Глава V. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ

На мясокомбинатах осуществляют перемешивание жидко­стей, сыпучих веществ, вязких и твердых тел со многих техноло­гических процессах в целях получения однородности смешиваемого продукта, приготовления растворов, интенсификации тепловых процессов или вымешивания продукции в соответствии с требованиями технологического процесса

Перемешивание может быть механическое, которое осуществляется 'при помощи мешалок различных конструкции, и пневматическое, производимое сжатым воздухом, газом или паром, подаваемыми под давлением в толщу перемешивае­мого продукта.

Перемешивание при помощи звука или электрогидравличес­кого эффекта не получило пока распространения па предприяти­ях мясной промышленности.

Механические мешалки

Механические мешалки — машины, в которых перемешива­ние осуществляется при помощи поступательно-возвратно движущихся или вращающихся плоских или наклонных лопастей разной формы, вращающихся винтовых (пропеллерных) лопастей, шнеков или безлопастных емкостей специальной формы

Мешалки различают по расположению основной емкости (го­ризонтальные, вертикальные или наклонные) и по характеру ра­боты (периодического или непрерывного действия). Кроме того, мешалки могут быть открытого или закрытого типов. Выбор тонили иной конструкции мешалки зависит от рода перемешиваемо­го продукта, необходимой степени и интенсивности перемешива­ния и других факторов.

На рис. 95 представлены принципиальные схемы наиболее часто применяемых на мясокомбинатах механических мешалок

Вертикальная лопастная мешалка. Мешалка (рис. 95, а) применяется для перемешивания крови, жира, бульонов, различных экстрактов. Она может быть снабжена нагревающей или охлаждающей рубашкой.

Мешалка состоит из вертикальной емкости и вала с лопастя­ми, приводимого в движение от электродвигателя через редактор и передачу из конических шестерен. Лопасти могут быть различного сечения и различно расположенными относительно оси вращения. Мешалки этого типа используют в основном для споконйного перемешивания при сравнительно небольшом числе оборотов вала с лопастями (до 120 об/мин).

Винтовая (пропеллерная) мешалка. Эта мешалка (рис. 95,6) состоит из вертикальной (или горизонтальной) емкости и вала с изогнутыми лопастями в виде винта (пропеллера), при вращении которых перемешиваемая среда движется не только в плоскости вращения, но и в продольном направлении. Пропеллерные мешалки применяют главным образом для интенсивного переме­шивания жидкостей при растворении солей, быстром смешива­нии холодных и теплых слоев жидкостей, дефибринировании крови.

Рис. 95. Схемы устройства мешалок:

а — кортикальной лопастной б— бинтовой (пропеллерной), в— шнековой, г— беллонастной, д — горизонтальной лопастной.

Шнековая мешалка. Эта мешалка (рис. 95, в) так же,как и винтовая, создает достаточное хорошее перемешивание вдоль вала, на котором в качестве рабочего органа надет сплошной, спиральный или лопастной шнек. Мешалка состоит из емкости и вала со шпеком, приводимым во вращение от электродвигателя через передачу Вертикальные шнековые мешалки применяют для смешивания жидкостей, горизонтальные — для смешивания сыпучих или вязких продуктов.

Безлопастная мешалка. Мешалка (рис 95, г) представляет емкость (разной формы у сечения), эксцентрично установленную относительно оси вращения, благодаря чему при повороте вала на 180° жидкость (или сыпучие вещества) внутри емкости, кроме вращательного движение вдоль оси и достаточно хорошо перемешивается. Безлопастные мешалки применяют в том случае, если механическое воздействие лопастей на продукт нежелательно (дефибринирование крови и пр ).

Горизонтальная лопастная мешалка. Эту мешалку (рис. 95, д) используют обычно для перемешивания сыпучих продук­тов (мука, соль, шквара, альбумин и др.). Состоит она из гори­зонтально расположенной емкости и вала с лопастями, которые могут быть различной формы и сечения.

