Главная База знаний "Allbest" Производство и технологии Разработка технологии производства продуктов высокой степени готовности из отечественного полизлакового сырья

Разработка технологии производства продуктов высокой степени готовности из отечественного полизлакового сырья

Совершенствование технологических процессов производства продуктов высокой степени готовности из зернового сырья казахстанской селекции. Оценка технологических процессов измельчения зернового сырья, смешивания и экструдирования полизлаковой смеси.

Рубрика Производство и технологии
Вид научная работа
Язык русский
Дата добавления 06.03.2014
Размер файла 3,2 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Страница:

Несмотря на тенденции снижения объемов машиностроительного производства, из-за отсутствия заказов на капитальное строительство и реконструкцию, номенклатура оборудования для мукомольно-крупяной промышленности расширилась. Машиностроительные предприятия России, Украины и Беларуси предлагают более 900 наименований высокотехнологичного оборудования для мукомольно-крупяной промышленности, оснащенных современными автоматизированными системами и измерительными средствами. Налажено производство более 150 моделей вспомогательного оборудования.

Вместе с тем актуальным направлением является освоение машиностроительными предприятиями оборудования для крупяных заводов, пищеконцентратной промышленности, продуктов высокой степени готовности и многие виды шелушильного, упаковочно-фасовочного, взвешивающего оборудования.

Проведенный анализ современного состояния транспортно-технологического комплекса предприятий по переработке зерна показал, что имеются предприятия, которые работают по сокращенным и упрощенным технологическим схемам и на оборудовании, которое не обеспечивает производство высококачественной и конкурентоспособной продукции. Такие предприятия требуют модернизации материально-технической базы, применения современных технологий и новых достижений науки.

В результате проведенного анализа установлены следующие основные системные проблемы, характерные для всех отраслей пищевой и перерабатывающей промышленности:

– недостаток сельскохозяйственного сырья с определенными качественными характеристиками для промышленной переработки;

– неразвитость системы экспресс-анализа качества зерна;

– моральный и физический износ технологического оборудования, недостаток производственных мощностей по отдельным видам переработки сельскохозяйственного сырья;

– низкий уровень конкурентоспособности производителей пищевой продукции на внутреннем и внешнем продовольственных рынках, за исключением пшеничной муки;

– неразвитая инфраструктура хранения, транспортировки и логистики товародвижения пищевой продукции;

– недостаточное соблюдение экологических требований в промышленных зонах организаций пищевой промышленности.

Слабая материально-техническая база организаций пищевой и перерабатывающей промышленности и неразвитая инфраструктура хранения, транспортировки сырья не позволяют комплексно перерабатывать исходное сырье и создавать оптимальные условия для хранения, что приводит к дополнительным потерям, снижению безопасности и качества.

Недостаточен уровень внедрения в производство современных видов упаковки, что позволит решить вопросы повышения качества и безопасности продукции, оптимизации процесса товародвижения.

Отсутствие высвобожденных финансовых средств у предприятия, что в значительной степени тормозит процесс модернизации и внедрения ресурсосберегающих безотходных технологий, диверсификацию производства, решение экологических проблемы.

Наряду с внедрением нового оборудования необходимо повысить уровень автоматизации технологических процессов; внедрить систему автоматического контроля операции взвешивания, очистки зерна от мелких и легких примесей, контроля влажности зерна и расхода воды; системы автоматической стабилизации увлажнения зерна, контроля и управления эффективностью сортирования промежуточных продуктов, степени измельчения; систему контроля выходов и качества готовой продукции.

Для решения задачи повышения конкурентоспособности продукции отечественных товаропроизводителей, создания условий для обеспечения импортозамещения в отношении социально значимых продуктов питания и наращивания экспортного потенциала необходимо осуществить:

– разработку государственных мер по проведению разумной протекционистской политики с целью обеспечения импортозамещения в отношении продукции, имеющей социальное значение;

– выстраивание приоритетов для проведения модернизации промышленности;

– внедрение современных методов управления и системы интегрального контроля показателей качества и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов на этапах переработки, транспортирования и хранения;

– внедрение технологий производства продуктов высокой степени готовности, полуготовности, а также разработка щадящих режимов переработки растениеводческой продукции, с сохранением питательных веществ в химическом составе;

– внедрение биотехнологий, технологий замкнутого цикла с более эффективной выработкой целевого продукта, с сокращением потерь сырья, производством пищевых и кормовых продуктов с различными функциональными свойствами, что позволит повысить степень переработки сырья, расширить ассортимент выпускаемой продукции и нарастить кормовую базу для животноводства и птицеводства, решить экологические проблемы;

– обеспечение всей продукции упаковкой, которая позволит сохранить ее качество и безопасность, создание и внедрение в производство новых упаковочных материалов с антимикробными добавками, которые продлевают срок годности продукции, а также биоразлагаемой упаковки;

– подготовку современного квалифицированного промышленно-производственного персонала с учетом требований инновационной экономики;

– внедрение энергосберегающих технологий, обеспечивающих глубокую переработку зерна, повышающих выход готовой продукции с единицы зернового сырья;

– упорядочить производство мукомольно-крупяной продукции, расширение ее ассортимента и повышение качества, сокращение импорта продуктов на злаковой основе за счет увеличения собственного производства;

– внедрение новых технологий по утилизации отходов крупяного производства (лузги) с получением кормовых продуктов, сырья для фармацевтической промышленности;

– внедрение современного технологического оборудования, обеспечивающего улучшенную подготовку зерна к помолу, и за счет этого снижение на 30 % расходов энергоресурсов на переработку зерна и повышение выхода готовой продукции;

– внедрение технологий по выпуску продуктов быстрого приготовления или готовых к употреблению продуктов.

Принимаемые меры по развитию пищевой и перерабатывающей промышленности будут ориентированы на решение основных системных проблем, формирование нового промышленного потенциала, модернизацию и развитие инноваций в отраслях пищевой и перерабатывающей промышленности, повышение качества жизни различных социальных слоев населения. Проведение модернизации мукомольно-крупяной промышленности позволит повысить степень переработки зерна, расширить ассортимент вырабатываемой продукции, вовлечь в хозяйственный оборот вторичные ресурсы, снизить удельный расход энергоресурсов на единицу выпускаемой продукции.

