ЛЕКЦИЯ № 17 ПРЕССОВАНИЕ

МОДУЛЬ № 3

МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

ЛЕКЦИЯ № 17 ПРЕССОВАНИЕ

1. Г.Д. Кавецкий, В.П. Касьяненко «Процессы и аппараты пищевой технологии».- М., КолосС, 2008.-591 с.: ил. 2. Процессы и аппараты пищевых производств. Учебник для вузов в 2 книгах/… План лекции:

ВОПРОС № 1 Общие сведения

Для обезвоживания, брикетирования твердых материалов, гра­нулирования и формования пластичных материалов в пищевой промышленности применяют прессование, которое заключается в том, что обрабатываемый материал подвергается внешнему давле­нию в специальных прессах.

Под избыточным давлением проводят обезвоживание, брикетирование, формование и штампование различных пищевых мате­риалов.

Обезвоживаниепод давлениемприменяют в некоторых отраслях пищевой промышленности: в сахарном производстве для отжима воды из свекловичного жома, сока из сахарного тростника, в масложировом производстве для выделения из семян подсолнечника растительного масла, в производстве соков для выделения сока изягод и плодов и в других.

Брикетированиеприменяют для получения брикетов, т. е. брус­ков прямоугольной или цилиндрической формы спрессованного материала, в сахарном производстве — для получения брикетов свекловичного жома и сахара-рафинада. Брикетирование находит широкое применение в производстве пищевых концентратов и ле­карственных препаратов, в кондитерском и комбикормовом произ­водствах, в процессах утилизации отходов производства и др.

Разновидностью брикетирования являются таблетирование и гранулирование.Таблетки и гранулы имеют меньшие размеры посравнению с брикетами. Промышленностью выпускаются грану­лированный чай, кофе, пищеконцентраты, конфеты и другие продукты.

Формованиепластичных материалов используется в хлебопе­карном, кондитерском и макаронном производствах для придания изделию из теста заданной формы.

 

 

ВОПРОС 2. Обезвоживание и брикетирование

Обезвоживание проводят под избыточным давлением, которое прикладывают к материалу двумя способами: давлением поршня в прессах или действием… Брикетирование, таблетирование и гранулирование применяют для повышения… Жом, предназначенный для скармливания скоту, отжимают на прессах до содержания влаги 9...10 %. Прессованный жом…

Рис.1. Схема сил, действующих на элементарный слой брикета

(1)

 

(2)

 

 

 

Уравнение (2) представляет собой уравнение распределения давления прессования по высоте сжатого брикета. Его можно так­же использовать для определения потерь давления на трение о стенки матрицы.

Уменьшение коэффициента уплотнения элементарного слоя, перпендикулярного направлению усилия прессования, связано с приращением давления в этом слое [см. уравнение (1)]. Если принять, что первоначальная плотность брикета по всей высоте

 

 

(4)

 

 

(5)

 

Уравнения (4) и (5) являются основными уравнениями процесса одностороннего прессования дисперсного вещества, полученными при допущении постоянства коэффициентов трения f и бокового давления ξ.

 

 

ВОПРОС 3. Гранулирование и формование

Экструзия бывает холодной, тепловой и варочной. При холод­ной экструзии происходит только механическое формование пластического сырья в результате…    

ВОПРОС 4. Оборудование для обработки продуктов прессованием

Гидравлический пресс работает по законам гидравлики. Основ­ной узел пресса — рабочий цилиндр, внутри которого перемеща­ется плунжер, соединенный с… Прессуемый материал помещают между подвижной и непод­вижной плитами. Сила давления, создаваемая поршнем на материал, прямо про­порциональна его площади:

Наклонный шнековый пресс(рис. 3) предназначен для отжа­тия жома, который поступает в сепаратор, где из него частично удаляется вода, а затем в пресс, где отжимается основная часть воды. Часть отжатой воды проходит через цилиндрическое сито и удаляется через штуцер 9, другая часть воды проходит через сито 3 в полую часть вала шнека и удаляется через отверстие 10 и штуцер 9. Отжатый жом выгружается через кольцевые отверстия между коническим ситом и корпусом отжимного шнека. Размер отвер­стия 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.

