Машины для тонкого измельчения сырья

При тонком измельчении полученные частицы имеют максимальные размеры до 60... 100 мкм. Потребность в таком измельчении возникла в связи с производством соков с мякотью, консервов для детского питания, концентратов, каш и др. Для тонкого измельчения используют три типа машин: дезинтегратор, коллоидную мельницу и гомогенизатор.

Дезинтегратор показан на рис. 1, а. Продукт измельчается остроребдистыми лопатками 3, смонтированными в цилиндрическом сите 4 на быстроходном валу 5, частота вращения которого 1000...20000 мин-1.

Сырье подается в приемный бункер корпуса 2, где крупные частицы дробятся лопатками 1 и отбрасываются к нижерасположенным лопаткам, которыми продукт снова разрезается, и т. д. Две нижние пластинки имеют на своих торцах рабочие кромки, с помощью которых и осуществляется дробление сырья и протирание его через сетку.

Более удобна компоновка узлов дезинтегратора, показанная на рис. 1, б.

Дезинтеграторы измельчают продукт достаточно тонко, до размера частиц менее 100 мкм, а отходы при этом незначительны.

Коллоидная мельница представляет собой дисковую мельницу, измельчающий механизм которой имеет разное исполнение (рис. 2).

Измельчающий механизм с корундовой (абразивной) шайбой (рис. 2, а) образован из одной неподвижной (статор) и одной роторной шайб (ротор вращается с частотой 3000 мин^-1). Под действием центробежной силы в зазоре между шайбами происходят тонкое дробление, разбивание, смешивание и гомогенизация (область Г).

Рис. 1. Дезинтегратор

Измельчающий механизм с корундовыми щелями (рис. 2, б) предназначен для измельчения продуктов, чувствительных к температуре. Шайбы в них заменены щелями, смонтированными в стальной шайбе. Рабочий орган зубчатого измельчающего механизма (рис. 2, в) представляет собой конусы с наклонными зубьями. Тонкое измельчение продукта происходит в области II.

Статор ножевого измельчающего механизма (рис. 2, г) состоит из решетчатой шайбы 3, решетчатой поверхности 2 и пространства 6, а ротор — из ножа 4 и лопатки 5. Продукт нарезается ножом 4 грубо и отталкивается к шайбе 3, где дополнительно еще раз нарезается (область III). От лопатки 5 продукт отбрасывается в отводящий короб 1. Лопатки 7 служат для грубого дробления поступивших крупных частиц.

Загрузочное устройство коллоидной мельницы (рис. 3) выполнено съемным и снабжено разными измельчающими элементами. Самое тонкое измельчение продукта достигается корундовыми шайбами. Они коррозие- и износостойки, но чувствительны к температуре, поэтому при работе для их охлаждения подается холодная вода. При грубом измельчении продукта, но высокой производительности применяют зубчатый измельчающий механизм.

Рис. 2. Измельчающие механизмы мельниц

Рис. 3. Коллоидная мельница: 1 — регулятор оборотов насоса; 2 — пускатель насоса; 3 — электродвигатель; 4 — отводящий люк; 5 — загрузочное устройство; 6 — манометр; 7 — винт; 8 — трубопровод; 9 — пульт;

10 — редуктор; 11 — насос; 12 — корпус

Расстояние между статором и ротором, т. е. тонкость измельчения, регулируется винтом 7, оно может достигать 1 мкм.

Продукт подается гравитационно через загрузочное устройство 5. При обработке (измельчении) высоковязких продуктов в нем устанавливают подающий шнек.

Вся система соединяется с насосом 11 и редуктором 10, благодаря чему достигается высокая производительность и предотвращается попадание воздуха в систему. К отводящему люку 4 можно присоединить трубопровод, по которому продукт (без соприкосновения с воздухом) будет отводиться на последующую обработку.

Гомогенизаторы также предназначены для тонкого измельчения сырья. Частицы размером до 1 мкм получаются при нагнетании продукта с высокой скоростью (150...300 м/с) через плоский и узкий (0,1 мм) канал. Он может быть гладким и волнообразным с постоянным или переменным сечением. Для преодоления сопротивления при прохождении через узкую щель продукт подается под высоким давлением (15...30 МПа). В качестве гомогенизирующего органа (рис. 4, а) используют обыкновенный клапан 1, который прижат к седлу 2 с определенной силой.

