Сортування (класифікація) і обладнання для її проведення

При обробці на харчових виробництвах сипких матеріалів часто виникає необхідність розділити сипкі суміші на фракції, що розрізняються тими або іншими властивостями: формою і розмірами частинок|частинок|, швидкістю| осадження в рідкому або газовому середовищі|середовищі|, електри­чними| або магнітними властивостями. Так, у пивоварен­ому| і спиртному виробництвах зерно, що поступає|надходить| на переробку, заздалегідь очищається від домішок|нечистот|; у борошномельному виробництві після|потім| помелу зерна помел розділяється на висівки й борошно|борошно|; в деяких випадках потрібно виділити з|із| сипкої суміші металеві домішки|нечистоти|.

Процес поділу|поділу| сипкої суміші на окремі фракції отримав|одержував| назву сортування (або класифікації, сепарації) сипких матеріалів.

На основі властивостей фракцій, що розділяються, розрізняють| такі|слідуючі| методи сортування сипких мате­ріалів|:

1) поділ за|поділ| розмірами і формами частинок|частинок| з|із| використанням| ситових машин і трієрів;

2) поділ|поділ| за швидкістю осадження часток|частинок| у рідкому| і газовому середовищі|середовищі|;

3) поділ за|поділ| електромагнітними властивостями з використанням сепараторів з|із| постійними електромаг­нітами|;

4) інші методи поділу (електростатичні, флотація).

1.2.1. Поділ за розмірами і формою формами частинок |поділ|

 

Просіювання полягає у тому, що оброблювана суміш подається на сита, отвори яких пропускають частку|частину| суміші (прохід), а іншу частку|частину| (схід) затримують|. Таким чином, основною частиною|частиною| просіювальних| апаратів є|з'являється| сито.

 

Сита

 

Сита, що використовуються у|вживання| харчовій промисловості, розрізняють| за матеріалом і способом виготовлення. Широке застосування|вживання| отримали|одержували| сита:

1) пробивні, з|із| тонкої листової сталі зі|із| штампо­ваними| отворами;

2) плетені (дротяні) з|із| круглого металевого| дроту;

3) тканинні з|із| шовкових ниток, капрону, нейлону, перлону|.

Плетені сита мають отвори квадратної або прямокутної форми. Форма отворів пробивних сит може бути різноманітною в залежності від їх призначення. Для очищення зерна від домішок застосовують головним чином сита з круглими і довгастими отворами (рис. 1.14). Пропускна спроможність сита характеризується його жвавим перерізом. Жвавий переріз пробивних сит складає зазвичай не більше 50% (F_о – площа отворів сит, F – площа всього сита). Жвавий переріз плетених сит сягає 70%.

 

Рис. 1.14. Форми отворів про­бивних сит.	Рис. 1.15. Дротяні сита.	Рис. 1.16|. Шовкові си­та|.

 

Плетені (дротяні) сита (рис. 1.15|) виготовляють| зі|із| сталі, латуні або фосфористої бронзи. Розмі­ри дротяних сит стандартизовані|. Залежно від розміру сита розрізняються по номерах. Сито з|із| квадратними отворами| має номер, рівний числу міліметрів у сто­роні| отвору. Наприклад, сито № 4 має розмір у світлі| 4 мм, а сито № 0,4 має розмір отвору у світлі 0,4 мм. Живий|живий| переріз дротяного сита з|із| квадратними| отворами

 

 

де D – розмір сторони отвору, мм; ∆ – товщина дроту, мм.

Стандарт на плетені сита передбачає збільшення| розміру отворів сита кожного подальшого|наступного| номера в 1,059 рази. Ця величина називається моду­лем| сит.

Тканинні сита виготовляють| двох видів: полегшені і такі, що обважнені. Обважнені сита розрізняють за кількістю| отворів на 1 см, а обважнені – за |кількістю отворів| на 1 дм. Число от­ворів| збігається з номе­ром| сит.

Інколи сита з дрібними отворами (менше 1 мм²) характеризують ислом меш – кількістю отворів на 1 дюймі.

Шовкові сита піддають| обробці, яка додає|надає| їм твердості, глянсува­тості| і такій, що зменшує їхню гігроскопічність.

Коефіцієнт живого перерізу|живого| шовкового сита (рис. 1.16|)

 

(1.14|)

 

де D₁ – відстаньміж нитками по основі;

∆ ₁ – товщина нитки по основі;

D₂ – відстань між нитками по утоку;

∆ ₂ – товщина ниток по утоку.

