Прислать материал
Разработка оборудования для измельчения и диспергирования при производстве жидкотекучих пищевых продуктов
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.