Аппараты для термической обработки бобов какао

При термической обработке в бобах какао происходит ряд физико-химиче­ских изменений: из бобов удаляются летучие вещества (например, уксусная кислота, имеющая неприятный вкус и запах), улучшается вкус, аромат и ок­раска бобов. Вследствие уменьшения влажности оболочка бо­бов какао становится хруп­кой и легко отделяется от ядра. Ядро, приобретая хруп­кость, легко дробится.

Для термической обработ­ки бобов какао применяются цилиндрические и шаровые (сферические) обжарочные ап­параты периодического дейст­вия и сушилки непрерывного действия типов ВИС-42ДК системы Строганова, ЕV и ЕVТ итальянской фирмы «Карле и Монтанари», типа SТR швейцарской фирмы «Бюлер», типа «Конти-303» и др.

Обжарочные аппараты. Цилиндрический обжарочный аппа­рат. Аппарат (рис. 2) представляет собой сварной барабан 6, вращающийся на оси 1, которая приводится в действие от шки­ва 3 через коническую передачу 2. Под барабаном расположена топка 11. Топочные газы, омывая наружную поверхность вращающегося барабана, уходят в газоход 5. Бобы загружаются в воронку 9, прикрепленную к дверце 10, и попадают во внутреннюю полость барабана, на поверхно­сти которого укреплены спиральные направляющие 7 для перемешива­ния бобов.

Выделяющиеся при обжарке газы и пары влаги отсасываются вентиля­тором через трубу 8. Часть топочных газов проходит через отверстия в задней стенке барабана и просасывается через барабан тем же вентилятором. Барабан обмурован кирпичной кладкой 4.

По окончании обжарки дверца 10 с воронкой открывается и бобы высы­паются в подкатную тележку, которая затем подается под вытяжку для отсоса газа и охлаждения бобов Процесс обжарки в этих аппаратах длительный. Регулирование темпера­турного режима осуществляется изменением интенсивности сжигания топ­лива, что не дает возможности быстро его отрегулировать.

Цилиндрические аппараты бывают вместимостью 100 и 300 кг.

Рис 2 — Цилиндрический обжарочный аппарат

Шаровой обжарочный аппарат типа «Сирокко». Внутри шарообразного кожуха 8, на горизонтальном валу 17 вращается по­лый сварной шар 4 (рис.3). Спицами 18 шар крепится к двум полым цапфам 16 и 26, которые могут свободно поворачиваться на валу 17. Вал на одном конце имеет звездочку 14 цепной передачи, а на другом — штурвал 28 с фиксирующим штифтом 29, который входит в отверстия сектора 27, закрепленного на полой цапфе 26 шара 4. Таким образом, через штифт 29 и сектор 27 вращение от вала 17 передается шару 4. Стенки шара имеют отверстия для выгрузки бобов, закрытые шиберными заслонками 5. Заслонки смонтиро­ваны на стержнях 6, которые закреплены на валу 17.

Бобы загружаются в воронку 3. При открывании шиберной заслонки они попадают во внутреннюю полость шара 4. Для перемешивания бобов при вращении шара предусмотрены лопасти 7. Аппарат работает на коксе или газовом обогреве.

Вентилятор 1 просасывает через полость шара смесь воздуха и топочных газов, получаемых при сжигании кокса в топке 15. Одновременно вентилятор удаляет из аппарата пары влаги и газообразные продукты, выделяемые из бобов. Воздух засасывается через патрубок 13. Количество горячей воздушно-газовой смеси, поступающей в аппарат, регулируется шиберными заслонками 11 и 12. Температура газов, выходящих из аппарата, контроли­руется термометром 2. Отсасываемые вентилятором газы поступают в циклон 25, где происходит отделение частиц оболочки бобов — какаовеллы.

По окончании обжарки аппарат останавливают, штифт 29 оттягивают, поворачивают штурвал 28 так, чтобы заслонки 5 открыли отверстия в стенке шара 4, и отпускают штифт 29, который войдет в соответствующее отверстие сектора 27. После этого включают привод и бобы при вращении шара высы­паются в коническую часть 19 кожуха, откуда через шиберную заслонку 20 они поступают в приемник 21охлаждающего устройства.

Бобы перемешиваются вращающимися лопастями 22. Вентилятор 24 про­сасывает воздух через слой бобов, находящийся на сетчатом дне 23 прием­ника 21.

При разгрузке аппарата шиберы 11 и 12 закрываются, а шибер 70 откры­вается и горячие газы из топки проходят по трубопроводу 9, минуя обжарочный аппарат.

