В кондитерском производстве широко применяются различные насосы. В установках для уваривания кондитерских масс под разрежением используются поршневые и ротационные вакуум-насосы, для перекачки жидких и вязких полуфабрикатов— поршневые, плунжерные, шестеренные и ротационные.
Поршневые мокровоздушные вакуум-насосы. Эти насосы предназначены для поддержания постоянного разрежения в змеевиковых, сферических и других вакуум-аппаратах, применяемых для уваривания карамельной массы, фруктово-ягодных начинок и т. п. Они используются также в установках для перекачки масс, подлежащих увариванию в вакуум-аппаратах периодического действия.
Поршневые мокровоздушные вакуум-насосы бывают вертикальные и горизонтальные. В кондитерской промышленности наиболее распространены вертикальные насосы. Обычно они изготавливаются совместно с конденсаторами смешения, которые предназначены для создания в вакуум-камере необходимого разрежения путем конденсации вторичного пара, образующегося в аппарате в процессе уваривания продукта.
Конденсаторы бывают прямоточные и противоточные, с подачей охлаждающей воды разбрызгиванием через мелкие отверстия в трубе или подачей ее по полкам (конденсаторы полочного типа).
На рис. 111.15 показаны схемы двух разновидностей прямоточных конденсаторов смешения.
В первом конденсаторе (рис. 111.15, а) вторичный пар и воздух поступают из вакуум-камеры аппарата через патрубок 1.
Рис. II 1.15. Схемы прямоточных конденсаторов смешения
Одновременно из расположенной в центре корпуса конденсатора 3 трубы 2 через боковые отверстия разбрызгивается холодная вода, подаваемая из водопроводной сети; соприкасаясь с вторичным паром, вода конденсирует его; смесь конденсата, воздуха и воды отсасывается вакуум-насосом.
На рис. III.15, б показан прямоточный конденсатор полочного типа, в нем холодная вода поступает сбоку на верхнюю полку, с которой затем струйками стекает на нижерасположенные полки, конденсируя поступающий из вакуум-камеры вторичный пар; смесь конденсата, воздуха и воды отсасывается вакуум-насосом через нижнее отверстие.
В кондитерской промышленности наибольшее распространение имеют вертикальные поршневые мокровоздушные вакуум-насосы ВНК-0,5М. Насос состоит из конденсатора смешения 15 (рис. III. 16, а), станины 2, цилиндра 4, внутри которого расположены поршень 3 с клапаном и два неподвижных клапана 1 и 5, и привода. От электродвигателя 6 (N = 2,8 кВт, /n=1410 об/мин) через клиноременную передачу 7 и редуктор, расположенный за ограждением 8, вращается маховик 9. К нему эксцентрично крепится шатун 10, который приводит в возвратно-поступательное движение крейцкопф 12, скользящий в направляющей 11. Через шток 13 возвратно-поступательное движение передается поршню 3, расположенному в цилиндре 4. Смесь воды, конденсата и воздуха выводится из цилиндра через патрубок 14.
Вакуум-насос работает следующим образом (рис. 111.16, б). В цилиндре 3 расположены верхний клапан 2, поршень 4 и нижний клапан 5. Поршень 4 также снабжен клапаном. Клапаны выполнены в виде дисков с отверстиями, которые сверху прикрыты резиновыми прокладками.
Рис. 111.16. Вертикальный поршневой мокровоздушный вакуум-насос ВНК-0,5М: а — общий вид; б — схема работы
В конденсатор 8 через патрубок 10 поступает вторичный пар из вакуум-аппарата, через патрубок 9 — холодная вода. Вода перетекает по полочкам 7, разбрызгивается и, смешиваясь с паром, конденсирует его. При движении поршня 4 вверх (положение /) в нижней части цилиндра 3 и конденсатора 8 создается разрежение. Открывается всасывающий клапан 5, и через колено 6 воздушно-водяная смесь всасывается из конденсатора в цилиндр 3 под поршнем 4. При движении поршня 4 вниз (положение II) нижний клапан 5 под давлением воздушно-водяной смеси закрывается и засосанная смесь перемещается из нижней полости цилиндра в верхнюю, проникая через открывающийся при этом перепускной промежуточный клапан поршня 4 в надпоршневое пространство. Далее, при последующем движении поршня 4 вверх (положение III), открывается верхний клапан 2 цилиндра и воздушно-водяная смесь, находящаяся в верхней полости цилиндра под поршнем, выталкивается через верхний клапан 2 и нагнетательный патрубок I в отводную трубу, при этом клапан поршня 4 закрыт. Одновременно через нижний клапан 5 засасывается следующая порция смеси, и процесс повторяется.
