В кондитерском производстве наряду с другими процессами широко применяется тепловая обработка сырья и полуфабрикатов: нагревание, уваривание, темперирование, обжаривание.
При тепловой обработке продукта происходит теплообмен между продуктом и средой, отдающей или воспринимающей тепловую энергию— теплоносителем или хладагентом. При обжаривании теплообмен осуществляется конвективной передачей теплоты от топочных газов или горячего воздуха, имеющих температуру 80—180 °С.
Основным теплоносителем при тепловых процессах нагревания, растворения и уваривания в кондитерском производстве является насыщенный водяной пар давлением обычно до 0,7 МПа.
Наиболее распространены следующие способы нагревания продукта водяным паром:
а) нагрев открытым паром — барботированием пара в нагреваемую жидкость или впуском его в аппарат с помощью инжекторов;
б) нагрев глухим паром — подачей греющего пара в паровую камеру теплообменника, где он конденсируется на поверхности теплообмена, отдавая ей скрытую теплоту парообразования.
Нагревание жидкости открытым паром производится чаще всего при помощи барботеров—трубы или змеевика с мелкими отверстиями, через которые пар выходит в нагреваемую жидкость; барботер обычно устанавливается в нижней части резервуара. Пар, выходя из отверстий барботера, поднимается вверх в виде пузырьков и по пути конденсируется, отдавая свою теплоту нагреваемой жидкости; при этом происходит перемешивание жидкости. В схему паропровода обязательно включают обратный клапан во избежание попадания жидкости в паропровод при случайном падении давления пара.
Существенными недостатками барботеров являются шум, возникающий при выходе пара из отверстий, непосредственное соприкосновение пара с обогреваемым продуктом, а также снижение концентрации продукта вследствие конденсации в нем греющего пара.
При обогреве же продукта глухим паром через теплопередающую поверхность теплообменника греющий пар заполняет паровую камеру теплообменника и, отдавая свою теплоту поверхности теплообмена аппарата, конденсируется. Конденсат отводится из нижней части паровой камеры автоматом-конденсатоотводчиком (конденсационным горшком или подпорной шайбой). Поверхность теплообмена может иметь различную конструкцию (паровые рубашки, змеевики, прямые трубки и т. п.).
Транспортирование жидкого сырья (патоки, молока и др.) от мест хранения к участкам приготовления рецептурных смесей, дозирование этого сырья и полуфабрикатов осуществляется с помощью шестеренных и плунжерных насосов. Для создания вакуума в установках для уваривания применяются поршневые и ротационные мокровоздушные вакуум-насосы.
Аппараты для термической обработки какао-бобов и ореховых ядер
При термической обработке жирсодержащего сырья происходит удаление влаги и летучих кислот, улучшение вкуса, аромата и окраски. Ядра бобов, орехи и семена становятся хрупкими и легко дробятся и измельчаются.
Для термической обработки применяются цилиндрические и шаровые (сферические) обжарочные аппараты периодического действия и сушилки непрерывного действия типов ВИС-42ДК системы Строганова, EV и EVT итальянской фирмы «Карле и Монтанари», типа STR швейцарской фирмы «Бюлер», типа «Конти-303» (ГДР) и др.
Цилиндрический обжарочный аппарат. Аппарат (рис. III.1) представляет собой сварной барабан 6, вращающийся на оси 7, которая приводится в действие от шкива 3 через коническую передачу 2. Под барабаном расположена тонка 11. Топочные газы, омывая наружную поверхность вращающегося барабана, уходят в газоход 5. Сырье загружается в воронку 9, прикрепленную к дверце 10, и попадает во внутреннюю полость барабана, на поверхности которого укреплены спиральные направляющие 7 для перемешивания.
Выделяющиеся при обжарке газы и пары влаги отсасываются вентилятором через трубу 8. Часть топочных газов проходит через отверстия в задней стенке барабана и просасывается через барабан тем же вентилятором. Барабан обмурован кирпичной кладкой 4.
По окончании обжарки дверца 10 с воронкой открывается и продукт высыпается в подкатную тележку, которая затем подается под вытяжку для отсоса газа из продукта и его охлаждения.
Процесс обжарки в этих аппаратах длительный. Регулирование температурного режима осуществляется изменением интенсивности сжигания топлива, что не дает возможности быстро его отрегулировать.
Цилиндрические аппараты бывают вместимостью 100 и 300 кг.