1.6 Основные технологические процессы производства полизлаковых продуктов

Построение технологического процесса переработки зерновых культур в крупы повышенной пищевой ценности сводится к соблюдению следующих условий [13]:

– размещение поступающего на предприятие зерна с учетом показателей его качества;

– рациональное и равномерное использование различных по качеству партий зерна путем составления заранее разработанной смеси;

– расширение ассортимента крупяной продукции и улучшение экономических показателей предприятия;

– построение взаимозаменяемого технологического процесса по схеме, т.е. возможность на одном комплекте технологического оборудования перерабатывать раздельно две-три крупяные культуры, что обеспечивает максимальное использование существующей базы предприятия;

– основной комплект оборудования зерноочистительного отделения может быть использован для очистки нескольких культур;

– при необходимости установки дополнительного технологического оборудования необходимо устанавливать обводные самотечные трубы, предусматривая возможность исключения той или иной машины из процесса переработки;

– вместимость емкостей должна быть рассчитана по той культуре, у которой натура меньше, а углы наклона самотечных труб и уклон днищ емкостей по культуре, у которой угол естественного откоса больше;

– при переводе завода (цеха) с переработкой одной культуры на другую заменять сита в сепарирующих и просеивающих машинах и режим аспирационного оборудования;

– однотипным является комплект машин для сортирования продуктов сортирования зерна (рассева, крупосортировочные машины), камнеотделительные;

– для рекомендуемой технологии характерно использование и одного типа шелушителя ударно-истирающего действия, предусматривая переработку пшеницы, ячменя, овса, (можно включить и переработку таких культур как рожь, кукуруза, горох), изменение режима предварительного их увлажнения и кратковременного отволаживания и режима работы шелушильной системы;

– построение технологического процесса по комбинированной (унифицированной) схеме предусматривает наиболее эффективное использование сырья и оборудования;

– правильный режим работы отдельных машин с учетом технологических особенностей перерабатываемого зерна, равномерной загрузки технологического и энергетического оборудования;

– упаковку готовой продукции установленной стандартной массой и маркировку в строгом соответствии с вырабатываемым ассортиментом;

– систематический контроль технологического процесса и качество сырья, промежуточных продуктов и готовой продукции;

– строгое соблюдение санитарно-гигиенического режима, установленного действующими санитарными правилами;

– оформление операций с зерном, готовой продукцией, побочными продуктами, отходами и тарой в соответствии с действующими инструкциями;

– установку и уход за магнитной защитой (аппаратами) в соответствии с нормами и правилами.

Контроль технологического процесса, качества сырья и готовой продукцией ведется с целью выявления и налаживания режимов переработки зерна на условия, обеспечивающих получение продукции наиболее высокого качества, с высоким выходом, наиболее полного использования сырья и оборудования. Контроль ведется лабораторией путем лабораторного анализа поступающего зерна, промежуточных продуктов, готовой крупой и отходов, отобранных в контрольных точках технологического процесса, и обслуживающим персоналом на рабочих местах.

Технологическое оборудование по очистке должно обеспечивать эффективное разделение примесей (таблица 5).

Таблица 5 - Эффективность работы зерноочистительных машин

Оборудование

Эффективность работы

Сепараторы, аспираторы с замкнутым циклом воздуха (после всех последовательных пропусков)

Полное отделение крупного сора;

Отделение мелкого и легкого сора не менее 95 %

Камнеотборники

Отделение минеральной примеси не менее 95 %

Триера

Отделение длиной и короткой примеси не менее 80-85 %

Технологическая эффективность работы шелушильных машин характеризуется следующими данными (таблица 6).

Таблица 6 - Эффективность работы шелушильных машин

Культура

Наименование шелушильного оборудования

Эффект работы

Просо

Вальцедековый станок

Количество шелушенных зерен после системы шелушения должно составлять 90-95 %. Количество дробленого ядра после шелушения не должно превышать 5 %

Овес

Шелушитель истирающего принципа действия

Количество шелушенных зерен после шелушения должно составить не менее 96 %. Количество дробленых частиц ядра не должно превышать 5-6 %

Ячмень

Шелушитель истирающего принципа действия

Количество нешелушенных зерен в пенсаке не должно превышать 5 %

Пшеница

Шелушитель истирающего принципа действия

Количество дробленых зерен не должно превышать 15 %, снижение зольности после шелушения должно составить 0,07-0,09 %

Качество зерна перед 1-ой шелушильной системой, после очистки и увлажнения, должно соответствовать следующим показателям (таблица 7).

Таблица 7 - Качество партий зерновых культур, направляемых на шелушение

Культура

Влажность, %, не более

Сорная примесь, %, не более

в том числе, %, не более

минеральной примеси

куколя

головни и спорыньи

горчака и вязеля

Просо

13,5

14,5

0,3

0,1

-

0,03

0,02

Овес

10,0

14,0

0,3

0,1

0,1

0,03

0,02

Ячмень

15,0

0,4

0,1

-

0,03

0,02

Пшеница

14,5

0,4

0,1

0,1

0,03

0,02

Подготовка зерновых культур в зерноочистительном отделении крупозавода. Технологический процесс подготовки зерновых культур в зерноочистительном отделении должен обеспечить:

– производительность, необходимую для ритмичной работы завода в целом;

– эффективную очистку зерна от примесей;

– эффективную обработку поверхности (шелушение) зерна;

– кондиционирование зерна в соответствии с установленными режимами.

При построении схемы подготовки зерна следует руководствоваться рекомендуемой последовательностью технологических операций и порядком применения систем и машин, указанной в таблице 8.

Технологический процесс переработки ячменя в крупу повышенной пищевой ценности. Схема подготовки ячменя к переработке в крупу ведется по взаимозаменяемой технологии (рисунок 9).