Подача насоса до 30 м3/ч, габаритные размеры (мм): 862x665x1725, масса 560 кг.
Ротационные мокровоздушные водокольцевые вакуум-насосы. Насосы этого типа предназначены для удаления из конденсатора смеси воздуха, сконденсированного вторичного пара и воды и поддержания разрежения в универсальных вакуум-аппаратах и других установках. Насос работает исключительно на чистой воде, не загрязненной абразивными примесями.
Для создания вакуума применяются роторные насосы двух марок —КВН-8 и КВН-4.
Насос КВН-8 (рис. III.17, а) состоит из корпуса 3, крышки 1, рабочего диска-ротора 2, вала 4 и опорного кронштейна 5.
При вращении ротора, закрепленного на валу эксцентрично по отношению к крышке насоса, поступающая через конденсатор воздушно-водяная смесь, увлекаемая лопатками ротора, под действием центробежных сил отбрасывается к стенкам крышки, образуя водяное кольцо 3 (рис. 111.17,6). Между ступицей диска и внутренней поверхностью водяного кольца создается разреженное пространство У, обеспечивающее засасывание воздушно-водяной смеси через большой серповидный вырез в корпусе насоса.
При дальнейшем вращении происходит сжатие перемещаемой смеси, которая выбрасывается через малый серповидный вырез 2 в корпусе и нагнетательный патрубок насоса.
Для поддержания постоянного объема водяного кольца и отвода тепла необходимо, чтобы через насос непрерывно циркулировала вода (250—300 л/ч). Перед пуском насос необходимо залить водой.
Торцовые зазоры между диском и крышкой должны быть в пределах 0,1 мм. Регулирование зазора при эксплуатации насоса осуществляется торцеванием крышки. Температура сальника насоса не должна превышать температуру перекачиваемой жидкости более чем на 50 °С.
Во избежание попадания в насос посторонних предметов и частиц увариваемой массы на всасывающем трубопроводе рекомендуется ставить фильтр. По окончании работы и в случаях продолжительной остановки оставшуюся воду необходимо удалить через пробку 7 (см. рис. III. 17, а), после чего залить насос маслом и провернуть вал за муфту 6 от руки на 3 оборота.
Техническая характеристика ротационных мокровоздушных вакуум-насосов
Показатели | КВН-8 | КВН-4 | Показатели | КВН-8 | КВН-4 |
Подача, м3/ч | 40 | 20 | Мощность элек | 2,2 | 1,5 |
Диаметр ротора,мм | 180 | 180 | тродвигателя, | ||
кВт | |||||
Ширина ротора, мм
|
50 | 25 | Частота вращения вала электродвигателя, об/мин | 1450 | 1450 |
Остаточное давление в конденние в конденсаторе, кПа
|
17 | 17 |
Габаритные размеры, мм |
||
длина | 390 | 365 | |||
ширина | 260 | 230 | |||
высота | 260 | 220 | |||
Диаметр отверстияна входноми выходномштуцерах, мм | 30 | 30 | Масса насоса с муфтой, кг | 45 | 40 |
Плунжерные сиропные (продуктовые) насосы. Насосы предназначены главным образом для подачи карамельного сиропа в змеевик вакуум-аппарата. Однако благодаря возможности регулирования хода плунжера насосы широко используются также в качестве дозаторов для перекачки патоки, фруктово-ягод-
Рис. 111.18. Плунжерный сиропный насос М-193: а — общий вид; б —схема работы
ных масс, начинок, какао-масла и других густых, вязких кондитерских масс. Этими насосами комплектуются карамелеварочные, сиропные и начиночные станции, станции приготовления конфетных масс.
Плунжерный сиропный насос М-193. Насос (рис. 111.18, а) состоит из цилиндра 1 с плунжером 12 и клапанной коробки 14 с клапанами: всасывающим 15 и нагнетательным 13. К фланцу всасывающего отверстия присоединяется трубопровод, подводящий сироп или другой продукт, а к фланцу нагнетательного отверстия—трубопровод для подачи сиропа в змеевик вакуум-аппарата или для других целей.
