Техническое представление в кондитерской промышленности

За годы кондитерские предприятия превратились из мелких кустарных мастерских в крупные, технически высоко оснащенные предприятия.

Кондитерская промышленность имеет в настоящее время много кондитерских фабрик. Кроме того, кондитерские изделия вырабатыва­ется специализированными цехами хлебозаводов, овощеконсервных заво­дов, а также предприятиями общественного пи­тания.

В ближайшие годы предусматривается значительное увеличение выра­ботки кондитерских изделий, в том числе резкое увеличение выпуска изде­лий, пользующихся большим спросом у населения: мягких глазированных конфет, вафель, пастиломармеладных изделий; значительно увеличится выпуск завернутых и расфасованных кондитерских изделий.

В 2016 г. Предполагается, увеличение выработки кондитерских изделий будет достигнуто не только за счет строительства новых предприятий, но и за счет повышения эффективности производства и роста производительности труда.

Эти задачи решаются в кондитерской промышленности главным обра­зом на основе создания и внедрения новой высокопроизводительной техни­ки, прогрессивной технологии и дальнейшего перехода к более совершенной форме производства — механизированным и автоматизированным поточным линиям. В соответствии с этим основным направлением технического прог­ресса в кондитерской промышленности является создание, внедрение и дальнейшее совершенствование механизированных и автоматизированных поточных линий, агрегатов и автоматов для производства различных кондитерских изделий.

В результате работ, проведенных Всесоюзным научно-исследовательским институтом кондитерской промышленности, УкрНИИпродмашем, ВНИЭКИпродмашем, институтом «Роспищепромавтоматика» в творческом содружест­ве с передовыми кондитерскими предприятиями, коллективами изобретате­лей и заводами продовольственного машиностроения, в кондитерской про­мышленности созданы и совершенствуются механизированные поточные линии непрерывного производства массовых сортов карамели, глазирован­ных конфет, шоколадных масс, пастило-мармеладных и мучных кондитерских изделий, различные новые механизированные агрегаты и автоматы. В не­которых из основных видов производства, например, карамели, отливных сортов конфет и сахарного печенья, процессы производства механизиро­ваны от поступления сырья до упаковки готовой продукции в торговую тару.

Внедрение механизированных поточных линий и высокопроизводитель­ных агрегатов и автоматов в кондитерской промышленности позволяет по­высить эффективность производства: увеличить производительность труда, механизировать трудоемкие ручные процессы, в 1,5—2 раза сократить производственные площади, уменьшить потери ценного сырья, ликвидиро­вать промежуточную тару, значительно улучшить качество продукции и санитарно-гигиенические условия производства.

В СССР технологическое оборудование кондитерской промышленности изготавливалось заводами Министерства машиностроения для легкой и пище­вой промышленности и бытовых приборов (Барский машиностроительный завод, завод «Киевпродмаш», завод им. Ярославского московского объеди­нения «Пищемаш», Шебекинский заводи др.), заводами опытных конструк­ций ВНИИ кондитерской промышленности и УкрНИИпродмаша, институ­том «Роспищепромавтоматика» и др.

Некоторые виды специального оборудования поставляются нашим фаб­рикам машиностроительными заводами социалистических стран, как, напри­мер, ГДР, ПНР и др. Кроме того, отдельные экземпляры линий и агрегатов закупаются у фирм Италии, Франции, Швейцарии, ФРГ и Англии.

Однако перед инженерами и техниками кондитерской промышленности стоит еще много задач, требующих решения: необходимо механизировать и автоматизировать ряд технологических процессов, создавать высокопроиз­водительные машины-автоматы, механизировать ряд погрузочно-разгрузоч­ных работ и т. д.

Необходимость решения этих задач, а также сложность современного оборудования требуют от инженерно-технических работников глубоких знаний, а от учащихся — глубокого изучения технологии и оборудования кондитерской промышленности.

Понятие о машинах, аппаратах и поточных линиях

Все машины можно разделить на три основных класса: машины-двига­тели, подъемно-транспортные машины и технологические (или рабочие) ма­шины.

По этому учебнику студенты изучают основное технологическое оборудование кондитерских фабрик, а также некоторое вспомогательное оборудо­вание, входящее в состав установок и агрегатов.

