Оборудование для тепловой обработки сырья. Варочные котлы и вакуум-аппараты .

Открытые варочные котлы. Эти котлы применяются для растворения, уваривания или подогрева различных кондитер­ских масс.

В кондитерской промышленности применяются двустенные открытые варочные котлы преимущественно выпуска завода им. Ярославского московского объединения «Пищемаш» различной вместимости (150, 60 и 12 л), опрокидывающиеся (с по­воротной чашей) и неопрокидывающиеся (стационарные), без мешалок и с механическими мешалками, причем последние
используются иногда в качестве рецептурных темперирующих сборников в конфетном и других производствах.

Варочный котел Д9-41А вместимостью 150 л, опрокидывающийся, без мешалки. Котел (рис. III.5) состоит из медной полусферической чаши 11 с отбортованным фланцем и цилиндрической обечайки 4 с носиком для слива готовых масс. Чаша котла помещена в стальную сварную па­ровую рубашку 12. При помощи стального кольца, прокладки и болтов фланцы медной чаши и стальной рубашки соединя­ются между собой. Полость между чашей и стальной рубашкой

образует паровое прост­ранство.

Котел монтируется с помощью пустотелых цапф 5 и 5 и подшипни­ков на чугунных стойках

Подача греющего пара производится через цапфу 5 и вентиль 3, а отвод конденсата по отводной трубке 2 — через цапфу 3; спуск конденсата произ­водится через кран 14. Один конец отводной трубки 2 расположен в нижней части паровой ру­башки для устранения возможности заполнения парового пространства конденсатом. К котлу устанавливается конденсатоотводчик.

Продувка воздуха из парового пространства производится через спускной кран 15. На входной трубе для пара установ­лены предохранительный клапан 7, срабатывающий в случае повышения давления сверх установленного, и манометр 6 для контроля за давлением пара.

Выгрузка готовой массы производится путем опрокидыва­ния чаши при помощи червячной пары 9 и маховика 10 с руко­яткой, смонтированных на цапфе 5 и стойке. Выгрузка массы и слив промывных вод может производиться также через ниж­ний сливной штуцер открытием затвора 13 или крана.

При пуске котла перед загрузкой его подлежащими раство­рению компонентами или увариваемой массой открывают кран 15 для продувки и спуска воздуха и кран 14 для спуска конденсата, открывают вентиль 8 для подачи греющего пара и производят продувку парового пространства, затем закрывают продувные краны, включают конденсатоотводчик и постепенно (во избежание гидравлических ударов) увеличивают подачу греющего пара до достижения нормального давления.

В процессе работы котла контролируют по манометру дав­ление греющего пара, не допуская повышения его сверх нор­мального, и периодически выпускают воздух через воздушный кран 15. После разгрузки котла по окончании работы прекра­щают подачу пара, спускают конденсат, котел моют и высуши­вают.

У неопрокидывающихся котлов выгрузка готовой массы производится через сливной штуцер с затвором или краном.

Техническая характеристика открытых варочных котлов без мешалок

Для интенсификации процессов растворения, нагревания или уваривания в открытых варочных котлах вместимостью 60 и 150 л устанавливаются механические мешалки.

Варочный котел 28-А вместимостью 150 л, неопрокидывающийся, с механической мешалкой. Котел благодаря наличию мешалки может быть использован для уваривания густых масс, например, ирисных, или в каче­стве темперирующего рецептурного сборника для конфетных и других масс.

Котел (рис. III.6) состоит из медной полусферической чаши 3 с медной обечайкой 18. Чаша помещена в стальную паровую рубашку 4 и соединена с ней на прокладке с помощью фланцев и болтов. Котел установлен на двух чугунных стойках 1.

Пар для подогрева подводится через вентиль 20. Конденсат отводится через вентиль 6 в нижней части паровой рубашки, спуск конденсата производится через кран 7. К котлу подсо­единяется конденсатоотводчик.

Котел имеет крышку 10 с люком для загрузки и осмотра и штуцером 16 для отвода вторичного пара. Во время варки масса в чаше перемешивается якорной мешалкой 2, приводи­мой в движение электродвигателем 15 через червячный редуктор 14. Котел в нижней части имеет штуцер 5 для спуска гото­вой массы; штуцер перекрывается во время варки клапаном 8. При разгрузке котла отверстие штуцера открывается путем поднятия клапана 8 вверх при помощи вертикального винта 12 с маховичком 13.

Котел снабжен манометром 17, предохранительным клапа­ном 19, манометрическим термометром 11 и краном для спуска воздуха 9.