Плунжер 12 через скалку скреплен со штоком 7, скользящим в направляющей 8. Между плунжером 12 и стенками цилиндра 1 установлено сальниковое уплотнение 11.
Подачу насоса можно регулировать с помощью кулисного устройства, приводимого в действие рукояткой 10 и винтом 9. На кулисе регулирующего устройства прикреплена шкала с делениями для установки необходимого хода плунжера. Насос смонтирован на вертикальной стойке 2. Привод насоса осуществляется от электродвигателя 5 через редуктор 4, кривошип 3 и шатун 6.
Принцип работы плунжерного насоса-дозатора заключается в следующем (рис. 111.18,6). Электродвигатель 9 через муфту 8 приводит в движение червячный редуктор 7. Выходной вал редуктора имеет кривошип 6, который посредством шатуна 5 приводит в колебательное движение рычаг 4, поворачивающийся относительно опоры, установленной на подвижной гайке 12. Положение гайки 12 можно изменять вращением винта 11 с помощью рукоятки 13 (тонкой линией показано крайнее положение гайки). При изменении положения гайки 12 ползун 3, сквозь который свободно проходит рычаг 4, может совершать большее или меньшее перемещение в вертикальной плоскости (Sminи Smax — соответственно минимально и максимально возможный ход плунжера). С ползуном жестко связаны шток 10 и плунжер 2, скользящий в цилиндре 1. При движении плунжера вверх происходит засасывание жидкости через клапан 16, а при обратном движении плунжера жидкость перетекает через нагнетательный клапан 14. Клапаны располагаются в клапанной коробке 15, которая подсоединяется к патрубкам продуктового трубопровода.
Плунжерный сиропный насос АНП. Этот насос имеет то же назначение, что и насос М-193; принцип устройства и работы его аналогичны описанному выше, но конструктивное оформление его несколько иное; насос снабжен стаканчатым фильтром на входном патрубке.
Техническая характеристика плунжерных насосов
Показатели | М-193 | АНП | 11 Показатели | М-193 | АНП |
Подача, кг/ч | До 1000 | До 1800 | Мощность электродвигателя, кВт | 1 | 1 |
Диаметр плунжера, мм | 60 | 80 | |||
Частота вращения, об/мин | 930 | 930 | |||
Ход плунжера, мм | До 85 | До 84 | |||
Габаритные | |||||
Число рабочих ходов в минуту | 62,5 | 88 | размеры, мм | ||
длина | 820 | 1000 | |||
Диаметр входного и выходного отверстий, мм | 35 | 50 | ширина | 602 | 620 |
высота | 1205 | 1300 | |||
Масса насоса (с электродвигателем), кг | 245 | 321 | |||
Напор, м | 40 | 45 |
Подачу плунжерного сиропного насоса (в кг/ч) можно определить по формуле
П — 60 Fsnіƛ0р, (II 1.8)
где F — площадь поперечного сечения плунжера, м2; s —ход плунжера, м; n — число двойных ходов плунжера в минуту; і — число рабочих полостей насоса; ƛ0 —- коэффициент подачи (ƛ0=0,7-0,8); р —плотность сиропа, кг/м3.
Описанные ранее теплообменные аппараты и их вспомогательное оборудование обычно объединяются в агрегаты и станции. На кондитерских фабриках эксплуатируются станции для приготовления сиропов и начинок, карамелеварочные станции; в цехах небольшой производительности используются универсальные вакуум-варочные станции.
Сироповарочные станции. В зависимости от принятой технологии и имеющегося оборудования для приготовления карамельного сахаро-паточного сиропа сироповарочные станции бывают с предварительным растворением сахара в воде при атмосферном давлении и последующим добавлением патоки (или инвертного сиропа) и с растворением сахара в патоке при повышенном давлении с добавлением воды в небольших количествах.
На фабриках устанавливаются агрегатированные сироповарочные станции различных типов и производительности периодического или непрерывного действия, при этом обычно одна общефабричная сироповарочная станция обслуживает несколько поточных линий производства карамели, а также другие виды производства, потребляющие сироп.
