Оборудование для измельчения

При подготовке кондитерского сырья к переработке широко применяется измельчение для получения частиц такого размера, который позволяет значительно облегчить или ускорить тепло­вую обработку, перемешивание, дозирование и другие процессы обработки. 

Измельчение осуществляется раздавливанием, истиранием, ударом или их комбинацией, например раздавливанием и исти­ранием, истиранием и ударом. В зависимости от преобладания того или иного способа из­мельчения оборудование может быть истирающе-раздавливающего действия (меланжеры, мельницы) и ударного действия (дробилки).

На кондитерских фаб­риках применяются вал­ковые, дисковые и шари­ковые мельницы, молот­ковые и штифтовые дро­билки.

Меланжер. Это из­мельчающая машина, ко­торую применяют для из­мельчения крупных час­тиц сырья или полуфаб­рикатов, например саха­ра-песка, вафельных оте­ков и т. д. Одновремен­но с измельчением на этой машине смешивают различные компоненты: сыпучие, пластичные и жидкие.

Различают два вида меланжеров: с вращаю­щейся и неподвижной ча­шей. Наиболее распрост­ранены меланжеры с вра­щающейся чашей.

Меланжеры с враща­ющейся чашей служат для дробления и переме­шивания густых и полугустых масс. Меланжер (рис. 1.7) состоит из следующих основ­ных узлов, смонтированных на станине 2: чаши 15, двух вал­ков 11 и 14 и разгрузочного шнека 8. Чаша 15, дном которой служит гранитная поверхность, приводится от электродвига­теля 12 (N= 5,5ч-14 кВт) через клиноременную передачу.

Кроме того, меланжер снабжен двумя электродвигателями 1 (N=1,5 кВт), каждый из которых через ременную передачу 3 приводит во вращение соответствующий гранитный валок. Ско­рости движения чаши и валков подобраны так, чтобы продукт,, попадающий в зазор между ними, не только раздавливался, но и истирался. Для ручного проворачивания валков служит ру­коятка 4.

Каждый валок на двух тягах 5 подвешен к гидроцилиндру 6 с поршнем. С помощью гидравлической системы (в станине ме­ланжера установлены гидравлический насос и бак с гидравличе­ской жидкостью) можно опускать и поднимать над чашей один или оба валка. Для того чтобы масса непрерывно поступала на валки, над чашей расположены две направляющие 13.

По окончании измельчения, не выключая вращения чаши, электродвигателем 7 (N=1,0 кВт) приводят в движение разгру­зочный шнек 8. Измельченная масса поступает в шнек и выво­дится через лоток 9. Во время измельчения шнек приподнима­ется над чашей механизмом 10.

Меланжеры с неподвижным дном и бегунами, вращающи­мися вокруг своей оси по дну чаши, предназначены для дли­тельного перемешивания и разводки жидких и полужидких масс жиром.

Для облегчения загрузки над машинами ставят дозаторы, позволяющие отмеривать или взвешивать порции компонентов, используемых для приготовления рецептурной смеси.

Производительность меланжеров обычно невелика и зависит от вместимости чаши (125—500 дм3), величины загрузки, ха­рактера измельчаемого сырья и продолжительности обработки.

Производительность меланжера (в кг/ч) может быть опреде­лена по формуле

П = 60„Gс/(Тр + Твсп)          (1*4)

где Gс — масса загруженного сырья, кг; тр — продолжительность обработки сырья, мин; тВсп — вспомогательное время, затрачиваемое на загрузку и раз­грузку чаши, мин.

Пятивалковая мельница. Это измельчающая машина, отно­сящаяся к оборудованию истирающе-раздавливающего дей­ствия. Применяется для измельчения ореховых, шоколадных и других кондитерских масс. Мельница (рис. 1.8, а) выполнена так, что четыре валка расположены один над другим и один смещен в сторону. Опоры валков установлены в двух боковых стойках, на которых смонтированы регулирующая и контроль­но-измерительная аппаратура.

