Смешивание и сортировка

План

Используемые при переработке растительного сырья

ТЕМА

Механические процессы,

Особенности проведения процессов

- измельчения,

- прессования,

- экструзии,

- сортирования, смешивания

при переработке растительного сырья

▲ Измельчение и резание

Измельчение – процесс механического деления обрабатываемого продукта на части с целью лучшего его технологического использования. Измельчение основано на воздействии сил, стремящихся преодолеть силы сцепления между частицами, в результате чего образуются новые поверхности. Механическое измельчение материала приводит к увеличению поверхности твердых веществ путем раздавливания, раскалывания, истирания и удара.

Процесс измельчения широко применяется в мукомольном, свеклосахарном, консервном, крахмалопаточном, спиртовом, пивоваренном, винодельческом и других производствах. Переработка материала в измельченном виде позволяет ускорить экстрагирование веществ, тепловую обработку материалов (например, в производстве пива на стадии затирании, в производстве спирта перед развариванием сырья, в маслоэкстракционной промышленности при извлечении масла, в том числе эфирных, ликероводочной – при получении морсов, настоев).

Измельчение может быть простым и избирательным. При простом измельчении продукт разрушается, проходя через измельчающее устройство один раз, а при избирательном измельчении (как правило, многократном) извлекаются частицы какого-либо одного вещества, причем процесс осуществляют последовательно.

На каждой стадии процесса измельчения получают частицы, отличающиеся теми или иными физическими свойствами. Это в дальнейшем облегчает разделение сыпучей смеси на фракции. Каждая фракция состоит из частиц более или менее однородных по составу. Например, измельчение ржи и пшеницы в сортовую муку основано на использовании различий структурно-механических свойств эндосперма и оболочек.

В основу системы построения сложного помола положен метод избирательного измельчения зерна и его частиц. Этот метод позволяет свести к минимуму дробление оболочек и извлечь максимальное количество эндосперма. Материал после измельчения поступает на классифицирующий аппарат, который отбирает крупные частицы и возвращает их на доизмельчение.

Выход муки, ее качество во многом зависят от совершенства процесса измельчения зерна. При большом измельчении снижается производительность машин, повышается расход энергии, а значит, увеличивается себестоимость продукции.

Виды измельчения.

В зависимости от размеров кусков (частиц) исходного материала до измельчения и размеров частиц уже измельченного материала процессы классифицируют следующим образом:

- крупное дробление,

- среднее дробление,

- мелкое дробление,

- тонкое измельчение,

- сверхтонкое измельчение и

- резание.

Основными критериями оценки эффективности процесса измельчения любых твердых тел являются:

1. степень измельчения, которую определяют как отношение суммарной поверхности частиц продукта после измельчения к суммарной поверхности частиц исходного продукта (например, в мукомольной промышленности – 20-50 мкм, в овощесушильной – 300-400 мкм);

2. удельная энергоемкость процесса;

3. удельная нагрузка на рабочий орган измельчающей машины.

Измельчение материала осуществляют путем разрушения его первоначальной структуры различными видами деформации: раздавливанием, раскалыванием, истиранием, ударом.

Рис. – Способы измельчения материалов: а – раздавливание;

б – раскалывание; в – истирание; г – удар

В зависимости от механических свойств и начальных размеров измельчаемого материала применяют один из указанных способов разрушения или их сочетание.

Крупное, среднее и мелкое дробление твердых и хрупких материалов целесообразно осуществлять раздавливанием, ударом и раскалыванием. Твердые и вязкие материалы в основном разрушаются раздавливанием и истиранием.

Тонкое и сверхтонкое измельчение проводят в основном в воде или других жидкостях для исключения пылеобразования и агломерирования (комкования) уже полученных сверхтонких частиц. Дробление и измельчение являются энергоемкими процессами.

Резание применяют, если требуется не только уменьшить размер кусков, но и придать им определенную форму(широко используется в консервной промышленности).

▲ Прессование

Прессование – механическая обработка различных продуктов давлением. При этом достигаются следующие цели:

1. обезвоживание под давлением;

2. формование пластичных материалов;

3. уплотнение сыпучих материалов (гранулирование, брикетирование, таблетирование).

1. Обезвоживание под давлением (отжатие жидкости прессованием) широко используется при выделении соков из ягод и плодов, масла из масличных семян, жира из шквары, воды из свекловичного жома. Одновременно с отжатием жидкости происходит уплотнение и брикетирование твердого остатка.

Обезвоживание проводят под действием избыточного давления, которое прикладывается к материалу. Избыточное давление может быть приложено к материалу двумя способами: давлением поршня в прессах или под действием центробежной силы в центрифугах.

Для отжатия жидкости используют прессы периодического или непрерывного действия, по способу создания рабочего давления – прессы механические и пневматические. При переработке фруктов и овощей с целью получения соков, при производстве ликеров и эссенций широко используют гидравлические прессы (плунжер приводится в движение жидкостью высокого давления).

