Оборудование для смешивания пищевых сред

Изучить самостоятельно [1, с. 596…607];

1. Научное обеспечение процесса смешивания пищевых сред.

2. Классификация оборудования.

3. Реакторы, их характеристики и расчет.

Тестомесильные машины периодического действия «Стандарт» и Т1-ХТ2А применяются на хлебозаводах малой и средней мощности и предназначены для замеса опары и теста из пшеничной и ржаной муки в подкатных дежах вместимостью 330 л.

Рис. 3.76. Тестомесильная машина "Стандарт"

Машина «Стандарт» состоит из станины 1 (рис. 3.76), закрепленной на фундаментной плите 2. Внутри станины расположен приводной электродвигатель 3, а снаружи — червячный вал 5, служащий для вращения подкатной дежи 10. Она смонтирована на трехколесной каретке 7, которая накатывается на фундаментную плиту и закрепляется на ней с помощью упора и специального фиксатора 8. При этом имеющийся на деже зубчатый венец 9 входит в зацепление с червячным валом 5. Дежа закрывается крышкой 6. Сверху на станине расположен червячный редуктор 13, приводимый в движение от электродвигателя через клиноременную передачу 11 и фрикционную муфту 12. Месильный рычаг 4 на нижнем конце имеет лопасть, которая и осуществляет замес теста в деже.

Верхний конец месильного рычага с помощью подшипника шарнирно соединен с колесом червячного редуктора и благодаря промежуточной шаровой опоре совершает поступательное круговое движение. Аналогичное движение совершает и месильная лопасть.

Во время работы машины месильная лопасть в нижнем положении проходит плотно возле днища дежи, а в верхнем выходит за плоскость обреза нижней кромки дежи. При этом в начале замеса происходит интенсивное распыление муки. Перемешивание и замес происходит не на всей траектории движения месильной лопасти, а лишь на 20 %, что существенно снижает КПД машины. Замес осуществляется при постоянной частоте вращения месильного рычага (n=23,5 мин^-1), поэтому на машине невозможно обеспечить различную интенсивность замеса на отдельных стадиях процесса.

Поскольку на хлебозаводах в настоящее время эксплуатируется большое число таких машин, следует обратить внимание на возможность реконструкции месильной лопасти и приводной части машины с целью интенсификации замеса. Модернизация машин «Стандарт», проводимая в течение нескольких лет, не коснулась изменения самого принципа замеса, а заключалась в совершенствовании конструкции отдельных узлов и улучшении их эксплуатационной надежности.

Тестомесильная машина Т1-ХТ2А (рис. 3.77) отличается от тестомесильной машины «Стандарт» тем, что вместо червячного привода дежи с помощью червячного венца осуществляется привод плиты, на которой закрепляется дежа. При разработке конструкции достигнуто улучшение санитарных условий работы, некоторое уменьшение массы дежи и удешевление ее изготовления, повышена надежность.

Станина 2 тестомесильной машины Т1-ХТ2А с приводным устройством 3, месильной лопастью 4, маховиком смонтирована на фундаментальной плите 1. Дежа имеет откидную крышку 5. В фундаментальной плите смонтированы два червячных редуктора. На выходном валу редуктора 7 насажен поворотный стол 8, на котором имеются направляющие 10 для дежи, стойка и фиксатор с педалью 9, упорный кронштейн 6.

При работе дежу накатывают на поворотный стол, центрируют и фиксируют с помощью защелки. Затем закрывают крышку, загружают дежу и включают привод. По окончании замеса крышку поднимают. При этом выключается фрикционная муфта на валу привода месильного органа и затормаживается ее привод, а стол с дежой продолжает вращаться до тех пор, пока специальный упор на плите не коснется конечного выключателя, который отключает электродвигатель. При этом дежа останавливается в положении, удобном для откатывания. С помощью ножной педали освобождают фиксатор и откатывают дежу.

Повысить интенсивность замеса можно за счет изменения конфигурации месильной лопасти, например в виде спирали, Ф- или Г- образного рычага, а также соответствующей реконструкции приводной станции.

