Оборудование для обработки продуктов прессованием

Лабораторная работа № 1

КОНСТРУКЦИЯ И РАБОТА ОСНОВНЫХ ТИПОВ МАШИН

ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИИ

Цель работы: изучить устройство и принцип действия измельчающих машин и оборудования для сортирования сыпучих материалов.

Порядок выполнения работы

1. Изучить устройство дробилок, мельниц, резательных машин, грохотов, циклонов, гидроциклонных аппаратов.

2. Ознакомиться с работой машин для измельчения, резания и классификации.

3. Составить отчет.

Все измельчающие машины делятся на дробилки и мельницы. Дробилки применяются для крупного и среднего дробления, мельницы – для среднего, мелкого, тонкого и коллоидного.

Основные измельчающие машины подразделяются на следующие типы: дробилки щековые, гирационные, молотковые и ударного действия; протирочные машины; бегуны и мельницы валковые, шаровые, стержневые, кольцевые, вибрационные, коллоидные.

Резательные машины бывают пластинчатыми, дисковыми, роторными, струнными и др.

Ко всем измельчающим машинам предъявляются общие требования: равномерность кусков измельченного материала; удаление измельченных кусков из рабочего пространства; сведение к минимуму пылеобразования; непрерывная и автоматическая разгрузка; возможность регулирования степени измельчения; возможность легкой смены быстро изнашивающихся частей; небольшой расход энергии на единицу продукции.

Щековые дробилки (рис. 1) измельчают материалы путем раздавливания и раскалывания и конической камере, образованной неподвижной и подвижной плитами, которые периодически сближаются. Раздавленный материал выпадает из дробилки во время обратного хода подвижной плиты. Щеки дробилки снабжены съемными ребристыми плитами из износостойкой стали. Подвижная щека установлена на неподвижной оси и приводится в колебательное движение от эксцентрикового вала при помощи шатуна, шарнирно связанного рычагами 12 с этой щекой и регулировочными клиньями 8 и 11. Перемещением клиньев при помощи болтов регулируют ширину выпускной щели и, следовательно, степень измельчения материала. С помощью тяги 13 и пружины 9 обеспечивается обратное движение щеки. Коленчатый рычаг, образуемый шатуном и распорными плитами, является основой конструкции дробилки и позволяет получать очень большие давления.

Щековая дробилка проста и надежна в работе, однако наличие в ней неуравновешенных качающихся масс требует ее установки на тяжелых фундаментах. К тому же ее работа сопровождается сильным пылеобразованием.

Рис. 1. Щековая дробилка: 1 – подвижная щека; 2 – неподвижная щека; 3 – ось подвижной щеки; 4 – эксцентриковый вал; 5 – шкив; 6 – маховик; 7 – шатун; 8, 11 – регулировочные клинья; 9 – пружина; 10 – станина; 12 – рычаги; 13 – тяга

Гирационные (конусные) дробилки (рис. 2) применяются для крупного, среднего и мелкого измельчения путем непрерывного раздавливания и излома кусков материала между конической дробящей головкой и корпусом. Дробящая головка установлена в корпусе дробилки с эксцентриситетом и в результате совершает эксцентрическое вращательное движение. Когда дробящая головка приближается к одной стороне корпуса, измельченный материал выпадает с противоположной стороны через расширяющуюся в это время кольцевую щель между корпусом и головкой.

Рис. 2. Гирационная дробилка: 1 – шаровая опора; 2 – корпус; 3 – броневая плита; 4 – головка; 5 – вертикальный вал; 6 – эксцентрик

Молотковые дробилки (рис. 3) применяются, например, для измельчения костей в производстве кормов. Молотковая мельница представляет собой машину ударного действия, имеющую быстровращающийся диск с шарнирно прикрепленными к нему молотками. Материал поступает в дробилку через бункер и измельчается дробящими молотками, а также за счет ударов о броневые плиты. Измельченный материал удаляется через колосниковую решетку, размеры отверстий которой определяют размеры измельченного материала.

В дезинтеграторах (рис. 4) и дисмембраторах на дисках по концентрическим окружностям расположены пальцы. Каждый ряд пальцев одного диска размещается с небольшим зазором между двумя рядами пальцев другого диска.

Материал поступает в машину через загрузочный бункер и измельчается за счет ударов вращающихся пальцев. Измельченный материал высыпается через разгрузочную воронку, расположенную в нижней части машины. Частота вращения дисков 200 – 1200 мин^-1, производительность колеблется от 0,5 до 20 т/ч.

Рис. 3. Молотковая дробилка: 1 - корпус; 2 – дробящий молоток; 3 – диск; 4 – вал; 5 – броневая плита; 6 – колосниковая решетка	Рис. 4. Дезинтегратор: 1, 6 – валы; 2,3 – диски; 4 – пальцы; 5 – загрузочная воронка; 7 – разгрузочная воронка

Дисмембраторы в отличие от дезинтеграторов имеют один вращающийся диск. Роль второго диска выполняет крышка мельницы, на внутренней поверхности которой по концентрическим окружностям расположены ряды неподвижных пальцев.

Дисковые мельницы применяются для мелкого и тонкого дробления зерна, солода, жмыха, сухарей и др. Рабочими органами дисковых мельниц являются два вертикальных рифленых диска, один из которых неподвижный, а другой вращается на горизонтальном валу. Материал непрерывно подается в зазор между дисками, где и измельчается. Степень измельчения регулируется величиной зазора между дисками. Окружная скорость дисков при помоле зерна составляет 7 – 8 м/с.

Молотки, плиты, диски и решетку изготавливают из износоустойчивой марганцовистой или углеродистой стали, на которую наплавляют твердый сплав.