Для встановлення номера сита визначають кількість ни­тей| на одиниці довжини за допомогою лупи зі|із| шкалою.

Ситовий аналіз

 

Щоб|аби| охарактеризувати дисперсність сипкої суміші|, застосовують так званий ситовий аналіз. Навішування досліджуваної суміші пропускають через ряд|лаву| сит, розмір отворів яких поступово збільшується, визначають| кількість продукту, що затримується кожним ситом, і складають характеристику суміші за крупністю.

Відкладемо на горизонтальній осі (рис. 1.17|) розмір отворів послідовно розташованих|схильних| сит. На вер­тикальній| осі зліва|ліворуч| відкладемо масу фракції, що залишається| на ситі (у відсотках|процентах| від початкового навішування). На вертикальній осі справа відкладемо сумарний прохід (також у відсотках|процентах| від початкового навішування). З'єднавши отримані точки|точки|, побудуємо|спорудимо| криву, що характеризує дисперсність досліджуваної суміші.

 

Рис. 1.17. Результати ситового аналізу.	Рис. 1.18|. Характеристика суміші за розміром частинок|частинок|.

 

По ділянці А – В видно, що частинки, розмір яких більше 0,4 і менше 0,5 мм, складають п відсотків первинного навішування. Якщо зменшити даний інтервал розмірів, можна скласти уявлення про масу частинок деякого певного розміру (або, вірніше, про масу частинок, розмір яких знаходиться в якомусь вузькому інтервалі). Це дає можливість побудувати диференціальну криву, яка показує вихід окремих по великій фракцій (рис. 1.18).

Коефіцієнт корисної дії сит

 

Позначимо масу початкової суміші через т₀ (кг). Припустимо, що в цій суміші маса частинок, розмір яких менше отвору сита D, складає а (%). Тоді максимально можлива кількість проходу складе т₀а /100(кг). Насправді кількість проходу буде менша, оскільки частка його піде зі сходом. Хай дійсну кількість проходу складе т1 кг Тоді к.к.д. сита (%)

 

(1.15|)

 

К.к.д. сита залежить від форми отворів і шматків, вологості, швидкості руху і товщини шару матеріалу на ситі. Зазвичай К <90%.

Сита характеризуються також кількістю матеріа­лу|, що проходіть через одиницю площі|майдану| сита в одиницю часу. Цю величину називають «сівкістю|».

Класифікація машин для просіювання

 

Щоб|аби| сипкий матеріал просіювався|просівав|, він винен пе­реміщатися| по поверхні сита. Для цього необхідно привести сито в рух.

 

 

Рис. 1.19|. Схеми машин для просіювання|просівають|:

 

а — зі зворотно-поступальним рухом; б — з круговим поступальним рухом; в – ротаційна машина

 

1 – шків; 2 – врівноважувальні вантажі.

 

За розташуванням сит машини для просіювання поділяються| на дві групи: з|із| плоскими і циліндричними (або призматичними) ситами. Для приведення в рух| маси сипкого матеріалу перші здійснюють|скоюють| зворотно-поступальній, круговий поступальний і вібраційний рух, а другі обертаються навколо|навкруг| осі. На рис. 1.19, б представлені|уявляти| принципові схеми основних типів машин для просіювання|просівають|.

Трієри

 

На ситових машинах не можна розділити суміш частинок|частинок| однакового поперечного перерізу, але|та| різної довжини. Не вдається, наприклад, відокремити|відділити| від повноцінного зерна половинки зерна або кулясте|кулевидне| насіння куколю, вики та інших рослин. Для очищення|очистки| зерна від цих домішок|нечистот| застосовують машини, звані трієрами. Принцип дії трієра показаний на рис. 1.20.

 

Рис. 1.20|. Принцип дії трієра:   1 – довгі зерна; 2 – короткі зерна; 3 – шнек; 4 – жолоб.

Робочим|робочим| орга­ном| трієра є| металевий циліндр або диск, в яких виштамповані або висвердлені| осередки|чарунки|. Зерно, що піддається обробці, поступає|надходить| всередину циліндра. При обертанні комірки| заповнюються зер­нами|. При цьому довгі (цілі) зе­рна| випадають з|із| комірок|чарунок| раніше, ніж короткі зерна, які укладаються| в комірки|чарунок|. Уламки зерен, а також кругле насіння бур'янів випадає з|із| комірок пізніше, при біль­шому куті| повороту циліндру. Для їх прийому служить ло­ток|, встановлений|установлений| усередині|всередині| циліндра.