Рис. 4. Конструкции гомогенизирующих органов

В исполнении, представленном на рис. 4, б, клапан огражден отражательными стенками. Считается, что при этом увеличивается время истечения с высокой скоростью и улучшается гомогенизация.

Сила Р, прилагаемая при подаче продукта, поднимает клапан, и между ним и седлом образуется узкий канал высотой h, через который протекает жидкость. Клапан остается над седлом в плавающем состоянии, и вследствие изменения гидродинамических условий (давления, вибрации) высота канала постоянно меняется.

Сила, с которой клапан прижимается к седлу, создается часто пружиной, в некоторых конструкциях — давлением масла; эту силу можно регулировать. Значение этого определяется давлением, с которым подается продукт. Тонкость измельчения (гомогенизация) зависит от давления, конструкции гомогенизирующего органа, равномерности подачи, состояния и предварительной обработки продукта.

Ту же цель преследуют наклонные и концентричные нарезы в плоском (рис. 4, в) и конусном (рис. 4, г) клапанах. Сферический клапан (рис. 4, д) используют двукратно, рабочими элементами в нем являются две выпуклые поверхности. Исполнение, изображенное на рис. 5.9, е, аналогично изображенному на рис. 4 б, но с той разницей, что рабочие поверхности в этом случае обработаны твердым сплавом с высокой износоустойчивостью.

Клапан в исполнении, показанном на рис. 4, ж, заменен единым телом, изготовленным из прессованных стальных тел. В нем образованы разнообразные криволинейные узкие канальчики, через которые протекает сжатый продукт и тонко измельчается.

Гомогенизирующие органы, изображенные на рис. 4, з, и, представляют собой узлы 1 с резьбой 2 и продолговатым каналом 3 треугольного сечения, который навинчивается гайкой на край трубопровода 4 для подачи продукта. Между каналом 3 и резьбой гайки образуется зигзагообразный канал узкого 6 и расширяющегося 5 сечений. При прохождении продукта проявляется эффект Вентури — быстрое падение давления и увеличение скорости в канале узкого сечения б, а затем снова расширение и т. д.

Гомогенизатор ОГБ-5 производительностью 155 л/с изготовляют на Одесском заводе продовольственного машиностроения (рис. 5).

На чугунной станине 1 смонтированы три блока: плунжеров 6, эксцентриков 9, шатунов 10. На верхней плите станины установлен электродвигатель 7 мощностью 28 кВт, который при помощи клиноременной передачи приводит во вращение вал 8 блока эксцентриков со скоростью около 3000 рад/с.

Каждый из трех плунжеров 6, совершая возвратно-поступательное движение, всасывает жидкость из канала 2, закрытого всасывающим клапаном 3, и нагнетает ее через клапан 4 в гомогенизирующую головку 5.

Рис. 5 Гомогенизатор ОГБ-5

В стальном корпусе гомогенизирующей головки 4 (рис. 6) находится цилиндрический клапан 3, центрируемый кольцом распылителя 2. Рабочая поверхность клапана имеет выпуклую, а седло 1 — вогнутую сферическую форму. Под действием давления жидкости клапан поднимается на 100... 150 мкм, образуя кольцевую щель, через которую жидкость проходит с большой скоростью в распылитель и далее в отводной штуцер 5.

Регулируя маховичком 10 и винтом 9 давление пружины 8 на грибок 7, стержень 6 и клапан 3, можно обеспечить оптимальный режим гомогенизации для различных продуктов. Клапан 3 двусторонний: после износа его нижней рабочей поверхности можно использовать верхнюю поверхность.

Для обеспечения равномерного износа и удлинения сроков службы гомогенизирующего органа и улучшения гомогенизации применяют принудительно вращающийся клапан (от электродвигателя или от главного электродвигателя машин). Существуют и двухступенчатые гомогенизирующие головки — две в одном теле, последовательно смонтированные, как в гомогенизаторе марки А1-ОГМ (табл. 1).

Рис. 6. Головка гомогенизатора

Гомогенизатор РЗ-КИК предназначен для тонкого измельчения мякоти при производстве продуктов детского питания.

Роторно-пульсационный аппарат представляет собой корпус с размещенными в нем четырьмя неподвижными дисками-статорами, между которыми на вертикальном валу вращаются три диска- ротора. Продукт поступает через специальный фильтр, установленный на линии подачи продукта. В аппарат продукт попадает через патрубок в нижней части корпуса, сливается через патрубок, расположенный над верхним статором. При этом продукт движется по каналам, образуемым отверстиями в статорах и роторах. При вращении последних каналы многократно перекрываются, благодаря чему в жидкости возникают значительные пульсации давления. В тонких щелях между роторами и статорами в условиях высоких напряжений сдвига и больших усилий среза и происходит тонкое измельчение.