Производительность мешалок определяют по следующим формулам:

а) для мешалок периодического действия

кг/ч (II-41)

где а — коэффициент заполнения или использования полезной емкости мешалки, зависящий от конструкции мешалки и рода перемешиваемого продукта;

V — геометрическая емкость резервуара мешалки, ,м³;

r — плотность перемешиваемого продукта, кг/м³;

t— полная продолжительность цикла перемешивания (включая загрузку и выгрузку из мешалки), мин.Среднее практическое значение а при перемешивании жид­кости в вертикальной мешалке составляет 0,6—0,7; кусковых, вязких и сыпучих продуктов в горизонтальной мешалке соот­ветственно 0,4—0,7; 0,5—0,7 и 0,3—0,6;

б) для мешалок непрерывного действия

кг/ч (II-42)

где: а — коэффициент заполнения мешалки (значения см. вы­ше);

F— площадь поперечного сечения емкости мешалки, м²;

v— скорость перемещения продукта вдоль оси вала мешал­ки при перемешивании, м/сек;

r — плотность перемешиваемого продукта, кг/м³.

Мощность двигателя к мешалке зависит от ряда факторов, в том числе вязкости перемешиваемого продукта, плотности, числа оборотов вала с лопастями, формы расположения лопастей, их количества, угла наклона и т. д.

В общем виде мощность двигателя мешалок можно опреде­лить по следующей формуле:

кВт (II-43)

где: Р — сопротивление, оказываемое перемешиваемым продук­том при движении лопасти, н;

v - скорость движения лопасти, м/сек;

h - общий к. п. д. привода мешалки;

h_а – коэффициент запаса мощности.

Наибольшую трудность представляет определение Р.

Пользуясь формулами для расчета механических мешалок, можно предложить следующую упрощенную схему расчета ме­шалок.

При поступательном движении лопасти площадью f м²со скоростью vм/секв среде продукта с плотностью r кг/м³масса жидкости, захватываемой лопастью за единицу времени, составляет

(II-44)

где: y — коэффициент, зависящий от формы лопасти и соотно­шения ее высоты и длины. Вследствие вязкости жидко­сти этот коэффициент больше единицы и принимается обычно в пределах 1,2—1,5.

Работа, затрачиваемая на перемещение продукта (или сопро­тивление среды), может быть найдена по формуле

кгм/сек (II-45)

где K — коэффициент сопротивления движению лопасти, кото­рый равен

.

Мощность, необходимая для перемещения лопасти, состав­ляет

кВт (II-46)

где h— к. п. д. привода мешалки (h =0,75 - 0,8).

При вращательном движении лопасти сопротивле­ние среды определяют по формуле

(II-47)

где: v_макс —максимальная скорость на конце лопасти;

м/сек. (II-48)

где: n — число оборотов лопасти в минуту;

r_макс — максимальный радиус вращения (от оси до конца лопасти), м.

Из формулы (II—47) видно, что сопротивление вращающей­ся лопасти в 3 раза меньше, чем у поступательно движущейся лопасти при той же скорости перемещения.

Мощность, потребную для вращательно движущейся горизонтальной лопасти, определяют по формуле

кВт (II-49)

Для вертикально вращающейся лопасти сопротивление сре­ды определяют по формуле

кгм/сек, (II-50)

где K —коэффициент сопротивления лопасти;

;

h — высота лопасти, м;

w — угловая скорость вращения лопасти, радиан;

сек.^-1;

r₂— наружный радиус вращения лопасти, м;

r₁ — внутренний радиус вращения лопасти, м.

Помимо указанного лобового сопротивления при вращении лопастей мешалок, возникает еще трение о боковые поверхности лопасти, но величина этого сопротивления незначительна и со­ставляет примерно 0,5% лобового сопротивления, поэтому при расчетах мешалок им можно пренебречь.

В мешалках с винтовыми (пропеллерными) лопастями по­верхность жидкости, ометаемую винтом, находят по формуле

, (II-51)

где D₁ —диаметр винта, м;

e — коэффициент, учитывающий уменьшение площади описываемой винтом (e — 0,25 D₁).