Технологическое оборудование кондитерских фабрик весьма разнообразно. Однако многие группы машин и аппаратов имеют общие признаки. В основу классификации оборудования можно положить следующие классифи­кационные признаки: характер воздействия на продукт, ха­рактер рабочего цикла, степень механизации и автоматизации, функцио­нальное назначение оборудования.

По характеру воздействия на продукт оборудование может быть разде­лено на машины и аппараты.

В машине осуществляется механическое воздействие на продукт. При этом свойства продукта или материала не меняются. Изменяются лишь форма, размеры и другие физические параметры. Особенностью машины является наличие движущихся рабочих органов, непосредственно механи­чески воздействующих на продукт.

В аппаратах осуществляются тепловые, электрические, физико-химичес­кие, биохимические и другие воздействия, которые вызывают изменение физических или химических свойств либо агрегатного состояния обрабаты­ваемого продукта. Характерным признаком аппарата является наличие реакционного пространства или рабочей камеры.

По характеру рабочего цикла машины и аппараты разделяются на маши­ны и аппараты периодического и непрерывного дей­ствия.

В машинах и аппаратах периодического действия продукт подвергается обработке в течение определенного промежутка времени (цикла) и затем удаляется из машины или аппарата. После этого цикл процесса возобновляется. Режим работы рабочих органов такого оборудования в течение цикла шедсстоянен, непрерывно меняется.

В машинах и аппаратах непрерывного действия процесс протекает непрерывно, при установившемся режиме, с одновременной непрерывной за- гт узкой исходного сырья и выходом готового продукта. Рабочие органы та­кс го оборудования работают в установившихся, стабильных условиях.

По степени механизации и автоматизации машины и аппараты разделя­ются на машины и аппараты неавтоматического действия, полуавтоматические и автомати­ческие.

В оборудовании неавтоматического действия загрузка, выгрузка, пере­ложение, контроль, а также отдельные технологические операции произ­водятся рабочим с непосредственным воздействием на обрабатываемый объект.

В полуавтоматическом оборудовании все основные технологические операции выполняются машиной. Ручными остаются некоторые вспомгательные операции (например, транспортировка, загрузка и выгрузка), а также операции контроля, наладки и наблюдения.

В автоматическом оборудовании все технологические, вспомогательные и контрольные операции производятся автоматически по заранее заданной программе. Ручными операциями остаются наладка и наблюдение за рабо­той автомата.

По функциональному назначению технологическое оборудование кон­дитерских фабрик можно разделить на следующие основные груп­пы:

1.  Машины и агрегаты для подготовки сырья и приготовления полу­фабрикатов. К этой группе относятся машины и агрегаты для счистки и просеивания сырья, машины для его дробления, устройства для дозирования, машины для смешивания сырья и получения полуфабрикатов.
2.  Аппараты и машины для тепловой обработки сырья, полуфабрикатов и готовой продукции. В эту группу технологического оборудования вхо­дят различные теплообменные аппараты для нагревания, уваривания или охлаждения сырья и полуфабрикатов, камеры для охлаждения полу­фабрикатов или отформованных изделий, а также печи для выпечки муч­ных кондитерских изделий.
3.  Машины и агрегаты для формования изделий или их заготовок. К этой группе оборудования относятся машины и агрегаты для штам­пования изделий, режущие машины и машины для отливки заготовок из­делий.
4.  Машины и агрегаты для завертки, фасовки и упаковки готовой про­дукции.

В процессе комплексной механизации и автоматизации производства отдельные машины и аппараты объединяют в агрегаты и поточные линии, что позволяет получить значительный технико-экономический эффект. Вследствие непрерывности процесса в поточных линиях можно поддержи­вать постоянный технологический режим, а следовательно, получать из­делия с постоянными качественными показателями и уменьшать количество возвратных отходов и брака.

Комплексная механизация процессов в поточных линиях позволяет уст­ранить тяжелые и трудоемкие ручные операции, облегчить труд рабочего и повысить его производительность. Обязанности рабочего все более приоб­ретают характер наблюдения за работой машин.

Внедрение поточных линий позволяет сократить площади, занятые обо­рудованием, и уменьшить или устранить применение такого внутрицехово­го инвентаря, как лотки, ящики, тележки, стеллажи и т. д.

