Технологическое оборудование для подготовки и получения жировых смесей и эмульсий перемешиванием

Оборудование для перемешивания пищевых компонентов сырья в целях получения смесей, эмульсий и других видов жидкофазных дисперсных систем широко применяется при производстве жировой продукции молочными, маргариновыми, мясоперерабатывающими и другими пищевыми производствами.

Перемешивание, как и смешивание, представляет собой процесс, при котором достигается равномерность распределения различных компонентов с образованием новых видов дисперсных сред (систем).

Перемешивание, как правило, используется для жидкофазных, пластично-вязких и высоковязких видов сырья, а смешивание – для мелкокусковых, сыпучих дисперсных сред.

При перемешивании взаимно нерастворимых или растворимых жидких сред образуются соответственно эмульсии и растворы. Перемешивание также используется для образования газосодержащих и пенообразных пищевых дисперсных систем.

При перемешивании в жидких средах частиц твердых материалов образуются дисперсные системы в виде суспензий.

Основные способы перемешивания жидкофазных сред и дисперсных систем: механический, циркуляционный, статический и пневматический.

Наиболее широкое применение в технологиях жироперерабатывающих производств получило механическое перемешивание в аппаратах с перемешивающими устройствами, в которых осуществляется подготовка жировых эмульсий или смесей для последующего получения жировой продукции в виде сливочного и комбинированного масла, маргаринов, кулинарных, кондитерских, хлебопекарных жировых композиций различного назначения и жирности.

Оборудование для перемешивания (рис. 2.1) в основе своей состоит из перемешивающего устройства и корпуса.

Перемешивающее устройство (рис. 2.2) состоит из мешалки, вала, привода и стойки для крепления привода на корпусе аппарата.

Типы перемешивающих устройств определяются особенностями технологических процессов и связаны с конструкцией и параметрами работы, размерами составных элементов устройств.

Применяемые мешалки могут быть разделены на две основные группы – быстроходные и тихоходные.

Рис. 2.1. Схема аппарата для перемешивания: 1 – уплотнение; 2 – корпус; 3 – перемешивающее устройство

Рис. 2.2. Перемешивающее устройство: 1 – привод; 2 – стойка; 3 – вал; 4 – мешалка

К быстроходным относятся мешалки для перемешивания жидких сред преимущественно при турбулентном и переходном режимах движения жидкости; к тихоходным – при ламинарном режиме движения жидкости.

Основные виды быстроходных (высокоскоростных) мешалок: турбинные, пропеллерные, лопастные, трехлопастные, скребковые, фрезерные и некоторые другие – используются для перемешивания жидкофазных сред и получения дисперсных систем.

Тихоходные мешалки: рамные, якорные, листовые, шнековые и некоторые другие – используются, как правило, для перемешивания вязких и высоковязких сред, для подготовки и поддержания в устойчивом состоянии жидкообразных эмульсий и суспензий.

Корпус оборудования для перемешивания (рис. 2.3) представляет собой, как правило, цилиндрическую вертикальную либо горизонтальную емкость с плоским, наклонным, конусообразным, вогнутым или выпуклым днищем и съемной или разъемной крышкой.

а б в

Рис. 2.3. Типы корпусов перемешивающих устройств:

а – эллиптические днище и крышка; б – эллиптическое днище и плоская крышка; в – плоские днище и крышка

Конструктивно варианты корпусов различаются наличием внутренних и теплообменных устройств, типом опор, размещением штуцеров и пр.

Внутреннее устройство корпусов показано на рис. 2.4.

а б в

Рис. 2.4. Внутреннее устройство корпусов:

а – отражательные перегородки; б – барботер; в – труба передавливания

Отражательные перегородки (см. рис. 2.4, а) устанавливаются для предотвращения вращательного движения всей массы жидкости вместе с лопастями мешалок, особенно при перемешивании вязких жидкостей.

Барботер (см. рис. 2.4, б) предназначен для подачи сжатой газовой фазы в жидкофазную рабочую среду. Он представляет собой перфорированную трубу (или ряд труб), расположенную у днища емкости.

Труба передавливания (см. рис. 2.4, в) применяется для отвода (вытеснения давлением) рабочей среды из корпуса аппарата, а также для подвода сырьевых компонентов в рабочую зону мешалки.

Теплообменные устройства устанавливаются снаружи корпуса или внутри емкости в виде гладкой приварной рубашки (рис. 2.5, а), змеевика (рис. 2.5, б), электронагревателя в виде гибкого ленточного нагревательного элемента (рис. 2.5, в).

а б в

Рис. 2.5. Теплообменные устройства:

а – приварная рубашка; б – змеевик; в – гибкий ленточный нагреватель

Для корпусов используются опоры-лапы и опоры-стойки (рис. 2.6). Кроме того, возможно использование кольцевых опор для корпусов с плоским днищем, а также установка опор в виде штатива для перемешивающих устройств лабораторного типа и малых емкостей.

а б

Рис. 2.6. Опоры корпуса:

а – опоры-лапы; б – опоры-стойки

Количество, расположение и конструктивные параметры штуцеров на корпусе аппарата принимаются в соответствии с требованиями технологического процесса и возможностью их размещения по соображениям прочности корпуса оборудования (рис. 2.7).

Анализ процессов перемешивания жидких сред для получения эмульсий и гомогенных дисперсных систем показывает, что выполненные разработки затрагивают широкий спектр вопросов по изучению оптимальных режимов работы смесителей, основных свойств перемешиваемых фаз, а также созданию оптимальных конструкций для перемешивания.

Рис. 2.7. Штуцера корпуса аппарата:

А – вход продукта; Б – для трубы передавливания; В – для манометра; Г – для термометра; Д – технологический; Е – для подачи газа через барботер; Ж – люк; И – вход (выход) теплоносителя в змеевик; К – выход (вход) теплоносителя из змеевика; Л – выход продукта; М – вход (выход) теплоносителя в рубашку; Н – выход (вход) теплоносителя из рубашки; О – отвод воздуха

Подготовка жиросодержащих эмульсий для производства сливочного или комбинированного масла, маргарина подразумевает получение жидкофазных дисперсных систем из несмешивающихся между собой жидкостей с образованием эмульсионной дисперсной системы прямого, обратного или смешанного типа.

Чтобы получить требуемую устойчивую форму жиросодержащих эмульсий, необходимо знать: процессовые и аппаратурные параметры для обработки продукта; возможности управления процессом перемешивания в устройствах различных типов, включая комбинированные, со смесительными емкостями различной вместимости (с перегородками и без них); условия поддержания температуры для образования устойчивой дисперсной системы в рабочем интервале температур.

Получение жиросодержащих эмульсий перемешиванием представляет собой процесс перемешивания несмешивающихся жидкостей (жировой и водной или водно-молочной фаз) в устройствах с мешалками различных типов, а также с использованием насосов-эмульсаторов.

Согласно технологическому процессу производства маргариновой продукции 72–82 %-й жирности и кулинарных жиров, в линиях А1-МЛМ и А1-ЖЛУ производительностью 2,0–2,5 т/ч используются смесители (полезный объем корпуса 2000 л) с ленточной спирального вида мешалкой, которая приводится в движение от электропривода (рис. 2.8).

Рис. 2.8. Смеситель подготовки эмульсии:

1 –  электродвигатель; 2 – редуктор; 3 – соединительная муфта; 4 – рама привода; 5 – крышка; 6 – верхний патрубок для впуска компонентов в смеситель; 7 – тер-мометр; 8 – мешалка; 9 – емкость смесителя; 10 – рубашка для обогрева смесителя; 11 – патрубок выпуска эмульсии; 12 – опорные стойки; 13 – днище емкости с уклоном; 14 – сливной кран; 15 – штуцер; 16 – отбойники (перегородки)

Цикл работы смесителя с постоянно вращающейся мешалкой составляет до 50 мин, из них:

на заполнение емкости – 15 мин;

на перемешивание – 15 мин;

на опорожнение емкости – 20 мин.

Основными узлами смесителя являются: емкость 9 с теплообменной рубашкой 10 и крышкой 5, привод с электродвигателем 1 и редуктором 2, мешалка 8.

Рабочая емкость 9 цилиндрической формы выполнена из нержа-веющей стали с рубашкой для обогрева 10. Днище емкости 13 смесителя имеет уклон к спускному штуцеру 15. Смеситель имеет ленточно-шнековую мешалку 8, которая через муфту 3 соединена с валом редуктора 2, и крышку 5, которая может открываться с двух противоположных сторон. Над крышкой на раме привода 4 закреплен электродвигатель с редуктором. Внутри емкости прикреплены отбойники (перегородки) 16, не позволяющие смеси закручиваться по ходу вра-щения мешалки. Смеситель установлен на четырех опорных стойках 12.

Вход компонентов осуществляется через верхний патрубок смесителя 6, а выпуск готовой эмульсии – через нижний патрубок 11. Обогрев в смесителе производится пароводяной смесью, подаваемой в рубашку. Подача пара осуществляется эжектором. Вода из рубашки переливается через штуцер 15, для полного слива в центре днища имеются штуцер и кран 14.

В смесителе установлены два сигнализатора уровня (нижний и верхний) для обеспечения световой сигнализации наполнения и опорожнения смесителя, которые осуществляются автоматически с помощью пневматического клапана. Смеситель также имеет дистанционный измеритель уровня с поплавком. Положение поплавка показывает уровень заполнения смесителя. Термометр сопротивления 7 позволяет контролировать температуру эмульсии.

Для удержания жиросодержащих эмульсий от расслаивания, поддержания постоянного уровня эмульсии в целях обеспечения стабильного питания насоса высокого давления, работающего «под заливом», в технологических линиях используются уравнительные смесители (рис. 2.9).