Роторно-пульсационный аппарат для интенсификации стадии перемешивания при производстве комбинированных продуктов Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

r3, 2000

схеме

1ЮЩИЙ

выход-

амость

(7)

1/3 и ркуля-коэф-Ьализ [ суще-ков по

Таблица

0,74 : 0,548 0,4 0,296

0,375

0,375

0,333

0,339

0,305

0,273

0,244

С.101

0,271

0,243

0,216,

0,329

0,288

0,253

0,222

0,284

0,240

0,204

0,176

схеме

эдного

потока по трем ступеням и рециркуляция на каждой из них. Такой схеме потоков отвечает уравнение

1

(1 — <2)2(1 - с2)” +

+

а2( 1 - а,)" +

ilb 1 + /?,

■а.

(8)

При условии, что коэффициенты а1 и а2 соответственно равны 1/3 и 1/2, коэффициенты рециркуляции на каждой ступени /3 = 0,1, получим 0,24 а 2.

При коэффициентах рециркуляции /3 = 0,2 дисперсия выходного потока о*/~ 0,176 ою , Таким образом, при организации движения материальных потоков по схеме /) получаем наименьшее значение дисперсии. В таблице приведены результаты корреляционного анализа всех рассмотренных нами схем движения материальных потоков в СНД центробежного типа.

ВЫВОД

Выявлены наиболее рациональные схемы (Си О) организации материальных потоков в центробежном трехступенчатом СНД. Их использование

позволяет существенно улучшить качество получаемой смеси и при необходимости увеличивать максимальную производительность СНД по сравнению с базовой конструкцией. Выбор той или иной схемы движения потоков зависит также от конструктивных решений (обеспечения возможности регулирования степени рециркуляции) и их практического воплощения.

ЛИТЕРАТУРА

1. Иванец В.Н., Коршиков Ю.А., Иванец Г.Е. Прогнозирование качества смеси в вибрационном смесителе с рециклом / / Интенсификация процессов механической переработки сыпучих материалов. — Иваново: ИХТИ, 1987. — С. 6-10,

2. Иванец Г.Е., Коршиков Ю.А., Макаров Ю.И. Смешение в вибрационном смесителе с опережающим движением материальных потоков // Изв. вузов. Пищевая технология. — 1989. — № 5. — С. 94-95.

3. Шушпанников А.Б., Иванец Г.Е. Моделирование процесса смешивания сыпучих материалов в вибрационных смесителях непрерывного действия / / Вест. Междунар. акад. холода. — 1999. — № 2.

4. Бытев Д.О., Зайцев А.Н., Копейкин В.А. // Тез. докл, Всесоюз. конф. "Технология сыпучих материалов. Химтех-ника-86”, — Белгород, 1986.

Кафедра процессов и аппаратов пищевых производств

Поступила 28.12.99 г.

621.796.63:62-13

РОТОРНО-ПУЛЬСАЦИОННЫЙ АППАРАТ ДЛЯ ИНТЕНСИФИКАЦИИ СТАДИИ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ КОМБИНИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ

Г.Е. ИВАНЕЦ, С.Н. АЛЬБРЕХТ, П.В. ПЛОТНИКОВ

Кемеровский технологический институт пищевой промышленности

Задача равномерного распределения исходных компонентов по всему объему смеси может быть решена путем интенсификации процесса перемешивания при использовании акустических (20-20000 Гц) упругих колебаний [1, 2]. Цель нашего исследования — разработка и практическая проверка оригинального роторно-пульсационного аппарата РПА, способного генерировать звуковые колебания в указанном диапазоне.

На рисунке представлен разрез головной части РПА. Его работа осуществляется следующим образом. По входному штуцеру 2 в рабочую полость 1 подаются исходные жидкие компоненты. Под действием инерционных сил, создаваемых вращающимся ротором 10, они проходят через прорези, выполненные в венцах статора 8,9 и ротора 10. При вращении вала 12 происходит их постоянное перекрытие, образуется зона действия пульсацион-ных сил и больших градиентов скорости, которая характеризуется высокой турбулентностью. По штуцерам 3 в камеру 7 в случае необходимости поступают другие жидкие компоненты и далее по каналам 15 направляются в пространство, образованное прорезями в венце ротора и ограниченное по радиальной образующей венцами статора 8, 9. Во время вращения ротора происходит перекрывание выходных отверстий каналов с одинаковой частотой, что способствует монодисперсному дис-