Рис. 5. Измельчающая машина для фруктов и ягод: 1 - воронка; 2 – патрубок для мезги; 3 – корпус; 4 – ротор; 5 – двигатель; 6 – патрубок для выхода сока; 7 – вал; 8 – измельчающий диск: 9 – корзина

Для измельчения фруктов и ягод и последующего отделения сока от полученной массы применяются дисковые измельчающие машины, скомбинированные с центрифугой (рис. 5).

Внутри корпуса на валу установлена дисковая терка, которая приводится во вращение коническим ротором. Сырье загружается через загрузочную воронку в корзинку, стенки которой сделаны из сетки и выполняют роль фильтровальной поверхности. Измельченная масса под действием центробежной силы разделяется на сок и мезгу. Сок фильтруется через сетчатые стенки вращающейся корзины и поступает в кольцевое пространство, из которого через патрубок сливается.

Мезга попадает в пространство под крышкой и оттуда выгружается через патрубок.

5. и

В протирочных машинах для фруктов и овощей сок отделяется протиранием через специальные сита.

Протирочная машина состоит из одной или нескольких протирочных камер. На рис. 6 показана протирочная машина с одной горизонтальной камерой. Камера представляет собой цилиндрический корпус, внутри которого расположена перфорированная металлическая решетка. Решетка установлена таким образом, что между ней и корпусом образуется кольцевой канал. По оси корпуса расположен ротор с насаженными на него протирающими лопатками. Между ними и решеткой имеется зазор, в котором материал измельчается за счет удара и истирания, а протирание происходит за счет давления, создаваемого лопатками ротора.

Рис. 6. Протирочная машина: 1 – корпус; 2 – кольцевой канал; 3 – решетка; 4 – воронка; 5 – ротор; 6 – спица; 7 – лопатка

В машинах с двумя протирочными камерами достигается более высокая степень измельчения сырья за счет установки во второй камере решетки с меньшими проходными размерами.

Рис. 7. Валковая мельница: 1 – станина; 2 – пружина; 3 - подвижной валок; 4 – бункер; 5 – неподвижный валок

Валковые мельницы (рис. 7) служат для среднего, мелкого и тонкого измельчения. Они применяются в пищевой промышленности для дробления и помола зерна, солода, плодов, жмыха и т. д. Рабочими органами валковой мельницы являются горизонтальные валки. Дробилка может иметь один валок, вращающийся вокруг горизонтальной оси параллельно неподвижной рабочей щеке, или два валка. В первом случае раздавливание материала происходит между неподвижной щекой и вращающимся валком. Во втором – парные валки вращаются навстречу друг другу и раздавливание происходит между ними. Поверхность валков может быть гладкой, рифленой и зубчатой.

Подшипники валка 5 неподвижны, а валка 3 – подвижны и удерживаются при помощи пружины 2, что позволяет валку 3 смещаться при попадании в мельницу твердых инородных тел. Размер кусков продукта определяется шириной щели между валками. Загрузка мельницы производится непосредственно из бункера.

Куски материала захватываются валками при вращении и раздавливаются.

Бегуны (рис. 8) имеют, как правило, два жернова (катка) и чашу, в которую загружается зерно. Жернова 4 закреплены на вертикальном валу 1 и вращаются вместе с ним. Кроме того, они одновременно вращаются вокруг горизонтальных осей 3 за счет трения между поверхностью жерновов и материалом, находящимся в чаше. Зерно измельчается раздавливанием и истиранием при набегании на него жерновов. Выгрузка измельченного материала осуществляется автоматически за счет центробежной силы.

Рис. 8. Бегуны: 1 – вертикальный вал; 2 – чаши; 3 – горизонтальные оси; 4 – жернова (катки); 5 – кривошип

Бегуны бывают с неподвижной чашей и вращающимися от привода катками; с вращающейся от привода чашей и свободно вращающимися катками. Последние более быстроходны, частота их вращения – 20 – 50 мин^-1.

Шаровые и стержневые мельницы применяются для тонкого измельчения. Продукт в них обрабатывается шарами или стержнями, находящимися в полом вращающемся барабане, покрытом изнутри бронированными плитами.

Рис. 9. Шаровая мельница: 1 – корпус барабана; 2 – броневая плита; 3 – люк; 4 – приводная шестерня; 5 – решетка; 6 – крышка;- 7 – полые цапфы; 8 – направляющий конус; 9 – крышка

Шаровая мельница (рис. 9) загружается шарами и материалом одновременно. Шары изготавливают из стали, диабаза, фарфора и других твердых материалов. Размеры шаров зависят от размеров измельчаемого материала. Стальные, например, имеют диаметр 35 – 175 мм. Корпус мельницы заполняют шарами на 30 – 35 % его объема.

Наряду с шарами используются цилиндрические стержни, оси которых располагают параллельно оси корпуса мельницы. В шаровых мельницах измельчение материала происходит под действием ударов падающих шаров или стержней и путем истирания его между шарами или стержнями и внутренней поверхностью корпуса мельницы.

На рис. 10 изображен измельчитель для мяса – куттер. Мясо из корыта автоматически загружается во вращающуюся чашу из нержавеющей стали и режется инструментом, выполненным в виде фрезы. Скорость резки составляет 130 м/с. Процесс проводится под вакуумом. Материал корпуса и крышки куттера делает процесс резания практически бесшумным. Выгрузка фарша производится периодически с помощью автоматической наклонной заслонки, которая вытесняет фарш из чаши в приемное корыто. Уплотнение крышки и корпуса достигается с помощью специальных полимерных прокладок. Смена режущего инструмента происходит менее чем за 3 мин.

