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
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ
АКАДЕМИЯ
(образована в 1953 году)
__________________________________________________________
Кафедра «Пищевые машины»
Дистанционное Пищ.маш. - 14.22.1706.зчн.скр.
обучение Пищ.маш .- 14.22.1706.зчн.плн.
Пищ.маш. - 14.22.2705.зчн.скр.
Пищ.маш. - 14.22.2705.зчн.плн.
Е.В. Ильина
Оборудование отрасли.
Технологическое оборудование
(пиво – безалкогольных производств)
Учебно-практическое пособие для студентов - заочников специальности 2705 3 курса сокращенной и 5 курса полной форм обучения; 3, 4 курсов сокращенной и 5, 6 полной форм обучения специальности 1706
www. msta. ru
Москва – 2004 г.
УДК 664. 002
К 17
Калошин Ю.А., Травин О.В., Мамцев А.Н. Технологическое оборудование. Учебно-практическое пособие. – М., МГУТУ, 2004 г.
В учебно-практическом пособии кандидата технических наук, профессора Ю.А. Калошина и доктора технических наук, профессора О.В. Травина в кратком и систематическом виде изложены проблемы, связанные с применением в пищевой промышленности технологического оборудования.
Особое внимание уделено рассмотрению физико-химических и технологических процессов, на которых основана работа того или иного класса оборудования. По каждой темы составлены вопросы и тесты, позволяющие студентам контролировать степень усвоения материала.
Пособие предназначено для студентов-механиков, специальности 1706 3-го и 5-го курсов всех форм обучения (полной и сокращенной заочной и вечерней).
Автор: к.т.н., проф. Калошин Юрий Аркадьевич
д.т.н., проф. Травин Олег Владимирович
к.т.н., доц. Мамцев Александр Николаевич
Рецензенты: Исполнительный директор ОАО «Красный октябрь»,
к.т.н. Клаповский Г.В.
д.т.н., профессор кафедры «Хранение зерна и технологии комбикормов» МГУПП, Резчиков В.А.
Редактор: Свешникова Н.И.
ISBN
© Московский государственный университет технологий и управления, 2004
109004, Москва, Земляной вал, 73
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ………………………………………………………………….………… 5
Тема 1. Современные формы организации производства в АПК ……………… 6
Вопросы для самоконтроля по теме ………………………………….……… 10
Тесты по теме ……………………………………………………………..…… 11
Тема 2. Общие сведения о технологическом оборудовании пищевых производств, о машинно-аппаратурном оформлении основных линий …... 12
Вопросы для самоконтроля по теме ……………………………………….… 34
Тесты по теме ……………………………………………………………….… 34
Тема 3. Оборудование для подготовки сырья, полуфабрикатов и технологи-
ческого оборудования к основным технологическим операциям ……….… 34
3.1. Оборудование для мойки, очистки пищевого сырья от наружного
покрова, сортировки и очистки от примесей ……………………………...… 34
Вопросы для самоконтроля по теме ……………………………………….… 40
Тесты по теме ………………………………………………………………..… 40
Тема 4. Оборудование для механической обработки сырья и
полуфабрикатов разделением ……………………………………………..… 41
4.1. Оборудование для резания ………………………………………….…… 41
4.2. Оборудование для дробления …………………………………………… 42
4.3. Оборудование для разделения жидких пищевых продуктов …..……… 44
4.3.1. Разделение в поле сил тяжести …………………………………...…… 44
4.3.2. Разделение смесей методом фильтрации ………………………...…… 46
4.3.3. Разделение в поле центробежных сил ………………………………… 48
4.4. Оборудования для выделения жидких фракций из твердого сырья ..… 50
Вопросы для самоконтроля по теме ……………………………………….… 51
Тесты по теме …………………………………………………………….…… 52
Тема 5. Оборудование для механической обработки сырья
и полуфабрикатов соединением ………………………………………...…… 52
5.1. Оборудование для соединения компонентов перемешиванием
с получением тестообразных продуктов и жидких смесей ……………...… 52
5.2. Оборудование для соединения компонентов, с целью получения
жидких полупродуктов …………………………………………………..…… 55
5.3. Оборудование для соединения с целью получения
сыпучих полуфабрикатов ……………………………………………….…… 56
Вопросы для самоконтроля по теме …………………………………....…… 58
Тесты по теме ………………………………………………………………… 58
Тема 6. Оборудование для механической обработки сырья и
полуфабрикатов формованием ……………………………………………… 59
6.1. Оборудование для формования штампованием (прессованием) …..… 60
6.2. Формование методом экструзии ……………………………………...… 62
6.2.1. Факторы, влияющие на производительность и мощность
шнековых нагнетателей ……………………………………………………… 63
6.3. Оборудование для формования путем отсадки, округления,
раскатки и закатки ………………………………………………………….… 64
6.4. Оборудование для формования путем отливки ………………………… 65
Вопросы для самоконтроля по теме …………………………………….…… 66
Тесты по теме ………………………………………………………………..… 67
Тема 7. Оборудование для механизации финишных операций ………….…… 67
7.1. Оборудование для наполнения крупногабаритной тары ……………… 67
7.2. Упаковочные машины, в которых упаковка
совмещена с изготовлением тары ………………………………………….… 68
7.3. Машины для упаковки продуктов в готовую тару ………………...…… 69
7.4. Оборудование для дозирования жидких, сыпучих и
пастообразных продуктов …………………………………………………..… 70
7.5. Оборудование для укупорки, закрытия наполненной тары
и этикетировочные машины ………………………………………………..… 72
7.6. Оборудование для проведения инспекционных операций
с наполненной тарой ……………………………………………………..…… 73
7.7. Оборудование для укладки фасованной продукции
в транспортную тару ………………………………………………..………… 74
7.8. Пакетоформующие машины ……………………………………..……… 74
Вопросы для самоконтроля по теме ………………………….……………… 75
Тесты по теме ………………………………………………….……………… 75
Ответы на тестовые задания ………………………………………...…………… 76
Тесты по дисциплине ………………………………………………..…………… 76
Перечень тем практических занятий ………………………………………….… 78
Список литературы …………………………………..…………………………… 78
Введение
Курс «Технологическое оборудование» является основополагающим для студентов-механиков, обучающихся по специальности 1706 «Машины и аппараты пищевых производств».
Цель изучения дисциплины: подготовка студентов к производственно-технической, проектно-конструкторской и исследовательской деятельности, связанной с созданием и эксплуатацией машин и аппаратов пищевых производств, обучение студентов использованию знаний, полученных в результате фундаментальной подготовки по общенаучным и общетехническим дисциплинам для решения инженерных задач.
Задачей дисциплины является изучение: современных форм организации производства в АПК, классификации технологического оборудования по функциональному и отраслевому признакам; основные требования к технологическому оборудованию; инженерных задач пищевых производств и Машинно-аппаратурные варианты их решения; оборудования для подготовки сырья, полуфабрикатов к основным производственным операциям; технологического оборудования для механической переработки продуктов, сырья и полуфабрикатов; технологического оборудования для взвешивания, дозирования, фасовки и упаковки готовой продукции; технологического оборудования для проведения процессов тепло- и массообмена, для обработки сырья и полуфабрикатов.
В результате изучения курса студент должен знать:
- классификацию технологического оборудования по функционально технологическому признаку;
- устройство, работу основных машинно-аппаратурных схем АПК и перспективы развития различных групп технологического оборудования;
и уметь:
- классифицировать технологическое оборудование по функционально-технологическому признаку в различных машинно-аппаратурных схемах;
- анализировать состояние и перспективы развития различных групп технологического оборудования;
- осуществить правильный выбор рабочих органов и режимов работы технологических машин в зависимости от вида обрабатываемого продукта;
- рассчитать производительность, технологические усилия и необходимую мощность технологического оборудования.
Курс разбит на 7 разделов, в которых рассматриваются современные формы организации производства в АПК, оборудование для подготовки сырья к основным технологическим процессам, оборудование предназначенное для механической переработки сырья и полуфабрикатов разделением, соединением и формованием, а также оборудование для проведения финишных операций, в частности, фасовки и упаковки и дозирования продуктов, закрытия, укупоривания и этикетирования.
В каждом разделе формулируются технические задачи, которые должны выполнять указанные виды оборудования и варианты инженерных решений различных технологических задач. Знакомство с различными видами оборудования проводится с использованием машинно-аппаратурных схем. При этом студенту рекомендуется не только вникать в процесс инженерного использования того или иного вида машин, но и уметь выявлять наиболее совершенные варианты машин, с целью оптимизации поиска технологических решений и возможного совершенствования оборудования. При этом обращается внимание не только на необходимость рационального использования сырьевых и энергетических ресурсов, но и на качество получаемых продуктов.
Изложение материала каждой темы в данном учебно-методическом пособии заканчивается вопросами для самоконтроля усвоения студентов материала и тестами по теме.
В конце пособия приведены:
- общие вопросы для самоконтроля;
- тестовые задания по дисциплине;
- ответы на тесты по каждой тете;
- список рекомендуемой литературы.
Тема 1. Современные формы организации производства в АПК.
Характерной тенденцией в развитии любой отрасли промышленности, в том числе и пищевой, является концентрация производства, механизация и автоматизация процессов, поиск путей оптимальных технологий переработки, обеспечивающих безотходность производства. Такой подход позволяет снизить затраты без ухудшения качества продукции.
Выбор оптимальных вариантов технологических процессов получения пищевых продуктов является довольно непростой задачей, поскольку связан с сезонным непостоянством параметров, а также тем, что научные подходы к его решению еще недостаточно разработаны.
Оптимальный вариант обработки должен, прежде всего учитывать влияние производительности используемых машин и аппаратов на физико-химические свойства и качество пищевых продуктов.
Организация работы современных пищевых производств базируется на трех основных принципах: применения поточных линий, использовании прогрессивных технологий, комплексной автоматизации и механизации.
Основными признаками поточного производства являются непрерывное перемещение перерабатываемого сырья и полуфабрикатов по технологической линии, причем в ним предусматривается разделение общего технологического процесса на согласованные отдельные операции, одновременное выполнение которых рационально осуществлять на различных машинах.
При выборе и проектировании оборудования поточных линий необходимо учитывать не только возможность изменения типоразмеров выпускаемых пищевых изделий, но также и изменения специализации оборудования, т.е. предусматривать возможность гибкой переналадки оборудования и универсальность применения проектируемых линий.
Особенно это важно для предприятий небольшой мощности. На крупных же предприятиях лучше устанавливать специализированные линии, каждая из которых должна выпускать изделия нескольких определенных типоразмеров.
При проектировании и организации поточных линий необходимо предусматривать, чтобы в линии было минимальное число машин. В этом случае один сложный агрегат будет стоить дешевле, чем несколько простых. При этом производительность каждого последующего вида оборудования должна быть выше предыдущего или равна ей.
Используется три основных способа создания поточных линий:
- из новых специализированных машин, на которых заранее отработаны технологические процессы;
- из модернизированного, ранее действовавшего оборудования;
- из отдельных типовых машин.
Кроме основных способов на практике применяются и их комбинированные варианты.
При выборе оптимального варианта машин в поточной линии следует учитывать не только их производительность, стойкость, но и затраты на производство единицы продукта, размеры занимаемой машиной площади (с учетом площади, требуемой на ее обслуживание), износостойкость и надежность различных узлов оборудования (предельный срок работы с сохранением требуемых параметров).
Оптимизация проектирования поточных линий включает и показатели технологичности, составляющих машин, т.е. должны учитываться затраты на их изготовление, включая расходы на материалы, установку машин в помещении, а также издержки на их эксплуатацию.
Технологичность определяется общей трудоемкостью и в заметной мере связана со степенью унификации и нормализации узлов, серийность производства.
Оптимизация выбора машин предусматривает и требование строгого соответствия допусков деталей машин государственным стандартам, позволяющим легко заменять детали и узлы машин при их выходе из строя.
Для повышения износостойкости деталей и узлов следует использовать прогрессивные методы упрочнения материалов (термомеханическую обработку, различные физико-химические методы упрочнения поверхности: цементацию, азотирование, хромирование и титанирование, наплавку металлов на поверхности рабочих органов и др.).
Еще одним общим и обязательным требованием при выборе машин является обеспечение безопасной их эксплуатации. Сюда включают и требования соблюдения предельных уровней шумов и вибрации оборудования. Для этого необходимо использовать шумопоглощающие материалы, а в случае невозможности, предусматривать в конструкциях машин специальные шумозащитные устройства.
В пищевой промышленности при выборе оптимальных вариантов машин, прежде всего, следует учитывать их воздействие на физико-химические свойства, и как следствие, качество пищевых продуктов.
Повышение скорости переработки сырья и продуктов в той или иной машине не только увеличивает износ деталей оборудования, но что главное может ухудшать качество продукта, поскольку выбранные режимы могут не соответствовать физико-химическим и реологическим свойствам данного пищевого продукта. Поэтому оптимальной является скорость переработки сырья и полуфабрикатов, при которой суммарная величина расходов, отнесенная к единице готовой продукции (себестоимость) была бы минимальной, или доходность была бы максимальной.
Поэтому, при разработке оборудования следует различать два конкурирующих фактора. Первый связан с дифференциацией операций, а второй с их концентрацией. В первом случае операции последовательно выполняются на отдельных машинах, а во втором случае операции стремятся выполнить многими рабочими органами на одной машине.
Концентрация операций на одной машине позволяет не только повысить производительность машины, но и увеличить съем продукции с одного квадратного метра площади предприятия. При этом следует учитывать, что чрезмерная концентрация может ухудшить условия обслуживания, особенно санитарную обработку машин. Кроме того, концентрация увеличивает стоимость машин и время, затрачиваемое на их создание.
Важным условием успешности применения поточных линий является синхронизация работы входящих в них машин. Для этого длительность операций выполняемых разными машинами должна быть либо одинаковой, либо кратной, и соответственно должна быть согласована с производительностью машин. При примерно одинаковой производительности входящих в линию машин, более целесообразно применять сквозную однопоточную компоновку машин, с транспортирующими устройствами, передающими полуфабрикат от одной машины к другой.
При существенно различной производительности машин применяют разветвляющиеся и сходящиеся многопоточные линии с параллельной работой агрегатов. При большом числе машин, входящих в поточную линию, целесообразно формировать линии с нежесткой связью между отдельными машинами и разделение линий на отдельные участки. При этом работу этих независимых участков необходимо автоматизировать, для обеспечения единого действия всего потока. Обычно при делении линий на участки, в местах деления предусматривается расположение промежуточных емкостей с полуфабрикатами, позволяющими непрерывно питать последующие машины линии в случае остановки машин предыдущих участков. Бункеры-накопители сырья или полуфабрикатов в автоматизированных поточных линиях делят на транзитные и складские. В транзитных бункерах-накопителях весь запас имеющихся полуфабрикатов необходимо передавать на следующую машину для дальнейшей переработки или финишной операции. Складские бункеры-накопители включаются на расход лишь при отказе работы предыдущего звена или на накопление при отказе последующего участка поточной линии.
Деление поточной линии с промежуточными бункерами-накопителями должно проводиться так, чтобы длительность простоев и, следовательно, сокращение производительности на этих участках были одинаковы.
Для поточных линий применяемых в машиностроении имеется методика оценки величин необходимых запасов, для обеспечения настройки автоматических линий и на непрерывную работу и расчет необходимых объемов бункеров-накопителей. Но, в пищевой промышленности такие расчеты затруднены, поскольку время, требуемой для расхода сырья или полуфабрикатов из накопителей часто не согласуется со временем допустимым для выдержки пищевого продукта в бункере накопителе без потери качества продукта.
Как видно из изложенного в данной теме материала, формирование эффективных поточных линий является довольно сложным процессом.
Поэтому при решении указанных проблем используется специальный системный подход, при котором учитывается взаимное влияние машин на конечный результат. [3, с. 374-398].
Системой принято называть упорядоченное множество разнородных элементов, взаимосвязанных между собой, так что они образуют единство, общие свойства которого больше, чем просто сумма отдельных свойств, составляющих его элементов. Элементы в системе могут быть детерминированными (между которыми связь однозначна) и стохастическими (с вероятностным характером связей). Внутри системы создаются подсистемы, т.е. части, которым свойственны определенные (но не все) свойства целой системы.
Технологическая система состоит из отдельных, но различных элементов, объединенных в «качественные узлы», образующие автономные, т.е. отдельно управляемые подсистемы. При системном подходе необходимо устанавливать законы, позволяющие объединять эти узлы. Но, процессу объединения или интегрирования должен предшествовать так называемый системный анализ. Смысл его заключается в определении роли и места каждого элемента системы в целостной системе. В частности, при рассмотрении поточных линий нужно определить назначение и место каждой машины или узла в этой линии.
Обычно достаточно разделения системы на три подсистемы, взаимосвязанные между собой. Первая подсистема учитывает физико-химические свойства продукта и типовые физико-химические процессы, которые протекают при его переработке (механическое, тепловое и др. способы воздействия).
Вторая подсистема – определяет технологические процессы, совершаемые отдельными агрегатами или объединенными в отдельные участки машинами. Третья подсистема является согласующей системой, обеспечивающей организацию того или иного производства.
Но, системный анализ это не просто деление на участки. Он должен быть проведен так, чтобы не терялась общая специфика всей системы.
При проведении системного анализа работы технологических линий используются специальные графы целей и задач таких систем.
Главной целью проведения системного анализа поточных линий является последующий системный синтез, то есть воссоединение в единое целое отдельных частей технологической линии.
Рациональным способом синтеза технологических систем является разработка операционных моделей. Для этого сначала строят вышеприведенные графы целей и задач процесса, выделяют подсистемы и внутри каждой из подсистем рассматривают возможные решения технологических задач, имеющимися машинно-аппаратурными средствами.
Далее рассматривают эффективность действия сформированных технологических систем по таким показателям как точность и устойчивость.
Непрерывные процессы пищевых производств – это процессы массового производства, когда количество производимых изделий исчисляется сотнями тысяч изделий в час (например, в кондитерском производстве). Поэтому, кажущееся на первый взгляд, несущественное различие по массе, или в размерах изделий в долях процентах, может снижать производительность заверточных автоматов на 10–15%.
Для расчетов точности технологического оборудования используются данные о погрешностях производства, как связанных с колебаниями в качестве сырья, так и с недоработкой технической документации.
Устойчивость технологической системы – это свойство ее сохранять точность показателей качества во времени. Для оценки устойчивости используют диаграмму распределения погрешностей показателей качества.
Для модернизации имеющихся технологических линий и создания, новых необходимо иметь данные о чувствительности различных элементов технологической системы, которые определяются с использованием методов математического моделирования процессов. По данным моделирования определяют наиболее чувствительный процесс технологической линии, который и должен быть модернизирован в первую очередь.
При модернизации имеющихся поточных линий и создании новых, необходимо создавать такие конструкции машин и аппаратов, которые бы обеспечивали минимальный диапазон колебаний реологических свойств перерабатываемых пищевых продуктов. Это является залогом выпуска продуктов высокого качества.
Сложный процесс разработки поточных и автоматизированных линий значительно облегчается при использовании систем автоматического проектирования (САПР).
Вопросы для самоконтроля по теме:
1. Что такое поточная линия и какими способами она формируется?
2. Какие показатели технологичности оборудования поточной линии должны учитываться?
3. Как должна согласоваться производительность отдельных машин в поточной линии?
4. Что предусматривается в конструкции линии с нежесткой связью между машинами?
5. Какие виды бункеров-накопителей сырья или полуфабрикатов предусматриваются в автоматизированных поточных линиях?
6. Каково назначение транзитных бункеров-накопителей?
7. Каково назначение складских бункеров-накопителей?
8. Что надо понимать под системой?
9. Что представляет собой система с детерминированными связями между ее элементами?
10. Что представляет собой система с стохастическими связями между ее элементами?
11. Что представляет собой подсистема какой то системы?
Тесты по теме:
1. В чем заключаются характерные тенденции в развитии любой отрасли промышленности в АПК?
1) в концентрации производства; 2) в технологичности производства; 3) в механизации и автоматизации производства; 4) в концентрации, технологической механизации и автоматизации производства.
2. На каких трех основных признаках базируется любое современное пищевое производство?
1) применение современного оборудования, новых технологий и системного подхода; 2) применение поточных линий, современных технологий, автоматизации и механизации производства; 3) применение нового сырья, современных технологий, автоматизации и механизации производства.
3. Какие Вы знаете три способа создания поточных линий?
1) из специализированных машин, из типовых машин и из агрегатов машин; 2) из специализированных машин, из модернизированных машин и из типовых машин; 3) из типовых машин, агрегатов машин и из индивидуальных машин.
4. Какие параметры при выборе оптимального варианта машины в поточной линии надо учитывать?
1) стоимость, производительность; 2) производительность, стоимость, надежность; 3) производительность, стоимость, надежность, размеры занимаемой площади, себестоимость выпуска изделий.
5. Каковы цели и задачи проведения системного подхода при проектировании поточных линий?