пергированию. Отверстия каналов выполнены в средней части зуба, что обусловливает равномерное распределение фазы по всему объему активной зоны. Благодаря этому достигается высокая величина поверхности контакта фаз и, как следствие, интенсификация процесса. Отверстия 14, выполненные в ступице ротора //, обеспечивают многократную внутреннюю циркуляцию смеси в рабочей полости 1. Лопасти 13 предназначены для увеличения радиальных токов жидкой фазы в рабочей полости, рубашка 16 — для подвода теплоносителя, штуцера 5, 6 — для входа и выхода хладоносителя, штуцер 4 — для выхода реакционной массы. Необходимая величина зазора между венцами статора и ротора (в пределах 0,1 — 1,5 мм) устанавливается с помощью регулировочных шайб 17.

Опытно-промышленный образец РПА имел емкость рабочей полости 0,0011 м3, скорость вращения ротора составляла 3000 об/мин. Производительность изменялась в диапазоне 22-66 кг/ч, что соответствовало времени пребывания смеси внутри аппарата от 1 до 3 мин.

Нами проведен ряд опытов с целью проверки возможности применения РПА при производстве майонеза Провансаль на стадии гомогенизации. В состав майонеза, кроме растительного масла и воды, входили яичный и горчичный порошок, сухое молоко, сахар, соль, сода в количестве от 0,05 до 5%. Предварительно проводилось грубое эмульгирование компонентов в отдельной емкости, а

ІЗііЬктіі

ВСшти^1

Г^Г

догоїся

Ґтп.пп ГІ20Н •Гол ні 1:'К;-с к і

Ун ■:миГ. J лбшяэ

затем полученная смесь через штуцер 2 подавалась в РПА. Одновременно через штуцер 3 поступала разбавленная уксусная кислота.

На фотомикроскопе НЕОРНОТ-21 (увеличение в 500 раз) сделан анализ микроструктуры майоне за, гомогенизированного в РПА при производительности 22, 33 и 66 кг/ч и полученного на ТОО ’’Китеж” (Кемерово) традиционным способом. Результаты показывают, что майонез, приготовленный на ТОО ’’Китеж”, — это однороднаяэмульсия типа ’’масло в воде” с размером частиц жировой фазы порядка 40—50 мкм, а гомогенизированный в РПА при производительности 66 кг/ч имеет степень дисперсности, %: до 2 мкм —: 87; 2-4 мкм — 8; 4-6 и 6-8 мкм — 2; 8-10 мкм — 1. При снижении производительности (увеличении времени пребывания до 2-3 мин) степень дисперсности уменьшается за счет обращения фаз и снижа1 ется вязкость майонеза. Сравнение качественных показателей свидетельствует, что майонезы, гомогенизированные в РПА, характеризуются повышенной стойкостью, стабильностью к окислению и улучшенными реологическими свойствами.

В табл. 1 представлены физико-химические характеристики майонезов, полученных традиционным способом и гомогенизированных в РПА. Анализ приведенных данных показывает, что наибольшей стабильностью и высокой дисперсностью обладает майонез, гомогенизированный в РПА в течение 1 мин. У этой эмульсии более высокое значение эффективной вязкости, характеризующее внешний вид майонеза в упаковке. Высокая степень дисперсности и устойчивость эмульсии объясняются тем, что при обработке в РПА образуются прочные адсорбционные слои, обладающие наряду с высокой механической прочностью достаточной подвижностью и способностью к быстрому самовосстановлению (явление тиксотропности).

Таблица 1

Майонез Провансаль

: 1 Показателй полученный традиционным способом гомогенизированный 1 в РПА

Свежеприготовленный

Массовая доля, %: ..ГГ : л?.”.....

жира 67,4 67,4

влаги , г . 25,5 25,5

Кислотность, в пересчете на уксусную кислоту, % 0,59 0,59

Перекйсное число, ммоль 1/2 О/кг 1,95 1,95

Стошюеть эмульеки-, % неразрушенной 98 100

Эффективная вязкост^ при скорости сдвига Зс , Па-с 13 15,5

После 30 дней хранения при 10'С

Кислотность, в пересчете на уксусную кислоту, % 0,67 0,65

Перекйсное число, ммоль 1/2 0/кг 10,5 5,3

Стойкость эмульсии, % 90 100

После 45 дней хранения . , при 10‘С

Кислотность, в пересчете на уксусную кислоту, % 0,73 0,67

Перекйсное число, ммоль 1/2 О/кг 10,5 10,4

Стойкость ЭМуЛ^СЙИ* % 90 100

или Я

десерт! рчіцелт **!А.ЮЖ Т5ш] -(перца случаи

ГЧ>*ГрГЙ

пере?«

НСЧіїи)

егсети*

гелей,

ИЛИ ЯГІ непииі ?і£я: фй

песков

трлкрп

лзког*

Посте

СКНЕ У продул

З ПЗЛЯ5 садер* мерно

Таблица 1

Показатели Продукт Продукт, обработанный в РПА

расчетный 1 мин 2 мин 3 мин

Кислотность, Т 148 148 148 148

Содержание витамина С, мг% 'дИ1": 13-0.5 12,7+0,5 12,8±0,5 12,7±0,5

Содержание каротиноидов, мг % О О 0,013 0,0131 0,0128

Взбитость, % ioo 68 100 100

Консистенция ■ : Вязкий, гомогенизированный без видимых включений частиц . порошка и кусочков творога Вязкий, гомогенизированный с небольшими включениями, подвижный, без достаточной взбитости Гомогенный, без видимых включений, взбитый

Цвет :; л . J- :; ■ Сиреневый " Насыщенный сиреневый . Сиреневый

Дисперсность фаз: ■>Х

биодобавка — Не болёе 50 мкм Менее 1 мкм

газовая фаза белково-жировая фаза Вкус и аромат

Не регламентир.

Не более 60 мкм Не более 1 мкм (90%), не более 2 мкм (10%) Приятные

іблйца 1 алЬ

генизи-

мный- '• Ш

;ный

Г

?,!

5,Г)

.59

,95

00

;Ні і ■ ЛО)'!

5,5 ; |\\Y-‘

’ 1

ІЄНИЯ

,65

Увеличению ассортимента продукции, выпускаемой на молочной основе, служит расширение производства взбитых молочных десертов [3]. Одним из них является взбитый кисломолочный десерт с наполнителем из черной смородины. Его рецептура состоит из молочной основы (творог и молоко) — 82,5%, структурообразователя (желатин) — 0,5%, сахара —5%, ягодного наполнителя (черная смородина) — 2% и воды — 10%. В этом случае РПА использовался при проведении стадий гомогенизации и взбивания предварительно грубо перемешанных компонентов. Только придание конечному продукту однородности и взбитости способствует повышению органолептических показателей, а отсутствие ощутимых комочков творога или ягодного наполнителя придает ему особенный, неповторимый вкус. Тонкодиспергированная газовая фаза улучшает структуру продукта. Экспериментальные исследования проводились в периодическом режиме. После загрузки в РПА предварительно подготовленных компонентов проводили гомогенизацию и взбивание в течение 1, 2, 3 мин. После каждого опыта определяли физико-химические и органолептические показатели полученного продукта. Результаты представлены в табл. 2. Их анализ показывает, что за время обработки в РПА содержание витамина С в десерте снижается примерно на 3%, а заданное значение взбитости

достигается через 2 мин, что, по-видимому, связано с диспергированием белково-жировой фазы. Фотографии микроструктуры продукта (увеличение в 500 раз), подученного при длительности обработки в РПА 1, 2, 3 мин, свидетельствуют о его однородности. При этом размер пузырьков воздуха в массе взбитого десерта не превышает 60 мкм.

Проведенные исследования доказывают целесообразность использования РПА для приготовления взбитых кисломолочных десертов с наполнителями на стадиях гомогенизации и взбивания. Однако время пребывания продукта в РПА не должно превышать 3 мин (дли данной конструкции), так как это приводит к необоснованному расходу мощности и ухудшению органолептических свойств десерта. ■■■

ЛИТЕРАТУРА "

1. Аксельрод Ю.В. Газожидкостные хемосорбционные процессы. Кинетика и моделирование. — М.: Химия, 1989. — 240 с.

2. Иванец В.Н., Зайцев В.Н. Аппараты с перемешивающими устройствами. —Кемерово: КемТИПП, 1993. — 125 с.

3. Взбитые молочные десерты и способы их изготовления: Обзорн, информ. / Гуляев-Зайцев С.С. и др. — М.: АгроНИИТЭИММП, 1987. — 32 с.

Кафедра процессов и аппаратов пищевых производств Поступила 14.07.99 г.

1ЄНИЯ