Тема 4. Оборудование для механической обработки сырья и полуфабрикатов разделением.

Оборудование для резания.

Разделение как однофазных, так и гетерофазных систем на отдельные части ножами называют резанием.

Разделение резанием осуществляется различными приемами:

1) Нажатием режущим инструментом на материал, расположенный на прочной основе.

 2) Вторым приемом резания является действие на материал контрножами. Особенностью этого приема является необходимость совпадения обеих плоскостей режущего инструмента, а движение осуществляется в направлении сближения режущих кромок.

3) Третьим приемом является так называемое свободное резание, т.е. разрезание материала, расположенного между опорами.

Сила резания рассчитывается по уравнению: F = a × в × ℓ × s_в, Н

где a - безразмерный коэффициент пропорциональности; в – толщина разрезаемого слоя, м; ℓ - длина режущего лезвия, м; s_в – временное сопротивление материала, МПа.

Численное значение коэффициента a находится в пределах от 1 до 2. Меньшие величины a характеризуют силовые показатели при относительно высоких скоростях движении инструмента, а большие при малых скоростях резания. Большими являются скорости резания превышающие 100 м/с.

Устройства для резки (ножи) могут иметь различную форму: гладкие дисковые, зубчатые дисковые, гладкие плоские, зубчатые ленточные, саблеобразные, дугообразные, горшечные, винтообразные, проволочные. Надежность инструмента зависит от его состава и термообработки. Относительно дешевыми материалами для ножей являются, стали марок ХВГ, 9ХВГ. Несколько лучшими свойствами обладают ножи из сталей марок X12М, 7ХГ2ВМ. Если требуется прикладывать большие усилия и при высоких скоростях, так называемые ударные нагрузки (например, при разделки мяса с костями) куттеры целесообразно изготавливать из стали Н13К15М10. Это мартенситно-стареющая сталь, приобретающая конечную твердость не после закалки, а после отпуска (старения). Предел прочности этой стали достигает 2700 МПа. Еще легче держит удар сталь Н18К12М4Т2. Величина s_В для этой стали составляет 2350 МПа, но d = 7%, при КСU = 0,3 МДж/м². Эти стали не подвержены коррозии, немагнитны и слабо истираются.

Истирание ножей практически исключается, если на них наносятся аморфные покрытия (ленты) из сплавов Fe₆₀, Cr_8, Mo_5, B₂₇ или Fe₈₀, B₂₀. Приемлемые свойствами для изготовления ножей обладают кислотоупорные стали типа 95Х18Н10Т.

 

Оборудование для дробления.

Измельчение и разделение относятся к таким процессам, при которых меняются лишь форма и внешний вид сырья и полуфабрикатов, без изменения из физико-химических свойств.

В пищевой промышленности измельчение применяется для получения сырья или полуфабрикатов с частицами таких размеров, которые позволяют значительно облегчить и ускорить технологические операции (перемешивание, тепловую обработку, дозирование, транспортировку).

Дроблением называют процесс измельчения на фракции, размер которых превышает 1 мм; при более тонком измельчении говорят о помоле. Измельчение до размеров тоньше 10^-6м (1,0 мкм) является затруднительным из-за слипания частиц.

Для проведения разделения материалов дроблением служат специальные машины: вальцовые, дисковые и молотковые дробилки.

Различают дробилки для крупного, среднего и мелкого дробления: крупное (с размерами частиц 40–250 мм), среднее (6–25 мм) и мелкое (1–6 мм).

Мельницы делят на предназначенные для тонкого (размер частиц от 0,075 до 0,5 мм) и коллоидного измельчения.

При помоле способами деформации являются раздавливание, истирание и удар. В зависимости от структурно-механических свойств продукта выбирают и соответствующие способы измельчения.

Так, для растительного сырья чаще применяют измельчение раздавливанием и реже удар, резку. Для хрупких веществ чаще применяют раздавливание и удар.

Способ вальцевания используется в различных валковых машинах, имеющих от одной до семи пар валков. Выбор числа валков обусловлен необходимой или допустимой степенью обжатия.

Примером машины, работающей по способу вальцевания является четырехвальцовая дробилка для солода на пивоваренных заводах [1, стр. 154, р. 5.7]. Рабочими органами дробилки являются вальцы, вращающиеся с одинаковыми частотами. Солод предварительно дробится верхней парой вальцов, затем дробленный солод вибросмесителями разделяется на фракции и направляется на нижнюю пару вальцов.

К оборудованию истирающе-раздавливающего действия относится пятивальцовая мельница, использующаяся для вальцевания шоколадных рецептурных смесей, глазури, конфетных пралиновых масс [2, стр. 198, IV.2]. Рецептурная смесь из бункера-дозатора поступает последовательно в зазоры между вальцами. При этом скорость вращения каждой последующей пары вальцов увеличивается, в результате чего происходит измельчение продукта.

Производительность вальцовых машин определяется из пропускной способностью:

                      П = 60 × r × в × ℓ × D × n × j, кг/час,

где r - плотность продукта;   в – зазор между вальцами; ℓ - длина валка; D – диаметр валка; n – частота вращения валков; j - степень заполнения зазора измельченным продуктом.

Энергия, затрачиваемая на помол, зависит и от объема деформируемых частиц и от величины, создаваемой поверхности. По мере уменьшения размеров частиц возрастает роль поверхностных характеристик материалов.

Способ истирания измельчаемого продукта происходит и в дисковых мельницах. Так, для измельчения какао-крупки, обжаренных ядер орехов используется роторная мельница [2, стр. 201, р. IV.3]. Измельчение продукта в ней происходит в две стадии. На первой стадии измельчения происходит пластинами-молотками. На второй стадии измельчения продукт проходит через щелевое сито. Производительность мельницы регулируется изменением частоты вращения шнека. В зависимости от влажности и степени измельчения како-крупки она меняется в пределах 800–1200 кг/ч.

 

Способ ударного измельчения применяется в молотковых дробилках. Эффективность работы машин ударного действия зависит от реализуемой скорости движения частиц относительно молотков, или штифтов машин. Однако, при высоких скоростях движения возрастают трудности, связанные с балансировкой машин, поскольку неуравновешенность вращающихся масс может привести к авариям.

Из числа машин, в которых измельчение продукта происходит ударом, в пищевой промышленности наиболее широко распространены штифтовые мельницы – дезинтеграторы и дисмембраторы.

Для измельчения сахара, соли и др. хрупких продуктов используют молотковые дробилки [2, стр. 205, р. IV.5]. На роторе указанной машины закреплены радиально на осях молотки. Сырье подается в камеру питающим механизмом, представляющим собой двухзаходный шнек, приводимый в движение червячной передачей. На мельнице получают пудру с размерами частиц до 100 мкм. Производительность указанной дробилки 320 кг/ч.

В штифтовых мельцах-дезинтеграторах штифты закреплены по концентрическим окружностям на двух дисках, вращающихся в противоположных направлениях. Ряды штифтов одного диска расположены между рядами другого диска. Центробежной силой продукт отбрасывается от центра и, многократно ударяясь о штифты, измельчается.

В дисмембраторах вращается только один диск с закрепленными на нем штифтами, а вместо второго диска используется откидная крышка со штифтами. Продукт подается к оси вращающегося диска, отбрасывается к периферии, встречая на своем пути подвижные и неподвижные штифты, и измельчается.