Экструдер

Экструдер

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к оборудованию для экструзионной обработки пищевых продуктов и может быть использовано для производства экструдированных пищевых продуктов в различных отраслях пищевой промышленности, например, для производства кукурузных палочек, комбикормов и т.д.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является экструдер, состоящий из рабочей камеры с нагревательными элементами, шнека, подшипникового узла и оборудованный смесителем-пропаривателем [Производство комбикормов с применением экструзионной технологии. / А.И.Орлов, Н.М.Подгорнова. - М.: ЦНИИТЭИ ВНПО "Зернопродукт", 1990. - С.1-56. - (Сер. Комбикормовая пром-сть. Обзор, инфор.)].

Недостатками такого экструдера являются большие потери тепла, неравномерность подачи пара и, как следствие, неравномерное увлажнение продукта, а также относительно большие габариты представленной конструкции экструдера.

Технической задачей изобретения является улучшение качества готовой продукции вследствие предварительной тепловлажностной обработки паром за счет равномерного увлажнения, предварительного нагрева сырья и его интенсивного перемешивания, а также сокращение времени на обработку сырья и уменьшение габаритов экструдера.

Поставленная задача достигается тем, что экструдер, состоящий из загрузочного бункера рабочей камеры с нагревательными элементами, шнека, подшипникового узла, смесителя и пропаривателя, новым является то, что пропариватель расположен в загрузочном бункере и содержит наклонное двойное дно, расположенное под углом, большим угла естественного откоса перерабатываемого сырья, в наклонном дне имеются отверстия для подачи пара, число которых увеличивается в направлении движении сырья, в крайней нижней части наклонного двойного дна установлена трубка для отвода конденсата, смеситель соединен с корпусом экструдера с помощью подвижного фланцевого соединения, на наружной поверхности корпуса расположена венцовая шестерня, а внутри корпуса - цилиндрическая гильза, имеющая три зоны: зону транспортирования с лопатками, расположенными с углом подъема α, зону уплотнения продукта с углом подъема лопаток β и зону транспортирования продукта с углом подъема лопаток α.

На фиг.1 изображен общий вид предлагаемого экструдера; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.3 - развертка гильзы; на фиг.4 - вид В на фиг.3; на фиг.5 - крепление смесителя с рабочей камерой экструдера; на фиг.6 - наклонное двойное дно пропаривателя.

Экструдер (фиг.1-6) состоит из рабочей камеры 1 с нагревателями 18, шнека 2, матрицы 3 с формующим отверстием, смесителя 4, включающего в себя корпус 5 с венцовой шестерней 8, цилиндрическую гильзу 6 с лопатками 7 (фиг.2), загрузочного бункера 13 со шлюзовым питателем 17 и пропаривателя 16 с наклонным двойным дном 14.

Корпус 5 смесителя 4, в котором расположена цилиндрическая гильза 6, крепится к рабочей камере 1 экструдера и к подшипниковому узлу 19 с помощью фланцев 10 и полуколец 11 болтовым соединением (фиг.5) и совершает вращательное движение за счет крутящего момента, передаваемого через венцовую шестерню 8. Необходимая соосность вращения корпуса 5 смесителя 4 и шнека 2 создается с помощью центрирующих опорных подшипников 9 с сепараторами 12. Частота вращения смесителя 4 может меняться с помощью асинхронного электродвигателя, что существенно расширяет технологические возможности экструдера.

Гильза 6 на своей внутренней поверхности имеет лопатки 7 (фиг.3 и 4). По длине смесителя 4 можно выделить три зоны: I зона - зона транспортирования с частичным перемешиванием подаваемого продукта, которая составляет по длине около половины корпуса смесителя 5; II зона - зона уплотнения продукта, содержащая 2...5 рядов лопаток 7; III зона - зона транспортирования с передачей продукта от лопаток гильзы к шнеку 2, составляющая по длине оставшуюся часть гильзы 7. В I зоне угол подъема α лопаток 7 выполнен так, чтобы обеспечить поступательное движение продукта по длине смесителя, обеспечивая при этом необходимое перемешивание. Во II зоне угол подъема β лопаток 7 имеет меньшее значение по сравнению с I зоной, что обеспечивает интенсивное перемешивание продукта за счет пересечении потоков. Для обеспечения продвижения продукта ширина лопаток 7 во II зоне меньше, чем с I зоне, а шаг между ними больше, что связано с предотвращением возникновения пробок и возможного слипания предварительно обработанного в пропаривателе продукта. В III зоне угол подъема α лопаток 7 выполнен в том же направлении, что и в I зоне. Значения углов α и β определяются характеристиками исходного продукта и производительностью экструдера. Во всех трех зонах лопатки 7 располагаются в шахматном порядке, причем в I и III зонах смесителя шаг и расстояние между лопатками одинаковы, а во II зоне они принимают большее значение, что объясняется характеристиками продукта (коэффициент трения, угол естественного откоса, влажность).

