Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
МОДУЛЬ № 3
МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
ЛЕКЦИЯ № 17 ПРЕССОВАНИЕ
Литература:
План лекции:
Контрольные вопросы:
ВОПРОС № 1 Общие сведения
Для обезвоживания, брикетирования твердых материалов, гра нулирования и формования пластичных материалов в пищевой промышленности применяют прессование, которое заключается в том, что обрабатываемый материал подвергается внешнему давле нию в специальных прессах.
Под избыточным давлением проводят обезвоживание, брикетирование, формование и штампование различных пищевых мате риалов.
Обезвоживание под давлением применяют в некоторых отраслях пищевой промышленности: в сахарном производстве для отжима воды из свекловичного жома, сока из сахарного тростника, в масложировом производстве для выделения из семян подсолнечника растительного масла, в производстве соков для выделения сока из ягод и плодов и в других.
Брикетирование применяют для получения брикетов, т. е. брус ков прямоугольной или цилиндрической формы спрессованного материала, в сахарном производстве — для получения брикетов свекловичного жома и сахара-рафинада. Брикетирование находит широкое применение в производстве пищевых концентратов и ле карственных препаратов, в кондитерском и комбикормовом произ водствах, в процессах утилизации отходов производства и др.
Разновидностью брикетирования являются таблетирование и гранулирование. Таблетки и гранулы имеют меньшие размеры по сравнению с брикетами. Промышленностью выпускаются грану лированный чай, кофе, пищеконцентраты, конфеты и другие продукты.
Формование пластичных материалов используется в хлебопе карном, кондитерском и макаронном производствах для придания изделию из теста заданной формы.
ВОПРОС 2. Обезвоживание и брикетирование
Обезвоживание продуктов применяют для выделения жидко сти, когда она является ценным продуктом или когда с обезвожи ванием ценность продукта повышается.
Обезвоживание проводят под избыточным давлением, которое прикладывают к материалу двумя способами: давлением поршня в прессах или действием центробежной силы в центрифугах.
Брикетирование, таблетирование и гранулирование применяют для повышения качества и продолжительности использования продукта, уменьшения потерь, улучшения условий транспортиро вания и т. д.
Жом, предназначенный для скармливания скоту, отжимают на прессах до содержания влаги 9...10 %. Прессованный жом получа ют в виде брикетов круглого сечения диаметром от 11 до 20 мм или прямоугольного сечения высотой от 20 до 40 мм.
Плотность спрессованного жома составляет около 750 кг/м3.
Степень отжатия воды зависит от давления прессования. Од нако высокая степень отжатия воды приводит к уменьшению производительности пресса и увеличению удельного расхода энергии.
В сахарорафинадном производстве прессы применяют для по лучения брусков сахара-рафинада. При прессовании кашки про исходит значительное сокращение объема промежутков между кристаллами за счет перемещения кристаллов относительно друг друга, а также заполнение промежутков осколками раздробленных кристаллов. Благодаря прессованию создаются благоприятные ус ловия для сращивания кристаллов в брикетах при их сушке.
Брикетирование проводят в специальных прессах до плотнос ти, при которой брикет не может самопроизвольно разрушиться. После прессования брикеты жома охлаждают, а сахар — высуши вают.
Давление прессования складывается из давления на уплотнение продукта и давления для преодоле ния сил трения продукта о пресс-форму. Пренебрегая трением продукта о пресс-форму и принимая, что продукт является однородным, С. М. Гребенюк получил выражение для описания процесса прес сования:
Рис.1. Схема сил, действующих на элементарный слой брикета
(1)
(2)
Уравнение (2) представляет собой уравнение распределения давления прессования по высоте сжатого брикета. Его можно так же использовать для определения потерь давления на трение о стенки матрицы.
Уменьшение коэффициента уплотнения элементарного слоя, перпендикулярного направлению усилия прессования, связано с приращением давления в этом слое [см. уравнение (1)]. Если принять, что первоначальная плотность брикета по всей высоте
(4)
(5)
Уравнения (4) и (5) являются основными уравнениями процесса одностороннего прессования дисперсного вещества, полученными при допущении постоянства коэффициентов трения f и бокового давления ξ.
ВОПРОС 3. Гранулирование и формование
Гранулирование и формование проводят в экструдерах для по лучения полуфабрикатов или готовых изделий в результате комп лексного воздействия давления, температуры, влажности и напря жения сдвига. Преимущества экструзии состоят в совмещении в одном аппарате нескольких процессов: диспергирования, переме шивания, гомогенизации, термической обработки (охлаждения), формования и сушки пищевых материалов. Экструдер заменяет ряд периодических процессов и оборудования, а сам процесс эк струзии позволяет направленно изменять свойства и структуру пе рерабатываемого материала, обеспечивает непрерывность процес са, возможность непрерывной подачи в перерабатываемый мате риал ароматизаторов, красителей, пластификаторов и вкусовых добавок. Экструзию применяют при выработке изделий из теста, таких, как макароны, сухие завтраки, кондитерские изделия, детс кое питание, гранулированные корма. Готовый продукт, вырабо танный таким образом, или полуфабрикат называют экструдатом. Форма экструдата определяется формой отверстий в матрице, ко торую устанавливают на выходе материала из экструдера.
Экструзия бывает холодной, тепловой и варочной. При холод ной экструзии происходит только механическое формование пластического сырья в результате продавливания его через матрицу. Этот вид экструзии применяют при выработке мучных изделий, макарон, плавленых сыров, конфетных масс, мясного фарша и других продуктов. Тепловую экструзию используют для частичной клейстеризации крахмалсодержащих материалов влажностью 20...40 % с последующей обжаркой или выпечкой. При варочной экструзии во время нагревания в перерабатываемом материале происходят необратимые биофизические изменения прежде всего белков, крахмала и сахара. Экструдат затем сушат или обжаривают и покрывают вкусовыми добавками. Способом варочной экстру зии получают сухие завтраки, хлебцы, сухие напитки, супы, мясо продукты.
ВОПРОС 4. Оборудование для обработки продуктов прессованием
В пищевой промышленности применяют прессы самых разно образных конструкций. Их можно разделить на две большие груп пы: гидравлические и механические.
Гидравлический пресс работает по законам гидравлики. Основ ной узел пресса — рабочий цилиндр, внутри которого перемеща ется плунжер, соединенный с подвижной плитой. Плунжер при водится в движение жидкостью высокого давления.
Прессуемый материал помещают между подвижной и непод вижной плитами.
Сила давления, создаваемая поршнем на материал, прямо про порциональна его площади:
Гидравлические прессы широко применяют при переработке фруктов и овощей с целью получения соков, для производства ли керов и эссенций.
На рис. 2 представлена схема установки для переработки фруктов на сок.
В сахарной промышленности для обезвоживания жома приме няют наклонные горизонтальные и вертикальные шнековые прес сы с одно- и двухсторонним отжатием. Прессы двухстороннего от жатия более производительны, чем прессы с односторонним от жатием, и позволяют отжимать жом до более низкой конечной влажности.
Наклонный шнековый пресс (рис. 3) предназначен для отжа тия жома, который поступает в сепаратор, где из него частично удаляется вода, а затем в пресс, где отжимается основная часть воды. Часть отжатой воды проходит через цилиндрическое сито и удаляется через штуцер 9, другая часть воды проходит через сито 3 в полую часть вала шнека и удаляется через отверстие 10 и штуцер 9. Отжатый жом выгружается через кольцевые отверстия между коническим ситом и корпусом отжимного шнека. Размер отвер стия влияет на продолжительность пребывания жома в прессе и степень отжатия воды и регулируется специальным приспособле нием 6.
Горизонтальные и наклонные прессы имеют аналогичную кон струкцию. В отличие от горизонтальных прессов в наклонных не происходит частичного смешения отжатого жома с удаляемой жидкостью.
Вертикальный шнековый пресс показан на рис.4. Основной частью пресса является полый вертикальный шнек, установлен ный в специальных траверсах. На кожухе шнека с противополож ных сторон расположены контрлопасти, которые входят в проме жутки между лопастями шнека и препятствуют вращению матери ала вместе со шнеком. В контрлопастях проделаны отверстия, че рез которые проходит пар, подводимый по трубопроводу.