Техническая характеристика тестомесильных машин

Тестомесильная машина ТМ-63М (рис. 3.78) предназначена для замеса специального крутого теста для бараночных и некоторых мучных кондитерских изделий. Относится к тихоходным машинам с двумя Z-образными лопастями, которые при замесе периодически подвергают усиленному механическому воздействию отдельные порции теста.

Тестомесильная машина ТМ-63М состоит из месильной камеры 7, выполненной в виде соединенных двух полуцилиндрических днищ с наращенными крайними стенками. На торцовых стенках месильной камеры в цапфах закреплены подшипники месильных лопастей 6.

Подшипник передней месильной лопасти опирается через корпус и цапфу на станину 2 тестомесильной машины. Цапфы второго вала свободно опираются на станину. Сверху месильная камера закрыта крышкой 3 с откидной дверкой 5. В первой вмонтированы патрубки 4 для загрузки муки и жидких компонентов. Привод валов месильных лопастей осуществляется от электродвигателя 13 с помощью клиноременной 12, цепной 10 и зубчатых передач 8 и 9.

По окончании замеса привод отключают и включает механизм поворота дежи. Тесто под действием собственного веса выгружается в тестоспуск или на транспортер. Для разгрузки дежи путем опрокидывания служит система механизмов, включающая поводок 14, ходовую гайку с пальцем 16, винт 15, клиноременную передачу 11 и электродвигатель 1.

Рис. 3.78. Тестомесильная машина ТМ-63М

Рабочий процесс характеризуется однотипностью воздействия на всех трех стадиях замеса. По этой причине хуже всего обстоит дело с организацией смешивания, т. е. первой стадии замеса, которая накладывается по времени на вторую стадию и удлиняет замес. Не совсем удобна выгрузка теста и зачистка от него месильной емкости. В конструктивном отношении применение открытых цепных и зубчатых передач на тестомесильной машине также нельзя признать удачным.

Техническая характеристика: производительность - 900 кг/ч; продолжительность замеса - до 10…12 мин; установленная мощность электродвигателей - 5,1 кВт; частота вращения месильного органа - 38 мин^-1; масса одного замеса - 150 кг.

Машина Р3-ХТИ-3 предназначена для интенсивного замеса пшеничного теста с переменным режимом замеса, который обеспечивается путем применения трехскоростного электродвигателя. Машина имеет стационарную корытообразную месильную емкость, которая при разгрузке поворачивается вокруг горизонтальной оси.

Рабочая емкость машины 5 (рис. 3.79) установлена на двух поворотных цапфах 4, которые вмонтированы в поворотные опоры 3, закрепленные на станине 1. Внутри цапф пропущены Г- образные рычаги 6 месильного органа, соединенные между собой вилкообразным рычагом и штангой 7. Привод месильного органа осуществляется от двух приводных электродвигателей 9 через зубчатые редукторы 10.Конструкция месильного органа благодаря применению различных скоростей правого и левого Г- образных рычагов позволяет изменять свое пространственное положение относительно опор.

Загрузка компонентов осуществляется через патрубки, вмонтированные в неподвижной крышке 8. Выгрузка теста осуществляется путем поворота корыта с помощью индивидуального привода. Управление машиной осуществляется автоматически по заданной программе.

Замес теста в машине осуществляется следующим образом. Г- образные рычаги попеременно в течение половины оборота перемещаются параллельно цилиндрической части месильной емкости на небольшом расстоянии от нее, за один оборот прорабатывается сравнительно небольшая масса теста, но при этом возникают большие нагрузки на валу месильной лопасти. В последующие пол-оборота над цилиндрической частью днища проходит углом соединение штанги с шарнирным рычагом и перемешивает массу иным образом, однако воздействие самой цилиндрической штанги на тесто менее значительно даже при дифференциальной скорости ее концов.

К достоинствам машины следует отнести интенсивное воздействие на тесто при замесе, способствующее сокращению брожения теста, автоматическое управление процессом замеса, устройство механизированной разгрузки при периодическом замесе.

Техническая характеристика: производительность - 23… - 28 т/сут; продолжительность замеса - до 3 мин; установленная мощность - 21 кВт; частота вращения месильного органа - 60; 90; 120 мин^-1; вместимость месильной камеры - 0,35 м³.