Шаровой обжарочный аппарат типа «Сирокко». Внутри шарообразного кожуха 8 на горизонтальном валу 17 вращается полый сварной шар 4 (рис. Ш.2). Спицами 18 шар крепится к двум полым цапфам 16 и 26, которые могут свободно поворачиваться на валу 17. Вал на одном конце имеет звездочку 14 цепной передачи, а на другом — штурвал 28 с фиксирующим штифтом 29, который входит в отверстия сектора 27, закрепленного на полой цапфе 26 шара 4. Таким образом, через штифт 29 и сектор 27 вращение от вала 17 передается шару 4. Стенки шара имеют отверстия для выгрузки продукта, закрытые шиберными заслонками 5.
Заслонки смонтированы на стержнях 6, которые закреплены на валу 17.
Сырье (бобы или орехи) загружается в воронку 3. При открывании шиберной заслонки оно попадает во внутреннюю полость шара 4. Для перемешивания при вращении шара предусмотрены лопасти 7. Аппарат работает на газовом обогреве.
Вентилятор 1 просасывает через полость шара смесь воздуха и топочных газов, получаемых при сжигании кокса в топке 15. Одновременно вентилятор удаляет из аппарата пары влаги и газообразные продукты, выделяемые из бобов или орехов. Воздух засасывается через патрубок 13. Количество горячей воздушно-газовой смеси, поступающей в аппарат, регулируется шиберными заслонками 11 и 12. Температура газов, выходящих из аппарата, контролируется термометром 2. Отсасываемые вентилятором газы поступают в циклон 25, где происходит отделение частиц оболочки.
По окончании обжарки аппарат останавливают, штифт 29 оттягивают, поворачивают штурвал 28 так, чтобы заслонки 5 открыли отверстия в стенке шара 4, и отпускают штифт 29, который войдет в соответствующее отверстие сектора 27. После этого включают привод и продукт при вращении шара высыпается в коническую часть 19 кожуха, откуда через шиберную заслонку 20 поступает в приемник 21 охлаждающего устройства.
Здесь продукт перемешивается вращающимися лопастями 22. Вентилятор 24 просасывает воздух через слой бобов или орехов, находящийся на сетчатом дне 23 приемника 21.
При разгрузке аппарата шиберы 11 и 12 закрываются, а шибер 10 открывается и горячие газы из топки проходят по трубопроводу 9, минуя обжарочный аппарат.
Аппарат снабжен устройством для автоматического контроля процесса обжарки. Один из подшипников вала 17 опирается на весовое устройство, которое воспринимает массу внутреннего шара и находящегося в нем продукта. По мере удале
ния влаги масса бобов или орехов уменьшается. Когда она уменьшится до заданной величины, весовое устройство дает сигнал об окончании процесса обжарки.
В последнее время к аппаратам устанавливают приборы для контроля и регулирования температуры, расхода газа и уменьшения массы продукта при его обжарке.
Техническая характеристика обжарочных аппаратов
Показатели |
Цилинд рический аппарат |
Шаровой аппарат |
Показатели |
Цилинд рический аппарат |
Шаровой аппарат |
Производитель | 400 | 550 | Температура | 160 | 160 |
ность, кг/ч | обжарки, °С | ||||
Количество одно | 300 | 160 | Продолжитель | 35—40 | 12—15 |
временно загру | ность обжарки, | ||||
жаемых бобов, кг | мин | ||||
Частота вращения | 20 | 33 | Габаритныеразмеры, мм | С обмуровкой | С циклоном и печью |
цилиндра и шара, | |||||
об/мин |
длина | 2990 | 3600 |
ширина | 2250 | 2900 |
высота | 2500 | 2900 |
Шаровые аппараты выпускаются вместимостью 160, 250, 400 и 750 кг.
Сушилка ВИС-42ДК системы Строганова (рис. ІІІ.З). Камера этой сушилки разделена на 20 горизонтальных ярусов высотой 120 мм. Поверхность каждого яруса состоит из набора поперечных пластин (1000×110 мм). При повороте пластин на 90° какао-бобы ссыпаются на нижележащий ярус. Механизм
поворота пластин работает таким образом, что бобы пересыпаются последовательно с яруса на ярус. Вначале поворачиваются пластины первого, нижнего, яруса, затем второго и так последовательно до верхнего, после чего цикл повторяется. В качестве теплоносителя применяется горячий воздух, подогреваемый в паровом и электрическом калориферах до температуры 170—180 °С.