Производительность варочного котла (в кг/ч) как аппарата периодического действия определяется по формуле

П = 60 G/(t₃ +t_о + t_р), (III. 1)

где G — масса загруженного в котел продукта, кг; t₃ — время загрузки продукта в котел, мин; t₀ — время обработки (нагревания, растворения, уваривания) продукта, мин; t_р — время разгрузки котла, мин.

Масса загружаемого в ко­тел продукта (в кг) определя­ется по рабочей вместимости сферической части котла:

G=pV   (|||.2)

где р — плотность продукта, кг/м3; V — вместимость котла, м3.

При проектировании аппа­рата необходимый для дан­ного объема радиус сферы (в м) находят из формулы объема полусферы

Площадь поверхности нагрева двустенного сферического ва­рочного котла определяется по формуле (111.28).

Радиус полусферы (в м) определяется исходя из известной площади поверхности нагрева F:

После этого принимается наибольший радиус сферы, по ко­торому уточняется рабочая вместимость котла.

Расход греющего пара для варочного котла на один цикл без учета подогрева котла при пуске его в работу можно оп­ределить по формуле (111.23), расход пара в час— по формуле (111.24).

Техническая характеристика открытых варочных котлов с механической мешалкой

Диссуторы. Применяются в кондитерской промышленности для растворения сахара, приготовления сиропов, роспуска воз­вратных отходов и т. п.

Диссуторы представляют собой металлические емкости ци­линдрической или прямоугольной формы с барботерами и зме­евиками.

На рис. III.7 показан диссутор цилиндрической формы. Он состоит из стальной обечайки 11, наклонного или сферического днища 12, люка 9 для загрузки сахара и подачи воды, паропровода 8 с барботером 13, змееви­ка 7 для подогрева смеси, крышки 6, трубопровода 5 для подачи патоки или инвертного сиропа, тру­бы 4 для отвода вторич­ного пара. Наружная по­верхность покрыта изо­ляцией 10. Через штуцер 3 отводится готовый си­роп, через штуцер 2 от­водится конденсат в кон­денсатоотводчик 1.

Размеры диссуторов могут быть различными в зависимости от требуе­мого количества сиропа.

Помимо отмеченных выше недостатков тепло­вой обработки продукта барботированием в него пара недо­статками диссуторов являются невысокое качество получаемого сиропа, периодичность процесса, применение ручного труда.

Сферические вакуум-аппараты. Эти аппараты предназна­чены преимущественно для уваривания различных начинок; они применяются также для приготовления конфетных, прис­ных, мармеладных и других кондитерских масс. С целью сни­жения температуры кипения масс процесс в этих аппаратах осуществляется под разрежением, что способствует улучшению качества в сравнении с увариванием масс в открытых вароч­ных котлах при атмосферном давлении.

Сферические вакуум-аппараты бывают с механической ме­шалкой и без мешалки; устройство их аналогично. Наиболее распространены аппараты с мешалкой.

Сферический вакуум-аппарат 31-А вместимостью 150 л с ме­ханической мешалкой (рис. III.8) представляет собой стацио­нарный двутельный варочный котел, внутри которого установ­лена двухлопастная горизонтальная мешалка 18. Котел аппа­рата имеет медную чашу 17 с отбортованным фланцем. Чаша помещена в стальную паровую рубашку 16, на которой с пра­вой стороны находится пароподводящий патрубок 15 с венти­лем, манометром 14 и предохранительным клапаном. С другой стороны паровой рубашки предусмотрен воздушный кран 1 для продувки парового пространства и патрубок 21 для спуска конденсата и присоединения конденсатоотводчика.

К чаше котла при помощи фланцевого соединения с про­кладкой и откидных болтов присоединяется медный колпак 6, на котором установлены вакумметр 11, термометр 7 и воздуш­ный кран.

Для наблюдения за ходом процесса предусмотрено два смотровых окна 12. Колпак заканчивается трубой 10. Внутри колпака перед входом в трубу предусмотрен отбойник для пре­дотвращения уноса массы в вакуум-линию. К трубе 10 при по­мощи накидной гайки 8 крепится трубопровод 9, соединяющий аппарат с конденсатором смешения мокровоздушного вакуум- насоса.

Для загрузки аппарата увариваемой массой предусмотрен загрузочный кран 5, для разгрузки — спускной штуцер 19 с за­твором 20] для взятия проб служит кран 13. Мешалка 18 при­водится во вращение электродвигателем 2 через червячный ре­дуктор 3 и пару зубчатых колес 4.

При загрузке всасывающий гибкий шланг одним концом присоединяют к загрузочному крану 5, другой помещают в ем­кость с массой, предназначенной для уваривания. Затем откры­вают кран 5 и включают вакуум-насос; под воздействием раз­режения масса засасывается внутрь аппарата; при этом наблю­дают за процессом загрузки через смотровые окна 12.