Расчет производительности и энергозатрат. Производительность тестомесильных машин периодического действия П (кг/с)

где: λ - коэффициент использования объема дежа; τ_з - время, необходимое для замена теста, с; τ_в - время для совершения вспомогательных операций, с; V - вместимость месильной камеры, м³; ρ - плотность теста, кг/м³.

Мощность электродвигателя привода тестомесильных машин периодического действия N_дв (кВт)

где: N₁ - мощность, необходимая для вращения месильного органа при замесе теста, кВт; N₂ - мощность, необходимая для вращения дежи, кВт; η - КПД привода;

где: ω₁ - угловая скорость месильного органа, рад/с; R - радиус вращения центра лопасти, м,

где: f - коэффициент трения вала в дежи опорах; g=9,81 м/с² - ускорение свободного падения; G_Д - масса дежи, кг; G_Т - масса теста в деже, кг; r₄ - радиус цапфы, м; ω₂ - угловая скорость дежи, с^-1.

Тестомесильные машины непрерывного действия обычно имеют стационарную месильную емкость и расположенные в ней вращающиеся или совершающие круговое движение месильные органы. Интенсивность замеса в них может быть повышена за счет применения тормозных лопастей или выступов на стенах месильной камеры.

Тестомесильная машина Х-12Д (рис. 3.80) относится к тихоходным однокамерным машинам и предназначена для замеса пшеничного и ржаного теста.

Машина состоит из полуцилиндрической месильной емкости 5, в центре которой расположен месильный вал 4 с лопатками 3. Сверху корпус закрывается откидной крышкой. Мука подается в машину через прямоугольный патрубок 1, оборудованный двумя емкостными датчиками уровня 7. Дозируется мука роторным питателем, приводимым в движение от главного вала кривошипно-шатунным механизмом 10 и клиновым фрикционным храповиком 9. Над питателем установлен ворошитель 8, совершающий качательное движение через систему рычагов. Для наблюдения за работой дозатора муки служит окно 2. Выходит тесто из машины через патрубок 6. Привод машины осуществляется от электродвигателя 13 через редуктор 12 и зубчатую передачу 11. На передней панели расположены четыре качающихся крановых дозатора жидких компонентов.

Работает машина следующим образом. Все компоненты малыми дозами от дозаторов подаются непрерывно в переднюю часть, корыта, отделенного порогом, перемешиваются лопатками 3 с наклонной поверхностью и проталкиваются вдоль корыта. По мере продвижения массы до патрубка 6 она перемешивается и пластифицируется.

Очистка машины производится без разборки, что весьма неудобно. Недостатками машины являются слабый промесс теста, значительные колебания состава из-за ненадежной работы дозирующих систем и отсутствие устройств для регулирования скорости вращения месильного вала и длительности замеса.

Предельная частота вращения месильного вала ограничена 48 мин^-1, а интенсивность механического воздействия — усилием, которое образуется в результате трения теста о стенки месильной камеры. Поэтому в данном случае невозможно повысить интенсивность замеса путем увеличения частоты вращения. Однако если уменьшить рабочую площадь месильных лопаток или на стенке месильной емкости установить тормозные лопатки или штыри, то можно повысить частоту вращения и интенсивность замеса.

Техническая характеристика: производительность - 15…20 т/сут; установленная мощность - 3 кВт; частота вращения месильных валов - 48 мин^-1.

Машина непрерывного действия марки ШТ-1М(рис. 3.81) со стационарной емкостью и горизонтальной осью вращения месильного органа предназначена для получения пластичного теста из муки и эмульсии. В патрубок 8 камеры 7 предварительного смешивания дозаторами подается мука и эмульсия. В камере вращается вал 5 с секторными месильными лопастями 6. Цепь 3 сообщает вращение валу 5 от вала 2.

Благодаря развороту месильных лопастей смесь в камере продвигается к патрубку 4 и поступает в камеру 13 окончательного смешивания на виток шнека 14. Камера 13 имеет рубашку 12 из двух частей. Это позволяет создавать нужный температурный режим в начале и конце замеса. Лопасти 10 образуют две винтовые линии с углами (0,2…0,25) π рад к оси вала. Каждая пара лопастей повернута по отношению к соседней на угол 90°. Вал 2 приводится в движение от электродвигателя 1. В камере окончательного смешивания получается готовое тесто.