Рис. 10. Измельчитель для мяса: 1 – крышка; 2 –стенка; 3 – чаша; 4 – привод; 5 – станина; 6 – режущий инструмент

На рис. 11 представлена роторная резательная машина для изделий кондитерской промышленности. Конфетная масса подается к режущему устройству, которое состоит из набора свободно вращающихся на оси роторов 3 с укрепленными на них ножами. На каждый жгут имеется свой ротор. Он приводится движущимся жгутом во вращение. Отрезные конфеты попадают на конвейерную ленту 4.

Рис. 11. Роторное режущее устройство: 1 – матрица; 2 – приемный лоток; 3 – ротор с ножами; 4 – конвейерная лента

На рис. 12 представлены два типа волчков, предназначенных для резания замороженного и незамороженного мяса, хлеба, картофеля, свеклы и др.

Рис. 12. Волчки: а – без принудительной подачи материала; б – с принудительной подачей материала

Конструкция волчков, применяемых в промышленности, скопирована с мясорубок. В волчках используются режущие инструменты трех видов: неподвижные подрезные ножи, ножевые решетки и подвижные плоские ножи.

Резание осуществляется парой режущих инструментов – плоским вращающимся ножом и ножевой решеткой. Материал подается шнеком, прижимается к ножевой решетке, его частицы вдав­ливаются в отверстия решетки, а непрерывно вращающиеся плоские ножи с прижатыми к решеткам лезвиями их отрезают. Частота вращения шнека для тихоходных волчков 100 – 200, для быстроходных – свыше 300 мин^-1.

Механическая классификация (грохочение) применяется для разделения частиц размерами от нескольких сантиметров до долей миллиметра. Ее проводят на рассеивающих устройствах: грохотах или сепараторах. Для рассеивания применяют металлические или другие сита, решета из металлических листов со штампованными отверстиями, решетки из параллельных стержней-колосников.

Сита бывают с квадратными или прямоугольными отверстиями размером от 0,04 до 100,00 мм; обозначаются номерами, соответствующими размеру стороны отверстия сита, выраженному в миллиметрах или микронах.

Решета изготавливают из металлических листов толщиной 2 – 12 мм, в которых штампуют круглые или прямоугольные отверстия размером 2 – 10 мм. Чтобы избежать забивки отверстий материалом, их выполняют в форме конуса, расширяющегося книзу.

Колосники собирают из стержней обычно трапецеидального сечения. При такой форме облегчается проход частиц материала через расширяющиеся книзу зазоры между колосниками.

Классификация материалов происходит при их движении относительно перфорированной поверхности. При этом последняя может быть неподвижной, установленной под углом к горизонту (большим, чем угол трения материала), или движущейся.

В результате классификации получают два продукта: отсев и отход. Отсев – частицы, прошедшие через рассеивающее устройство, отход – непрошедшие куски (частицы).

Классификация бывает однократной и многократной. При однократной классификации материал просеивается через одно сито, при многократной – через несколько.

В промышленности используются грохоты с неподвижными и подвижными решетками. Наибольшее применение нашли первые. Грохоты бывают качающиеся, барабанные, вибрационные, дисковые, роликовые, колосниковые и цепные.

На рис. 13 показан качающийся грохот, широко применяющийся в промышленности. Он приводится в колебательное движение с помощью кривошипного механизма. Отсев проваливается при сотрясении в отверстия, а отход перемещается вдоль сита и с него поступает непосредственно на измельчение.

Для отбора нескольких фракций качающиеся грохоты делают многоярусными, материал в них подается на верхнее сито, имеющее наибольшие отверстия. Крупные куски удаляются с этого сита как отход, а отсев поступает на расположенное ниже сито с более мелкими отверстиями, где снова получают отход и отсев, отсев попадает на следующее более мелкое сито и т. д.

Рис. 13. Качающийся грохот: 1 – эксцентрик; 2 – шатун; 3 – пружина; 4 – корпус; 5– сито

Достоинствами плоских качающихся грохотов являются большая производительность, высокая эффективность грохочения, компактность, удобство обслуживания и ремонта. Недостаток – неуравновешенность конструкции, в результате чего их работа сопровождается сотрясениями и толчками.

Барабанный грохот представляет собой барабан, установленный наклонно под углом 4 – 7° к горизонту. Он изготавливается из сетки или перфорированных стальных листов и вращается на центральном валу либо на выносных опорных роликах. Материал загружается с открытого торца барабана. Отсев выходит с противоположного открытого торца.

Для очистки зерна, зерновых, крупяных и бобовых культур от сорных и зерновых примесей используются горизонтальные или вертикальные цилиндрические зерноочистительные сепараторы. Разделение в них происходит на металлическом сите. Проходные размеры отверстий сита увеличиваются по ходу движения зерновой смеси. В вертикальных сепараторах разделение смеси происходит за счет центробежной силы, в горизонтальных – за счет вибрационных колебаний материала и сита.

На рис. 14 схематично показан барабанный сепаратор. Барабан состоит из нескольких секций. Зерно с примесями поступает в верхнюю секцию. За счет центробежной силы оно вместе с примесями отбрасывается к перфорированной стенке. Примеси, имеющие меньшие размеры, чем зерно, проходят через отверстия стенки и удаляются из сепаратора в виде отсева, а зерно поступает в нижнюю секцию. Стенки барабана этой секции имеют отверстия большего диаметра, через которые зерно проходит и удаляется из сепаратора.

В вибрационных сепараторах плоское наклонное сито совершает колебания с помощью вибратора. При вибрации материала на сите происходит его разделение, причем отверстия сит не забиваются материалом, даже если разделяются влажные материалы. Сепаратор легко регулируется за счет изменения частоты и амплитуды вибраций, сита быстро сменяются.

