Измельчительное оборудование для предприятий общественного питания

      Процессы измельчения условно подразделяют на дробление (крупное, среднее и мелкое) и измельчение (тонкое и сверхтонкое). Измельчение материалов осуществляют путем раздавливания (рис. а), раскалывания (рис. б), истирания (рис. в) и удара (рис. г).

Рис. Способы  измельчения продуктов: а — раздавливанием; б — раскалыванием; в — истиранием; г — ударом

В большинстве  случаев эти виды воздействия  на материал используют комбинированно; при этом обычно основное значение имеет один из них, что обусловлено конструкцией машины, применяемой для измельчения.

В зависимости  от физико-механических свойств и  размеров измельчаемого материала  выбирают тот или иной вид воздействия. Так, дробление твердых и хрупких материалов производят раздавливанием, раскалыванием и ударом, твердых и вязких — раздавливанием и истиранием.

         Результат измельчения характеризуется  степенью измельчения, равной  отношению среднего характерного  размера D куска материала до измельчения к среднему характерному размеру d куска после измельчения

Измельчение осуществляется под действием внешних  сил, преодолевающих силы взаимного  сцепления частиц материала. При  дроблении куски твердого материала  сначала подвергаются объемной деформации, а затем разрушаются по ослабленным дефектами (макро- и микротрещинами) сечениям с образованием новых поверхностей. Куски продукта дробления ослаблены трещинами значительно меньше исходных. Поэтому с увеличением степени измельчения возрастает расход энергии на измельчение.

         Измельчение можно производить  раздавливанием, разрыванием, растяжением  и резкой. Нарезанные куски имеют  правильную, заранее выбранную форму  с ровными краями и обычно  в дальнейшем подвергаются только  тепловой обработке. При дроблении частицы продукта имеют неправильную форму и в большинстве случаев подвергаются дальнейшему тонкому измельчению.

         Резание — процесс механического  расчленения продукта с помощью  вклинивающегося в него рабочего  органа. Резание пищевых продуктов осуществляют для того, чтобы отделить от массива продукта определенную его часть, для разделения продукта на частицы заданных формы и размеров и для измельчения продукта без предъявления требований к форме частиц.

Резание как  один из способов измельчения производят лезвием ножа, ножевыми рамками, гребенками или пильным зубчатым полотном, которое при этом вклинивается в измельчаемую продукцию, вызывая в поверхности контакта напряжения, достаточные для преодоления всех сопротивлений, возникающих в ней в момент разрушения. К резательным машинам предъявляются следующие требования: конструкция ножей должна быть универсальной, т.е. она должна позволять регулировать толщину отделяемых кусков без замены ножей; лезвие ножей должно изнашиваться равномерно по всей его длине; ножи должны отделять куски продукции путем резания, а не отрыва их; куски продукта должны иметь заданную форму и размеры.

        Для резки продукта нож должен  совершать одновременно два силовых  движения — перпендикулярно лезвию  и параллельно ему. При этом микроскопические зубцы перерезают волокна и клетки измельчаемого продукта (рис.). Резание может быть рубящим или скользящим .

Рис. Схема  поступательного и параллельного движения ножа

Для осуществления  процесса резания ножами продукции  сообщается вращательное, поступательное, планетарное, возвратно-поступательное или сложное движение.

        Резание происходит в поле  гравитационных, центробежных, втягивающих или толкающих сил, создаваемых режущими или специальными рабочими органами машины. Эти силы используются для обеспечения подачи продукции в зону измельчения и отвода ее из машины.

        Форма, заточка и движение ножей,  применяемых для резания пищевой продукции, зависят от рода, физико-механических и структурных свойств измельчаемой продукции, качества среза и формы продукта, получаемого в результате резания.

        Для извлечения сахара из свеклы  путем диффузии требуется измельчить  свеклу в стружку. Процесс получения стружки из свекловичного корня осуществляется в свеклорезальных машинах при помощи диффузионных ножей, которые установлены в специальных рамах.