Рис. 111.8. Сферический вакуум-аппарат 31-А с механической мешалкой

По окончании загрузки аппарата снимают шланг, закры­вают загрузочный кран 5, включают мешалку, открывают про­дувочные краны, обводной вентиль у конденсатоотводчика и вентили, подающие греющий пар в паровое пространство и охлаждающую воду в конденсатор смешения вакуум-насоса (на рисунке не показан, см. описание вакуум-насосов). После того как воздух и конденсат удалены из парового пространства и трубопроводов, закрывают продувочные краны, включают конденсатоотводчик и подачу греющего пара,

По окончании уваривания прекращают подачу пара и ох­лаждающей воды в конденсатор, выключают вакуум-насос и мешалку, открывают воздушный кран с воронкой, установлен­ный в верхней части колпака 6, и затвор 20 для выгрузки ува­ренной массы.

Техническая характеристика сферических вакуум-аппаратов

Производительность сферического вакуум-аппарата опреде­ляется по формуле (II 1.1) для аппаратов периодического дей­ствия. Количество единовременно загружаемого в аппарат про­дукта определяется по формуле (III.2).

Расход греющего пара для уваривания продукта в сфери­ческом вакуум-аппарате периодического действия определяется по формулам (111.23) и (111.24).

Площадь поверхности нагрева аппарата определяется так же, как для двутелыюго варочного котла.

Мощность электродвигателя в (кВт), потребную для при­вода мешалки сферического вакуум-аппарата, можно подсчи­тать по формуле

N = (N₁ + N₂)/ƞ,(II|.5)

где N₁— мощность, затрачиваемая на вращение прямоугольной лопасти ме­шалки, кВт; N₂ — мощность, затрачиваемая на вращение радиальной лопа­сти мешалки, вращающейся у сферического днища, кВт; ƞ — КПД передач привода мешалки.

Мощность, затрачиваемую на привод прямоугольной лопа­сти мешалки, определяют по формуле (в кВт)

N1=Kzhω³(R⁴-r⁴)/(408ƞ1),           (II|.6)

где К — коэффициент сопротивления среды, зависящий от плотности и вяз­кости массы (например, для сахарных растворов K—2000); z — число лопа­стей мешалки; h — высота лопасти, м; ω — угловая скорость вращения лопа­стей, рад/с; ω = gn/30 (здесь п — частота вращения мешалки, об/мин); — радиус наибольшей окружности, описываемой лопастью, м; г — радиус наи­меньшей окружности, описываемой лопастью, м; ƞ₁ — КПД лопастей (принbмается равным 0,6—0,8).
Мощность, затрачиваемую на привод радиальной лопасти мешалки, можно определить по формуле (в кВт)

где р — плотность увариваемой массы, кг/м3; g— ускорение свободного па­дения, м/с2; Я1 — наибольший радиус лопасти, м; г4 — наименьший радиус лопасти, м; а! и а2 — соответственно наименьший и наибольший углы рас­положения радиальной лопасти ме­шалки по отношению к вертикальной оси аппарата, град.

Универсальные варочные вакуум-аппараты. Универсаль­ный варочный вакуум-аппа­рат М-184 с автоматической разгрузкой предназначен для уваривания в небольших количествах ирисной, карамель­ной и желейной масс, начинок и других кондитерских масс.

Универсальный аппарат (рис. III.9) состоит из двух котлов: верхнего 7 и нижнего приемного 26, расположенных один над другим.

Верхний двутельный котел служит для уваривания массы (при атмосферном давлении) и представляет собой полу­сферическую медную чашу, заключенную в чугунную паровую рубашку, в которую через вентиль 17 подается греющий пар. Конденсат отводится через патрубок 5.

Масса в чаше во время варки перемешивается якорной ме­шалкой 9, привод которой осуществляется от электродвигателя 6 через ременную передачу 8 и конический редуктор 11. Чаша верхнего котла закрыта крышкой 10 с приемной воронкой и штуцерами для загрузки и для отвода вторичного пара. Через штуцер 20, закрываемый клапаном 19, уваренная масса выпус­кается в нижний котел. Клапан 19 открывается при помощи вертикального штока, связанного с пневматическим клапаном 12. Перед сливом массы нижний котел 26 прижимают к крышке 3 нижнего котла при помощи ножной педали. Нижний прием­ный котел представляет собой медный сосуд с полусфериче­ским днищем. Цапфы этого котла свободно лежат в гнездах поворотной вилки 1, которая находится на оси 2, укрепленной на левой стойке станины.

По окончании процесса варки вилка 1 с котлом 26 повора­чивается вокруг оси и нижний котел выводится из-под крышки З для разгрузки.

