20.7. Кристаллизаторы и декристаллизаторы жировой продукции

Кристаллизатор с компенсирующим устройством (рис. 20.14) предназначен для получения необходимой кристаллической структуры, требуемой твердости и пластичности для фасовки маргарина в линиях производства твердого маргарина. Основные узлы – фильтр-гомогенизатор и несколько последовательно соединенных на фланцах цилиндрических секций. Фильтр служит для улавливания случайно попавших в эмульсию механических примесей и ее дополнительной обработки.

Рис. 20.14. Кристаллизатор с компенсирующим устройством

Внутренняя полость входной секции 13 кристаллизатора 11 выполнена в виде конуса. Другие секции представляют собой цилиндры, соединенных переточными каналами 12 для обогревающей воды. Маргариновая эмульсия поступает через патрубок 1. Диаметр кристаллизатора больше, чем диаметр подводящего патрубка, поэтому снижается скорость движения эмульсии, и она медленно передвигается к выходу и далее через коническую насадку 4 поступает в формующую камеру фасовочного автомата. Температура маргарина на выходе из кристаллизатора несколько возрастает вследствие выделения теплоты кристаллизации и составляет 16…20 С. На последней секции 3 кристаллизатора установлено компенсирующее устройство для преобразования непрерывного процесса получения маргарина в периодический при подаче его на фасовочный автомат, работающий циклично.

Компенсирующее устройство состоит из корпуса 6, подвижного поршня 10 и непрерывного шпинделя 9. Последний соединен воздушным регулятором давления 8, к которому по трубе 7 подводится сжатый воздух. При превышении давления на выходе из кристаллизатора поршень 10 поднимается, открывает выходной канал 5, и часть маргарина отводится в бак возврата.

Кристаллизаторы можно размещать горизонтально на стойках 2, вертикально или горизонтально над фасующими автоматами.

При выработке маргарина в виде монолита, который упаковывается в короба, и при производстве мягких маргаринов необходимо, чтобы продукт обладал хорошей дозируемостью и подвижностью при наливе в тару, быстро принимал форму по окончании формообразования, имел ровную однородную консистенцию и был высокопластичным. Для этого после переохлаждения производят дополнительную механическую обработку для декристаллизации структуры. В результате маргарин при хранении менее подвержен образованию твердых пространственных структур, что способствует получению высокопластичного продукта, приближающегося к коагуляционной структуре. Твердая и жидкая фракции жира распределяются равномерно, готовый маргарин не теряет текучести и при наливе в короба пиобретает пластичную консистенцию, сохраняющуюся длительное время при температуре 5…7 С.

Декристаллизатор (рис. 20.15.) состоит из трех горизонтальных цилиндров 2, смонтированных на опорной раме 6. Внутри корпуса цилиндра 2 крепятся неподвижные билы 3, а на валу 7 внутри цилиндра укреплены вращающиеся от привода 5 билы 8. Между билами маргариновая продукция тщательно перемешивается. Продукт, поступающий через патрубок 4, последовательно проходит три цилиндра, которые соединяются патрубками 1. Частота вращения валов составляет 1,73 с^–1.

Рис. 20.15. Декристаллизатор

Анализ промышленных типов кристаллизаторов (табл. 20.4), используемых в современных линиях производства жиросодержащих продуктов, позволил определить продолжительность обработки жирового продукта.

При пластификации жировых продуктов с расфасовкой в виде брусков могут быть рекомендованы насадки в виде решеток с диаметром отверстий 2,0; 2,5; 3,0; 3,5 мм (табл. 20.5.).

В технологических схемах производства низкожирного сливочного масла, топленого масла и кулинарного маргарина используются промежуточные кристаллизаторы, которые представляют собой, как правило, цилиндрическую камеру без внутренних насадок для зарождения и выдержки процесса массовой кристаллизации жировой основы.

Таблица 20.4. Анализ промышленных кристаллизаторов

Модель	Кристаллизатор линии А1-МЛМ (Россия)	Кристаллизатор линии фирмы «А.Johnson&Co LTD» (Англия)	Кристаллизатор линии фирмы «А.Johnson& Co LTD» (Англия)
Производительность, т/ч	1,0…1,25	1,0…1,25	2,5
Длина, мм	2118	2600	4600
Диаметр, мм	178	177	200
Рабочий объем, дм3	52,7	64,0	144,4
Продолжительность обработки, с	151,8	159,0	208,0

Таблица 20.5. Техническая характеристика насадок в виде решеток

Показатели	Решетки с диаметром отверстий, мм
	2,0	2,5	3,0	3,5
Площадь сечения кристаллизатора, мм2, при dвн = 178,0 мм	24884
Количество отверстий в решетке, шт.	1960	980	980	800
Площадь живого сечения решетки, мм	9624	4812	6860	7680
Отношение площади живого сечения решетки к площади живого сечения кристаллизатора, %	38,6	19,3	27,5	30,8
Шаг отверстий решетки, мм	2,5	5,0	5,0	6,0
Толщина решетки, мм	3,5	3,0	3,0	2,5
Твердость жирового продукта при 15 С, г/см	50…60	40…50	40	30…40
Число решеток, шт.	1	1…2	2…3	3
Твердость жировой основы продукта при 15 С, г/см	40…160	120…140	100…120	50…100

В технологических схемах производства жировой продукции с последующей расфасовкой в полимерные баночки или короба, с расфасовкой в блоки используются промежуточные кристаллизаторы, где процесс массовой кристаллизации интенсифицируется, а также одно- и многоцилиндровые декристаллизаторы, где продукт подвергается пластификации перед операцией расфасовки.

Декристаллизатор (рис. 20.16) представляет собой устройство в виде рабочего цилиндра 1 с валом 6. На корпусе цилиндра 1 расположены штыри 7, а на вращающемся валу установлены пальцы – билы 4.

Сначала эмульсия поступает в декристаллизатор. После переохлаждения жировые продукты проходят стадию процесса массовой кристаллизации и пластификации.

Рис. 20.16. Декристаллизатор для кристаллизации и пластификации жировых продуктов

Инженерные расчеты. Производительность кристаллизатора П_к в геометрически подобных системах при одинаковых затратах мощности определяется функциональной зависимостью

,

где Re – критерий Рейнольдса (характеризует режим поступательного движения продукта через кристаллизатор); Pr – критерий Прандтля; Di – критерий, характеризующий степень устойчивости триглицеридов к фазовым превращениям в молочном жире при механическом воздействии; симплекс V_кр – отношение разности температур продукта на входе и выходе из кристаллизатора к температуре отвердения молочного жира; симплекс U_к – отношение содержания отвердевшего жира в продукте на выходе из кристаллизатора к содержанию закристаллизовавшихся триглицеридов в молочном жире.

Для получения этого уравнения в явном виде рекомендуются основные теплофизические и структурно-механические характеристики молочного жира и сливок, которые используются для расчета значений критериев процесса кристаллизации.

Степень кристаллизации К может быть определена в виде

,

где I и I– энтальпии на границах фазового перехода, Дж; I_t – энтальпия жира при конкретной температуре, Дж; Т и Т – значения температур на границах фазового перехода, К; с₀ – собственная удельная теплоемкость жира, кДж/(кгК).

Расчет степени кристаллизации К может быть реализован с учетом значений удельной теплоемкости, энтальпии и теплоты кристаллизации для различных жиров, масел и жировых композиций в следующем виде:

,

где I_ф.п – значение энтальпии фазового перехода для заданной температуры, Дж; а, с₀, Т – соответственно расчетный коэффициент, удельная теплоемкость, кДж/(кгК) и температура на границе фазового перехода из твердого состояния, К; L_ф.п. – теплота фазового перехода, кДж.

Когда Энштейна спросили, каким образом он открыл теорию относительности, он ответил: «Усомнившись в аксиоме». Гулд Лоуренс (1905–1954), американский ученый в области полярных исследований