ЭКСТРУДЕР С ДОРНОМ
EXTRUDER WITH MANDREL

Изобретение относится к оборудованию для производства экструдированных белковых текстуратов из растительного сырья в пищевой промышленности, а также для экструзионной обработки комбикормов на комбикормовых заводах.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту является экструдер [патент РФ №2299124, МПК В29С 47/12, В29В 9/06. Экструдер / Е.Г.Окулич-Казарин, А.Н.Остриков, А.С.Рудометкин, М.А.Глухов (РФ). - 2005135573/12; заявл. 16.11.2005; опубл. 20.05.2007, бюл. №14], включающий корпус, шнек с приводом вращения и формующую головку с мундштуком и коническим дорном. Конический дорн снабжен валом и выполнен сборным из двух частей. Каждая из частей дорна выполнена с возможностью регулирования направления и скорости вращения с помощью соосных валов и редуктора. Один из валов выполнен сплошным и расположен в другом полом валу. Мундштук имеет возможность совершать возвратно-поступательное движение вдоль оси экструдера с помощью реечного механизма и шлицов. Шлицы находятся на внутренней поверхности мундштука. В них расположены направляющие, жестко соединенные с поверхностью выходного конца корпуса экструдера. Форма направляющих на корпусе экструдера повторяет форму шлицов на мундштуке так, что направляющие входят в шлицевые пазы мундштука. Зубчатое колесо реечного механизма, жестко закрепленное на своем валу, находится в зацеплении с рейкой, жестко прикрепленной к мундштуку. Углы конусности внутренней части мундштука и конического дорна подобраны так, чтобы зазор между ними имел форму конического кольцевого канала. Внешняя поверхность последней части дорна и внутренняя поверхность конусной части мундштука имеют накатку для получения продукта требуемой формы.
Недостатком известной конструкции экструдера является сложность поддержания физико-химических превращений основных компонентов, а также невозможность измельчения продукта до молекулярного уровня, необходимого для лучшей усвояемости организмом компонентов (белков, крахмала, жиров, ферментов и др.).
Технической задачей изобретения является разработка конструкции экструдера с дорном, позволяющей осуществлять операции измельчения до молекулярного уровня и обеспечить повышение качества готового продукта за счет более глубокого термомеханического воздействия.
Поставленная техническая задача изобретения достигается тем, что в экструдере с дорном, включающем станину, рабочую камеру, шнек с приводом, матрицу, дорн с приводом, новым является то, что на поверхности конусной части шнека выполнены витки как продолжение основных витков шнека, дорн состоит из конусной и цилиндрической части, на конусной поверхности дорна установлены фигурные лопатки, выполненные по винтовой траектории, причем каждая фигурная лопатка имеет ступенчатую форму, на цилиндрической части дорна имеются ножи, на внутренней конусной поверхности матрицы выточены ступенчатые цилиндрические вырезы, соответствующие по размерам ступенчатым выступам фигурных лопаток, на конце конусной части дорна установлен винтовой бур, который своей конической частью центруется с помощью отверстия в конусе шнека.
На фиг.1 представлен фронтальный вид экструдера с дорном, на фиг.2 - объемное изображение экструдера с дорном, на фиг.3 - объемное изображение дорна с буром.
Экструдер с дорном состоит из рабочей камеры 8, загрузочного патрубка 15, шнека 9, мундштука 16 и матрицы 2 (фиг.1 и 2).
Шнек 9 приводится во вращение электродвигателем 10 с помощью редуктора 12, упругих муфт 11 и 13 и подшипникового узла 14. Частота вращения шнека 9 может регулироваться с помощью тиристорного регулятора частоты на электродвигателе 10.
На конусной поверхности шнека 9 выточены витки 3, которые являются продолжением основных витков шнека. Они предотвращают пригорание продукта в матричной зоне.
На рабочей камере 8 установлено кондиционирующее устройство 1, позволяющее поддерживать необходимую температуру камеры 8, создавая при этом оптимальные параметры работы экструдера.
На конусной поверхности дорна имеются фигурные лопатки 5 (фиг.3), выполненные по винтовой траектории. На каждой фигурной лопатке 5 выполнены ступенчатые выступы. На внутренней конусной поверхности матрицы 2 выточены ступенчатые цилиндрические вырезы, соответствующие по размерам ступенчатым выступам фигурных лопаток 5.
На конце конусной части дорна 6 установлен винтовой бур 4, который входит в отверстие на конусной части шнека 9, обеспечивая тем самым центрирование шнека 9 и бура 4.
На цилиндрической части дорна 6 имеются ножи 7, обеспечивающие измельчение текстуратов. Измельченный текстурат попадает в патрубок 22 для отвода готового продукта.
