Экструдер с вакуумной камерой

Полезная модель относится к пищевому машиностроению, в частности к устройствам для экструдирования крахмалосодержащего сырья.
Известен экструдер с вакуумной камерой, состоящий из загрузочной камеры (загрузочного бункера), корпуса, шнека, фильеры, вакуумной камеры, шлюзового затвора и вакуум-насоса [1].
Вакуумная камера этого экструдера расположена соосно шнеку и фильере матрицы. Боковые стенки камеры выполнены под углом, меньшим угла трения экструдата о материал стенки камеры. Камера включает в себя режущее устройство и систему отвода и конденсации влаги, состоящую из вакуум-баллона и вакуум-регулятора. Для удаления конденсата из системы вакуум-баллон оснащен шарнирно закрепленной крышкой с уплотняющим элементом. Объем вакуум-баллона примерно равен объему вакуумной камеры. Вакуум-регулятор расположен между вакуум-баллоном и вакуумным насосом.
Использование изобретения позволяет упростить систему отвода и конденсации влаги из получаемого экструдата при уменьшении энергозатрат на осуществление этого процесса.
К недостаткам этого экструдера можно отнести недостаточно эффективное обезвоживание экструдата, получаемого из сырья с повышенной влажностью (35-40%). В процессе однократной обработки сырья в такой машине, содержание воды в готовом продукте обычно составляет около 50% от этого показателя в обрабатываемом сырье. Между тем, приемлемое качество получаемого экструдата без обеспечения специальных условий при его хранении в части температурного и воздушного режимов обеспечивается при влажности продукта не больше 8-10%.
Известен экструдер с вакуумной камерой, принятый за прототип и включающий загрузочный бункер, корпус, шнек, фильеру матрицы, режущее устройство и две вакуумные камеры, оснащенные индивидуальными системами отвода и конденсации влаги [2].
При этом в первой вакуумной камере экструдат подвергается предварительному обезвоживанию, а во второй - окончательному.
Система отвода и конденсации влаги камеры предварительного обезвоживания состоит из вакуумного насоса, вакуум-баллона, вакуум-регулятора и вакуум-метра. Сама камера выполнена соосно шнеку и фильере матрицы экструдера и в своей нижней части содержит воздушный кран. Кран служит для подсоса воздуха в вакуумную камеру, что в свою очередь интенсифицирует процесс отвода влажного пара от поверхности экструдата. Воздушный кран находится в противоположной стороне от места размещения патрубка, соединяющего вакуумную камеру с системой отвода и конденсации влаги.
Камера окончательного обезвоживания расположена последовательно первой и находится между двумя шлюзовыми затворами. С помощью патрубка она соединена со своей системой отвода и конденсации влаги.
Системы отвода и конденсации влаги каждой из камер идентичны по устройству и отличаются друг от друга величиной рабочего давления (вакуума).
Рабочий процесс экструдера-прототипа осуществляется следующим образом. Обрабатываемое сырье поступает в загрузочный бункер экструдера. Захваченное шнеком, оно последовательно перемещается через зоны прессования и дозирования машины, при этом нагревается до температуры 120-130°С, а затем выводится через фильеру матрицы в вакуумную камеру предварительного обезвоживания. При выходе из фильеры матрицы экструдат с помощью режущего устройства разрезается на частицы с заданной длиной.
Попадая из области высокого давления (во внутреннем тракте экструдера) в зону низкого давления (в вакуумную камеру), сырье подвергается декомпрессионному взрыву, который представляет собой процесс мгновенного перехода воды, находящейся в сырье, в пар. Образующийся в камере предварительного обезвоживания горячий пар с помощью вакуумного насоса перемещается в вакуум-баллон, где конденсируется и в виде жидкости стекает в нижнюю часть вакуум-баллона. Одновременно в камеру предварительного обезвоживания с помощью воздушного крана подается воздух, что в свою очередь интенсифицирует процесс отвода влажного пара от поверхности экструдата и дальнейшего его перемещения в вакуум-баллон.