Вертикальный шнековый пресспоказан на рис.4. Основной частью пресса является полый вертикальный шнек, установлен­ный в специальных траверсах. На кожухе шнека с противополож­ных сторон расположены контрлопасти, которые входят в проме­жутки между лопастями шнека и препятствуют вращению матери­ала вместе со шнеком. В контрлопастях проделаны отверстия, че­рез которые проходит пар, подводимый по трубопроводу.

 

 

Рис.2. Установка для переработки фруктов на сок:

1- бункер; 2-конвейер; 3-установка для мойки и удаления косточек; 4- насос- измельчитель; 5- насос для мезги; 6-бункер-накопитель; 7-пресс

Рис.3. Наклонный шнековый пресс:

1-сепаратор; 2-вал шнека; 3-сито; 4-отжимной шнек; 5-цилиндрическое сито; 6-регулировочное приспособление; 7-отверстия для выгрузки жома; 8-коническое сито; 9-штуцер; 10-отверстия для удаления воды; 11- дополнительная поверхность фильтрования; 12- штуцер для отвода воды

В верхней части пресса расположена воронка для загрузки мате риала, а под ней по цилиндрической образующей — цилиндрические разъемные сита с коническими от­верстиями. Влажный жом поступа­ет на прессование через воронку и верхними лопастями шнека на­правляется вниз, в зону с меньшим поперечным сечением, где отжима­ется вода. Одна часть отпрессован­ной воды выходит через отверстия цилиндрического сита, а другая — через полый вал шнека. Выделен­ная вода по каналу 10 и штуцеру 9 удаляется из пресса.

 

Рис.4. 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

 

В нижней части цилиндричес­кого сита расположено подвижное коническое сито, которое можно поднимать и опускать при помощи болтов 7. Изменением размера щели между этим ситом и нижней частью цилиндрического сита регулируют степень отжатия жома.

Отжатый жом, выходящий через щель, образованную коничес­ким и цилиндрическим ситами, при помощи скребков выгружает­ся из шнека.

Двухшнековый пресс(рис.5) оборудован двумя параллельно установленными шнеками, вращающимися навстречу друг другу. В корпусе и крышках шнека установлены цилиндрические фильт­рующие сита с коническими отверстиями, изготовленные из не­ржавеющей стали.

Конструкция пресса позволяет быстро проводить процесс обез­воживания.

Частота вращения шнеков может регулироваться гидромуфтой от 1,45 до 3 мин^-1. От частоты вращения шнека зависят его произ­водительность, влажность отпрессованного жома и расход энер­гии.

Показатели работы пресса зависят от равномерности питания его жомом. При недостаточной загрузке пресса жомом влажность его увеличивается.

Производительность прессов по отжатому жому, кг/ч,

 

(6)

 

 

Рис.5. Двухшнековый пресс:

1-загрузочный бункер; 2-шнек; 3-крышка; 4-привод

 

Рис.6. Шнековый пресс ВПО-20А:

 

(7)

 

 

На степень отжатия жома основное влияние оказывают форма проходной части прессов и продолжительность пребывания жома в прессе.

Пресс, показанный на рис. 6, предназначен для отжима сока из ягод винограда. Он состоит из перфорированного барабана 2, внутри которого смонтированы два шнека — транспортирующий 3 и прессующий 4. Оба шнека установлены на валу 5. Прессующий шнек вращается с меньшей частотой, чем транспортирующий, что повышает выход сока. В конце перфорированного барабана рас­положен запорный конус, который регулирует площадь кольцево­го сечения отверстия для выхода отпрессованной мезги, а следова­тельно, и влажность мезги.

Перед поступлением в бункер пресса ягоды винограда отделя­ются от гребней и частично измельчаются в дробилках-гребнеотделителях. Мезга транспортирующим шнеком подается к прессу­ющему шнеку. При транспортировке ягод происходит частичное отделение сока от мезги. Окончательное отделение сока происходит при прессовании мезги прессующим шнеком. Сок собирается в сборниках 6 и 7.