Таблица 8 - Порядок применения системы машин для подготовки зерновых культур к переработке в крупу (по взаимозаменяемой схеме)

Наименование операций технологического процесса

Ячмень

Овес

Просо

Допускается переработка ржи, тритикале, риса, кукурузы

Прием зерна из зернохранилища

+

+

+

+

Формирование помольных партий

+

+

+

+

Взвешивание

+

+

+

+

Сепарирование

+

+

+ (трехкратное)

+

Выделение минеральной примеси

+

+

+

+

Выделение коротких примесей

+

+

-

+

Выделение длинных примесей

+

+

-

+

Выделение металломагнитных примесей

+

+

+

+

Увлажнение зерна

+

+

-

+

Кратковременное отволаживание

+

+

-

+

Интенсивная обработка поверхности зерна (шелушение)

+

+

3-х системное шелушение на вальцедековом станке

+

Выделение легкой примеси

+

+

+

+

Сортирование продуктов шелушения

+

+

+

+

Рисунок 9 - Технологическая схема подготовки зерновых культур к переработке в крупу (взаимозаменяемая схема)

В соответствии с рисунком 9, ячмень в зерноочистительном отделении очищают путем:

– однократного пропуска всей зерновой массы через сепаратор с кольцевым ситом, в котором производят очистку от примесей, отличающихся от основного зерна по ширине, толщине, плотности с установкой сит 2,4х20 (мм) и 2,2Ч20 (мм);

– однократного пропуска через камнеотделитель для выделения минеральной примеси;

– однократного пропуска через овсюгоотборники, для выделения овса, овсюга и других примесей, отличающихся от ячменя по длине;

– при необходимости однократного пропуска через куколеотборник, для выделения куколя, вьюнка и гречишки вьюнковой.

Мелкий ячмень, получаемый на сепараторе проходом через сито 2,2Ч20 мм, направляют в бурат для контроля мелкого зерна, где проходом через сито Ш 1,6 мм из мелкого зерна извлекают отходы III категории.

Перед шелушением без сортирования на фракции ячмень подвергают предварительному увлажнению в увлажнительных машинах с последующим отволаживанием 10-15 мин, прирост влаги в зерне составляет не более 1,0- 1,5 %. Шелушение ячменя производят на машинах ударно-истирающего принципа действия. К нешелушенным зернам в пенсаке относят зерна, полностью сохранившие цветковую пленку.

Продукт (пенсак), провеивают в аспираторе для отделения лузги и направляют на сортирование в рассевах по фракциям крупности (рисунок 10).

В соответствии с рисунком 10 сортирование пенсака по крупности осуществляют на ситах Ш4,0, Ш3,5, Ш3,0 мм. Проход сит Ш3,0 мм пропускают через рассев с ситами Ш2,5 мм и Ш2,0 мм. Сходом сита Ш3,5-3,0 мм получают фракцию пенсака, который направляется на шлифовальные системы для получения крупы № 1, № 2 лишь только для небольшого округления ядра.

Рисунок 10 - Технологическая схема получения крупы повышенной пищевой ценности из ячменя (типа перловой)

Проход сита Ш3,0 мм дробленая фракция пенсака направляется на дополнительное просеивание на сита Ш2,5 мм, Ш2,0 мм, схода которых направляются на получение крупы № 3.

Шелушенный ячмень (пенсак) пофракционно направляют на шлифование, используя машины типа А1-ЗШН, с последующим провеиванием на аспирационных машинах.

Сортирование продуктов шлифования осуществляют в рассевах А1-БРУ с использованием следующих сит (мм):

– крупа № 1 - Ш3,5; 3,0;

– крупа № 2 - Ш2,5; № 063;

– крупа № 3 - Ш3,0; № 063.

Крупу каждого номера пропускают через магниты и направляют в емкости готовой продукции.

В результате переработки ячменя в крупу повышенной ценности выход продукции соответствует данным таблицы 9.

Таблица 9 - Ассортимент и выход продукции при переработке ячменя

Продукты переработки

Выход, %

Крупа перловая:

№ 1

38-40

№ 2

25-28

№ 3

5-7

Итого крупы

70

Кормовая мучка

17,0

Лузга

7,0

Мелкий ячмень

3,0

Отходы I-II категории

1,0

Отходы III категории и механические потери

0,7

Усушка

1,3

Технологический процесс переработки овса в крупу повышенной пищевой ценности. Технология подготовки овса к переработке в крупу осуществляется по взаимозаменяемой схеме (см. рисунок 9). Очистку зерна от сорных примесей, щуплых и недоразвитых зерен производят путем однократного пропуска через сепаратор с кольцевым рабочим ситом, которое устанавливают с размером отверстий 1,8Ч20 мм. Затем зерновую массу дополнительно очищают в триерах, куколеотборнике (мелкую фракцию) и овсюгоотборнике (крупную фракцию) от примесей, отличающихся от овса по длине.

Мелкое зерно контролируют в буратах, где проходом сит с отверстиями (1,3ч1,5)Ч20 мм выделяют мелкие примеси.

Перед шелушением без сортирования зерна по фракциям крупности овес подвергают предварительному увлажнению в увлажнительных машинах с последующим отволаживанием 5-10 мин, прирост влаги составит в зерне не более 1,0-1,5 %.

Шелушение овса осуществляют без деления на фракции на машине ударно-истирающего действия. Продукты шелушения провеивают для отбора мучки от лузги. Отделение ядра от шелушенных зерен производят на падди-машинах. Для этой цели можно применить дисковый овсюгоотборник.

После отвеивания лузги в аспираторе смесь ядра овса, дробленки, нешелушеных зерен сортируют в рассеве А1-БРУ.

Сходом сита с отверстиями 1,8Ч20 мм получают овсяную крупу целую, проходом - дробленку, сходом сита с отверстиями 2,0Ч20 мм оставшиеся зерна нешелушенного овса направляют на повторное шелушение.

Выход продуктов переработки овса представлен в таблице 10.

Таблица 10 - Ассортимент и выход продукции при переработке овса

Продукты переработки

Выход, %

Крупа овсяная недробленая

53

Мучка и дробленка кормовая

8

Отходы I-II категории

2,8

Лузга

27

Мелкий овес

5

Отходы III категории и механические потери

0,7

Усушка

3,5

Итого

100

Технологический процесс переработки проса в крупу повышенной пищевой ценности. В соответствии с рисунком 11 очистку проса от сорных примесей, мелких и недоразвитых зерен (остряка) производят путем:

– однократного пропуска через экспериментальный сепаратор с кольцевым ситом;

– однократного пропуска через камнеотборную машину;

– дополнительного пропуска через сепаратор для разделения на две фракции крупности или рассев АI-БРУ.