1) определить граф целей и задач линии и построить операторную модель линии; 2) определить граф целей и задач линии, разбить линию на подсистемы, построить операторную модель; 3) определить граф целей и задач линии, разбить линию на подсистемы, построить операторную модель линии, провести системный анализ и синтез оборудования в линии.
Тема 2. Общие сведения о технологическом оборудовании пищевых производств, о машинно-аппаратурном оформлении основных линий.
Перспективы совершенствования производственного оборудования пищевых производств предусматривают дальнейшее развитие поточных линий, создание новых машин и аппаратов. Решение указанных проблем связано с использованием очень разнообразных типов машин и аппаратов.
В этой связи целесообразно рассмотреть современную классификацию производственного оборудования.
Все производственное оборудование делится на машины и аппараты, а производственные линии на поточные и автоматизированные.
Машинами называют устройства, позволяющие заменить или облегчить физический или умственный труд человека, повысить производительность труда. Для машины характерно преобразование электрической энергии в механическую и наличие движущихся исполнительных механизмов и рабочих органов. Машина, в которой все преобразования энергии, материалов, и информации происходят без участия человека, называются автоматами.
Аппаратами называют устройства, в которых происходят теплообменные, физические, химические и другие процессы, изменяющие агрегатное состояние продукта и физические, химические иди другие свойства. Но, деление оборудования на машины и аппараты является несколько условным, так как многие современные машины обладают свойствами машины и аппарата.
По характеру выполняемых процессов машины делятся на 4 класса: энергетические, транспортирующие, технологические, управляющие и информационные.
Первый класс машин – энергетические машины делятся на машины-двигатели и машины-преобразователи. Машины двигатели предназначены для преобразования любого вида энергии (электрической, тепловой и др.) в энергию механическую (электродвигатели, паровые машины, двигатели внутреннего сгорания и др.). Машины-преобразователи преобразуют механическую энергию в энергию других видов (генераторы, компрессоры, насосы и др.).
Ко второму классу машин – транспортирующим машинам относятся конвейеры, рольганги, элеваторы, подъемники и т.д.
Третий класс машин – технологические машины предназначен для переработки продукта (изменения его формы, размеров, состояния).
Те части машин, которые вступают в непосредственный контакт с перерабатываемым продуктом, называют рабочими органами. Системы, осуществляющие движение рабочих органов по определенным заданным законам, называют исполнительными механизмами.
Четвертый класс – информационные машины предназначены для получения и преобразования информации. Управляющие машины обеспечивают оптимальное управление.
Совокупность машин, объединенных между собой автоматическими транспортирными устройствами и выполняющих определенный технологический процесс, с получением заданного пищевого продукта с помощью управляющих и информационных систем называют автоматической линией.
Если вспомогательные операции невозможно автоматизировать традиционными способами, то в этих случаях используют промышленные роботы, т.е. машины, состоящие из исполнительного устройства и блока управления, а также датчиков, воспринимающих сведения о наличии или отсутствии предметов обработки и их положения. Сигналы датчиков передаются на систему управления.
Поточные механизированные линии представляют собой систему машин, последовательно расположенных в соответствии с порядком осуществления технологических операций.
Как для автоматических, так и для поточных линий обычно составляется технологическая схема – графическое изображение процесса в порядке выполнения технологических операций – это так называемые машинно-аппаратурные схемы (МАС).
На предприятиях пищевой промышленности используют механизированные поточные линии (с полной механизацией всех технологических процессов), полумеханизированные (в них трудоемкие технологические операции механизированы, а в ручную осуществляются операции контроля и регулирования процесса). Автоматизированные поточные линии состоят из автоматов, на которых все технологические операции автоматизированы.
Все разнообразие технологического оборудования относящегося к третьему классу можно классифицировать по функционально-технологическому признаку на 8 групп.
1 группа. Оборудование для подготовки сырья, полуфабрикатов и механизмов к основным технологическим операциям.
1.1. Оборудование для мойки, очистки пищевого сырья от наружного покрова, сортировки и очистки от примесей в том числе и ферропримесей.
1.2. Оборудование для стерилизации питательных сред, мойки тары, резервуаров и др. вспомогательного оборудования.
1.3. Оборудование для хранения сырья.
2 группа. Оборудование для механической обработки сырья и полуфабрикатов разделением.
2.1. Оборудование для резания.
2.2. Оборудование для дробления (метод измельчения).
2.3. Оборудование для разделения неоднородных жидких систем путем выделения твердых и коллоидных частиц.
2.4. Оборудование для разделения путем выделения из твердой фазы жидкой фракции.
3 группа. Оборудование для механической обработки сырья и полуфабрикатов соединением.
3.1. Оборудование для соединения компонентов перемешиванием с получением тестообразных продуктов.
3.2. Оборудование для соединения компонентов с целью получения жидких полуфабрикатов.
3.3. Оборудование для соединения компонентов с целью получения сыпучих полуфабрикатов.
4 группа. Оборудование для механической обработки сырья и полуфабрикатов формованием.
4.1. Оборудование для формовки путем штампования.
4.2. Оборудование для формования путем экструзии (выдавливание через матрицу).
4.3. Оборудование для формования путем округления, раскатки и закатки.
4.4. Оборудование для формования путем отливки.
5 группа. Оборудование для проведения тепло- и массобменных процессов.
5.1. Оборудование для проведения простых тепловых процессов (нагрев, охлаждение).
5.2. Оборудование для проведения массообменных процессов.
5.3. Оборудование для сушки.
5.4. Оборудование для выпечки, жарки.
5.5. Оборудование для перекристаллизации.
5.6. Оборудование для варки, выпарки.
6 группа. Оборудование для проведения микробиологических процессов.
6.1. Оборудование для проведения физиологических процессов (солодоращение).
6.2. Оборудование для получения биомассы.
6.3. Оборудование для получения вторичных метаболитов.
7 группа. Оборудование для электрофизической обработки сырья и полуфабрикатов.
7.1. Оборудование для пастеризации и стерилизации пищевых сред с помощью токов НЧ, ВЧ, СВЧ.
7.2. Оборудование для электронно-ионной обработки (ионизация воздуха).
7.3. Электроконтактное оборудование теплового действия, использующее токи различной частоты.
7.4. Оборудование для магнитной обработки жидких сред.
7.5. Оборудование для ультразвуковой обработки.
8 группа. Оборудование для механизации финишных операций.
8.1. Оборудование для наполнения крупногабаритной тары (жидкими, сыпучими, тестообразными и штучными продуктами).
8.2. Упаковочные машины, в которых упаковка совмещена с изготовлением тары.
8.3. Упаковочные машины, упаковывающие продукты в готовую тару.
8.4. Оборудование для дозирования (жидких, сыпучих и пастообразных продуктов).
8.5. Оборудование для укупорки, закрытия наполненной тары и этикетировочные машины.
8.6. Оборудование для проведения инспекционных операций с наполненной тарой.
8.7. Оборудование для укладки фасованной продукции в транспортную тару
8.8. Оборудование для штабелировки транспортной тары на поддоны.
Такого рода классификация технологического оборудования позволяет объединить в одну группу технологическое оборудование, относящееся к производству различных видов пищевой продукции, наметить общие тенденции в развитии этого вида оборудования и отметить различия в кинематических, конструктивных и технологических особенностях разработки и конструирования этой группы машин.
Для более полного понимания классификации технологического оборудования по функционально-технологическому признаку необходимо познакомиться с МАС основных линий в АПК. В них Вы найдете технологическое оборудование, которое будет относиться к любой группе и подгруппе этой классификации. И зная назначение того или иного технологического оборудования, Вы сможете отнести его к соответствующей группе и подгруппе классификации технологического оборудования по функционально-технологическому принципу.
Рассмотрим устройство и работу основных линий в АПК.
Независимо от вида выпускаемой продукции любую МАС линии производства пищевых производств можно условно разделить на три участка:
1) подготовка сырья к производству;
2) получение продукта;
3) фасовка и упаковка готового продукта.
Рассмотрим устройство и работу МАС основных линий пищевых производств.
МАС производства массовых сортов хлеба.
Мука на хлебозавод поступает из автомуковоза 1, рис.1, который снабжен автономной пневмотранспортной установкой для перекачки в силосы 3. С помощью автоматического многопозиционного переключателя 2 мука разного сорта и вида поступает в разные силосы. Далее мука с помощью шлюзового затвора 4 поступает в питатель 5 пневмотранспортной установки, с помощью которой она поступает в верхнюю часть здания. Разгружается в циклоне 6, отделяясь от воздуха, и самотеком с помощью шлюзового затвора 4 последовательно проходит через сепаратор 7 и магнитный сепаратор 8, где отделяются мелкие, крупные и ферромагнитные примеси. В соответствии с рецептурой для данного вида хлебобулочных изделий мука различных сортов, а иногда и видов смешивается в пропорциональном мукосмесителе 9, взвешивается на весах 10 и передается в бункера 11 тестоприготовительного отделения.
В соответствии с классической схемой приготовления теста оно готовится в две стадии. Вначале на первой стадии готовится опара в тестосмесителе 15, куда подается мука от 30 до 70 % от общего количества муки шлюзовым питателем 4, вода и дрожжи из бункеров 12, расходного бака 13 и дозатора 14. Замешенная опара шнековым насосом 16 подается в бункерный агрегат 17 для брожения опары и выдерживается там в течение 4-5 часов.
Затем наступает вторая стадия. Выбродившая опара шнековым насосом подается в тестосмеситель 18. Туда же из бункера 11 шлюзовым питателем 4 подается оставшаяся часть муки, а также жидкие ингредиенты: вода, солевой раствор, жир и т.д. с помощью бункеров 12, расходных баков 13 и дозаторов 14. Замешенное тесто шнековым насосом 16 подается в приемную воронку тестоделителя 19, где происходит получение тестовых заготовок определенного объема и массы.
Далее кусок теста по ленточному конвейеру поступает в округлитель 20, где принимает сферическую форму и по ленточному конвейеру передается в тестозакаточную машину 21. в этой машине кусок вначале раскатывается в тонкую лепешку – блин, а затем закатывается в форму батона, соблюдая соответствующие размеры заготовки. Проведенная таким образом механическая обработка тестовой заготовки приводит к уплотнению структуры и образованию механических напряжений внутри заготовок. Поэтому после механической обработки заготовки батонов посадчиком 22 укладываются на люльки расстойного шкафа 23, где в течение 30-35 мин. происходит дображивание тестовых заготовок и релаксация механических напряжений при температуре 35-400С, возникших при механической обработке. Далее тестовая заготовка с помощью второго посадчика 22 сажается на под печи 24, где вначале надрезается, а верхняя часть смачивается для получения рельефных полос и запеченной верхней корочки. После выпечки хлеб поступает на конические ориентаторы 25, где вручную перекладываются на лотки, которые укладываются в контейнеры 26, которые в свою очередь с помощью кареток 27 переводятся в экспедицию. Там хлеб охлаждается, если необходимо упаковывается, а затем загружается в специальные автомобили 28 для перевозки хлеба в торгующие организации.
|
Рис. 1. МАС производства массовых сортов хлеба 1 – муковоз; 2 – многопозиционный переключатель; 3 – бункер; 4 – шлюзовый питатель; 5 – питатель аэрозольтранспорта; 6 – циклон; 7 – просеиватель; 8 – магнитный уловитель; 9 – мукосмеситель; 10 – весы; 11 – емкости для муки; 12 – емкости для хранения дополнительного сырья (сахар, дрожжи, жир и др.); 13 – расходные баки; 14 – дозаторы; 15 – тестомеситель для опары; 16 – шнековый насос; 17 – бункерный агрегат для брожения опары; 18 – тестомеситель; 19 – тестоделитель; 20 – округлитель; 21 – тестозакаточная машина; 22 – посадчик; 23 – расстойный шкаф; 24 – печь; 25 – ориентаторы для укладки в лотки; 26 – конвейеры для лотков; 27 – каретки для конвейеров; 28 – автомобиль для перевозки хлеба. |
МАС производства короткорезанных макаронных изделий
Для производства макаронных изделий используется обычно специальная мука-крупка, выработанная из твердых сортов пшеницы имеющая наивысшее содержание клейковины. Мука на макаронные фабрики доставляется с помощью автомуковозов и пневмотранспортом перегружается в силоса 3 рис. 2. В соответствии с рецептурой мука разных сортов смешивается в шнековом смесителе 2 и роторным питателем 1 пневмотранспортной установки мука заправляется в циклон 4, где отделяется от воздуха. Далее мука с помощью дозатора 5 проходит просеиватель 6 и магнитный уловитель 7, где отчищается от крупных, мелких и ферромагнитных примесей, взвешивается на весах 8 и передается в расходный бункер 9 макаронного цеха.
Подготовленная мука из бункера 9 роторным дозатором 10 направляется в тестомеситель 14 шнекового пресса. Туда же насосом-дозатором 11 подается вода, а из расходного резервуара 12 и смесителя 13 подаются другие ингредиенты: яичный порошок, вкусовые добавки, витамины и т.д. Полученное тесто в виде мелкокомковатой структуры поступает в шнековую камеру 15 пресса, спрессовывается и выпрессовывается через формующие фильеры матрицы при давлении от 7 до 12 МПа в виде заданной формы макаронных изделий. Отформованные изделия при выходе из матрицы обдуваются подогретым воздухом для предотвращения слипания, режутся. Режущим устройством по матрице или в 0,20,3 м от нее многолезвенным ножом и поступают вначале в предварительную 16, а затем в окончательную 17 сушилку, где поддерживается заданный тепловой режим с помощью нагретого в калориферах воздуха. После сушки макаронные изделия поступают в накопитель-стабилизатор 18, где медленно охлаждаются воздухом цеха с целью релаксации напряжений, возникающих при интенсивной сушке.
Готовые изделия поступают в автомат 19 для фасовки и упаковки в тару, которая непосредственно изготавливается в автомате.
|
Рис. 2. МАС производства короткорезанных макаронных изделий 1, 5, 10 – роторные дозаторы (питатели); 2 – шнековый смеситель; 3 – силосы; 4 – циклон; 6 – просеиватель; 7 – магнитный уловитель; 8 – весы; 9 – бункер; 11 – насос-дозатор; 12 – расходный резервуар; 13 – смеситель; 14, 15 – макаронный пресс; 16 – предварительная сушилка; 17 – окончательная сушилка; 18 – накопители-стабилизаторы; 19 – фасовочно-упаковочный автомат. |
МАС производства отливных глазированных конфет с автоматической заверткой и упаковкой
Рецептурные компоненты конфет: сироп, патока, сгущенное молоко и фруктово-ягодное пюре из рецептурных баков 1 рис. 3 насосами дозаторами 2 подаются в секционный смеситель 3, где перемешиваются до образования однородной массы. Плунжерным насосом 4 конфетная масса прокачивается через вакуумный змеевиковый аппарат 5, где происходит уваривание массы. Образовавшийся сироп с температурой 110-1200С поступает в помадосбивальную машину 7 через пароотделитель 6, интенсивно охлаждается с целью образования мелких кристаллов-центров кристаллизации и перемешивается (сбивается) до получения помадной массы с температурой 55-600С. После собирается в промежуточном сборнике 8 и шестеренчатым насосом-дозатором 9 перекачивается в темперирующую машину 11, где помада поддерживается при температуре 55-600С. Далее насосом-дозатором 12 помада поступает в конфетоотливочный автомат 13, где происходит отливка помадной массы в формы, расположенные на конвейере для ускоренной выстойки конфет 14. После охлаждения помадная масса принимает определенную форму и в виде конфет «выбиваются» из форм на конвейер 15 для сбора конфет. Далее они направляются на машину саморасклада 16, где выстраиваются в заданное количество рядов, зависящее от размеров конфет и ширины глазировочного автомата 17. Конфеты равномерно обливаются глазурью и переходят в охлаждающий шкаф 17а, где глазурь кристаллизируется, и готовые конфеты конвейером 18 направляются на распределительный конвейер 19, где конфеты выстраиваются во столько рядов, сколько заверточных автоматов 21 находится в линии. Далее по ручейковым конвейерам 19 конфеты в один ряд подводятся к поперечным конвейерам 22, которые непосредственно передают конфеты в автоматы 21. Завернутые конфеты по нижним поперечным конвейерам 23поступают на общий ленточный конвейер 24 и редлером 25 выгружаются в воронку фасовочно-упаковывающего автомата 26. Здесь происходит фасовка конфет по 150-250г в пакеты, сделанные из рулоночной пленки. Далее пакеты с конфетами поступают в фасовочный автомат 27, где происходит укладка пакетов в короба. Заполненные пакетами коробки поступают на автомат 28 для закрытия и обандероливания коробов. После этого короба с конфетами отправляются на склад готовой продукции.
|
Рис. 3. МАС производства отливных глазированных конфет с автоматической заверткой
1 – расходные банки для сиропа, патоки, сгущенного молока, фруктовоягодного пюре; 2 – насосы-дозаторы; 3 – секционный смеситель; 4 – плунжерный насос; 5 – змеевиковый аппарат; 6, 10 – пароотделитель; 7 – помадосбивальная машина; 8 – промежуточный сборник; 9, 12 – насос; 11 – рецептурно-температурная машина; 13 – конфетооливочный автомат; 14 – установка для ускоренной выстойки конфет; 15 – отводящий конвейер; 16 – саморасклада; 17 – глазировочный автомат; 18 – промежуточный конвейер; 19 – распределитель; 20 – ручьевые конвейеры; 21 – конфетозаверточные автоматы; 22 – ленточные питатели; 23 – поперечные конвейеры для завернутых конфет; 24 – горизонтальный конвейер готовой продукции; 25 – скребковый конвейер; 26 – автомат для фасовки и упаковки конфет в пленку; 27 – автомат для фасовки пакетов конфет в короба; 28 – автомат для закрытия и обандероливания коробов. |
МАС производства натуральных консервов из лососевых рыб
Такого типа линии могут устанавливаться на консервных заводах, а также на плавучих рыбоперерабатывающих комплексах. Размороженная или свежевыловленная рыба поступает в головоотсекающую машину 1 рис. 4, а затем по конвейеру 2 направляется в рыборазделочный автомат 3. У тушки рыбы отрезаются плавники, хвост, надрезается брюшная полость, вынимаются внутренности, и тушка промывается. Далее тушка рыбы поступает на инспекционный конвейер 4, который проходит между доразделочными столами 5, где вручную дозачищается рыба. Готовая к разделке рыба направляется на порционирующие машины 6, где разрезается на куски. Куски рыбы поступают в банконабивочные автоматы 8, туда же, после стерилизации острым паром, в машине для ошпарки банок 7 поступают консервные банки. В автоматах 8 происходит укладка кусков рыбы в консервную тару. После чего банка с рыбой предварительно закатываются в клинчере 9, а затем окончательно закрываются без доступа воздуха в вакуум закаточном автомате 10. Затем отмываются от масла, которое подается при закатке, в машине для мойки банок 11. Укладываются в сетки, которые подаются из магазина 12, в автомате 13 и загружаются в вагонетки 14. По рельсовым путям 15 вагонетки заполнят автоклавы 16, где проходит стерилизация консервов. Далее вагонетки с консервами по рельсовым путям 15 поступают в конвейерный охладитель 17, после которого поступают на склад для двухнедельной контрольной отлежки и далее на этикетировку и на укладку консервов в транспортную тару.
|
Рис. 4. МАС производства натуральных консервов из лососевых рыб 1 – головоотсекающая машина; 2, 17 – конвейеры; 3 – рыборазделочный автомат; 4 – инспекционный конвейер; 5 – столы для зачистки рыбы; 6 – порционирующие машины; 7 – машины для шпарки банок; 8 – набивочные автоматы; 9 – клинчер (предварительная закатка); 10 – вакуум-закаточный автомат; 11 – машина для мойки закатанных банок; 12 – однорядные сетки; 13 – банкоукладчик (твистер); 14 – вагонетки; 15 – рельсовые пути; 16 – горизонтальные автоклавы; 17 – конвейерный охладитель. |
МАС производства из зерна пшеницы муки и манной крупы.
Мукомольное производство имеет в своем составе три отделения – подготовительное, размольное и готовой продукции.
Предварительно очищенное зерно поступает из элеватора в силоса 1 подготовительного отделения. Зерна из каждого силоса с помощью электромагнитных клапанов 2 по заданной рецептуре и производительности поступает в винтовой конвейер 3, формируя помольные партии зерна.
Далее зерно проходит электромагнитный сепаратор 4 и шлюзовым питателем 5 пневмотранспортной установки подается в верхнюю часть здания в циклон-разгрузитель 6, где зерно отделяется от воздушного потока. Затем зерно подогревают в теплообменнике 7, взвешивают на весах 8 и направляют в сепаратор 9 для отделения различных примесей.