        Производительность диффузионной  установки и содержание сахара  в обессахаренной свекловичной стружке в большой степени обусловлены ее качеством. Поверхность стружки должна быть возможно большей, так как с ее увеличением ускоряется процесс диффузии. Однако при этом стружка должна быть упругой, иметь определенную механическую прочность. Хорошим показателем качества стружки может являться проницаемость ее слоя при определенных температуре и давлении на слой.

       Более предпочтительна желобчатая  стружка, так как при этой  форме повышается ее упругость.  Кроме того, желобчатая стружка  при той же толщине имеет большую поверхность.

Для получения  качественной свекловичной стружки  на центробежных или дисковых свеклорезках необходимо, чтобы свекла в процессе резания с достаточным усилием  прижималась к поверхности ножей  и внутренней поверхности барабана или диска свеклорезки. Для центробежных свеклорезок с диаметром барабана 1200 мм и скорости резания 8,2 м/с давление на внутреннюю поверхность ножевого корпуса составляет около 40 кПа, а для дисковых свеклорезок при высоте слоя свеклы в бункере 3 м — 30 кПа, а в барабанной свеклорезке давление от действия центробежной силы достигает 80 кПа.

       Другим распространенным видом  измельчающего оборудования являются  вальцовые станки, в которых измельчение  пищевого сырья достигается в  основном за счет раздавливания и истирания.

Вальцовый станок в значительной мере определяет производительность, эффективность и стабильность работы последующего технологического оборудования.

      Измельчение зерна и промежуточных  продуктов в вальцовых станках  осуществляется в клиновидном пространстве, образованном цилиндрическими поверхностями двух параллельных вальцов, вращающихся навстречу друг другу с различными скоростями. Разрушение зерен происходит в результате сочетания деформаций сжатия и сдвига. Причем преобладание того или иного типа деформации зависит от отношения скоростей вальцов и взаимного расположения несимметричных рифлей на поверхности вальцов.

      Эффективность работы вальцовых  станков определяется степенью  измельчения зерна или его  частиц, производительностью каждой пары вальцов и удельным расходом электроэнергии.

      Зазор между вальцами устанавливают  в зависимости от физико-механических  свойств измельчаемого продукта  и места в технологической  схеме (процессы драный, шлифовочный  и размольный). Он колеблется в сравнительно широких пределах — от 0,05 до 1 мм. Так, например, на I драной системе номинальный зазор между приваленными невращающимися вальцами должен быть 0,8... 1,0 мм; на II драной — 0,6...0,8; на III драной крупной — 0,4...0,6; на III драной мелкой — 0,2...0,4; на IV драной — 0,2...0,3; на размольных системах с рифлеными вальцами — 0,1...0,2 мм, а на остальных размольных системах — 0,05 мм.

Например, удельная нагрузка на I драную систему составляет 32...35 кг/(см-ч), а на 1-ю размольную — 7...8 кг/(см-ч).

      Гомогенизацией называется процесс  измельчения жидких и пюреобразных  пищевых продуктов за счет  пропускания под большим давлением  с высокой скоростью через  узкие кольцевые щели. В результате  воздействия на продукт различных  гидродинамических факторов происходит дробление твердых частиц продуктов и их интенсивная механическая обработка. После гомогенизации количество диспергированных частиц увеличивается примерно в 200.. .500 раз, а их суммарная поверхность — в 6.. .8 раз. Гомогенизация не только изменяет дисперсность белковых компонентов продукта, но и влияет на физико-химические свойства продукта (плотность, вязкость, однородность состава и др.) 

Резательные Машины 

      Резательные машины предназначены  для измельчения растительного  сырья на частицы правильной формы (столбики, кружки, кубики) и определенных размеров для соблюдения одинаковых режимов при дальнейшей обработке и дозировке. Качество резки зависит от конструктивных особенностей машины, режима ее эксплуатации, от вида и состояния сырья. Резка сырья осуществляется стальными ножами различной формы (пластинчатыми, дисковыми, треугольными, трубчатыми, серповидными, винтовыми), которые совершают вращательное или колебательное движение.