Рис. 14. Барабанный сепаратор: 1 – воронка; 2 – корпус; 3 – барабан; 4 – перегородка с каналом; 5 – вал

Магнитные (электрические) сепараторы предназначены для извлечения из массы сыпучего материала, например зерна, стальных и чугунных включений. Барабанный электромагнитный сепаратор (рис. 15) имеет эксцентрично расположенный неподвижный электромагнит, работающий от постоянного тока. При вращении барабана поверхность его находится в непосредственной близости от полюсов электромагнита. Чугунные и стальные предметы, попадающие в зону сильного магнитного поля, удерживаются на поверхности барабана, а сыпучий материал, не обладающий магнитными свойствами, ссыпается с поверхности барабана в приемный бункер. При выходе барабана из сферы действия магнитного поля чугунные и стальные предметы под действием силы тяжести отделяются от основной массы материала вне бункера.

Магнитные сепараторы устанавливают в местах загрузки твердых материалов в различные машины, например в дробилки, сушилки и т. д.

Гидравлическая классификация смесей твердых частиц на фракции по скорости осаждения их в движении подчиняется общим законам осаждения твердых тел. Она осуществляется в горизонтальном или восходящем потоке воды. Скорость потока выбирается такой, чтобы из классификатора выносились частицы, меньшие определенного размера, – верхний продукт, а в нем осаждались крупные частицы, обладающие большей скоростью осаждения, – нижний продукт. Для классификации под действием центробежной силы используются гидроциклоны.

Рис. 15. Схема работы барабанного магнитного сепаратора: 1 – магнит; 2 – конвейер; 3 – бункер

Рис. 16. Центробежный сепаратор:1 – корпус; 2 – внутренний конус; 3 –патрубок для ввода исходного продукта; 4, 5 – патрубки для отвода крупных частиц; 6 – направляющая лопатка; 7 – патрубок для вывода пыли

Воздушная сепарация отличается от гидравлической тем, что скорость осаждения частиц ввоздухе значительно больше, чем в воде. Воздушная сепарация осуществляется в восходящем потоке воз­духа в циклонных аппаратах.

На рис. 16 показана работа центробежного сепаратора. Обычно такой сепаратор устанавливается на линии отходящего воздушного потока от мельницы.

Отделение крупных частиц происходит в кольцевом канале и конусе, где частицы за счет центробежной силы отбрасываются на стенки конуса. Крупные частицы соскальзывают с последних и выгружаются через патрубки 4 и 5. Воздух вместе с мелкими неотделившимися частицами удаляется через патрубок в циклон.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. С какой целью применяются измельчение и классификация твердых материалов?

2. На какие виды подразделяется измельчение в зависимости от начальных кусков материала?

3.Чем характеризуется процесс измельчения?

4.Какими методами измельчаются твердые материалы?

5.Какие схемы измельчения применяются в пищевой промышленности?

6.От каких характеристик измельчаемых материалов зависит работа, затрачиваемая на измельчение?

7.Какие типы измельчающих машин применяются в промышленности? Дайте характеристики дробилок и мельниц.

8.Какие требования предъявляются к измельчающим машинам?

9.Каков принцип действия щековых, гирационных и молотковых дробилок?

10.Какие мельницы применяются для дробления и помола зерна?

11.Каков принцип действия свеклорезки?

12.Какие виды классификаций используются в промышленности?

13.На чем основана классификация материалов грохочением?

14.На чем основаны гидравлическая и воздушная классификации?

15.В каких аппаратах производится воздушная классификация?

Лабораторная работа № 2

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОБРАБОТКИ ПРОДУКТОВ ПРЕССОВАНИЕМ

Цель работы: изучить устройство и принцип действия прессов, таблетирующих машин и грануляторов.

Порядок выполнения работы

1. Изучить конструкцию прессов, грануляторов, таблетирующих машин.

2. Ознакомиться с принципом действия прессующих машин и оборудования.

3. Составить отчет.

В пищевой промышленности применяются прессы самых разнообразных конструкций. Их можно разделить на две большие группы: гидравлические и механические.

Гидравлический пресс работает по законам гидравлики. Его основной узел – рабочий цилиндр, внутри которого перемещается плунжер, соединенный с подвижной плитой. Плунжер приводится в движение жидкостью под высоким давлением. Прессуемый материал помещается между подвижной и неподвижной плитами.

Гидравлические прессы широко применяются при переработке фруктов и овощей с целью получения соков, для производства ликеров и эссенций (рис. 17).

Рис. 17. Установка для переработки фруктов на сок: 1 – бункер; 2 – конвейер; 3 – установка для мойки и удаления косточек; 4 – насос-измельчитель; 5 – насос для мезги; 6 – бункер-накопитель; 7 – пресс

В сахарной промышленности для обезвоживания жома применяются наклонные горизонтальные и вертикальные шнековые прессы с одно- и двусторонним отжатием. Прессы двустороннего отжатия более производительны и позволяют отжимать жом до более низкой конечной влажности.

Наклонный шнековый пресс (рис. 18) предназначен для отжатия жома. Жом поступает в сепаратор, где из него частично отделяется вода, а затем в пресс, где отжимается ее основная часть. Одна часть отжатой воды проходит через цилиндрическое сито и удаляется через штуцер 9, другая – через сито 3 в полую часть вала шнека и удаляется через отверстие 10 и штуцер 9. Отжатый жом выгружается через кольцевые отверстия между коническим ситом и корпусом отжимного шнека. Размер отверстий влияет на продолжительность пребывания жома в прессе и степень отжатия воды и регулируется специальным приспособлением 6.

Горизонтальные и наклонные прессы имеют аналогичную конструкцию. В отличие, от горизонтальных прессов в наклонных не происходит частичного смешения отжатого жома с удаляемой жидкостью.

