СПОСОБ И СПИРАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТАКТА ГАЗА С ТВЕРДЫМ ВЕЩЕСТВОМ
METHOD AND SPIRAL DEVICE FOR GAS CONTACT WITH SOLID SUBSTANCE

Изобретение касается устройства и способов контактирования газа и твердого вещества при производстве продуктов питания и может быть использовано для высушивания, высушивания в сочетании с нанесением покрытия, нагревания, охлаждения и охлаждения в сочетании с нанесением покрытия.
Уровень техники
Нанесение сахарного слоя на внешнюю поверхность твердой частицы является обычной практикой в кондитерской и фармацевтической областях. Обычно осуществляемый на практике процесс порционного дражирования, в котором сахарный сироп добавляют к твердому веществу порция за порцией, является высоко затратным и трудоемким, и значительное количество сахара выносится в процессе высушивания. На практике было бы значительно выгоднее, если бы такие процессы нанесения покрытия можно было бы осуществлять на непрерывной основе. Однако устройства для проведения данного типа нанесения покрытия на непрерывной основе не получили широкого признания, потому что они не обеспечивали приемлемого качества продукции.
Патенты США №№ 6364948 и 6689417, которые являются собственностью правопреемника данной заявки, направлены на способы и устройство для порционного нанесения покрытия и/или высушивание (включая способы создания сахарной оболочки, покрывающей продукцию), в котором частицы помещают в слой и перемещают в направлениях x, y и z посредством вибрирования слоя так, что частицы следуют по главному пути или направлению. Осушающий воздух предоставляют по касательной к слою.
Патент США № 6638550, принадлежащий правопреемнику данной заявки, направлен на способы формирования оболочки, наносимой на массу сердцевин кондитерских изделий. Процесс может использовать вращаемый барабан, в котором струю осушающего газа предоставляют с наличием регулируемого содержания влаги.
Патент США № 6960361, принадлежащий правопреемнику данной заявки, направлен на дражировочное устройство для нанесения покрытия на множество материалов для сердцевины. Дражировочный барабан включает перегородку, делящую барабан на множество камер для нанесения покрытия.
Опубликованная Международная Заявка WO 99/26484 декларирует устройство для порционного нанесения покрытия на жевательную резинку или другие пищевые материалы. Устройство содержит вращающийся барабан с наличием расположенных под углом направляющих лопаток на внутренней стороне. Жидкий покрывающий материал предоставляют через внутреннюю трубку, простирающуюся вдоль оси барабана, а осушающий воздух предоставляют через множество камер для распределения воздуха, расположенных по периферии барабана. Трубопроводы для подачи и отвода воздуха предоставлены таким образом, что осушающий воздух перемещается в барабане в осевом направлении.
Патенты США № 6365203 B2 и № 7022353 B2 декларируют способ и устройство для непрерывного нанесения покрытия на материал для жевательных резинок. Покрывающий материал может представлять собой застываемый сахарный раствор. Устройство содержит вращающийся барабан, который расположен под углом по отношению к горизонтальной линии так, что пищевые части двигаются через барабан за счет силы тяжести. Продолжительность обработки укорачивают или удлиняют за счет поднятия или опускания угла барабана. Жидкий покрывающий материал подают в барабан через центральный трубопровод вдоль принципиальной оси барабана, в то время как нагретый осушающий воздух вводят предпочтительно через отверстия в боковых стенках барабана, чтобы обеспечить в барабане однородный поток осушающего воздуха.
Патенты США № 5520457 и EP 0 192 012 декларируют устройство для нанесения покрытия и способы нанесения покрытия на частицы твердого вещества, в которых для проталкивания материала через барабан, который также может вращаться, используют вращающуюся спиральную щеточную машину. Данные устройство и способы не рассматривают систему, в которой источник газа предоставлен, по существу, в закрытом газовом проходе, ограниченном спиральным элементом.
WO 2005/011398 раскрывает способ непрерывного нанесения покрытия на начинки в процессе изготовления драже, который включает транспортирование начинок через вращающийся барабан с винтообразным конвейером.