Давление, создаваемое винтом:

кг/м² , (II-52)

где: Р — скоростной напор, кг/м²,

h_г — гидравлический к. п. д лопасти (h_г =0,8-0,9).

Скоростной напор Р находят по формуле

кг/м², (II-53)

где: р — плотность перемешиваемой среды, кг/м³;

w₀ — скорость движения жидкости по оси винта, м/сек;

w_S — скорость движения жидкости в резервуаре мешалки, м/сек.

Мощность, потребная для вращения винта мешалки, опреде­ляется по формуле

кВт, (II-54)

где: V- объем жидкости, просасываемый через винт мешалки, м² за 1 сек;

р_е — давление, создаваемое винтом, кг/м²;

h — механический к. п. д. привода мешалки.

Пример. Определить производительность и потребную мощность двигателя вертикальной лопастной мешалки для жира (см. рис. 95, а), если дано: диаметр резервуара мешалки D = 1200 мм; высота его Н = 1600 мм; коэффициент за­полнения мешалки а = 0,7; плотность жира р = 985 кг/м³; продолжительность перемешивания t — 18 мин;число оборотов вала мешалки n = 35 в минуту; ширина лопасти b — 80 мм;высота вертикальной лопасти h = 1300 мм;длина горизонтальной лопасти r₁ = 470 мм;количество горизонтальных лопастей 4; вертикальных 2.

Определяем производительность мешалки по формуле (II—41)

кг/ч.

Находим мощность, потребную для преодоления сопротивления горизон­тальных лопастей.

Коэффициент сопротивления по формуле (II—45) составит

Площадь лопасти

м²

Скорость движения лопасти по формуле (II—48)

м/сек.

Тогда мощность по формуле (II—47) будет равна

кгм/сек

Находим мощность, потребную для преодоления сопротивления для вер­тикальных лопастей

Угловая скорость вертикальных лопастей

сек^-1.

Тогда по формуле (II—50) имеем

кгм/сек.

Полная мощность всех лопастей мешалки

кгм/сек.

При к. п. д. мешалки h = 0,8 мощности электродвигателя мешалки соста­вит

кВт.

Пример. Определить мощность электродвигателя пропеллерной мешалки для растворения соли, если диаметр резервуара мешалки равен 1200 мм, вы­сота 900 мм, интенсивность перемешивания 6 объемов в минуту, диаметр винта мешалки 600 мм,плотность раствора 1100 кг/м³.

Геометрическая емкость резервуара равна

м³.

Объем жидкости, проходящей за 1 секчерез мешалку, составляет

м³/сек.

Поверхность жидкости, сметаемая винтом, по формуле (II—51) равна

м²

Скорость движения жидкости по оси винта

м/сек.

Скорость движения жидкости в резервуаре

м/сек,

Скоростной напор по формуле (II—53) будет равен

кг/м².

Давление, создаваемое винтом, по формуле (II—52) составляет

кг/м².

Теперь находим мощность электродвигателя по формуле (II—54)

кВт.

Мощность электродвигателя лопастной мешалки для фарша можно определить по удельному расходу энергии по формуле

кВт,

где: q — удельный расход энергии на перемешивание фарша, ко­торый принимают 2,5—2,6 квт ^. ч на 1 т фарша;

А — производительность мешалки, т/ч;

h — к. п. д. лопастей мешалки (h = 0,7-0,8).

В колбасно-кулинарных цехах перемешивают мясо разных сортов с посолочными компонентами, мясной фарш для выработки колбас, пельменей, котлег, мясных хлебов и тесто для изготовления пирожков и пельменей. Эту операцию осуществляют при помощи лопастных фаршемешалок.

Фаршемешалка ФМ-140.Машина (рис. 96) состоит из двух чугунных литых стоек 1, соединенных поперечными связями. На стойках, на двух цапфах, установлена дежа (корыто) 2из нер­жавеющей стали, которая может поворачиваться вокруг оси при загрузке и выгрузке при помощи рукоятки 7. Для облегчения по­ворота корыта емкостью 140 л,который производится вручную, имеется противовес (груз), закрепленный на тросе, перекинутом через ролик и соединенный с корытом.