Продолжительность замеса регулируется шибером 11. При прикрытии шибером выпускного отверстия продолжительность замеса теста увеличивается. Через отверстия с крышками 9 производится очистка камер по окончании работы. При их открывании обесточивается приводной электродвигатель. В рассмотренной машине смешиваются два компонента сахарного теста: эмульсия и мука. Эти компоненты подаются объемными дозаторами.

Техническая характеристика: производительность - 900…1300 кг/ч; угловая скорость месильного органа - в камере предварительного смешения 2,5…5,8 рад/с, в камере окончательного смешения 0,8…1,8 рад/с; установленная мощность - 10 кВт.

Лопастной вибросмеситель марки ШВС (рис. 3.82) предназначен для смешивания компонентов рецептурной смеси в кондитерском производстве.

Схема вибросмесителя приведена на рис. 3.82, а, а конструкция месильной камеры - на рис. 3.82, б. Валы 1 и 2, расположенные в месильной камере 7, имеют лопасти 6, установленные под углом к валам. Для устранения попадания масла в камеру из подшипникового узла 3 установлены сальники 5 с нажимной втулкой 4. В этой смесильной машине амплитуда колебаний изменяется путем изменения положения дисбаланса.

Техническая характеристика: производительность - 650 кг/ч; угловая скорость месильного органа - 18 рад/с; установленная мощность - 3,83 кВт.

Машина РЗ-ХТО(рис. 3.83) относится к двухкамерным тестомесильным машинам с повышенным механическим воздействием на тесто в зоне пластификации.

Тестомесильная машина РЗ-ХТО обеспечивает интенсивный замес теста, улучшающий качественные показатели готовых изделий, и открывает широкие возможности применения новых прогрессивных технологических схем, сокращающих длительность цикла брожения теста перед разделкой.

Следует, однако, обратить внимание на то, что в настоящей машине процесс смешения объединен со второй фазой замеса, поэтому требует значительного расхода энергии. Пластификация теста за счет сжатия до 3∙10⁵ Па нуждается в уточнении, поскольку сжатие между параллельными ребрами валков для придания продольного перемещения сопровождается повышенным нагревом теста и является нежелательным.

Техническая характеристика: производительность - до 10 т/сут; установленная мощность - 17 кВт; частота вращения месильного органа - 50…150 мин^-1.

Расчет производительности и энергозатрат. Производительность тестомесильных машин непрерывного действия П (кг/с)

где: z - количество валов, шт; D_л - наружный диаметр лопастей, м; d_в - диаметр вала, м; S - шаг лопастей, м; n - частота вращения вала, мин^-1; ρ - плотность теста, кг/м³; k₁ - коэффициент подачи, зависящий от формы лопаток и их расположения на валу; k₂ - отношение суммарной площади лопастей к винтовой поверхности того же диаметра и шага; k₃ - коэффициент, учитывающий площадь сечения, образуемую пересечением траекторий движения лопастей (для одновальной машины z=1, k₃=1, для двухвальной машины z=2, k₃=0,55…0,70).

Вместимость месильной камеры для машин непрерывного действия V_в (м³)

где: τ_з - время, необходимое для замеса теста, с; k₁^’ - коэффициент заполнения месильной камеры (k₁^’=0,6…0,7).

Мощность, необходимая для вращения месильного органа при замесе теста в тестомесильных машинах непрерывного действия, N (кВт)

где: P₀ и P_p - соответственно осевая и радиальная составляющие равнодействующей сил сопротивления, действующих на лопасть, Н; ν₀ и ν_р - соответственно осевая и окружная скорость движения точки приложения равнодействующей сил сопротивления, действующих на лопасть, м/с; m - число лопастей в тестомесильной машине шт.; η - КПД привода (η=0,83…0,92);

Взбивальная машина периодического действия марки МВ-35 с вертикальной осью вращения взбивального органа (рис. 3.84)применяется для взбивания сливок, яиц, кремов и других кондитерских масс, а также для замешивания сахарных сортов теста для венских изделий и бисквита.

