатора, испарителя.

Данная установка устроена следующим образом. Внутри калоризатора 1 уста-

новлен трубчатый теплообменник 2. В средней части калоризатора 1 расположен

коллектор подвода пара 3, полость которого соединена с полостью калоризатора.

Между трубками 4 теплообменника 2 установлены трубы для перепуска вязкого

продукта 5. Снаружи калоризатор закрыт теплозащитным покрытием 6. Для регули-

рования расхода конденсата установлена подпорная шайба 7. Верхняя часть калори-

затора / соединена с помощью переливной трубы 8 с испарителем 9. В нижней час-

ти которого, напротив переливной трубы 7, установлено ребро 10 для устранения

вихреобразования. Нижняя часть испарителя 9 с помощью циркуляционной трубы

11 соединена с нижней частью калоризатора /. Для предотвращения уноса частиц

Глава 16 Аппараты для темперирования, повышения

концентрации и экструдирования пищевых сред

продукта вместе со вторичным паром внутри испарителя 9 установлен отражатель

72.

Верхняя часть испарителя 9 соединена с верхней частью конденсатора 13.

Внутри конденсатора 13 установлены пластины 14, разделяющие тракт трубча-

того теплообменника 15 на изолированные друг от друга секторы, соединенные ме-

жду собой последовательно. Нижняя часть корпуса конденсатора соединена с водо-

кольцевым насосом 16. Для контроля за работой установки в специальных гнездах

установлены: термометр /7 на калоризаторе, термометр 18 на испарителе, вакуум-

метр 19 на конденсаторе.

Вакуум-выпарная установка работает следующим образом. Включается водо-

кольцевой насос 76 и создается первоначальный вакуум в трубах калоризатора 7, в

испарителе 9 и в межтрубном пространстве конденсатора 13.

Пастеризованное молоко поступает в трубчатый теплообменник 2 калоризатора

в объеме" 120... 140 л. Затем в межтрубное пространство калоризатора 7 по коллек-

Рис.

16.51 Однокорпусная вакуум-выпарная установка