В шнековых прессах, например, получают сок с большим количеством взвешенных частиц, но процесс его извлечения непрерывен, выход сока велик. В производстве конфет (пралине) используют двухшнековый формовочный пресс, в котором формование происходит созданием давления в конфетной массе и про-давливании ее через фильеру (плоский металлический диск с отверстиями). В маслоэкстракционном производстве применяют шнековые прессы, которые в зависимости от давления прессования и масличности выходящего жмыха делят на прессы предварительного (неглубокого) съема масла – форпрессы и прессы окончательного (глубокого) съема масла – экспеллеры.

В пневматическом прессе давление на прессуемый материал создается с помощью сжатого воздуха. При этом прессуемый материал не перетирается (например, при получении виноградного сока), не нарушается механическая структура кожицы, гребней и семян. Сок получается высокого качества.

Вальцевый пресс состоит из двух полых перфорированных валков, вращающихся навстречу друг другу и применяется для отжатая жидкости из картофельной мезги при производстве крахмала.

2. Процесс формования позволяет придать необходимую форму пластичным материалам при приготовлении теста для хлебобулочных, макаронных, кондитерских и других изделий, хлебопекарных дрожжей. При формовании часто используют экструзию.

Прессы, применяемые для формования пластических материалов, в зависимости от способа действия подразделяются на

- нагнетающие,

- закаточные,

- штампующие.

Нагнетающие прессы широко используют для формования макарон, вермишели, лапши, дрожжей и других продуктов. Такие прессы состоят из нагнетающего устройства и формующей матрицы (мундштука) с отверстиями нужного сечения и размеров.

Закаточные прессы (машины) применяются для придания тесту округлой формы (в хлебопечении). Это достигается прокатыванием куска теста между двумя поверхностями, которые движутся одна относительно другой.

Штампующие прессы необходимы при производстве печенья и карамели. Из прокатанного в ленту материала, движущегося по конвейеру, штампующим механизмом вырубаются изделия разнообразной формы и требуемого рисунка.

3. Уплотнение сыпучих материалов (прессование) применяют при производстве сахара-рафинада, пищевых концентратов. Брикетирование распространено в кондитерском производстве, в процессах утилизации отходов производства и др. Разновидности брикетирования – таблетирование и гранулирование. Таблетки и гранулы имеют меньшие размеры по сравнению с брикетами.

Промышленностью выпускаются гранулированные чай, кофе, пищевые концентраты, конфеты и другие продукты. Брикетирование, таблетирование и гранулирование способствуют повышению качества и продолжительности использования продукта, уменьшению потерь, улучшению транспортировки и др.

Применяется два способа гранулирования: сухой и мокрый. При первом способе сухой продукт перед прессованием пропаривают, иногда добавляют жидкие связующие добавки (масло растительное и др.). При втором способе в продукт (например, муку) добавляют горячую воду (70-80 °С) в количестве, обеспечивающем получение теста с влажностью 30–35 %, затем формуют гранулы.

▲ Экструзия

Гранулирование и формование проводят в экструдерах с целью получения готовых изделий или полуфабриката при комплексном воздействии давления, температуры, влажности и напряжения сдвига.

Подготовленное сырье (гранулы, порошок и др.) поступает к шнеку, перемещающему его вдоль корпуса. Продукт внутри рабочей камеры движется по сложной траектории, при которой увеличивается степень сжатия.

Продукт, уплотняясь, нагревается в результате преобразования механической энергии рабочих органов машины в тепловую.

Образующаяся масса перемещается шнеком к матрице и при определенном давлении выпрессовывается через ее отверстия. Форма экструдата определяется формой отверстий в матрице, устанавливаемой на выходе из экструдера.

После выхода продукта из отверстий матрицы в результате резкого перепада температуры и давления (между зоной высокого давления (~25 МПа) и зоной атмосферного давления) происходит мгновенное испарение влаги (скорость высвобождения энергия примерно равна скорости взрыва), что приводит к образованию пористой структуры и увеличению объема экструдата (вспучиванию). В результате «взрыва» продукта происходят глубокие преобразования его структуры: разрыв клеточных стенок, деструкция, гидролиз.

Для производства экструдированных продуктов с определенными функциональными свойствами применяют три основных способа экструдирования пищевого сырья:

• Холодная экструзия – в материале происходят только механические изменения вследствие медленного его перемещения под давлением и формования этого продукта с образованием заданных форм. При холодной экструзии массовая доля влаги в сырье составляет 30–60 %. Способ применяют при выработке мучных изделий, макарон, плавленых сыров, конфетных масс, мясного фарша и др.;

• Тепловая экструзия – сырье (влажность 18-30%) подают в экструдер и наряду с механическим воздействием подвергают его еще и тепловому воздействию. Происходит частичная клейстеризация крахмалсодержащих материалов влажностью 20-40% с последующей обжаркой или выпечкой;

• Варочная (горячая) экструзия – процесс протекает при высоких скоростях и давлениях, значительном переходе механической энергии в тепловую, что приводит к различным по глубине изменениям в качественных показателях материала. Затем материал сушат или обжаривают и покрывают вкусовыми добавками. Таким способом получают сухие завтраки, хлебцы, сухие напитки, супы, мясопродукты.

