ЭКСТРУДЕРЫ

Экструдер предназначен для получения полуфабрикатов или готовых изделий в результате комплексной механической и тепловой обработки рецептурных компонентов пищевой среды. Основными частями экструдера являются корпус 1, оснащенный загрузочной воронкой 3 и нагревательными элементами 4, рабочий орган 2 (один или два шнека), размещенный в корпусе, головка 5, фильера 6, привод и контрольно-измерительные и регулирующие устройства.

В экструдере реализуется комплексное воздействие на обрабатываемую пищевую среду давления, температуры, влажности и напряжения сдвига. Захватывая исходный продукт, шнек перемещает его от загрузочного устройства вдоль корпуса экструдера и проходит последовательно зоны смешивания, плавления и структурообразования. Давление в экструдере достигает 15…100 МПа.

В зависимости от конструкции фильеры можно получать экструдаты трех типов структур: пористой, волокнистой или однородной макроструктуры. Последние две получают, используя охлаждаемые (удлиненные) фильеры, в которых происходит постепенное охлаждение расплава биополимеров и понижение давления, что предотвращает «взрывное» испарение воды на выходе расплава биополимеров из фильеры. При получении экструдатов пористой макроструктуры, наоборот, используют короткие неохлаждаемые фильеры. При выходе расплава биополимеров через такую фильеру происходит резкий сброс давления, что приводит к «взрывному» испарению воды и образованию пористой макроструктуры.

Рис. 15.44. Принципиальная схема экструдера

Экструдер А1-КХП (рис. 15.45) предназначен для получения палочек из кукурузной крупы тепловой и механической обработкой.

Экструдер состоит из станины 1, бункера 7, корпуса подшипника 9, цилиндра 3, механизма резки 4, вариатора, щита управления с нагревателями. Машина имеет два индивидуальных привода: для шнека и механизма резки. На верхней плите сварной станины установлен электродвигатель 8 привода шнека, соединенный через муфту с быстроходным валом редуктора 10. Последний, в свою очередь, с помощью муфты соединяется с валом корпуса подшипника. В литом корпусе подшипника установлен вал, вращающийся в радиальных подшипниках качения. Для восприятия осевой нагрузки от формующего шнека в корпусе установлен упорный шарикоподшипник.

К корпусу подшипника фланцем крепится сварной цилиндр с расположенным внутри него шнеком. С противоположной стороны цилиндр закрыт матрицей. Температура в рабочей зоне контролируется термопарами, введенными в зону через пробку 5. Для нагрева кукурузной массы в передней части цилиндра укреплен блок электронагревателей 6.

У переднего торца матрицы расположен механизм резки с вращающимися ножами, который приводится в движение от отдельного электродвигателя через бесступенчатый вариатор. Электродвигатель и вариатор находятся внутри станины. Частота вращения вариатора регулируется рукояткой 2, установленной в непосредственной близости от панели управления. Для удобства обслуживания механизм резки отводится в сторону.

Рис. 15.45. Экструдер А1-КХП

Над цилиндром установлен бункер для приема кукурузной крупы. Кукурузная крупа из бункера машины через регулируемую заслонку поступает в приемное отверстие цилиндра, где происходит прессование продукта и нагрев до температуры 145 °С.

В результате воздействия тепла, влаги и давления крупа превращается в пластическую массу, которая выдавливается шнеком через отверстия матрицы. При выходе из отверстий матрицы масса под действием пара, образующегося из перегретой влаги, вспучивается, образуя пористую хрустящую жилу. Механизм резки делит выходящие жилы на палочки, которые уносятся конвейером.

Порция крупы (1,5…2,0 кг при температуре в цилиндре 80…145 °С) приготовляется за 30…60 мин до пуска машины.

Режим нагрева цилиндра подбирается для каждой машины индивидуально в зависимости от сорта, помола, влажности крупы и степени износа.

Техническая характеристика экструдера А1-КХП приведена в табл. 15.11.