Штемпельные и ротационные прессыприменяют для брикетиро­вания сухого жома. Ротационные прессы укомплектованы плос­кой или цилиндрической матрицей. В штемпельных прессах мат­рица неподвижна, а пуансон (штемпель) совершает возвратно-по­ступательное движение. В таких прессах возникают большие инерционные силы при прессовании, поэтому их необходимо ус­танавливать на массивных фундаментах.

Одна из конструкций ротационного пресса с горизонтальной плоской матрицей показана на рис.7. Основной частью пресса является прессующий узел, состоящий из матрицы и прессующих валков, устройства для срезания гранул и полого вала. Матрица установлена на полом валу и вращается вместе с ним. Конический распределитель служит для направления сухого материала под валки.

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

Для срезания брикета устанавливают четыре ножа. Если необ­ходимо получить более крупные брикеты, число ножей уменьша­ют.

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

Стол пресса совершает вращательное движение против часовой стрелки в горизонтальной плоскости (рис.8). Во время одного оборота стол делает четыре остановки, при которых совершаются последовательно следующие операции: /—заполнение матрицы рафинадной кашкой; II—формование при движении пуансона вверх; III— выталкивание брусков сахара пуансоном из матрицы; IV— очистка пуансона от остатков сахара и натирка мастикой.

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

 

Рис.7. Ротационный пресс:

 

 

Из таблетирующих машиннаибольшее распространение в пи­щевой промышленности получили ротационные. В этих машинах 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, которые предназначены для их верхнего и нижнего рядов. 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 катятся по копирам, в маши­нах второго класса скользят. Различают машины однократного и многократного действия, в которых каждая пара пуансонов за один оборот ротора формирует соответственно одну или несколь­ко таблеток.

Часовая производительность ротационной таблетирующей ма­шины

 

(8)

 

Рис.9. Двухпоршневой формовочный пресс:

1 — привод; 2 — загрузочный бункер; 3—дозирующий шнек; 4— корпус пресса; 5—шнек; 6— фильера

 

Гранулирование может осуществляться тремя способами: на специальных устройствах — грануляторах, окатыванием и в псев-доожиженном слое.

Двухшнековый формовочный пресс(рис.9) используют в про­изводстве конфет, в частности пралине, методом формования конфетной массы через фильеру с калиброванными отверстиями. Пресс создает давление в конфетной массе и продавливает ее че­рез фильеру. Непосредственно на выходе из фильеры жгуты кон­фетной массы рубятся на гранулы эксцентрично установленными ножами гранулятора (рис.10), которые расположены с опреде­ленным зазором у фильеры.

Фильера представляет собой плоский металлический диск с от­верстиями, через которые продавливается прессуемая масса. Фор­ма отверстия фильеры определяет вид изделия. При продавливании через отверстия фильеры масса принимает определенную форму. Течение массы в отверстиях фильеры подобно течению очень вязкой жидкости. Давление, создаваемое шнеком, зависит от гидравлического сопротивления в отверстиях фильеры. Со­противление определяется консистенцией теста, формой и разме­ром отверстий.

Рубящие ножи закреплены на вращающемся валу, имеющем собственный привод. Эксцентричное расположение ножевого крыла позволяет заполнить материалом все сечение фильеры.

Рис. 10. Установка для гранули­рования:

1 — подающий шнек; 2—фильера; 3 — ко­жух гранулятора; 4— рубящий нож; 5— вал; б—редуктор; 7—электродвигатель; 8— вентилятор

 

Ре­гулирование зазора между фильерой и рубящими ножами осуще­ствляется ножевым валом, который может перемещаться в осевом направлении. Для этого кожух гранулятора может быть отведен в сторону вместе с приводом. При демонтаже шнека грануляцион­ная головка может быть отведена от нагнетающего шнека.