Рис.2. Установка для переработки фруктов на сок:
1- бункер; 2-конвейер; 3-установка для мойки и удаления косточек; 4- насос- измельчитель; 5- насос для мезги; 6-бункер-накопитель; 7-пресс
Рис.3. Наклонный шнековый пресс:
1-сепаратор; 2-вал шнека; 3-сито; 4-отжимной шнек; 5-цилиндрическое сито; 6-регулировочное приспособление; 7-отверстия для выгрузки жома; 8-коническое сито; 9-штуцер; 10-отверстия для удаления воды; 11- дополнительная поверхность фильтрования; 12- штуцер для отвода воды
В верхней части пресса расположена воронка для загрузки мате риала, а под ней по цилиндрической образующей — цилиндрические разъемные сита с коническими от верстиями. Влажный жом поступа ет на прессование через воронку и верхними лопастями шнека на правляется вниз, в зону с меньшим поперечным сечением, где отжима ется вода. Одна часть отпрессован ной воды выходит через отверстия цилиндрического сита, а другая — через полый вал шнека. Выделен ная вода по каналу 10 и штуцеру 9 удаляется из пресса.
Рис.4. Вертикальный шнековый пресс:
1 — приводная шестерня; 2— загрузочная ворон ка; 3— шнек; 4— разъемное сито; 5— контрло пасть; 6— коническое сито; 7— болт; 8— скребок; 9— штуцер; 10— канал
В нижней части цилиндричес кого сита расположено подвижное коническое сито, которое можно поднимать и опускать при помощи болтов 7. Изменением размера щели между этим ситом и нижней частью цилиндрического сита регулируют степень отжатия жома.
Отжатый жом, выходящий через щель, образованную коничес ким и цилиндрическим ситами, при помощи скребков выгружает ся из шнека.
Двухшнековый пресс (рис.5) оборудован двумя параллельно установленными шнеками, вращающимися навстречу друг другу. В корпусе и крышках шнека установлены цилиндрические фильт рующие сита с коническими отверстиями, изготовленные из не ржавеющей стали.
Конструкция пресса позволяет быстро проводить процесс обез воживания.
Частота вращения шнеков может регулироваться гидромуфтой от 1,45 до 3 мин-1. От частоты вращения шнека зависят его произ водительность, влажность отпрессованного жома и расход энер гии.
Показатели работы пресса зависят от равномерности питания его жомом. При недостаточной загрузке пресса жомом влажность его увеличивается.
Производительность прессов по отжатому жому, кг/ч,
(6)
Рис.5. Двухшнековый пресс:
1-загрузочный бункер; 2-шнек; 3-крышка; 4-привод
Рис.6. Шнековый пресс ВПО-20А:
(7)
На степень отжатия жома основное влияние оказывают форма проходной части прессов и продолжительность пребывания жома в прессе.
Пресс, показанный на рис. 6, предназначен для отжима сока из ягод винограда. Он состоит из перфорированного барабана 2, внутри которого смонтированы два шнека — транспортирующий 3 и прессующий 4. Оба шнека установлены на валу 5. Прессующий шнек вращается с меньшей частотой, чем транспортирующий, что повышает выход сока. В конце перфорированного барабана рас положен запорный конус, который регулирует площадь кольцево го сечения отверстия для выхода отпрессованной мезги, а следова тельно, и влажность мезги.
Перед поступлением в бункер пресса ягоды винограда отделя ются от гребней и частично измельчаются в дробилках-гребнеотделителях. Мезга транспортирующим шнеком подается к прессу ющему шнеку. При транспортировке ягод происходит частичное отделение сока от мезги. Окончательное отделение сока происходит при прессовании мезги прессующим шнеком. Сок собирается в сборниках 6 и 7.
Штемпельные и ротационные прессы применяют для брикетиро вания сухого жома. Ротационные прессы укомплектованы плос кой или цилиндрической матрицей. В штемпельных прессах мат рица неподвижна, а пуансон (штемпель) совершает возвратно-по ступательное движение. В таких прессах возникают большие инерционные силы при прессовании, поэтому их необходимо ус танавливать на массивных фундаментах.
Одна из конструкций ротационного пресса с горизонтальной плоской матрицей показана на рис.7. Основной частью пресса является прессующий узел, состоящий из матрицы и прессующих валков, устройства для срезания гранул и полого вала. Матрица установлена на полом валу и вращается вместе с ним. Конический распределитель служит для направления сухого материала под валки.
