Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка оборудования для измельчения и диспергирования при производстве жидкотекучих пищевых продуктов

ФИО
Будрик Владислав Глебович
Surname Name
Budrik Vladislav G.
Организация
Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности (ФГБНУ "ВНИМИ")
Область наук
Агро-, био- и производственные технологии
Название доклада
Разработка оборудования для измельчения и диспергирования при производстве жидкотекучих пищевых продуктов
Project title
Development of equipment for grinding and dispersion during production of flowable food products
Резюме
Измельчение и диспергирование компонентов является обязательной и достаточно энергоемкой стадией получения однородных пищевых, в том числе молочных эмульсионных продуктов. Одним из наиболее востребованных процессов в настоящее время является переработка творога и производство творожных продуктов. С помощью внедрения описанных в статье установок, способных заменить диспергаторы, гомогенизаторы, коллоидные мельницы и т.д. предприятия молочной промышленности смогут поднять качество и существенно расширить ассортимент выпускаемой продукции, предлагая на продовольственный рынок новые оригинальные изделия.
Ключевые слова
творог, измельчение, диспергирование, аэрирование, роторно-пульсационное оборудование, тонкодисперсные продукты
Тезисы

Измельчение и диспергирование компонентов является обязательной и достаточно энергоемкой стадией получения однородных пищевых, в том числе молочных эмульсионных продуктов. Такие продукты представляют собой  многодисперсные фазы (жир, белок, минеральные и витаминные добавки и др. наполнители), измельченные и равномерно распределенные в  дисперсионной среде. Выбор типа оборудования для постановки эмульсии и обработки компонентов, установление оптимального режима  работы требуют знания особенности его устройства и принципов обработки, протекающих при измельчении и диспергировании. Как правило, диспергирование жидких или пастообразных продуктов проводят в одну стадию без предварительной обработки компонентов.

В НИИ молочной промышленности под руководством автора на протяжении длительного времени ведутся работы по исследованию новых способов и приемов механической обработки молочных продуктов с использованием принципов измельчения, диспергирования, аэрирования с целью  создания современного аппаратурного оформления для производства тонкодисперсных многокомпонентных продуктов. Одним из наиболее востребованных процессов в настоящее время переработка творога и производство творожных продуктов. Данный сегмент молочных продуктов наиболее динамично развивается, творожные продукты пользуются неизменным спросом и традиционно занимают значительное место в питании людей. Ассортимент таких продуктов постоянно расширяется, а, следовательно, исследование и создание оборудования для их производства является весьма актуальным.

Переработка творога может включать в себя следующие основные операции: измельчение, перемешивание, диспергирование, термообработка ( в том числе плавление), аэрирование. 

При производстве  творожных изделий, как правило, многокомпонентных, необходимо, чтобы на выходе продукт имел однородную консистенцию, отсутствовали  пороки типа крупитчатости или мучнистости.

Первые работы в области создания оборудования для производства пастообразных продуктов были направлены на разработку универсальных аппаратов измельчителей-смесителей типа ИС (рис.1) с использованием в качестве измельчающего узла куттерных ножей. Разработанный ряд аппаратов типа  ИС имеет вместимость чаши от 5 до 250 л. Они хорошо зарекомендовали себя при производстве всех типов плавленых сыров, паштетов, соусов шоколадных масс и начинок и других продуктов (кроме взбитых). Аппараты просты в обслуживании и легко подвергаются санитарной обработке. Аппараты данного ряда состоят из чаши с теплообменной рубашкой и герметичной крышкой, что позволяет проводить обработку продукта как под вакуумом, так и при избыточном давлении (0,5…3,0 атм). На крышке  крепится мешалка со скребком, предназначенным для отвода пристеночного слоя продукта.  Как правило,  в днище чаши расположена режущая насадка в виде двух серповидных ножей, вращающихся со скоростью до 3000 об/мин.

Рисунок 1. Измельчитель смеситель ИС-40

Исследования процессов измельчения и диспергирования на аппаратах типа ИС показали их высокую надежность и простоту в обслуживании, однако использование подобного типа измельчающего устройства для получения требуемой степени гомогенности готового продукта не достаточно. Поэтому  следующим этапом разработки стало создание гидродинамических установок роторного типа ГУРТ с емкостью чаши от 100 до 1000 литров (рис. 2), диспергирование в которых основано на принципе действия роторно-пульсационных аппаратов.

Рисунок 2. Гидродинамические установки роторного типа ГУРТ-300/160 и ГУРТ-300/630.

Имея в виду большое разнообразие выпускаемых моделей РПА,  при разработке новой оптимальной конструкции измельчающего устройства установки ГУРТ  учитывались следующие необходимые технические характеристики и параметры: окружные скорости ротора (производная оборотов вращения вала и диаметра ротора); количество зубьев и длину режущих кромок; зазор между боковыми поверхностями зубьев (максимальный эффект при зазоре менее 0,1мм); возможность регулировки зазора; твердость и износоустойчивость зубьев к истиранию и кавитационному воздействию;  наличие дополнительных насадок, обеспечивающих предварительное измельчение и нагнетательный эффект; наличие узла для подачи компонентов (в том числе газа или пара) в зону интенсивного перемешивания; достаточная мощность привода ротора (запас не менее 30% от потребляемой при обработке продуктов, в том числе высоковязких); надежность уплотнительного узла вращающего вала (для пастообразных продуктов оптимальным является использование двойного торцового уплотнения с независимой подачей запирающее жидкости).