Обработанный в камере предварительного обезвоживания экструдат, с помощью шлюзового затвора перемещается в камеру окончательного обезвоживания, где с помощью вакуумного насоса поддерживается более низкое рабочее давление, чем в первой камере. Этого давления (вакуума) достаточно для того, чтобы экструдат с температурой примерно 90-100°С снова подвергся декомпрессионному взрыву, и часть оставшейся жидкости в продукте вскипела и выделилась из него в виде пара. Образующейся пар удаляется за пределы камеры окончательного обезвоживания в соответствующий вакуум-баллон.
Содержание влаги в экструдированном продукте регулируется за счет давления в обеих вакуумных камерах (с помощью соответствующих вакуум-регуляторов), а также величиной подсоса воздуха посредством воздушного крана камеры предварительного обезвоживания.
К недостаткам прототипа можно отнести сложность его устройства, связанную с наличием дублирующих элементов, а также низкую эффективность обезвоживания готового продукта во второй вакуумной камере экструдера (камере окончательного обезвоживания).
Конструкцию предлагаемого экструдера можно существенно упростить, исключив ряд элементов, дублирующих друг друга - вакуумный насос, вакуум-баллон, вакуум- регулятор и вакуум-метр.
Недостаточно эффективное обезвоживание экструдата во второй вакуумной камере экструдера объясняется относительно низкой скоростью воздушного потока у поверхности экструдата, находящегося в этой камере.
Это, в свою очередь, ограничивает интенсивность переноса удаляемой из экструдата жидкости в виде влажного пара.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является упрощение ее конструкции с одновременным повышением эффективности удаления влаги из готового продукта в камере окончательного обезвоживания.
Заявленный результат достигается за счет исключения из конструктивно-технологической схемы экструдера по одному вакуумному насосу, вакуум-баллону, вакуум-регулятору и вакуум-метру, а также путем впуска воздуха посредством воздушного крана в камеру окончательного обезвоживания продукта.
На фиг. 1 изображен общий вид экструдера с вакуумной камерой. Экструдер состоит из загрузочной камеры 1, корпуса 2, шнека 3, фильеры матрицы 4, режущего устройства (на чертеже позицией не обозначено), вакуумной камеры предварительного обезвоживания 5, вакуумной камеры окончательного обезвоживания 13, двух шлюзовых затворов 12 и 15, вакуум-насоса 7, вакуум-метра 8, вакуум-регулятора 9 и вакуум-баллона 10.
Вакуумная камера предварительного обезвоживания 5 расположена соосно корпусу экструдера 2 и соединена с вукуум-баллоном 10 трубопроводом 6. Для впуска воздуха в камере предусмотрен воздушный кран 16.
Вакуумная камера окончательного обезвоживания 13 расположена последовательно камере 5 и ограничена с обеих сторон шлюзовыми затворами 12 и 15. С вакуум-баллоном 10 камера 13 соединена трубопроводом 11. Для впуска воздуха в камеру служит воздушный кран 14.
Шлюзовой затвор 15 обеспечивает выгрузку предварительно обезвоженного продукта без разгерметизации вакуумной камеры 5. Он представляет собой корпус цилиндрической формы и вращающуюся в нем многолопастную (4-12 шт.) крыльчатку (ротор) на шариковых подшипниках.
Шлюзовой затвор 12 служит для выгрузки окончательно обезвоженного продукта за пределы экструдера без разгерметизации вакуумной камеры 13.
Для создания в вакуум-баллоне и соответственно в вакуумных камерах 5 и 13 пониженного давления (давления ниже атмосферного) в экструдере предусмотрен вакуумный насос 7.
Вакуум-регулятор 9 необходим для регулирования и поддержания заданного давления в вакуум-баллоне 10. Для контроля давления в вакуум-баллоне экструдера служит вакуум-метр 8.