Аппарат снабжен устройством для автоматического контроля процесса обжарки бобов. Один из подшипников вала 17 опирается на весовое устрой­ство, которое воспринимает вес внутреннего шара и находящихся в нем бобов. По мере удаления влаги вес бобов уменьшается. Когда он уменьшит­ся до заданной величины, весовое устройство дает сигнал об окончании процесса обжарки.

В последнее время к аппаратам устанавливают приборы для контроля и регулирования температуры, расхода газа и уменьшения массы продукта при его обжарке.

Шаровые аппараты выпускаются вместимостью 160, 250, 400 и 750 кг.

Рис 3 — Шаровой обжарочный аппарат типа «Сирокко»

Сушилки для бобов какао. Сушилка ВИС-42ДК системы Строганова (рис. 4). Камера этой сушилки разделена на 20 горизон­тальных ярусов высотой 120 мм. Поверхность каждого яруса состоит из набо­ра поперечных пластин (1000 X 110 мм). При повороте пластин на 90° бобы какао ссыпаются на следующий нижний ярус. Механизм поворота пластин ра­ботает таким образом, что бобы пересыпаются последовательно с яруса на ярус. Вначале поворачиваются пластины первого нижнего яруса, затем второго и так последовательно до верхнего, после чего цикл повторяется. В качестве теплоносителя применяется горячий воздух, подогреваемый в паровом и электрическом калориферах до температуры 170—180° С.

Для подачи бобов в сушилку служит ленточный дозатор, для равномер­ного распределения их на верхнем ярусе пластин — загрузочная каретка. Нагретый воздух циркулирует вдоль полок, переходя последовательно на нижележащие ярусы.

Сырье из воронки 3 ленточным дозатором 2 равными порциями загру­жается в сушильную камеру 1. По истечении нескольких минут пластины поворачиваются и бобы какао пересыпаются на нижележащий ярус. Дойдя до последнего, 20-го ряда пластин, высушенные и охлажденные до темпера­туры 28—35°С бобы какао поступают в выгрузочную воронку 5 и шнеком 4 передаются на дальнейшие операции.

Отработанный воздух отсасывается с помощью эксгаустера 9, очищается в циклонах 8, частично выбрасывается в атмосферу и в смеси со свежим воздухом вентилятором 6 возвращается по воздухопроводу 7 в пароэлектрокалориферы 11. Нагретый до 180° С воздух через патрубок 10 входит в сушильную камеру 1.

Сушилка создает поточность процесса сушки и позволяет механизировать загрузку и выгрузку. Существенным недостатком сушилки является нерав­номерная сушка бобов какао и ядер, вследствие чего при хорошей средней конечной влажности продукта (2—3%) отдельные бобы и ядра выходят недосушенными.

Рис 4 — Схема сушилки ВИС-42ДК

К недостаткам сушилки следует также отнести частичный прорыв го­рячего воздуха в цех через верхние пластины и сложность кинематической схемы.

В зависимости от сорта бобов какао сушилка работает на двух ре­жимах.

Вертикальные шахтные сушилки ти­пов ЕV и ЕVТ фирмы «Карле и Монтанари» (Италия). В этих сушилках бобы какао движутся самотеком в верти­кальной шахте с неподвижными наклонными полками. Бобы, пересыпаясь с полки на полку, проходят через три горячие зоны, а затем поступают в зону охлаждения. Нагретый паровыми калориферами воздух продувается при помощи вентиляторов в зазоры между полками шахты, проходя таким образом поперек потока бобов.

Сушилки типа SТR швейцарской фирмы «Бю­лер». Сушилки имеют также вертикальную шахту, стенки которой вы­полнены из специальной сетки. На выходе из сушилки отработанный горя­чий воздух очищается в сетчатых фильтрах и вновь возвращается в паро­вые калориферы.

Аналогичное устройство имеют и сушилки типа «Конти-303» (ГДР).

В последние годы проводятся работы по применению новых способов термической обработки бобов какао и орехоплодных ядер. Созданы опытные образцы установок для сушки ядер в псевдоожиженном слое, для термической обработки с инфракрасным и электроиндукционным обогревом, а также токами высокой частоты.

Дробильно-сортировочные машины

Эти машины предназначены для дробления обжаренных бобов какао в крупку какао и отделения от нее раздробленной какаовеллы.

Ковшовым элеватором 1 (рис. 5) обжаренные и охлажденные бобы подаются в загрузочную часть 4, имеющую два дробильных валка 3. В течке элеватора установлены магнитоуловители 2 для улавливания ферропримесей. Раздробленные ядра бобов и какаовелла ссыпаются на поверх­ность наклонного сита 6, совершающего колебания в горизонтальной плос­кости от эксцентрика 5. На раме установлено последовательно 7 сит.

