Устройство для изготовления пищевого экструдированного продукта
Использование: при производстве взрывом или экструзией пищевых продуктов из зернового сырья.
Сущность: устройство для изготовления пищевого экструдированного продукта, содержит корпус, загрузочный бункер с дозатором в виде дополнительного шнека, пресс-экструдер, а также матрицу, в которой последовательно установлены последовательно расположены разогревающая шайба, в которой выполнено щелевое или галтелеобразное или иное щелевидное отверстие с расширяющимися краями, щелевая диафрагма и фильера со сквозным прямоугольным отверстием, конструктивно выполненная в виде шайбы, примыкающей к щелевой диафрагме и связанного с ней тонкостенного патрубка, выполняющего функцию формирующего продукт прямоугольного канала. Способ изготовления пищевого экструдированного продукта, включающий загрузку зерновой смеси, ее перемешивание, помол и экструзию, формование готового продукта, при этом размолотую смесь выравнивают в ленту, равномерно перераспределяя давление по всей площади потока продукта, затем выдавливают через щелевую диафрагму с последующим взрыванием зерновой смеси на начальном участке фильеры, которая приобретает мягкую консистенцию и заполняет отверстие фильеры с прямоугольным сечением, в которой формуют готовый продукт в виде плоской ленты, которую, в свою очередь, делят с помощью отрезного устройства на отдельные полосы мерной длины. Температуру разогрева зерновой смеси регулируют с помощью разогревающей шайбы, путем изменения сопротивления перемещения зерновой смеси от шнека пресс-экструдера в матрицу с помощью накидной гайки, а формирование экспандированного пищевого продукта осуществляют в условиях интенсивного теплоотвода, который обеспечивается тонкостенностью конструкцией патрубка фильеры.
Технические преимущества: упрощение конструкции матрицы; возможность плавного регулирования процесса производства пищевого продукта; повышение надежности работы устройства и упрощение его.
2 независим, п. ф-лы. 2 ил.
Полезная модель относится к пищевой промышленности и может быть использована при производстве взрывом или экструзией пищевых продуктов из зернового сырья.
Известен пресс-экструдер, содержащий корпус основного привода с загрузочным бункером и питателем, цилиндрический корпус шнека, состоящий из разъемных частей и прикрепленный к корпусу основного привода, отличающийся тем, что на внутренней поверхности обеих частей корпуса шнека в месте их соединения выполнены кольцевые проточки, в которое установлено жестко закрепленное кольцо с внутренними пазами, выполненными по оси кольца или под углом к ней [см. заявку России 
98112976 по классу А23Р 1/12 опубликованную 27.03.2000 года].
Известно также устройство для изготовления пищевого экструдированного продукта, содержащего экструдер с матрицей и установленную в ней с возможностью вращения формирующую головку, отличающееся тем, что переходная коническая поверхность и переходная цилиндрическая поверхность формирующей головки размещены за пределами фильеры матрицы [см. патент России 2137372 по классу А21С 11/16, А23Р 1/12 опубликованным 20.09.1999 года].
Недостатки выше описанных устройств заключаются в малой степени измельчения зерновой смеси и доведения составляющих ее частиц до готовности и вследствие этого - низкое качество готового продукта. На данных устройствах невозможно получить готовый продукт в виде тонких прямоугольных хлебцев прямоугольного сечения, обладающих повышенной пористостью и равномерным распределением массы.
Эти недостатки вызваны следующими факторами. Степенью измельчения частиц в зерновой смеси, то есть качеством помола, а также временем помола.
При увеличении зазора в известных устройствах готовый продукт выходит сырым, а при уменьшении зазора горит и спекается снаружи, оставаясь сырым изнутри.
В известных устройствах возможно получение готового продукта из цельного зерна только в виде палочек или небольших цилиндров неправильной формы, обусловленной выходным отверстием фильеры матрицы.
Это вызвано также тем, что в известных устройствах невозможно равномерно распределить давление и массу в случае изготовления плоского изделия.
Наиболее близким по своей сущности и эффекту, принимаемым за прототип, является устройство для изготовления пищевого экструдированного продукта, описанные в патенте России 2223682 по классу А23Р 1/12, А23L 1/18, 1/10 опубликованный 20.02.2004 года.