Техническая характеристика гомогенизатора РЗ-КИК: производительность 10 м³/ч; число степеней гомогенизации 3; частота вращения роторов 50 с^-1; установленная мощность 20 кВт; габаритные размеры 1100x1000x2000 мм; масса 750 кг.

Рис. 7. Дисковой гомогенизатор LT-2

Дисковый гомогенизатор LT-2 (Венгрия) предназначен для тонкого измельчения частиц мякоти плодов и овощей от 500 до 50...90 мкм.

Гомогенизатор LT-2 показан на рис. 7, а. На станине 4 установлены гомогенизирующая головка 1 и электродвигатель 3, вал которого через муфту 2 соединен с валом головки. Внутри станины расположен масляный насос 6, приводимый в действие двигателем 5.

Рабочие органы гомогенизирующей головки (рис. 7, б) — конический диск и прецизионно изготовленная коническая втулка 5. Поверхность диска имеет острые рифления, а зазор между диском и втулкой 50...80 мкм.

Диск насажен на вал 13, вращающийся в подшипниках 19 и 12, и приводится в действие от вала 15 электродвигателя через муфту 14.

Продукт нагнетается насосом под давлением 0,2...0,4 МПа по патрубку 1 в смесительную камеру 2, снабженную неподвижными зубьями 3. В зазоре между ними проходят гребни 4, как и диск 6, закрепленные на валу 13. Вал с гребнями и диском приводится во вращение с частотой около 3000 мин^-1. При этом частицы мякоти предварительно измельчаются между зубьями и гребнями, затем в зазоре между диском и втулкой. Продукт выводится через патрубок 18.

Рабочие органы расположены внутри корпуса 7, образующего с втулкой 5 полость 20, в которую через штуцер 8 можно подводить охлаждающую жидкость. Внутри опорного стакана 9 располагается подшипниковая втулка 10 с канавками, по которым циркулирует смазка, подаваемая через штуцер 16 к подшипникам 12, 19 и подпятнику 77 и отводимая через штуцер 11. Наличие сока проверяется контрольным краном 21.

Техническая характеристика гомогенизатора LT-2: производительность 2 м³/ч; частота вращения вала около 50 с^-1; мощность электродвигателя для гомогенизирующей головки 17 кВт, для насоса 0,13 кВт; габаритные размеры 1500x480x679 мм; масса 450 кг.

Гидродинамический ультразвуковой гомогенизатор имеет принцип действия, основанный на воздействии жидкости, вытекающей под давлением, на препятствие в виде тонкой пластинки. Благодаря отрыву потока из-за необтекаемой пластинки пограничный слой уходит с поверхности. При этом в среде около поверхности создаются завихрения, сопровождающиеся чередованием перепадов давления, в результате чего создаются звуковые волны с частотой, зависящей от силы завихрений.

Интенсивность звуковых излучений может быть увеличена путем использования явлений резонанса, т. е. совпадения частоты вынужденных и собственных колебаний пластинки.

В гидродинамических гомогенизаторах механическая энергия струи жидкости, нагнетаемой насосом, непосредственно превращается в энергию высокочастотных упругих механических колебаний; при этом обеспечивается однородность измельчения обрабатываемого продукта.

Продукт измельчается благодаря кавитационным процессам, возникающим при резкой смене давлений и разрежений. Последнее явление наблюдается во время действия на продукт ультразвука. Интенсивность измельчения зависит от частоты ультразвуковых волн и их напряженности.

В гидродинамический ультразвуковой гомогенизатор продукт поступает по трубе под давлением 1,2...2,0 МПа. Выйдя из сопла, он попадает на заостренный край пластинки, закрепленной в специальном держателе, чем обеспечивается ее вибрация.

Расход энергии на гомогенизацию уменьшается во столько раз,

во сколько раз давление подаваемой жидкости ниже, чем при механической гомогенизации. Эффективности гидродинамических и механических (щелевых) гомогенизаторов высокого давления сопоставимы, однако гидродинамические ультразвуковые гомогенизаторы более эффективны.

Производительность гомогенизатора (м³/с)