Сироповарочная станция ШСА-1 работает на основе растворения сахара в патоке под давлением с добавлением воды в небольших количествах, имеет наиболее короткий производственный цикл и позволяет получать сироп более высокого качества, что увеличивает срок хранения карамели.
Станция (рис. 111.19, а) состоит из устройства для подготовки сахара-песка и аппарата для приготовления сиропа, причем последний в зависимости от производительности станции может состоять из двух и более агрегатов производительностью 2 или 4 т сиропа в час каждый.
В состав станции входит следующее оборудование: рецептурные сборники 1 для патоки, инвертного сиропа и воды, два двухплунжерных насоса-дозатора 8 для дозирования патоки и инвертного сиропа, бункер 2 для сахара с ленточным дозатором, смеситель-растворитель 3 шнекового типа с мешалкой и паровой рубашкой, плунжерный насос 4 для подачи кашицеобразной смеси из смесителя в змеевик варочной колонки, варочная колонка 5 (греющая часть унифицированного змеевикового вакуум-аппарата), пароотделитель 6, сборник готового сиропа 7.
Станция оснащена приборами технологического контроля и автоматическими регуляторами. На станции предусмотрены световая сигнализация и блокировка работы технологического оборудования, система автоматической продувки оборудования и трубопроводов. Электрическая аппаратура дистанционного
управления, приборы и регуляторы устанавливаются на щите управления и контроля.
На станции можно приготовлять сахаро-паточные, сахаро- инвертные и чисто сахарные сиропы.
Рис. III. 19. Сироповарочная станция ШСА-1: а — общий вид; б — принципиальная схема
Принципиальная схема станции представлена на рис. III.19, б. Из рецептурных сборников насосы-дозаторы 12 и 13 подают жидкие компоненты: патоку (или инвертный сироп) и воду в воронку 11 смесителя-растворителя 8. В эту же воронку ленточным дозатором 10 из бункера 9 подается сахар-песок. В смесителе компоненты перемешиваются и образуется кашицеобразная масса влажностью 17—18%.
Температура инвертного сиропа 40—50°С, температура патоки, подаваемой в смеситель, поддерживается в пределах 65— 70 °С. В смесителе 8 все компоненты рецептурной смеси перемешиваются и подогреваются паром с помощью паровой рубашки до температуры 65—70 °С. Время заполнения смесителя 3,5 мин.
Полученная рецептурная смесь с влажностью 17—18%, представляющая собой кашицу с неполностью растворенными кристаллами сахара, плунжерным насосом 7 подается в змеевиковую варочную колонку 6, где смесь проходит в течение 1 —1,5 мин и кристаллы сахара полностью растворяются. Избыточное давление греющего пара поддерживается в пределах 0,45—0,55 МПа.
На выходе из греющей колонки змеевик соединяется с расширителем 5, внутри которого установлен диск с отверстиями диаметром 10—15 мм. Диск оказывает сопротивление потоку движущегося сиропа, обеспечивая тем самым избыточное давление в змеевике 0,17—0,20 МПа.
Образовавшийся в сиропе вторичный пар удаляется в паро- отделителе 4. Вторичный пар отводится через верхний патрубок, к которому подсоединяется трубопровод, связанный с вентилятором. Готовый сироп собирается в нижней конической части пароотделителя и отводится в сборник сиропа 2. Сборник снабжен фильтром 3 с ячейками диаметром 1 мм. По мере необходимости готовый сироп перекачивают к местам потребления шестеренным насосом 1.
Сиропная станция благодаря короткому производственному циклу (не более 5 мин) и особенностям процесса растворения сахара в патоке под давлением позволяет получать светлый прозрачный сироп высокой концентрации (88 % сухих веществ) при низком содержании редуцирующих веществ в карамельной массе (до 14%). При выработке чисто сахарного сиропа влажностью 18—20 % влажность рецептурной смеси поддерживается в пределах 24—26 %, соответственно этому избыточное давление греющего пара снижается до 0,3—0,35 МПа.