У пятивалковой мельницы имеются электропривод, электри­ческий пульт управления, пульт регулировки зазоров между валками и пульт контроля температуры воды, выходящей из валков.

В мельнице автоматически поддерживается температурный режим вальцевания, автоматически включается и выключается подача воды в валки при пуске и остановке машины, осущест­вляется фотоэлектронный контроль наличия на валках массы (при отсутствии массы выключается главный электродвига­тель) .

Измельчаемая масса поступает в воронку 5, в которой рас­положен скребок 2. Масса равномерно распределяется по длине валка и попадает в зазор между валками / и II. Скорость валка II больше, чем валка /, поэтому измельчаемая масса при­липает к валку II и поступает в зазор между ним и щалком ///. Валки ///, IV, V вращаются с нарастающей скоростью, в ре­зультате чего продукт раздавливается и истирается. С верхнего палка V масса снимается ножом 7, который прижимается к палку вращением штурвала 6. Снятая масса отводится из машины по наклонному лотку 8, над которым устанавливается блок постоянных магнитов.

Во избежание перегрева массы во внутреннюю полость вал­ков по трубкам подается охлаждающая вода.

Измельчение частиц в валках происходит в результате их раздавливания и истирания, которое возникает вследствие раз­ности окружных скоростей валков.

Зазоры между валками последовательно уменьшаются. За­зор между первой парой валков — 13 и 19 — равен 0,2—0,5 мм, а на последних валках он достигает величины 0,01—0,02 мм. Для того чтобы производительность всех пар валков была оди­накова, окружные ско­рости валков должны по мере уменьшения зазоров увеличиваться. Так, на­пример, у последних трех валков—1, 2 и 5 — окружные скорости соот­ветственно равны 1,95; 5,85; 10,42 м/с.

При слишком боль­ших окружных скоростях валков центробежные си­лы могут оторвать части­цы массы от их поверх­ности. Для тертого какао допустимая окружная скорость валков принимается в пределах 10—11 м/с.

Для регулирования степени измельчения в машине имеются устройства для изменения зазора между валками. Штурвалом 19а изменяют зазор и между валками 19 и 13, штурвалом 10а — между валками 10 и 9, штурвалом 8а — между валками 8 и 9. Положение валка 1 изменяется штурвалом 1а, а валка 5>— штурвалами 5а.

На рис. 1.10 показана схема механизма для регулирования зазора между валками. Валок 1 вращается в неподвижно за­крепленных подшипниках, а цапфы 5 валка 2 вращаются в под­шипниках 4, которые могут перемещаться по направляющим 3. При помощи штифта 6 с корпусом подшипника связан винт 7, на котором вращается втулка с червячной шестерней 10. По­следняя сцеплена с червяком 8, на конце вала которого уста­новлен штурвал 9. При вращении штурвала получает вращение в ту или другую сторону шестерня 10. Винт 7, получая поступа­тельное движение, удаляет или приближает валок 2 к валку 1. Во избежание повреждения поверхности валков при попадании твердых посторонних предметов сечение штифта 6 подбирается с таким расчетом, чтобы он в этом случае срезался. Такой ме­ханизм применен для перемещения валков 1,5 и 8 (см. рис. 1.9).

У валков 10 и 19 штурвал установлен не на валу червяка, а на другом, связанном с валом червяка конической передачей.

Основным недостатком этих механизмов является трудность установки валков параллельно друг другу.

Валки изготовляются из специального чугуна отливкой его в металлические формы с быстрым охлаждением. При этом по­лучается поверхностный слой отбеленного чугуна толщиной 20— 25 мм и твердостью 370—450 Нв. Поверхность валков шлифу­ется. При работе валки постепенно изнашиваются, особенно в их средней части, поэтому их периодически перешлифовывают.

Для нормальной работы мельницы необходимо проводить не только статическую, но и динамическую балансировку валков. Если валки не сбалансированы, то их подшипники быстро изна­шиваются.