Первое пробивное сито имеет отверстия размером 1*1 мм, затем уста­новлено шесть плетеных сит с размерами ячеек 2,5*2,5; 3,0*3,0; 4,0*4,0; 5,0*5,0; 6,0*6,0 и 8,0*8,0 мм.

Частицы с размером более 8 мм сходят с поверхности сита и шнеком 12 возвращаются в загрузочную часть элеватора. Под каждым ситом имеется наклонный поддон, который направляет прошедшие через отверстия этого сита крупку и какаовеллу в соответствующий вертикальный канал 8. В нем имеется ряд наклонных полок 9, по которым крупка ссыпается на выводной лоток 16.

На машине установлен вентилятор 7, засасывающий воздух из цеха через отверстия в решетке 10. Поток воздуха подхватывает в канале 8 части­цы какаовеллы, а также случайные мелкие частицы ядра и уносит их в камеру 15. Камера имеет большой объем, скорость воздуха здесь резко снижается, частицы ядра падают вниз и через вращающийся затвор 11 попа­дают в отводящий шнек 12. Частицы какаовеллы уносятся потоком воздуха в камеру 13. Скорость воздуха здесь опять снижается, и частицы падают вниз. Вращающийся турникетный затвор 14 выводит их из машины.

Воздух из камеры 13 поднимается по каналу к вентилятору 7, который выводит его из машины. Для улавливания мельчайших частиц крупки и какаовеллы устанавливаются ловушки или рукавные фильтры.

Степень очистки крупки от частиц какаовеллы зависит от количества воздуха, проходящего через канал 8. Регулирование количества воздуха осуществляется поворотом заслонок жалюзийной решетки 10. Если в круп­ке имеются частицы какаовеллы, то щель увеличивают.

Частицы крупки больших размеров очищаются лучше и поэтому идут на изготовление шоколада высших сортов. Наиболее мелкая крупка со­держит примеси какаовеллы и используется для рецептурных смесей низших сортов шоколада или начинок.

Ростки бобов какао имеют размер около 4 мм и попадают в крупку № 4. Поэтому в нижней части дробильно-сортировочных машин обычно устанавливается цилиндрический триер, через который пропускается четвертая фракция крупки.

Рис 5 — Схема дробильно-сортировочной машины

Очищенные от примесей какао крупка и сахар-песок должны быть (тонко измельчены. При измельчении какао крупки разрывается клетчатка какао бобов и из них вытекает какао масло, переходя в свободное состояние. Частицы какао, сахарной пудры и других компонентов, входящих в шоколадную массу, должны иметь размер не более 20 мкм.

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ КАКАО КРУПКИ И САХАРА-ПЕСКА

Измельчение какао крупки и сахара-песка производится раздавливанием, истиранием, ударом или комбинацией перечисленных способов. Например, какао крупка в основном измельчается раздавливанием и истиранием, ударом и истиранием. В зависимости от преоблада­ния того или иного способа измельчения оборудование может быть истирающего и раздавливающего действия (дисковые, валковые, шариковые мельницы) и ударного действия (молотковые и штифтовые мельницы).

Дисковая мельница с двумя вращающимися относительно верт­икальной оси в одном направлении дисками. Продукт поступает в бун­кер 7, который снабжен измерителем 8 наличия продукта в бункере (рис. 6). При понижении уровня продукта измеритель отключает машину, предотвращая работу дисков без продукта. Из бункера продукт поступает на колеблющийся лоток 9 с электромагнитным вибратором 10. Далее продукт ссыпается на плиту 6 с магнитами, где задерживаются металлопримеси. Затем продукт попадает на валки 5, которые измельчают крупную фракцию и равномерно подают продукт через отверстие верхнего диска 11 в зону более тонкого измельчения.

Проходя через зазор и измельчаясь, продукт из-за разрыва клеток и истечения жидкой фракции (например, какао масла при переработке какао бобов) превращается в полужидкую массу, которая равномерно выходит из зазоров по всей наружной кромке диска, так как центро­стремительное ускорение во много раз выше ускорения свободного падения. Масса стекает со стенок охлаждаемого корпуса 12 и по каналу 14 выводится из машины. При этом она продувается воздухом, который поступает через патрубок 4. На верхнем диске 11 расположе­ны приливы 3, играющие роль лопаток вентилятора. Воздух дополни­тельно охлаждает продукт.