Спрессованный материал на выходе из отверстия матрицы сре зается ножом и лопастью направляется в разгрузочный лоток. Зазор между матрицей и лезвием ножа должен составлять не более 0,5 мм. Необходимо, чтобы нож перекрывал рабочую ширину матрицы; лезвие его должно располагаться параллельно нижней плоскости матрицы. Угол наклона ножа к горизонтальной плоскости 30°.
Для срезания брикета устанавливают четыре ножа. Если необ ходимо получить более крупные брикеты, число ножей уменьша ют.
Дисковый пресс, используемый в производстве прессованного сахара-рафинада, состоит из следующих основных узлов: набив ной коробки для приема рафинадной кашки; диска с матрицами и пуансонами; упора для прессования брусков рафинада; механизма для натирки стола; механизма для подачи сахара в матрицы; меха низма для выталкивания отпрессованных брусков рафинада; меха низма для подъема пуансонов; механизма для поворота диска, привода и станины.
Стол пресса совершает вращательное движение против часовой стрелки в горизонтальной плоскости (рис.8). Во время одного оборота стол делает четыре остановки, при которых совершаются последовательно следующие операции: /—заполнение матрицы рафинадной кашкой; II—формование при движении пуансона вверх; III— выталкивание брусков сахара пуансоном из матрицы; IV— очистка пуансона от остатков сахара и натирка мастикой.
Матрицы пресса выполнены в виде латунных коробок, которые вставлены в отверстия диска.
Рис.7. Ротационный пресс:
Из таблетирующих машин наибольшее распространение в пи щевой промышленности получили ротационные. В этих машинах материал прессуется пуансонами, вмонтированными в ротор по его окружности на двух уровнях. Во время работы пуансоны пере мещаются вдоль вертикальной оси благодаря копирам и прессую щим роликам, которые предназначены для их верхнего и нижнего рядов. При вращении ротора пуансоны, двигаясь в матрице, пред варительно заполненной таблетируемым материалом, сжимают его с двух противоположных сторон. Таблетка выталкивается из матрицы нижним пуансоном при выведенном верхнем.
Ротационные таблетирующие машины делятся на два класса. В машинах первого класса пуансоны катятся по копирам, в маши нах второго класса скользят. Различают машины однократного и многократного действия, в которых каждая пара пуансонов за один оборот ротора формирует соответственно одну или несколь ко таблеток.
Часовая производительность ротационной таблетирующей ма шины
(8)
Рис.9. Двухпоршневой формовочный пресс:
1 — привод; 2 — загрузочный бункер; 3—дозирующий шнек; 4— корпус пресса; 5—шнек; 6— фильера
Гранулирование может осуществляться тремя способами: на специальных устройствах — грануляторах, окатыванием и в псев-доожиженном слое.
Двухшнековый формовочный пресс (рис.9) используют в про изводстве конфет, в частности пралине, методом формования конфетной массы через фильеру с калиброванными отверстиями. Пресс создает давление в конфетной массе и продавливает ее че рез фильеру. Непосредственно на выходе из фильеры жгуты кон фетной массы рубятся на гранулы эксцентрично установленными ножами гранулятора (рис.10), которые расположены с опреде ленным зазором у фильеры.
Фильера представляет собой плоский металлический диск с от верстиями, через которые продавливается прессуемая масса. Фор ма отверстия фильеры определяет вид изделия. При продавливании через отверстия фильеры масса принимает определенную форму. Течение массы в отверстиях фильеры подобно течению очень вязкой жидкости. Давление, создаваемое шнеком, зависит от гидравлического сопротивления в отверстиях фильеры. Со противление определяется консистенцией теста, формой и разме ром отверстий.
Рубящие ножи закреплены на вращающемся валу, имеющем собственный привод. Эксцентричное расположение ножевого крыла позволяет заполнить материалом все сечение фильеры.
Рис. 10. Установка для гранули рования:
1 — подающий шнек; 2—фильера; 3 — ко жух гранулятора; 4— рубящий нож; 5— вал; б—редуктор; 7—электродвигатель; 8— вентилятор
Ре гулирование зазора между фильерой и рубящими ножами осуще ствляется ножевым валом, который может перемещаться в осевом направлении. Для этого кожух гранулятора может быть отведен в сторону вместе с приводом. При демонтаже шнека грануляцион ная головка может быть отведена от нагнетающего шнека.