Рисунок 11 - Технологическая схема получения овсяной недробленой крупы повышенной пищевой ценности

Обработку поверхности проса производят путем трехкратного последовательного пропуска через однодековые шелушители (вальцедековые станки). Шелушение крупной и мелкой фракции проса на 1-й шелушильной системе производят раздельно. Характеристика валков вальцедековых станков представлена в таблице 11.

Таблица 11 - Характеристика валков вальцедековых станков

Система

Окружная скорость, м/с

Зернистость абразивного материала

№ по ГОСТ 3647-71

соотношение

1-я шелушильная

15,5

80, 63

1:1

2-я шелушильная

15,5

63, 50

1:1

3-я шелушильная

15,5

63, 50

1:1

Количество шелушенных зерен и дробленого ядра в продуктах, которое должно быть после шелушения проса в вальцедековых станках, представлено в таблице 12.

Таблица 12 - Количество шелушенных зерен и дробленого ядра в продуктах после шелушения проса в вальцедековых станках

Система

Шелушенные зерна, % не менее

Дробленое ядро, % не более

После 1-й системы

80-90

2,0

После 2-й системы

90-95

3,7

Полученное пшено-дранец не подвергают шлифованию, а направляют на двукратное провеивание и в емкость готовой продукции.

Выход продукции при переработке проса в крупу повышенной ценности соответствует данным таблицы 13.

Технология производства полизлаковых продуктов высокой степени готовности на основе цельносмолотого зернового сырья. Составляется мучная смесь в соответствии с разработанной рецептурой. В качестве сырья для составления полизлаковой смеси используют муку из цельносмолотого зерна ячменя, кукурузы, овса, гречихи и проса.

Таблица 13 - Ассортимент и выход продукции при переработке проса

Продукты переработки

Выход, %

Крупа пшено-дранец

69

Дробленка кормовая

2

Мучка

5,5

Лузга

15,5

Отходы I-II категории

7

Отходы III категории и механические потери

0,5

Усушка

0,5

Итого

100

В соответствии с рисунком 12 технологический процесс производства полизлаковых продуктов питания высокой степени готовности предусматривает эффективное ведение следующих технологических процессов: дозирование, смешивание, экструдирование, охлаждение, упаковка и складирование готовой продукции.

Способ производства полизлаковых продуктов питания высокой степени готовности заключается в следующем. Для ведения технологического процесса производства полизлаковых продуктов высокой степени готовности применяют следующее технологическое оборудование: транспортирующие механизмы 1, просеиватель муки 2, оперативные бункера 3, дозаторы 4, цепной (или шнековый) транспортер 5, смеситель 6, экструдер 7, барабанная сушилка 8 и бункер для готовой продукции 9.

Исходное мучное сырье (мука из цельносмолотого зерна овса, гречихи, проса, кукурузы и соевая обезжиренная мука) в соответствии с научно-обоснованной рецептурой подается транспортирующим устройством 1 в просеиватель муки 2, в результате чего удаляется крупная примесь (слежавшиеся комочки муки и посторонние включения).

Рисунок 12 - Технологическая схема производства экструдированных полизлаковых продуктов высокой степени готовности

При этом режим работы просеивателя должен обеспечивать максимальное отделение выделение крупной примеси (слежавшихся комочков муки) и исключать попадание в отходы более 1 % муки. В просеивателях устанавливают металлотканые ситовые полотна размером 056.

Номера сеток проволочных тканых с квадратными ячейками принимают по ГОСТ 3826-66, ГОСТ12184-66 и ГОСТ 3924-74.

Содержание посторонней примеси в очищенной муке, а также металломагнитной примеси (следы) не допускается.

Далее мучное сырье подается в оперативные бункера 3 для создания сырьевого запаса на технологической линии. После чего равномерным потоком в соответствии с заданной рецептурой сыпучее мучное сырье подается в автоматические дозаторы 4, отвешенные порции мучного сырья цепным (или шнековым) транспортером 5 подаются в лопастной смеситель 6, для получения однородной по составу полизлаковой смеси. Полученная смесь загружается в пищевой экструдер 7, где в результате высокотемпературной экструзии происходит разрушение полимерной структуры основных компонентов крахмалосодержащего сырья, клейстеризация и желатинизация, вызванная действием высокой температуры, возникающей при переходе механической энергии (энергии трения материала о поверхность экструдера и внутреннего трения материала при его перемещении) в тепловую энергию, вызывая при этом набухание крахмала в полизлаковой смеси. Экструдирование полизлаковой смеси осуществляется горячим способом. Оптимальные параметры процесса приведены в таблице 14.

Оптимальный режим работы экструдера отрабатывали на пробах муки 1 сорта. Установив равномерную нагрузку на рабочие органы экструдера, поочередно засыпались экспериментальные пробы полизлаковой смеси в приемный бункер питателя экструдера. Для различия продуктов высокой степени готовности в полизлаковую смесь добавили незначительное количество пищевого красителя, который придает продукту светло-зеленую окраску.

Таблица 14 - Технологические параметры процесса экструзии

Наименование параметра экструзии

Значение

начальное

конечное

Виды экструзии

горячий

Массовая доля влаги, %

10

20

Температура, °С (на выходе, готовой продукции)

130

250

Давление, МПа

12

25

Число оборотов, об/мин

80

250

Преимуществом процесса экструзии методом "горячей экструзии" является то, что в зоне плавления экструдера достигается средняя температура 170-180 °С, при этом происходит разрушение полимерной структуры основного компонента (крахмалосодержащего сырья), клейстеризация и желатинизация набухших зерен крахмала, которая может быть вызвана действием высокой температуры, возникающей при переходе механической энергии (энергии трения материала о внутреннюю поверхность рабочих органов экструдера и внутреннего трения материала при его перемещении) в тепловую энергию. В результате экструзии наблюдается сохранение белковых веществ наряду с превращением полисахаридов в более легкоусвояемые олигосахариды.

