УСТАНОВКА ДЛЯ ТОНКОГО ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ПРОДУКТА

Полезная модель относится к технологическим агрегатам периодического действия и предназначена для гидромеханической и тепловой обработки изготовляемого продукта до дисперсного состояния путем тонкого измельчения (гомогенизации) и может быть использована на предприятиях пищевой и фармацевтической промышленности для производства, например, альгинатосодержащих продуктов их бурых водорослей (ламинариевых), соусов, кетчупов, мясных и рыбных паштетов, пищевых и лекарственных паст и тому подобных продуктов.
Существующие конструкции установок для тонкого измельчения продукта до дисперсного состояния, как то гомогенизаторы, диспергаторы, микроноры и другие имеют различные варианты технического исполнения, однако основными их элементами являются: рабочая емкость, опорная рама, мешалка, блок измельчающего инструмента и технологические патрубки с трубопроводной арматурой и приборами контроля.
Известна установка типа «К6-АТИМ-2» для тонкого измельчения продукта, в частности рыбного фарша, содержащая рабочую емкость, опорную раму, мешалку, блок измельчающего инструмента и технологические патрубки с трубопроводной арматурой и приборами контроля (А.А.Романов и др., Справочник по технологическому оборудованию рыбообрабатывающей промышленности, книга вторая, изд. «Пищевая промышленность», М., 1979 г., с.73-74, рис.64).
Характеризуя указанный тип установки, следует отметить сложность и несовершенство ее конструкции, большую металлоемкость, значительную долю ручного труда при обслуживании, высокие удельные энергозатраты. Установка скомпанована на опорной раме отдельными блоками, соединенными между собой технологическими патрубками и перепускной арматурой, что значительно усложняет технологический процесс, так как оператору, обслуживающему установку, приходится контролировать работу каждого блока в отдельности. Кроме того, загружаемый в рабочую емкость фарш должен быть предварительно пропущен через отдельный автономный измельчитель, а это требует применения дополнительного оборудования - волчка или куттера. Рабочая емкость такой установки фактически разделена на две отдельные емкости, смесительную и накопительную, соединенные друг с другом последовательно, с размещенными в них шнековыми мешалками. Эксплуатация рабочей емкости подобной конструкции усложняется тем, что в ней отсутствует паровая термостатическая рубашка, что не позволяет поддерживать необходимую температуру перерабатываемого продукта. Такой продукт, не прошедший термическую обработку, может быстро испортиться в результате обсеменения вредоносной микрофлорой, а поэтому его нужно или в короткое время использовать по назначению или заморозить.
Сложность конструкции и большая металлоемкость установки обусловлено еще и тем обстоятельством, что подача перерабатываемого продукта из рабочей емкости в блок измельчающего инструмента производится снизу вверх, а это требует наличие у накопительного бункера рабочей емкости специального насоса, всасывающий патрубок которого соединяется с накопительным бункером, а нагнетательный - посредством фаршепровода с загрузочным патрубком блока измельчающего устройства.
Наиболее близкой по совокупности признаков, технической сущности и достигаемому результату к заявленному техническому решению является установка для тонкого измельчения продукта типа «УГМ» (гомогенизатор), предназначенная для приготовления различного вида коллоидных растворов и эмульсий из мягких органических материалов, содержащая рабочую емкость с термостатической рубашкой, опорную раму, мешалку, блок измельчающего инструмента и технологические патрубки с запорной арматурой и приборами контроля (Модуль универсальный гомогенизирующий вакуумный типа УГМ. Техническое описание УГМ1-01.000 ТО, рис.1 и 2. Производитель - Завод нестандартного технологического оборудования «АГРЕГАТ», г.Балашиха, 2006 г)
Однако, данная установка имеет ряд существенных недостатков эксплуатационного и конструктивного характера. К ним относятся: низкая производительность при относительно больших удельных энергозатратах, ограниченный ассортимент выпускаемого продукта, значительная доля ручного труда при обслуживании, невозможность использования сырья, имеющего более крупные исходные размеры (15-20 мм). Несовершенство конструктивного характера заключается в отсутствии коллектора для подачи сжатого воздуха в рабочую емкость при выгрузки вязких продуктов через сливной кран и устройства для регулирования рабочего зазора в блоке измельчающего инструмента.