В литой чугунной станине находится привод взбивателя и механизм подъема бачка. Привод взбивателя состоит из электродвигателя 2, ременного вариатора, зубчатой передачи и планетарного механизма. Электродвигатель установлен на кронштейне, который может перемещаться относительно станины, что обеспечивает возможность регулирования натяжения ремня вариатора при изменении частоты вращения взбивателя.

Вариатор состоит из двух шкивов с раздвижными конусными дисками, специального вариаторного ремня 3 и механизма регулировки. Нижний диск ведущего шкива 4 укреплен на валу электродвигателя неподвижно, а верхний (поджатый пружиной) может перемещаться относительно нижнего. В ведомом шкиве 5 верхний диск неподвижно закреплен на валу 6 зубчатой передачи, а нижний может перемещаться под действием вилки 7 и винта с маховиком 8 механизма регулировки. При вращении маховика по часовой стрелке диски ведомого шкива сближаются и диаметр рабочей поверхности шкива увеличивается. Одновременно ремень, преодолевая давление пружины, раздвигает диски ведущего шкива, благодаря чему диаметр его рабочей поверхности уменьшается. Частота вращения взбивателя при этом уменьшается. При вращении маховика против хода часовой стрелки частота вращения взбивателя увеличивается. Вращение от ведемого шкива через вал-шестерню и зубчатое колесо 9 передается на вал 10 планетарного механизма 12, ось которого совпадает с осью бачка 16. В корпусе 13 планетарного механизма находится

вал 15 взбивателя 17 с шестерней. При вращении корпуса шестерня обкатывается по неподвижному зубчатому колесу 11 с внутренними зубьями и взбиватель совершает сложное движение: вращается с большой частотой вокруг своей оси и медленно вокруг оси бачка. Вал взбивателя уплотнен на выходе каркасным сальником и войлочным кольцом.

В зависимости от вида взбиваемого продукта применяется один из четырех венчиков: замкнутый, крючкообразный, четырехлопастный и прутковый.

Взбиватель (венчики) 17 крепится на конце вала штифтом. На бачке устанавливается обечайка 14, предотвращая разбрызгивание взбиваемых продуктов. Бачок крепится на кронштейне, который может перемещаться по вертикальным направляющим станины 1 при помощи червячной пары, шестерни и рейки. Подъем и опускание бачка осуществляется вручную маховичком (см. рис. 3.84).

Тянульные машины насыщают карамельную массу воздухом так, что воздух в карамельной массе находится в мельчайших воздушных пузырьках. При этом процессе карамельная масса теряет прозрачность и приобретает красивый шелковистый вид.

Тянульная машина является составной частью линии, производящей непрозрачную карамель. В последнее время она в дополнение к прежним функциям применяется для смешивания карамельной массы с красящими и ароматизирующими веществами в поточной линии производства непрозрачной карамели.

Тянульная машина с вращательным движением пальцев марки Ж7-ШТП (рис. 3.85) предназначена для интенсивного насыщения карамельной массы пузырьками воздуха и смешивания ее с рецептурными добавками.

Машина состоит из станины 1, на которой закреплены мотор-редуктор 2, коробка зубчатых передач, поддон 4, неподвижный палец 5 со съемником 6 и два подвижных кольца 9. Мотор-редуктор соединен с коробкой зубчатых передач цепной передачей 11. Подвижные пальцы закреплены на рычагах 10, смонтированных на горизонтальных выходных валах 8 коробки зубчатых передач (рис. 3.86, а).

Машина снабжена натяжным устройством 7 для монтажа подающего конвейера и роликом 12 для установки ленты отводящего конвейера. Валы машины вращаются в противоположные стороны с одинаковой угловой скоростью.

Тянульная машина работает следующим образом. Карамельная масса загружается в машину конвейером 6 (рис. 3.86, б). Подвижные пальцы 1 и 4 и неподвижный 5 растягивают и складывают карамельную массу в виде прядей, насыщая ее воздухом при складывании. При этом благодаря расположению пальцев под углом происходит смещение массы вдоль пальцев к съемнику 3. Насыщенная воздухом масса со свободных концов пальцев 1 и 4 накладывается на съемник 3, а затем с помощью разгрузочного устройства выгружается на отводящий конвейер 2.

Одновременно масса образует между неподвижным пальцем 3 (рис. 3.86, в) и подвижными пальцами 1 и 2 пряди, которые растягиваются и складываются.