Дорн 6 приводится во вращение мотор-редуктором 20, обеспечивающим плавность регулирования частоты вращения дорна 6. Привод шнека 9 (электродвигатель 10, упругие муфты 11 и 13, редуктор 12 и подшипниковый узел 14), камера 8 и привод дорна 6 (мотор-редуктор 20 и подшипниковый узел 19) смонтированы на станине 21.
Дорн 6 и матрица 2 расположены в камере 18, выполняющей как функцию сбора готового продукта и удаления его через патрубок 22, так и функцию защиты от быстровращающегося дорна 6.
Из вытяжного диффузора 17 камеры 18 отводятся испаряемые водяные пары, образующиеся за счет взрывного испарения влаги из текстурата.
Экструдер с дорном работает следующим образом.
Включается электродвигатель 10, который с помощью редуктора 12, упругих муфт 11 и 13 и подшипникового узла 14 приводит во вращение шнек 9. При этом с помощью тиристорного управления электродвигателя 10 устанавливается требуемая частота вращения шнека 9. Одновременно включается мотор-редуктор 20, который приводит во вращение дорн 6 с помощью подшипникового узла 19.
Питательная ценность любого пищевого продукта определяется его физиологической калорийностью, которая, в свою очередь, связана с усвояемостью белков, жиров, углеводов. Экструзионная технология позволяет количественно и качественно изменять структуру, состав и пищевую ценность белково-крахмального комплекса.
Исходный продукт из загрузочного патрубка 15 поступает в зону загрузки винтового канала шнека 9 и увлекается им за счет разницы сил трения между продуктом и стенками корпуса 8 и винтового канала шнека 9, одновременно постепенно уплотняясь при этом.
В зоне смешивания продукт перемешивается и перемещается витками шнека 9 с целью получения однородной смеси. Далее в зоне гомогенизации происходит уплотнение и измельчение продукта, что вызывает образование расплава экструдата.
В зоне гомогенизации продукт окончательно переходит из твердой фазы в вязкопластичную; здесь происходит плавление в результате преобразования механической энергии рабочих органов экструдера в тепловую энергию и за счет внутреннего трения в самом продукте при автогенном режиме работы экструдера.
На протяжении всего перемещения продукта происходит регулирование температурного режима кондиционирующим устройством 1, которое представляет собой полую трубу, в которую подается теплоноситель с заданной температурой.
Под действием таких факторов, как давление и температура, белки подвергаются денатурации, которая представляет собой внутримолекулярное явление, характеризующееся физической перегруппировкой внутренних связей. При этом происходит нарушение упорядоченности внутреннего строения молекулы, количественно определяемое изменением физико-химических свойств белков (растворимости, способности к гидратации, вязкости растворов, устойчивости к действию ферментов, биологической активности и др.) [Остриков А.Н. Экструзия в пищевой технологии. [Текст] / А.Н.Остриков, О.В.Абрамов, А.С.Рудометкин. - СПб.: ГИОРД, 2004. - 288 с.].
Обрабатываемый продукт, находящийся в матричной зоне экструдера, подвергается механическому перемешиванию витков 3 и бура 4, в результате чего исключается возможность образования «мертвой зоны», т.е. прилипания продукта к внутренним стенкам матрицы 2. В зазоре между матрицей 2 и дорном 6 продукт подвергается интенсивному механическому воздействию с помощью фигурных лопаток 5. Ступенчатые выступы фигурных лопаток 5, вращаясь в соосных, соответствующих по размерам ступенчатых цилиндрических вырезах на внутренней конусной поверхности матрицы 2, воздействуют на микроструктуру выходящего текстурата за счет размазывания его по стенкам матрицы. При этом происходит разрыв цепи белковых молекул на более мелкие составляющие (полипептиды и пептиды).
При выходе из матрицы 2 текстурат интенсивно измельчается установленными на цилиндрической части дорна ножами 7. После измельчения продукт попадает в камеру 18, из которой через патрубок 22 отводится измельченный текстурат. Одновременно через вытяжной диффузор 17 камеры 18 отводятся испаряемые водяные пары, образующиеся за счет взрывного испарения влаги из текстурата.
Таким образом, использование изобретения позволяет:
- обеспечить стабильную работу экструдера за счет использования витков на конусной части шнека и бура в дорне;
- повысить качество получаемых белковых текстуратов за счет регулирования термомеханического воздействия на обрабатываемый продукт;
- обеспечить необходимую глубину физико-химических превращений компонентов обрабатываемого продукта за счет регулирования теплоподвода и механического воздействия фигурных лопаток 5.