Для подачи какао-бобов в сушилку служит ленточный дозатор для равномерного распределения их на верхнем ярусе пластин — загрузочная каретка. Нагретый воздух циркулирует вдоль полок, переходя последовательно на нижележащие ярусы. Нижние шесть ярусов обдуваются воздухом, засасываемым из цеха. Благодаря этому происходит охлаждение какао бобов.
Сырье из воронки 3 ленточным дозатором 2 равными порциями загружается в сушильную камеру /. По истечении нескольких минут пластины поворачиваются и какао-бобы пересыпаются на нижележащий ярус. Дойдя до последнего, 20-го, ряда пластин, высушенные и охлажденные до температуры 28—35 °С какао-бобы поступают в выгрузочную воронку 5 и шнеком 4 передаются на дальнейшие операции.
Отработанный воздух отсасывается с помощью эксгаустера 9, очищается в циклонах 5, частично выбрасывается в атмосферу и в смеси со свежим воздухом вентилятором 6 возвращается по воздухопроводу 7 в пароэлектрокалориферы 11. Нагретый до 180 °С воздух через патрубок 10 входит в сушильную камеру 1.
Сушилка создает поточность процесса сушки и позволяет механизировать загрузку и выгрузку. Существенным недостатком сушилки является неравномерная сушка какао-бобов и ядер, вследствие чего при хорошей средней конечной влажности продукта (2—3%) отдельные бобы и ядра выходят недосушенными.
К недостаткам сушилки следует отнести также частичный прорыв горячего воздуха в цех через верхние пластины и сложность кинематической схемы.
В зависимости от сорта какао-бобов сушилка работает в двух режимах.
І режим | II режим | |
Температура горячего воздуха, °С | 175--182 | 163—170 |
Температура какао-бобов после обжарки °С |
120—125 | 120—125 |
Продолжительность термической обработки |
38—40 | 54—59 |
Продолжительность охлаждения, мин |
20—22 | 34—36 |
Техническая характеристика сушилки | ВИС-42ДК |
Производительность, кг/ч | 600 |
Число ярусов сушилки | 20 |
Число пластин на ярусе | 16 |
Общая площадь поверхности ярусов, м2 | 42 |
Число паровых калориферов | 2 |
Площадь поверхности нагрева калорифера, м2 | 39 |
Давление греющего пара, МПа | 0,6—0,7 |
Мощность электрокалориферов, кВт | 36 |
Количество вентиляторов приточный с электродвигателем мощностью |
1 |
4,5 кВт вытяжной с электродвигателем мощностью |
1 |
10 кВт Расход воздуха, м3/ч в горячей зоне | До 5200 |
в зоне охлаждения | До 4000 |
Габаритные размеры сушилки, мм | 6150X1990X3355 |
Масса, кг | 4900 |
Сушилки типа STR (Швейцария) и «Конти-303» (ГДР).
Сушилки этого типа относятся к одноканальным двухзонным вертикальным сушилкам непрерывного действия с замкнутым циклом движения теплоноситля.
Схема сушилки STR представлена на рис. III.4. В верхней горячей зоне 6 продукты лоносителем — воздухом, нагретым в паровых калориферах, а в нижней зоне — охлаждаются воздухом, подаваемым спаренным вентилятором 10, и удаляются через патрубок 1. Орехи, ядра или какао-бобы непрерывно поступают из установленного над сушилкой бункера 4 и заполняют вертикальный коробчатого профиля канал, стенки которого выполнены из специальной сетки. Параллельно каналу установлены оребренные паровые батареи-калориферы 3} а с противоположной стороны — сетчатые фильтры 8 для очистки воздуха. Благодаря наличию фильтров сушилки такого типа не нуждаются в циклонах для очистки воздуха от пылевидных частиц.
Непрерывная рециркуляция воздуха в горячей зоне непосредственно через слой движущегося сверху вниз продукта обеспечивается двумя вентиляторами 5. Создаваемый ими поток воздуха нагревается паровыми калориферами и, проходя в горизонтальном направлении через вертикальный канал сушилки, отдает тепло продукту. После очистки от мелких частиц, задерживаемых фильтром, теплоноситель 7 повторяет свой цикл движения.
В процессе работы сушилки в нее поступает свежий воздух, а часть воздуха, насыщенного парами воды, отводится через патрубок 2. Количество выбрасываемого из сушилки воздуха регулируется заслонкой.