По степени механизации и автоматизации поточные линии кондитерс­кой промышленности можно разделить на следующие виды.

Полумеханизированные поточные линии. В этих линиях механизированы отдельные технологические операции. Пе­редача сырья или полуфабриката на отдельных участках осуществляется вручную. Вручную может осуществляться также дозировка сырья и полу­фабрикатов, загрузка их в машины или выгрузка готовой продукции. Обо­рудование таких линий может быть расположено и не по поточному прин­ципу.

Механизированные поточные линии. В этих ли­ниях оборудование устанавливается и связывается транспортирующими устройствами по поточному принципу. Компоновка линии может быть раз­личная: по прямой, Г- или П-образной линии либо с размещением отдель­ных участков по вертикали в различных этажах.

Все процессы в этих линиях комплексно механизированы. Как правило, ручной труд остается только при контроле за процессами и наблюдении за работой линии и иногда при загрузке исходного сырья.

Все машины и аппараты механизированных поточных линий работают непрерывно. Однако используются также и аппараты периодического дейст­вия. В этих случаях устанавливаются два попеременно работающих аппа­рата или один аппарат с промежуточной емкостью — накопителем, из ко­торого полуфабрикат расходуется непрерывно.

Автоматизированные поточные линии. Под ав­томатизированной линией подразумевается механизированная поточная линия, в которой параметры некоторых технологических процессов контро­лируются и регулируются автоматическими приборами без вмешательства обслуживающего персонала. К таким параметрам можно отнести температу­ру, давление, скорость, расход продукта и др.

В кондитерской промышленности полностью автоматизированные ли­нии пока еще не созданы, имеются лишь частично автоматизированные линии.

Основные требования, предъявляемые к конструкции машин и аппаратов кондитерского производства, и основные правила их эксплуатации

Машины и аппараты должны иметь высокие технико-экономические по­казатели, под которыми имеются в виду отдельные параметры, отнесенные к производительности машин и аппаратов. К таким параметрам относятся, например, масса машины или аппарата, размер занимаемой площади, рас­ход электроэнергии, пара и воды и т. п., стоимость обслуживания и другие расходы, связанные с эксплуатацией оборудования, а также его текущим и капитальным ремонтом.

Конструкция машин и аппаратов должна отвечать требованиям совре­менной прогрессивной технологии. Необходимо, чтобы форма, размеры, скорости и траектории движения рабочих органов, а также такие параметры, как температура теплоносителя и т. п., соответствовали физико-механичес­ким и химическим свойствам продукта и выбранному технологическому режиму.

Особое значение имеет выбор материалов для изготовления рабочих ор­ганов. Многие виды сырья и полуфабрикатов кондитерской промышленнос­ти содержат кислоты, поэтому некоторые рабочие органы машин и аппара­тов должны выполняться из   коррозионностойких

материалов. Рабочие органы машин и аппаратов должны обладать высокой износоустойчивостью, так как попадание час­тиц материалов рабочих органов в пищевой продукт может сделать его не­пригодным к употреблению.

Конструкция деталей, рабочих органов и других узлов машины должна быть технологичной. Под технологичностью понимают соответствие конструкции требованиям оптимальных технологических процессов из­готовления машины при максимальной экономии материалов и снижении трудоемкости их изготовления.

Современные пищевые машины достаточно быстроходны. Даже незна­чительная неуравновешенность вращающихся деталей может привести к возникновению вредных динамических нагрузок, вызывающих вибрацию машин и перекрытий зданий, чрезмерный износ подшипников, излишний расход энергии и т. п., поэтому быстровращающиеся детали должны быть статически или динамически уравновешены.

Большим достоинством всякой машины или аппарата является прос­тота конструкции, облегчающая как обслуживание, так и ремонт.

Машины, аппараты и транспортирующие устройства не должны иметь застойных зон, где мог бы скапливаться продукт. Стани­ны должны быть обтекаемые, закрытые. Необходимо отделять перегородка­ми или другими устройствами технологическую часть от механической и предусматривать специальные люки и дверцы для удобства очистки и мойки оборудования.

Конструкция машин и аппаратов должна удовлетворять требованиям охраны труда и техники безопасности.