Внутри корыта имеются две Z-образные лопасти 3, луженые пищевым оловом. Привод в движение ведущей лопасти осущест­вляется от электродвигателя 4 мощностью 2,8 кВт и числом обо­ротов 1420 в минуту, через червячный редуктор 5 с передаточным числом i — 15. Другая лопасть приводится в движение через па­ру цилиндрических шестерен 6, надетых на валы лопастей. Число оборотов ведущей лопасти 95 в минуту, ведомой — 44 в минуту. Расстояние между осями лопастей 264 мм.Привод лопастей ме­шалок показан на кинематической схеме.

В местах прохода валов лопастей через боковые стенки ко­рыта устроены специальные уплотнительные сальники для того, чтобы предотвратить попадание смазки в продукт. Для подтяж­ки сальниковых уплотнений имеются специальные фланцы.

Рис. 96. Фаршемешалка ФМ-140:

1 — стойки, 2 — корыто; 3 — лопасти; 4 — электродвигатель; 5 — червячный редуктор; 6 — шестерни привода; 7 —рукоятка поворота корыта.

Все вращающиеся детали машины (кроме лопастей) закрыты ограждениями. Продукцию загружают в машину при опрокину­том корыте, после чего его поворачивают, ставят в вертикальное положение и включают электродвигатель. По окончании переме­шивания наклоняют корыто и выгружают продукт, при этом электродвигатель не выключают и используют вращение лопас­тей для выгрузки продукта. Затем машину вновь загружают и начинают новый цикл перемешивания.

Фаршемешалка ФЛШ-300. Машина (рис. 97, а) емкостью корыта 300 л применяется на мясокомбинатах большой и сред­ней мощности. Она состоит из сварной станины 1, на которой с левой стороны расположен механизм вращения лопастей 2, а с правой — механизм для опрокидывания корыта.

Лопасти 5 приводятся в движение от электродвигателя 3 мощностью 4,5 кет и числом оборотов 735 в минуту. Ведущая ло­пасть имеет 67 об/мин, ведомая 57 об/мин, что достигается при помощи шестеренчатой передачи Лопасти вращаются в коры­те 7, имеющем крышку 6 и в нижней части рубашку 8, в которую можно подавать пар или горячую воду для подогрева продукта во время перемешивания.

Рис. 97. Фаршемешалка ФММ-300 (общий вид и кинематическая схема).

1 — станина, 2 — механизм привода лопастей, 3 — электродвигатель; 4 — конусы крепления лопастей, 5 — лопасти мешалки. 6 — крышка корыта; 7 — корыто; 8 — ру­башка подогрева корыта; 9 — червячная передача; 10 — редуктор; 11 — электродви­гатель; 12 — конечный выключатель; 13 — общий выключатель тока, 14 — электро­пусковое устройство; 15 — контакт электроблокировки.

При необходимости лопасти можно легко снять, ослабив и от­вернув конусы 4. В местах прохода валов лопастей через боко­вые стенки корыта имеются сальниковые уплотнительные устрой­ства для предотвращения пропуска фарша и смазки.

Крышка корыта 6 сблокирована с работой электродвигателя 3 так, что при открывании крышки во время работы лопастей контакт 15 размыкается и подача электроэнергии к двигателю прекращается. Для опрокидывания корыта имеется механизм, состоящий из отдельного электродвигателя 11 мощностью 1 кВт и числом оборотов 1410 в минуту, движение от которого переда­ется через червячный редуктор 10 и червячную пару 9.

Время опрокидывания корыта 0,5 мин, высота от пола до кромки опрокинутого корыта составляет 585 мм. а в нормальном рабочем положении 1205 мм. Для ограничения опрокидывания корыта имеется конечный выключатель 12, который срабатывает, как только корыто достигнет крайнего нижнего или верхнего положения. Электродвигатели, включаемые при помощи магнит­ных пускателей, могут вращаться в обе стороны (реверсивное вращение). Общий выключатель тока 13 установлен снаружи станины и соединен с электропусковым устройством 14. Кинема­тическая схема мешалки приведена на рис. 97, б.