Низкая производительность при относительно больших энергозатратах обусловлена теми обстоятельствами, что процесс обработки продукта в рабочей полости производится в одном технологическом режиме, а именно при одностороннем вращении мешалки с относительно небольшой фиксированной частотой вращения (46 об/мин), при этом циркуляция восходящего потока продукта осуществляется хаотично, так как в конструкции установки не предусмотрен нагнетательный механизм и циркуляционный трубопровод, по которому вращаемая мешалкой масса продукта могла бы циркулировать по замкнутому кругу - сверху вниз. Все это значительно снижает степень гидромеханической турбулизации потока обрабатываемого продукта и не позволяет объективно влиять на процесс его измельчения, увеличивая тем самым время технологического цикла, снижая производительность и качество продукта.
Ограниченный ассортимент выпускаемого продукта на данной установке, а это в основном различного вида коллоидные растворы и эмульсии с температурой до 90°С из мягких органических материалов, обусловлен тем обстоятельством, что во-первых мешалка функционирует только в одном
скоростном режиме вращения, а во-вторых тем, блок измельчающего инструмента не имеет устройства для регулирования рабочего зазора, от величины которого зависит степень тонкого измельчения продукта.
Все это усложняет обслуживание установки, не позволяет объективно изменять режим технологического процесса и оперативно переходить от обработки одного вида продукта к другому, ухудшает качественные показатели продукта.
Большая доля ручного труда в значительной степени обусловлена тем, что выгрузка готового продукта из рабочей емкости осуществляется сливом его из крана, расположенного в днище рабочей емкости или сливом через горловину емкости путем опрокидывания, разворачивая емкость на шарнирах, расположенных на стойках опорной рамы. Отсутствие коллектора для подключения установки к системе сжатого воздуха и подачи его в полость рабочей емкости усложняет процесс выгрузки через сливной кран вязких продуктов и ограничивает возможность использования гибкого шланга для расфасовки произведенного продукта в тару.
Задача полезной модели - повышение производительности, снижение удельных энергозатрат, увеличение ассортимента выпускаемого продукта, улучшение его качественных характеристик, сокращение доли ручного труда, обеспечение оптимального режима технологического процесса.
Поставленная задача реализуется тем, что в известной установке для тонкого измельчения продукта, содержащей рабочую емкость, опорную раму, мешалку, блок измельчающего инструмента и технологические патрубки с запорной арматурой и приборами контроля, согласно заявленного технического решения вращение мешалки осуществляется реверсивным электроприводом с регулируемой частотой вращения, при этом минимальная частота вращения приводного вала мешалки составляет 90 об/мин, а рабочая полость блока измельчающего инструмента соединена с полостью рабочей емкости обводным циркуляционным трубопроводом с 3-х ходовым распределительным клапаном, при этом на рабочей емкости смонтирован коллектор для подвода сжатого воздуха в полость рабочей емкости. Кроме того, блок измельчающего инструмента снабжен ножами пропеллерного типа и резьбовой цилиндрической втулкой, установленной между коническим днищем рабочей емкости и электроприводом ножей, которая предназначена для плавного регулирования рабочего зазора между нижними плоскостями горизонтальных элементов неподвижной решетки блока и режущими кромками подвижных ножей, закрепленных на одном валу с рабочим колесом центробежного циркуляционного насоса.
Отличительный признак - наличие у лопастной мешалки реверсивного электропривода с регулируемой частотой вращения приводного вала дает возможность периодически менять направление и плавно, в необходимом диапазоне, регулировать частоту ее вращения, изменяя тем самым гидромеханический режим обрабатываемого продукта в зависимости от состава компонентов, их исходных размеров, реологических свойств, процентного содержания жидкой фазы, температуры нагрева и других
характеристик, что делает установку универсальной. Этому способствует и наличие в блоке измельчающего инструмента резьбовой цилиндрической втулки, разворотом которой в ту или иную сторону оперативно регулируется величина рабочего зазора в блоке, а следовательно и степень измельчения продукта. Используя вышеперечисленные технические возможности заявленной установки можно значительно расширить ассортимент тонкоизмельченного целевого продукта повышенного качества. Последнее в значительной степени обусловлено тем, что работа мешалки с частотой вращения от 90 об/мин (Vокруж. = 1,5 м/сек) и более создает гидромеханический режим, обеспечивающий уменьшение времени контакта перемешиваемого продукта с нагретой внутренней поверхностью рабочей емкости, тем самым предотвращая образования на ней пригорающего слоя.