Рабочий процесс заявляемого экструдера с вакуумной камерой осуществляется следующим образом. Обрабатываемое сырье поступает в загрузочную камеру 1 экструдера и, захваченное шнеком 3 последовательно проходит зоны прессования и дозирования машины, нагреваясь до температуры 120-130°С, а затем выводится через фильеру матрицы 4 в вакуумную камеру предварительного обезвоживания 5. При выходе из фильеры матрицы экструдат с помощью режущего устройства разрезается на частицы с заданной длиной.
Попадая из области высокого давления (во внутреннем тракте экструдера) в зону пониженного давления (в вакуумную камеру предварительного обезвоживания) сырье подвергается декомпрессионному взрыву, который представляет собой процесс мгновенного перехода воды, находящейся в сырье, в пар. В процессе испарения жидкости с поверхности экструдата его температура снижается примерно на 30°С.
Образующийся горячий пар температурой 120-130°С с помощью вакуумного насоса перемещается в вакуум-баллон, где часть его конденсируется и в виде жидкости стекает в его нижнюю часть. Оставшаяся часть пара удаляется вакуумным насосом в атмосферу (ротационный насос) или поглощается рабочей жидкостью (водокольцевой насос).
С целью интенсификации отвода влажного пара от поверхности экструдата в камеру предварительного обезвоживания с помощью воздушного крана 16 подается воздух. При этом следует иметь ввиду, что впуск воздуха в камеру предварительного обезвоживания повышает давление в ней и способствует снижению интенсивности вскипания воды в экструдате. Тем самым регулируется интенсивность отбора жидкости в экструдате в процессе обработки его в камере предварительного обезвоживания экструдера.
С помощью шлюзового затвора 15 предварительно обезвоженный экструдат перемещается в камеру окончательного обезвоживания экструдера. В этой камере поддерживается более низкое рабочее давление, чем в камере предварительного обезвоживания. Обеспечивается это тем, что с помощью воздушного крана 14 сюда подается значительно меньший объем воздуха, чем в камеру предварительного обезвоживания. Этого давления (вакуума) достаточно для того, чтобы экструдат с температурой примерно 90-100°С снова подвергся декомпрессионному взрыву, и часть оставшейся жидкости в продукте вскипела и выделилась из него в виде пара. Образующейся пар удаляется за пределы камеры окончательного обезвоживания 13 в вакуум-баллон 10.
Эффективное удаление влаги из готового продукта в камере окончательного обезвоживания обеспечивается достаточно высоким уровнем вакуума. При этом величина вакуума во второй камере должна быть выше, чем в первой на 20-25 кПа. С целью обеспечения этих требований диаметр сечения вакуум-провода 11, соединяющего вакуум-баллон 9 с камерой 13, должен быть больше, чем диаметр сечения вакуум-провода 6, соединяющего вакуум-баллон 9 с камерой 5.
Содержание влаги в экструдированном продукте регулируют за счет интенсивности подачи воздуха воздушными кранами в обеих вакуумных камерах и с помощью вакуум-регулятора 9.
Готовый продукт посредством шлюзового затвора 12 выводится за пределы экструдера и подается на фасование.
Пример выполнения заявляемого экструдера с вакуумной камерой.
Вакуумная камера экструдера может быть изготовлена из металла или пластмассы, предназначенной для взаимодействия с пищевыми продуктами.
Вакуум-провод для удаления влажного горячего пара может быть выполнен из коррозионностойкого материала.
Вакуумный насос, вакуум-баллон, вакуум-регулятор и вакуум-метр подбираются стандартные, согласно требуемой величине вакуума и диапазона его регулирования. Для этой цели могут быть использованы известные устройства, применяемые в установках для машинного доения коров.
Шлюзовой затвор также подбирается стандартный (например, типа ШУ-15) из соображений требуемой технологичности экструдера или изготавливается из материалов, предназначенных для взаимодействия с пищевыми продуктами.