После сепаратора зерно поступает в камнеотборник 10, где удаляются минеральные примеси. Затем зерно очищается в дисковых триерах: куколеотборнике 11 и овсюгоотборнике 12, проходит через электромагнитный сепаратор 13 и поступает в вертикальную обоечную машину 14 с целью очистки поверхности зерна. Далее зерно поступает в воздушный сепаратор 15, где уносятся легкие и тяжелые аспирационные относы, проходит магнитный сепаратор 16 и поступает в машину мокрого шелушения 17. После гидрообработки зерно винтовыми конвейерами 18 направляется в силосы 19, где проходит процесс отволаживания. После чего зерно собирается партиями с помощью электромагнитных клапанов 20 и винтового конвейера 21, проходит электромагнитный сепаратор 22 и шлюзовым питателем 23 пневмотранспортной системы направляется в циклон-разгрузитель 24, а затем в электромагнитный сепаратор 25 и обоечную машину 26, где происходит окончательное отделение оболочки зерна. Затем зерно проходит электромагнитный сепаратор 27 и поступает на обеззараживание в энтолейтер 28. Заключительным этапом очистки зерна является выделение легких примесей в воздушном сепараторе 29. После чего шлюзовым питателем 30 пневмотранспортной системы зерно опять возвращается в верхнюю часть здания, где отделяется от воздушного потока в циклоне-разгрузителе 31 и увлажняется в увлажнителе 32. Далее зерно поступает в металлический бункер 33, где происходит кратковременное отволаживание, затем взвешивание на весах 34 и электромагнитное сепарирование 35. После чего зерно поступает в размольное отделение. Там зерно поступает на вальцовый станок 36 первой дранной системы. Затем в рассев 37, из которого проход поступает в шнековый конвейер для муки 46, сход с последнего сита в электромагнитный сепаратор 38, бичевую вымольную машину 39 и центрифугу 40, полученная мука собирается в шнековый конвейер 46. Сход с III и IV сит рассева 37 направляется на вальцовый станок второй дранной системы через рассев 41, магнитный сепаратор 43, далее на вальцовый станок 44. Готовая мука с рассева 41 собирается шнековым конвейером, взвешивается на весах 47, смешивается с другими партиями муки в смесителе 48 и собирается в силосе 49, откуда разгружается пневмотранспортом в вагоны или автомобили 50, которые затем взвешиваются на вагонных или автомобильных весах 51.
Сход с III и IV сит рассева 41 направляется в ситовеечную машину 42, где сходом получается манная крупа.
|
Рис. 5. МАС производства из зерна пшеницы муки и манной крупы 1 – силосы; 2 – электромагнитные дозаторы; 3 – винтовой конвейер; 4 – электромагнитный сепаратор; 5 – шлюзовый питатель; 6 – циклон; 7 – подогреватель; 8 – весы; 9 – зерновой сепаратор; 10 – камнеотделитель; 11 – куколеотборник; 12 – овсюгоотборник; 13 – магнитный сепаратор; 14 – вертикальная обоечная машина; 15 – воздушный сепаратор; 16 – электромагнитный сепаратор; 17 – машина мокрого шелушения; 18 – винтовой конвейер; 19 – силосы; 20 – электромагнитный клапан; 21 – винтовой конвейер; 22 – электромагнитный сепаратор; 23 – шлюзовый питатель; 24 – циклон-разгрузитель; 25 – электромагнитный сепаратор; 26 – обоечная машина; 27 – электромагнитный сепаратор; 28 – энтолейтор; 29 – воздушный сепаратор; 30 – шлюзовый питатель; 31 – циклон-разгрузитель; 32 – увлажнительный аппарат; 33 – металлический бункер; 34 – весы; 35 – электромагнитный сепаратор; 36 – вальцевый станок; 37 – рассев; 38 – электромагнитный сепаратор; 39 – бичевые вымольные машины; 40 – центрифуга; 42 – ситовеечная машина; 43 – электромагнитный сепаратор; 44 – вальцевый станок; 45 – рассев; 46 – винтовой конвейер; 47 – многокомпонентный весовой дозатор; 48 – смеситель; 49 – силос; 50 – автомуковоз; 51 – автомобильные весы. |
МАС производства пива
Поступающее на предприятие зерно ячменя направляется в бункера 1 рис. 6, с помощью переключателя потока 2, направляется в начале в промежуточный бункер 3, затем на весы 4. Затем зерно очищается в воздушно-ситовом сепараторе 5, взвешивается на весах 6 и направляется на хранение в бункера 7.
Зерно при поступлении на производство очищается на воздушно-ситовых сепараторах 8, проходят электромагнитную очистку на электромагнитных сепараторах 9, отбор куколя и овсюга в триерах 10 и 11. Далее на ситовых машинах 12 происходит фракционирование зерна на I, II и III сорт. I и II сорт идет в бункера 13, а III сорт направляется на корм скоту.
Далее с помощью распределителя потока 14 и шлюзового питателя 15 ячмень поступает в замочный чан 16, где отмывается и дезинфицируется. Вымытое зерно поступает в следующий замочный чан 17, где его влажность повышается до 41–42%. После чего ячмень попадает в солодорастительный аппарат 18 (солодовню). Время выращивания солода примерно 7 суток. Далее продукт питателем 19 направляется на подвяливание в аппараты 20 и на сушку в сушилки 21. Сухой солод очищается от ростков в росткоотбойной машине 22. Ростки собираются в бункере 23, а солод собирается в бункере 24, где происходит процесс отволаживания. Затем солод поступает в полировочную машину 25, а затем на дробилку 26. Дробленый солод взвешивается на весах 27, поступает в бункер 28, где выдерживается 4–5 недель и доводится до влажности 5–6%. Далее дробленный отлежавшийся солод проходит магнитную очистку в электромагнитном сепараторе 29 и поступает в заторный чан 30, куда поступает вода с температурой 60 0С и перемешивается. По окончанию перемешивания (затирания) около 40% перекачивается в другой заторный чан 31, где нагревается до температуры осахаривания (68–70 0С), а по окончанию осахаривания доводится до кипения, после чего первую отварку возвращают в заторный чан 30. Температура в чане повышается до 70 0С и затор оставляют в покое до осахаривания. После этого опять часть затора перекачивают во второй заторный чан 31 и проводят второе кипячение. Затем снова возвращают вторую отварку в заторный чан 30. После смешивания общая температура затора уже составляет 75–80 0С. После чего всю массу затора перекачивают в фильтрационный аппарат 32. Прозрачное сусло затем попадает в сусловарочный котел 33. В котле сусло кипит с хмелем. Горячее охмеленное сусло попадает в хмелеотделитель 34, а сусло собирается в сборник 35. Далее сусло очищается в сепараторе 36, затем охлаждается в пластинчатом теплообменнике 37 (до 5–6 0С) и закачивается в бродильные чаны 38, куда задаются дрожжи из емкости 39. После главного брожения пиво отделяют от дрожжей и перекачивают в лагерные танки 40, где оно выдерживается в течение 11–80 суток. Далее пиво осветляется в сепараторе-осветителе 41 и фильтре 42. Осветленное пиво охлаждается рассолом в теплообменнике 43, насыщают диоксидом углерода в карбонизаторе 44 и заполняют расходные танки для хранения пива 45. Далее пиво направляется в линию розлива.
|
Рис. 6. МАС производства пива 1 – бункера; 2 – переключатель потока; 3 – промежуточный бункер; 4 – весы; 5 – воздушно-ситовой сепаратор; 6 – весы; 7 – промежуточный бункер; 8 – воздушно-ситовой сепаратор; 9 – магнитный сепаратор; 10 – куколяотборник; 11 – овсюгаотборник; 12 – ситовая машина; 13 – бункера; 14 – переключатель потока; 15 – ротационный дозатор; 16 – замочный чан; 17 – заторный чан; 18 – солодорастительный аппарат; 19 – роторный питатель; 20 – камера подвяливания; 21 – сушилки; 22 – росткоотбойная машина; 23 – бункер для ростков; 24 – бункер для очищенного солода; 25 – полировочная машина; 26 – дробилка; 27 – весы; 28 – промежуточный бункер; 29 – магнитный сепаратор; 30 – заторный чан; 31 – заторный котел; 32 – фильтрационный аппарат; 33 – сусловарочный котел; 34 – хмелеотделитель; 35 – сборник горячего сусла; 36 – сепаратор; 37 – теплообменник; 38 – бродильный чан; 39 – емкость для дрожжей; 40 – лагерный танк; 41 – сепаратор-осветлитель; 42 – фильтр; 43 – теплообменник-охладитель; 44 – карбонизатор; 45 – танк для пива. |
МАС производства сахара-песка из сахарной свеклы
Свекла поступает в гидравлический конвейер 1 рис. 7, где она очищается от соломы и ботвы в соломоботволовушке 2, где в камеру 3 подается воздух. Очистка свеклы от минеральных примесей происходит в камнеловушке 4. Загрязненная вода удаляется в водоотделителе 5. Для окончательной очистки свекла проходит через моечную машину 6, после которой орошается чистой водой из устройств 7 и элеватором 8 поднимается на конвейер 9, над которым установлен электромагнитный сепаратор 10, который удаляет ферромагнитные примеси. Затем свеклу взвешивают на весах 11 и из бункера 12 она поступает в свеклорезку 13. Свекловичная стружка толщиной 0,5–1 мм по ленточному конвейеру 14 попадает в диффузионный аппарат 15, где за счет противотока растворителя и свекловичной стружки происходит растворение (диффузия) сахара в растворителе, образовавшийся продукт называют диффузионным соком, а обессахаренная стружка называется жомом. Жом по конвейеру 16 уходит на сушку и брикетирование, а диффузионный сок фильтруется на фильтре 17, нагревается в теплообменнике 18 и направляется в аппарат предварительной и основной дефекации 19, где происходит его очистка от белковых и красящих веществ известковым молоком. Далее дефекованный сок попадает в котел первой сатурации 20, где он дополнительно очищается путем адсорбции растворимых несахаров и красящих веществ на поверхности частиц мелкого осадка СаСО3, который образуется при пропускании диоксида углерода через дефекованный сок. Сок первой сатурации нагревается в теплообменнике 21 и проходит через гравитационный отстойник 22, где отделяется сгущенная суспензия и адсорбента (20%), которая проходит через вакуум-фильтр 23, где отделяется адсорбент, а сок направляется в котел второй сатурации 24. Туда же направляется 80% сока, полученного в гравитационном отстойнике 22 после первой сатурации. В котле второй сатурации происходят аналогичные процессы, что и в котле первой сатурации. Далее срок второй сатурации фильтруется на фильтре 25 и попадает в котел сульфитации 26, где он дополнительно обесцвечивается с помощью обработки диоксидом серы. Далее сок фильтруют на фильтре 27 и направляют в выпарную станцию 28 на концентрирование. Полученный сироп попадает во второй котел сульфитации 29 для окончательного обесцвечивания. Затем сироп фильтруется на фильтре 30, нагревается в теплообменнике 31 и поступает в вакуум-аппарат 32, где сироп уваривается до перенасыщения (сахар выделяется в виде кристаллов). Получаемый продукт называют утфелем, который содержит 55% сахара и 7% воды.
Далее утфель поступает в утфелемешалку 33, а затем в центрифугу 34, где за счет центробежных сил удаляется межкристаллическая жидкость (первый оттек).
Чтобы получить белый сахар, кристаллы его промывают небольшим количеством горячей воды – пробеливают. Однако, при этом небольшое количество сахара растворяется в этой воде и из центрифуги отходит второй более чистый оттек. Белый сахар, выгружаемый из центрифуги 34 поступает на виброконвейер и транспортируется в сушильно-охладительную установку 36. Далее сахар взвешивается на ленточном весовом дозаторе 37, проходит окончательную очистку на вибросите 38 и засыпается в силос 39. После чего сахарный песок поступает на расфасовку.
|
Рис. 7. МАС производства сахара-песка из сахарной свеклы 1 – гидравлический конвейер; 2 – соломоботволовушки; 3 – подача воздуха; 4 – камнеловушки; 5 – водоотделители; 6 – моечная машина; 7 – оросители; 8 – элеватор для свеклы; 9, 10 – электромагнитный сепаратор; 11 – весы; 12 – бункер; 13 – свеклорезка; 14 – ленточные весы; 15 – диффузионная установка; 16 – конвейер для жома; 17 – фильтр для диффузионного сока; 18, 21, 31 – подогреватель; 19 – дефекационный аппарат; 20 – котел первой сатурации; 22 – отстойник; 23 – вакуум-фильтр; 24 – котел второй сатурации; 25, 27, 30 – фильтр; 26, 29 – сульфикатор; 28 – выпарная станция; 32 – вакуум-выпарной аппарат; 33 – утфелемешалка; 34 – центрифуга; 35 – виброконвейер; 36 – сушильно-охладительная установка; 37 – ленточный конвейер; 38 – вибросито; 39 – силосные башни. |
МАС производства фруктового сока
Очищенные от плодоножек и чисто вымытые фрукты взвешиваются на весах 2 рис. 8 и попадают в приемный бункер 1. Откуда шнеком направляются в дробилку 3. Полученная мезга нагревается в теплообменнике 4 и собирается в ферментаторе 6, куда из сборника 5 дозируются ферменты. Далее ферментированная мезга поступает в горизонтальный пресс 7. Выжимки из пресса шнековым конвейером 8 попадают в сборник. Отжатый сок поступает в промежуточный сборник 10, далее освобождается от мякоти на фильтре 11 и собирается в резервуаре-накопителе 12. Для предотвращения брожения сок пастеризуется в теплообменнике 13 и из сборника 14 поступает на вакуум-фильтр 15. Окончательно очищенный сок с помощью вакуум-фильтра и сок, полученный из осадка в вакуум-фильтре с помощью промежуточного фильтра 16, заполняет резервуар-накопитель 17.
Далее сок концентрируется путем уваривания в трехкорпусной выпарной установке 18, 20, 21 и собирается в баке 22. После чего насосом дозатором 26 в смеситель 27 направляется для смешивания концентрат сока из бака 22, ароматические вещества из емкости 23, удаленные в процессе выпаривания, сахарный сироп из бака 24 и вода из емкости 25. Готовый сок пастеризуется в теплообменнике 29 и направляется в разливочный автомат 30, затем в укупорочный автомат 31, проходит пастеризатор 32, инспекционную машину 33, где бутылки проверяются на наличие посторонних включений, далее поступает в этикетировочный автомат 34.
Ящики с возвратной тарой 35 поступают в автомат для расформирования пакетов ящиков 36 и с помощью автомата для выемки бутылок 37 бутылки направляют в бутылкомоечную машину 38. Далее они проверяются на световом фонаре 39 и стерилизуются в автомате 40. Опорожненные ящики проходят санитарную обработку в машине 41 и подаются в автомат 42 для укладки заполненных бутылок в ящики. После чего полные ящики поступают в автомат 43 для укладки их в пакеты 44, которые далее отправляются в экспедицию.
|
Рис. 8. МАС производства осветленного фруктового сока 1 – приемный бункер; 2 – весы; 3 – дробилка; 4 – теплообменник; 5 – ферментосборник; 6 – ферментатор; 7 – гидравлический пресс; 8 – шнековый конвейер; 9 – сборник; 10 – промежуточный сборник; 11 – фильтр; 12 – резервуар-накопитель; 13 – теплообменник-пастеризатор; 14 – сборник; 15 – вакуум-фильтр; 16 – промежуточный фильтр; 17 – резервуар-накопитель; 18, 20, 21 – многокорпусная установка для уваривания; 19 – камера для отделения ароматических веществ; 22, 23 – баки; 24 – бак для воды; 25 – бак для сахарного раствора; 26 – насос-дозатор; 27 – смеситель; 28 – сборник; 29 – теплообменник; 30 – разливочный автомат; 31 – укупорочный автомат; 32 – пастеризатор; 33 – инспекционная машина; 34 – этикетировочная машина; 35 – штабель ящиков с использованной посудой; 36 – дежтабелировочная машина; 37 – автомат для выемки бутылок из ящиков; 38 – бутылкомоечная машина; 39 – световой фонарь; 40 – стерилизатор бутылок; 41 – автомат для мойки ящиков; 42 – автомат для укладки бутылок в ящики; 43 – штабелеукладчик; 44 – штабель ящиков с готовой продукцией. |
МАС производства подсолнечного масла
Семена подсолнечника поступают на завод, взвешиваются на весах 1 рис. 5, берутся пробы на жирность, влажность и т.д. и загружаются в силоса 2. Далее семена очищаются от минеральных примесей в камнеотделителе 3, от крупных и мелких примесей в воздушно-ситовом сепараторе 4, ферромагнитных примесей в сепараторе 5, взвешиваются на весах 6 и передаются в бункер сушильного отделения 7. Семена идущие на длительное хранение сушатся до влажности 4-5 %, а на переработку до влажности 7-8 % в шахтных сушилках 8 с помощью топочных газов с температурой 200-2200С. после сушки взвешиваются на весах 9 и направляются в бункер рушально-веечного отделения 10. Далее семена поступают на бичерушку 11 для разрушения семенной оболочки методом удара, полученная рушанка (смесь ядра, лузги и недоруша) направляется на семеновейку 12 для выделения ядра. Ядро семени поступает в бункер 13 прессового цеха, взвешивается на весах 14 и идет на пятивальцевый станок 15 с целью разрушения связей масла с клеточной структурой ядра и получения тонкого лепестка, который проходит влаготепловую обработку острым и глухим паром в чанной жаровне 16. Полученная мезга поступает в шнековый пресс 17, где за счет давления в шнековой камере происходит выдавливание масла из мезги. Полученное масло фильтруется на фильтре 18 и может идти в линию розлива. Выходящая из пресса «ракушка» (спрессованная и отжатая мезга) измельчается в дробилке 19, сплющивается на вальцевом станке 20 и направляется в шнековый экстрактор 21. Туда же, но с противоположной стороны подается нагретый растворитель, который растворяет масло, образуя мисцеллу (смесь масла и растворителя). Мисцелла с концентрацией 15-20 % по маслу выходит из экстракта 21 фильтруется на фильтре 22 и поступает в дистилляционную установку 23, 24, где за счет глухого и острого пара происходит вываривание растворителя из мисцеллы. Испарившийся бензин направляется в установку для его конденсации и повторного использования, а полученное масло взвешивается на весах 25 и поступает на разливочный автомат 26, укупоривается, этикетируется и укладывается в коробки на автомате 27. Обезжиренный остаток – шрот из экстрактора 21 поступает в тостер, где за счет острого и сухого пара из него испаряется растворитель, а затем его оправляют на комбикормовые заводы.
|
Рис. 9. МАС производства подсолнечного масла 1, 6, 9, 14, 25 – весы; 2 – силос; 3, 4 – воздушно-ситовые сепараторы; 5 – электромагнитный сепаратор; 7, 10, 13 – расходный бункер; 8 – шахтная сушилка; 11 – бичерушка; 12 – семеновейка; 15, 20 – пятивальцевый станок; 16 – чанная жаровня; 17 – шнековый пресс; 18 – фильтр-пресс; 19 – молотковая дробилка; 21 – шнековый экстрактор; 22 – фильтр; 23 – предварительный и окончательный дистиллятор; 26 – автомат для фасовки масла;27 – автомат для укладки бутылок в короба. |
Вопросы для самоконтроля по теме:
1. На сколько и какие классы делится оборудование по характеру выполняемых процессов?
2. По какому признаку классифицируется оборудование пищевых производств?
3. Что такое МАС и что в ней указывается?
4. Что такое машина и ее характерные признаки?
5. Что такое аппарат и его признаки?
6. Что называют автоматической линией?
7. Что называют поточно-механизированной линией?
8. Что такое промышленный робот и его характерные признаки?
9. На какие участки можно условно разделить любую линию пищевых производств?
10. К какой группе и какой подгруппе классификации по функционально-технологическому признаку относится бункерный агрегат для брожения опары в МАС производства массовых сортов хлеба?
Тесты по теме:
1) принципиальных отличий нет; 2) различие заключается в системах управления; 3) промышленный робот – это отдельный автомат.
2. В чем заключается основной признак машины?
1) в наличии станины; 2) в наличии системы управления; 3) в наличии рабочего органа.
3. В чем заключается основной признак аппарата?
1) в наличии корпуса; 2) в наличии реакционного пространства; 3) в наличии привода.
4. Сколько групп оборудования имеет классификация технологического оборудования по функционально-технологическому признаку?
1) восемь групп; 2) девять групп; 3) шесть групп.
5. К какой группе и какой подгруппе классификации оборудования по функционально-технологическому признаку относится экстрактор в МАС производства растительного масла?
1) к третьей группе второй подгруппе; 2) пятой группе первой подгруппе; 3) к пятой группе второй подгруппе.
Тема 3. Оборудование для подготовки сырья, полуфабрикатов и технологического оборудования к основным технологическим операциям.
3.1. Оборудование для мойки, очистки пищевого сырья от наружного покрова, сортировки и очистки от примесей.
Для мойки растительного сырья, соприкасающегося с землей, используется чаще оборудование с жестким режимом воздействия (для очистки от грязи, моркови, картофеля, свеклы и т.п.), когда наряду с операцией отмокания проводят механическое воздействие подвижными устройствами (например, билами).
Моечные машины с жестким режимом мойки.