Основные технические данные сироповарочной станции ШСА-1
Сироповарочный агрегат | |
Производительность по сиропу, т/ч | 2 |
Габаритные размеры, мм | 3200X1400X2360 |
Масса, кг | 2100 |
Смеситель | |
Вместимость, м3 | 0,126 |
Частота вращения мешалки, об/мин | 60 |
Мощность электродвигателя, кВт | 1,7 |
Частота вращения, об/мин | 930 |
Время пребывания смеси в смесителе, мин | 3—3,5 |
Змеевиковая варочная | колонка |
Площадь поверхности нагрева, м2 | 4,2 |
Давление пара, МПа | 0,6 |
Время пребывания смеси в аппарате, мин | 1-1,5 |
Карамелеварочные станции. При уваривании карамельных масс необходимо удалять значительное количество влаги. Поэтому для интенсификации пароотделения кроме высокой температуры уваривания (150—155 °С) применяют вакуумное
Рис. III.20. Карамелеварочная станция
разделение карамельной массы и вторичного пара. Карамелеварочные станции могут иметь вакуум-аппараты периодического или непрерывного действия.
Станция включает в себя вакуум-аппарат, мокровоздушный вакуум-насос с конденсатором смещения, питающий сиропный плунжерный насос и расходный бак.
На рис. 111.20 показана принципиальная схема карамелеварочной станции со змеевиковым вакуум-аппаратом. На схеме приведены необходимые для расчета буквенные обозначения соответствующих параметров греющего пара, сиропа, готовой карамельной массы, вторичного пара и конденсата; из схемы видно также направление теплового потока, вносимого греющим паром и сиропом.
Карамелеварочные станции обычно состоят из расходного сиропного бака У, в который готовый сироп непрерывно подается насосом с фабричной сиропной станции, сиропного (продуктового) плунжерного насоса 2 для непрерывной подачи карамельного сиропа в змеевик 3 аппарата с вакуум-камерой 4 и поршневого мокровоздушного вакуум-насоса 6 с конденсатором смешения 5.
Станции для уваривания фруктово-ягодных масс. Такие кондитерские массы, как фруктово-ягодные начинки, конфетные и мармеладные массы, увариваются при более низких температурах и содержат больше влаги, чем карамельная. Поэтому для удаления влаги нет необходимости создавать высокие температуры уваривания и применять вакуум. Отделение влаги в этом случае происходит при атмосферном давлении (безвакуумное уваривание).
Станция для непрерывного безвакуумного уваривания фруктово-ягодных начинок (рис. III.21) состоит из сборника рецептурной смеси, плунжерного насоса-дозатора, змеевиковой варочной колонки с циклоном-пароотделителем, темперирующей
машины, шестеренного насоса и системы трубопроводов для подачи готовой начинки в Начинконаполнители обкаточных машин.
По трубопроводу 1 поступает рецептурная смесь влажностью 45—50 %, подлежащая увариванию. Она фильтруется в стаканчиковом фильтре 2 и собирается в расходном сборнике 3. Из сборника 3 рецептурная смесь насосом- дозатором 4 перекачивается в змеевик варочной колонки 5, куда подается пар под давлением 0,6 МПа.
Варочная колонка 5 является греющей частью унифицированного вакуум-аппарата 33-А и может иметь одинарный или сдвоенный змеевик. В змеевике смесь уваривается и поступает в циклон-пароотделитель 7. Уваренная начинка температурой 115 °С, что соответствует влажности 17—19%, сливается в темперирующую машину 9, а вторичный пар по центральной трубе 6 отсасывается вентилятором. В охлаждаемую начинку из дозатора 8 вводят ароматизирующие вещества и при температуре 70—75 °С прокачивают шестеренным насосом 10 по кольцевому трубопроводу 11. Через отводы 12 необходимое количество начинки отбирается в Начинконаполнители обкаточных машин, а оставшаяся часть возвращается в темперирующую машину.
Для уваривания начинки в этой станции может быть использован реконструированный змеевиковый вакуум-аппарат с отделением вторичного пара под разрежением. В этом случае вакуум-камера имеет увеличенный объем (для отвода значительного количества вторичного пара и предотвращения уноса с ним начинки).
Уваривание начинки в змеевике ведется в’ течение 3—4 мин. Влажность готовой начинки регулируют производительностью плунжерного насоса-дозатора. Вторичный пар удаляется под
небольшим разрежением, при котором остаточное давление равно 0,065—0,075 МПа. Производительность станций для непрерывного уваривания начинок колеблется в пределах 900— 1400 кг/ч начинки в зависимости от площади поверхности нагрева. Станции для уваривания конфетных, ирисных и мармеладных масс рассматриваются в соответствующих статьях.