Частота обертання трієра має бути такою, щоб відцентрова сила не перевищувала того значення, при якому зерна обертатимуться разом з циліндром, не відриваючись від нього. Частота обертання, при якої частинки починають обертатися разом з циліндром, називається критичною і дорівнює , де R – радіус циліндру (м).

Тихохідні трієри мають критичну частоту обертання n _кр=0,2-0,3 об./хв., тобто

 

(1.16|)

 

Тихохідні трієри встановлюють під кутом 5-10°| до горизонту, швидкохідні трієри – горизонтально. Частота обертання цих трієрів

 

(1.17|)

 

На тому ж принципі, що й циліндричні, побудовані| дискові трієри. Робочою поверхнею в них є| поверхня дисків.

 

1.2.2. Поділ за швидкістю осадження частинок|поділ|

 

Якщо суміш частинок|частинок|, що відрізняються величиною, фор­мою| або щільністю, переміщатиметься рідким або газовим потоком, то відбудеться її поділ|поділ| на фрак­ції|. Частинки|частинки|, що відрізняються великою швидкістю осадження|, випадуть раніше і утворять першу фракцію; частинки|частинки|, що мають меншу швидкість осадження, випадуть пізніше. На цьому явищі засновані способи гідравлічної класифікації і повітряної сепарації сипких тіл.

 

Магнітна сепарація

У сипких матеріалах, що оброблюються на харчових підприємствах, можуть міститися|утримуватися| металеві домішки|. Потрапляючи в машини, вони спричиняють|спричиняють| їхній передчасний| знос, а інколи|іноді| призводять|призводять| до серйозних поломок. Якщо шматок металу викликає|спричиняє| іскру при ударі, то за наявності в машині дрібнодисперного| пилу іскра може спричинити|спричиняти| вибух і аварію.

Для видалення|віддалення| цих неприпустимих|недопустимих| домішок|нечистот| використовують| магнітні сепаратори. Принцип їхньої дії полягає| в тому, що матеріал пропускається у безпосередній| близькості від сильного магніту, який притягує| домішки|нечистоти|. Потім тим або іншим шляхом|колією| домішки|нечистоти| знімаються з утримуючого їх магніту.

Магнітні сепаратори виділяють з|із| сипкої маси тільки|лише| домішки|нечистоти|, які мають феромагнітні властивості, тобто головним чином сталеві й чавунні, які складають основну масу металевих домішок|нечистот|.

Магнітні сепаратори, що використовуються на харчових| підприємствах, вельми|дуже| різноманітні|всілякі| за конструкціями. Вони діляться на дві основні групи: з|із| постійними магнітами| і з|із| електромагнітами.

1.2.3.3. Сепаратори з|із| постійними магнітами

 

Підйомну|підйомну| силу постійних магнітів (Н) можна визначити за наближеним рівнянням:

 

Р = В²F· 3,98·10⁵. (1.18)

 

де В – магнітна індукція, Т;

F – поперечний переріз магніту, м².

У сепараторах з постійними магнітами вживають підковоподібні магніти, тому величина F має бути подвоєна. Постійні магніти виготовляють з металів з великою магнітною індукцією і великою напруженістю магнітного поля (затримуючою, коерцитивною силою). На рис. 1.21 представлені схеми магнітного сепаратора даного типа з ручним очищенням полюсів магніту.

 

Рис. 1.21|. Схеми магнітних сепараторів з|із| ручним очищенням|очисткою|:

 

а – з постійним магнітом; б – з електромагнітом.

 

Основною перевагою|чеснотою| сепараторів з|із| постійними магнітами є|з'являється| простота їхньої будови|устрою|. Проте|однак| вони мають істотні|суттєві| недоліки|нестачі|: підйомна|підйомна| сила їх невелика і слабшає з часом. Від цих недоліків| вільні сепаратори з|із| електромагнітами.

1.2.3.4. Сепаратори з|із| електромагнітами

У цих сепараторах встановлюють електромагніти, що живляться постійним струмом. На рис. 1.22, б представлена схема сепаратора з електромагнітом і з ручним очищенням. Підйомна сила електромагнітів може бути значно більшою, ніж постійних магнітів, тому вони надійніші в роботі. З електромагнітних сепараторів найбільш досконалими є апарати з механічним видаленням утриманих домішок (рис. 1.22). Апарат є нерухомою магнітною системою (полюси 1). Навколо неї обертається на осі 2 латунний барабан 3. Матеріал поступає в барабан по лотку 4. Відцентрова сила відкидає матеріал, а феромагнітні домішки утримуються магнітами на поверхні барабану. При обертанні барабану утримані домішки виходять з поля дії магнітів і падають в приймач 5.