Производительность восьмивалковой мельницы невелика, она составляет 150—300 кг/ч. Расход воды на охлаждение вал­ков равен 1,2 м3/ч. Габаритные размеры мельницы (мм): 2470x1800x2530; масса 6000 кг.

Производительность валковой мельницы (в кг/ч) может быть определена приближенно по формуле

П = 3600 φLuδр,        (1.5)

где φ — коэффициент заполнения зазора по длине валка, зависящий от вяз­кости массы, содержания в ней масла, от рецептуры и других факторов (φ = 0,8 -0,9); Ь — рабочая длина валка, м; V — окружная скорость послед­него валка, м/с; б — толщина слоя массы на последнем валке, равная зазору между валками, м; р — средняя плотность продукта, кг/м3.

Дисковые мельницы. Применяются в тех случаях, когда на одной ступени измельчения необходимо обеспечить многократ­ное воздействие рабочих органов на продукт в целях макси­мального разрушения частиц и разрыва клеток.

Дисковые мельницы могут иметь вертикальную или гори­зонтальную ось вращения дисков. Диски могут вращаться оба в одном направлении с различными скоростями, или в разных направлениях, или один из них может быть неподвижен. На рис. 1.11 представлена мельница с двумя вращающимися отно­сительно вертикальной оси в одном направлении дисками. От электродвигателя 8 через клиноременную передачу 10 приво­дятся во вращение вертикальный вал /, жестко закрепленный на нем верхний диск 7 и шестерня 2. Через зубчатый блок 9 от шестерни 2 вращение передается зубчатому колесу 3 и связан­ному с ним нижнему диску 6. Нижний диск может перемещаться на вертикальном валу 1 путем вращения штурвала 5 и червяч­ной передачи 4.

Описанная мельница изготавливается с абразивными из­мельчающими рабочими органами. В дисковых мельницах они должны обладать следующими свойствами: твердостью — для повышения износоустойчивости-, вязкостью — во избежание вы­крашивания из диска мелких частиц и попадания их в продукт, шероховатостью — для повышения фрикционного воздействия на продукт, однородностью — для равномерного воздействия на измельчаемый продукт по всей рабочей поверхности и проч­ностью, обеспечивающей невозможность разрыва диска от влия­ния центробежных сил.

Металлические диски обычно изготавливают из износоустой­чивой марганцовистой стали. На рабочие поверхности дисков наносят бороздки треугольного профиля, назначение которых — усилить эффект измельчения, вентилировать диски и облегчить транспортирование измельченного продукта. Производитель­ность дисковых мельниц 650— 1250 кг/ч.

Шариковые мельницы. Эти мельницы высокоэффективны для тонкого измельчения жидких дис­персных пищевых продуктов.

В шариковой мельнице типа 292-В (рис 1.12) наиболее ярко выражен эффект измельчения ча­стиц раскалыванием. В цилиндре 1 (рис. 1.12, а), заполненном ме­таллическими шариками диамет­ром 2—3 мм, вращается верти­кальный вал 3, на котором закреплены фигурные лопасти 2. Для равномерного воздействия на весь объем продукта фигур­ные лопасти развернуты в гори­зонтальной плоскости на 120°. Вал 3 получает вращение от электродвигателя 6 через гидромуфту 5 и ременную передачу 4. Применение гидромуфты позволяет плавно сдвинуть с места и довести до номинальной частоту вращения вала 3.

Как видно из схемы, измельчение продукта происходит в вер­тикальном цилиндре (рис. 1.12,6). В дно цилиндра 3 врезан пробковый кран 1, над которым располагается металлическая сетка 2. Через кран в цилиндр насосом подается продукт. Он должен быть достаточно текучим, т. е. кроме твердых частиц в нем предполагается наличие жидкой фазы. Поступая в ци­линдр 3, продукт под напором перемещается вверх, протекая в зазорах между шариками, которые непрерывно перемешива­ются лопастями 7. Лопасти закрепляют на вертикальном валу 5 тремя вертикальными стержнями-шпонками 6. Для стабили­зации температурного режима измельчения цилиндр 3 снабжен водяной рубашкой 4. В верхней части мельница имеет сетку 9, которая крепится к внутренней стенке цилиндра 3 обечайками 8 и 10. Крышка 11 одновременно служит корпусом для под­шипников 12, в которых вращается вертикальный вал 5. Фик­сатором 13 цилиндр крепится к стационарной стойке 14,