Преимущества экструзии – совмещении в одном экструдере ряда процессов: диспергирования, перемешивания, гомогенизации, термической обработки (охлаждения), формования и сушки.

Смешивание – процесс образования однородных систем из сыпучих материалов и пластических материалов. Смешивание широко применяют в пищевой промышленности. Его осуществляют механическим, гидравлическим, пневматическим и некоторыми другими способами.

Машины, используемые для смешивания, называют смесителями. Применяют для смешивания различных партий муки на хлебозаводах, сыпучих компонентов в кондитерском производстве.

Сортирование – метод разделения сыпучих сред на составные, однородные фракции. Имеется три вида классификаций зернистых материалов на фракции:

1. механическая – разделение на ситах (грохочение);

2. гидравлическая – разделение смеси на фракции в зависимости от скорости оседания частиц в жидкости;

3. воздушная сепарация – разделение смеси твердых частиц на фракции в зависимости от скорости отстаивания частиц в воздухе.

Различают виды разделения продукта:

- сортирование по качеству в зависимости от органолептических свойств (цвета, состояния поверхности, консистенции),

- разделение по величине на отдельные фракции (по крупности и форме),

- по аэродинамическим свойствам, удельному весу и др.

Если при сортировании продукта процесс разделения происходит на ситах, то его называют просеиванием. Сортирование же сыпучего продукта путем пропуска через перфорированные стальные листы (решета), проволочные сетки или колосники, выполненные из параллельных стержней, называют грохочением.

Просеивание используют не только для сортирования продуктов измельчения на однородные фракции, но и для разделения неоднородных материалов (например, для очистки зерна от примесей).

Для сортировки продукта, отличающегося по величине, используют ситовые сепараторы. В пищевой промышленности применяют разнообразные сита: пробивные из тонкой листовой стали со штампованными отверстиями; плетеные (проволочные) из круглой металлической проволоки; тканые из шелковых нитей, капрона, нейлона или перлона.

Формы отверстий сит бывают круглые, продолговатые, квадратные и прямоугольные. Для сепарирования гречихи используют сита с отверстиями треугольной формы. На ситах с круглыми отверстиями (с разными по диаметру отверстиями) можно провести сортировку продукта по фракциям, отличающимся шириной отдельных зерен. Сита с продолговатыми отверстиями применяют для разделения (сортировки) продукта на фракции, отличающиеся толщиной. Ситовые сепараторы применяют также для сортировки зерен, отличающихся как по ширине, так и по толщине.

Машины для просеивания могут иметь плоские или цилиндрические сита. Плоские сита способны совершать возвратно–поступательное, круговое и вибрационное движение, а цилиндрические – вращательное движение.

Виды сепараторов.

Основными машинами для разделения продукта, отличающегося аэродинамическими свойствами, являются воздушные сепараторы.

Для сортировки продукта, отличающегося шириной, толщиной и аэродинамическими свойствами, пользуются воздушно–ситовыми сепараторами.

Чаще всего сепараторы необходимы в зерноперерабатывающих организациях. В зерновых сепараторах сходом приемного сита отделяют грубые примеси, сходом второго сортировочного сита (разгрузочного) получают крупное зерно, а проходом – мелкое.

Для сортирования продукта, отличающегося длиной (или шарообразные), применяют дисковые триеры, имеющие ячейки. В зависимости от того, какие примеси попадают в ячейки, их называют куколеотборниками (происходит отбор примесей круглой формы, в частности такой зерновой примеси как куколь, который имеет шарообразную форму) или овсюгоотборниками (происходит отбор примесей, отличающихся от основного зерна длиной, в частности такая примесь как овсюг имеет вытянутое длинное зерно).

Характерной особенностью современных схем подготовки зерна к помолу является широкое использование машин для выделения примесей и сортирования зерна по аэродинамическим признакам: концентраторов, пневмосортировальных столов, пневмоаспираторов, дуоаспираторов и др.

Применение концентратора для разделения зерновой массы на две фракции по плотности (доброкачественное крупное зерно и легковесное мелкое) особенно эффективно при подготовке к помолу твердой пшеницы для получения макаронной крупки высокого качества.

На мельницах для сортирования продуктов размола применяют рассевы, в которых используют шелковые, капроновые, металлотканые сита определенных номеров.

Для разделения неоднородных сыпучих систем по признаку различия магнитных свойств компонентов используются магнитные сепараторы, с помощью которых извлекаются металломагнитные примеси. Магнитное сепарирование основано на притягивании и удержании магнитами ферромагнитных материалов.

Сортирование проводят также при товарной обработке плодов, овощей, картофеля. Сортирование продукции по качеству проводится на переборочных столах или транспортерах.

Многие виды плодов и овощей после сортирования калибруют, т.е. разделяют на группы по размеру (например, по поперечному диаметру) или массе.

Дата добавления: 2015-05-10