Наибольшим изменениям в процессе экструзионной обработки подвергается углеводный комплекс сырья, особенно крахмал. Степень изменения крахмала в этом случае зависит от ряда факторов: свойств исходного материала; скорости и предела повышения температуры нагрева; интенсивности механического воздействия; состояния крахмальных полисахаридов; количества влаги.

По мере поступления продукта в зону выпускного устройства подключали барабанную сушилку 8. Полученные гранулы (экструдат) после экструдера охлаждают в барабанной сушилке 8, при установившемся режиме работы, который обеспечивает температуру охлажденных гранул не более чем на 10 °С выше температуры окружающей среды.

Барабанная сушилка представляет собой консольно закрепленный, вращающийся перфорированный цилиндр, на внутренней поверхности которого радиально закреплены лопасти, направленные в сторону выпуска готовой продукции.

После охлаждения продукт поступает в бункер для готовой продукции 9, оборудованный выпускными устройствами, и далее в склад готовой продукции.

1.7 Структурно-механические свойства полизлакового сырья

Зерновое сырье представляется собой твердую дисперсную систему, которую в процессе переработки в продукты питания подвергают различным механическим воздействиям.

В результате механического нагружения зернового сырья, в процессе переработки, имеют значение такие реологические свойства, как упругость, прочность, твердость (жесткость), текучесть, хрупкость, внешнее трение и т.д. [14-29].

Прочность определяет способность материала оказывать сопротивление разрушающему воздействию внешних сил в процессе технологической обработки (измельчение, смешивание, гранулирование).

Для оценки прочности используют различные меры контроля: предел текучести, временного сопротивления, предел прочности и т.д.

Предел прочности ур представляет собой такое напряжение, в результате которого происходит разрушение материала. В свою очередь величина ур зависит от вида деформации (разрыв, сжатие, сдвиг, срез и т.д.), так как предел прочности различен у каждого материала.

Для описания упругих свойств материалов используют особые величины [14-29]:

– модуль упругости Юнга

(1)

– коэффициент Пуассона

(2)

– модуль сдвига

(3)

– объемный модуль упругости

(4)

где у - нормальное напряжение; ф - касательное напряжение; е1 - продольная деформация; е2 - поперечная деформация; г - деформация сдвига.

Жесткость - свойство материала сопротивляться деформирующему воздействию приложенных сил, при этом сохраняя неизменную форму и взаимное расположение структурных элементов.

В случае простых деформаций, в пределах выполнимости закона Гука, жесткость численно определяется как произведение модуля упругости или модуля сдвига на некоторые физические характеристики тела [14-29]:

– при растяжении-сжатии, произведение модуля упругости на площадь поперечного сечения: ;

– при сдвиге, произведение модуля сдвига на площадь поперечного сечения: ;

– при изгибе, произведение модуля упругости на осевой момент инерции: .

В таблице 15 приведены показатели структурно-механических свойств зерна различных культур при двух значениях влажности [30].

Все приведенные выше величины не являются постоянными, они подвержены изменениям под влиянием ряда факторов (влажность, температура, геометрические параметры материала и т.д.). Для большинства материалов значения коэффициента Пуассона лежат в границах 0,2-0,5, отношение модуля упругости к модулю сдвига - в пределах 2…3, отношение модулей упругости при всестороннем и одностороннем сжатии - 0,3…3,3.

Существенное влияние на прочностные свойства зерна оказывает консистенция эндосперма, его стекловидность. Пластические свойства сильнее выражены у зерна с мучнистым эндоспермом, особенно повышенной влажности [30].

Таблица 15 - Структурно-механические свойства зерна различных культур

Культура

Влажность, W,%

Предел прочности, ур, МПа

Модуль упругости, Е, МПа

Пшеница

11,6

17,0

5,20/5,68

3,20/3,70

40,2/45,0

19,8/20,5

Ячмень

11,6

17,0

4,90/5,10

3,40/3,89

37,7/42,5

18,9/22,8

Овес

11,6

17,0

3,60/3,80

1,25/1,80

15,0/19,0

3,7/4,6

Кукуруза

11,6

17,0

9,50/10,2

7,80/8,30

100,8/110,5

14,5/15,8

Гречиха

11,6

17,0

3,89/4,15

1,87/2,49

21,6/27,7

7,9/9,8

Просо

11,6

17,0

4,30/4,56

2,36/2,86

26,9/32,6

9,9/13,7

По своей структуре зерновое сырье является сыпучим материалом, в этой связи имеется способность принимать форму емкости и возможность движения потоком делают сыпучий материал похожим на жидкость, но каждая отдельная, индивидуальная частица проявляет все свойства твердого тела. В отличие от жидкостей сыпучие материалы имеют ограниченную подвижность, определяемую силами взаимодействия частиц в местах контакта их поверхностей. Эти силы зависят от сил трения, возникающих при перемещении частиц относительно друг друга, и сил сцепления, которые определяются их физико-механическими свойствами [14-29].

Каждая отдельная зерновка является примером простого поведения материала при нагружении и является идеально упругим телом, состояние которого описывается уравнением Гука [14-29]:

(5)

где G - напряжение сдвига, Па; г - скорость сдвига, с-1.

Реологическое состояние простейшего вязкоупругого твердого тела описывается законом Кельвина [14-29]:

(6)

Уравнение кинетики деформации выводят, интегрируя уравнение (6):

(7)

где - период упругого последствия.

Скорость деформации [14-29]:

(8)

Причем состояние равновесия достигается при значении .

После нагрузки негуковского тела деформация медленно уменьшается и может быть описана уравнением [14-29]

(9)

Сложным же вязкоупругим телам, которые обладают упругим последствием и релаксацией, дается описание уравнением Максвелла-Томсона [14-29]

(10)

где - период упругого последствия (ползучести); - период релаксации.

Течение твердых тел наблюдается при превышении критического напряжения - предела текучести. Но при этом, кроме обратимой упругой деформации, происходит остаточная пластическая деформация. При длительном нагружении достигается предел прочности, при превышении которого твердое тело разрушается. Это явление можно наблюдать при таких процессах, как измельчение, дробление и резка, и поэтому имеет важное технологическое значение.

При разрушении без существенных изменений формы, говорят о хрупком разрушении, а при значительном изменении формы, говорят о вязком разрушении [14-29].