Рис. 18. Наклонный шнековый пресс: 1 – сепаратор; 2 – вал шнека; 3 – сито; 4 – отжимной шнек; 5 – цилиндрическое сито; 6 – регулировочное приспособление; 7 – отверстия для выгрузки жома; 8 – коническое сито; 9, 12 – штуцеры; 10 – отверстия для удаления воды; 11 – дополнительная поверхность фильтрования

Рис. 19. Вертикальный шнековый пресс: 1 - приводная шестерня; 2 - загрузочная воронка; 3 – шнек; 4 – разъемное сито; 5 – контрлопасть; 6 – коническое сито; 7 – болт; 8 – скребок; 9 – штуцер; 10 – канал

Вертикальный шнековый пресс показан на рис. 19. Основная его часть – полый вертикальный шнек, установленный в специальных траверсах. На кожухе шнека с противоположных сторон размещены контрлопасти, которые входят в промежутки между лопастями шнека препятствуют вращению материала вместе со шнеком. Контрлопасти имеют отверстия, через которые проходит пар, подводимый по трубопроводу. Влажный жом на прессование поступает через воронку и верхними лопастями шнека направляется вниз, и зону с меньшим поперечным сечением, где происходит отжатие воды, часть ее затем выходит через отверстия цилиндрического сита, другая – через полый вал шнека. Выделенная вода по каналу 10 и штуцеру 9 удаляется из пресса.

В нижней части цилиндрического сита расположено подвижное коническое сито, которое можно поднимать и опускать при помощи болтов 7. Изменением размера щели между этими ситами регулируется степень отжатия жома, который проходит через щель и при помощи скребков выгружается из шнека.

Двухшнековый пресс (рис. 20) оборудован двумя параллельно установленными шнеками, вращающимися навстречу друг другу. В корпусе и крышках шнеков имеются цилиндрические фильтрующие сита с коническими отверстиями, изготовленные из нержавеющей стали.

Конструкция пресса позволяет быстро проводить процесс обезвоживания. Частоту вращения шнеков можно регулировать гидромуфтой от 1,45 до 3,00 мин. От нее зависят производительность шнека, влажность отпрессованного жома и расход энергии.

Рис. 20. Двухшнековый пресс: 1 – загрузочный бункер; 2 – шнек; 3 – крышка; 4 – привод

Показатели работы пресса обусловлены равномерностью его питания жомом. При недостаточной загрузке влажность жома увеличивается. На степень отжатия жома оказывают влияние форма проходной части прессов и время пребывания жома в прессе.

Штемпельные и ротационные прессы применяются для брикетирования сухого жома. Ротационные прессы имеют плоскую или цилиндрическую матрицу. В штемпельных она неподвижна, а пуансон (штемпель) совершает возвратно-поступательное движение. В таких прессах наблюдаются большие инерционные силы при прессовании, поэтому они должны устанавливаться на массивных фундаментах.

Одна из конструкций ротационного пресса с горизонтальной плоской матрицей показана на рис. 21. Основной частью пресса является прессующий узел, состоящий из матрицы и прессующих валков, устройства для среза гранул и полого вала. Матрица установлена на полом валу и вращается вместе с ним. Конический распределитель служит для направления сухого материала подвалки.

Спрессованный материал на выходе из отверстия матрицы срезается ножом и лопастью направляется в выгружной лоток. Зазор между матрицей и лезвием ножа должен быть не более 0,5 мм. Необходимо, чтобы нож перекрывал рабочую ширину матрицы; лезвие его должно располагаться параллельно нижней плоскости матрицы. Угол наклона ножа к горизонтальной плоскости составляет 30°.

Для срезания брикета устанавливаются четыре ножа. Если необходимо получить более крупные брикеты, количество ножей уменьшают.

Дисковый пресс, используемый в производстве прессованного сахара-рафинада, состоит из следующих узлов: набивной коробки для приема рафинадной кашки, диска с матрицами и пуансонами, упора для прессования брусков рафинада; механизмов для натирки стола, для подачи сахара в матрицы, для выталкивания отпрессованных брусков рафинада, для подъема пуансонов, для поворота диска, а также привода и станины.

Стол пресса совершает вращательное движение против часовой стрелки в горизонтальной плоскости. Во время одного оборота он делает четыре остановки (рис. 22).

Матрицы пресса выполнены в виде латунных коробок, которые вставлены в отверстия диска.

Рис. 21. Ротационный пресс: 1 – кожух; 2 – распределитель материала; 3 – бункер; 4 – прессующий валок; 5 - матрица; 6 – устройство для среза гранул; 7 – выгрузной лоток; 8 – лопасть	Рис. 22. Схема работы дискового пресса. Операции: 1 – заполнение матрицы рафинадной кашкой; 2 – формование при движении пуансона вверх; 3 – выталкивание брусков сахара пуансоном из матрицы; 4 – очистка пуансона от остатков сахара и натирание мастикой

Из таблетирующих машин наибольшее распространение в пищевой промышленности получили ротационные. В них материал прессуется пуансонами, вмонтированными в ротор по его окружности на двух уровнях. Во время работы пуансоны перемещаются вдоль вертикальной оси благодаря копирам и прессующим роликам. При вращении ротора пуансоны, двигаясь в матрице, предварительно заполненной таблетируемым материалом, сжимают его с двух противоположных сторон. Таблетка выталкивается из матрицы нижним пуансоном при выведенном верхнем.

Ротационные таблетирующие машины делятся на два класса. В машинах первого класса пуансоны по копирам катятся, а в машинах второго – скользят. Различают машины однократного и многократного действия, в которых каждая пара пуансонов за один оборот ротора формирует соответственно одну или несколько таблеток.

Гранулирование может осуществляться тремя способами: в грануляторах, окатыванием и в псевдоожиженном слое.

Двухшнековый формующий пресс (рис. 23) используется в производстве конфет, в частности пралине. Конфетная масса продавливается через фильеру. Фильера представляет собой плоский металлический диск с калиброванными отверстиями, форма которых определяет вид изделия. Жгуты конфетной массы рубятся на гранулы эксцентрично установленными ножами, расположенными с определенным зазором у фильеры.

Давление, создаваемое шнеком, зависит от гидравлического сопротивления в отверстиях фильеры, которое определяется консистенцией конфетной массы, формой и размером отверстий.

Рубящие ножи закреплены на вращающемся валу, имеющем собственный привод. Эксцентричное расположение ножевого крыла позволяет заполнить материалом все сечение фильеры. Для регулировки зазора между фильерой и рубящими ножами ножевой нал может перемещаться в осевом направлении. Для этого кожух гранулятора отводится в сторону вместе с приводом. При демонтаже шнека грануляционная головка может быть отведена от нагнетающего шнека.

Рис. 23. Двухшнековый формующий пресс: 1 – привод; 2 – загрузочный бункер; 3 – дозирующий шнек; 4 – корпус пресса; 5 – шнеки; 6 – фильера

Гранулирование окатыванием применяется в кондитерской промышленности при производстве конфет, состоящих из ядра и оболочки. Наслоение оболочки на ядро производят в дражировочных грануляторах.

Дражировочный гранулятор (рис. 24) представляет собой чашеобразный корпус с вогнутым дном, совершающий сложное движение в горизонтальной плоскости: чаша вращается вокруг собственной оси и вокруг вала привода. Такое движение создает нисходящий винтообразный поток порошка. В результате ядра окатываются оболочкой, что приводит к росту гранул. Ядрами служат обычно кристаллы сахара, изюм, орехи, ягоды и т. д. Оболочка состоит из сахарной пудры, порошка какао, кофе и т. д.

Рис. 24. Гранулятор: 1 – подающий шнек; 2 – фильера; 3 – кожух; 4 – рубящий нож; 5 – вал; 6 – редуктор; 7 – электродвигатель; 8 – вентилятор

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Для чего применяется прессование в пищевой промышленности?

2.Чем различаются обезвоживание и брикетирование продуктов?

3.Из каких составляющих складывается давление прессования?

4.От каких величин зависит средний коэффициент уплотнения?

5.От каких величин зависит средняя плотность брикета?

6.Какое оборудование применяется для обработки продуктов прессованием?

Лабораторная работа № 3

ПЕРЕМЕШИВАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА

Цель работы: изучить устройство и принцип действия оборудования для перемешивания жидких сред, пластичных масс и сыпучих материалов.

Порядок выполнения работы

1. Изучить устройство мешалок и смесителей.

2. Ознакомиться с принципом действия перемешивающих устройств.

3. Составить отчет.

Для перемешивания жидких сред применяются несколько способов: пневматический, циркуляционный, статический и механический.

Пневматическое перемешивание осуществляется с помощью сжатого газа (в большинстве случаев воздуха), пропускаемого через слой перемешиваемой жидкости. Для равномерного распределения в слоежидкости газ подается в смеситель через барботер – ряд перфорированных труб, расположенных у днища смесителя по окружности или спирали.

В ряде случаев перемешивание проводят с помощью эжекторов.

Интенсивность перемешивания определяется количеством газа, пропускаемого в единицу времени через единицу свободной поверхности жидкости в смесителе.

Пневматическое перемешивание имеет ограниченное применение: используется тогда, когда допускается взаимодействие перемешиваемой жидкости с газом.

Циркуляционное перемешивание осуществляется с помощью насоса, перекачивающего жидкость по замкнутой системе смеситель – насос – смеситель.

Интенсивность циркуляционного перемешивания зависит от кратности циркуляции, т. е. отношения подачи циркуляционного насоса к объему жидкости в аппарате. В ряде случаев вместо насосов могут применяться паровые инжекторы.

Статическое смешивание жидкостей невысокой вязкости, а также газа с жидкостью осуществляется в статических смесителях за счет кинетической энергии смешиваемых компонентов.

Статические смесители устанавливают в трубопроводах перед реактором, или другой аппаратурой, или непосредственно в реакционном аппарате.

Простейшими статическими смесителями являются устройства с винтовыми вставками различной конструкции.

На рис. 25 представлены конструкции цилиндрических статических смесителей, предназначенных для перемешивания газа и жидкости, с вставными элементами – разнозакрученными пластинами из нержавеющей стали, установленными последовательно встык или в корпусе смесителя. Геометрия отдельного элемента определяется углом и направлением закручивания, а также соотношением диаметра и длины. Количество установленных элементов зависит от вязкости, а также от отношения вязкостей смешиваемых жидкостей: чем выше вязкость и различие жидкостей, тем больше устанавливается элементов.

Рис. 25. Статические смесители: а – цилиндрический с вставными элементами (1 – фланец; 2 – корпус; 3 – смешивающие элементы); б – эмульсор

Статические смесители используются также для получения эмульсий. На рис. 25 (б) изображен вихревой эмульсор для получения эмульсий жирофосфатидной смеси в обезжиренном молоке (заменитель цельного молока). Он обеспечивает высокую эффективность эмульгирования при давлении 0,30 – 0,36 МПа, прост в изготовлении и эксплуатации. Принцип его действия заключается в использовании эффекта центробежной форсунки при каскадном течении жидкости. Получаемая эмульсия с размером частиц до 3 мкм не расслаивается в течение 24 ч.

Механическое перемешивание используется для интенсификации гидромеханических (диспергирования), тепло- и массообменных, биохимических процессов в системах жидкость – жидкость, газ – жидкость – твердое тело. Осуществляется оно при помощи различных перемешивающих устройств – мешалок. Мешалка представляет собой комбинацию лопастей, насаженных на вращающийся вал.