      В зависимости от конструкции  режущих устройств резательные машины классифицируются на следующие группы:

— центробежные (с неподвижными режущими устройствами), в которых ножевые рамы закреплены в пазах вертикального корпуса, а продукт прижимается к ножам за счет центробежной силы и заклинивающего действия лопастей вращающегося ротора;

— дисковые (с подвижными режущими устройствами), в которых ножи крепятся к вращающемуся диску, а продукт прижимается к ножам специальными прижимами и под действием собственной массы;

— барабанные (с подвижными режущими устройствами), в которых ножевые рамы крепятся в пазах стенки горизонтального вращающегося барабана, а продукт прижимается к ножам специальными устройствами;

— комбинированные, в которых имеются две и более групп ножей, причем одна группа ножей совершает вращательное движение, а другая, как правило, неподвижная и находится в перпендикулярной плоскости.

      Действие свеклорезок основано  на взаимоотносительном движении  свеклы и ножей, которое может  осуществляться различно. В некоторых  конструкциях свеклорезок, например в резках с горизонтальным диском, движутся ножи, закрепленные во вращающемся диске, свекла же неподвижна; такие свеклорезки называются дисковыми.

      В других конструкциях ножи  закреплены неподвижно на стенках  вертикального цилиндра, свекла движется по внутренней поверхности цилиндра, прижимаясь к ножам действием центробежной силы. Такие резки называются центробежными. В последнее время получили распространение барабанные резки, в которых ножи закреплены на стенках вращающегося горизонтального барабана, а свекла находится внутри барабана и удерживается от вращения особым приспособлением.

В настоящее  время наиболее распространенными  в сахарной промышленности являются центробежные свеклорезки.

      Классификацию машин для резания  свеклы (рис.) можно дать, исходя из взаимного относительного движения свеклы и режущих устройств, а также из конфигурации узла, в котором установлены режущие устройства.

Рис. Классификация свеклорезок

      В центробежных свеклорезках  рамы с ножами закреплены в  пазах вертикально установленного  корпуса. Свекла, поступающая в  свеклорезку, перемещается относительно  ножей с помощью ротора и  прижимается к ножам при помощи  центробежной силы и заклинивающего действия лопастей улитки.

      В дисковых свеклорезках ножи  с рамами устанавливаются в  пазах горизонтально вращающегося  диска, свекла же находится  в неподвижном состоянии и  прижимается к ножам под действием  собственной массы и при помощи  специальных прижимов. В барабанных свеклорезках ножи с рамами закреплены в пазах стенки горизонтально вращающегося барабана, свекла находится внутри барабана, удерживается от вращения вместе с барабаном и прижимается к ножам специальными устройствами.

Ножи в свеклорезке можно менять на ходу, производительность свеклорезок регулируется изменением частоты вращения ротора или количеством работающих ножей.

      Дисковые свеклорезки потребляют  меньше энергии, чем центробежные  и барабанные, на них получают  хорошую свекловичную стружку, но расход ножей на резание 100 т свеклы больше по сравнению с другими типами свеклорезок. Для замены ножей свеклорезку необходимо останавливать.

      Барабанные свеклорезки просты  по устройству, но в процессе  эксплуатации потребляют большое количество ножей и энергии, стружка получается низкого качества, смена ножей осуществляется только при остановке машины.

Волчки предназначены  для среднего и мелкого измельчения  сырья.

      Основные части волчка — механизмы  подачи, измельчения и привод. Механизм подачи имеет загрузочный бункер, в котором либо смонтирован питатель (принудительная подача), либо его нет (сырье загружается самотеком). По конструкции питатели бывают одно- и двухшнековыми, спиральными, лопастными, пальцевыми, их расположение относительно механизма подачи может быть верхним параллельным или боковым параллельным, перпендикулярным, угловым и соосным (рис.).