Указанные машины отличаются подвижными рабочими органами. Наибольшее распространение получили однокамерные машины с кулачками, насаженными на вращающийся вал. Конструктивное устройство подобных машин описано в работе (1, стр. 116, р. 4.3).
Недостатками однокамерных машин являлись неполнота очистки и объединение кулачкового и ковшового валов. В новых машинах реализован раздельный привод этих валов.
В комбинированных машинах (1, стр. 120, р. 4.4) используется многокамерная очистка, в которых чередуется уровень воды в камерах, что позволяет повысить степень отмыва, снизить расход воды и устранить перегрузку двигателей приводов. Недостатком комбинированных машин является повышенное дробление сырья.
Этот недостаток устранен в вибрационных машинах (1, стр. 122, р. 4.1). Производительность вибрационных машин П приближенно оценивается уравнением:
, Т/час
где d – диаметр барабана, м; - плотность среды, кг/м3; - скорость перемещения материала вдоль барабана, близкая к 0,05 м/сек.
Численное значение зависит от частоты и амплитуды вибрации. Для картофелемоечных вибрационных машин 0,5. Реализуемая степень очистки близка к 0,9995 – 0,9996, при производительности 1 т/час.
Для мойки машин с жестким режимом мойки наиболее важной операцией является отделение тяжелых примесей. Для их удаления используются песко- и камнеловушки ротационного типа. Схема их работы представлена в (2, стр. 104, р. II. 30). Песчинки проходят через перфорированную поверхность вращающегося барабана и оседают на неподвижном корпусе ловушки, откуда они транспортируются шнековым устройством – питателем, витки которого расположены именно на перфорированной поверхности барабана. Это устройство позволяет отделить песок и мелкий гравий в нижний лоток машины. Крупные камни отделяются в специальные карманы. Скорость заполнения карманов регулируется специальной заслонкой (2, стр. 104, р. II. 30). Заслонка не только регулирует скорость заполнения карманов, но и препятствует попаданию в них корнеплодов. При вращении два кармана поочередно опрокидываются на лотки, и камни выводятся из машины. Подвод корнеплодов производится через лоток расположенный в центре машины. Ускорения отмывки добываются путем использования вала с дебалансами, при котором возникает вибрация корпуса с частотой 1400 об/мин и амплитудой 6–8 мм.
Моечные машины с мягким режимом мойки.
Используют для отмыва таких нежных продуктов как клубника, вишня и др. мягкие фрукты. В таких машинах не предусматривается стадия отмокания. Физической основой их мойки является разность плотностей моющей среды, частиц загрязнений и очищаемого продукта. Плотность очищающей среды, как правило, близка к плотности продукта. Задачей технологического оборудования является разделение смеси на три фракции. Различная плотность этих фракций позволяет располагать разделяемые фракции в оборудовании на три слоя. Сверху грабельно-цепными ловушками удаляют всплывающие легкие примеси, а снизу отделяют примеси с большим удельным весом. Грабли с легкими примесями идут навстречу потоку жидкости и опрокидывают их в приемный бак. Глубина погружения грабель в жидкую среду регламентируется и регулируется специальными винтами.
Используются моечные машины с мягким режимом мойки различных типов: вентиляторные [1, стр. 124, р. 4.7], шнековые [1, стр. 126, р. 4.8] и встряхивающие [1, стр. 127, р. 4.9]. В этих машинах действует две зоны: зона отмывания и зона ополаскивания. Для интенсификации процесса в вентиляторных машинах используются барботеры в моечной зоне и спецнасосы в душевых устройствах, расположенных в зоне ополаскивания.
Производительность этих и других ленточных машин оценивают по формуле:
П = 3600 в h V, кг/час,
где в – ширина ленты; h – высота слоя плодов, м; V – скорость движения ленты, м/с; - плотность плодов, кг/м3; - коэффициент заполнения.
В шнековых моечных машинах применяется принцип противотока. Эти машины используются для мойки круп. Гречневая крупа и пшено обычно мойке не подвергаются.
Производительность шнековых машин определяется по формуле:
П = 15 (D2 – d2) n c, кг/час,
где D и d – соответственно наружный и внутренний диаметр; n – частота вращения, об/мин; - плотность, кг/м3; - коэффициент заполнения межвиткового пространства шнека; с – коэффициент, учитывающий угол наклона шнека по отношению к горизонту: при = 150, с = 0,9, а при = 300, с = 0,8.
Так как за шнековой моечной машиной расположены сита, важным условием нормальной работы является превышение пропускной способности сита над производительностью шнеков.
Встряхивающие моющие машины сильно воздействуют на сырье, поэтому их использование ограничено. Встряхивание осуществляется за счет кривошипно-шатунных механизмов различных конструкций. Успешность использования машин зависит также от расположения сит, частот и амплитуды их колебаний, а также коэффициентов трения контактирующих материалов.
Оборудование для очистки сырья от наружного покрова.
При очистке сырья от наружного покрова отделяют кожицу, пленки, оболочки и т.п. Чаще всего эти операции проводят после сортировки и калибровки. Различают механические и физико-механические методы очистки. При механических методах очистки основным процессом отделения покрова является трение, при физико-механических – для удаления наружного покрова применяется последовательное ошпаривание и вакуумирование сырья. Химические методы очистки проводят с использованием специальных реагентов. При комбинированных методах очистки сырья от наружного покрова могут использоваться все указанные методы.
Механический метод используется для очистки от кожуры картофеля, свеклы, моркови, лука, т.е. сырья имеющего грубую кожицу и плотную мякоть. Наибольшее распространение для очистки получили абразивные картофелечистки периодического действия [1, стр. 135, р. 4.13]. Машина состоит из цилиндрической чугунной рабочей камеры, в которой расположен диск, покрытый абразивной массой. Продукт загружается в камеру периодически через люк, разгрузка осуществляется через специальное окно, под действием центробежной силы. Для смыкания разрушенной кожицы в камеру через форсунку подается вода, которая через специальный зазор между стенками камеры и диском стекает в сливной патрубок. Недостаток этой машины – периодичность действия и значительные отходы устранены в абразивных картофелечистках непрерывного действия. Рабочий орган непрерывно-действующей картофелечистки состоит из 20 абразивных роликов, надетых на вращающиеся валы. Машина непрерывного действия может быть включена в поточные линии.
Но, машины с абразивными поверхностями рабочих органов, не обеспечивают полного удаления глазков и кожицы из углублений.
Более прогрессивным методом очистки является физический, в частности паровой способ очистки. Для его проведения используется паровая картофелечистка непрерывного действия [1, стр. 137, р. 4.15].
Овощи в указанной машине обрабатываются паром под давлением 0,4 – 0,7 МПа. При этом кожура растрескивается и легко отслаивается при последующей мойке водой. При физическом методе очистки снижается повреждение поверхности, повышается степень очистки. В паровой картофелечистке непрерывного действия на сырье оказывается комбинированное воздействие пара, перепад давления и механическое трение при перемещении продукта. Равномерное распределение клубней обеспечивается шнеком.
Масличные плоды и семена очищают от покровных оболочек методом обрушивания. Разрушение плодовой оболочки подсолнечных семян осуществляется на центробежной обрушивающей машине [3, стр. 237, р. 71].
Семена через питатель поступают на ротор машины, вращающийся со скоростью 1200–1500 об/мин, движутся вдоль радиуса ротора, покидая который ударяются о металлическую поверхность – деку. При этом оболочка семян разрушается. Получаемая при этом рушанка состоит из целых семян, сечки и масличной пыли. Для разделения фракций в рушанке используют аспирационные вейки [3, стр. 238, р. 72]. После аспирационной вейки ядро семян поступает на переработку, а недоруш идет на повторное обрушивание.
Оборудование для сортировки сырья.
Сортировку сырья производят по размерам, плотности, форме, цвету, степени зрелости. Разделение плодов и овощей по размерам называют калибровкой. Разделение зерна и другой сыпучей продукции на фракции называют сортировкой.
Валиколенточные калибровочные машины [2, стр. 288, р. IV.53, а] предназначены для калибровки яблок, слив, персиков, томатов, лука и др. шарообразных продуктов. Машина представляет ленточный конвейер, установленный под углом 350 к калибрующему валу. Плоды подаются сплошным потоком в один ряд (обеспечивается специальным вибрирующим питателем). Плоды по специальному лотку скатываются на стол, разделенный перегородками на секции, число которых на единицу больше числа ступеней калибрующего вала.
Для калибрования по двум размерам (например, огурцов по длине и толщине, продукт, откалиброванный по толщине, поступает на повторную калибровку по длине).
Используются также и универсальные калибрующие машины со сменными рабочими органами [2, стр. 290, р. IV.54, а], на которых можно калибровать практически все виды плодов и овощей. Производительность указанной машины значительно выше, поскольку в ней, в отличие валиколенточной продукт перемещается пятью потоками.
Разделение сыпучих продуктов на фракции называют сортировкой. Для сортирования зерна, како-бобов и др. продуктов на фракции используют ситовые сепараторы. Для просеивания сахара-песка, муки и др. применяют сита из металлической сетки, различающейся по номерам. Используются машины с плоскими и барабанными ситами. Машины с плоскими ситами имеют возвратно-поступательное, круговое и вибрационное движение. Машины с барабанными ситами могут быть с вращающимися и неподвижными ситами цилиндрической либо призматической формы. При сортировке зерна используются цилиндрические или дисковые триеры [2, стр. 262, р. IV.41, а, б]. Рабочим органом триера является шнек, перемещающий зерно из рабочего отделения в контрольное. Привод триера работает от электродвигателя. Вращение от вала дискового ротора на вал шнека передается цепной передачей. Распределение зерна регулируется заслонками.
Оборудование для хранения сырья.
К видам оборудования, предназначенного для хранения сырья, полуфабрикатов относят: силоса, бункера, емкости и т.п.
К силосам относят крупные многотоннажные емкости для временного хранения продукции. В отличие от элеваторов, являющихся предприятиями по хранению и переработке сырья, силоса относят к оборудованию. Силоса чаще всего изготавливают из листовой стали. Но применяют также бетонные и футерованные другими материалами емкости. Из-за экономии пространства силоса обычно имеют круглую форму.
К бункерам относят емкости меньших размеров. Их назначение состоит в создании операционного запаса сырья или полуфабрикатов на предприятиях. Их форма бывает и круглой цилиндрической, круглой конической и квадратной.
К просто емкостям относят сосуды небольших размеров и произвольной формы. Их используют для обеспечения хранения в течение заданного времени в процессе технологической переработки сырья.
Оборудование для мойки тары, резервуаров, другого вспомогательного оборудования и стерилизации питательных сред.
К подготовительным процессам относится санитарная обработка тары и оборудования.
Пищевая промышленность при переработке сырья и полуфабрикатов использует металлическую (алюминиевую, жестяную), стеклянную (бутылки, бутыли, банки), картонную и бумажную (коробки, пакеты и мешки) тару.
Мойке подвергается как металлическая, так и стеклянная тара.
Мойка металлической тары проще, чем стеклянной. При мойке металлической тары банки очищаются горячей водой и паром на внутренней и внешней поверхности [1, стр. 143, р. 4.2].
Например, машина для шпарки консервной тары. Для мойки стеклянной тары используются банко или бутылкомоечные машины [1, стр. 144, р. 4.22].
В стеклянной таре внутренние загрязнения часто образуют трудносмываемые пленки. Процесс мойки ведется как с предварительным отмоканием, так и без него. Мойку проводят гидродинамическим воздействием струи моющего раствора и обработкой щетками, либо ершами.
Автоматы для мойки стеклянной тары подразделяются по способу ведения процесса на отмочно-шприцевальные, шприцевальные и щеточные. Разделяют их по числу отмочных ванн и по типу несущего органа: конвейерные, барабанные и карусельные.
Наибольшее распространение получили отмочно-шприцевальные автоматы с транспортирующими цепными узлами сложной геометрии для мойки бутылок и банок. Автоматы содержат две отмочные ванны, шприцевальные устройства для обработки щелочными растворами, теплой и холодной водой, а также ванны для сбора моющих жидкостей. В нижней части автомата расположены теплообменники для подогрева жидкостей и сетчатый барабан для удаления из ванны смытых этикеток.
Для уменьшения термического боя тара орошается дважды: первый раз при температуре 25–300С водой, второй раз слабощелочной водой с температурой 40–450С. Мойку ведут раствором при температуре 60–650С, а затем во второй ванне с температурой 75–800С.
Качество мойки зависит от степени загрязнения, температуры, состава и скорости движения моющих растворов, а также продолжительности мойки.
Оборудование для мойки и санитарной обработки технологических машин.
Цель мойки и санитарной обработки оборудования состоит в удалении загрязнения с поверхности агрегатов и уничтожении микроорганизмов, для которых остатки продукта являются питательной средой.
Для обработки и внутренних поверхностей оборудования (смесителей, ферментаторов, вакуум-аппаратов) используют механизированные установки, состоящие из трубопроводов для подачи моющих жидкостей и вращающейся турбинки, разбрызгивающей раствор. Особо требуется следить за обработкой отверстий, которые забиваются продуктами.
При обработке лотков и форм, в которых возможно происходит спекание пищевых продуктов с их поверхностью (матриц на макаронных предприятиях, лотков на хлебозаводах и др.) мойку оборудования проводят после предварительного отмачивания при температурах 30–400С, причем мойку матриц макаронных производств проводят струей под давлением 0,4 МПа.
Трубопроводы для жидких пищевых продуктов моют горячей водой и щелочными растворами без их разборки.
Специальной водоподготовочной обработке моечная вода не подвергается.
Вопросы для самоконтроля по теме:
1. На какие классы делятся зернопродукты в зависимости от степени загрязненности?
2. Какие методы используют для ускорения мойки сырья?
3. Какое моющее оборудование используется при подготовке пищевого сырья к переработке?
4. Какое оборудование используется для сортировки пищевого сырья?
5. Какое оборудование используется для мойки стеклянной тары?
6. Чем отличается оборудование для жестких режимов мойки от оборудования предназначенного для мягких режимов?
7. Какими механизмами осуществляют встряхивание сырья?
8. Какие несущие органы используются для транспортировки тары?
9. Под каким давлением подают воду для мойки стеклянной тары?
10. При каких температурах рекомендуется осуществлять мойку макаронных прессов и лотков?
Тесты по теме:
1. Зависит ли производительность шнековой моющей машины от плотности пищевого сырья и коэффициента заполнения им межвиткового пространства шнека?
1) не зависит от указанных параметров; 2) зависит только от коэффициента заполнения межвиткового пространства шнека; 3) зависит от плотности пищевого сырья и от коэффициента заполнения межвиткового пространства шнека.
2. При какой влажности зерна происходит его самосогревание?
1) при любой; 2) при превышении равновесной влажности; 3) при содержании влаги больше 17%.
3. Является тара емкостью или оборудованием?
1) и емкостью и оборудованием; 2) емкостью; 3) оборудованием.
4. Почему стеклянная тара орошается дважды?
1) для экономии воды; 2) для увеличения степени чистоты; 3) для уменьшения стеклобоя.
5. Для каких целей используют бункера?
1) для силосования овощей; 2) для временного хранения многотонной продукции; 3) для сушки зерна.
Тема 4. Оборудование для механической обработки сырья и полуфабрикатов разделением.
4.1. Оборудование для резания.
Разделение как однофазных, так и гетерофазных систем на отдельные части ножами называют резанием.
Разделение резанием осуществляется различными приемами:
1) Нажатием режущим инструментом на материал, расположенный на прочной основе.
2) Вторым приемом резания является действие на материал контрножами. Особенностью этого приема является необходимость совпадения обеих плоскостей режущего инструмента, а движение осуществляется в направлении сближения режущих кромок.
3) Третьим приемом является так называемое свободное резание, т.е. разрезание материала, расположенного между опорами.
Сила резания рассчитывается по уравнению: F = в ℓ в, Н
где - безразмерный коэффициент пропорциональности; в – толщина разрезаемого слоя, м; ℓ - длина режущего лезвия, м; в – временное сопротивление материала, МПа.
Численное значение коэффициента находится в пределах от 1 до 2. Меньшие величины характеризуют силовые показатели при относительно высоких скоростях движении инструмента, а большие при малых скоростях резания. Большими являются скорости резания превышающие 100 м/с.
Устройства для резки (ножи) могут иметь различную форму: гладкие дисковые, зубчатые дисковые, гладкие плоские, зубчатые ленточные, саблеобразные, дугообразные, горшечные, винтообразные, проволочные. Надежность инструмента зависит от его состава и термообработки. Относительно дешевыми материалами для ножей являются, стали марок ХВГ, 9ХВГ. Несколько лучшими свойствами обладают ножи из сталей марок X12М, 7ХГ2ВМ. Если требуется прикладывать большие усилия и при высоких скоростях, так называемые ударные нагрузки (например, при разделки мяса с костями) куттеры целесообразно изготавливать из стали Н13К15М10. Это мартенситно-стареющая сталь, приобретающая конечную твердость не после закалки, а после отпуска (старения). Предел прочности этой стали достигает 2700 МПа. Еще легче держит удар сталь Н18К12М4Т2. Величина В для этой стали составляет 2350 МПа, но = 7%, при КСU = 0,3 МДж/м2. Эти стали не подвержены коррозии, немагнитны и слабо истираются.
Истирание ножей практически исключается, если на них наносятся аморфные покрытия (ленты) из сплавов Fe60, Cr8, Mo5, B27 или Fe80, B20. Приемлемые свойствами для изготовления ножей обладают кислотоупорные стали типа 95Х18Н10Т.
4.2. Оборудование для дробления.
Измельчение и разделение относятся к таким процессам, при которых меняются лишь форма и внешний вид сырья и полуфабрикатов, без изменения из физико-химических свойств.
В пищевой промышленности измельчение применяется для получения сырья или полуфабрикатов с частицами таких размеров, которые позволяют значительно облегчить и ускорить технологические операции (перемешивание, тепловую обработку, дозирование, транспортировку).
Дроблением называют процесс измельчения на фракции, размер которых превышает 1 мм; при более тонком измельчении говорят о помоле. Измельчение до размеров тоньше 10-6м (1,0 мкм) является затруднительным из-за слипания частиц.
Для проведения разделения материалов дроблением служат специальные машины: вальцовые, дисковые и молотковые дробилки.
Различают дробилки для крупного, среднего и мелкого дробления: крупное (с размерами частиц 40–250 мм), среднее (6–25 мм) и мелкое (1–6 мм).
Мельницы делят на предназначенные для тонкого (размер частиц от 0,075 до 0,5 мм) и коллоидного измельчения.
При помоле способами деформации являются раздавливание, истирание и удар. В зависимости от структурно-механических свойств продукта выбирают и соответствующие способы измельчения.
Так, для растительного сырья чаще применяют измельчение раздавливанием и реже удар, резку. Для хрупких веществ чаще применяют раздавливание и удар.
Способ вальцевания используется в различных валковых машинах, имеющих от одной до семи пар валков. Выбор числа валков обусловлен необходимой или допустимой степенью обжатия.
Примером машины, работающей по способу вальцевания является четырехвальцовая дробилка для солода на пивоваренных заводах [1, стр. 154, р. 5.7]. Рабочими органами дробилки являются вальцы, вращающиеся с одинаковыми частотами. Солод предварительно дробится верхней парой вальцов, затем дробленный солод вибросмесителями разделяется на фракции и направляется на нижнюю пару вальцов.
К оборудованию истирающе-раздавливающего действия относится пятивальцовая мельница, использующаяся для вальцевания шоколадных рецептурных смесей, глазури, конфетных пралиновых масс [2, стр. 198, IV.2]. Рецептурная смесь из бункера-дозатора поступает последовательно в зазоры между вальцами. При этом скорость вращения каждой последующей пары вальцов увеличивается, в результате чего происходит измельчение продукта.
Производительность вальцовых машин определяется из пропускной способностью:
П = 60 в ℓ D n , кг/час,
где - плотность продукта; в – зазор между вальцами; ℓ - длина валка; D – диаметр валка; n – частота вращения валков; - степень заполнения зазора измельченным продуктом.
Энергия, затрачиваемая на помол, зависит и от объема деформируемых частиц и от величины, создаваемой поверхности. По мере уменьшения размеров частиц возрастает роль поверхностных характеристик материалов.
Способ истирания измельчаемого продукта происходит и в дисковых мельницах. Так, для измельчения какао-крупки, обжаренных ядер орехов используется роторная мельница [2, стр. 201, р. IV.3]. Измельчение продукта в ней происходит в две стадии. На первой стадии измельчения происходит пластинами-молотками. На второй стадии измельчения продукт проходит через щелевое сито. Производительность мельницы регулируется изменением частоты вращения шнека. В зависимости от влажности и степени измельчения како-крупки она меняется в пределах 800–1200 кг/ч.
Способ ударного измельчения применяется в молотковых дробилках. Эффективность работы машин ударного действия зависит от реализуемой скорости движения частиц относительно молотков, или штифтов машин. Однако, при высоких скоростях движения возрастают трудности, связанные с балансировкой машин, поскольку неуравновешенность вращающихся масс может привести к авариям.