При конструировании и эксплуатации теплообменных аппаратов необ­ходимо руководствоваться утвержденными  основ­ными правилами: «Правилами устройства и безопасной эксплуатации паро­вых котлов», «Правилами устройства и безопасности эксплуатации сосу­дов, работающих под давлением», «Правилами устройства и безопасной эксплуатации трубопроводов пара и горячей воды», а также нормами рас­чета, инструкциями и методическими указаниями по техническому осви­детельствованию установок.

Варочная аппаратура должна быть оснащена приборами для измерения давления греющего пара, разрежения, а также предохранительными кла­панами. Горячие поверхности аппаратов покрываются тепловой изоляцией и ограждаются защитными кожухами.

Все механические передачи, движущиеся части машин, а также их под­вижные рабочие органы (лопасти месильных машин, валки прокатных ма­шин, ножи режущих машин и т. д.) должны быть защищены ограждениями и крышками. Эти устройства снабжаются автоматической блокировкой: при снятии ограждения или открывании крышки машина или ее рабочие ор­ганы останавливаются. Электродвигатели и электрическая аппаратура должны быть у всех машин заземлены.

В кондитерском производстве применяется большое число установок с воздушным охлаждением. Необходимо предусматривать устройства, за­щищающие рабочих от потока холодного воздуха. На рабочих местах у печей обжарочного, варочного, сушильного и другого теплового оборудования следует устанавливать вентиляцию или создавать завесу из воздуха нор­мальной температуры.

Долговечность работы машин и аппаратов ео многом зависит от пра­вильности их эксплуатации. Основными условиями эксплуатации оборудо­вания являются соблюдение графика планово-предупредительного ремонта, систематическая смазка трущихся деталей, регулярные осмотры и провер­ка оборудования, а также создание запаса быстроизнашивающихся деталей.

Большое внимание следует уделять правильной наладке и пуску машин и аппаратов. Перед пуском машины следует проверить установку всех ограждений и убедиться в отсутствии на машине инструмента или инвента­ря, посторонних предметов или остатков затвердевшего продукта. Вароч­ные аппараты перед пуском в работу следует прогреть, а также провести продувку парового пространства острым паром для удаления из него конденсата и воздуха. Одновременно проверяется исправность и плотность арматуры и измерительных приборов.

Оборудование для тепловой обработки сырья и полуфабрикатов и технологические насосы

В кондитерском производстве наряду с другими процессами широко применяется тепловая обработка сырья и полуфабрикатов — нагревание, охлаждение, уваривание, при котором происходит выпаривание части влаги, и темперирование, заключающееся в доведении температуры полуфаб­риката до заданной и ее постоянном поддержании.

При тепловой обработке продукта происходит теплообмен между про­дуктом и средой, отдающей или воспринимающей тепловую энергию, — теплоносителем или хладагентом.

Основным теплоносителем при тепловых процессах нагревания, раст­ворения и уваривания в кондитерском производстве является насыщенный водяной пар с избыточным давлением обычно до 0,6 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 свое тепло 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 свое тепло поверхности теплообмена аппарата, кон­денсируется. Конденсат отводится из нижней части паровой камеры авто- матом-конденсатоотводчиком (конденсационным горшком). Поверхность теплообмена может иметь различную конструкцию (паровые рубашки, зме­евики, прямые трубки и т. п.).

Основные виды теплообменных аппаратов кондитерского производства

Для основных процессов 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:

1.  открытые варочные котлы, в том числе диссуторы—одностенные ва­рочные котлы для растворения сахара с барботером и змеевиковым обогре­вом;
2.  сферические вакуум-аппараты для уваривания начинок;
3.  универсальные вакуум-варочные аппараты.

К аппаратам непрерывного действия относятся:

1.  растворители для приготовления сиропа, в том числе секционные, шнекового типа и др.;
2.  змеевиковые аппараты, работающие под разрежением — с вакуум- камерой (преимущественно для уваривания карамельной массы) или без разрежения — с пароотделителем (для уваривания фруктово-ягодных начинок, различных конфетных, ирисных, пастило-мармеладных и других кондитерских масс);
3.  змеевиковые помадоварочные колонки для уваривания помадных сиропов, работающие без разрежения, с пароотделителем.