полизлаковый смесь зерновой экструдирование

1.8 Анализ существующих технических и технологических решений по производству продуктов высокой степени готовности и круп быстрого приготовления

Современные технологии по приданию потребительских свойств пищевым продуктам применяют большое многообразие различных технологических средств и оборудованиями. Так, например, для придания более выровненного гранулометрического состава применяют измельчающие устройства, для равномерного распределения компонентов, входящих в рецептуру полизлакового продукта, применяют смесители, для повышения степени готовности применяют машины для экструдирования [31-66].

На сегодняшний день казахстанский спрос на технологическое оборудование для зерноперерабатывающей промышленности в большей степени удовлетворяется за счет продукции машиностроительных комплексов ближнего и дальнего зарубежья. Так на рынке технологического оборудования присутствуют такие компании как ОАО "ВНИИКП", ЗАО "Агроэскорт" (РФ, г.Санкт-Петербург), АО "КБ Химмаш" (РФ, г.Москва), фирмы "Спроут-матадор", "Амандус Каль" и "Элеваатормельмаш", ЗАО "Совокрим", НПО "Агро-Симо-Машбуд", АО "Мельинвест", АО "Белохолуницкий машзавод", Кропоткинский завод "ЭММ", ЗАО "Жаско", ОАО "Прибордеталь", Днепропетровский завод "Продмаш", открытые акционерные общества "Точмаш", "Тензом", "Технекс" (РФ, г. Екатеринбург), АО "Ростпродмаш", фирма "TRIPL-F" и многие другие [67].

Измельчающие машины. Процесс измельчения зернового сырья является основным и энергоемким технологическим процессом на зерноперерабатывающих предприятиях. Современный уровень энергетических затрат в зависимости от вида вырабатываемой продукции составляет от 40 до 70 % всех энергетических затрат на их производство [32, 33, 39, 57,58, 68].

Разнообразие физико-механических свойств зернового сырья и технологические требования к степени измельчения частиц предусматривает использование различных методов измельчения [69,70-72]. При этом эффективность процесса измельчения зависит от характера и вида приложенной на тело нагрузки. Условное обозначение и краткая характеристика измельчающих машин приведена в таблице 16.

Таблица 16 - Условные обозначения измельчающих устройств

Наименование и краткая характеристика устройства

Условное обозначение

Дисковая мельница с перфорированными дисками. Конструкция устройства позволяет измельчать следующие продукты: сахар, какао-бобы (порошок), крахмал, горчица, мускатные орехи, перец. Скорость вращения рабочего органа 80-160 м/с

Размещено на http://www.allbest.ru/

Машина типа дробоструйного аппарата. Конструкция устройства позволяет измельчать следующие продукты: сахар, какао-бобы (порошок), сухой белок, желатин, пектин, перец, гранулированные супы. Скорость вращения рабочего органа 40-120 м/с

Размещено на http://www.allbest.ru/

Крыльчатая ударная мельница. Конструкция устройства позволяет измельчать водоросли, перец, лекарственные растения, жмых, сухие овощи. Скорость вращения рабочего органа 50-70 м/с

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дисковая ударная мельница. Конструкция устройства позволяет измельчать следующие продукты: сухое молоко, лактоза, сухая молочная сыворотка, пластмассы, обычные хлебные злаки. Скорость вращения рабочего органа 70-90 м/с

Размещено на http://www.allbest.ru/

Шаровая вибрационная мельница. Конструкция устройства предназначена для тонкого или сверхтонкого помола какао-массы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вальцовая дробилка. Конструкция устройства позволяет измельчать зерновое сырье, солод, плоды, жмых

Размещено на http://www.allbest.ru/

Молотковая корзиночная мельница. Устройство позволяет измельчать альгинат, лекарственные корневища и кору, листья и стебли табака. Скорость вращения рабочего органа 40-50м/с

Размещено на http://www.allbest.ru/

Зубчатая дисковая мельница. Конструкция устройства позволяет измельчать грильяж, кофейный экстракт, головки и кубики сахара, пластмассу, зерновые продукты. Скорость вращения рабочего органа 4-8 м/с

Размещено на http://www.allbest.ru/

Молотковая мельница. Конструкция устройства предназначена для измельчения крупнокусковых продуктов, жмыхов, обезжиренной кости, зерна и зерновые продукты. Скорость вращения рабочего органа составляет 40-50 м/с

Размещено на http://www.allbest.ru/

Машины типа жернова (жерновой постов). Конструкция устройства позволяет измельчать зерно и продукты его переработки.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Шаровая мельница. Конструкция устройства позволяет измельчать какао-массу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Гранулятор. Конструкция устройства предназначена для измельчения сухих овощей, фруктов и других пищевых продуктов, которым необходимо придать определенный гранулометрический состав. Скорость вращения основного рабочего органа составляет 5-18 м/с

Размещено на http://www.allbest.ru/

Воздушно-электронная мельница. Устройство не применяется в пищевом производстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

Струйная мельница. Устройство не применяется в пищевом производстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

Машина роторно-барабанного типа с винтовыми ножами. Конструкция устройства предназначена для измельчения грубых и сочных кормов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Бичевая машина. Конструкция устройства позволяет измельчать зерновое сырье и продукты его переработки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Соломосилосорезка. Конструкция устройства предназначена для измельчения грубых кормов для крупнорогатого скота

Размещено на http://www.allbest.ru/

Машина системы шнек-нож-решетка. Устройство предназначено для измельчения овощей, фруктов, мясных и других пищевых продуктов в пастообразную среду

Размещено на http://www.allbest.ru/

Шнековая или челюстная дробилка. Конструкция устройства позволяет измельчать известковую и каменистую породу при производстве строительных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Конусная дробилка. Устройство предназначено для измельчения хрупких и не очень прочных материалов.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Ножевая мельница. Конструкция устройства позволяет измельчать мясокостное сырье, крупнокусковые материалы.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Конусная коллоидная мельница. Конструкция устройства предназначена для измельчения овощей и фруктов при приготовлении концентрированных соков

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дробилка с зубчатыми рифлеными валками. Конструкция устройства предназначена для измельчения крупнокусковых продуктов растительного происхождения, а также для предварительного измельчения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Классификация измельчающих машин приведена в зависимости от методов воздействия рабочих органов на обрабатываемый материал (таблица 17) [69, 70-72]. Обзор существующих инженерных решений показал, что существует большое количество конструкций измельчаемых устройств, применяемых в технологических схемах пищевых производств.