Из числа машин, в которых измельчение продукта происходит ударом, в пищевой промышленности наиболее широко распространены штифтовые мельницы – дезинтеграторы и дисмембраторы.
Для измельчения сахара, соли и др. хрупких продуктов используют молотковые дробилки [2, стр. 205, р. IV.5]. На роторе указанной машины закреплены радиально на осях молотки. Сырье подается в камеру питающим механизмом, представляющим собой двухзаходный шнек, приводимый в движение червячной передачей. На мельнице получают пудру с размерами частиц до 100 мкм. Производительность указанной дробилки 320 кг/ч.
В штифтовых мельцах-дезинтеграторах штифты закреплены по концентрическим окружностям на двух дисках, вращающихся в противоположных направлениях. Ряды штифтов одного диска расположены между рядами другого диска. Центробежной силой продукт отбрасывается от центра и, многократно ударяясь о штифты, измельчается.
В дисмембраторах вращается только один диск с закрепленными на нем штифтами, а вместо второго диска используется откидная крышка со штифтами. Продукт подается к оси вращающегося диска, отбрасывается к периферии, встречая на своем пути подвижные и неподвижные штифты, и измельчается.
4.3. Оборудование для разделения жидких пищевых продуктов.
Основными методами, используемыми в пищевой промышленности для разделения жидких смесей, являются отстаивание (седиментация), фильтрование и центрифугирование.
4.3.1. Разделение в поле сил тяжести.
К процессам разделения гетерогенных систем в поле сил относятся отстаивание и осаждение. Осаждение представляет собой процесс разделения, при котором взвешенные в жидкости или газе твердые или жидкие частицы отделяются от сплошной фазы под действием силы тяжести, сил инерции или электростатических сил. Осаждение, происходит под действием только силы тяжести, называется отстаиванием или седиментацией. В основном отстаивание применяется для предварительного, грубого разделения неоднородных систем. Причем отстаивание и осаждение совершенно идентичны по физической сущности процесса. Они различаются лишь тем, что при отстаивании дисперсная фаза обычно движется вверх, а при осаждении вниз. Поэтому вне зависимости от направления движения частиц общие закономерности процесса одинаковы.
Аппараты, предназначенные для проведения процессов отстаивания, называют отстойниками. Их можно разделить на три группы: для пылей, суспензий и эмульсий.
В типичном непрерывно действующем отстойнике суспензия поступает в центральную часть аппарата, осветленная жидкость выводится через кольцевой желоб, а осадок собирается в нижней части аппарата, при этом гребок, совершающий 0,02–0,5 об/мин, разрыхляет осадок и перемещает его по дну к разгрузочному штуцеру в центре отстойника.
В непрерывно действующем отстойнике для разделения, эмульсия вводится в среднюю часть аппарата между двумя перфорированными перегородками. После расслаивания легкая часть жидкости удаляется из аппарата через верхний отводной патрубок, а тяжелая через нижний. При этом высоты h1 и h2 отсчитываемые от поверхности раздела легкой и тяжелой жидкостей должны быть обратно пропорциональны плотностям жидкостей 1 и 2:
.
Не приводя подробный расчет процесса осаждения, рассмотрим кратко движение дисперсных частиц в ламинарном потоке в жидкой среде. Этот режим будет осуществляться при условии, если критерий Рейнольдса не превышает 2, если Re > 300, то режим движения становится турбулентным.
Напомним, что критерий Рейнольдса, отражающий влияние сил трения на движение жидкости, определяется следующим образом:
,
где - скорость движения частицы, м/с; - плотность жидкости, кг/м3; d – определяющий размер частицы, м; - коэффициент динамической вязкости жидкости, Па с.
При движении на частицу будут действовать сила тяжести Fт и выталкивающая сила Архимеда FА.
Результирующая этих сил равна:
,
где ч, ж – плотность частицы и жидкости соответственно, кг/м3; g – ускорение свободного падения; d – диаметр частицы, м.
Согласно закону Стокса сила сопротивления Fc движению частицы пропорциональна ее скорости ос, т.е
.
В случае установившегося движения силы Fс и Fр равны между собой, тогда
.
Уравнение позволяет определить скорость осаждения или всплытия (отстаивания) ос из соотношения
.
Из этого уравнения следует, что ос возрастает с увеличением квадрата диаметра частицы, разности плотностей частицы и жидкости, и с уменьшением вязкости среды.
Однако, необходимо отметить, что приведенные уравнения справедливы при условии, что все частицы имеют шарообразную форму. Это является определенным допущением. Поэтому на практике учет отклонений формы частиц производят с помощью поправочных коэффициентов
для частиц овальной формы = 0,77.,
для угловатых частиц = 0,66.,
для продолговатых частиц = 0,58., и
для пластинчатых частиц = 0,43.
Проектирование отстойников необходимо вести по оценке скорости осаждения допустимо мелких частиц, находящихся в исходной смеси. Поэтому осаждение таких частиц будет иметь место лишь, в том случае, если продолжительность осаждения будет меньше или равна продолжительности пребывания движущейся жидкости в отстойнике.
4.3.2. Разделение смесей методом фильтрации.
Постоянную разность давлений для обеспечения стационарности процесса фильтрации можно создавать различными способами. Так, например, если в пространство над гетерогенной системой подать сжатый воздух, или же под фильтровальной перегородкой создать разряжение вакуум-насосом, то фильтрация в обоих случаях будет осуществляться при постоянной разности давлений. При этом скорость процесса фильтрования обычно постепенно уменьшается, так как увеличивается толщина осадка.
Распространенный способ фильтрования, когда гетерогенную систему подают поршневым насосом с постоянной производительностью. В этом случае процесс фильтрования идет при постоянной скорости. Если же насос не обеспечивает постоянства расхода, то фильтрование идет при переменных значениях и давлении и скорости.
При разделении гетерогенной системы с небольшой концентрацией твердой фазы применяют фильтровальные вспомогательные вещества: диатомит, перлит, асбест, активированный уголь, древесную муку, которые наносят предварительно на фильтровальную перегородку в виде слоя толщиной не более 50 мм.
Процесс фильтрации существенным образом зависит от того, совпадают ли или противоположны направления действия сил тяжести и направление движения гетерогенной системы. Когда направление движения противоположно направлению действия сил тяжести, то это приводит к затруднению образования осадка.
В производстве под фильтрованием понимают не только разделение системы на фильтрат и осадок, но и последующие операции промывки и просушки осадка на фильтре.
В качестве фильтрующих материалов применяют естественные хлопчатобумажные (бельтинг, бязь, миткаль), искусственные (капрон, нейлон) и шерстяные ткани, а также плетенные и штампованные металлические сетки, песок, гравий и пористые керамические материалы.
Оборудование для фильтрования, вакуум-фильтры и др.
Классификационная схема фильтров, наиболее распространенных в пищевой промышленности приведена в [3, стр. 160].
Для фильтрования соков, вин и воды часто применяют так называемые фильтр-прессы.
Рассмотрим процесс выделения жидкой фракции на примере работы шнекового виноградного пресса ТI-ВПО-30А. Эти прессы широко применяют в винодельческой промышленности для выделения сусла из виноградной мезги.
Отличительной особенностью этого пресса является то, что установленные на одной оси прессующий и транспортирующий шнеки имеют разное направление вращения и разный заход, что необходимо для эффективного ворошения мезги и создания лучшего условия для выделения сусла.
Пресс работает следующим образом. Мезга из бункера поступает на транспортирующий шнек, при этом часть сусла стекает через сетку корпуса в его нижнюю часть и отводится в суслосборник. По мере продвижения мезги транспортирующим шнеком происходит постепенный отбор сусла самотеком за счет стекания сусла через перфорированный цилиндр в поддон. Попадая с транспортирующего шнека на прессующий мезга дополнительно ворошится, так как эти шнеки имеют разное направление вращения.
Окончательный отбор сусла происходит при продвижении мезги прессующим шнеком и на участке камеры максимального давления. Сусло стекает через отверстие цилиндра в поддон и через перфорацию барабана, откуда отводится в суслосборник.
Степень отжатия мезги обусловлена величиной кольцевого зазора между конусом и торцом цилиндра.
Величину этого зазора регулируют изменением давления в гидросистеме.
Фильтрующим элементом в таких системах, обычно являются картон, помещаемый между промежуточными металлическими плитами. Набор плит в зажатом состоянии образует ряд камер, каждая из которых разделена на две половины картоном.
Суспензия подводится из магистрали и попадает через каналы в камеры, а отфильтрованная жидкость выпускается через штуцер на выходной магистрали. Зажим камер может осуществляться механическим путем или гидравлическим способом.
В отличие от фильтр-прессов периодического действия удобнее использовать непрерывно действующие вакуум-фильтры.
Принципиальная схема работы барабанного вакуум-фильтра заключается в следующем. Фильтрующая перегородка расположена на поверхности вращающегося барабана, частично погруженного в фильтруемую жидкость. Между барабаном и фильтрующей перегородкой специальными ребрами созданы изолированные секции (ячейки). Каждая из секций распределительной головкой соединена либо с вакуумной системой, или с системой нагнетания сжатого воздуха. За один оборот барабана каждая секция фильтра последовательно проходит через все операции, при этом, фильтрованная жидкость отводится через штуцер, а на поверхности ячейки образуется осадок. После выхода секции из фильтруемой жидкости осадок сначала вакуумируется и в следующей секции из осадка удаляется остаток фильтра путем его промывки чистой водой. На операциях промывки создается разрежение и воздушно-водяная обедненная смесь отводится через специальный штуцер для дополнительной обработки. Имеется также специальная зона съема осадка ножом или специальным приспособлением, (0,02–0,09 МПа).
Перепад давлений в вакуум-фильтрах зависит от свойств фильтруемой жидкости. Основное ограничение указанных вакуум-фильтров – необходимость получения осадка толщиной 5 мм за 4 мин пребывания ячейки в жидкости. Схема барабанного фильтра приведена в [1, стр. 163, р. 5.13].
4.3.3. Разделение в поле центробежных сил.
Наряду с действием сил, определяемых внешним тяготением, на компоненты смесей могут действовать и центробежные силы, под действием которых также происходит разделение смесей на фракции с различной плотностью и размерами.
На интенсивность разделения действуют две группы факторов. Одна группа определяется конструктивными факторами – это так называемый коэффициент разделения.
Вторая группа факторов определяется свойствами разделяемых продуктов (радиусом частиц, различием плотностей и вязкостью). Это фактор разделяемости. Фактор или коэффициент разделения зависит от размеров машины, частоты вращения вала, числа разделяющих тарелок, и углом их наклона к горизонту. Произведение факторов разделения и разделяемости определяет производительность агрегата.
Агрегаты, в которых применяется центробежная сила разделяют на два основных типа: центрифуги и сепараторы.
Центрифуги делят на три класса:
1. тихоходные (фактор разделения Фр 1000),
2. скоростные (Фр = 1000 5000),
3. высокоскоростные (Фр более 5000).
По характеру отделения осадка центрифуги делят на отстойные, фильтрующие и комбинированные. В центрифугах обычно разделяют суспензии и дымы. В отстойных центрифугах жидкая часть смеси (фугат) заполняет рабочий объем ротора и осадок выделяется на стенках, причем исходная жидкая смесь непрерывно подается в рабочий объем, а фугат непрерывно удаляется через борт ротора. Иногда смесь не добавляется при центрифугировании. Это бывает тогда, когда разделяемость фаз невелика.
В непрерывно-действующих центрифугах осадок удаляется горизонтальным шнеком, расположенным соосно с ротором. В периодически-действующих центрифугах ротор обычно расположен вертикально, а удаление осадка производится специальными ножами, срезающими осадок со стенок барабана центрифуги. Периодически действующие центрифуги являются чаще всего фильтрующими: фугат просачивается через осадок и удаляется через перфорированные стенки барабана.
Сепараторы.
Сепараторы – это тонкослойные центрифуги. Назначение сепараторов состоит в разделении жидких фаз – эмульсий и суспензий. В сепараторах возможно отделение как жидкой, так и твердой фаз. Движущей силой разделения, как и при осаждении, является различие плотностей фаз.
Сепараторы применяются как для разделения фаз, так и для изменения их состава. Изменение состава приводит к сгущению суспензий и к осветлению фугатов. Поэтому сепараторы подразделяются на сепараторы-разделители и сепараторы-осветлители, а также комбинированные сепараторы, в которых реализуются обе функции.
В осветлителях осадок выделяется на стенках сепаратора, а в разделителях поток плотной фазы отделяется от потока легкой фракции.
Различают сепараторы и по степени изоляции разделяемых материалов от внешней среды. Они могут быть открытыми, полузакрытыми и герметическими. В открытых сепараторах и входящий и исходящий материальные потоки контактируют с атмосферой. Полузакрытые сепараторы имеют либо подачу, либо отвод жидкостей открытыми для контакта с воздухом. Чаще открытой бывает подача. При отводе продуктов под давлением жидкость не контактирует с воздухом, и такие сепараторы называют безпенными. В герметических сепараторах и подвод и отвод продуктов изолированы от контакта с воздухом.
По своей конструкции сепараторы имеют привод, барабан, приемно-отводящее устройство и приемник шлама. Кроме того, в составе сепараторов имеются тормозные приспособления, пульты управления и контрольно-измерительные приборы, такие как термометры, тахометры, ареометры и другие, например указатели уровня жидкостей.
Минимальный диаметр частиц, остающихся в жидкости при сепарировании может быть оценен из соотношения:
, м
В этом соотношении П – означает производительность выраженную в м3/сек, - динамическая вязкость среды, Пас; z – число тарелок, установленных в сепараторе (штук); tg - тангенс угла наклона этих тарелок к горизонтали. Величины R и R0 означают, соответственно, радиусы края тарелок и вала сепаратора, измеряемые в метрах; - разность плотностей частиц и жидкости, выраженную в кг/м3; n – частота вращения тарелок в 1/сек.
Трансформацией выражения для очистки минимальных размеров частиц можно представить равенство для производительности сепаратора.
.
Важным параметром сепараторов является давление жидкости на стенки барабана Pж, по грубой оценке оно определяется по разности кинематических энергий единицы объема жидкости на стенках барабана и на поверхности вала, т.е.
.
Отсюда следует, что потребная на сепарацию мощность может быть определена из соотношения: N = Pж А V, где А – скорость движения жидкости на расстоянии, соответствующем положению выпускного отверстия, измеряемом от оси сепаратора. По приближенной оценке V 2 Rвн n, R0 = 0,1 Rвн. Тогда выражение, принятое для оценки мощности примет вид:
N = к Н R4 n3 ж.
Если в этом уравнении величину N выразить в киловаттах, а Н и R в м, n в 1/с, а в кг/м3, то значение К принимают равным 1,6–1,8 х 10-5.
Кроме затрат энергии в единицу времени на движение жидкости, имеются затраты на трение в механизмах, диссипация (рассеяние) энергии при турбулизации потоков и других источников потерь – К.
Так как на практике приходится разделять жидкости с различными размерами частиц, то становится очевидным, что при уменьшении диаметра частиц, например, в два раза, необходимо увеличить тоже в два раза, а потребную мощность в 8 раз. Это обстоятельство привело к необходимости разработки и применению так называемых баромембранных установок, позволяющих выделять из коллоидных растворов, в которых частицы имеют размеры сопоставимые с размерами молекул. Мембрана – это перегородка, толщиной 0,25–0,5 микрон, содержащая ориентированные к ее поверхности поры – капилляры, диаметром сопоставимым с размерами молекул, т.е порядка 10-9м. Такие мембраны называют анизотропными. Если мембраны изготавливают из изотропных пористых материалов, то их толщина увеличивается на один-два порядка, но соответственно, снижается и их проницаемость.
Так как анизотропные мембраны имеют малую прочность, то их наносят на относительно толстые пористые подложки в 100–200 мкм и с порами на 2–3 порядка более крупными, чем в мембранах.
Ориентировочная величина скорости опускания жидкости над мембранным фильтром составляет 0,5–5,0 мм/сек. Так как доля площади фильтра, занимаемая порами составляет лишь 20% от общей, то скорость движения вдоль пор должна находиться в пределах 0,5–25 мм/сек.
В соответствии с формулой Пуазейля получим:
,
где ℓ - длина поры в метрах. Подставив численные значения величин, входящих в формулу (при V = 2,5 мм/с; = 10-3 Па с, ℓ = 5 10-7м и R = 10-9м), получим что требуются разница давлений Р = 100, превосходящая атмосферное. Такие давления технически осуществить очень сложно.
4.4. Оборудования для выделения жидких фракций из твердого сырья.
Близким по физическому принципу разделения сырья и полуфабрикатов к мембранному является метод прессования. Он применяется при отжатии масла из растительных клеточных структур, соков из ягод и плодов, экстракции биоактивных веществ из растений и др. Вышеперечисленные массы, подвергаемые давлению, имеют сложную клеточную структуру и сопротивление выделению из них жидкости оказывается значительным. Для уменьшения этого сопротивления продукты перед отжатием подвергают различной обработке.
Отжатие жидкой фазы при этом методе производится прессами. Классификация прессов приведена в [1, стр. 183, р. 21]. Прессы могут быть поршневыми, шнековыми, шестеренными, вальцовыми, ленточными и др. Прессы могут быть как работающими периодически, так и непрерывно. Особенностью работы прессовых установок являются существенные изменения R и ℓ в процессе прессования. Эти изменения зависят от методов предварительной термообработки сырья.
Производительность прессов можно оценить из соотношения:
П = А V ,
где V – скорость перемещения поршня пресса, м/с; А – величина торцовой поверхности поршня, м2; - плотность исходного материала, кг/м3; - коэффициент заполнения (зависит от разности давлений).
Допустимая скорость перемещения поршня определяется пропускной способностью материала, применяемые перепадом давлений и вязкостью жидкостей, уменьшающейся при повышении температуры.
Для прессов, отжимающих масло, перепад давлений Р составляет 15–30 МПа. Изменение скорости отжатия производится регулированием противодавления.
Число прессов извлечение масла из сырья применяется лишь при небольших объемах производства. Теперь оно является лишь предшествующей операцией, перед окончательным обезжириванием сырья экстракцией.
Шнековые прессы в зависимости от рабочего давления и масличности выходящего жмыха, делят на прессы предварительного съема масла (форпрессы) и прессы окончательного съема масла. Форпрессы обладают высокой производительностью (70–80 тонн в сутки) при сравнительно невысоком съеме масла (масличность жмыха составляет 15–17%). Прессы глубокого съема масла имеют значительно меньшую производительность (18– 30 тонн в сутки), но зато масличность жмыха составляет лишь 4–7%. Применяются также и шнековые прессы однократного окончательного отжима, в которых в одном агрегате последовательно производится предварительный и окончательный отжим масла.
Вопросы для самоконтроля по теме:
1. Какие виды резания используются для разделения сырья и полуфабрикатов?
2. Из каких материалов лучше изготавливать износостойкие ножи?
3. Чем отличается дробление от помола?
4. Какое оборудование применяют для проведения помола?
5. Чем отличается седиментация от фильтрования?
6. Какое оборудование применяется для разделения жидких продуктов?
7. Какие типы центрифуг и сепараторов используются для разделения жидких продуктов?
8. В каких случаях применяется метод прессования?
Тесты по теме:
1. Какое оборудование целесообразно выбрать для осветления жидкостей?
1) пресс-фильтры; 2) отстойные центрифуги; 3) сепараторы.
2. Как определяется сила резания?
1) по мощности двигателя; 2) по размерам и прочности измельчаемого материала; 3) по твердости и остроте ножа.
3. Как определяется производительность вальцовых машин?
1) по диаметру вальца и по частоте его вращения; 2) по зазору между валками, ширине полосы и ее скорости; 3) по мощности привода.
4. На каких агрегатах достигается максимальная степень измельчения?
1) при комбинации дробилок и мельниц; 2) в шаровых мельницах; 3) в ступках.
5. От вязкости или размеров частиц сильнее зависит скорость осаждения суспензий и расслоение эмульсий?
1) от вязкости; 2) от размеров; 3) в одинаковой мере.
6. Почему ограничено применение мембранных фильтров?
1) из-за малой прочности мембран; 2) трудностей создания потребных давлений; 3) из-за высокой стоимости оборудования.
7. Для чего применяют барабанные фильтры?
1) для очистки суспензий; 2) для перемешивания круп; 3) для получения чистых осадков.
8. На какие виды делят центрифуги?
1) на тихоходные, скоростные и высокоскоростные; 2) на открытые, закрытые и полузакрытые; 3) на пенные и безпенные.
9. От радиуса тарелок или частоты вращения центрифуг сильнее зависит потребная мощность?
1) радиуса; 2) частоты; 3) одинаково.
Тема 5. Оборудование для механической обработки сырья и полуфабрикатов соединением.
5.1. Оборудование для соединения компонентов перемешиванием с получением тестообразных продуктов и жидких смесей.
С процессом формования пищевых масс неразрывно связан подготовительный процесс перемешивания вязких сред, получаемых из исходных компонентов сырья.
Так, например, в макаронной и хлебопекарной промышленностях смешение муки, воды и других ингредиентов преследует цель получения высококачественного теста. В кондитерской промышленности смешение орехосодержащих сыпучих масс с жирами и другими компонентами позволяет получить вязко-текучую массу, отвечающую необходимым требованиям ее формования.
В производстве консервов и мясопродуктов смешение осуществляется на фаршсмесительных машинах. В молочной промышленности процессу формования сыра предшествует вымешивание компонентов в ванне с мешалкой.
Перемешивание сопровождается интенсификацией физико-химических, коллоидных и биохимических процессов, приводящих к получению полуфабрикатов со свойствами, необходимыми для последующего формования изделий.
Можно выделить группы явлений, сопутствующих перемешиванию вязких сред, это: взаимосмешение самих сред, их темперирование, выравнивание концентраций частиц в их объеме и диспергирование.
Главное направление исследовательских работ по перемешиванию вязких сред связано с повышением эффективности перемешивающих устройств. При этом сравнение производится по величине потребной мощности на единицу объема при достижении идентичных технологических показателей готовности полуфабриката к формованию.
Способ формования пищевых масс зависит от вязкости сред, а при различных вязкостях эффективны соответствующие им конструкции смесителей. Это связано с тем, что, например, при подготовке к формованию тестовых масс, мясного фарша, творожных изделий необходимо получение высоковязких систем, которые при формовании сохраняли бы форму и размер. При формовании же конфетных шоколадных масс отливкой необходимо получение полуфабриката с высокотекучими свойствами.
Для мешалок различного типа обычно приводятся области рекомендуемых вязкостей [2, стр. 71]. Вязкость перемешиваемых масс может меняться от 0,1 1,0 Па с, до 100 и более Па с.
В первом случае рекомендуются лопастные, либо пропеллерные мешалки, во втором – якорные, турбинные, рамные и др. типов.
С гидродинамической точки зрения процесс перемешивания сводится к взаимодействию рабочих органов и корпуса смесителя с вязкой средой. Указанное взаимодействие зависит от структуры и характера потоков, возникающих в вязкой среде от вращения перемешивающих устройств.
Как известно вращательное движение жидкости может быть статическим и динамическим. Статическое вращение характеризуется постоянством угловой скорости вращения для всех точек среды, т.е. = const, а скорости выражаются уравнением:
Vст = r,
где Vст – окружная скорость вращения, м/с; r – радиус вращения, м.
В результате такого вращения возникает вихревой столб, в котором все частицы жидкости находятся в относительном покое и трение между слоями отсутствует.
По мере удаления от оси вращения и приближения к внутренним стенкам смесителя окружная скорость Vст сначала возрастает, а затем уменьшается и на стенках аппарата становится равной нулю. Следовательно, в объеме смесителя существует не только статическое вращение. В действительности наряду со статическим на периферии смесителя возникает динамическое вращение жидкости, для которого характерно изменение скорости по закону.
, где С – константа.
Из этого равенства видно, что с увеличением радиуса r скорость вращения Vд стремится к нулю, что лучше соответствует физике процесса.
Расчет потребной мощности на перемешивание производится по уравнениям, аналогичным приведенным ранее для сепараторов. Методом анализа размерностей можно показать, что отношение потребной мощности N к произведению n3 R5 (где - плотность перемешиваемой среды, кг/м3; n – частота вращения мешалки, 1/сек; R – радиус емкости, в которой ведется перемешивание) является безразмерным и зависит только от безразмерных критериев. Основным, как показывает и опыт, и анализ, является критерий Рейнольдса – Re. Это позволяет оценивать потребную мощность по принятым значениям , n, R и , где - вязкость перемешиваемой среды.
Эффективное выравнивание состава смесей достигается за 300–500 оборотов мешалок.
При расчетах аппаратуры следует учитывать, что вязкость суспензий зависит от объемной доли твердой фракции v. При малых значениях , т.е. при 1, = (1 2,5v). Сама объемная доля твердой фракции оценивается из соотношения:
.
Если объем или масса твердой составляющей больше, чем жидкой, то вязкость более резко увеличивается с ростом доли . Для эмульсий вязкость смеси определяется вязкостью жидкости, доля которой больше 0,7. Если же доля добавляемой более вязкой фазы превышает 0,3, то вязкость смеси может превышать вязкость менее вязкой фазы.
При приготовлении, например, теста, следует учитывать не только изменение его вязкости при изменении скорости вращения (скорости сдвига - ), но и изменения, обусловленные набуханием клейковины (белковой составляющей в муке), зависящей от температуры и от ее содержания.
В данном случае обычное выравнивание критерия Рейнольдса целесообразно представить в следующей форме: Re N Dм2, где N – мощность, а Dм – диаметр мешалки, равный примерно ⅓ от диаметра дежи. Величина N связана со скоростью сдвига , которую оценивают из соотношения: = 13n, 1/мин. В этом соотношении n означает частоту вращения мешалки в об/мин. Так как тесто не подчиняется закону Ньютона, т.е. не является Ньютоновским телом, то для расчета мощности расходуемой на перемещение тестомесильных органов сначала оценивают усилие, действующее на 1 м2 мешалки применяя уравнение Сен-Венана. В частности для макаронного теста оно имеет вид:
τ = 1,23 10-5 0,31, Н/м2.
Определив площадь контакта месильных органов с тестом и обозначив ее через А, получим выражение для потребной мощности в следующем виде:
N = A τ Vм, где V – максимальная скорость мешалки.
В результате получим, что N = А 1,23 10-5 0,31 n/60, ватт.
Следует отметить, что на практике оценка оборудования для перемешивания проводится не путем расчетов, а на основе инженерного опыта. При этом, оценки проводятся не сразу для промышленного оборудования, а сначала для моделей. При этом испытываются именно тестообразные массы. Условно границей между тестом и жидкостью принимается вязкость равная 100 Па с.
Сложность процессов перемешивания, трудноучитываемые изменения реологических свойств теста привели к разработке автоматической системы, суть которой состоит в изменении количества дрожжевого раствора при изменении вязкости. В оборудование встроен вискозиметр, который управляет дозатором расхода дрожжевого раствора, что обеспечивает не только постоянство вязкости, но и стабильность свойств теста.
Приведенный способ управления применяется в установках непрерывного действия.
Вообще же по принципу работы этот вид оборудования делят на смесители периодического и непрерывного действия.
Для подготовки пищевых масс к формованию применяют самые разнообразные конструкции перемешивающих машин. Наибольшим разнообразием отличаются машины, применяемые для замеса теста. Замес теста в машинах периодического действия осуществляется как в подкатных дежах, так и в установленных стационарно. При этом замес осуществляется рабочими органами разнообразных конфигураций, совершающими пространственное перемещение в объеме дежи.
В машинах непрерывного действия замес теста осуществляется рабочими органами, расположенными на валах месильных емкостей [1, стр. 73, р. 3.14].
5.2. Оборудование для соединения компонентов, с целью получения жидких полупродуктов.
Известно, что степень перемешивания различных компонентов смесей зависит от создания мешалкой вихревых потоков. При данном общем числе совершенных оборотов она тем выше, чем выше угловая и линейная скорости движения мешалки. Однако, при этом возрастает и потребная мощность.
При получении жидких смесей часто используются турбинные мешалки, в которых обычно внешний диаметр составляет примерно ⅓ от диаметра аппарата. Например, наибольшая эффективность перемешивания в аппаратах объемом 76 м3 достигается при скорости V = 5,6 м/с соответствующей частоте вращения n равной 1,17 об/сек.
При получении жидких смесей используются также ленточные, рамочные, якорные мешалки, а также лопастные, винтовые и шнековые мешалки. При этом системы могут иметь отражательные перегородки. Для согласования процессов перемешивания и массообмена применяются как быстроходные, так и тихоходные системы. В кондитерской промышленности, а также на предприятиях общественного питания для подготовки к формованию взбивных конфетных масс, зефирной массы, для приготовления кремов и бисквитного теста осуществляют смешение компонентов с одновременным насыщением смесей воздухом. С этой целью рабочие органы совершают сложные движения.
Физическая картина процесса перемешивания, при этом не меняется и расчет мощности, в этом случае тоже не претерпит изменений. Однако насыщение гомогенной смеси пузырьками воздуха приводит к получению дисперсной системы, состоящей из пузырьков воздуха и дисперсной среды, то есть к образованию жидкостно-газовой эмульсии.
Свойства образующейся дисперсной системы зависят от геометрических размеров смесителя, скорости вращения рабочего органа, реологических свойств перемешиваемого продукта. Важным показателем подобных дисперсных систем является плотность полуфабриката, которая является показателем готовности его к формованию.
Величину газосодержания определяют из соотношения:
,
где Vвозд. – объем воздуха в готовой смеси; Vд.ср. – объем дисперсионной среды.
Плотность смеси определится выражением: см. = д. ср. (1 - Г),
где д. ср. - плотность дисперсионной среды.
5.3. Оборудование для соединения с целью получения сыпучих полуфабрикатов.
Оценка величины ср используется при определении числа Рейнольдса и следовательно потребной мощности.
Смешение сыпучих сред – это процесс, в результате которого исходные сыпучие компоненты, находящиеся с смешиваемом объеме должны образовывать однородные смеси.
Смешение сыпучих ингредиентов представляет сложный механический процесс, зависящий от геометрических и кинематических параметров смесителя. Условно можно выделить следующие элементарные стадии смешения: перемещение группы соседних частиц из одного места смеси в другое (процесс конвективного смешения), постепенное перераспределение частиц различного типа через образующиеся границы их раздела (процессы диффузионного смешения), а также процесс сегрегации.
Для осуществления непрерывного и периодического процесса смешения сыпучих тел применяют разнообразные смесители: лопастные, барабанные, шнековые, ленточные, вибрационные.
Принято считать, что смешение сыпучих материалов это стохастический (вероятностный) процесс. Если условно объем смесителя, занятый смесью разбить на отдельные макро-объемные смеси, то в первый период под действием внешних сил макрообъемы распадаются на микрообъемы. Затем частицы сыпучих ингредиентов под действием внешних сил начинают перемещаться из одного микрообъема в другой. С течением неопределенного времени происходит выравнивание концентраций в смеси.
Эффективность смесительного оборудования принято оценивать по неоднородности смеси, определенной экспериментально. На практике качество смеси оценивается по определенным характерным физическим свойствам, в зависимости от назначения смеси. Учитывая вероятностный характер процесса смешения, для прогнозирования качества смеси применяют методы статистики, рассчитывая среднее значение концентрации ингредиентов, средне квадратичные отклонения и т.д.
Общепринятым критерием оценки качества смеси является коэффициент вариаций, который применительно к смеси называют коэффициентом неоднородности:
, %
где - среднее арифметическое значение концентрации ключевого компонента во всех пробах смеси, %; Сi – концентрация ключевого компонента в i-й пробе смеси, %.
Таким образом, с самого начала предполагается, что смешение осуществляется по принципу случайного процесса с ожиданием благоприятного исхода.
При рассмотрении оборудования, используемого для получения однородных сыпучих смесей, для оценки, как конструктивных особенностей, так и оценок потребной мощности следует учитывать гранулометрические характеристики смешиваемых продуктов и их свойства. Обычно различают идеальный сыпучий материал (если можно пренебречь связями между частицами) и связным сыпучим материалом, в котором имеет место связь между частицами.
Гранулометрический состав сыпучего продукта определяют по распределению линейных размеров частиц (по гистограммам). Если частицы имеют неправильную форму, то используют условный диаметр, который определяется как средний арифметический, иди средний геометрический из имеющегося набора размеров. Гранулометрический состав определяют различными методами (непосредственным измерением, ситовым анализом, седиментационным методом по осадку, фильтрацией, фотоимпульсным и телевизионным методами).
При расчете смесителей для сыпучих продуктов, как правило, используют данные моделирования процессов смешения. Метод математического моделирования смешения сыпучих продуктов является основным. Но и этот метод осложняется тем, что для большинства реальных процессов не удается составить достаточно адекватную систему уравнений.
Для получения смесей сыпучих продуктов используются смесители с многолопастными мешалками, смесители с одновременным измельчением сыпучих продуктов, смесители непрерывного действия (машины со стационарными камерами) и вибросмесительные машины. В вибросмесительных машинах источнику колебаний сообщается поступательное движение, а частицы смешиваемых компонентов движутся по круговой, либо эллипсоидальной траектории и периодически получают ударный импульс. Колебания частиц интенсифицируют процесс перемешивания, снижают его длительность и обеспечивают более высокое качество смеси.
Вопросы для самоконтроля по теме:
1. Какие типы мешалок используются в оборудовании для смешивания различных компонентов?
2. Какой диаметр мешалок является оптимальным?
3. Как оценивается потребная мощность в агрегатах для перемешивания?
4. Какой из безразмерных критериев является основным?
5. Какие факторы учитываются при потребной мощности при приготовлении макаронного теста?
6. Какими методами оценивается гранулометрический состав сыпучих продуктов?
7. Как учитывают неправильность формы частиц?
8. Какие способы управления качеством теста Вы знаете?
Тесты по теме:
1. Рассмотрите возможные методы оценки длительности смешения различных компонентов в продукт.
1) теоретическим расчетом; 2) на основании инженерного опыта; 3) сочетанием теоретических оценок с результатами проверки моделирования.
2. Как оценивается линейная скорость движения частиц при вращении мешалок?
1) по уравнениям; 2) по измерениям; 3) по мощности привода.
3. Зависит ли вязкость суспензий от объемной доли твердой фазы?
1) не зависит; 2) увеличивается почти линейно; 3) уменьшается с ростом этой доли.
4. По какому уравнению оценивают мощность привода для перемешивания теста?
1) N = КND5т3ж 2) Т = 1,23 105А0б31D (n/60); 3) N = 5П
(П – производительность в т/час).
5. Для чего оценивают газосодержание в кремах?
1) для определения плотности; 2) для вычисления числа Рейнольдса; 3) для оценки мощности.
6. В каких единицах выражают динамическую вязкость?
1) в Па; 2) в Па с; 3) в Ньютонах.
Тема 6. Оборудование для механической обработки сырья и полуфабрикатов формованием.
Разнообразие свойств пищевых продуктов, а также различия требований к внешнему виду продукции, обусловили многообразие способов ее формования. В связи с этим формующее оборудование классифицируется как по типу и характеру движения нагнетателей, по характеру формующего продукта, по рабочим характеристикам нагнетателей и др.
В пищевой промышленности для формования изделий используются различные типы нагнетателей: поршневые, шестеренные, лопастные, шнековые (с одним или несколькими шнеками), валковые и комбинированные.
Поршневые нагнетатели применяются при формовании не только экструзией, но и отливкой и отсадкой вязко-текучих пищевых масс, при таблетировании сыпучих масс.
Шестеренные нагнетатели, как правило, в качестве рабочих органов имеют зацепляющиеся между собой шестерни, которые, вращаясь в неподвижном кожухе, обеспечивают объемное выдавливание продукта из зоны питания в зону нагнетания.
Принцип действия лопастных нагнетателей не отличается от принципа действия аналогичных лопастных насосов.
Валковые нагнетатели применяют в тех случаях, когда нет необходимости создания высоких давлений.
Наибольшее распространение в пищевой промышленности получили шнековые нагнетатели. Их достоинством является возможность непрерывной подачи массы, создания высоких давлений, возможность термостатирования и пластификации пищевой массы при ее прохождению по шнеку.
По характеру движения нагнетательных органов все машины делятся на машины с непрерывным и периодическим действием.
Общепринято подразделять формующие машины по напорно-расходным характеристикам их нагнетателей (зависимость объемного расхода от давления) на три группы: жесткую, мягкую и переменную.
Жесткая характеристика свойственная формующим машинам с поршневыми, шестеренными, лопастными нагнетателями, а также многошнековым установкам с зацепляющимися шнеками.
Мягкая характеристика присуща одношнековым и валковым нагнетателям. Нагнетатели с переменной характеристикой наиболее эффективны в отсадочных машинах, где возникает необходимость при непрерывном движении нагнетателя, снижать давление на продукт, находящийся в предматричной камере.
Поскольку главным признаком конструкций формующего оборудования является способ нагнетания и тип нагнетателей, целесообразно классификацию формующего оборудования представить в следующем виде:
1. Оборудование для формования штамповкой (прессованием).
2. Оборудование для формования экструзией (выдавливанием).
3. Оборудование для формования отсадкой, раскаткой и закаткой.
4. Оборудование для формования путем отливки.
6.1. Оборудование для формования штампованием (прессованием).
При этом способе формования изделиям придается новая форма, изменяется их плотность и сопряженные с ней свойства. Штампование производится в замкнутом объеме оборудования, величина которого постоянна.
Выбор агрегата для формования изделий прессованием зависит от реологических (вязко-пластических) свойств перерабатываемого продукта. При выборе органов формующей машины необходимо учитывать релаксацию, т.е. изменения формы продукта после прессования. Время воздействия рабочих органов машины должно быть больше времени релаксации. Следовательно, производительность формующей машины определяется свойствами перерабатываемого продукта.
Примером машины, формующей продукты прессованием (брикетирование путем уплотнения) может служить валковый пресс [2, стр. 252, р. IV.36]. Рабочим органом пресса служат валки, катящиеся по матрице. Перерабатываемый продукт подается на вращающуюся матрицу, через ее отверстия выдавливается валками; спрессованный продукт разрезается на брикеты. Размер брикетов зависит от длины ножей.
Принцип формования изделий прессованием используется и при таблетировании пищевых продуктов. Схема оборудования для прессования таблеток приведена в [1, стр. р. 7.22 и 7.23].
Рассмотрим кратко процесс получения сдавливанием таблеток круглой и кольцеобразной формы.
При перемещении пресса вниз, таблетируемая среда уплотняется и изменение плотности записывается выражением: (z) = 0 H0/z, где Н0 – начальная высота таблетки, м; 0 – начальная плотность. Поскольку масса таблетки М – постоянна, то ее изменения с высотой таблетки не происходит.
Рассмотрим усилия, которые требуются приложить прессующему устройству для формования таблетки.
По закону Ньютона сила. действующая на тело равна произведению массы тела на ускорение: масса слоя толщиной dz равна (z) A dz. При одномерном движении элементарного слоя толщиной dz уравнение Ньютона принимает вид: (z) R2dz wz = R2dPz + 2R f Prdz, где R – радиус нагнетающего устройства пресса, dz – толщина слоя таблетки, wz – ускорение движения материала; dPz – разность сил, действующих на горизонтальную площадку площадью R2, а величина f соответствует силам трения, действующим на вертикальную поверхность слоя, равную 2R2dz.
Радиальная распирающая сила Pr, принимается пропорциональной вертикальной силе давления: Pr = P(z).
Величину ускорения wz можно выразить через производную от vz (vz – скорость движения пресса: vz = v0z/H0).
Значение .
Подставив значение wz и (z) в уравнение Ньютона получим:
или после сокращения подобных членов получим дифференциальное уравнение:
, связывающее Pz с высотой таблетки и параметрами пресса. Решение этого уравнения может быть представлено в следующем виде:
,
где Нт – текущая величина таблетки.
Для прессования таблеток кольцевой формы следует учитывать различие радиусов – Rвнутр. и Rвнеш. и различие в коэффициентах трения на разных радиусах.
Зная разность высот таблетки (Н0 - Нт) при заданных значениях давлений Pz = Ho и Pz = Hт, определяют параметр f, а затем по известной величине f определяют величину давления пресса в конце прессования Pz = Hкон. Таблетки заданной высоты – Нкон.
Формование методом штамповки используется при переработке конфетных масс (мармелада, ирисных, шоколадных, мучных кондитерских изделий).
Для брикетирования пищевых концентратов (крупяные каши, кисели, сухие супы) используются карусельные прессы [2, стр. 254, р. IV.37]. Прессование пищевой массы осуществляется двумя пуансонами, движущимися навстречу друг другу. В агрегате имеется специальный механизм, регулирующий давление сдавливания продукта для изменения степени прессования и высоты брикета. Движением пуансонов регулируется время выдержки формующего продукта под давлением.
Формование штампованием используется и в макаронной промышленности, но ему предшествует формование выпрессованием (экструзией).
В кондитерской промышленности формование штампованием используется при нанесении рисунков и надписей на печениях, пряниках и т.д.
В молочной промышленности методом штампования (таблетирования) формуют сыры, творог, масло.
В мясоперерабатывающей промышленности штамповкой изготавливают пельмени.
6.2. Формование методом экструзии.
Метод экструзии при формовании пищевых масс заключается в том, что процесс выдавливания перерабатываемой массы происходит через отверстия матрицы, придающие изделию требуемую форму.
Формование экструзией имеет ряд преимуществ перед другими способами, поскольку имеется возможность непрерывного осуществления процесса, с высокой скоростью, что позволяет встраивать экструдеры в автоматизированные и поточные линии.