Орехи или бобы, прошедшие термическую обработку, поступают в холодную зону 12 канала, которая может отделяться
от горячей зоны управляемой вручную заслонкой 11. Положение последней регулируется специальным рычагом. Такое разделение обязательно в начале работы установки. Оно исключает заполнение нижней зоны продуктом, не прошедшим тепловой обработки. Вентилятор 10 этой зоны засасывает через закрытое сеткой окно 9 наружный воздух, который проходит через слой продукта и охлаждает его. Нагревшийся при этом воздух проходит через фильтр и частично направляется в вертикальный канал для обновления, а частично удаляется из сушилки через патрубок.
По вертикальному каналу сушилки продукт движется самотеком. Скорость его движения регулируется шлюзовым затвором 13, имеющим самостоятельный привод и вариатор скорости, штурвал управления которым выведен на рабочую сторону корпуса сушилки. С той же стороны располагаются пульт управления с приборами, пробоотборник и рычаг заслонки, отделяющий зону термообработки от зоны охлаждения.
Температурный режим термообработки регулируется в пределах 80—150 °С и поддерживается на заданном уровне автоматически. Вариатором скорости регулируется также продолжительность нахождения продукта в зонах. Сушилки этого типа обеспечивают равномерную обжарку продукта. Качество обжарки контролируется с помощью пробоотборника.
Сетчатые каналы, фильтры и калориферы легко очищаются (фильтры очищают ежедневно, сетки и калориферы еженедельно). Хорошая тепловая изоляция поверхности сушилки позволяет устанавливать ее вместе с машинами для первичной переработки какао-бобов, орехов, жирсодержащих семян.
Вертикальные шахтные сушилки типов ЕУ и ЕУТ фирмы «Карле и Монтанари» (Италия). В этих сушилках какао-бобы движутся самотеком в вертикальной шахте с неподвижными наклонными полками. Бобы, пересыпаясь с полки па полку, проходят через три горячие зоны, а затем поступают в зону охлаждения. Нагретый паровыми калориферами воздух продувается при помощи вентиляторов в зазоры между полками шахты, проходя таким образом поперек потока какао-бобов.
Техническая характеристика сушилок
Показатели | ЕУ-250 | ЕУТ-500 | БЫМ | 8ТИ-2 | «Конти-303» |
Производительность, кг/ч | 250 | 500 | 200—250 | 500 | 630—1250 |
Температура горячего воздуха, °С | 80—150 | 80—150 | 80—150 | 80—150 | 180 при р = = 1,9 МПа; 135 при р = = 0,85 МПа |
Давление греющего пара, МПа Габаритные размеры, мм |
0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,8 | 0,9—1,9 |
длина | 2900 | 3500 | 2100 | 2300 | 2600 |
ширина | 3000 | 3000 | 1450 | 2450 | 1890 |
высота | 600 | 6700 | 3000 | 3505 | 3750 |
Масса, кг | 3200 | 4400 | 2800 | 3800 | 2900 |
Теплообменные аппараты для нагревания, уваривания и темперирования
Для тепловой обработки сырья и полуфабрикатов — нагревания, выпаривания (уваривания) растворов, а также для растворения сырья — в кондитерском производстве применяются различные аппараты периодического и непрерывного действия.
К аппаратам периодического действия относятся:
открытые варочные котлы, в том числе диссуторы — одностенные варочные котлы для растворения сахара с барботером и змеевиковым обогревом;
сферические вакуум-аппараты для уваривания начинок;
универсальные вакуум-аппараты.
К аппаратам непрерывного действия относятся:
растворители для приготовления сиропа, в том числе секционные, шнекового типа и др.;
змеевиковые аппараты, работающие под разрежением — с вакуум-камерой (преимущественно для уваривания карамель- 11011 массы) или без разрежения — с пароотделителем (для уваривания фруктово-ягодных начинок, различных конфетных, присных, пастило-мармеладных и других кондитерских масс);
змеевиковые помадоварочные колонки для уваривания помадных сиропов, работающие без разрежения, с пароотделителем;
теплообменные аппараты пленочного типа.
Для темперирования различных кондитерских масс применяются темперирующие машины, в том числе:
цилиндрические темперирующие машины-сборники периодического действия с пароводяной рубашкой и мешалкой для темперирования начинок, тертого какао, конфетных, шоколадных и других масс;
шнековые автоматические машины непрерывного действия для темперирования шоколадных масс.
Для создания и поддержания в вакуум-аппаратах разрежения устанавливаются конденсаторы смешения с мокровоздушными поршневыми или ротационными водокольцевыми вакуум- насосами. Для подачи в аппараты на тепловую обработку смесей и для отвода готовых масс используются плунжерные, шестеренные (коловратные) или ротационно-зубчатые насосы.