Разработанное с учетом заданных параметров роторно-пульсационное устройство установки ГУРТ в ходее исследований его возможностей обеспечивало производительность по измельчению творога с приданием  гомогенной структуры без наличия крупитчатости - 2000 кг/час. Кроме этого, при получении сахарных сиропов обеспечивается измельчение и растворение сахара в воде с соотношением 9 к 1. При получении фруктово-ягодных наполнителей, растительных экстрактов и биологически активных добавок обеспечивается переработка компонентов без необходимости предварительного измельчения, плодовоовощной продукции, корней, растений, морских водорослей с разрушением клеточных оболочек и максимальном высвобождением минералов и витаминов. Так же апробирована возможность  получения аэрированных продуктов со степенью взбитости 100% и выше, при зазоре между зубьями 1мм и подаче газа в зону интенсивного перемешивания.

Принципиальная схема работы на установке ГУРТ схожа с работой аппаратов типа ИС, отличается лишь последовательностью ввода компонентов в процессе обработки и заключается в следующем. Исходные компоненты загружаются в чашу, в которой при необходимости подвергаются термической обработке. Затем из чаши поступают на вращающиеся наклонные ножи, где происходит первая стадия их измельчения и перемешивания. Далее обрабатываемый продукт подвергается многофакторному воздействию в перфорированных венцах вращающегося ротора и неподвижного статора роторно-пульсационного устройства. Обработанный продукт под напором выходит из разгрузочного патрубка по линии рециркуляции полностью или частично направляется в накопительную емкость с теплообменной рубашкой, откуда вновь поступает в роторно-пульсационное устройство для повторной обработки. При необходимости проведения газонаполнения возможен ввод сжатых инертных газов в обрабатываемый продукт через соответствующее устройство. Его же можно использовать и для ввода жидких компонентов с целью их мгновенного распределения в общем объеме продукта, или пара. Кроме того, выработку продукта можно проводить как под вакуумом (удаление паразитных пузырьков воздуха), так и при избыточном давлении (высокотемпературная стерилизация).

Установка ГУРТ представляет собой компактную систему, сочетающую механическое и тепловое воздействие на продукт в условиях герметичности рабочей емкости, однако, такое построение процесса, также как и в аппаратах типа ИС, не позволяет вырабатывать пастообразные продукты с включением крупных кусочков фруктово-ягодных и других наполнителей или проводить перемешивание не разрушая первоначальной структуры некоторых компонентов.

Следующей задачей по созданию универсального оборудования для измельчения и диспергирование являлось создание компактной установке позволяющей использовать, как независимо, так и комбинировано принципы тихоходного перемешивания и тонкодисперстного измельчения жидкотекучих продуктов. Для этой  задачи разработан параметрический ряд Гидродинамических измельчителей-диспергаторов типа ГИД c объемом чаши от 70 до 400 литров (рис.3).

Рисунок 3. Гидродинамический измельчитель-диспергатор ГИД.

Особенность аппарата ГИД заключается в возможности в ходе выработки продукта совместно, комбинировано или раздельно использовать измельчающее устройство (куттерные ножи или диспергатор) и перемешивающее устройство в виде шнековой или лопастной мешалки, снабженное скребками. При необходимости производства творожной массы и продуктов без цикла измельчения, для перемешивания используется только тихоходная мешалка, обеспечивающая равномерное распределение всех компонентов по объему (как в фаршемешалках), в том числе крупных кусочков (изюм, курага и др.). При выработке эмульсионных продуктов, например плавленого сыра, с содержанием крупных фрагментов наполнителя (грибы, мясо, орешки, зелень и т.п.) проводится загрузка основных компонентов, плавление массы с возможностью впрыска острого пара, вакуумирование (при необходимости) и, перед подачей на фасовку, внесение и равномерное  распределение вкусовых добавок заданного размера. При этом измельчающее устройство в дальнейших технологических операциях (перемешивание, подача на фасовку) уже не используется. Остальные операции производства продуктов подобны с процессам, происходящим в аппаратах типа ИС и ГУРТ.

Все вышеперечисленные сведения свидетельствуют о создании законченного, удобного в эксплуатации  оборудования (ИС, ГИД, ГУРТ) позволяющего проводить тонкодисперсное измельчение в купе с расширенными функциональными способностями и большим спектром обработки различных по составу и природе многофазных продуктов со сложным сырьевым составом Данное оборудование эксплуатируется на многих  предприятиях пищевой промышленности и с успехом заменяет различные мешалки, роторно-пульсационные аппараты, диспергаторы, гомогенизаторы, коллоидные мельницы, куттеры, плавильные котлы. С его помощью предприятия пищевой промышленности выпускают качественную продукцию с заданной структурой и постепенно  расширяют ассортимент выпускаемой продукции, предлагая на продовольственный рынок новые оригинальные изделия.

Summary of the project
Grinding and dispersion of components is compulsory and sufficiently power-consuming stage during manufacture of homogenous foods including milk emulsive products. One of the most essential processes nowadays is quark processing and production of quark products. Due to the implementation of the plants described in the present article capable to replace dispersers, homogenizers, colloid mills, etc, dairy industry enterprises will be able to improve the quality and extend the range of the manufactured products by suggesting new original items to the market
Keywords
quark, dispersion, aeration, rotor-pulsating equipment, technological operations, fine products