В заявленной установке смонтирован обводной циркуляционный трубопровод, посредством которого перерабатываемый продукт лопастным центробежным насосом из нижней зоны рабочей емкости перекачивается в ее верхнюю зону, циркулируя таким образом по замкнутому контуру. Такая циркуляция позволяет турбулизировать перекачиваемый продукт, в результате чего процесс получения тонкоизмельченного продукта интенсифицируется и протекает более равномерно, что значительно сокращает цикл технологического процесса, повышает качественные показатели продукта и увеличивает производительность установки.
Кроме того, наличие вышеупомянутой циркуляционной системы позволяет механизировать процесс выгрузки полученного продукта из полости рабочей емкости. Выгрузка вязких продуктов осуществляется через сливной патрубок с помощью сжатого воздуха, поступающего в рабочую емкость посредством коллектора, смонтированного на крышке емкости.
Заявленная установка была реализована в конкретном варианте, изображенном на чертеже (фиг.1, 2 и 3).
На фиг.1 показана установка (вид спереди).
На фиг.2 показана та же установка (разрез по А-А).
На фиг.3 показана та же установка (узел 1, увеличено).
Установка для тонкого измельчения продукта содержит цилиндрическую рабочую емкость 1, в нижней части переходящую в коническое днище, внутри которой смонтирована лопастная мешалка 2, приводной вал 3 которой соединен с реверсивным мотор-редуктором 4 (с регулируемой частотой вращения вала), установленным на крышке 5 рабочей емкости. Кроме того, на крышке 5 смонтированы загрузочная воронка 6 с шаровым клапаном 7 для подачи компонентов обрабатываемого продукта в полость рабочей емкости 1 и коллектор 8 с вентилем 9 для подачи в емкость сжатого воздуха. К коллектору 8 присоединен патрубок 10 с вентилем 11 для отсоса воздуха (вакуумирования) из рабочей емкости. Рабочая емкость 1 снабжена термостатической рубашкой обогрева 12, в верхней части которой расположен технологический патрубок 13 с вентилем 14 для подвода пара в полость паровой рубашки, а в нижней - патрубок 15 с вентилем 16 и конденсатоотводчиком 17 для отвода конденсата в систему парогенератора.
Для подачи жидких компонентов (экстракта, воды и т.д.) в рабочую полость емкости в ее верхней зоне установлен технологический патрубок 18 с вентилем 19. Блок измельчающего инструмента смонтирован в цилиндрической обойме 20 конического днища рабочей емкости 1 и выполнен в виде неподвижной решетки (крестовины), состоящей из горизонтальных (лучеобразных) элементов 21, жестко закрепленных в резьбовой цилиндрической втулке 22 и подвижных ножей пропеллерного типа 23, установленных вместе с рабочим колесом (крыльчаткой) 24 центробежного насоса 25 на приводном валу высокооборотного (n=2880 об/мин) электродвигателя 26. Нагнетательный патрубок 27 центробежного насоса 25 посредством обводного циркуляционного трубопровода 28 соединен с верхней зоной рабочей емкости 1, при этом между нагнетательным патрубком 27 и трубопроводом 28 установлен 3-х ходовой шаровый клапан 29 со сливным патрубком 30. Узлы и агрегаты установки смонтированы на сварной опорной раме 31 и снабжены необходимыми приборами контроля: выкууметром 32, манометром 33, термометром 34 и предохранительным клапаном 35.
Установка для тонкого измельчения продукта работает следующим образом.
Открывается клапан 7 и исходный материал продукта через воронку 6 загружается в полость рабочей емкости 1. Перед загрузкой исходный материал предварительно измельчается на соответствующем оборудовании (мясорубке, волчке, шинковке и т.д.) в зависимости от вида этого материала и его характеристик. Загрузка невязких материалов может производиться самотеком, а вязких, фаршеобразных и пастообразных - с помощью вакуумирования внутренней полости рабочей емкости 1. Делается это после того, как через воронку 6 будут загружены растворимые компоненты (сахар, соль и др.), а через открытый вентиль 19 и технологический патрубок 18 залито необходимое количество жидких составляющих производимого продукта (экстракта, воды и др.). Затем закрывают вентиль 19 на патрубке 18 и клапан 29 на патрубке 28, а вентиль 11 на патрубке 10, который присоединен к автономному вакуумнасосу - открывается. Под действием разряжения (0,06-0,07 МПа), образующегося в рабочей емкости 1, исходный материал, загружаемый в воронку 6, легко проникает в полость емкости, заполняя ее до необходимого уровня, после чего клапан 7 перекрывается, но процесс вакуумирования продолжается. Это делается для того, чтобы в течении всего технологического цикла воздух удалялся из обрабатываемой массы продукта, что улучшает товарный вид продукта и его качественные характеристики. После загрузки исходных компонентов в рабочую емкость 1 открывается вентиль 14 на патрубке 13 и вентиль 16 на патрубке 15 и насыщенный пар при температуре 110-120°С и избыточном давлении 0,1 МПа поступает в термостатическую паровую рубашку 12, нагревая обрабатываемый продукт до температуры 60-110°С, при которой происходит его термообработка, в том числе пастеризация. Отработанный пар отводится из паровой рубашки в парогенератор в виде конденсата через
конденсатоотводчик 17, при этом установленный на паровой рубашке предохранительный клапан 35 сбрасывает излишнее давление в паровой рубашке при его увеличении свыше нормы.