Лопасти и цилиндр изготавливают из легированной, а ша­рики из легированной и термически обработанной износоустой­чивой стали. В процессе эксплуатации происходит износ шари­ков, и их количество следует периодически (один раз в неделю) дополнять. Шариками цилиндр должен быть заполнен до обе­чайки 8, закрепляющей сетку 9 снизу.

Производительность шариковых мельниц 200—1000 кг/ч.

Шариковая мельница обычно является составной частью размольного агрегата, так как применяется для предварительно измельченного продукта, в который входит жидкая фаза. Раз­мольный агрегат состоит из дисковой мельницы, сборника, на­соса и шариковой мельницы, Продукт поступает сначала в дис­ковую мельницу. В ней происходит разрыв клеток орехов или бобов и истечение из них жира. Измельченная масса стекает в сборник и насосом подается в шариковую мельницу на окон­чательное измельчение.

Молотковые дробилки для измельчения сахара-песка. Мо­лотковые дробилки применяются в кондитерской промышленно­сти для измельчения сахара-песка в сахарную пудру.

На небольших предприятиях для этой цели используются дробилки типа 8-М, имеющие следующие основные узлы (рис. 1.13): ротор 2 с радиально подвешенными на осях 4 мо­лотками 3\ корпус /; питающий механизм, состоящий из двухзаходного шнека 6, приводимого в движение червячной переда-

Рис. 1.13. Молотковая дробилка 8-М:

а — общий вид; б — схематический разрез; в — кинематическая схема

чей 19\ сито 11 с отверстиями диаметром 0,5 мм, установленное в нижней части корпуса. На внутренней части корпуса крепится рифленая отбойная доска 5. Загрузочная воронка 10 снабжена, предохранительной решеткой 9 и сеткой 8 с отверстиями разме­ром 3X3 мм для предотвращения попадания в мельницу круп­ных кусков сахара и посторонних предметов.

Ротор приводится в движение от электродвигателя 18 через клиноременную передачу 17, шнек 6 — через другую клиноре­менную передачу 20 и червячную передачу. Все механизмы смонтированы на станине 16.

Шнек 6 равномерно подает сахар из воронки в рабочую ка­меру дробилки. Вращающиеся молотки разбивают частицы са­хара и отбрасывают их на отбойную доску 5. При ударе о до­ску частицы снова дробятся и, отскакивая, вновь встречают мо­лотки. Измельченная пудра в воздушном потоке, возникшем

вследствие вращения ротора, проходит через отверстия сита 11 в подставляемый бак 14.

К корпусу дробилки присоединяется рукавный фильтр, снаб­женный уплотнительным кольцом 13. Вследствие потери скоро­сти пудра осаждается в бак, а отработанный воздух уходит в цех через фланелевый рукав 15, оставляя внутри него пыле­видные частицы пудры.

Регулирование подачи сахара из воронки осуществляется шибером 7. Смена бака производится без остановки дробилки, предварительно перекрывается шиберная заслонка 12. Роторы дробилок вращаются с большой частотой (5000—6000 об/мин), поэтому необходимо проводить их динамическую балансировку. Если ротор не будет уравновешен, то развивающаяся центро­бежная сила его инерции будет быстро разрушать подшипники.

В кондитерской промышленности используются аналогичные молотковые дробилки 8-ММ, БДМ, ММД-600 и др.