Мешалка ММ-1-100. Мешалка служит для перемешивания фарша и теста. Производительность ее 2 т/ч, емкость корыта 155 л, масса единовременно загружаемого продукта 100 кг, мощ­ность электродвигателя 2,8 кВт.

Особенностью этой мешалки является автоматическая вы­грузка продукции через специальный боковой люк при помощи вращающихся лопастей, которые могут менять направление вращения. Корыто имеет крышки из органического стекла, поз­воляющую видеть процесс перемешивания. Открывание крышки сблокировано с работой электродвигателя, что обеспечивает без­опасность работы.

Вакуумные мешалки. За последние годы за рубежом (ЧССР, ФРГ, ГДР, ВНР) получили широкое применение вакуумные ме­шалки, в которых процесс перемешивания ведется под вакуумом, для чего корыто имеет герметически закрывающуюся крышку, а машина снабжена вакуум-насосом, позволяющим получать не­обходимое разрежение. Применение вакуума при перемешива­нии мясного фарша значительно улучшает качество колбасных изделии, так как из фарша удаляется воздух, который может служить причиной образования пустот в колбасных батонах и ухудшать качество набивки оболочки фаршем. Вакуум при пе­ремешивании доводится до 85—90%.

Тестомесильная машина.Для перемешивания теста, пред­назначенного для выработки пельменей и пирожков, па мясо­комбинатах используют мешалки типа «Стандарт» с дежой емкостью 330л (рис.98). Она состоит из чугунной пустотелой ста­нины 1, внутри которой смонтирован электродвигатель 2 мощ­ностью 4,5 кВт и числом оборотов 1440 в минуту. От электродви­гателя движение передается через клиноременную передачу на шкив 3, находящийся на одном валу с червяком редуктора 4, ко­торый приводит в действие вал мешалки 5 с лопастью 6 на конце.

Дежа для теста 7 находится на тележке 10, установленной на колесах 11 и в рабочем положении подкатывается к машине, а в нерабочем откатывается. Дежа 7 может вращаться на оси 15 при помощи червячного механизма, приводимого в движение от червяка 13.

Рис. 98. Тестомесильная машина:

1 – станина; 2 – электродвигатель; 3 – шкив передачи; 4 – червяк редуктора; 5 – вал мешалки; 6 – лопасть; 7 – дежа для теста; 8 – колпак дежи; 9 – ось поворота колпака; 10 – тележка; 11 – колса тележки; 12 – автоматическая защелка; 13 – червяк; 14 – ограждение; 15 – ось вращения дежи; 16 – маховичок подъема мешалки.

Для закрывания дежи имеется колпак 8, который может поворачиваться на оси 9 и закрывать дежу при перемешивании теста. Шкивы и клиноременная передача закрыты ограждением 14.

Работа машины заключается в следующем. Дежа с приготов­ленным по рецептуре сырьем накатывается на фундаментную плиту тестомесильной машины и закрепляется автоматической защелкой 12 так, что червяк 13 входит в зацепление с шестерней дежи. После установки дежи опускают колпак 8. При этом замы­кается контакт электроблокировки и включается электродвига­тель, приводящий в движение все механизмы тестомесильной машины. Рычаг с лопастью 6 двигается сверху вниз, совершая кругообразные движения, одновременно вращается вокруг оси дежа, чем достигается хорошее перемешивание теста. Число качаний месильного рычага 23,5 в минуту, число оборотов дежи 5,9 об/мин. Расстояние между лопастью и стенкой дежи не дол­жно превышать 2—3 мм.

По окончании замеса теста колпак 8 поднимают, электродви­гатель выключается, при помощи маховичка 16 приподнимают мешалку 6 в крайнее верхнее положение, освобождают защел­ку 12 и откатывают дежу с тестом от машины. При наличии двух деж работа по замешиванию производится почти непрерывно. Для перемешивания твердых продуктов применяют шнековые или спиральные смесители.

Рис. 99. Смеситель для разных сортов мяса:

1 — станина; 2 — корыто; 3 — шнек; 4 — ленточная спираль, 5 — электродвигатель; 6 — редуктор; 7 — клиноременная передача, 8 — загрузочное отверстие, 9 — разгрузоч­ное окно

Смеситель для разных сортов мяса. Машину (рис. 99) конст­рукции ЦКБ Мясомолмаша устанавливают в консервных цехах для смешивания кусков мяса весом 30—70 г, направляемого для изготовления консервов.

Смеситель состоит из сварной металлической станины 1, на которой смонтировано V-образное корыто из листовой нержаве­ющей стали 2. В корыте вращается шнек 3 в виде ленточной спирали, приводимы в движение от электродвигателя 5 мощностью 2,8 кВт и числом оборотов 1420 в минуту, через червячный редуктор и клиноременную передачу 7.

Вал спирали (мешалки) делает 46 об/мин. По верхнему (на­ружному) краю ленточной спирали расположена вторая спираль, выполненная из лопаток 4, установленных в обратном направле­нии, в результате чего куски мяса ленточной спиралью продви­гаются от загрузочного отверстия 8 в направлении справа нале­во, а спираль 4 из лопаток заставляет продукт двигаться в об­ратном направлении к разгрузочному окну 9. Благодаря этому обеспечивается непрерывное интенсивное перемешивание, одна­ко смеситель может работать и периодически. Чтобы обеспечить обратное движение продукта в смесителе устанавливают попе­речную перегораживающую стенку 8. Смеситель можно легко разбирать, мыть, подвергать санитарной обработке, он несложен в эксплуатации.

Производительность смесителя 1000 кг/ч. При этом произво­дительность можно регулировать, изменяя угол наклона лопас­тей.

Пневматические мешалки

В пневматических мешалках в качестве перемешивающего органа используют энергию сжатого воздуха или пара, при про­пускании которых через жидкость происходит так называемое барботирование — бурное перемешивание частиц жидкости при помощи пузырьков воздуха или газа.

Рис 100. Барботер:

1 — чан барботера; 2 — ложное перфорированное дно; 3 — змеевик. 4 — запорный вентиль.

Барботер. Машина (рис. 100) применяется для приготовле­ния тузлучного раствора, рассола для холодильной системы, пе­ремешивания жирового или кишечного сырья и других процессов.

Барботер состоит из металлического чана прямоугольной формы 1, в котором имеется ложное перфорированное дно 2, находящееся на уголках, приваренных к стенкам чана. На дне расположен змеевик 3 с запорным вентилем 4.

Змеевик состоит из перфорированных труб с отверстиями диаметром 2—5 мм,расположенных по винтовой линии. Воздух, газ или пар выходит под давлением из отверстия змеевика и, поднимаясь, увлекает за собой частицы жидкости, скорость дви­жения которых тем больше, чем больше давление воздуха в зме­евике.

Примерные нормы расхода воздуха в барботере следующие.

Воздух или пар должны поступать в барботер под давлением, достаточным для создания необходимого скоростного напора и преодоления всех сопротивлений. Это давление определяют по формуле

н/м², (II-55)

где: р — плотность перемешиваемого продукта, кг/м³,

Н — высота слоя жидкости в барботере, м;

g — ускорение силы тяжести, м/сек²\

h — коэффициент запаса (h = 1,1-1,2).

Пример.Определить расход сжатого воздуха и потребное давление в змее­вике барботера для растворения поваренной соли, если длина чана 2,5 и, ши­рина 1,2 м, высота жидкости 900 мм, плотность рассола у = 1100 кг/м³, условия перемешивания — средние.

Определяем расход сжатого воздуха в барботере

м³/ч.

Потребное давление в змеевике по формуле (II—55) составляет

н/м², или 0,12 кг/см².

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: