3.3. Смешивание и сортировка сыпучих и пластичных материалов

СМЕШИВАНИЕ СЫПУЧИХ И ПЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Эти процессы применяются для получения однородных по составу систем и смесей. Однородными считаются смеси, в каж­дой единице объема которых состав и взаимное распределение компонентов между собой одинаковы.

Смешивание или перемешивание сыпучих и пластичных ма­териалов находит широкое применение в общественном пита­нии при приготовлении различного рода продуктов из муки, винегретов, салатов, при получении смесей дробленых орехов, кофе с сахаром, при приготовлении творожных сырков с оре­хами или изюмом, яично-овощных начинок для пирогов и пр.

Аппараты для смешивания. Смесители характеризуются большим разнообразием. Их подразделяют на аппараты пе­риодического и непрерывного действия. По типу конструкции различают лопастные, шнековые, барабанные смесители. Схематично лопастные и шнековые смесители представлены на рис. 33.

Рис. 33. Схемы лопастного и шнекового смесителей:

а – лопастные: 1 – рабочая емкость; 2 – перемешиваемый материал;

3 – вал с лопа­стями; б – шнековые: 1 – рабочая емкость;

2 – перемешиваемый материал; 3 – шнек

Лопасти бывают самых разнообразных конструкций и раз­меров. Располагают их в аппарате либо вертикально, либо го­ризонтально.

Наиболее распространенными являются барабанные смеси­тели (рис. 34). Барабаны смесителей имеют различную форму: цилиндры, кубы, конусы и т. д.

Рис. 34. Схема барабанного смесителя:

1 – барабан; 2 – смешивае­мый материал; 3 – вал

Принцип работы всех барабанных смесителей одинаков. В барабан загружают смешиваемый материал, после чего ба­рабан приводят во вращательное движение. Процесс переме­шивания в барабанных смесителях осуществляется в течение длительного времени, в отдельных случаях до 8-10 ч.

Лопастные и барабанные смесители относятся к аппаратам периодического действия. К этой же группе относятся аппа­раты для смешивания сыпучих материалов, работающие на принципе псевдоожижения. Они весьма эффективны в работе. Следует отметить, что по принципу псевдоожижения работают некоторые типы смесителей непрерывного действия.

Кроме того, на предприятиях общественного питания ис­пользуются непрерывнодействующие аппараты для смешива­ния сыпучих и пластических материалов. На рис. 35 приве­дены схемы некоторых из типов непрерывнодействующих сме­сителей для сыпучих и пластичных материалов.

Рис. 35. Схемы непрерывнодействующих смесителей:

а – каскадный для сыпучих материалов: 1 – вал с мешалкой;

2 – приемный бункер: 3 – конический отражатель; 4 – промежуточный бункер; б – ленточный для сыпучих материалов: 1 – ленточный транспортер;

2,3 – загрузочные желобообразные бункеры; 4 – смешиваемый материал;

5 – вал с мешалкой; 6 – выгрузной бункер конической формы;

в – шнековый для пластичных и сыпучих материалов: 1 – корпус;

2, 3 – шнеки; 4 – загрузочный бункер; 5 – вал с мешалкой; в – выгрузной канал

В каскадном смесителе (рис. 35, а) смешиваемые мате­риалы поступают в приемный бункер, где они предварительно перемешиваются мешалкой. Затем материалы попадают на от­ражатель и в промежуточный бункер. Многократное прохож­дение через отражатели и промежуточные бункеры приводит к достаточно эффективному перемешиванию сыпучих мате­риалов.

В ленточном смесителе (рис. 35, б) материал из первого желобообразного бункера распределяется однослойной россыпью, на которую распределяется также россыпью материал из второго бункера. При этом на ленте образуется один слой из разных материалов. При сходе с ленты и поступлении в конический бункер материалы продолжают перемешиваться, чему способствует наличие мешалки.

Наконец, в шнековом смесителе (рис. 35, в) сыпучие и пластичные материалы одновременно поступают в загрузоч­ный бункер. Здесь происходит предварительное смешивание. Окончательное смешивание достигается при перемешивании материала шнеками. Эффективно смешанный продукт выходит через выгрузной канал.

В пищевой промышленности и в общест­венном питании для интенсификации процессов смешивания сыпучих и пластичных материалов стали применять вибраци­онную технику.

В вибрационных смесителях емкость, в которой осущест­вляется процесс, подвергается вибрации. Частота вибрации, например, при перемешивании фарша со шпиком составляет 10-20 Гц, амплитуда вибрации колеблется в пределах 2-5 мм.

СОРТИРОВКА СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ

Сущность и назначение процесса сортирования. Сущность этого процесса заключается в разделении сыпучих материалов на группы (классы). Разделение может быть проведено как по размерам, так и по свойствам материалов, входящих в со­став сыпучей системы. Процесс сортирования также называют классификацией.

В общественном питании разделение частиц по их качеству принято называть сортированием, а разделение по величине – калибровкой, отделение от сыпучего продукта примесей – про­сеиванием. Сортирование применяется, например, при подго­товке зерна и различных круп к приготовлению пищи. В этом случае отсортировывают доброкачественные зерно и крупу от возможных примесей или неполноценных зерен. Калибровка осуществляется при подготовке овощей и плодов к дальнейшей пе­реработке. Просеивание совер­шенно необходимо при подготовке к переработке таких продуктов, как мука, крахмал, сахарный пе­сок. В общем виде можно считать, что просеивание необходимо в тех случаях, когда нужно от сыпучего продукта отделить всевозможные инородные частицы.

Существующие способы сортирования позволяют сыпучие материалы разделить по их величине, форме, плотности, маг­нитным и электрическим свойствам.

Сортирование по форме частиц называют триерованием. Сортирование по плотности частиц часто называют сепариро­ванием сыпучих материалов. Отделение от сыпучих материа­лов металлических примесей называют электромагнитным или магнитным разделением (сепарированием).

Просеивание осущест­вляют на различных ситах. Применяемые в пищевой промыш­ленности и общественном питании сита можно подразделить на следующие два основных типа: пробивные (штампованные) сита, изготовляемые из металлических листов со штампован­ными отверстиями, и сплетенные из металлической проволоки или из шелковых, капроновых, нейлоновых нитей.

Плетеные сита имеют, как правило, отверстия квадратной или прямоугольной формы. Форма отверстий пробивных сит может быть самой разнообразной в зависимости от их назна­чения.

Пропускная способность сита характеризуется его живым сечением, представляющим собой отношение площади отвер­стий к площади всего сита:

φ = S_o100/S, (5)

где φ – живое сечение; S_o – площадь сечений отверстий в сите, м²; S – площадь всего сита, м².

Живое сечение пробивных или штампованных сит обычно составляет не более 50-70 %.

Фракции материалов, которые проходят через сортирующее устройство (сита), называются проходом или просевом. Фрак­ции, которые задерживаются ситом, называются сходом или отсевом.

Для характеристики размеров частиц материалов, подвер­гающихся сортированию, используют обозначения в виде зна­ков «плюс» и «минус». Знак «плюс» означает, что частица имеет размер больший, чем размер проходных отверстий в си­тах. Знак «минус» говорит о том, что частица имеет меньший размер, чем размер отверстий в сите. Так, например, частица, имеющая размер больше 2 мм, но меньше 3 мм, проходит через сито с сечением отверстий 3 мм и задерживается на сите с отверстием 2 мм. Эту частицу можно обозначить –3 +2.

На этом принципе основан так называемый ситовой ана­лиз сыпучих материалов, разделяемых на фракции по раз­мерам.

Ситовой анализ является разновидностью дисперсионного анализа и проводится с целью характеристики дисперсности частиц сыпучей системы. Навеску исследуемой системы про­пускают через ряд сит, отверстия которых постепенно увеличи­ваются. Сход или отсев, задерживающийся на каждом из сит, взвешивают. На основании данных, полученных при взвешива­нии, может быть построена интегральная кривая распределе­ния отдельных фракций по массе.

Существуют разные способы просеивания. На практике применяют однократное и многократное просеивание. Много­кратное просеивание может быть осуществлено тремя основ­ными способами от мелкого к крупному, от крупного к мел­кому и комбинированно (рис. 36).

Все эти способы имеют свои достоинства и недостатки. При просеивании от мелкого к крупному (рис. 36, а) аппараты легко обслуживать, но низка их эффективность, так как секции сит забиваются частицами крупных размеров. Просеивание от крупного к мелкому позволяет получить высокий эффект сортирования, но установки, работающие на этом принципе, трудны в обслуживании. Комбинированный способ в значи­тельной мере свободен от недостатков, присущих первым двум способам.

Аппараты для сортирования. Аппараты этого типа подраз­деляют в зависимости от вида и способа сортирования. Так, известны аппараты для просеивания, для калибровки (калиб­ровочные аппараты), для триерирования (триеры), для сепа­рирования по плотности и для разделения по магнитным и электрическим свойствам (сепараторы).

Рис. 36. Способы многократного просеивания:

а – от мелкого к крупному; б – от крупного к мелкому; в – комбинированный:

1 – загрузочный бункер; 2 – сита; 3 – приемные бункеры

Аппараты для просеивания, бывают плос­кими, цилиндрическими или коническими. В плоских аппара­тах сита совершают возвратно-поступательное движение или вибрируют, в цилиндрических сита вращаются. На рис. 37 представлены аппараты для просеивания (грохоты). Грохоты с качающимися ситами выпускаются одноярусными и мно­гоярусными. В одноярусных просеивание осуществляется по способу от мелкого к крупному (рис. 36, а), в многоярусных грохотах просеивание проводится или по способу от крупного к мелкому (рис. 36, б), или по комбинированному способу (рис. 36, в). Просев проходит через сита, отсев движется слева направо.

Рис. 37. Аппараты для просеивания (грохоты):

а – с качающимися ситами: 1 – эксцентрик; 2 – корпус; 3 – опор­ная стойка;

б – с вибрирующими ситами; 1 – сита; 2 – корпус; 3 – дебалансы;

4 – вал; 5 – пружины

Вибрационные грохоты (рис. 37, б) также могут быть одно- и многоярусными. Сита в них совершают колебательные движения, создаваемые специальным вибратором, имеющим дебалансы. Вибрационные грохоты имеют ряд достоинств, главными из которых являются: малая засоряемость сит, боль­шая производительность, универсальность (на них можно раз­делять различные материалы, в том числе и влажные), удоб­ство в эксплуатации, невысокий рас­ход энергии.

Аппараты для просеивания, имеющие цилиндрическую или ко­ническую форму, называют буратами (рис. 38).

Рис. 38. Конический бурат:

1 – шнек-питатель; 2 – кожух; 3 – конический барабан;

4 – вы­грузной шнек; 5 – патрубки для выхода фракции

Рабочая поверхность конического барабана выполнена из сит с отверстиями, диаметр которых увеличи­вается по ходу движения разделяе­мого материала. Совершенно оче­видно, что производительность буратов увеличивается с повышением частоты вращения барабанов. Од­нако она может быть повышена только до определенного значения. Если частоту вращения повысить, то материал будет вращаться вместе с ба­рабаном. Цилиндрические барабаны буратов устанавливают под углом до 10° к горизонту.

Принцип работы калибровочных аппаратов основан на том, что в них имеются рамы с отверстиями разных размеров. Пе­ремещаемые по рамам овощи и плоды разделяются по вели­чине (длине, диаметру).

Триеры могут иметь различное конструктивное оформление. Сущность работы их заключается в том, что разделяющее уст­ройство их имеет ячейки определенных форм и размеров.

Сепараторы для разделения сыпучих материалов по плот­ности подразделяют на гидравлические, пневматические, цен­тробежные.

Гидравлические сепараторы выпускают отстойного и флота­ционного типов (рис. 39). Аппараты первого типа работают по принципу отстаивания (рис. 39, а). В проточный резер­вуар подаются, например, крупа и вода. Легкие примеси всплывают и уносятся с водой, а крупа оседает на дно. Гидрав­лические сепараторы флотационного типа (рис. 39, б) рабо­тают по принципу флотации. Флотацией называется процесс, при котором к частицам продукта прилипают воздушные пузырьки. Частицы и воздушные пузырьки образуют агломе­раты. Если средняя плотность образовавшегося агломерата меньше плотности воды, то он поднимается вверх. Флотацион­ные сепараторы чаще всего используются для разделения сы­пучих систем, разные компоненты которых имеют различную способность прилипать к воздушным пузырькам. Частицы вме­сте с воздухом поднимаются вверх, образуя пенообразный слой, и сливаются из аппарата. Другие частицы (без прилип­ших к ним пузырьков воздуха) оседают на дно аппарата.

Рис. 39. Схемы гидравлических сепараторов:

а – отстойного типа: 1 – резервуар; 2 – тяжелая фракция; 3 – легкая фракция;

4 – загрузочный бункер; 5 – патрубок для подачи воды; 6 – ло­ток для выхода легкой фракции; 7 – патрубок для выгрузки тяжелой фракции;

б – флотационного типа: 1 – резервуар; 2 – тяжелая фракция;

3 – перфорированная труба для подачи воздуха; 4 – легкая фракция;

5 – загру­зочный бункер; 6 – патрубок для подачи воды;

7 – лоток для выхода лег­кой фракции; 8 – патрубок для тяжелой фракции

К пневматическим (воздушным) сепараторам относятся различного рода вейки (рис. 40). Воздух, продуваемый через вейку, несет с собой частицы, которые постепенно осаждаются. Сначала оседают наиболее тяжелые, затем более легкие и, на­конец, совсем легкие могут быть вынесены из аппарата вовсе.

Рис. 40. Схема вейки:

1 – патрубок для входа воздуха; 2 – корпус; 3 – загрузочный бункер;

4 – патрубок для вы­хода воздуха с легкими фракциями;

5, 6, 7 – бункеры для сбора фракций разной плотности

К центробежным сепараторам, предназначенным для раз­деления сыпучих систем по плотности, относятся аппараты циклонного типа, конические и дисковые. Разделение во всех этих сепараторах осуществляется за счет центробежной силы, воздействующей на частицы в результате их вращения в ра­бочем органе аппарата.

Сепараторы циклонного типа работают примерно так же, как и циклоны для жидкостей и разделения газов. Конические центробежные сепараторы имеют перфорированный вращаю­щийся конус, в который поступает разделяемый материал. От­верстия в конусе разных размеров. В нижней его части они мелкие, в верхней – крупные.

Схема дискового сепаратора приведена на рис. 41. Мате­риал, подлежащий разделению через загрузочный бункер, по­падает на быстровращающийся диск, на котором частицы при­обретают центробежную силу и под ее действием слетают с него. В зависимости от плотности и размеров частиц центро­бежная сила, воздействующая на них, различна. Поэтому ча­стицы, имеющие большую плотность или больший размер, ле­тят дальше частиц с меньшими плотностью и размером.

Рис. 41. Схема дискового сепаратора разделителя: