Уплотнение массы характеризуется коэффициентом штампования

β= h₁-h₂ / h₁

 

Коэффициент штампования увеличивается до максимального (критического) значения при выдержке брикета под нагрузкой и повторном прессовании.

Путем двустороннего сжатия плотность брикета можно повысить. Это связано с тем, что усилие штампования воспринимается не только прессуемым материалом, но и теряется на трение о стенки матрицы. В результате части изделия, расположенные глубже от поверхности пуансона, подвергаются меньшему сжатию. Потери усилия штампования возрастают с увеличением поверхности матрицы, контактирующей с материалом. С уменьшением поверхности матрицы, приходящейся на один пуансон, снижаются и потери усилия. Поэтому при двустороннем штамповании увеличиваются сжатие материала и прочность получаемого продукта.

Таблетки штампуют либо непосредственно из порошка, либо из предварительно гранулированной массы. Таблеточные машины изготовляют в вариантах: кривошипно-шатунном (эксцентриковом), гидравлическом и ротационном. Прессующими органами в них служат: поршни (пуансоны); полые вращающиеся валки, соприкасающиеся по образующим; профилированные барабаны с отверстиями; червячные устройства. Максимальные давления прессования (МПа): до 8 — машины низкого давления; 8...12— машины среднего давления; свыше 12 — машины высокого давления.

В наиболее распространенных ротационных таблеточных ма­шинах прессующими органами являются пуансоны (два ряда), вмонтированные в роторы и перемещающиеся при их вращении вдоль вертикальных осей. Пуансоны движутся навстречу один другому в матрицах и сжимают таблетку с двух сторон, после чего нижний пуансон выталкивает ее. Движение пуансонов осуществ­ляется по копирам.

Штампующие машины. Они формуют (выштамповывают) изделия из ленты пластичного материала, возможно, с нанесением рисунка. На штампующих машинах изготовляют печенье или конфет.

Лента может перемещаться прерывисто или непрерывно. В последнем случае штампующие пуансоны перемещаются вместе с ней.

В ротационных штампующих машинах пуансоны выгравированы на массивном валу, а лента прижимается к нему валом из мягкого прорезиненного материала.

ПРОЦЕССЫ В ШНЕКОВЫХ ФОРМООБРАЗУЮЩИХ

ПРЕССАХ

 

В шнековом прессе при движении вязкопластических материалов вдоль цилиндрического корпуса могут развиваться высокие давления. Температура материала при этом также существенно повышается. Выходя из пресса, сжатый и нагретый материал попадает в другие условия, как правило, атмосферные. Это нарушает установившееся в нем состояние равновесия, и явление перехода материала в такое состояние называют тепловым шоком. В соответствии с принципом Ле Шателье в материале начинаются процессы перехода в новое состояние равновесия. Наиболее яркий из них — вскипание жидкости, оказавшейся в новых условиях перегретой. Обычно этот процесс носит характер взрыва и приводит к изменению структуры материала. На основе использования явления теплового шока построены такие технологические процессы переработки пищевых продуктов, как изготовле­ние воздушных палочек (кукурузных, крупяных), разрушение оболочек крахмальных зерен при переработке крахмалсодержащего сырья на спирт и др. В процессе сдавливания и нагревания вязкопластических пищевых масс изменяются их свойства, что создает возможности получения принципиально новых продуктов питания.

Корпус шнека может подогреваться или охлаждаться снаружи, что приводит к передаче теплоты деформируемому материалу или к отводу теплоты от него.

В шнековых прессах реализуются следующие основные процессы: продвижение материала к матрице; нагрев материала с использованием наружных нагревателей или путем преобразования механической энергии его движения в тепловую; пластификация, или уменьшение вязкости, материала; продавливание материала через матрицу.

В одношнековых прессах решающим фактором, обеспечиваю­щим перемещение материала, является взаимодействие материала со шнеком и стенками цилиндра. Это взаимодействие определяется значениями коэффициентов трения на соответствующих деталях. Для эффективной работы пресса трение о шнек должно быть малым, а о цилиндр — большим. Иначе при некоторых значениях этих параметров возможно вращение материала вместе со шнеком без продвижения в осевом направлении.

Основное явление, определяющее специфику формообразования пищевых материалов, — релаксация напряжений в полимерных материалах. Для получения устойчивых форм изделий необходима выдержка изделий в форме под давлением в течение времени релаксации напряжений.

При нагнетании (выдавливании через матрицу в виде непрерывных жгутов) под действием повышенного давления совместно со сдвиговыми деформациями материала его длинные полимерные молекулы сближаются. В результате число поперечных связей между ними существенно увеличивается и материал приобретает повышенную прочность. В частности, макаронные изделия, полученные таким способом, меньше развариваются.

Машины для обработки пищевых масс давлением разделены на два класса — прессующие и формообразующие. Основные виды таких машин: отжимающий пресс, шнековый зеерный пресс, вальцовый отжимной пресс, брикетировщик, таблетирующая машина, прессовый гранулятор, адгезионный гранулятор, гранулятор из растворов в псевдоожиженном слое, прессовый и валковый нагнетатели, штампующие и прокатывающие машины, округлительные машины.

Шнековые прессы представляют собой цилиндрические или конические патрубки, внутри которых размещаются шнеки — вращающиеся валы с лопастями, закрепленными на них по винтовым линиям. При вращении шнека сплошная среда получает силовое воздействие со стороны лопастей шнека и вследствие того, что она тормозится в своем движении в окружном направлении поверхностными силами на границе с неподвижным корпусом, перемещается вдоль его оси как гайка вдоль винта.

С увеличением давления на выходе шнековые аппараты изменяют свои функции от транспортеров к прессам. Шнековые прессы, приспособленные для выполнения специфичных операций пищевой промышленности, имеют специальные названия: экстракторы, экструдеры, макаронные прессы, волчки, диспергаторы и смесители высоковязких материалов.

В винтовых каналах одношнекового пресса могут реализовываться течения во взаимно противоположных направлениях — к матрице и обратно. Обратное движение имеет место как в самом канале, так и в зазоре между шнеком и корпусом. Соотношением прямого и обратного потоков определяются расход материала через пресс и интенсивность его перемешивания внутри пресса.

Крайние случаи движения материалов в шнековом прессе: вращение материала вместе со шнеком относительно корпуса и движение материала относительно шнека, как ходовой гайки относительно винта. Как правило, реализуются промежуточные случаи движения — средние между указанными крайними. При существенном уменьшении расхода через пресс он работает как смеситель высоковязких материалов.

Балансом сил, действующих на элемент материала в каналах шнека, определяется экспоненциальное изменение давления вдоль оси шнека, а векторной суммой скоростей движения материала— прямолинейное изменение расхода материала через пресс в зависимости от давления.

Модели движения материала в каналах шнека изображаются в виде двух эквидистантных пластин или пластины и желоба, одна из которых подвижна и передает движение материалу между ними вследствие трения. Рассмотрение этих моделей дает эпюры скоростей материала в каналах шнека.

Известны формы шнеков, обеспечивающих минимальные потери на трение материала по их поверхности.

Контрольные вопросы и задания

 

1.В чем заключается обработка материалов давлением? 2. Как происходит прессование материалов? 3. Что общего в процессах прессования и формообразования и в чем различия между ними? 4. Расскажите о процессе отжима жидкости из твердых материалов. 5. Какие факторы влияют на отжим жидкости из материалов и какие вам известны способы влияния на них? 6. Каковы функции связующего материала в процессах агрегатирования частиц? 7. Отчего возникает и как учитывается при штамповании релаксация напряжений в пищевых материалах?

Почему основное влияние на упрочнение тестовых заготовок оказывают сдвиговые деформации их слоев, в частности, при выдавливании через матрицы?

Расскажите о машинах для обработки пищевых масс давлением: отжимающем прессе, шнековом зеерном прессе, вальцовом отжимном прессе, брикетировщике, таблетируюшей машине, прессовом грануляторе, адгезионном грануляторе, прессовом и валковом нагнетателях, штампующей и прокатывающей машине, округлительной машине. 10. Что представляют собой нагнетающие формообразующие шнековые прессы и для чего их используют? 11. Опишите работу экструдера. 12. Какие конструктивные решения использованы в таблетируюшей машине для повышения производительности? 13. Расскажите о явлении теплового шока. 14. Почему наблюдается вращение материала вместе со шнеком? 15. Опишите пластинчатые модели движения и сформулируйте результаты, полученные при их исследованиях.

Тест для проверки знаний

 

1. Какой технологический прием используют в маслоотжимном прессе для раскрытия капилляров оттока масла, закрывшихся под действием давления?

Ответы. 1.2. Перемешивание продукта.

1.3. Кратковременное уменьшение давления.

1.4. Нагревание корпуса.

2. Для чего применяют связующие материалы при штамповании?
Ответы. 2.1. Для разжижения материалов и лучшего заполнения форм матриц и пуансонов.

2.2. Для образования межмолекулярных связей на границах сдавливаемых частиц.

2.3. Для образования адгезионных связей частиц.

3. Для чего в смесь сыпучих продуктов на входе в прессовый гранулятор наливают воду?

Ответы. 3.1. Чтобы улучшить усвоение продукта организмом человека.

3.2. Чтобы полости гранулятора лучше заполнялись исходным продуктом.

3.3. Для этих продуктов вода является связуюшим веществом.

4. Какой технологический прием используется для устранения неблагоприятного влияния релаксации на форму изделий?