Технологическая линия производства экструдированных пище­вых продуктов (панировочные сухари, суповые добавки, сухие завтраки и т. п.) показана на рис. 11. В линию входят бункер 1 для основного сырья, бункер 2 для вкусовых добавок, смеситель 3, шнековый дозатор 4, экструдер 6, гранулятор 7, насос-дозатор 5, а также дополнительное оборудование в зависимости от вида полу­чаемого продукта — охладитель 8, промежуточный бункер 9, нако­пительный бункер 11 (сушильная печь 10, жарочная ванна, арома­тизатор и другое оборудование).

Процесс экструзии проводят в экструдерах с одним или не­сколькими шнеками, установленными в одном корпусе. Техноло­гическая часть экструдера состоит из корпуса, в котором враща­ются один или два шнека, смесительных дисков, разгрузочных ус­тройств, приспособления для смены набора фильтров. Корпус и шнеки могут быть выполнены из отдельных секций. Каждая сек­ция имеет сверления для установки термопар и датчиков давле­ния. Корпус, как правило, обогревается электрическими нагрева­телями сопротивления, а шнеки охлаждаются при необходимости водой, циркулирующей через отверстия в секциях корпуса и в пу­стотелых валах шнека.

 

 

 

 

Рис.11. Схема получения экструдированных продуктов

 

Корпус экструдера, шнеки, смесительные элементы, а также загрузочную секцию изготовляют из высокопрочных износостой­ких сталей (азотированные стали, содержащие хром и никель). Сборные шнеки позволяют собирать последовательно зоны заг­рузки, смешения, пластификации и экструзии.

Конструкция загрузочных устройств экструдеров зависит от вида материала. Для загрузки сыпучей смеси небольшой насып­ной плотностью (100...400кг/м³) применяют воронкообразные бункера с ворошителями. Ворошитель представляет собой верти­кальный вал, к которому приварены наклонные лопатки, образу­ющие как бы червяк с прерывистой навивкой для разрыхления материала. Нижняя часть вала может заканчиваться червячным питателем. Для загрузки пастообразных, влажных и порошкооб­разных материалов, обладающих повышенной адгезией, применя­ют одночервячные и двухчервячные загрузочные устройства.

 

Рис.12. Схема одношнекового эктрудера:

 

Схема одношнекового экструдера показана на рис.12. Он состоит из узла загрузки 1, корпуса 2, шнека 3, сменной матрицы (фильеры) 4 и привода 5 с системой управления. Диаметр шнека 50...250 мм, длина — от 1 до 20 диаметров. Форма профиля витка прямоугольная или трапецеидальная. На рис. 12 в зоне І мате­риал находится в увлажненном состоянии, в зоне ІІ—в пласти­ческом состоянии, в зоне ІІІ он представляет собой аморфную те­кучую массу.

Показатель работы экструдера — его эффективность, которая определяется отношением часовой производительности к едини­це потребляемой мощности. Зная эффективность экструдера, можно рассчитать при известной мощности привода максималь­ную производительность или при заданной производительнос­ти — необходимую мощность. Эффективность экструдера вычис­ляют для каждого нового перерабатываемого материала. Сопос­тавление эффективности различных машин при переработке од­ного и того же материала позволяет выбрать оптимальную конструкцию экструдера. Потребляемая мощность зависит от типа привода экструдера. Зная напряжение и силу тока, можно рассчитать мощность экструдера по формуле N= UI, где U — на­пряжение; І— сила тока.

 

 

Рис.13. Схема движения частиц в дражировочном грануляторе

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

Дражировочный грануляторпредставляет собой чашеобразный корпус с вогнутым дном, который совершает сложное движение в горизонтальной плоскости. Чаша вращается вокруг-собственной оси и вокруг вала привода (рис. 13). Такое сложное движение чаши создает восходящий винтообразный поток порошка. В ре­зультате происходит окатывание ядра оболочкой, что приводит к росту гранул. Ядром служат обычно кристаллы сахара, изюм и орехи, ягоды и т. д. Оболочка состоит из сахарной пудры, порош­ка какао, кофе и т. д.