Верхний 11 и нижний 13 диски снабжены корундовыми кольцами 2 с канавками для удаления продукта. Они работают в течение 800 ч. Их смена осуществляется за 30 мин. Зазор между дисками регу­лируется штурвалом 1. Кроме того, диски имеют автоматическое устройство, исключающее их работу без продукта. Размеры получаемых частиц зависят от структурно-механических свойств продукта и зазора между дисками. Так, при измельчении какао крупки при влажности 2,5 % доля частиц размером до 75 мкм составляет 90-94 %, а при влажности 1,5 % - 96-97 %. Про­изводительность мельницы 600-1200 кг/ч, потребная мощность 55 кВт.

Рис 6 – Дисковая мельница

Шариковая мельница. Является высокоэффективной машиной для тонкого измельчения какао тертого.

В цилиндре 1 (рис. 7,а), заполненном металлическими шариками диаметром 2-3 мм, вращается вертикальный вал 3, на котором закреп­лены фигурные лопасти 2. Для равномерного воздействия на весь объем продукта фигурные лопасти развернуты в горизонтальной плоскости на 120°. Вал 3 получает вращение от электродвигателя 6 через гидромуфту 5 и ременную передачу 4. Использование гидро­муфты позволяет плавно сдвинуть с места вал 3 и довести частоту его вращения до номинальной.

Как видно из схемы, измельчение продукта происходит в верти­кальном цилиндре - камере измельчения. Она имеет следующее конструктивное решение (рис. 7,б). В дно цилиндра 3 врезан пробко­вый кран 1, над которым располагается металлическая сетка 2. Продукт подается в цилиндр насосом через кран. Он должен быть дос­таточно текучим, т. е. кроме твердых частиц в нем предполагается наличие жидкой фазы. Поступая в цилиндр 3, продукт под напором перемещается вверх, протекая в зазорах между шариками, которые непрерывно перемешиваются лопастями 7. Лопасти закреплены на вертикальном валу 5 тремя вертикальными стержнями-шпонками 6. Для стабилизации температурного режима измельчения цилиндр 3 снабжен водяной рубашкой 4. В верхней части мельница имеет сет­ку 9, крепящеюся к внутренней стенке цилиндра 3 обечайками 8 и 10. Крышка цилиндра 11 одновременно служит корпусом для конических подшипников 12 и 13, в которых вращается вертикальный вал 5. Фиксатором 14 цилиндр крепится к стационарной стойке 15.

Рис 7 – Шариковая мельница (а - схема, б- камера измельчения)

Восьмивалковая мельница. Предназначена для измельчения какао крупки, жиросодержащих семян и ядер орехов. Машина (рис. 8) состоит из двух рифленых и шести гладких валков, смонтированных на станине 6. Продукт подается в загрузочную воронку 16, откуда при помощи питающего валка 15 он поступает на рифленые валки 13 и 19 для предварительного измельчения. Количество продукта, выходяще­го из воронки, регулируется заслонкой 17. Постоянные магниты 18 удаляют металлопримеси. Поверхность валков очищается скребка­ми 12. Измельченная масса поступает в бункер 11, захватывается гладкими валками 9 и 10 и измельчается. Масса, находящаяся на поверхности валка 9, попадает в зазор между ними и валком 8, где производится второе измельчение. Поверхность валков 8 к 10 очища­ется скребками, прижимаемыми к ней пружинами. Сила прижатия скребков регулируется винтами 20.

С валка 8 масса сходит в бункер 4, снабженный экраном 3 и воро­шителем 7, который разравнивает ее в бункере. Здесь масса захваты­вается валками 1 и 2 иизмельчается ими. Масса, находящаяся на по­верхности валка 2, попадает в зазор между ним и валком 5, в котором производится последнее измельчение. При размоле происходит разрыв клеточной ткани орехов или какао бобов и освобождение из нее жира, поэтому получаемая в результате размола тертая масса имеет жидкую консистенцию. Скребком 22 полужидкая масса снимает­ся с валка и переходит в сборник 25 с мешалкой 24.

От электродвигателя (Р = 40 кВт) движение передается при помощи ременной передачи шкиву 21, закрепленному на валу последнего валка 5. С этого вала на другие валы движение передается при помощи межвалковых зубчатых передач, смонтированных в углублениях коробчатых боковин станины 14. В шкиве смонтирована фрикционная муфта, управляемая штурвалом 23. При пуске машины вначале включают электродвигатель, а затем муфту.

Во избежание перегрева массы во внутреннюю полость валков по трубкам подается холодная вода.

Измельчение частиц в валках происходит в результате их раздав­ливания и истирания, которое возникает вследствие разности окруж­ных скоростей валков.