Рис. 1.22|. Електромагнітний сепаратор з|із| барабаном, що обертається:   1 – полюси; 2 – вісь; 3 – барабан; 4 – лоток; 5 – приймач.

1.2.4. Інші методи поділу|поділу|

Деякі способи поділу|поділу| сипких матеріалів не набули широкого поширення у харчовій| промисловості, але|та| використовуються| в інших галузях. Сюди відноситься| флотація та електростатична| сепарація.

Флотацією називається процес поділу|поділу|, заснований на вибірковому|виборчому| прилипанні частинок|частинок| системи, що поділяється, до поверхні поділу| рідина – повітряна бульбашка. Частинки, що прилипли,|частинок| виноситься з|із| піною на поверхню рідини, а інші частинки|частинки| осідають на дно посудини|посудини|. Цей процес широко застосовується при збагаченні| руд кольорових металів, а також у дріжджовому виробництві|.

Електростатична сепарація полягає у тому, що частинки|частинки| сипкого матеріалу отримують|одержують| електричний заряд. Заряд може бути отриманий|одержувати| шляхом безпосереднього зіткнення часток|частинок| із|із| заряджен­им| електродом або при передачі заряду частинкам|частинкам| від іонізованих молекул повітря, отриманих|одержувати| при корон­ному| розряді. Заряджені частинки|частинки| в подальшому| виводяться з|із| зони коронного розряду і віддають свій заряд заземленому барабану, що обертається. Якщо частинки| відрізняються електропровідністю, то частинки|частинки|, які мають| меншу електропровідність, утримуються|стримуються| на поверхні барабана і знімаються щіткою, а частинки|частинки|, що мають велику електропровідність, віддають свій заряд барабану і скидаються відцентровою силою. Електростатичний метод поділу|поділу| застосовується для збагачення руд. Даний метод можна використовувати для поділу|поділу| продуктів помелу зерна в борошномельній промисловості.

1.3. ОБРОБКА МАТЕРІАЛІВ ХАРЧОВИХ ВИРОБНИЦТВ ТИСКОМ (ПРЕСУВАННЯМ|тисненням|)

 

Пресування (обробка тиском|тисненням|) – один з широ­ко| вживаних в харчовій промисловості механічних| процесів. Сутність|сутність| його полягає в тому, що оброблюваний матеріал піддається зовнішньому тиску| за допомогою спеціальних механічних пристроїв –| пресів. При цьому можуть переслідуватися різні| цілі:

1) відділення|відокремлення| рідини від твердого тіла. Цей процес нерозривно пов'язаний з фільтрацією рідини, що віджимається|віджимає|, через капіляри залишку|остачі|. Одночасно з видаленням|віддаленням| рідини відбувається|походить| ущільнення і брикетування залишку|остачі|;

2) надання|надання| пластичним тілам певної гео­метричної| форми (формування і штампування). В цьому випадку зі|із| складної системи рідина не відділяється|, але|та| оброблювана маса набуває необхідної за технологічними умовами форми;

3) скріплення частинок зернистих сипких матеріалів у крупніші агрегати певної форми за допомогою рідини, що пов'язує, і відповідного тиску (пресування).

Віджимання рідини за допомогою тиску|тиснення| використовується| у виноробстві для віджимання|віджимати| соку з|із| винограду, в лікерогорілчаній| промисловості для віджимання|віджимати| соку з|із| ягід і плодів. За допомогою тиску|тиснення| віджимають рослинну олію|мастило| з|із| насіння, сік з|із| цукрового очерету, воду із бурякового|бурячного| жому (відходу бурякоцукрового виробництва|), відокремлюють|відділяють| жир від шквари.

Формування (штампування) пластичних матеріалів застосовується в кондитерському і макаронному виробництві для надання|надання| тісту певної форми.

Пресування (брикетування) отримало|одержувало| широке застосування|вживання| у виробництві цукру-рафінаду, а також при виробництві брикетів бурякового|бурячного| жому на бурякоцукрових заводах і на заводах харчових кон­центратів|.

1.3.1. Елементи теорії обробки харчових продуктів тиском |тисненням|

 

Віджимання|віджимати| рідини

 

Віджимання|віджимати| рідини від твердого залишку|остачі| тиском|тисненням| застосовують в двох випадках: 1) коли рідина являє більшу| цінність, ніж залишок|остача| (виноградний сік, рослинна олія|мастило|), і 2) коли рідина, залишаючись в твердому залишку|остачі|, зменшує його цінність (вода у віджатому| жомі).