Рис. Схема  волчков с принудительной (а) и без принудительной (б) подачи сырья

      Механизм измельчения волчка  бывает коническим, цилиндрическим  и плоским. Последний получил  наибольшее распространение. Это  вызвано не только удобством  и быстротой обслуживания, но  и возможностью выполнения на нем ступенчатого измельчения, а также простотой изготовления и надежностью работы. Он представляет собой последовательное чередование неподвижных решеток и вращающихся ножей.

      Наиболее распространенным является  механизм измельчения, состоящий  из приемной, промежуточной и выходной решеток, двусторонних и односторонних многозубых ножей. Особенность конструкции инструмента типа решеток — это форма и размеры отверстий, представляющих собой кольцевые режущие кромки. Диаметр отверстий определяет скорость истечения сырья и степень его измельчения. Форма отверстий бывает круглой, квадратной, овальной, фасолевидной, со скосами и без них и т.д. Ножи для волчков применяют в основном трех- и четырехзубые, сплошные и составные, с одно- и двусторонней заточкой, с прямолинейными и криволинейными режущими кромками. Для жиловки мяса при измельчении используют жиловочные ножи перед выходной решеткой волчка. Они имеют разнесенные по зубьям специальные канавки, по которым при измельчении удаляются из зоны резания пленки и сухожилия. Известны также и другие конструкции жиловочных ножей.

     Привод волчка электромеханический.  По конструкции он может быть  общим и раздельным для подающего  и режущего механизмов, одно- и  многоскоростным. Применение раздельного  привода связано с заданием различных режимов работы подающего и режущего механизмов в зависимости от свойств измельчаемого сырья.

За основную техническую характеристику волчка принимают диаметр решетки. Наибольшее применение для измельчения мягкого  мясного сырья нашли волчки с диаметрами решетки 112, 114, 120, 160 и 200 мм.

     В настоящее время получили  распространение волчки, которые  наряду с измельчением выполняют  и другие технологические операции  — смешивание, жиловку, посол,  наполнение фаршем оболочек при  производстве колбасных изделий. Для их выполнения в приемном бункере волчка монтируют детали, которые одновременно перемешивают и нагнетают сырье в механизм измельчения; на горловине волчка устанавливают дополнительные насадки для наполнения колбасных оболочек.

      Куттеры предназначены для тонкого измельчения мясного мягкого сырья и превращения его в однородную гомогенную массу. До поступления в куттер сырье предварительно измельчают на волчке, но отдельные конструкции куттеров имеют приспособления для измельчения кускового сырья. Куттеры бывают периодического и непрерывного действия.

      Коллоидные мельницы и измельчители  применяют для обработки мягкого  мясного сырья. Режущий механизм  этого оборудования представляет  собой одиночные серповидные  ножи; ножи, имеющие парную режущую деталь в виде решеток, пальцев, ножен, отражателей, дисков и пр.; комбинированный режущий механизм. Ножи бывают гладкими или зубчатыми. Их устанавливают непосредственно на валу, диске, барабане, крестовине, червяке. Решетки бывают плоскими, цилиндрическими, коническими, неподвижными, подвижными, вращающимися, качающимися; пальцы и отражатели — с острозаточенными гранями. Режущий механизм коллоидной мельницы представляет собой также парную режущую деталь: вращающийся ротор и неподвижный статор. Ротор и статор бывают гладкими и зубчатыми.

Измельченный  продукт вытесняется деталями режущего механизма или перемещается вращающимися дисками, лопастями, шнеками.

      Гомогенизаторы подразделяются  на клапанные, дисковые или  центробежные и ультразвуковые. Основным фактором, определяющим конструкцию гомогенизаторов, является количество плунжеров. По этому признаку выпускаемые гомогенизаторы можно разделить на одно-, трех- и пятиплунжерные.

Схемы конструкций  гомогенизирующих головок, используемых в различных типах гомогенизаторов, приведены на рис.

Рис. Схемы  конструкций гомогенизирующих головок: а — с обыкновенным клапаном; б — с клапаном с отражательными стенками; в — с клапаном с наклонными и концентричными нарезами в горизонтальной плоскости; г — с клапаном с наклонными и концентричными нарезами в наклонной плоскости; д — со сферическим клапаном; е — с резьбовым клапаном с продольной прорезью

      Основными рабочими органами гомогенизирующей головки являются седло и клапан, от конструкции которых в известной мере зависит степень дисперсности частиц при гомогенизации. Разнообразие конструкций гомогенизирующих устройств обусловлено стремлением повысить гомогенизирующий эффект за счет повышения турбулентности потока гомогенизируемой жидкости, усиления явлений кавитации, повышения скорости движения жидкости на входе в клапанную щель. Клапанная щель может быть гладкой и волнообразной с постоянным или переменным сечением.

Для преодоления сопротивления при прохождении через узкую щель продукт подается под высоким давлением (15...30 МПа).

      Сила Р, прилагаемая при подаче продукта, поднимает клапан, и между ним и седлом образуется узкий канал высотой h, через который протекает жидкость. Клапан остается над седлом в плавающем состоянии, и вследствие изменения гидродинамических условий (давления, вибрации) высота канала постоянно меняется.

Сила, с которой  клапан прижимается к седлу, создается  часто пружиной, в некоторых конструкциях - маслом под давлением и может  регулироваться. Ее величина определяется давлением, с которым осуществляется подача продукта. Тонкость измельчения (гомогенизация) зависит от давления, конструкции гомогенизирующего органа, равномерности подачи, состояния и предварительной обработки продукта. 
 
 
 
 
 
 
 

Машина  А9-КРВ «Ритм» (рис.) предназначена для измельчения различных видов корнеплодов на кубики, столбики и кружки.

Рис. 9.23. Машина А9-КРВ «Ритм»

Машина имеет  сварную станину 1, на которой смонтированы фланцевый электродвигатель 9 с редуктором 12, питатель 4, угловая приставка 7. Внутри питателя 4 вращается барабан 5, состоящий из двух дисков с тремя лопастями 6 между ними. Барабан 5 соединен с тихоходным валом редуктора 12. С торца к питателю крепится загрузочный бункер 10, а в его нижней части установлены неподвижный плоский нож 3, сменная гребенка 2 ножей продольного среза и разгрузочный лоток 11.

На выходной части первой ступени редуктора 12 находится угловая приставка 7, на вертикальный вал 1 которой насажен  горизонтальный диск 8 с закрепленными на нем ножами поперечного среза. Приставка 7 устанавливается только при резке сырья на кубики.

Сырье из загрузочного бункера 10 попадает во вращающийся  барабан 5, центробежной силой отбрасывается  к стенке питателя 4 и лопастями 6 смещается вниз, к гребенчатым ножам 2. Гребенчатые ножи надрезают продукт в продольном направлении на глубину, равную высоте ножа. На ту же глубину, но в поперечном направлении продукт надрезается ножами, находящимися на вращающемся диске 8. Затем надрезанный слой продукта срезается неподвижным плоским ножом 3, и срезанные кубики падают в разгрузочный лоток 11.

При резке  продукта на столбики необходимо снять  угловую приставку 7, а при резке  продукта на кружки снимают еще и  сменную гребенку 2 с ножами продольного  среза. Для изменения размеров измельчаемого сырья в машине предусмотрены сменные рабочие органы.

Шинковальная  машина МШ-10000 (рис.) предназначена в основном для шинкования капусты, но может использоваться и для резки корнеплодов.