Согласно этому изобретению, устройство для изготовления пищевого экструдированного продукта, содержит корпус, загрузочный бункер с вибродозатором и натяжитель, а также матрицу, в которой последовательно выполнены жернов с центральным круглым отверстием и переходной выравнивающей полостью, переходная диафрагма с отверстием, а также адаптивная полость с щелевой диафрагмой и фильера со сквозным прямоугольным отверстием, которое может быть выполнено горизонтально или вертикально вытянутым, причем в фильере могут быть предусмотрены шлицевые пазы для установки делительных ножей, предназначенных для деления продукта по продольной оси, а на корпусе матрицы могут быть установлены термодатчики для автоматизации процесса управления, а в натяжителе барабаны могут быть снабжены делительными ножами, предназначенными для поперечного деления продукта.
Основным существенным недостатком известного устройства для получения пищевого экструдированного продукта является сложность и несовершенство конструкции его матрицы - основного узла, в котором непосредственно приготавливается и формируется пищевой продукт. Наличие этого недостатка поясняется следующим. Конструкция матрицы начинается с жернова, в котором, в общем-то, и нет необходимости, поскольку размол зерновой смеси до требуемой фракции полностью происходит в корпусе шнека. Размол зерновой смеси именно с помощью шнека, собственно говоря, является одной из основных функций последнего. И если в корпусе шнека не происходит полного размола зерновой смеси, то это говорит лишь, либо о неправильном выборе размеров шнека, в частности, его длины, либо о чрезмерном его износе. То есть, если в устройстве использован правильно подобранный шнек, то в никаком дополнительном жернове нет необходимости. Его введение в матрицу лишь усложняет и утяжеляет ее конструкцию и подчеркивает неумение производителя подобрать правильно шнек - широко распространенную деталь в машиностроении. Но это не единственный недостаток первой детали в конструкции матрицы. Речь идет о том, что на рабочей поверхности жернова имеется всего лишь одно центральное круглое отверстие, предназначенное для прохода измельченной зерновой смеси во внутрь матрицы. Именно из-за круглой
формы этого единственного входного отверстия возникает технологическая необходимость в дальнейшем расширении потока зерновой смеси до размеров, соответствующих диаметру матрицы, который, в свою очередь, определяется размерами экструдированного пищевого продукта. Для этой цели в жернове выполнена выравнивающая полость, которую зерновая смесь, после выхода из центрального отверстия, заполняет, чтобы размер потока зерновой смеси соответствовал диаметру матрицы. Наличие выравнивающей полости, в свою очередь, приводит к значительному увеличению длины (или толщины) жернова, что, в целом приводит к увеличению размеров матрицы, к увеличению ее веса и металла, идущего на ее изготовление. Наличие адаптивной полости, причем значительных размеров, где происходит допекание зерновой смеси, говорит лишь о конструктивных недостаточном разогревой зерновой смеси, что и приводит к необходимости введения в конструкции матрицы указанной адаптивной полости, где продукт доводится до готовности. Размеры, в частности, длина, этой детали с адаптивной полостью, достигает практически половины длины матрицы, что также увеличивает ее вес, размеры, расход металла, и приводит к усложнению всей конструкции. Завершает конструкцию матрицы фильера со сквозным прямоугольным отверстием. Поскольку размеры этой детали, в частности, ее диаметр, совпадают с диаметром остальных деталей, она является массивной и именно это обстоятельство является ее недостатком. Из-за значительной толщины металла, окружающего прямоугольное отверстие, существенно ухудшаются условия отвода тепла от экструдированного пищевого продукта. В результате этого, для охлаждения (подсушивания) продукта, длину фильеры необходимо значительно увеличивать. Но в этом случае неоправданно возрастает общая длина матрицы и ее вес, что является недостатком, которого можно было бы избежать, если бы изменить (интенсифицировать) условия теплоотвода. Таким образом, из-за несовершенства деталей, входящих в конструкцию матрицы, размеры, вес и стоимость последней возрастают и усложняется ее обслуживание.
Вторым недостатком известного устройства для получения пищевого экструдированного продукта является использование в конструкции вибродозатора для регулирования подачи зерновой смеси в корпус пресс-экструдера. Сущность этого недостатка поясняется следующим. Для получения эффекта взрыва зерновой смеси, ее предварительно увлажняют, еще до загрузки в бункер, выдерживая во влажной среде определенное время, необходимое для насыщения зерен влагой. Но влажное зерно имеет свойство склеиваться в комья. При вибродозировании не всегда удается полностью разрушить зерновые комья, которые, в первую очередь срываются целыми и в таком
виде попадают в корпус пресс-экструдора. Поэтому используемый принцип дозирования подачи зерновой среды (вибрация), в принципе, не может обеспечить точную дозировку, следовательно, не представляется в дальнейшем получить зерновую смесь и, как следствие, пищевой экструдированный продукт, с одинаковыми свойствами по его длине, либо для однородности структуры и потребительских свойств пищевого продукта необходимо использовать дополнительное локальное регулирование, которое, во-первых, не предусмотрено в данной конструкции устройства, и, во-вторых, технологически сложно осуществимо, поскольку образование комьев зерновой смеси, их размеров, и временя попадания в корпус пресс-экструдера, не предсказуемо и не поддается прогнозированию.