Экструдер Б8-КХ-ЗП (рис. 15.46) предназначен для производства палочек из кукурузной крупы посредством ее тепловой и механической обработки с последующей фасовкой на других автоматах.

Экструдер состоит из станины 1, формующего механизма 2, механизма 5 отрезки палочек по длине, ворошителя 3 кукурузной крупы, блока электронагревателей 4.

Формующий механизм состоит из охватываемого шнека с правой нарезкой, шнековой втулки с левой нарезкой, матрицы с двенадцатью отверстиями диаметром 3 мм, обоймы с четырьмя отрезными ножами, приводимой во вращение через цепную и клиноременную передачи от электродвигателя.

Рис. 15.46. Экструдер Б8-КХ-ЗП

 

Ворошитель представляет собой корпус, внутри которого вращается вал с лопастями, перемешивающий поступающую из бункера крупу.

Блок электронагревателей предназначен для нагрева рабочей зоны машины в период пуска и автоматического поддержания постоянной температуры от 160 до 180 °С. Во избежание перегрева машины в зоне загрузки предусматривается принудительное водяное циркуляционное охлаждение корпуса формующего механизма с подключением к сети водоснабжения.

Схемой машины предусмотрено ручное управление электроприводами шнека и ножа, а также ручное и автоматическое управление блоком нагревателей.

Перед пуском машины производится нагрев рабочей зоны формующего механизма в течение 30…35 мин до 160…180 °С с помощью блока электронагревателей. За 25…30 мин до пуска машины готовится первая порция крупы влажностью 20…21 %. Подготовленная крупа по специальному лотку вручную засыпается небольшим потоком в отверстие зоны загрузки при включенной машине. После выхода палочек из формующей матрицы открывается заслонка, и в машину поступает крупа влажностью 13…14 %.

Экструдер двухшнековый РЗ-КЭД-88 предназначен для производства фигурных крупяных изделий, сухих завтраков, а также может быть использован для получения пищевых концентратов быстрого приготовления.

Экструдер (рис. 15.47) состоит из привода, цилиндра 6 со шнеком, станины 7, дозатора, оборудования для дозированной подачи воды, двухшнекового пресса, нагревателя, гранулятора, транспортера, шкафа управления.

Двухшнековый пресс состоит из корпуса 1 с каналами для охлаждения водой, двух шлицевых валов с набором из шнековых элементов, сменных матриц с фильерами. Привод пресса осуществляется от электродвигателя 5 постоянного тока через редуктор и распределительную коробку 3 и обеспечивает вращение валов в одну сторону. Блокировка исключает работу экструдера при открытом корпусе и повышенном давлении.

Дозатор состоит из загрузочного бункера с ворошителем и двухшнекового регулируемого дозирующего устройства. Привод ворошителя осуществляется от электродвигателя 4 постоянного тока через редуктор и распределительную коробку, обеспечивающую вращение шнеков в одну сторону.

Бункер 2 дозатора снабжен смотровым окном для контроля наличия сырья, предохранительной решеткой и датчиком уровня с контактным выходом для использования в схеме управления устройством загрузки бункера.

return false">ссылка скрыта

Гранулятор имеет блокировку, исключающую работу ножа при открытом кожухе. Конструкция его обеспечивает быстрое снятие ножей, пристыковку лезвий в поверхности матрицы и точное регулирование положения ножа. Конструкция кожуха гранулятора предусматривает наблюдение за работой ножа и свободное испарение влаги.

Оборудование для дозированной подачи воды обусловливает непрерывную дозированную подачу питьевой воды с регулируемым расходом. Подвод воды к двухшнековому прессу производится через гидроразъем.

На транспортере предусмотрена возможность регулирования угла его наклона. При работе экструдера обеспечивается дистанционное управление и регулирование частоты вращения электродвигателей пресса и ножа, температуры в зоне нагрева. Экструдеру придается аппаратура, контролирующая частоту вращения и нагрузку двигателя пресса, давление в корпусе пресса, температуру в зоне нагревания и охлаждения, а также время наработки.