Зазоры между валками последовательно уменьшаются. Зазор между первой парой валков (13 и 19) равен 0,2-0,5 мм, а на последних валках он достигает величины 0,01-0,02 мм. Для того чтобы произво­дительность всех пар валков была одинакова, окружные скорости валков должны по мере уменьшения зазоров увеличиваться. Так, например, у последних трех валков (1,2 и 5) окружные скорости соот­ветственно равны 1,95; 5,85; 10,42 м/с.

При слишком больших окружных скоростях валков центробежные силы могут оторвать частицы массы от их поверхности. Для какао тертого допустимая окружная скорость валков принимается в преде­лах 10-11 м/с.

Для регулирования степени измельчения машина снабжена устрой­ствами для изменения зазора между валками. Штурвалом 19^а изменя­ют зазор между валками 19 и 13, штурвалом 10^а - между валками 10 и 9, штурвалом 8^а - между валками 8 и 9. Положение валка 1 изменяет­ся штурвалом 1^а, а валка 5 - штурвалами 5^а.

Рис 8 – Восьмивалковая мельница

 

Производительность восьмивалковой мельницы невелика, она составляет 150-300 кг/ч. Расход воды на охлаждение валков равен 1,2 м³/ч.

Молотковая мельница. В молотковых мельницах продукт разрушается в результате ударов по нему стальных молотков, ударов частиц о кожух дробилки и вследствие истирания их о штампованное сито, являющееся частью кожуха мельницы. Молотковая мельница применяется для получения сахарной пудры из сахара-песка. Мельница устроена следующим образом. На роторе 2 (рис. 9) радиально закреплены на осях 4 молотки 3. Ротор помещен внутри корпуса 1, верхняя часть которого представляет рифленую полукруглую поверх­ность, называемую отбойной пли­той 5. В нижней части, заканчива­ющейся разгрузочным патрубком, закреплена легко снимаемая ме­таллическая сетка 14 с отверстия­ми диаметром Сахар-песок подается через бо­ковой патрубок 8 питающим двухзаходным шнеком 6, приводимым в движение от электродвигателя через червячную передачу. В заг­рузочной воронке 10 помещены шибер 7, регулирующий подачу са­хара-песка в мельницу, предохра­нительная решетка 9 и сетка 8 с отверстиями 3 мм, препятствующая попаданию крупных кусков сахара-песка и посторонних предметов в мельницу.

С//////Л

Рис. 43. Молотковая мельница

Для выхода воздуха и очистки его от частиц сахарной пыли слу­жит рукавный матерчатый фильтр 15 из плотной ткани, прикрепляе­мый к направленному вверх патрубку мельницы.

Сахарную пудру получают следующим образом. Шнек 6 равномер­но подает сахар-песок на быстро вращающиеся молотки, которые раз­бивают кристаллы сахара и с большой силой отбрасывают частицы на поверхность отбойной плиты. В свою очередь, отброшенные ею части­цы опять встречаются с молотками, и процесс измельчения повторяет­ся. Сахарная пудра вместе с воздушным потоком, образующимся при быстром вращении ротора, проходит через отверстия сита и накапли­вается в передвижной емкости 12. После ее заполнения перекрывают шибер 13 и емкость заменяют новой. При работе мельницы следует обращать внимание на то, чтобы уплотняющее кольцо 11 всегда плотно ложилось на борт емкости.

Производительность мельницы до 125 кг/ч, частота вращения ро­тора 5800 об/мин.

Рис 9 – Молотковая мельница

Вопросы для самоконтроля:

1. Устройство и принцип действия очистительно-сортировочной машины BRSA-11.

2. Устройство и принцип действия цилиндрического обжарочного барабана.

3. Устройство и принцип действия шарового обжарочного барабана.

4. Устройство и принцип действия восьмивалковой мельницы.

Список литературы и ссылки на Интернет –ресурсы, содержащие информацию по теме:

1. Драгилев А.И. Технологическое оборудование предприятий кондитерского производства [Текст] / А.И. Драгилев, Я.М. Сезанаев – М.: Колос, 2000. - 496 с.

2. Драгилев А.И. Технологическое оборудование: хлебопекарное, макаронное и кондитерское: Учебник для студ. сред. учеб. заведений. [Текст]/А.И. Драгилев, В.М. Хромеенков, М.Е. Чернов. – Издательский центр «Академия», 2004 – 432 с.

3. Лунин О.Г. Технологическое оборудование предприятий пищевой промышленности [Текст] / О.Г. Лунин, А.Я. Черноиванник - М.: Пищевая промышленность, 1985. – 358 с.