При этом установлено, что наиболее часто конструкции измельчающих устройств совмещают несколько способов воздействия рабочих органов на обрабатываемый материал.

Например, вальцовый станок реализует одновременно сжатие, сдвиг и срез зернового сырья, машина типа жернова реализует сжатие и истирание, молотковая дробилка совмещает следующие виды измельчения - свободный удар и срез, а также сдвиг и истирание продуктов размола между рабочими органами.

Для измельчения зернового сырья на зерноперерабатывающих предприятиях наибольшее применение нашли вальцовые станки и молотковые дробилки. Для доизмельчения промежуточных продуктов размола применяют дезинтеграторы, дисковые, ножевые, штифтовые, зубчатые, а также плющильные станки и др.

Анализ конструкций измельчающих устройств показал, что применяемые в пищевой и зерноперерабатывающей промышленности оборудования имеют существенные технологические недостатки. В связи с этим, повышение эффективности процесса образования новых поверхностей и разработка усовершенствованных конструкций измельчающих устройств представляет собой практический интерес.

Смешивающие машины. На предприятиях по переработке зернового сырья после дозирования измельченного сырья для получения однородной по составу смеси, в которой содержание компонентов в любом ее объеме не должно отличаться от содержания их во всей смеси, применяют самые разнообразные смесители, отличающиеся как по принципу действия, так и по конструктивному исполнению. Их можно подразделить на две группы по принципу действия: периодического и непрерывного. По конструктивным признакам различают смесители: лопастные, барабанные, шнековые, вибрационные, вертикальные, горизонтальные, одновальные и двухвальные. Ниже приведена классификация смешивающих машин (таблица 17)

Таблица 17 - Классификация смешивающих устройств

Наименование смесителя

Условное обозначение

1

2

I. Лопастные смесители

Смеситель с прямыми лопастями и вертикальным вращающимся валом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Смеситель с вращающимися пропеллерными лопастями и цилиндрическим неподвижным корпусом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Смеситель с фигурными лопастями различной конфигурации, имеющий вертикальные и наклонные оси вращения

Размещено на http://www.allbest.ru/

Высокоинтенсивный смеситель со штыревыми и фигурными месильными лопастями

Размещено на http://www.allbest.ru/

Горизонтальный смеситель с вращающимися лопастями и неподвижной емкостью

Размещено на http://www.allbest.ru/

II. Шнековые смесители

Одновальные горизонтальные шнековые смесители непрерывного действия

Червячно-лопастные смесители; одно- и двухвальные с горизонтальными камерами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Шнековые смесители с вертикальными камерами

Размещено на http://www.allbest.ru/

III. Дисковые смесители

Вертикальный смеситель с гладким диском

Размещено на http://www.allbest.ru/

С оребренным диском для более интенсивного смешивания

Размещено на http://www.allbest.ru/

С гладким диском и приемным оребренным конусом

Размещено на http://www.allbest.ru/

С тормозными сегментами, применяются для вязкопластичных смесей

Размещено на http://www.allbest.ru/

С дисками в форме тарелок, способствующие усилению осевого перемещения

Размещено на http://www.allbest.ru/

IV. Барабанные смесители

Горизонтальный смеситель периодического принципа действия

Размещено на http://www.allbest.ru/

Горизонтальный смеситель с несколькими радиальными перегородками

Размещено на http://www.allbest.ru/

Горизонтальный смеситель, выполненный в виде многогранного цилиндра

Размещено на http://www.allbest.ru/

Горизонтальный смеситель с закрепленными направляющими лопастями

Размещено на http://www.allbest.ru/

Барабанный, наклонный смеситель с внутренней поверхностью, имеющей наклонные рифли

Размещено на http://www.allbest.ru/

Барабанный, наклонный бочкообразный смеситель, с внутренними лопастями

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лопастной смеситель, размещенный на вибрирующей платформе

Размещено на http://www.allbest.ru/

Горизонтальный лопастной вибросмеситель с неподвижным корпусом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тарельчатый смеситель, где вибрация возникает в результате течения жидкости по волнистой поверхности тарелки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Горизонтальный вибросмеситель с цилиндрической камерой, разделенной на две зоны

Размещено на http://www.allbest.ru/

Наклонный смеситель, представляющий собой закрепленный на качающихся опорах наклонный или горизонтальный металлический желоб

Размещено на http://www.allbest.ru/

Гидродинамический вибрационный смеситель

Размещено на http://www.allbest.ru/

Повышение требований к качеству выпускаемых полизлаковых смесей потребовало создания нового поколения смесителей, обеспечивающих однородность готовой смеси не менее 92...95 %.

Ведущими машиностроительными заводами разработаны смесители периодического и непрерывного действия, позволяющие смешивать с высокой однородностью компоненты комбикормов, премиксов, белково-витаминно-минеральных добавок и сыпучих продуктов с жидкостями: мелассой, жиром животным, маслом растительным.

В основу конструкции двухвальных лопастных смесителей периодического действия положен "псевдоожиженный" метод смешивания, позволяющий смешивать компоненты с различными размерами частиц и разной объемной массой, и обеспечивающий получение однородной смеси за достаточно короткий промежуток времени.

Смесители выпускаются в двух исполнениях: для смешивания сыпучих продуктов и для смешивания сыпучих продуктов с жидкими компонентами. Во втором исполнении в смесителе дополнительно устанавливается роторный разрыхлитель и распределительный коллектор с форсунками.

Основные достоинства смесителей: высокое качество смешивания, однородность смеси составляет 95 %, быстрое смешивание; время смешивания для сыпучих продуктов не превышает 1 мин; время смешивания сыпучих продуктов с жидкими компонентами составляет 2...5 мин в зависимости от количества ввода жидких компонентов в диапазоне от 1 до 4 %; быстрое время разгрузки; время разгрузки составляет 5...10 с, возможность ввода жидких компонентов (жира, мелассы, масла растительного и др.) в количестве от 1 до 4 %.

