Технология смешивания и дозирования в производстве безалкогольных напитков

Технология смешивания и дозирования в производстве безалкогольных напитков

Вольфганг Ценкер

GEA Diessel GmbH

С. Ю. Корнаков

ООО «Тухенхаген Москва»

В производстве напитков применяют две технологии: дозирования и смешивания. Данная статья — обзор актуального уровня техники, а также возможностей ее использования.

Дозирование в производстве карбонизированных и некарбонизированных напитков — уже в течение десятилетий самая известная технология. Дозирование означает подвод или отвод какого-либо вещества для измерения или производства с возможностью предварительного выбора объема и распределения по времени. Для предприятий по производству напитков это означает, что требуемый объем вещества подводится вместе с транспортируемой средой в танк назначения с использованием измерительной техники и функции предварительного выбора. Для подачи требуемого объема жидкости применяются преимущественно насосы (рис. 1).

Центробежный насос

Центробежный насос — это гидравлическая машина для повышения энергии за счет вращения рабочего колеса.

Насос служит для транспортировки жидкостей по трубопроводам. Жидкость, находящаяся в корпусе насоса, захватывается вращающимся колесом насоса и перемещается сначала в корпусе насоса по круговой траектории. Давление, создающееся за счет центробежной силы, по этой траектории вытесняет жидкость радиально в подключенную сеть трубопроводов. Стандартно центробежные насосы бывают нормально всасывающими, то есть насос и линия

всасывания должны быть постоянно заполнены жидкостью.

Если в процессе работы насоса в линию всасывания попадает воздух, то подача, как правило, прерывается. Существуют центробежные насосы специальной конструкции, такие, как струйные, которые в заполненном состоянии могут сами удалить воздух из линии всасывания. Особым видом центробежного насоса служит насос с боковым каналом, который, являясь самовсасывающим, относится к объемным насосам (рис. 2).

Ротационно-поршневой насос

Ротационно-поршневые — это насосы с принудительной подачей, которые могут нагнетать очень высокое давление, которое может привести к повреждению запорной арматуры, подключенной за насосом, или даже к разрушению ротаци-онно-поршневого насоса. Поэтому такой насос никогда не должен работать при

s h eo

ш —

Подача 0 или V, м3/ч Лдео — геодезическая высота

Рис. 2. Характеристика

центробежного насоса

закрытой запорной арматуре. На практике для него предусматривается байпас. В байпасе устанавливается пружинный клапан, который при достижении заданного давления его открывает. В этом случае перекачиваемая среда циркулирует вокруг насоса. Внутри насоса перемещаются в цилиндрических промываемых камерах, не касаясь друг друга, два изогнутых поршня. Срезающие усилия, действующие на перекачиваемую среду в насосах такого рода, очень низкие. Это обеспечивает мягкое перекачивание сред,

в том числе вязких и содержащих твердые вещества.

Особенно щадящая — беспульсаци-онная перекачка ротационно-поршневым насосом с частотным регулированием.

Техника для измерения объема

Для определения дозируемого объема используют преимущественно магнитно-индуктивные или массовые расходомеры.

В основе индуктивных измерений лежит закон индуктивности Фарадея. При движении проводника (в данном случае жидкость) в магнитном поле генерируется напряжение. Это напряжение пропорционально скорости потока и практически не зависит от таких свойств измеряемого материала, как плотность, вязкость, консистенция, давление и температура.

Предпосылкой точного измерения служит, таким образом, достаточная ми-

Рис. 3. Мобильная установка для

дозирования с индуктивным массовым расходомером

нимальная электропроводность измеряемой жидкости. При электропроводности более 10 ^ проблем с измерением быть не должно (рис. 3).

Измерение массы —

текущее взвешивание жидкостей

В последнее время все большее значение приобретает измерение расхода для определения массы (в кг). Благодаря непосредственному измерению массы и плотности в потоке отпадает взвешивание или перерасчет по формулам. Массовый расходомер изготовляется из трубы, которая имеет форму дуги, полукруга или круга.

Размер трубы выбирают в зависимости от среды (газы или жидкости), массы или скорости потока. Возможны также и другие формы наряду с вышеуказанными, которые позволяют добиться точности измерения, необходимой для поверочных приборов. Измерительный прибор отлично подходит для многофазных потоков. Например, пузыри газа в жидкостях не влияют на точность измерения. Потери давления незначительны, так как в данном случае речь идет только о дуге. Труба не имеет зазора, делает прибор особенно

2008

27

пригодным для использования в пищевой промышленности. Результат измерения основан на силе Кориолиса, названной так по имени французского физика Каспара Густава де Кориолиса (рис. 4).

Порционный режим работы

Batch в переводе с английского языка означает «загрузка» или «партия». При работе в режиме периодической загрузки выполняется подача основных материалов по индивидуальным рецептам. Установка такого вида в производстве напитков представляет собой гибкую систему для порционной загрузки одного или нескольких смесительных резервуаров переменным количеством основных продуктов или различных добавок/эссенций.

Автоматическое производство с подачей при помощи соответствующих насосных систем можно организовать в виде передвижной или стационарной установки с порционной загрузкой. Обычно такие системы состоят из несущей рамы с установленными на ней измерительным и дозирующим устройствами.

Передвижная смесительная установка

Базовая конструкция в сочетании с несколькими впускными клапанами, устройством для удаления воздуха, насосом, измерительным прибором и двухступенчатым клапаном обеспечивает работу простой установки порционного смешивания. К дисковым клапанам подключаются концентраты или базовые вещества. Один из дисковых клапанов подключен к продуктовой воде. Через этот клапан вся система заполняется водой до смесительного резервуара. В зависимости от рецепта последовательно открываются или закрываются клапаны для подачи концентратов или базового продукта. Процесс дозирования завершается подачей продуктовой воды. Продуктовая вода вытесняет содержимое трубопровода в смесительный

резервуар. Таким образом система подачи промывается продуктовой водой и восстанавливается исходное состояние (все заполнено продуктовой водой).

Относительно таких систем следует напомнить, что точность измерительного прибора одинакова для всех смешиваемых продуктов в пределах партии, поэтому ошибка измерения практически исключена.

Эта система особенно подходит для предприятий с небольшим объемом смешиваемых партий.

Передвижная установка для порционного смешивания жидких продуктов — экономичное решение для автоматизации и модернизации купажных участков.

Установка отличается следующими особенностями: высокое постоянное качество продукта; оптимальное использование сырья без передозирования; высокая точность и воспроизводимость; защита от ошибок оператора; высвобождение персонала купажных участков (рис. 5).

Стационарная установка типа DI-Batch

для порционного смешивания

Установка типа DI-Batch для смешивания жидких и порошковых многокомпонентных продуктов — проверенное

Рис. 4. Передвижная установка

для дозирования с массовым расходомером и предварительным заданием дозируемого объема

на практике экономичное решение для модернизации производства (рис. 6). Установка размещается между складом сырья и смесительными резервуарами. За счет небольших габаритных размеров эту установку можно легко привязать к существующей концепции технологического оборудования. Установка состоит в основном из автоматического дозирования отдельных концентратов и базовых продуктов. Резервуар для растворения компонентов с дозированием воды в соответствии с рецептом обеспечивает точное растворение сухих веществ.

Система опорожнения небольших бочек базовых продуктов или прочей тары малого объема обеспечивает полное опорожнение (с ополаскиванием водой в соответствии с рецептом) и подачу в смесительный танк. По запросу система может быть дополнена станцией для опорожнения бутылей (так называемой станцией подработки).

Техника непрерывного смешивания в потоке

Цель процесса смешивания — получение смеси, проба которой точно или с опреде-

Рис. 5. Передвижная установка

для смешивания отдельных партий продукта, в которой используется одноцилиндровый поршневой счетчик

ПИ

НАПИТКИ

М- 2008

28

ленной точностью отражает соотношение дозируемых исходных веществ. Смеси могут состоять из одного или нескольких компонентов с одинаковыми или разными физическими или химическими свойствами. Для производства напитков решающее значение имеет однородность смеси.

Для производства готовых напитков в больших объемах применяются смесительные установки непрерывного действия. Смесительная установка типа Dicon фирмы GEA Diessel GmbH (рис. 7) непрерывно смешивает жидкие компоненты в требуемом соотношении уже в трубопроводе. Комбинация высокоточных измерительных приборов (индуктивно-магнитные счетчики или массовые расходомеры), цифровые регуляторы

Вода

Сахарный сироп

Резервуары для растворения и смешивания концентратов

Вода -Й"

Концентраты в контейнерах

vTf

Готовый ф напиток на розлив

Рис. 7. Установка типа Р!ТО^С5 фирмы GEA DiesseL для смешивания в потоке

обеспечивают точное смешивание двух или нескольких компонентов.

Вода и простой (или купажный) сироп подаются в смесительную систему внешними насосами. Выбор подходящего насоса очень важен и описан выше. Все объемные потоки непрерывно измеряются расходомерами, сигналы от которых поступают в систему управления смесительной установки.

Система управления сравнивает измеренные величины с заданными соотношениями и управляет регуляторами, в результате чего обеспечивается точность рецептуры.

Различные компоненты смешиваются в трубопроводе на основе разнообразных гидравлических условий. Статический или динамический смеситель обеспечивает в зависимости от разных величин вязкости гомогенное смешивание. При карбонизации напитков за счет насоса, повышающего давление, достигается дополнительное последовательное смешивание напитка. В этом случае можно отказаться от предварительного смесителя с учетом различных компонентов.

В данной статье представлены две высокоточные технологии производства напитков. Решение о том, какую из них нужно использовать, принимается с учетом конкретных

производственных условий и требуемого объема производства. Хорошие аргументы в пользу технологии непрерывного смешивания в потоке — большой объем готового напитка, редкий переход на другой продукт, а также невозможность сооружения нового ку-пажного отделения со смесительными танками.

Технологии дозирования и смешивания отдельных партий продукта

особенно подходят для предприятий с небольшим объемом производства, так как они обеспечивают быстрый переход на другой продукт, поскольку вся система в начале и в конце производственного процесса заполняется водой. Используемые в данном случае смесительные танки делают возможной последующую корректировку смеси, что служит дополнительным фактором обеспечения качества. &

Комплексные решения концерна GEA для производства напитков соков

ООО «Тухенхаген Москва»

Россия, 105094, г Москва,

ул. Семеновский Вал, д. 6, стр. 1

Тел. +7 (495) 787 2026, факс +7 (495) 787 2029

E-mail: sales.tum@gea.ru www.tuchenhagen.ru

Работа с концентратами Сироповарочное отделение Купажное отделение Системы смешивания Гомогенизаторы Стерилизаторы