Одновременно с подачей пара в паровую рубашку 12 включается электропривод 4 лопастной мешалки 2, которая посредством приводного вала 3 приводится в действие с частотой вращения от 90 до 120 об/мин, создавая гидромеханический режим, предотвращающий пригорание обрабатываемого продукта на внутренней поверхности рабочей емкости 1, исключая тем самым выпуск некачественной продукции и предотвращая брак.
Этому способствует и то обстоятельство, что в процессе обработки продукта периодически изменяется направление работы мешалки.
При переходе на производство различных наименований изготовляемой продукции, соответственно с учетом вида исходных компонентов, изменяется регламент производственного цикла: время перемешивания, температура нагрева, частота вращения и количество реверсов мешалки. Изменение частоты вращения электропривода 4 мешалки осуществляется плавно при помощи преобразователя частоты вращения, подключенного к схеме электропривода.
Через определенный промежуток времени после запуска мешалки включается электродвигатель 26 и одновременно приводятся во вращение ножи 23 блока измельчающего инструмента и рабочее колесо 24 центробежного насоса 25, при этом продукт, находящийся в нижней части конического днища рабочей емкости 1 начинает подвергаться тонкому измельчению (гомогенизации). Измельчение происходит за счет разрезания (куттирования) частиц продукта между нижними плоскостями горизонтальных элементов 21 неподвижной решетки и режущими кромками вращающихся ножей 23. При этом наклонными плоскостями вращающихся ножей пропеллерного типа 23 часть продукта захватывается и под избыточным давлением направляется на вращающиеся лопасти рабочего колеса 24 центробежного насоса 25, а далее под напором устремляется в нагнетательный патрубок 27. Из нагнетательного патрубка 27 под определенным избыточным давлением продукт через открытый клапан 29 и обводной патрубок 28 поступает в верхнюю зону рабочей емкости 1, циркулируя таким образом по замкнутому контуру. Одновременное перемешивание продукта механической мешалкой и многократная циркуляция его по замкнутому контуру обеспечивает равномерное распределение массы обрабатываемого продукта по всему объему рабочей емкости, активизирует процесс перемешивания и степень измельчения продукта, тем самым повышая производительность установки. Степень тонкого измельчения продукта регулируется путем изменения величины рабочего зазора (от 0,5 до 0,2 мм) в блоке измельчающего инструмента, которое осуществляется вращением в ту или иную сторону резьбовой цилиндрической втулки 22.
По окончании тепловой обработки продукта вентиль 14 закрывается, прекращая доступ пара в паровую рубашку 12, при этом мешалка и блок измельчающего инструмента продолжают функционировать. При понижении температуры в рабочей емкости до 50°С привода мешалки и блока измельчающего инструмента выключаются, закрываются вентиль 11 и клапан 29, а клапан 7 постепенно открывается. В результате этого разряжение в рабочей емкости 1 падает до атмосферного, после чего клапан 7 закрывается.
Выгрузка целевого продукта из рабочей емкости установки производится центробежным насосом 25 из сливного патрубка 30 через клапан 29, при этом рукоятка клапана разворачивается в такое положение, при котором перекрывается обводной трубопровод 28. При выгрузке целевого продукта повышенной вязкости используется сжатый воздух, который при помощи шланга посредством вентиля 9 подводится к коллектору 8, из которого поступает в полость рабочей емкости 1. Давление сжатого воздуха регулируется вентилем 9 в зависимости от реологических характеристик продукта и составляет 0,1-0,3 МПа.
После выгрузки продукта рабочая емкость и технологические патрубки с запорной арматурой промываются горячей водой.