Преимуществом этой машины является отсутствие ручных операций, стабильность качества массы, полное ограждение рабочих органов и наличие блокировки на ограждении.

Техническая характеристика: производительность - 1000 кг/ч; частота вращения подвижных пальцев - 19 мин^-1; потребная мощность - 3,0 кВт; продолжительность обработки массы - 1,5 мин.

Смеситель непрерывного действия Б2-КСН (рис. 3.86) предназначен для смешивания сыпучих компонентов, дозируемых универсальными дозаторами, и может быть использован в линиях производства сладких блюд, мучных полуфабрикатов, продуктов детского питания и др.

Рис. 3.86. Смеситель Б2-КСН

Смеситель состоит из сварной рамы 1, на которой смонтированы корпус 2, шнековый питатель 3 с приемным бункером 6, лопастного смесителя 5 и привода. Привод включает в себя электродвигатель и редуктор.

Дозируемые компоненты поступают через приемный бункер в шнековый питатель, а из него - в загрузочную горловину лопастного смесителя. Лопастные валы смесителя вращаются в противоположные стороны с разной частотой, что обеспечивает хорошее перемешивание смеси. В процессе перемешивания смесь лопастями перемещается к разгрузочной горловине. Выходное отверстие горловины регулируется специальной заслонкой 4.

Техническая характеристика: производительность - 1000 кг/ч; вместимость корыта - 126 л; коэффициент загрузка - 0,5…0,7; продолжительность цикла - 10 мин; установленная мощность - 4 кВт.

Расчет производительности и энергозатрат. Производительность смешивающих устройств П (кг/с) определяют по следующим формулам:

барабанного смесителя

где: V - объем барабана, занимаемый продуктом, м³; ρ - плотность продукта, кг/м³; m_П - число перемещение продукта в барабане; n - частота вращения барабана, с^-1; t_з - время загрузки барабана, с; t_Р - время разгрузки барабана, с;

шнекового смесителя

где: V - вместимость смесителя, м³; α₀ - коэффициент заполнения смесителя; t_n - продолжительность перемешивания, с.

Мощность, необходимую для привода перемешивающих устройств, N (кВт) рассчитывают следующим образом:

барабанного смесителя

где: К_т - приведенный коэффициент трения скольжения (К_m=0,6…0,8); r_ц - радиус цапфы вала барабана, м; b - расстояние от оси вращения до центра тяжести продукта, м; ω - угловая скорость барабана, рад/с; h - высота подъема продукта от горизонтального положения, м,

здесь φ - угол естественного откоса; t - время подъема продукта на высоту h, с; m_б, m_пр - масса барабана и продукта, кг;

шнекового смесителя

где: П - максимальная производительность смесителя, кг/с; L_c, L_n - длина смесительного и подающего шнеков, м; К_с - коэффициент сопротивления движению

здесь ψ=1,25…1,50 - эмпирический коэффициент; ρ - плотность продукта кг/м³; η_а - коэффициент запаса мощности (η_α=1,20…1,25); α - угол наклона подающих шнеков к горизонту, град (α=8°);

При подборе электродвигателя для мешалок мощность его принимают с запасом на 50 % больше расчетной.

Контрольные вопросы.

1. Каковы основные стадии замеса хлебопекарного теста?

2. Какова классификация тестомесильных машин?

3. От каких параметров зависит производительность тестомесильной машины?

4. Какие факторы влияют на режим замеса теста?

5. Каковы основные составляющие потребной мощности привода тестомесильной машины периодического действия?

6. В каких тестомесильных машинах требуется принудительное водяное охлаждение корпуса месильной камеры?

7. Какой характер движения может совершать месильный орган в тестомесильных машин периодического действия?

8. Каково устройство оборудования рассмотренного в данном разделе?

9. Каков принцип действия оборудования рассмотренного в данном разделе?

10. Какова классификация перемешивающих машин?

11. От каких факторов зависит производительность перемешивающих машин?

12. От каких факторов зависит потребная мощность перемешивающих машин?

13. В каких отраслях промышленности используются машины для образования парообразных масс?

14. Каковы достоинства и недостатки оборудования рассмотренного в данном разделе?