Сыпучая зерновая смесь подается в зону загрузки. По мере продвижения шнековыми валами сырье подвергается интенсивному перемешиванию, измельчению и гидротермической обработке при повышенном давлении. При выходе из отверстий матрицы происходит резкий сброс давления, в результате чего продукт увеличивается в объеме. Вращающимся ножом гранулятора выходящий из отверстий матрицы продукт нарезается. Длину изделий можно изменять, регулируя частоту вращения ножа. Продукт направляют на дальнейшую технологическую обработку в зависимости от назначения.

Техническая характеристика экструдера РЗ-КЭД-88 приведена в табл. 15.11.

Рис. 15.47. Экструдер РЗ-КЭД-88

Таблица 15.11. Техническая характеристика экструдеров

Показатель	А1-КХП	Б8-КХ-3П	РЗ-КЭД-88
Производительность, кг/ч			100…200
Мощность, кВт:
привода		18,5
электронагревателя	3,84	2,8
Число шнеков
Частота вращения шнеков, мин-1		79,3
Диаметр шнеков, мм
Максимальная температура в зоне нагрева, °С		160…180
Максимально допустимое давление экструзии, МПа
Габаритные размеры, мм	1750´890´1635	1200´1200´1900	4600´1150´2250
Масса, кг

 

Нагревание продукта в момент запуска происходит за счет теплопередачи, а в дальнейшем – за счет тепла, образующегося в результате трения между продуктом, шнеком и шнековой втулкой. Выпрессованная полужидкая масса за счет перепада давления при выходе из отверстия формующей матрицы взрывается с диаметра 3 мм до диаметра 8…12 мм.

Инженерные расчеты. Расходно-напорная характеристика формующей части (головки) П_ф (м³/с) определяется как

где – коэффициент геометрии формующего органа (матрицы); μ – динамическая вязкость продукта, Па×с; Δр – перепад давления, создаваемый экструдером, Па.

Для кольцевого отверстия (м³) (рис. 15.48, а),

где D – средний диаметр кольцевого отверстия, м (D = 2R – h); h – ширина кольцевого зазора, м (h = R – r; R, r – радиусы сечений отверстий в матрице, м); L₁ – длина канала в матрице, м.

Для конического отверстия, k_ф, (м³) (рис. 15.48, б),

.

Для суживающегося или расширяющегося мелкого (щелевого) канала (м³)

,

где B – ширина канала, м; g – угол наклона стенки к осевой плоскости, град; h₁, h₂ – высота крайних сечений, м.

Для канала произвольного постоянного по длине сечения (рис. 15.49)

,

где F – площадь сечения, м²; L – длина канала, м; Р – периметр сечения, м.

Рис. 15.48. Матрица с кольцевым (а) Рис. 15.49. Графики для определения характеристики и коническим (б) отверстиями потока f каналов различных поперечных сечений: 1 – прямоугольная; 2 – корытообразная; 3 – овальная; 4 – эллиптическая

,

где В и Н – соответственно максимальный и минимальный размеры сечения, м; f – характеристика потока, зависящая от формы и размеров сечения; L – длина канала, м.

Скорость продукта вдоль винтового канала v_z (м/с)

,

где Dр – перепад давления, создаваемый экструдером, Па; R, r – радиусы сечений отверстий в матрице, м; m – динамическая вязкость продукта, Па×с; L₂ – длина шнекового канала, м.

Расходно-напорная характеристика нагнетающей части П_н (м³/с)

где и – коэффициенты геометрии шнекового нагнетателя, м³; w – угловая скорость вращения шнека, с^–1;

где В – ширина шнекового канала, м; j – угол подъема винтовой линии шнека, град.;

 

где – длина шнекового канала, м;

здесь S – шаг шнека, мм.

Перепад давления, создаваемый экструдером, Dр (Па) будет равен

.

Производительность экструдера П_э (м³/с) определяется по формуле

.

Лишены прозорливости не те люди, которые не достигают цели, а те, которые прошли мимо нее. Ларошфуко Франсуа де (1613–1680), французский писатель