В макаронном производстве экструзией формуются практически все изделия: трубчатые, сплошные, фигурные.
Примером формующей машины для экструзии макаронных изделий является шнековый пресс [2, стр. 256, р. IV.38]. В прессе предусмотрена возможность смены матриц с различной формой отверстий. Вращающиеся ножи отрезают выпрессовываемые из матрицы жгуты на требуемую длину изделия.
В кондитерской промышленности для формования жгутов конфетных масс используют экструдеры с шестеренными нагнетателями [2, стр. 258, р. IV.39]. Машина состоит из формующего устройства, распределительного шнека, матрицы и приемного конвейера. Из камеры пищевая масса захватывается шнеком и нагнетается в камеру с матрицей. Выходящие из матрицы жгуты попадают на конвейерную ленту.
В метолах формования экструзией наиболее широко используются шнековые нагнетатели.
Выбор того или иного вида шнековых устройств производится, как правило, сочетанием имеющихся экспериментальных данных с анализом довольно сложных теоретических моделей, описывающих процессы, происходящие в каналах шнека.
Проведение анализа работы экструдеров и выбор путем их совершенствования может быть обеспечено за счет существенного упрощения методов описания физических процессов.
Поэтому из всего многообразия сначала выделяют элементы, общие для различных нагнетателей.
Такими элементами являются предматричные камеры и формующие каналы камер, в которых имеет место движение пищевых масс с различными реологическими свойствами.
Исходной моделью используемой для анализа является Ньютоновская, а ее усложненными вариантами служат так называемые модели вязко-пластичной и вязко-упруго-пластичной жидкости, а также неньютоновская «степенная» модели.
Модель вязко-пластичной и вязко-упруго-пластичной жидкости, а также обобщающая степенная модель течения неньютоновской среды дают возможность оптимизировать расчет и конструирование оборудования, применяемого для выпрессовывания материалов, характеризующихся различными реологическими моделями, путем компоновки решений, соответствующих выделенным элементам.
В частности возможен расчет элементов шнекового пресса на основе результатов физического моделирования, с помощью которых формулируются расчетные зависимости.
Недостатком физического моделирования является ограничение применимости расчетных зависимостей лишь к конкретным типоразмерам оборудования.
Математическое моделирование лишено некоторых из этих недостатков, так как в основе его лежит комплексное описание объектов различной природы, учитывающее больший набор факторов. Это позволяет с помощью ЭВМ оперативно решать все многообразие задач с различными начальными и конечными условиями, то есть проводить оценки различных вариантов оборудования без создания указанных машин.
Кроме того, расчетные зависимости могут быть использованы как алгоритмы для управления технологическими процессами.
6.2.1. Факторы, влияющие на производительность и мощность шнековых нагнетателей.
Производительность и мощность шнекового нагнетателя (пресса) зависят от геометрических размеров шнека и корпуса цилиндра, реологических свойств перерабатываемых пищевых продуктов, сопротивления формующей матрицы (выходная головка), частоты вращения шнека. С другой стороны давление перед формующей матрицей (оно соответствует ее сопротивлению) зависит от производительности, геометрических параметров и реологических свойств продуктов. Следовательно, производительность машины и давление в формующей матрице находятся во взаимодействии между собой.
Изменяя частоту вращения шнека, можно изменять производительность пресса, однако при этом изменяется и потребная мощность привода машины. Эта мощность необходима для преодоления сил вязкости трения продукта, находящегося в рабочих объемах пресса, а также частично рассеивается в виде теплоты. Так как вязкостные свойства пищевых масс зависят как от условий деформирования, так и от температуры, то очевидным становится и сложность расчета технологических параметров.
Расширение ассортимента выпускаемых изделий осуществляется сменой формующих матриц, которые представляют собой профилированные каналы различной формы. Их изменение приведет к изменению производительности машины и для сохранения заданной производительности необходимо менять варьировать вращения шнека, а это в свою очередь приводит к изменению теплового режима. Поэтому согласование параметров работы режима пресса, обеспечивающее при этом высокое качество продукта является важной практической задачей.
Расчеты рабочих характеристик шнековых экструдеров приведены в [1, стр. 200-235].
В настоящее время хотя и существуют различные подходы к моделированию процессов для практического использования, рекомендуется сначала проводить ориентировочные расчеты, основанные на одномерные модели течения в условном плоско-параллельном канале, а затем для учета различий в перемешивании материалов в каналах различных размеров и обусловленных этим изменений теплообмена применять двухмерные или более сложные модели.
Оценочные расчеты, выполнены и для валковых и поршневых нагнетателей, которые нашли широкое применение при формовании тестовых заготовок, конфетных масс, бисквита и других продуктов [1, стр. 230-235].
Валковые нагнетатели позволяют осуществлять равномерное выдавливание массы по всей ширине матрицы, при обеспечении высокой производительности и почти полном сохранении структуры материалов.
Нагнетатели изготавливают в виде двух вращающихся навстречу друг другу валков в подшипниках, укрепленных на станине. Зазор между валками (до 25 мм) регулируется смещением подшипников.
Привод валков осуществляется от электродвигателя через клиноременную передачу с бесступенчатым вариатором скорости, редуктором и цепной передачей.
Подобные машины могут иметь различное число валков.
6.3. Оборудование для формования путем отсадки, округления, раскатки и закатки.
Формование методом отсадки используется при производстве зефира, кексов, сдобного печения, пряников и др. изделий.
Отсадка изделий происходит за счет давлений, создаваемых в рабочей камере, в результате которого определенная по массе и форме заготовка выдавливается через насадку и подается на приемную поверхность. Давление в камере создается шнеками, вращающимися валками, поршнями и др. нагнетателями.
Пример отсадочной машины приведен в [2, стр. 311, р. IV. 64] она используется для формования из теста заготовок печенья и пряников. Рабочими органами машины являются валки, продавливающие тесто через матрицу.
Наиболее широко оборудование для формования путем отсадки округления, раскатки и закатки применяется в хлебопекарном производстве (формование булочек, сухарных плит, пряников, изделий типа розанчик, соломка и др.).
Тестоокруглительные машины используются для придания кускам теста, вышедшим из тестоделителя, шаровой формы. Тестоокруглительная машина [1, стр. 201, рис. 7.3] представляет из себя чугунную вращающуюся чашу, внутри которой расположен неподвижный спиральный желоб. Куски теста неправильной формы поступают из тестоделительной машины на дно вращающейся чаши и перемещаются по спиральному желобу, встроенному в место стыка спирали и чаши.
Перемещаясь по желобу, и доходя до верхней его части, куски теста приобретают шарообразную форму.
В тех случаях, когда необходимо получать полуфабрикат в виде ленты (при формовании сухарных плит, бисквитов, пряников) используют валковые нагнетатели (так называемые каландры) [1, стр. 205]. Из валкового нагнетателя выходит тестовая лента, толщина которой регулируется изменением расстояния между валками. Из этой ленты затем спиральными штампами формуют отдельные изделия, которые транспортируют на расстойку и выпечку.
Тестозакаточная машина для формования изделий типа «рогалик» или «розанчик» состоит из приемной воронки, соединенной с тестоделителем. Из воронки тестовая заготовка попадает на рифленый валок, втягивается в зазор между плоскими транспортерными лентами, движущимися в противоположных направлениях, а изделия типа «рогалик» закатываются при этом в сигарообразную форму.
При производстве изделий типа «розанчик», формующим рабочим органом в закаточной машине служит пуансон сложной формы.
После формования конвейерным устройством изделия попадают на расстойку, выпечку, охлаждение и упаковку.
В настоящее время в хлебопекарной промышленности используются универсальные делительно-закаточные машины для формования тестовых заготовок для бубликов, баранок, сушек [2, стр. 327, р. IV.72].
Машины эти состоят из механизмов приема и подачи тестовых заготовок в формующую головку. Головка эта состоит из формующих стаканов (для дозирования заготовок), специальных скалок, ленточного транспортера, приводного механизма, чугунной станины, узла электроблокировки.
Из приемной воронки тесто валками подается в тестовую камеру. В задней стенке тестовой камеры расположены поршни, совершающие возвратно-поступательное движение. В противоположной (передней) стенке тестовой камеры установлены цилиндрические гильзы. При движении поршней вперед – тесто уплотняется, а после входа в гильзы выпрессовывается через кольцевые щели между срезами гильз и скалками в виде кольцеобразных заготовок. Масса заготовок регулируется изменением хода поршней.
После выхода кольцеобразных заготовок они подаются на расстойку. Тестовая заготовка обычно обкатывается три раза возвратно-поступательным движением стаканов вдоль скалок. При последнем (третьем) движении стаканов сбрасываются специальным выталкивателем на ленту транспортера, откуда укладываются на расстойные листы. После подачи заготовок для расстойки стаканы возвращаются в исходное положение и цикл работы машины повторяется вновь.
6.4. Оборудование для формования путем отливки.
Процессы формования пищевых продуктов методом отливки используют при переработке полуфабрикатов, состоящих из жидких фаз.
К этому типу относятся кондитерские массы (шоколадные, мармеладные, тесто для пирожных и др.).
Изделия получают путем отливки в специальные формы, последующего охлаждения, закатки или раскатки.
Формы для отливки могут быть постоянными (металлическими, пластмассовыми, керамическими) и разрушаемыми (из смеси крахмала с растительным маслом). Для отделки кондитерских изделий могут применяться (шоколадная, жировая и др.).
Для формования плиточного шоколада используют агрегат с двумя отливочными машинами [2, стр. 297, р. IV.56]. Он состоит из двух отливочных машин, конвейера с формами, охлаждающей камеры и пластинчатого конвейера для приема отформованных плиток. Обычно он предназначен для формования масс с минимальным содержанием жира (26%). Но в нем можно формовать и шоколад с дроблеными орехами или вафлями. В этой машине смонтировано 90 нагревателей инфракрасного излучения мощностью по 300 Вт. Для различных режимов подогрева форм с разливаемым шоколадом могут включаться как все подогреватели, так и их различные группы. Формы закреплены на конвейере длиной около 200 м. Для получения плиток шоколада различного веса (50, 100 грамм) формы на конвейере устанавливают поочередно. Залитые формы поступают в охлаждающую камеру, где проводится охлаждение в течение 19 минут циркулирующим воздухом. К заверточным машинам плитки шоколада подаются ленточным конвейером.
Для получения полых шоколадных фигур используется агрегат с шарнирно закрываемыми формами, состоящий из отливочной машины и конвейера расположенного в охлаждающем шкафу [2, стр. 209, р. IV.59].
При приготовлении шоколада с добавками порции дробленого ореха смешивают с шоколадной массой непосредственно в воронке различной машины. Добавки вводят посредством дозатора, установленного над отливочной машиной.
Для покрытия шоколадной массой конфет и других кондитерских изделий (вафель, зефира, пастилы и др.) применяют глазировочные агрегаты [2, стр. 306, р. IV]. В агрегатах конфеты или другие кондитерские изделия укладывают на ленточный транспортер самораскладом либо вручную. Саморасклад состоит из наклонного транспортера, вибростолов с гребенками и желобками из винипласта, которые группируют изделия в ряды. От саморасклада изделия отправляются к глазировочному агрегату, а затем в охлаждающую камеру.
Методом формования отливкой производятся и некоторые виды карамели и конфет, в частности приготавливаемых из молочных масс.
Конфетоотливочные машины состоят из (10 24) штук рабочих поршней в дозирующем механизме (насосы поршневого типа). Объем карамельной массы, подаваемой одним насосом, зависит от плотности и вязкости карамельной массы. Охлаждение карамельной массы проводится в охлаждающей камере. Для отвода тепла могут использоваться контактный, конвективный, радиационный способы.
Вопросы для самоконтроля по теме:
1. При формовании пищевых изделий методом штампования следует ли учитывать упруго-пластические свойства штампуемой среды?
2. В чем заключаются преимущества метода формования изделий экструзией перед другими методами формования?
3. Какие типы экструдеров используются в пищевой промышленности?
4. Чем округление отличается от закатки?
5. Какой процесс формования применяется при производстве конфет?
6. Как оценивается производительность валковых нагнетателей?
7. Как оценивается производительность шнеков?
8. Какую роль в экструдерах выполняют матрицы?
Тесты по теме:
1. Какой метод используется для формования печения?
1) метод штамповки; 2) экструзия; 3) отливка.
2. Для каких целей используют физическое моделирование течения сред?
1) для совершенствования оборудования и разработки методов управления; 2) для проверки математических моделей; 3) для перечисленных выше целей.
3. Чем шнековые нагнетатели отличаются от транспортирующих шнеков?
1) размерами; 2) давлением; 3) числом витков и давлением.
4. От каких факторов зависит длительность пребывания материала в экструдерах?
1) от объема экструдера; 2) от числа витков и частоты вращения; 3) от объема межвиткового пространства и частоты вращения.
5. От каких факторов зависит давление перед матрицей шнекового экструдера?
1) от площади сечения отверстий и длины каналов матрицы; 2) от числа витков и частоты вращения шнека; 3) от соотношения напорно-расходных характеристик шнека и матрицы.
6. От каких факторов зависит скорость отливки конфет?
1) от длины, площади сечения подводящего канала и вязкости среды; 2) от указанных факторов и давления; 3) от температуры.
Тема 7. Оборудование для механизации финишных операций.
7.1. Оборудование для наполнения крупногабаритной тары.
Финишные операции при переработке пищевых продуктов связаны с фасовкой, упаковкой и транспортировкой продуктов. Выбор финишных операций зависит от свойств получаемого продукта и его дальнейшего назначения. Если продукт предназначен для дальнейшей переработки, его обычно расфасовывают в крупную тару (ящики, контейнеры, бидоны, цистерны и др.).
Выбор тары обусловлен физико-химическими свойствами продукта: жидкий, сыпучий или пастообразный. Сливочное масло обычно транспортируют в картонных ящиках, весом по 20 кг, сметану, творог – в бидоны, муку, сахар-песок в специальных цистернах. Такой способ перевозки называется бестарным.
На заводах изготовителях мука, сахарный песок накапливаются на складах силосного типа, в которых продукт загружается ковшовыми контейнерами, либо пневмотранспортом. Из этих силосных складов мука или сахар загружается в специальные автомашины самотеком, либо различного типа конвейерами (ковшовыми, шнековыми, ленточными).
Из автомашин-муковозов мука выгружается пневмотранспортом, сахар-песок – самотеком. На машинах-муковозах имеется специальный компрессор для подачи сжатого воздуха в цистерны.
При транспортировке сахара-песка на крупных заводах он сначала самотеком выгружается в промежуточный бункер, из которого песок подается горизонтальными шнеками или ковшовым элеватором в другой бункер с тензометрическими весами.
Для упаковки расфасованной продукции, отправляемой в магазины, используются так называемые укрупненные транспортные единицы (УТЕ). УТЕ – это транспортные контейнеры, в которые на предприятиях изготовителях загружается фасованная штучная продукция. Использование УТЕ является прогрессивным методом фасовки и транспортировки продуктов. В этом случае повышается уровень комплексной механизации погрузочно-разгрузочных работ.
При бестарной фасовке муки для ее разделения по сортам используется несколько силосов, оборудованных виброразгрузчиками и винтовыми питателями. Для бестарной погрузки на железнодорожный или автомобильный транспорт фасовочные автоматы иногда снабжены специальными автомобильными весами, для взвешивания перед загрузкой и после нее. Бестарное хранение и транспортировка муки помимо механизации имеет и технологические преимущества. Она позволяет аэрировать, просушивать муку и если требуется подогревать теплым воздухом.
В соответствии с характером процессов упаковочные машины подразделяются на заверточные, укладочные и фасовочно-упаковочные.
Групповая завертка или упаковка предусматривает объединение нескольких штучных изделий в одну общую тару заверткой или упаковкой.
В сахароперерабатывающей промышленности машины для групповой завертки используются для упаковки двух кусков сахара в бумагу с одновременным наклеиванием этикетки. Заверточные машины также широко используются в кондитерской промышленности как для штучных изделий (конфет и карамели), так и для групповой упаковки (печенье, вафли и др.).
Используются также и специальные машины для групповой упаковки. Такие машины укладывают расфасованную потребительскую продукцию (коробки, пакеты, баночки и др.) в ящики или гофрокороба с последующим обандероливанием, или заклеиванием.
Запечатанные ящики специальными конвейерными устройствами направляются для укладки на транспортные поддоны.
7.2. Упаковочные машины, в которых упаковка совмещена с изготовлением тары.
В настоящее время фасовка и упаковка пищевых продуктов производится непосредственно на предприятиях изготовителях продуктов с использованием специальных упаковочных машин.
Расфасовка и упаковка продуктов с использованием мягкой тары (целлофановых и полиэтиленовых пленок, алюминиевой фольги, бумаги специальных сортов – пергамент и др.) производится на упаковочных машинах, в которых упаковка совмещена с изготовлением тары.
На машинах-автоматах, упаковывающих продукты в полиэтиленовые пленки (фасовка круп, макаронных изделий и др.) производится изготовление пакетов, дозировка в них продуктов и упаковка.
Пленка в виде ленты непрерывно разматывается с рулона, протягивается через направляющие валки и специальным устройством свертывается в рукав. Клещеобразные зажимы непрерывно протягивают рукав, отделяют заполненные и запечатанные пакеты и направляют их на транспортер. Упаковывание продукта производится путем сварки пленки специальными электронагревателями.
Имеются также машины, в которых в упаковочной машине содержится специальный автомат, предназначенный для изготовления тары в виде прямоугольных коробок из поливинилхлорида, ударопрочного полистирола. В такую тару фасуются сметана, майонезы, йогурты и другие пастообразные продукты. Коробки выдавливаются в гнездах соответствующей формы из подогретой ленты. Сформованные коробки заполняются пищевым продуктом и термосвариванием запечатываются ламинированной бумагой или алюминиевой фольгой. Коробки могут штамповаться и из алюминиевой фольги. Штамповка производится в специальных гнездах карусельного стола. При повороте стола на один шаг отштампованная коробка перемещается в дозатор, где заполняется продуктом. Затем эти коробки поступают на ленту упаковочного стола, где ножами отрезаются куски ленты, используемой в качестве крышки и присасывающим устройством, накладывается на коробку с продуктом.
При фасовке и упаковке таких продуктов как пищевые концентраты (сушеные овощи, каши и др.) линия упаковки состоит из пресса для брикетирования продукта и заверточной машины, упаковывающей продукт в пергаментную обертку. Готовые брикеты затем укладываются в картонные коробки. При упаковке детского питания фасовочная машины упаковывает продукт в коробки (как правило, из алюминиевой фольги, коробки собираются в блоки, которые затем помещают в ящики, которые специально обклеиваются для улучшения сохранности продукта).
При фасовке и упаковке маргарина продукт сначала брикетируют в формовочной камере, затем в фасовочно-упаковочной машине упаковывают в фольгу или бумагу, брикеты группируют в пачки и укладывают в картонные ящики.
7.3. Машины для упаковки продуктов в готовую тару.
В готовую тару, как правило, фасуются жидкие продукты (соки, пиво, растительное масло и др.), либо пастообразные продукты (сметана, джемы, овощные и фруктовые пюре).
Пастообразные продукты фасуются в готовые стаканы из полимерных материалов.
Принцип работы фасовочно-упаковочных машин этого типа заключается в следующем. В машине имеется механизм, который отделяет очередной стакан от стопки в кассете, вакуум-захватом переносит его и устанавливает в гнезда карусельного стола. Специальный механизм наносит на дно стакана дату упаковки продукта. Поворотом карусельного стола на один шаг, гнездо со стаканом поступают на заполнение продуктом. Затем заполненные стаканы, в соответствующей позиции машины закрываются, поднимаются выталкивателем и специальным съемником перемещаются на транспортер.
При фасовке подсолнечного масла производятся аналогичные операции. Фасовочной тарой вместо стаканов являются пластмассовые бутылки, которые специальной машиной упаковываются в ящики.
В готовую тару разливаются также соки, пиво и др. Но для этих продуктов фасовка имеет некоторые отличительные особенности.
Пиво после окончания всех технологических операций сливается в специальные танки, из которых розлив пива (в стеклянные и пластмассовые бутылки, алюминиевые банки) производится под давлением углекислого газа – СО2.
7.4. Оборудование для дозирования жидких, сыпучих и пастообразных продуктов.
Дозирующие устройства обычно подразделяют на два типа: весовые и объемные. Кроме того, имеются комбинированные дозаторы, сочетающие элементы объемного и весового дозирования. Последний тип дозаторов отличается более высокой производительностью и точностью.
Взвешивающие дозаторы – весы предназначены для учета массы различных пищевых продуктов и сырья.
На пищевых предприятиях используются весы общего назначения (настольные, стационарные, автомобильные и вагонные), на которых взвешивают самые разнообразные грузы, в том числе технологические, на которых взвешивание производится непосредственно в технологическом процессе.
Важнейшими эксплуатационными характеристиками весового и дозирующего оборудования являются рабочий диапазон и точность. Для весов рабочий диапазон – это границы наименьшего и наибольшего веса, для дозаторов дискретного действия – наибольший и наименьший предел дозирования, для весов и дозаторов непрерывного действия – наибольший и наименьший пределы производительности.
Точность весового и дозирующего оборудования определяется допустимой погрешностью (погрешности характеризуют классом точности).
Дозаторы могут быть предназначены для дозирования штучных, легко- и трудносыпучих продуктов, пастообразных и жидких продуктов. Дозаторы могут быть как периодического, так и непрерывного действия. Для дозирования сыпучих продуктов используются дозаторы объемные непрерывного действия, основанные на подаче материала из бункера с помощью устройств, совершающих вращательное, поступательное или возвратно-поступательное движение. На пищевых предприятиях используются барабанные, тарельчатые, шнековые, ленточные и вибрационные дозаторы. Вибродозаторы с ленточным шнеком используются для объемного дозирования муки и сахарного песка. Дозатор с лопастным шнеком предназначен для подачи из силоса в транспортирующее устройство.
Для объемного дозирования жидких продуктов используют насосы-дозаторы. В таких дозаторах жидкость через всасывающий клапан подается в рабочую камеру и через нагнетательные устройства вытесняется в трубопровод. Одним из видов насосов-дозаторов является плунжерный насос-дозатор. Используются также и объемные дозаторы с мерными стаканами. Они предназначены для дозирования воды, солевых и сахарных растворов.
Дозаторы с мерными стаканами применяются и при упаковке мелко-сыпучих продуктов. При дозировании сыпучих продуктов с размерами частиц 0,02 0,6 мм (какао, молочный и яичный порошок, порошковые смеси для детского питания) используются шнековые дозаторы. Вращение шнека с определенной частотой обеспечивает уплотнение и подачу определенной дозы продукта. Для более крупных сыпучих продуктов с размерами частиц от 0,6 до 6 мм (соль, сахарный песок, крупы – рис, гречка, пшено, горох и др.) используют объемные дозаторы с мерными стаканами, размещенными, как правило, на горизонтальной плоскости. Регулировку дозы производят изменением размера стаканов. Эти дозаторы работают с высокой точностью и производительностью. Еще более крупные сыпучие продукты, с размером частиц более 6 мм (орехи, чай, карамель, пряники и др.) фасуют весовыми дозаторами линейного типа, являющимися системой последовательно расположенных вибраторов.
Перспективным направлением в дозировании сыпучих продуктов является создание многопорционных дозаторов с электронной системой взвешивания. Их особенностью является формирование дозы из нескольких (обычно трех, четырех отдельных порций, определяемых с помощью микропроцессора).
Для фасования жидких продуктов, таких как водка, вино, растительное масло, продукт фасуют, отмерив сначала требуемую дозу в мерниках определенного объема. Пустые бутылки располагаются на карусельном агрегате, где расположены фасующие устройства клапанного типа. Заполненные бутылки отправляются на стол-конвейер, с которого разгружаются специальным разгрузочным устройством. Детали непосредственно соприкасающиеся с жидкостями делают из коррозионностойких сталей, остальные детали хромируются или покрываются слоем цинка или специальными лаками.
Аналогичные машины используются для фасовки пастообразных продуктов (мясного фарша, овощных и фруктовых пюре) в жестяные банки. Продукт из бункера питателя шнековым устройством нагнетается в продуктопровод, откуда он поступает на дозировочное устройство.
7.5. Оборудование для укупорки, закрытия наполненной тары и этикетировочные машины.
Для герметизации тары с пищевыми продуктами и укупорки применяется специальное закаточное и укупорочное оборудование.
Герметизация жестяных банок производится путем образования двойного закаточного шва – прочного соединения корпуса банки с крышкой.
Стеклянную тару укупоривают металлическими крышками (алюминиевыми или жестяными), в которых для герметизации обязательно вложена уплотняющая прокладка.
Банки и бутылки герметизируют обкатным, обжимным и резьбовым способами.
Для герметизации жестяной и стеклянной тары используются специальные обкаточные машины полуавтоматического типа.
Для укупорки стеклянных банок используются машины, в которых укупорка производится и обжимным способом с предварительной подачей пара в подкрышечное пространство. На укупорочных механизмах карусельного типа, установлены укупорочные патроны.
Укупорка бутылок ниппельными и комбинированными полиэтиленовыми пробками производится также на машинах карусельного типа, с помощью пробкопроводов, отсекателей пробок и платформы для наполненных бутылок, отправляемых на конвейер. Для обеспечения стерильности механический бункер и вибробункер герметично закрыты крышками, а пробкопроводы – прозрачными кожухами из оргстекла.
Для нанесения на расфасованный продукт маркировки (т.е. кода, указывающего страну, выпускающую продукт, дату его изготовления и сроков хранения) используются специальные этикетировочные машины. Указанные выше элементы маркировки посредством специальных штампов наносят на расфасованную продукцию. На всех современных этикетировочных машинах используются устройства маркировки трех типов: нанесение метки нагретым штампом через красящую ленту, игольчатой перфорацией и маркировка с использованием картриджей. Последний тип маркировки связан с меньшими затратами, но нанесенная этим способом маркировка менее стойкая. Поэтому ее рекомендуется наносить на контрастный фон в специально оговоренном месте упаковки.
В различных отраслях пищевой промышленности широко используются этикетировочные автоматы (в виноделии, овощеперерабатывающей промышленности, молочной и др.).
В виноделье используют этикетировочные автоматы для наклеивания этикеток на цилиндрическую часть бутылок методом накатки. Этикетки в автомате перемещаются с помощью вакуумного барабана, либо водильными рычагами (поводками), размещенными на устройстве карусельного типа. В автоматах с вакуумным барабаном имеются вакуумный насос и привод, работающие от электродвигателя. Поступающие по транспортеру бутылки распределяются шнеком с определенным шагом и подаются к вакуумному барабану. После присоса этикетки она проходит мимо датирующего устройства, а затем мимо механизма нанесения клея и приклеивается. Производительность автомата от 6000 до 12000 бутылок в час. Допустимые размеры этикеток от 50 до 105 мм по длине и от 50 до 110 мм по ширине.
7.6. Оборудование для проведения инспекционных операций с наполненной тарой.
При фасовке готовой пищевой продукции в прозрачную и непрозрачную тару, необходим контроль заполнения тары по весу или объему.
Для этих целей используются контрольно-фасовочные автоматы различных конструкций. Имеются автоматы, в которых доза фасуемого жидкого или сыпучего продукта контролируется на специальных быстродействующих весах. Такие автоматы применяются при фасовке муки, круп, чая, како-порошка и др. пищевых продуктов. По методу весового дозирования контролируются и некоторые жидкие продукты, например растительные масла. Но чаще жидкие продукты фасуются по объему дозы. В этом случае требуется контроль заполнения и укупорки тары.
Автоматические устройства для контроля неполных, или неукупоренных бутылок или банок состоят из двух фотоэлектронных реле, одно из которых контролирует уровень заполнения тары, а другое – качество укупорки. Первое фотореле устанавливается на уровень, соответствующий требуемому заполнению бутылки или банки. Второе фотореле срабатывает под действием луча света, отраженного от колпачка или крышки тары. При отсутствии на реле отраженного света (что соответствует неукупоренной бутылке или банке, специальное автоматическое исполнительное устройство удаляет тару из потока).
При контроле тары из непрозрачных материалов, в некоторых видах инспекционного оборудования применяют рентгеновские излучение.
Специальными контрольно-весовыми устройствами снабжены и машины для фасовки сыпучих продуктов. Так загрузка и разгрузка круп в силосы контролируется специально управляемыми машинами, на которые поступают световые и звуковые сигналы. Каждое взвешивание фиксируется специальными электронными датчиками импульсов и сигналы передаются микрокомпьютеру.
Инспекционные операции проводятся и при учете количества продукции (выход числа бутылок или банок, расфасованных пачек и т.п.).
Как правило, контролирующие устройства монтируются непосредственно в фасовочную машину, либо в виде отдельных узлов при составлении поточных линий.
К инспекционному оборудованию относятся и используемые в виноделии машины для бракеража пустых бутылок. Эта операция проводится на тех же машинах, на которых проверяют и заполнение тары, чтобы выявить на бутылке загрязнения и другие дефекты. Брекеражные автоматы входят в линию розлива и пустые бутылки перемещаются по тому же конвейеру, что и укупоренные. Аппарат для просвечивания пустых бутылок встраивается в линии розлива перед разливочной машиной. Просвечивание ведется лучами света от люминесцентных ламп.
7.7. Оборудование для укладки фасованной продукции в транспортную тару.
Для укладки расфасованной продукции на пищевых предприятиях используются специальные укладчики и пакетоформующие системы.
Мелко расфасованный продукт обычно укладывается в коробки из гофрированного картона, термоусадочной пленки и других материалов. Коробки, пакеты и другую расфасованную продукцию специальными машинами собирают в штабеля. Штабелирующее устройство встроено одним из узлов в фасовочную машину. Разработаны специальные рациональные способы формирования штабелей из фасованной продукции. Наиболее рациональным при упаковке продуктов весом 500 г. является число упаковок в одной коробке равное 24.
Существуют различные способы закрывания упакованной в ящики продукции. Они заключаются в склеивании, закрывании специальными скобами. Этот способ закрывания может проводиться как готовыми скобами, изготовленными из плоской проволочной ленты толщиной 0,7–1,0 мм и шириной 1,3–2,6 мм, так и скобами, изготавливаемыми непосредственно в процессе штабелирования из специальной твердой стали.
Сгруппированные в штабели изделия поступают на конвейер, где специальными устройствами отсекается требуемое число пакетов, и далее они отправляются на заверточную машину.
Способ закрывания клеевой ленты имеет определенные преимущества. При нем достигается более высокая пыленепроницаемость, возможность использования на автоматических установках. При этом способе на ленту наносится рекламный, информационный, а при необходимости и предупредительный текст.
7.8. Пакетоформующие машины.
Формирование транспортных пакетов осуществляется различными средствами: использованием поддонов, прокладок, крафт-мешков. Обычно используется два типоразмера поддонов: 1200 х 1000 и 1200 х 800 мм. На крупных пищевых предприятиях, где применяются пакетоформующие системы, используют способы автоматической укладки грузов на поддоны: автоматы с вилочной системой укладки, автоматы с шиберно-погрузочной системой и автоматы с модульной напольной системой.
Характерным признаком штабелирования грузов на поддонах с помощью вилочной системы является принцип непрерывного формирования каждого слоя ящиков (мешков) по заданной схеме и его перенос вилочным укладчиком на поддон. Схема укладки такова, что каждый слой располагается в зеркально-отражательном виде. Схема штабелирования представлена в [4, стр. 102, р. 44].
Машины с раздвижной шиберно-погрузочной системой штабелирования [4, стр. 105, р. 46] используется при штабелировании ящиков (мешков) различных размеров и формы. Ленточный конвейер с системой манипуляторов ориентирует груз в необходимом положении и направляет его на роликовый транспортер, с которого специальным толкателем транспортируемый груз перемещается на погрузочный шибер. С помощью специального модуля с нажимной плитой слой упакованного груза выравнивается. В этом случае и мягкие мешочные грузы могут плотно штабелироваться в многослойные пакеты.
Машины с модульно-напольной системой укладки [4, стр. 105, р. 47] обеспечивают штабелирование грузов на поддонах. Основным модулем системы служит портал с консольно-выводимой рамой, совершающей возвратно-поступательное движение. Формирование штабелей грузов может производиться как вручную, так и автоматически. Преимуществом данной системы штабелирования является простота обслуживания, что особенно удобно при ручной укладки слоев.
Вопросы для самоконтроля по теме:
1. В каких отраслях пищевой промышленности используется бестарный способ хранения продукции?
2. Силосы используют для временного или постоянного хранения сырья?
3. Какими методами осуществляется дозирование жидких продуктов?
4. Весовой или объемный метод дозирования точнее?
5. Как производится укупорка и закрытие наполненной тары?
6. Для какой цели кодируют продукцию?
7. С какой целью проводятся инспекционные операции с наполненной тарой?
8. Мягкая или твердая тара изготавливается на упаковочных машинах?
9. От каких характеристик продукции зависит выбор материала для тары?
Тесты по теме:
1. Какое оборудование используют при фасовании сыпучих сред, состоящих из нескольких компонентов?
1) объемные дозаторы; 2) весовые дозаторы с системой вибраторов; 3) специальные многопорционные дозаторы.
2. Что такое УТЕ?
1) упаковочная транспортная единица; 2) укрупненная транспортная единица; 3) универсальная транспортная единица.
3. Совместима ли упаковка продукта с ее изготовлением?
1) да; 2) нет; 3) иногда да, иногда нет.
4. Автомобильные платформенные весы относят к стационарным или нестационарным видам оборудования?
1) к стационарным; 2) к нестационарным; 3) к тем и другим.
5. Какие весы относят к технологическим?
1) для взвешивания готового продукта; 2) для взвешивания сырья; 3) для использования в технологическом процессе.
6. Для какой цели при дозировании используют вибраторы?
1) для ускорения; 2) для уплотнения; 3) и для того и для другого.
7. Для какой цели укупоривают тару?
1) для сохранения массы; 2) для улучшения качества; 3) для сохранения состава.
8. Для каких целей осуществляют инспекцию тары?
1) для оценки полноты заполнения и наличия герметизации; 2) для соблюдения санитарных и экологических требований; 3) для всех указанных целей и контроля производительности.
Ответы на тестовые задания:
Тема 1. 1.4; 2.1; 3.1; 4.3; 5.3.
Тема 2. 1.3; 2.3; 3.2; 4.1; 5.3.
Тема 3. 1.3; 2.3; 3.2; 4.3; 5.2.
Тема 4. 1.2; 2.2; 3.2; 4.1; 5.2; 6.2; 7.1; 8.1; 9.1.
Тема 5. 1.3; 2.2; 3.2; 4.2; 5.1 и 5.2, 5.3; 6.2.
Тема 6. 1.1; 2.1; 3.3; 4.3; 5.3; 6.1 и 6.2.
Тема 7. 1.3; 2.2; 3.3; 4.1; 5.3; 6.3; 7.3; 8.3.
Тесты по дисциплине:
1. Что является физической основой, используемой в оборудовании, предназначенном для мойки сырья?
1) различия скоростей движения омывающей воды и сырья; 2) различия в плотностях сырья и воды; 3) разница в плотностях материалов загрязнений и воды.
2. Для уничтожения каких микроорганизмов используют автоклавы?
1) микробов и вирусов; 2) грибковых инфекций; 3) спор ботулина.
3. От каких параметров зависит производительность шнековых транспортеров?
1) от диаметра корпуса, числа витков и угла наклона витковой канавки; 2) от коэффициентов трения сырья о материалы шнека и корпуса, дины шнека и перепада давлений; 3) от диаметра вала и витков шнека, от шага витков шнека, степени заполнения шнека сырья и частоты его вращения.
4. По какому параметру подразделяют оборудование для дробления и помола?
1) по диаметру валков; 2) по диаметру частиц продуктов измельчения; 3) по мощности.
5. От каких факторов зависит мощность агрегатов используемых для разделения сырья?
1) от трения, вязкости сырья, давления на подшипниках; 2) от размеров, частоты вращения и плотности материала; 3) от чисел Рейнольдса и Фруда.
6. Какое прессовое оборудование не применяется в непрерывных процессах переработки сырья?
1) шестеренное; 2) поршневое; 3) ленточное.
7. Какое физико-химическое явление используется в барометрическом оборудовании?
1) прямой осмос; 2) обратный осмос; 3) зависимость плотности от давления.
8. Какие давления реализуются в предматричных камерах макаронных прессов?
1) 7–12 атм; 2) 7–15 МПа; 3) 7–15 ГПа.
9. Какими методами определяется гранулометрический состав сырья?
1) прямым измерением, силовым анализом, седиментацией, фильтрацией, фото и телеметодами; 2) обязательно сочетанием 2-х методов; 3) только прямым измерением.
10. Сколько основных методов формования продукции Вы знаете?
1) три; 2) четыре; 3) пять.
11. Что такое «экстракция»?
1) выщелачивание; 2) выдалбливание через матрицу; 3) проникновение через фильтры.
12. Что такое «отсадка»?
1) метод формования продукции выдавливанием отдельных порций; 2) выдержка полуфабрикатов для отвердения путем охлаждения; 3) выделение более густой фракции от жидкой.
13. Какой вид теплообмена характерен для паротрубных аппаратов?
1) кондуктивный; 2) конвективный; 3) и кондуктивный и конвективный.
14. Экстракция это теплообменный или массообменный процесс?
1) теплообменный; 2) массообменный; 3) зависит от предваряющей обработки сырья.
15. На сколько видов подразделяют тепло- и массообменное оборудование?
1) на четыре; 2) на пять; 3) на шесть.
16. К какому виду относят оборудование для кристаллизации?
1) к оборудованию для сушки; 2) к оборудованию для проведения массообменных процессов; 3) к оборудованию для замораживания.
17. При каком виде пастеризации нагрев не является обязательным?
1) при ранее проведенном нагреве сырья; 2) при радиационном облучении; 3) при необходимости охлаждения сырья.
18. Какой вид поляризации характерен для ультрафиолетового облучения?
1) дипольная; 2) ионная; 3) наведенная.
19. Какие весы называют тензометрическими?
1) оборудованные датчиками плотности сырья; 2) снабженные датчиками давления; 3) имеющие систему измерения размеров.
20. На какие группы подразделяется оборудование для проведения микробиологических процессов?
1) для солодоращения, получения биомасс и изготовления вторичных метаболитов; 2) для выращивания микробов, грибков и осахаривания; 3) для производства кваса, пива и вина.
ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ
практических занятий по дисциплине «Технологическое оборудование»
1. Анализ машинно-аппаратурных схем основных пищевых производств с целью классификации технологического оборудования по функционально-технологическому принципу.
2. Анализ и расчет производительности и мощности оборудования для подготовки сырья, полуфабрикатов и оборудования к основным технологическим операциям.
3. Анализ и расчет производительности и мощности оборудования для механической обработки сырья и полуфабрикатов разделением.
4. Анализ и расчет производительности и мощности оборудования механической обработки сырья и полуфабрикатов соединением.
5. Анализ и расчет производительности и мощности оборудования механической обработки сырья и полуфабрикатов формованием.
6. Анализ и расчет производительности и мощности оборудования для механизации финишных операций.
Список литературы
1. Технологическое оборудование пищевых производств. Под ред. Б.М. Азарова. М., Агропромиздат, 1988 г.
2. А.И. Драгилев, В.С. Дроздов. Технологические машины и аппараты пищевых производств. М.: Колос, 1999 г.
3. Общая технология пищевых производств. Под ред. Н.И. Назарова. М., Легкая и пищевая промышленность. 1981 г.
4. М.Е. Чернов. Упаковка сыпучих продуктов. М.: ДеЛи, 2000 г.
5. Машины и аппараты пищевых производств / Под ред. проф. Панфилова. М.: Высшая школа, 2001, I и II том. – 1384 с.
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
производит прием студентов на факультет
У П Р А В Л Е Н И Я и И Н Ф О Р М А Т И З А Ц И И
кафедра “Пищевые машины”
по специальностям:
170600 - МАШИНЫ И АППАРАТЫ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ
выпускает инженеров по оборудованию:
170601 - предприятий различных отраслей пищевой промышленности;
170604 - предприятий по хранению и переработке зерна
271300 - “ПИЩЕВАЯ ИНЖЕНЕРИЯ МАЛЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ”
По данной специальности выпускаются инженеры для работы в качестве руководителей малых предприятий по всем отраслям пищевой промышленности. За время обучения Вы приобретете углубленные знания по экономике, технологии, эксплуатации и ремонту пищевого оборудования, которые позволяют выпускникам эффективно управлять производственными процессами на малых предприятиях.
Поступающие на специальности 170600 и 271300, принимаются на сокращенную форму обучения, окончившие колледж или техникум по данной или родственной специальности
Сроки обучения:
по полной форме - 5 лет 6 месяцев
по сокращенной форме - 3 года 8 месяцев
ВСТУПИТЕЛЬНЫЕ ЭКЗАМЕНЫ
проводятся в три потока: в мае, августе и сентябре.
МАТЕМАТИКА - письменно,
РУССКИЙ ЯЗЫК - изложение.
Заявления принимаются до 31 августа.
АДРЕС АКАДЕМИИ
МОСКВА, ЗЕМЛЯНОЙ ВАЛ 73. (ст. метро ТАГАНСКАЯ)
с условиями приема можно ознакомиться по телефонам:
ПРИЕМНОЙ КОМИССИИ - (095) 915 - 52 - 10
КАФЕДРА ПИЩЕВЫЕ МАШИНЫ - (095) 915 - 37 – 84
Калошин Юрий Аркадьевич
Травин Олег Владимирович
Мамцев Александр Николаевич
Технологическое оборудование
Учебно-практическое пособие
Подписано к печати:
Тираж:
Заказ №