Пропариватель 16 имеет наклонное двойное дно 14, расположенное под углом, большим угла естественного откоса обрабатываемого продукта. В дне 14 выполнены отверстия 20 для подвода пара. Причем для обеспечения равномерности подачи пара и поддержания устойчивого кипящего слоя обрабатываемого продукта число отверстий 20 по длине дна 14 увеличивается (фиг.6), их диаметр определяется минимальным размером частиц продукта. А также в крайней нижней части пропаривателя 16 имеется трубка 15 для отвода сконденсированного водяного пара.

Шнек 2 имеет два характерных участка: участок шнека 2 в смесителе 4, где он представляет собой гладкий цилиндрический вал постоянного диаметра, и участок шнека 2 в рабочей камере 1, в которой он выполнен с уменьшающимся свободным объемом. При вращении шнека 2 участок в смесителе 4 подвергается частичной очистке лопатками 7, что препятствует налипанию на него продукта и последующей порче под воздействием температуры.

Предлагаемый экструдер работает следующим образом.

Исходный продукт поступает через загрузочный бункер 13 в шлюзовый питатель 17 и из него в пропариватель 16. Через наклонное двойное дно 14 в пропариватель 16 подается насыщенный пар. При соприкосновении частиц продукта с паром влага мгновенно конденсируется на поверхности продукта, в результате чего происходит его быстрый прогрев. В пропаривателе 16 исходный продукт находится во взвешенном состоянии, что определяется скоростью подачи пара через отверстия 20 и транспортируется за счет угла наклона перфорированного дна 14. При этом достигается выполнение двух задач. Во-первых, за счет сконденсировавшейся влаги продукт приобретает заданную влажность, например 18%, т.к. именно такая влажность обеспечивает наилучший режим экструдирования. Во-вторых, за счет теплоты, подводимой паром, происходит частичная декстринизация крахмала и денатурация белков. Таким образом, продукт, поступающий в рабочую камеру экструдера, прошел начальную стадию гидротермической обработки.

Далее продукт поступает в смеситель. Назначение смесителя заключается не только в равномерном перемешивании продукта, но и в выдерживании его при определенной температуре для успешного протекания экструзионной варки. Во всех зонах смесителя продукт интенсивно перемешивается лопатками 7 и транспортируется за счет их установки под углом α и β.

В I зоне смесителя 4 продукт сначала перемешивается и транспортируется лопатками 7. Угол подъема α лопаток 7 в I зоне обеспечивает поступательное движение продукта по длине смесителя, обеспечивая при этом необходимое перемешивание.

За счет меньшего значения угла подъема β лопаток 7 во II зоне по сравнению с I зоной продукт интенсивно перемешивается за счет пересечения потоков; во II зоне происходит уплотнение продукта и вытеснение воздуха. В связи с тем, что ширина лопаток 7 во II зоне меньше, чем в I зоне, а шаг между ними больше, это предотвращает возникновение пробок и возможное слипание продукта.

В связи с тем, что в III зоне угол подъема а лопаток 7 выполнен в том же направлении, что и в I зоне, то в III зоне происходит транспортирование уплотненного продукта с передачей его от лопаток 7 к шнеку 2.

Затем продукт последовательно перемещается через зоны гомогенизации и дозирования при помощи вращающегося шнека 2. По мере продвижения продукта в зоне гомогенизации происходит превращение размягченных частиц в однородный расплав за счет возрастания давления. В зоне гомогенизации продукт окончательно переходит из твердой фазы в вязкопластичную; здесь происходит плавление в результате преобразования механической энергии рабочих органов экструдера в тепловую энергию и за счет внутреннего трения в самом продукте.

Давление расплава продукта в зоне дозирования достигает желаемого значения, происходит окончательное расплавление мелких включений и образуется расплав, однородный по структуре и температуре. Это позволяет для нормальной работы экструдера иметь заданную, однородную по сечению температуру расплава продукта и беспульсационное продвижение его с требуемым давлением в предматричную зону. Затем происходит продавливание продукта через выходное отверстие в матрице 3.

Таким образом, использование изобретения позволит:

- улучшить качество готовой продукции за счет равномерного увлажнения, предварительного нагрева продукта и его интенсивного перемешивания;

- сократить продолжительность процесса экструзии за счет предварительной тепловлажностной обработки продукта паром, обеспечивающей частичную декстринизацию крахмала и денатурацию белков;

- уменьшить габариты экструдера за счет размещения пропаривателя в загрузочном бункере и смесителя перед рабочей камерой.

Экструдер, состоящий из загрузочного бункера, рабочей камеры с нагревательными элементами, шнека, подшипникового узла, смесителя и пропаривателя, отличающийся тем, что пропариватель расположен в загрузочном бункере и содержит наклонное двойное дно, расположенное под углом, большим угла естественного откоса перерабатываемого сырья, в наклонном дне имеются отверстия для подачи пара, число которых увеличивается в направлении движении сырья, в крайней нижней части наклонного двойного дна установлена трубка для отвода конденсата, смеситель соединен с корпусом экструдера с помощью подвижного фланцевого соединения, на наружной поверхности корпуса расположена венцовая шестерня, а внутри корпуса - цилиндрическая гильза, имеющая три зоны: зону транспортирования с лопатками, расположенными с углом подъема α, зону уплотнения продукта с углом подъема лопаток β и зону транспортирования продукта с углом подъема лопаток α.