Анализ технических характеристик, приведенных выше, показал, что увеличение производительности устройства приводит к увеличению энергоемкости процесса, а также замедлению кинетики смешивания увеличивая продолжительность технологической операции.

Ввиду малой изученности процесса, отсутствия универсальной физической модели перераспределения частиц материала внутри смесителя, необходимы экспериментальные и теоретические исследования кинетики смешивания с целью совершенствования методов расчета и конструкций смесителей.

Таким образом, создание новых и модернизация существующих смесителей часто базируется на данных экспериментальных исследований без детального изучения кинетики процесса смешивания сыпучих компонентов полизлаковой смеси. Одним из возможных путей совершенствования смесительного оборудования для сыпучих материалов является применение конструкций смесителей с возможностью упорядоченного перемещения частиц внутри рабочей камеры смесителя, а также разработка методики расчета основных режимных и конструктивных параметров, которые обеспечивают данные перемещения частиц и стабильное достижение требуемого качества смеси имеет практический интерес [78-80].

Машины для экструдирования. В настоящее время все большее распространение и признание в рационе человека получают пищевые продукты высокой степени готовности, полученные путем применения различных способов экструзионной обработки зернового сырья [81].

На рынке технологического оборудования присутствуют следующие марки экструдеров: КМЗ-2У, КМЗ-2М, КМЗ-2, ПЭК-125Ч8, экструдеры фирмы "TRIPL-F" модель "Insta-pro" и др. Например, в экструдере ПЭК 125Ч8 сырье нагревается как в результате преобразования механической энергии рабочих органов машины в тепловую энергию, так и вследствие дополнительно регулируемого внешнего источника теплоты электрообогрева.

Основной технологической машиной для производства продуктов высокой степени готовности является экструдер. В соответствии с принятой классификацией экструдеров систематизированы типы машин по различным признакам. В соответствии с рисунком 13, по типу основного рабочего органа, экструдеры подразделяют на одно- и двухшнековые, многошнековые, дисковые, поршневые, валковые, винтовые, шестеренные и комбинированные. Конструкции экструдеров также могут быть классифицированы: по частоте вращения рабочего органа на тихоходные и быстроходные; по конструктивному исполнению - на стационарные, с вращающимся корпусом, с горизонтальным расположением рабочего органа; по физическим признакам - с коротким шнеком (автогенные), с большим уклоном режущей кромки матрицы, с незначительным уклоном режущей кромки матрицы [82-89].

Конструкция экструдера состоит из следующих основных узлов и деталей: корпуса, оснащенного нагревательными и охлаждающими элементами, рабочего органа (в данном случае, шнека), размещенного в корпусе, профилирующей матрицы с фильерами различной конфигурации, узла загрузки перерабатываемого продукта, силового привода, системы задания технологических параметров процесса и поддерживания температурного режима и других контрольно-измерительных и регулирующих устройств.

Основным рабочим органом экструдера является шнек усиленной конструкции, который компонуется из отдельных взаимозаменяемых элементов различной конфигурации. Конструктивные и кинематические параметры шнека определяют технологические режимы обработки сыпучих материалов, производительность установки и качество готового продукта.

Сущность процесс экструзии заключается в том, что в зоне плавления экструдера, под действием вращающегося прессующего шнека с возрастанием давления Р (горячая экструзия - до 25 МПа), происходит разрушение полимерной структуры основных компонентов крахмалосодержащего сырья, клейстеризация и последующая его желатинизация, вызванные высокой температурой t (до 120-250 °С), возникающей при переходе механической энергии (энергии трения материала о поверхность экструдера и внутреннего трения материала при его перемещении между рабочими поверхностями рабочего органа) в тепловую энергию, в результате чего происходит активная термомеханическая деструкция. После, при выходе массы из матрицы, происходит "взрывание" продукта и разрыхление его структуры в результате резкого падения давления и температуры [81].

Такая обработка приводит к различным по глубине изменениям в сырье. В результате экструзии наблюдается сохранение белковых веществ наряду с превращением полисахаридов в более легкоусвояемые олигосахариды, при этом наблюдается повышение питательной ценности пищевых продуктов.

Экструдеры могут функционировать в автономном (заданном) режиме с помощью автоматизированной системы задания и контроля технологическими параметрами давления и поддержания температурного режима процесса экструзии, а также других контрольно-измерительных и регулирующих устройств.

Для контроля эффективности предусмотрена автоматизированная система, позволяющая регистрировать возрастающие значения частоты вращения шнека - n (мин-1), переменные значения давления в предматричной зоне устройства Р (МПа).

Эффективность работы устройства регулируется путем контроля следующих параметров:

– влажности экструдируемого материала, W (%);

– температуры в различных зонах экструдера t, (°С);

– частоты (скорости) вращения шнека экструдера n, (мин-1);

– давления в рабочей зоне Р (МПа).

Влияние влаготермической обработки на свойства основных компонентов сырья. Для оптимизации технологического процесса производства экструдированных продуктов необходимо знать физико-механические и биохимические свойства перерабатываемых материалов и их возможные изменения в процессе переработки.

Помимо свойств экструдируемого материала на консистенцию продукта оказывает влияние эффект полного взаимодействия целого ряда факторов, таких как частота вращения шнека и температура. Это подтверждает положение о том, что экструзия является процессом комплексного воздействия на материал влаготермических напряжений.

Наибольшим изменениям в процессе экструзионной обработки подвергается углеводный комплекс сырья, особенно крахмал. Степень изменения крахмала в этом случае зависит от ряда факторов: свойств исходного сырья; скорости и предела повышения температуры нагрева; интенсивности механического воздействия; состояния крахмальных полисахаридов; количества воды.

Таким образом, взаимодействие основных параметров экструдирования и индивидуальные особенности обрабатываемого материала определяют глубину изменения свойств производимой продукции.

Рассматривая преимущества экструдера необходимо отметить то, что конструкция экструдера позволяет совмещать несколько технологических операций в одной машине: перемешивать, сжимать, нагревать, стерилизовать, варить и формовать сырье практически одновременно.

Страница:


Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.

© 2000 — 2023, ООО «Олбест» Все права защищены