Рис. Шинковальная машина МШ-10000

Машина МШ-10000 состоит из смонтированной на колесах  сварной рамы 8, в верхней части  которой установлен корпус шинковки 4 с двумя улиткообразными, открытыми  снизу раструбами и с насаженным на вертикальный вал горизонтальным ножевым диском 5. В нижней части рамы 8 находится площадка, на которой закреплен электродвигатель 9, приводящий через ременные передачи 13 и 15 в движение ножевой диск 5 и ленточный транспортер 7. Натяжной барабан 10 транспортера 7 и натяжное устройство 11 размещены на двух направляющих кронштейнах 12. Ножевой диск 5, насаженный на вертикальный вал 2, связан конической зубчатой передачей с горизонтальным валом 3. Снизу под шинковкой укреплен приемный бункер 6 с лотком, предназначенный для подачи нарезанного сырья на ленточный транспортер 7. Для ручного пуска машины служит червячная передача, смонтированная в коробке, укрепленной на раме. Она имеет рычаг 14 с рукояткой.

Сырье подается в машину через съемный загрузочный бункер 1 в приемные раструбы корпуса шинковки, с помощью вращающегося ножевого диска 5 затягивается внутрь раструбов и заклинивается между диском и внутренней стенкой раструба. При дальнейшем вращении диска 5 ножи последовательно срезают слой продукта, который проходит под диск через прорези, сделанные перед каждым из одиннадцати ножей, и попадают на ленту транспортера. 

      Техническая характеристика резательной машины представлена в табл. 

      Таблица. Техническая характеристика резательных машин 

Вальцовые станки 

      При производстве муки процесс  измельчения зерна и промежуточных  продуктов является одним из  главных, так как в значительной  мере влияет на выход и качество  готовой продукции. Измельчение  зерна — одна из наиболее  энергоемких операций. Технологические приемы и машины, применяемые для измельчения, в значительной степени определяют технико-экономические показатели мукомольного завода.

      При выборе оборудования и  общей характеристики процесса  измельчения на вальцовых станках  вводится нормативный показатель средней удельной нагрузки, который определяют отношением суточной производительности размольного отделения мукомольного завода к общей длине мелющей линии. Для вальцовых станков А1-БЗН эта нагрузка составляет 70...75 кг/(см·сут).

      Расход электроэнергии не может быть определен аналитически, но установлены определенные практические нормативы удельного расхода электроэнергии на 1 т готовой продукции в целом по заводу.

      На основные показатели эффективности вальцового станка влияют отношение окружных скоростей вальцов (дифференциал), состояние поверхности, точность зазора по длине вальцов. Увеличение окружных скоростей вальцов при постоянном дифференциале значительно повышает производительность, несколько увеличивает расход энергии и практически не влияет на гранулометрический состав измельченного продукта. Окружная скорость быстровращающихся рифленых вальцов составляет 5,5...6 м/с, а микрошероховатых — 5,2...5,4 м/с.

      Существенное влияние на производительность и характер измельчения оказывает дифференциал. При увеличении дифференциала преобладает разрушение частиц за счет деформации сдвига, при уменьшении—возрастает роль деформации сжатия.

Большое влияние  на качество и производительность вальцового станка оказывает не только величина зазора, но постоянство его размера по всей длине вальцов. Правильную цилиндрическую форму вальцов обеспечивают при шлифовке на специальных шлифовально-рифельных станках. На постоянство величины зазора может оказывать также влияние состояние подшипников, пружин-амортизаторов и шарнирных соединений.

      На качество измельчения отрицательно влияет радиальное биение вальцов, которое может быть следствием неправильной геометрической формы отклонений при запрессовке полуосей, дефектов литья, вызывающих дебаланс. Чем меньше радиальное биение вальцов, тем стабильнее рабочий зазор, выше качество размола, больше износостойкость вальцов. Поэтому технология обработки вальцов обязательно включает их динамическую балансировку на специальном станке.

Важным условием выполнения всех последовательных технологических этапов измельчения зерна является обеспечение заданных параметров рифленой микрошероховатой поверхности вальцов, которые для каждой технологической системы рекомендованы Правилами и учтены в форме исполнения вальцовых станков. Рифли нарезают на шлифовально-рифельном станке, а микрошероховатую поверхность наносят струей сжатого воздуха и абразивного материала на станке со специальным пескоструйным устройством.