Слід мати на увазі, що в харчовій промисловості маси,| що піддаються обробці тиском|тисненню| (насіння, плоди і ягоди, стебла|стеблини| рослин, тваринні тканини) мають складну| клітинну|кліткову| структуру. Щоб|аби| зменшити опір| цих структур виділенню з|із| них рідкої фази, перед віджиманням|віджимати| їх піддають механічній, гідротер­мічній,| тепловій і електричній обробці. Механі­чна обробка полягає в дробленні клітинної|кліткової| тканини з метою руйнування протоплазмових оболонок, що перешкоджають виходу рідини з|із| кліток|клітин|. При тер­мічній|, гідротермічній| і електричній обробці відбуваються|походять| складніші процеси.

Найцікавішим питанням теорії віджимання|віджимати| є| з'ясування основних чинників|факторів|, що впливають на ви­хід| віджатої рідини до кількості маси, завантаженої в прес. Розглянемо|розглядатимемо| чинники|фактори|, що впливають на вихід рідкого відходу (соку, олії|мастила|, жиру) при віджиманні|віджимати|:

1) тиск р, під яким відбувається віджимання;

2) якість матеріалу, що поступає|надходить| на віджимання|віджимати|, тобто характер|вдача| його клітинної|кліткової| структури і ступінь|міра| її руйнування| при попередній обробці. Ці показники| характеризуються деякою константою С |із|, яка залежить як від виду матеріалу, так і від способу попередньої| обробки;

3) вміст рідкої фази х₀ у складній структурі, що піддається віджиманню, вимірюваний у відсотках маси;

4) тривалість процесу пресування і послідовність| зміни тиску|тиснення|;

5) термічні умови, при яких відбувається|походить| віджимання|;

6) товщина шару матеріалу, що віджимається|віджимає|.

Складність явища віджимання|віджимати| і різноманітність методів попередньої обробки початкової|вихідної| сировини не дозволяють запропонувати єдине рівняння для розрахунку необхідного тиску|тиснення|. Є|наявний|, проте|однак|, низка|лава| спроб скласти рівняння для процесу віджимання|віджимати| рідини з|із| різних матеріалів. Так, для віджимання|віджимати| рослинної олії|мастила| запропоновано емпіричне рівняння такого|слідуючого| вигляду|виду|:

 

(1.19|)

 

де W – вихідолії, %;

С – константа, яка залежить від виду матеріалу;

W₀ – вміст олії в початковому матеріалі, %;

Р – тиск, при якому відбувається віджимання масла, Па;

τ – тривалість віджимання|віджимати|, с|із|;

v – кінематична в'язкість олії, м²/с;

а – показник, який залежить від виду олії.

З|із| рівняння випливає, що вихід віджатої рідини залежить від багатьох чинників|факторів|, і зокрема від тривалості| віджимання|віджимати|.

Рідина, що віджимається|віджимає|, повинна пройти|спливати| більш-менш довгий шлях|колію| в масі по складній системі капі­лярів|, переріз яких в процесі віджимання|віджимати| міняється. Тому при віджиманні|віджимати| матимуть місце явища, які властиві| процесу фільтрації і описуються рівнянням| Пуазейля для руху рідини в капілярах

 

(1.20|)

 

де V –об'єм рідини, що протікає за час τ, м³;

р – втрататиску в капілярі, Па;

r – радіускапіляра, м;

п –число капілярів на одиницю площі шару матеріалу;

F – площа перерізу капіляра, м²;

η – в’язкість| рідини, Па·c;

l – довжинакапіляра, м.

Явище віджимання складніше, ніж явище течії рідині в капілярі, яке описується рівнянням Пуазейля. Це видно вже з того, що тиск в рівняннях процесу віджимання входить в дробовому ступені. Проте, зважаючи на фільтрацію рідини в порах матеріалу, можна на основі рівняння Пуазейля прийти до практично важливих висновків: 1) нераціонально збільшувати товщину шару, а отже, і об'єм маси, що віджимається; 2) продукт при віджиманні доцільно нагрівати, якщо дозволяє технологія виробництва. Кожен підготовлений відповідним чином продукт при віджиманні, що проводиться при певних t і р, характеризуєтьсядеякою кінцевою вологістю, яка називається рівноважною (під вологістю тут розуміється вміст будь-якої рідини). Слід, проте, мати на увазі, що рівноважна вологість залежить і від об'єму пресованого матеріалу, і від послідовності прикладення тисків.