Технологическая линия производства экструдированных пище вых продуктов (панировочные сухари, суповые добавки, сухие завтраки и т. п.) показана на рис. 11. В линию входят бункер 1 для основного сырья, бункер 2 для вкусовых добавок, смеситель 3, шнековый дозатор 4, экструдер 6, гранулятор 7, насос-дозатор 5, а также дополнительное оборудование в зависимости от вида полу чаемого продукта — охладитель 8, промежуточный бункер 9, нако пительный бункер 11 (сушильная печь 10, жарочная ванна, арома тизатор и другое оборудование).
Процесс экструзии проводят в экструдерах с одним или не сколькими шнеками, установленными в одном корпусе. Техноло гическая часть экструдера состоит из корпуса, в котором враща ются один или два шнека, смесительных дисков, разгрузочных ус тройств, приспособления для смены набора фильтров. Корпус и шнеки могут быть выполнены из отдельных секций. Каждая сек ция имеет сверления для установки термопар и датчиков давле ния. Корпус, как правило, обогревается электрическими нагрева телями сопротивления, а шнеки охлаждаются при необходимости водой, циркулирующей через отверстия в секциях корпуса и в пу стотелых валах шнека.
Рис.11. Схема получения экструдированных продуктов
Корпус экструдера, шнеки, смесительные элементы, а также загрузочную секцию изготовляют из высокопрочных износостой ких сталей (азотированные стали, содержащие хром и никель). Сборные шнеки позволяют собирать последовательно зоны заг рузки, смешения, пластификации и экструзии.
Конструкция загрузочных устройств экструдеров зависит от вида материала. Для загрузки сыпучей смеси небольшой насып ной плотностью (100...400кг/м3) применяют воронкообразные бункера с ворошителями. Ворошитель представляет собой верти кальный вал, к которому приварены наклонные лопатки, образу ющие как бы червяк с прерывистой навивкой для разрыхления материала. Нижняя часть вала может заканчиваться червячным питателем. Для загрузки пастообразных, влажных и порошкооб разных материалов, обладающих повышенной адгезией, применя ют одночервячные и двухчервячные загрузочные устройства.
Рис.12. Схема одношнекового эктрудера:
Схема одношнекового экструдера показана на рис.12. Он состоит из узла загрузки 1, корпуса 2, шнека 3, сменной матрицы (фильеры) 4 и привода 5 с системой управления. Диаметр шнека 50...250 мм, длина — от 1 до 20 диаметров. Форма профиля витка прямоугольная или трапецеидальная. На рис. 12 в зоне І мате риал находится в увлажненном состоянии, в зоне ІІ—в пласти ческом состоянии, в зоне ІІІ он представляет собой аморфную те кучую массу.
Показатель работы экструдера — его эффективность, которая определяется отношением часовой производительности к едини це потребляемой мощности. Зная эффективность экструдера, можно рассчитать при известной мощности привода максималь ную производительность или при заданной производительнос ти — необходимую мощность. Эффективность экструдера вычис ляют для каждого нового перерабатываемого материала. Сопос тавление эффективности различных машин при переработке од ного и того же материала позволяет выбрать оптимальную конструкцию экструдера. Потребляемая мощность зависит от типа привода экструдера. Зная напряжение и силу тока, можно рассчитать мощность экструдера по формуле N= UI, где U — на пряжение; І— сила тока.
Рис.13. Схема движения частиц в дражировочном грануляторе
Гранулирование окатыванием применяют в кондитерской про мышленности при производстве конфет, состоящих из ядра и обо лочки. Наслоение оболочки на ядро осуществляют в дражировоч ных грануляторах.
Дражировочный гранулятор представляет собой чашеобразный корпус с вогнутым дном, который совершает сложное движение в горизонтальной плоскости. Чаша вращается вокруг-собственной оси и вокруг вала привода (рис. 13). Такое сложное движение чаши создает восходящий винтообразный поток порошка. В ре зультате происходит окатывание ядра оболочкой, что приводит к росту гранул. Ядром служат обычно кристаллы сахара, изюм и орехи, ягоды и т. д. Оболочка состоит из сахарной пудры, порош ка какао, кофе и т. д.
PAGE 16