Техническая характеристика молотковых дробилок

Штифтовая бесситовая дробилка (рис. 1.14). Измельчаемый продукт через коническое отверстие 1 крышки 2 вместе с возду­хом попадает в пространство между дисками 5 и 7. В дисках по концентрическим окружностям расположены штифты 6, причем штифты одного диска входят в пространство между штифтами другого. Диск 5 крепится к неподвижной крышке 2. Диск 7 со­единен с планшайбой 8, которая получает вращение от вала 14. Частота вращения вала около 6000 об/мин, что достигается на­личием одноступенчатого мультипликатора из зубчатых пере­дач 13 и 15. Зубчатое колесо 15 приводится в движение от вала 16, имеющего частоту вращения 3000 об/мин. Попадая в про­странство между неподвижными и подвижными штифтами, про­дукт многократно измельчается и выводится из дробилки через отверстие 20.

При измельчении выделяется большое количество тепла, что может привести к ухудшению качества продукта или к его воз­горанию. Для предотвращения этого крышка 2 и корпус 11 дро­билки имеют полости 3 и 10, в которые через отверстия 19 и 21 подается холодная вода. Отвод воды осуществляется через отверстия 4 и 9.

Машинное масло, необходимое для смазки мультипликатора и подшипников, заливается в патрубок 12. Для слива масла слу­жит пробка 18, над которой расположено смотровое окно 17.

Рабочие органы дробилки — штифты изготавливаются из ле­гированной, термически обработанной, вязкой износоустойчивой стали. После термообработки они подвергаются шлифованию.

Рис. 1.14. Штифтовая бесситовая дробилка

В отверстия диска штифты должны входить плотно, при легком постукивании молотком. Отверстия обрабатываются по второму классу точности.

Штифтовые дробилки применяются отдельно (типа «Рекорд» и др.) или входят в состав измельчающего агрегата, который комплектуется воздуходувным устройством, циклонами (отдели­телями паров, частиц, капель жидкости), конденсаторами, воз­духоохладителями и т. п.

При работе дробилки образуется высокий потенциал стати­ческого электричества, поэтому заземление дробилки проверя­
ется в 2 раза чаще, чем другого оборудования, снабженного электроприводом.

При эксплуатации штифтовых дробилок следует ежедневно проверять исправность магнитной защиты от металлических примесей. В случае попадания болта или гайки в межштифтовое пространство может произойти разрыв корпуса дробилки. При замене деталей ротора его нужно обязательно отбаланси­ровать статически и динамически. Даже незначительное сме­щение центра тяжести ротора от оси вращения вызывает не­уравновешенную центробеж­ную силу.

Комбинированная мельница МДН-400. Эта измельчающая машина (рис. 1.15) относится к оборудованию ударного и истирающе – разда вливаю­щего действия. Она снабжена штифтовым (пальцевым) из­мельчителем и тремя вал­ками, смонтированными на общей станине. В штифтовом измельчителе  происходит предварительное, грубое из­мельчение обжаренных оре­хов или крупки, а валки обес­печивают окончательное, тон­кое измельчение.

Обжаренные орехи посту­пают в воронку 5 шнекового дозатора 4, обеспечивающего равномерную подачу орехов. Пройдя магнит 3, орехи попадают в зазор между вращающимися в противоположных направле­ниях дисками 2 и 6. По концентрическим окружностям на дис­ках расположены штифты (пальцы) 7, зазор между пальцами дисков равен 0,3—0,5 мм. В результате соударения с пальцами орехи измельчаются и попадают через патрубок 8 в зазор между валками 1 и 12. Валок 12 вращается быстрее, чем ва­лок 1, поэтому измельчаемая масса, пройдя зазор между ними, переходит на валок 12.

Над валком 12 расположен валок 9, который в свою очередь вращается быстрее валка 12. Благодаря тому, что зазор между валками равен 50—100 мкм, при разной частоте вращения до­стигаются эффект раздавливания частиц и их истирание. Тонко измельченная масса снимается с валка 9 ножом 10, по кото­рому она стекает в обогреваемый лопастный смеситель 11. Ре­гулировка зазоров между валками осуществляется с помощью индивидуальной гидравлической системы. Производительность комбинированной мельницы МДН-400 250 кг/ч.