Ни одно из упомянутых выше раскрытий не применяет эффективно закрытый газовый путь для контактирования твердого вещества с газом на регулируемой непрерывной основе. Значительная проблема способов и устройств предыдущего уровня техники для нанесения покрытия частиц твердого вещества касается обращения с пылью, образуемой за счет беспорядочного движения твердого вещества. Пыль взлетает и может повредить системы регулирования влажности. Может потребоваться дорогое оборудование для фильтрования пыли, повышающее как сложность процесса, так и эксплуатационные расходы. Данная проблема может быть решена согласно настоящему изобретению за счет направления потока технологического газа, чтобы обеспечить прилипание к твердому веществу пыли, образованной за счет беспорядочного движения твердого вещества, перед тем как твердое вещество выгрузят из устройства.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение направлено на способы и устройство для осуществления контакта газа с твердым веществом при производстве продуктов питания и может быть приспособлено для нанесения покрытия из текучего покрывающего материала на частицы пищевых материалов и высушивания покрытия на частицах, как, например, для нанесения покрытия из сахарного сиропа на шоколадные сердцевины и высушивания для образования сахарной оболочки в производстве M&M's Молочных Шоколадных Конфет. Данные способы и устройство могут также быть использованы в связи с нанесения покрытия из текучего покрывающего материала на частицы пищевых материалов и застывания покрытия на частицах, как, например, при нанесении покрытия из жидкого шоколада на арахис в производстве M&M's Арахисовых Шоколадных Конфет. Альтернативно, данные способы и устройство могут быть использованы для нагревания, например варки и жарки, и охлаждения частиц пищевых материалов.
Частицы пищевых материалов, которые могут быть обработаны способами и устройством изобретения включают, без ограничения, кондитерские изделия, включая шоколад, карамель, нугу, жевательные резинки, прессованные конфеты и твердые леденцы. Как использовано в данной заявке, "шоколад" включает шоколад, соответствующий Стандартам Идентичности (SOI) для шоколада, определяемым Управлением по Контролю за Продуктами Питания и Лекарственными Средствами, а также не соответствующий SOI шоколад. Пищевые материалы также включают, без ограничения, вафли, крекеры, бисквиты, печенье, гранола, рис, хлебные зерна, плоды бобовых, какао бобы, кофейные зерна, орехи, свежие и сушеные фрукты, свежие и сушеные овощи, молочные снеки, сыр, корм для животных и лакомства для животных. Пищевые материалы также включают фармацевтические средства, включая без ограничения, таблетки, таблетки в виде капсулы, агломераты и желатиновые капсулы.
В одном аспекте изобретение представляет собой устройство для контакта газа с твердым веществом, содержащее барабан, имеющий внутреннюю стенку, соосную с внутренней трубой и ограничивающую кольцевое пространство между барабаном и внутренней трубой. Газ подается из источника газа в кольцевое пространство в зоне входа газа, а частицы твердого вещества вводят в барабан в точке входа твердого вещества. По меньшей мере, один спиральный элемент (иногда упоминаемый в данной заявке просто как "спираль") в кольцевом пространстве ограничивает газовый проход в кольцевом пространстве. Спирали придают вращательное движение (например, двигателем) для продвижения твердого вещества через барабан.
Устройство для контакта газа с твердым веществом может быть объединено с распределительным устройством для покрывающего материала для добавления покрывающего материала, который затем высушивается или застывает на поверхности твердого вещества по мере продвижения твердого вещества через барабан.
В особенно предпочтительных вариантах осуществления, особенно в случае, когда устройство используют для нанесения покрытия из сахарного сиропа на материалы сердцевины кондитерского изделия и высушивания покрытия с целью образовать оболочку, устройство включает барабан, вращаемый вокруг горизонтальной продольной оси, а зона входа газа и точка входа твердого вещества находятся непосредственно на противоположных концах барабана относительно продольной оси, так, что газ перемещается вдоль газового прохода по существу в противоток по отношению к твердому веществу, проходящему через барабан. Это имеет такое преимущество, что технологический газ несет пыль, образующуюся от беспорядочного движения твердого вещества в направлении влажного твердого вещества так, что переносимая по воздуху пыль прилипает к твердому веществу. В противоток, в данном контексте, означает, что зона входа газа и точка входа твердого вещества находятся в целом на противоположных сторонах барабана.
В другом аспекте изобретение представляет собой способ нанесения покрытия на множество пищевых частиц твердого вещества. Барабан предоставляют с наличием внутренней стенки, соосной с внутренней трубой так, что между внутренней трубой и барабаном ограничено кольцевое пространство. Спиральный элемент помещен в кольцевом пространстве, ограничивая газовый проход в кольцевом пространстве, и может вращаться для продвижения частиц твердого вещества через барабан. Способ включает введение частиц твердого вещества в барабан, нанесение покрывающего материала на частицы твердого вещества для образования глазированных частиц твердого вещества и придание вращательного движения спиральному элементу, чтобы вызвать движение глазированных частиц твердого вещества через барабан. В то же самое время газ течет из зоны входа газа вдоль газового прохода, ограниченного спиральным элементом для сушки или застывания покрывающего материала на частицах твердого вещества. После прохождения через барабан глазированные частицы твердого вещества выгружают из барабана.
В еще одном аспекте изобретение представляет собой способ контактирования газа и частиц твердого вещества при производстве пищевых продуктов. Барабан предоставляют, как описано выше, а частицы твердого вещества вводят в барабан в точке входа твердого вещества. Спиральный элемент вращается таким образом, что частицы твердого вещества проталкиваются через барабан в кольцевом пространстве. Газ течет из источника газа в кольцевое пространство вдоль газового прохода, ограниченного спиральным элементом, а твердые частицы выгружают из барабана. В данном аспекте изобретения способ может использоваться для нагревания или охлаждения продуктов питания без нанесения на них покрытия.
На чертежах:
Фиг. 1А - вид сбоку устройства в разрезе согласно изобретению.
Фиг. 1В - вид сбоку устройства в разрезе согласно изобретению в варианте осуществления в том случае, когда газ подается внутрь внутренней трубы устройства.
Фиг. 2 - вид в перспективе барабана и спирального элемента в устройстве Фиг. 1А со снятой внутренней трубой, в котором спиральный элемент прикреплен к барабану (и вращается с ним).
В варианте осуществления, показанном на фиг. 1А, барабан 10 может вращаться, как обозначено номером 12. Кольцевое пространство 30 ограничено между внутренней стенкой 14 барабана и внутренней трубой 20. В показанном варианте осуществления спиральный элемент 110 продолжается из внутренней стенки барабана в кольцевое пространство 30, а двигатель 22 придает вращательное движение барабану и прикрепленному спиральному элементу, тогда как внутренняя труба 20 остается неподвижной по отношению к спирали и барабану.
Альтернативно, двигатель может быть предоставлен с возможностью придания вращательного движения спирали 110, независимо от вращения барабана 10. Например, барабан 10 может оставаться неподвижным, тогда как спираль продолжается из внутренней трубы 20 и вращается с ней. Вращение спирали главным образом оказывает воздействие на продолжительность обработки твердого вещества в барабане, а вращение барабана оказывает воздействие, главным образом, на скорость перемешивания частиц.
Перемешивающие ребра 19 расположены с промежутками на внутренней поверхности барабана, например с интервалами, равными 10°, 15° или 20°, для уменьшения проскальзывания продукта на поверхности и содействия перемешиванию. Если барабан двигается независимо от спирали, для выполнения аналогичной функции перемешивающий элемент может быть прикреплен к краю спирали 110. Высота ребер на внутренней поверхности барабана может быть определена посредством испытания и погрешности в зависимости от размера барабана, размера твердого вещества, шага витков спирали и других соображений. В целом, перемешивающие ребра имеют высоту, по меньшей мере, равную диаметру частиц. В вариантах осуществления ребра имеют высоту в диапазоне, равном от около 0,1 см до около 5,0 см.
Спираль 110 продолжается радиально в кольцевое пространство, расположенное таким образом, что частицы твердого вещества проталкиваются через барабан, по мере поворота спирали, наподобие винта. Как правило, барабан представляет собой правильный цилиндр, расположенный горизонтально, а спираль ориентирована на той же оси, что и барабан, занимая все кольцевое пространство, как показано на фиг. 2. Расстояние между каждым витком спирали называется шагом. В варианте осуществления, показанном на фиг. 2, спираль 110 продолжается радиально в кольцевое пространство 30 из внутренней стенки барабана. В пределах объема правовых притязаний изобретения расстояние между витками спирали ("шаг") может изменяться по длине спирального элемента и может изменяться радиус витков спирали.
Соответствующая цапфа 18 и воздухонепроницаемые уплотнения предоставлены способом, известным рядовым специалистам в данной области, с целью обеспечить возможность относительного вращения барабана, внутренней трубы и/или спирального элемента по отношению к неподвижным входному кожуху 24 и выходному кожуху 16.
В устройстве твердое вещество контактирует только с газом из газоснабжения 90, а не с внешним воздухом снаружи барабана, хотя некоторый минимальный контакт может быть неизбежным. Таким образом, можно сказать, что система является "по существу герметичной" для внешнего воздуха, даже несмотря на то, что система не является герметично уплотненной. В предпочтительном варианте осуществления система является "закрытой" за счет того, что газ, вытягиваемый из барабана, доводится до кондиционного состояния в установке подготовки газа (не показано) и возвращается в зону входа газа. Альтернативно, может быть возможно задействовать "открытую" систему таким образом, чтобы газ из газоснабжения контактировал с пищевыми материалами в барабане, а после этого выпускался в атмосферу.
Спиральный элемент ограничивает газовый проход, показанный стрелками 92. Спиральный элемент сконфигурирован в кольцевом пространстве таким образом, чтобы газ не проходил в осевом направлении через кольцевое пространство кроме как вдоль показанного спирального пути. Может происходить некоторая утечка воздуха, но она должна быть незначительной.
На фиг. 1А барабан 10 имеет, по существу, цилиндрическую внутреннюю стенку, вращаемую вокруг горизонтальной продольной оси. Зона 140 входа газа и точка 130 входа твердого вещества находятся непосредственно на противоположных концах барабана по отношению к продольной оси так, что движение газа из газоснабжения 90 к выходу 94 газа представляет собой по существу противоток к движению твердого вещества через барабан. Режим противотока является предпочтительным для нанесения, такого как нанесение покрытия из жидкого сиропа на сердцевины кондитерских изделий в сочетании с высушиванием жидкого сиропа для образования сахарной оболочки, потому что контактирование осушающего воздуха, обладающего наиболее низкой влажностью, с твердым веществом ожидается ближе к концу обработки, в случае, когда требуется более интенсивное высушивание. Также, поскольку пыль от частиц твердого вещества и высушенного покрывающего материала становится суспендированной в газе, загруженный пылью газ переносится в направлении точки входа твердого вещества, в случае когда покрытие на твердом веществе является более жидким, так что газ контактирует с жидким покрывающим материалом, и пыль извлекается из газа за счет прилипания к частицам. Экран 120 или другая подходящая перегородка с отверстиями предупреждает увлекание частиц газом во входной кожух 24.
В других вариантах осуществления барабан может вращаться вокруг горизонтальной продольной оси, как показано на фиг. 1А, но зона входа газа и точка входа твердого вещества расположены непосредственно на одном и том же конце барабана относительно продольной оси, так что газ направляется вдоль прохода, по существу, сопутствующим образом по отношению к движению твердого вещества через барабан. Сопутствующая конфигурация является предпочтительной, когда ожидается, что покрывающий материал требует быстрого начального охлаждения для застывания на частицах твердого вещества, как, например, жидкий шоколадный покрывающий материал, застывающий на пищевом материале сердцевины. Сопутствующий, в данном контексте, означает, что зона входа газа находится в целом на той же стороне барабана, что и точка входа твердого вещества.
В случае, когда в качестве покрывающего материала используют шоколад, может быть желательно использовать сопутствующую конфигурацию, дополнительно способствуя образованию устойчивых полиморфных форм шоколада по мере их охлаждения. Данная конфигурация может предотвратить воздействие слишком холодного воздуха на шоколад, подвергая в то же время шоколадное покрытие действию немного более теплого воздуха, в случае, когда требуется повторная кристаллизация шоколада.
В вариантах осуществления внутренняя труба 20 представляет собой закрытый воздухонепроницаемый объем. В данном случае газоснабжение 90 вводят непосредственно в кожух 16, а затем в кольцевое пространство 30, в направлении газового прохода, обозначенного стрелками 92.
Как показано на фиг. 1В, также возможно предоставить проход 96 во внутренней трубе, через который газ подается из газоснабжения 90. Отверстия 98 во внутренней трубе 20 обеспечивают возможность потока газа из внутренней трубы в кольцевое пространство между барабаном и внутренней трубой. Дополнительный источник газа 91 (который может быть тем же самым, что и газоснабжение 90 или другим) может быть предоставлен непосредственно в кольцевое пространство. За счет добавления газа из внутренней трубы 20 в кольцевое пространство 30 по длине барабана можно регулировать температуру газа и состояние в различных точках процесса. Например, чтобы обеспечить усиленное испарение в случае, когда глазированные частицы твердого вещества являются более влажными, в направлении точки входа твердого вещества можно было бы добавить более теплый воздух. Стрелки 93, 95 и 97 показывают увеличение массовой скорости потока газа по длине барабана вследствие добавления газа из внутренней трубы 20 в различных точках вдоль барабана. Как и в варианте осуществления, показанном на фиг. 1А, газовый проход является "закрытым" в том смысле, что газ может двигаться только через барабан вдоль пути, ограниченного спиральным элементом 110.
Когда газ выходит из внутренней трубы 20, он следует по закрытому спиральному проходу к выходу 94 газа. Отверстия 98 могут быть размещены по необходимости по длине внутренней трубы 20. Например, отверстия могут быть размещены в определенных точках, а не вдоль всей длины трубы, как показано на фиг. 1B.
На фиг. 1В внутренняя труба 20 показана способной вращаться в направлении 112, противоположном направлению вращения 12 барабана 10. Внутренняя труба 20 может также вращаться в том же самом направлении, что и барабан 10, или внутренняя труба 20 может оставаться неподвижной. На фиг. 1В спираль 110 показана прикрепленной к внутренней трубе 20 и выступающей из нее радиально наружу.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 1А, в котором контакт газа с твердым веществом происходит в противотоке, внутри барабана зону контакта газа с твердым веществом ограничивает длина внутренней трубы. Зона входа твердого вещества простирается от точки, где заканчивается внутренняя труба, до точки 130 входа твердого вещества, где твердое вещество осаждается в барабане (на Фиг. 1А, это точно слева от экрана 120). Зона 140 входа газа простирается от газоснабжения 90 до начала внутренней трубы 20. Так как внутренняя труба 20, как правило, не простирается на всю длину барабана, газ имеет более высокую скорость в зоне контакта газа с твердым веществом, чем в зоне входа твердого вещества, по причине меньшей площади поперечного сечения, через которую газ протекает вдоль ее длины.
В зависимости от применения, размера барабана по отношению к внутренней трубе и желательной скорости потока газа в различных частях устройства, зона входа твердого вещества может иметь нулевую длину (в случае, когда твердое вещество осаждается на внутренней трубе) или зона входа твердого вещества может составлять от нуля до около 50 процентов длины барабана. Данная длина может находиться в диапазоне, равном от около 2 процентов до около 30 процентов длины барабана, а предпочтительно находится в диапазоне, равном от около 5 процентов до около 15 процентов длины барабана. В вариантах осуществления зона входа твердого вещества предпочтительно составляет от около одной до около двух длин шагов спирали от места, где твердое вещество входит в барабан. Оптимальная длина зоны входа твердого вещества будет зависеть от степени требуемого перемешивания (в зоне входа твердого вещества, в случае, когда скорость газа более низкая) по сравнению с требуемой степенью высушивания (в зоне контакта газа с твердым веществом, в случае, когда скорость газа более высокая).
В показанном варианте осуществления частицы твердого вещества добавляют в точке 130 входа твердого вещества для образования слоя частиц 36 в барабане. Распределительное устройство твердого вещества для распределения частиц твердого вещества по барабану может содержать бункер 50 и впускную трубу 60. Устройство дозирования потока, как, например, шнековый транспортер, ленточный транспортер или аналогичное устройство, известное рядовым специалистам, может быть использовано для дозирования желательного количества частиц твердого вещества. Ротационный воздушный затвор 54 обеспечивает возможность регулируемого входа продукта в устройство, минимизируя в то же время избыточное прохождение воздуха. Аналогичный ротационный воздушный затвор 84 на выходе 70 твердого вещества выполняет подобную функцию. Распределительное устройство 56 для текучего покрывающего материала распределяет текучий покрывающий материал, как, например, жидкий сахарный сироп, во впускной трубе 60. Впускная труба 60 имеет меньший диаметр, чем барабан так, чтобы текучий покрывающий материал, распределяемый из распределительного устройства 56 для текучего покрывающего материала, мог быть введен в тесный контакт с частицами твердого вещества перед введением частиц в барабан. Таким образом, жидкий сироп, сочащийся на частицы во впускной трубе 60, грубо распределяют на равномерной основе на большинство частиц перед достижением ими точки 130 входа твердого вещества. Данное начальное равномерное распространение во впускной трубе обеспечивает возможность для более быстрого и ровного распространения сиропа на поверхностях всех частиц в зоне входа твердого вещества в процессе беспорядочного движения в барабане. Добавление сиропа во впускной трубе также предотвращает стекание сиропа непосредственно на спираль.
Если текучий покрывающий материал представляет собой покрывающий материал, кристаллизующийся при охлаждении, как, например, шоколад или другой материал на жировой основе, может быть использовано распределительное устройство с регулируемой температурой для покрывающего материала (с использованием обогревания с помощью рубашки и т.п.) для сохранения кристаллизующегося покрывающего материала в текучем состоянии, когда покрывающий материал наносят на частицы твердого вещества.
В некоторых случаях может быть желательно использовать множество распределительных устройств для покрывающего материала во множестве точек вдоль барабана. В зависимости от покрывающего материала, может быть желательно минимизировать контакт покрывающего материала со спиралью. Соответственно, распределительное устройство градуировали по шагу спирали, или может быть предоставлено множество распределительных устройств, имеющих доступ в кольцевое пространство через внутреннюю трубу.
Например, нанесение шоколадного покрытия на твердые частицы может быть выполнено в устройстве с помощью системы многоточечного добавления шоколада (не показано). Наконечник для добавления шоколада располагают посередине между соседними витками спирали по длине барабана и с прохождением через конкретную точку внутренней трубы. Местоположение наконечника посередине между соседними витками спирали желательно для предотвращения стекания шоколада на спираль, где он мог бы быть смонтирован. Количество наконечников может быть приблизительно равно количеству витков спирали по длине барабана, хотя предпочтительно шоколад не должен добавляться на нескольких последних шагах между витками для того, чтобы позволить шоколаду полностью застыть перед выходом из барабана. Наконечники могут быть связаны с трубкой для доставки шоколада, установленной вдоль средней линии барабана, причем такую трубку можно снабжать через поворотный патрубок, присоединенный к концу кожуха барабана. Система синхронизации может обеспечить возможность накачивания шоколада на частицы, когда наконечники помещают над беспорядочным движением частиц в барабане. В данной конфигурации шоколад добавляют на протяжении только части вращения барабана, когда наконечники располагаются приблизительно над частицами.
В качестве еще одного примера, конфигурация наконечников также возможна в случае, когда шоколад добавляют к частицам на протяжении большей части вращения барабана. Во внутреннюю трубу врезают спиральную канавку для прохождения через нее каждого наконечника. Одна канавка наконечника занимает немного меньше чем 360 градусов вращения барабана и расположена посередине между соседними витками спирали. Синхронизирующий двигатель и система позиционирования могут быть разработаны, чтобы обеспечить возможность наконечникам поддерживать их нижнее местоположение по центральной линии, добавляя в то же время шоколад в течение немного меньше чем 360 градусов вращения барабана. Возвратно-поступательная система может быть предоставлена для остановки шоколадного потока и передвижения наконечников назад в свои начальные положения с высоким значением скорости, коррелирующим с вращением барабана на около 10 градусов. Затем наконечники могут повторить процесс добавления шоколада. Для предотвращения перепуска воздуха возможна конфигурация с заслонкой, резиновым уплотнением или щеткой для покрытия всех секций канавки, кроме случая, когда наконечник проходит в точке вращения.
При движении, придаваемом спирали, частицы твердого вещества проталкиваются через барабан к области 70 выхода твердого вещества. Длину и диаметр барабана подбирают, чтобы предоставить желательную продолжительность обработки частичек в барабане, рассчитывая диаметр барабана, шаг витков спирали, глубину слоя частиц, образующегося в барабане, и скорость кругового движения барабана. Больший барабан является предпочтительным, когда частицам необходимо сообщать большую энергию беспорядочного движения, и в случае, когда требуются большие скорости потока. Экономика процесса будет диктовать, является ли множество барабанов, расположенных в ряды, предпочтительным по сравнению с одним более большим барабаном. Для обычных вариантов применения в пищевой промышленности с частицами в диапазоне, равном от 1 мм до около 100 мм, ожидается, что подходящий диаметр барабана находится в диапазоне, равном от около 0,01 м до около 20 м, предпочтительно в диапазоне, равном от около 0,1 м до около 5 м. Длина барабана предпочтительно находится в диапазоне, равном от около 0,1 м до около 10 м.
Как правило, спираль вращается с барабаном, а барабан в целом способен вращаться со скоростью, равной от около 0,1 об/мин до около 20 об/мин. Предпочтительно для большинства режимов контакта газа с твердым веществом, включая нанесение покрытия, скорость, равная от 1 об/мин до около 5 об/мин, является достаточной. В большинстве вариантов применения для наиболее рациональных конфигураций устройств данная скорость вращения приводит к скорости потока твердого вещества, равной от около 0,1 кг/мин до около 100 кг/мин. Продолжительность обработки в барабане для большинства режимов нанесения покрытия и/или контакта газа с твердым веществом находится в диапазоне, равном от около 1 минуты до около 60 минут.
При необходимости глазированные частицы твердого вещества, выходящие из барабана, могут быть возвращены посредством конвейеров назад к впускному концу машины и введены с одновременной остановкой введения неглазированного продукта так, что дополнительный покрывающий материал может быть добавлен на поверхности.
Расстояние между соседними витками спирали должно быть, по меньшей мере, около в 3 раза больше ширины отдельных частиц для предотвращения забивания частицами витков спирали. Более предпочтительно шаг спирального элемента находится в диапазоне, равном от около 1 см до около 50 см.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 2, внутренняя труба разработана таким образом, что ее можно снять для очистки и обслуживания внутренней части барабана и для установки инструментов и/или оборудования для нанесения покрывающих материалов и для обеспечения требуемого осушающего воздушного потока. Ожидается, что диаметр внутренней трубы будет в диапазоне, равном от около 0,001 м до около 10 м. В вариантах осуществления внутренняя труба продолжается от первого конца барабана и простирается не на всю длину барабана, как описано выше. Длина внутренней трубы ограничивает зону контакта газа с твердым веществом. Таким образом, на фиг. 1А, от точки, где внутренняя труба 20 заканчивается, до точки, где твердое вещество падает в барабан в точке 130 входа твердого вещества, находится зона входа твердого вещества. От газоснабжения 90 до начала внутренней трубы 20 находится зона входа газа. Предпочтительно (по меньшей мере, в вариантах осуществления, в которых устройство используют для нанесения покрытия на частицы и высушивания) частицы твердого вещества можно подавать в барабан и глазировать текучим покрывающим материалом в зоне входа твердого вещества перед введением в контакт с значительным потоком осушающего воздуха. В случае, когда устройство используют для нанесения покрытия из сахарного раствора на шоколадные частицы вслед за высушиванием, было обнаружено, что пригодным к эксплуатации является барабан десятифутовой длины с внутренней трубой шестифутовой длины.
Если используют шоколад, аналогичное шоколаду вещество, материал на жировой основе (как, например, какао-масло) или другой покрывающий материал, кристаллизующийся при охлаждении, для сохранения материала в текучем состоянии в распределительном устройстве для покрывающего материала может быть обеспечено регулирование температуры. Оно может включать, например, обогревание с помощью рубашки, обеспеченное теплообменной текучей средой, электрические нагреватели и т.п.
Несмотря на то что в некоторых случаях может быть возможно подавать достаточно частиц твердого вещества в барабан для полного заполнения кольцевого пространства, в большинстве случаев более желательно иметь слой 36 частиц, образованный таким образом, чтобы имелось расстояние между верхом слоя 36 частиц и внутренней трубой 20, как показано на фиг. 1А. Данное расстояние упоминается, как кольцевой зазор между частицами и внутренней трубой. Размер кольцевого зазора выбирают, главным образом, для достижения требуемого воздушного потока и скорости, которые влияют как на эффективное нагревание, так и на скорость массопереноса и общий энергетический баланс между воздухом и частицами. В целом, глубина слоя частиц в самой глубокой точке находится в диапазоне, равном от около 10% до около 90% расстояния между внутренней стенкой барабана и внутренней трубой. Вследствие этого кольцевой зазор между частицами и внутренней трубой находится в целом в диапазоне, равном от около 90% до около 10% расстояния между внутренней стенкой барабана и внутренней трубой. В способе, осуществляемом на практике согласно изобретению, предпочтительно поддерживать предварительно заданный минимальный кольцевой зазор между частицами и внутренней трубой.
Газ, используемый в настоящем изобретении, для высушивания, охлаждения или нагреванияи, представляет собой, как правило, воздух, который был кондиционирован для удаления пыли и чтобы иметь точно определенное содержание влаги (точка росы) и температуру. Газ может быть удален из барабана на выходе 94 газа и кондиционирован установкой кондиционирования воздуха или "манипулятором" (не показано). Кондиционированный газ затем повторно подают в газоснабжение 90. Свойства газа будут зависеть от технологических требований, но, как правило, точка росы газоснабжения находится в диапазоне, равном от около -40°C до около 10°C, предпочтительно в диапазоне, равном от около -20°C до около 10°C. Скорость потока газа находится в целом в диапазоне, равном от около 0,01 кубических метров в секунду до около 100 кубических метров в секунду, а температура находится в диапазоне, равном от около -10°C до около 250°C. Устройство функционирует при околоатмосферном давлении, несмотря на то что фактическое давление может быть немного более высоким или низким.
ПРИМЕРЫ
Пример 1
В данном Примере устройство, имеющее конфигурацию, показанную на фиг. 1А, используют для непрерывного нанесения покрытия из сахарного сиропа на сердцевины кондитерских изделий. Барабан составляет 1,23 метра в диаметре с рабочим расстоянием между витками спирали, равным 15 см. Длина барабана составляет 3 метра. Диаметр закрытой воздухонепроницаемой внутренней трубы составляет 61 см, а длина составляет около 2,44 метра. К системе присоединена система кондиционирования воздуха для того, чтобы подавать воздух с желательной скоростью потока, температурой и влажностью. Воздух течет вдоль спирального прохода в противоток к движению твердого вещества.
Барабан для нанесения покрытия сбалансирован до 20°C посредством хранения в помещении при 20°C. Скорость барабана установлена на 2 об/мин. Исходные материалы, состоящие из чечевицеобразных шоколадных частей (называемых также "сердцевины") при 20°C и массе 0,6 грамм каждая, вводят в один конец барабана при скорости потока, равной 500 кг/ч. Глазировочный сироп, состоящий из 66,7 весовых процентов сахарозы и 33,3 весовых процентов воды накачивают на входящие части со скоростью потока, равной 7,5 кг/ч, в тот же самый конец барабана. Осушающий воздух накачивают в барабан в противоток к продуктовому потоку на противоположном конце барабана со скоростью потока, равной 15 кубических метров/мин. Воздушный поток увеличивают для получения более сухого продукта или уменьшают, чтобы оставить больше влаги в продукте. Температура воздуха составляет 50°C с точкой росы, равной -10°C. После приблизительно 10 минут продолжительности обработки глазированный продукт выходит из системы. Каждая часть глазированного продукта увеличивается по массе приблизительно на 1 весовой процент при каждом прохождении через систему. Потеря массы между добавляемым материалом и выходящим материалом состоит из воды, удаляемой осушающим воздухом.
Поток твердого вещества в устройстве приблизительно соответствует пробковому режиму потока. Вследствие этого после выхода первого глазированного продукта впуск открытых сердцевин может быть остановлен. Глазированный продукт может повторно направляться назад в зону входа твердого вещества барабана столько раз, сколько нужно для получения желательного последовательного количества слоев оболочки на каждой части. В настоящем примере время нанесения покрытия составляет около 250 минут. Следствием этого является то, что каждая часть проходит через спиральную установку для нанесения покрытия приблизительно 22 раза и обладает массой добавленной твердой сахарной оболочки, близкой к 20%. Данный процесс нанесения покрытия требует 21 кг уравнительного бункера в рециркуляционной петле для приема увеличения в массе/объеме продукта за счет добавления сахарной оболочки.
Если требуется, процесс нанесения сахарного покрытия альтернативно можно было бы выполнять с использованием последовательно 22 барабанов так, что не было бы потребности в рециркулировании. Рабочие состояния каждого последовательного барабана необходимо регулировать для учета большей массы входа по мере продвижения продукта. Первый барабан в последовательности должен наиболее предпочтительно быть задействован, как описано выше.
Пример 2
Устройство, по существу аналогичное устройству, показанному на фиг. 1А, с той же самой физической геометрией, которая описана в Примере 1, используют для выполнения непрерывного выпекания арахисовых крекеров. Исходный материал составляет 80 весовых процентов обжаренного в масле арахиса, глазированного 20 весовых процентов слоем густого теста при 20°C. Состав теста в расчете на сухую массу включает приблизительно 38% кукурузной муки, 38% кукурузного крахмала, 17% воды, 3% 43DE твердого вещества кукурузного сиропа, 2% аравийской камеди и 2% сахарозы. Покрывающий материал не добавляют внутрь устройства. Для того чтобы выпекать продукцию, в систему закачивают 30 кубических метров в минуту горячего воздуха (200°C), имеющего точку росы, равную 10°C. Скорость барабана устанавливают на 2 об/мин. Движение твердого вещества в устройстве регулируют для того, чтобы получать продукт с выходной температурой, равной 120°C. Впускную скорость потока твердого вещества уменьшают, если температура выходящего продукта падает ниже 120°C. И наоборот, скорость потока продукта увеличивают, если температура выходящего продукта превышает 120°C. Выпеченные арахисовые крекеры извлекают из устройства непрерывного действия готовыми к использованию или дальнейшей обработке. Поскольку один проход через систему доставляет желательный конечный продукт, необходимость в рециркулировании отсутствует.
Пример 3
Устройство по существу аналогично устройству, показанному на фиг. 1А, с той же самой физической геометрией, которая описана в Примере 1, используют для выполнения непрерывного нанесения покрытия из шоколада на обжаренный в масле арахис. Основное отличие состоит в том, что вместо трубы для добавления сиропа для нанесения шоколада на арахис в каждой из зон спирали используют трубопровод для шоколада возвратно-поступательного действия. Барабан для нанесения покрытия уравновешивают до 5°C посредством хранения в помещении при 5°C. Скорость барабана устанавливают на 4 об/мин. Исходные материалы, состоящие из обжаренного в масле арахиса (называемые также "сердцевины"), весящие 2 грамма каждый при 15°C вводят в барабан со скоростью потока, равной 1000 кг/ч. SOI шоколад наносят разбрызгиванием на арахис при 125 кг/ч равномерно вдоль первых двух третей длины барабана. Охлаждающий воздух при 5°C закачивают в барабан со скоростью потока, равной 50 кубических метров/мин, сопутствующим к продуктовому потоку образом в том же самом конце машины, где входит арахис. Воздушный поток увеличивают для получения более холодного продукта или уменьшают, чтобы обеспечить возможность большего выравнивания продукта. После приблизительно 5 минут продолжительности обработки глазированный продукт выходит из системы точно при 15°C или немного выше, если желательно большее выравнивание. Каждая часть глазированного продукта увеличивается по массе приблизительно на 11,1 весовых процентов при каждом прохождении через систему.
Поток твердого вещества в устройстве приблизительно соответствует пробковому режиму потока. Вследствие этого после выхода первого глазированного продукта впуск открытых сердцевин может быть остановлен. Глазированный продукт может повторно направляться назад в зону входа твердого вещества барабана столько раз, сколько нужно для получения желательной массовой доли шоколадной оболочки. В настоящем примере время нанесения покрытия составляет около 80 минут. Следствием этого является то, что каждая арахисовая сердцевина проходит через спиральную установку для нанесения покрытия приблизительно 11 раз. Состав итогового продукта включает две части шоколада на каждую 1 часть арахиса. Данный процесс нанесения покрытия требует приблизительно 167 кг уравнительного бункера в рециркуляционной петле для приема увеличения по массе продукта за счет добавления шоколада.
При необходимости, тот же самый процесс нанесения шоколадного покрытия мог бы альтернативно быть выполнен с использованием 11 последовательных барабанов. Может быть необходимо увеличение размера каждого барабан в последовательности по мере продвижения продукта для того, чтобы учесть большое увеличение продукта в объеме. Существует возможность, что условия процесса или сочетание геометрии барабана и условий процесса можно было бы также регулировать по мере продвижения продукта.
Вышеизложенные примеры и подробное описание сделаны исключительно для целей иллюстрирования и не должны считаться ограничением изобретения, которое определено в прилагаемой формуле изобретения.