Техническая характеристика универсального варочного вакуум-аппарата М-184 с автоматической разгрузкой

В крышке 3 имеется два смотровых окна для наблюдения за процессом спуска массы из верхнего котла.

Аппарат снабжен манометрическим термометром 13, мано­метром 15, вакуумметром 14, предохранительным клапаном 16 и кнопочным управлением 4 электродвигателями.

Ротационный мокровоздушный вакуум-насос 23, откачивая через конденсатор 21 воздушно-водяную смесь, создает разре­жение в нижнем котле 26 и в пневматическом клапане 12, от­крывающем отверстие для спуска массы в нижний котел 26. При этом благодаря разрежению ускоряется переход в котел массы и происходит процесс интенсивного самоиспарения, ве­дущий к дополнительному удалению влаги из массы, отсасы­ваемой из верхнего котла в нижний. За счет самоиспарения влаги температура массы значительно понижается.

Встроенный в аппарат малогабаритный мокровоздушный водокольцевой вакуум-насос 23 смонтирован на отдельной плите 24, укрепленной на стойках аппарата, и приводится в движение от электродвигателя 25.

Конденсатор 21 представляет собой трубу, одним концом подсоединенную к крышке 3 аппарата, а другим — к насосу. Внутрь конденсатора через трубку 22 с отверстиями подво­дится холодная вода, которая выходит тонкими струйками и создает водяную завесу, конденсируя вторичный пар.

В верхний котел загружают компоненты смеси или предва­рительно приготовленную смесь увариваемой массы, включают пар и мешалку. Контроль за температурой массы осуществля­ется по контактному манометрическому термометру 13, термо­баллон 18 которого погружен в увариваемую массу. Как только ее температура достигнет требуемого значения, автоматически включается перепускной клапан 12 выгрузки массы в нижний котел, включается электродвигатель 25 ротационного вакуум- насоса и подача воды в конденсатор. Когда уваренная масса полностью перетечет в нижний котел, останавливают вакуум- насос, закрывают вентиль подачи воды в конденсатор и осу­ществляют выгрузку уваренной массы.

Машины для темперирования кондитерских масс М2-Т-250,

МТ-250 и МТМ-100. Машины предназначены для смешивания и темперирования различных кондитерских масс: начинок, кон­фетных, шоколадных и мармеладных масс, тертого какао и т. п.

Машина МТ-250 (рис. 111.10), так же как машины М2-Т-250 и МТМ-100, представляет собой цилиндрическую емкость 3 с рубашкой 2 для пароводяного обогрева и комбинированной мешалкой внутри.

Загрузка машины массой производится насосом или вруч­ную через верхнюю откидную крышку 11. В рубашку 2 пода­ется пароводяная смесь для обогрева темперируемой массы или вода для охлаждения. Вода подается в рубашку 2 через нижний вентиль до ее слива через воронку 8. При необходимо­сти подогрева массы после наполнения рубашки цилиндра во­дой нижний вентиль 13 закрывается, а верхний вентиль для подачи пара открывается. Пар подается через штуцер трой­ника в нижнюю часть рубашки цилиндра, благодаря чему про­исходит обогрев и одновременно циркуляция, способствующая равномерному нагреванию воды на протяжении всего процесса темперирования массы.

Для того чтобы масса имела равномерную температуру и не расслаивалась, машина снабжена планетарной комбиниро­ванной мешалкой. Вертикальный вал 10 получает вращение от электродвигателя через червячный редуктор 16. На верхнем конце вала закреплено водило 6. Один его конец несет рамную мешалку 9, а другой — вал 1 планетарной мешалки. Этот вал имеет зубчатое колесо 14, сцепленное с неподвижным коле­сом 15, закрепленным на верхней части трубчатой стойки 7, и лопастную мешалку 4. При вращении водила 6 вал 1 плане­тарной мешалки совершает вращательное движение вокруг вала 10 и, кроме того, благодаря обкатыванию колеса 14 по неподвижному колесу 15 получает вращение вокруг собст­венной оси. Таким образом, планетарная мешалка непрерывно перемешивает все участки массы, создавая циркуляцию внутри цилиндра. Выпуск темперированной массы осуществляется че­рез патрубок 12, снабженный затвором.

Вода, выходящая из рубашки цилиндра, отводится в слив­ную воронку 8. Контроль температуры осуществляется термо­метром 5.

После прогрева машины режим теплообмена становится постоянным.

Крышки темперирующих машин-сборников снабжены бло­кировкой, отключающей электродвигатель при их открыва­нии.

Рис.10. Цилиндрическая темпе­рирующая машина-сборник МТ-250:

а — общий вид с разрезом; б — схема привода мешалки