Все перемешивающие устройства, применяемые в пищевых производствах, можно разделить на три группы (рис. 26): лопастные; турбинные и пропеллерные; специальные – винтовые, шнековые, ленточные, рамные, ножевые и др., служащие для перемешивания пластичных и сыпучих масс.

По частоте вращения рабочего органа перемешивающие устройства делятся на тихо- и быстроходные.

Лопастные, ленточные, якорные и шнековые мешалки относятся к тихоходным: частота их вращения составляет 30 – 90 мин, окружная скорость на конце лопасти для вязких жидкостей – 2 – 3 м/с.

Достоинствами лопастных мешалок (см. рис. 26, а, б) являются простота устройства и невысокая стоимость. Недостаток – слабый осевой поток жидкости, что не обеспечивает полного перемешивания во всем объеме смесителя. Усиление осевого потока достигается при наклоне лопастей под углом 30° к оси вала.

Якорные мешалки имеют форму днища аппарата, применяются для перемешивания вязких сред, при этом они очищают стенки и дно смесителя от налипающих загрязнений.

Шнековые мешалки имеют форму винта и применяются, как и ленточные, для перемешивания вязких сред.

К быстроходным относятся пропеллерные и турбинные мешалки с частотой вращения от 100 до 3000 мин при окружной скорости 3 – 20 м/с.

Пропеллерные мешалки (см. рис. 26, в) изготавливают с двумя или тремя пропеллерами. Они обладают насосным эффектом, используются для создания интенсивной циркуляции жидкости, применяются для перемешивания жидкостей вязкостью до 2 Па·с.

Турбинные мешалки (см. рис. 26, г, д, е) изготавливают в форме колес турбин с плоскими, наклонными и криволинейными лопастями. Они бывают открытого и закрытого типов. Закрытые мешалки имеют два диска с отверстиями в центре для прохода жидкости. Для одновременного создания радиального и осевого потоков применяют турбинные мешалки с наклонными лопастями. Турбинные мешалки обеспечивают интенсивное перемешивание во всем рабочем объеме смесителя. Для уменьшения кругового движения жидкости и образования воронки в смесителе устанавливаются отражательные перегородки.

Рис. 26. Типы мешалок: а – трехлопастная; б – двухлопастная; в – пропеллерная; г - открытая турбинная; д – открытая турбинная с наклонным и лопастями; е – закрытая турбинная

Турбинные мешалки применяются для перемешивания жидкостей вязкостью до 500 Па·с, а также грубых суспензий.

Основными элементами типового смесителя с перемешивающим устройством (рис. 27) являются корпус с крышкой, привод и мешалки.

Наиболее широко применяется выносной электрический привод с вертикальным валом. Бывают также приводы с горизонтальным и боковым расположением вала. Возможно верхнее и нижнее расположение вертикального привода по отношению к смесителю.

Вал перемешивающего устройства соединяется с валом редуктора чаще всего продольно-разъемной или зубчатой муфтой. В первом случае опорой вала является подшипник редуктора.

При работе мешалки возникают крутящие колебания вследствие динамических нагрузок на консольный конец вала. Для устранения колебаний и повышения надежности в реакторах обычно устанавливают концевой или промежуточный подшипник.

Рис. 27. Смеситель с мешалкой: 1 – привод; 2 – стойка привода; 3 – уплотнение; 4 – вал; 5 – корпус; 6 – рубашка; 7 – отражательная перегородка; 8 – мешалка; 9 – труба

Для уплотнения вращающихся валов с целью создания герметичности применяют сальники с мягкими и твердыми набивками. На рис. 28 показан охлаждаемый сальник, в котором сальниковое устройство одновременно является подшипником скольжения для вала мешалки. В середине сальниковой набивки имеется смазочное кольцо, обеспечивающее подвод смазки по всему периметру вала. Отвод теплоты осуществляется охлаждающей жидкостью, подаваемой в рубашку (рис. 29).

При перемешивании пластичных масс, в частности в хлебопекарном, макаронном и кондитерском производствах, не только смешиваются различные компоненты, но при этом тесто разминается, насыщается воздухом и приобретает определенные свойства.

Процесс перемешивания проводится в смесителях периодического и непрерывного действия, оборудованных специальными перемешивающими устройствами – рамными, шнековыми и ленточными мешалками (рис. 30). Смесители могут иметь месильное устройство с вертикальной или горизонтальной осью.

Рис. 28. Охлаждаемый сальник: 1 – вал мешалки; 2 – корпус; ; 3 – рубашка; 4 – нажимной фланец; 5 – набивка; 6 – смазочное кольцо; 7 – упорное
Рис. 30. Схемы шнековых (а) и ленточных (б, в) мешалок

Рис. 29. Схема циркуляции жидкости в смесителе

Для обработки эластично-упругих масс (пшеничное тесто) в ряде случаев применяют смесители с двумя месильными устройствами, вращающимися навстречу друг другу с различными скоростями.

Для смешивания мало- и высоковязких кондитерских масс (вафельное тесто, вафельная начинка, бисквитное тесто, песочное тесто и т. д.), а также перемешивания кондитерских масс с сыпучими компонентами (кексовое тесто с орехами) применяются смесители корытообразной формы с расположенными в них двумя спиральными рабочими органами, вращающимися в разные стороны. Высокая интенсивность перемешивания достигается за счет проведения процесса в тонком слое.