Для темперирования различных кондитерских масс применяются так называемые темперирующие машины, в том числе:

1.  цилиндрические темперирующие машины-сборники периодического действия с пароводяной рубашкой и мешалкой для темперирования начи­нок, тертого какао, конфетных, шоколадных и других масс;
2.  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.

Аппараты периодического действий

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 К-1А вместимостью 150 л, опрокидывающийся, без мешалки. Котел    (рис. 1)

состоит из медной полусферической чаши § с отбортованным фланцем и ци­линдрической обечайки 3 с носиком для слива готовых масс. Чаша котла помещена в стальную сварную паровую рубашку 9. 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 2 и 6 и подшипников на чугунных стойках 1. Подача греющего пара производится через цапфу 6> а отвод конденсата по отводной трубке 12 — через цапфу 2; спуск конден­сата производится через вентиль 11. Один конец отводной трубки 12 рас­положен в нижней части паровой рубашки для устранения возможности за­полнения парового пространства конденсатом. К котлу устанавливается кон- денсатоотводчик.

Продувка воздуха из парового пространства производится через спуск­ной кран 13. На входной трубе для пара установлены предохранительный

Рис. 1. Опрокидывающийся варочный котел К-1А без мешалки.

клапан 5, срабатывающий в случае превышения давления против установ­ленного, и манометр 4 для контроля за давлением пара.

Выгрузка готовой массы производится путем опрокидывания чаши при помощи червячной пары 7 и маховика с рукояткой, смонтированных на цап­фе 6 и стойке 1. Выгрузка массы и слив промывных вод может производить­ся также через нижний сливной штуцер открытием затвора 10 или крана.

При пуске котла перед загрузкой его подлежащими растворению компо­нентами или увариваемой массой открывают кран 13 для продувки и спуска воздуха и вентиль 11 для спуска конденсата, открывают вентиль для пода­чи греющего пара и производят продувку парового пространства, затем закрывают продувные краны, включают конденсатоотводчик и постепенно

Таблица 1

Техническая характеристика открытых варочных котлов без мешалок

(во избежание гидравлических ударов) увеличивают подачу греющего пар, до достижения нормального давления.

В процессе работы котла контролируют давление греющего пара по манометру, не допуская повышения его сверх нормального, и периодически выпускают воздух через воздушный кран 13. После разгрузки котла, по окончании работы, прекращают подачу пара, спускают конденсат, коте, моют и высушивают.

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

Для интенсификации процессов растворения, нагревания или уваривания в открытых варочных котлах устанавливаются механические мешалки Механическим заводом выпускаются котлы вместимостью 60 и 150 л с механическими мешалками.

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

Рис. 2. Неопрокидывающийся варочный котел 28-А с механической мешалкой.

Котел (рис. 2) состоит из медной полусферической чаши 11 с медной обечайкой 7. Чаша помещена в стальную паровую рубашку 10 и соединена с ней на прокладке с помощью фланцев и болтов. Котел установлен на двух чугунных стойках 1.

Пар для подогрева подводится через вентиль 9. Конденсат отводится через вентиль 14 в нижней части паровой рубашки, спуск конденсата произво­дится через вентиль 13. К котлу подсоединяется конденсатоотводчик.

Котел имеет крышку 18 с люком для загрузки и осмотра и штуцером 19 для отвода вторичного пара. Во время варки масса в чаше перемешивается якорной мешалкой 15, приводимой в движение электродвигателем 5 через червячный редуктор 4. Котел в нижней части имеет штуцер 12 для спуска готовой массы; штуцер перекрывается во время варки клапаном 16. При раз­грузке котла отверстие штуцера открывается путем поднятия клапана 16 вверх при помощи вертикального винта 17 с маховичком 3.

Котел снабжен манометром 6, предохранительным клапаном 8, маномет­рическим термометром 2 и краном для спуска воздуха.

Таблица 2

Техническая характеристика открытых варочных котлов с механической мешалкой

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

где G — количество загруженного в котел продукта, кг;

τ₃—время загрузки продукта в котел, мин;

τ₀ —время обработки (нагревания, растворения, уваривания) продукта, мин;

τ_р — время разгрузки, мин.

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

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 двутельного сфе­рического варочного котла определяется по формуле (1-28).

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

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 (1-23), расход пара в час — по формуле (1-24).