Рис. 31. Аппарат для приготовления теста для пирожных: 1 – крышка; 2 – стойка; 3 – корпус; 4 – месильное устройство

Тесто для пирожных готовится в аппарате с месильным устройством, которое имеет четыре лопасти, расположенные перпендикулярно друг другу и выполненные по форме днища аппарата (рис. 31). Частота вращения мешалки 12 мин. По окончании процесса смешивания аппарат опрокидывается, при этом крышка откидывается и происходит выгрузка теста.

Для смешивания сыпучих материалов в пищевых производствах используют смесители как работающие в других отраслях промышленности, так и специально сконструированные для смешивания материалов, различающихся гранулометрическим составом, плотностью, прочностью, физическим состоянием и другими свойствами.

Как правило, смесители классифицируют по следующим признакам:

– по принципу действия: непрерывного (барабанные, червячно-лопастные, роторные и др.) и периодического (ленточные, бегунковые, плунжерные, пневматические и с псевдоожиженным слоем) действия;

– по скоростным характеристикам: скоростные и тихоходные. Скоростные смесители бывают одно- и двухступенчатыми. Одна ступень может быть обогреваемой, а другая – охлаждаемой;

– по конструктивным особенностям: лопастные (турбинные), волчковые, дисковые и шнековые.

Общий вид двухступенчатого центробежного турбосмесителя показан на рис. 32. Он применяется для смешивания порошкообразных, вязких и жидких материалов. Первая ступень служит для гомогенизации смеси, а вторая для ее охлаждения. Для улавливания пыли на крышке установлен рукавный фильтр. В смесителе вращается скоростной комбинированный ротор, состоящий из трехлопастной мешалки и комбинации ножей (рис. 33).

Готовая охлажденная смесь выгружается через нижний затвор, управляемый пневмоцилиндром. Смесительные роторы приводятся во вращение электродвигателями через ременную передачу.

Принцип действия смесителей с псевдоожиженным слоем основан на псевдоожижении смешиваемых материалов быстровращающимся ротором (частота вращения рабочего органа смесителей разных моделей и объемов изменяется от 300 до 3000 мин^-1). При вращении рабочего органа материал отбрасывается к стенке смесителя и перемещается вверх, при этом образуется циркуляционный контур. Восходящий поток материала вдоль стенок препятствует налипанию влажного материала на стенку. Рабочий орган выполнен таким образом, чтобы не образовывались застойные зоны. Его конструкция обеспечивает самоочищение лопаток ротора. Как правило, рабочий орган состоит из 2- или 3-рядных ножевых лопастей, горизонтальных или загнутых вверх.

Рис. 32. Комбинированный турбосмеситель: 1 – электродвигатель; 2 – ротор; 3 – обогреваемая рубашка; 4 – дефлектор; 5 – фильтр; 6 – поворотная крышка; 7 – передаточное устройство; 8 – охлаждаемые сегменты; 9 – перемешивающее устройство

Рис. 33. Рабочий орган турбосмесителя

Тихоходные смесители (ленточные, лопастные, шнековые и с псевдоожиженным слоем) для смешивания сыпучих и влажных материалов имеют цилиндрическую или корытообразную форму и закрываются с торцов и сверху крышками. Внутри корпуса смесителя расположен вал с плоскими ленточными спиральными лопастями, на которых для интенсивного перемешивания материалов сделаны левая и правая навивки. В ленточных смесителях большой вместимости смесительный элемент состоит из четырех лент. Окружная скорость наружной ленты составляет 1,2 м/с. Привод вала осуществляется через клиноременную передачу.

На рис. 34 показан спаренный планетарно-червячный смеситель, предназначенный для смешивания зернистых материалов с диаметром частиц не более 10 мм. Смеситель состоит из конического корпуса, внутри которого расположен наклонный червяк, вращающийся одновременно вокруг собственной оси и вокруг конического корпуса смесителя при помощи водила. Смешиваемые материалы червяком перемещаются вверх, а затем падают под действием гравитационной силы. Смеситель обеспечивает хорошее смешивание при небольшом расходе энергии. Частота вращения червяка – 60 мин^-1 водила – 1,58 мин^-1. Корпус смесителя закрыт общей крышкой, на которой установлены приводы червяков и водила.

Смеситель, основанный на псевдоожижении зернистых материалов газовым потоком, применяется для усреднения больших партий. Он представляет собой вертикальный цилиндрический корпус с коническим днищем и крышкой. В нижнюю часть днища вмонтированы сопла, соединяемые с коллектором подачи сжатого газа. Материал загружается через специальные клапаны, расположенные на крышке, а выгружается через клапан в нижней части днища.

Рис. 34. Общий вид смесителя-усреднителя с планетарным шнековым перемешивающим устройством: 1 – привод; 2 – конический корпус; 3 – перемешивающее устройство

Смешивание происходит за счет импульсной подачи сжатого газа при давлении до 3 МПа в камеру смешения. При подаче сжатого газа образуются турбулентные пылегазовые потоки, направленные по восходящей спирали в периферийной кольцевой зоне смесителя и по нисходящей – в центральной цилиндрической зоне. В результате движения частиц материала по пересекающимся траекториям происходит его перемешивание. Технологический газ, очищенный от пыли в циклоне или фильтре, поступает на компримирование.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. С какой целью применяется перемешивание в пищевой технологии?

2. Какой показатель характеризует качество смешивания?

3. Какие существуют способы перемешивания в жидких средах?

4. Какие конструкции мешалок применяются в пищевой технологии, и от чего зависит выбор мешалки?

5. От каких параметров зависит мощность, потребляемая мешалкой?

6. Почему в критериальное уравнение, описывающее процесс перемешивания, входят модифицированные критерии гидродинамического подобия?

7. Как определяется мощность мешалки?

8. Какие типы месильных устройств применяются для перемешивания пластичных масс?

9. Какие типы смесителей применяются для перемешивания сыпучих материалов?

Лабораторная работа № 4