В основу предлагаемой полезном модели поставлена задача упрощение конструкции устройства с одновременным повышением производительности и качества пищевого экструдированного продукта за счет обеспечения точности и надежности дозированной подачи зерновой смеси в устройства и уменьшения веса и количества деталей в матрице путем изменения принципа дозирования и конструктивного изменения деталей матрицы, обеспечивающее совмещение выполняемых ими функций.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве для изготовления пищевого экструдированного продукта, содержащего корпус, загрузочный бункер с дозатором пресс-экструдер, а также матрицу, в которой последовательно выполнены диафрагма с отверстием, щелевая диафрагма и фильера со сквозным прямоугольным отверстием, которое может быть выполнено горизонтально или вертикально вытянутым, причем в фильере могут быть предусмотрены шлицевые пазы для установки делительных ножей, предназначенных для деления продукта по продольной оси, а на корпусе матрицы могут быть установлены термодатчики для автоматизации процесса управления, согласно предложению, дозатор выполнен в виде дополнительного шнека с плавно регулируемым вращением, расположенным между выходным отверстием загрузочного бункера и входным отверстием в корпус пресс-экструдера, а также, в матрице последовательно расположены разогревающая шайба, в которой выполнено щелевое или галтелеобразное или иное щелевидное отверстие с расширяющимися краями, щелевая диафрагма и фильера со сквозным прямоугольным отверстием, которая конструктивно выполнена в виде шайбы, примыкающей к щелевой диафрагме и связанного с ней тонкостенного патрубка, выполняющего функцию формирующего продукт прямоугольного канала.
Использование в качестве дозирующего устройства дополнительного шнека с регулируемой скоростью вращения позволяет обеспечить идеальное дозирование зерновой смеси независимо от слипания ее в комья, поскольку они все разно будут полностью разрушены вращающимся шнеком еще до подачи зерновой смеси в корпус пресс-экструдера.
Поскольку размол зерновой смеем полностью происходит в пресс-экструдоре, жернов, имеющий место в матрице по прототипу, целесообразно заменить шайбой разогрева, с помощью которой изменяют температуру зерновой смеси путем изменения сопротивления в зоне между шнеком и матрицей за счет изменения ширины этой зоны. Для прохода зерновой смеси в матрицу, в разогревающей шайбе выполнено щелевидное отверстие любой конфигурации, благодаря которому разогревающая шайба выполняет одновременно функцию щелевой диафрагмы, распределяющей зерновую смесь по ширине матрицы. Изменение (облегчение) конструкции фильеры, в частности, уменьшение ее массивности достигается за счет того, что прямоугольный канал образован патрубком с заданными размерами отверстая, что позволяет интенсифицировать отвод тепла от готового продукта и, тем самым, ускорить его остывание и затвердевание и, как следствие, уменьшить общую длину технологического тракта изготовления экструдированного пищевого продукта.
Сущность полезной модели поясняется иллюстративным материалом, на котором изображено следующее: фиг.1 - общий вид устройства для изготовления пищевого экструдированного продукта; фиг.2 - матрица к устройству, показанному на фиг.1, продольный разрез для лучшего показа конструкции.
Предложенное устройство состоит из несущей рамы 1, загрузочного бункера 2, блока управления 3, дозирующего шнека 4, корпуса пресс-экструдера 5, матрицы 6, отрезного устройства 7 любой известной конструкции и лотка 8 для приема готового пищевого продукта.
Матрица 6 устройства состоит из разогревающей шайбы 9, выполняющей одновременно функцию распределителя зерновой смеси по ширине матрицы 6, для чего в ней выполнено щелевидное отверстие 10, проходя через которое, зерновая смесь сразу же равномерно распределяется по всей ширине матрицы 7. Разумеется, размеры и форма щелевидного отверстия 10 могут быть различными: овальное, в виде галтелей, однорядного набора нескольких круглых отверстий или иной формы: лишь бы его ширина соответствовала диаметру матрицы, в высота была во много раз меньшей его ширины. Непосредственно за разогревающей шайбой 9, в матрице 6 установлена щелевая диафрагма
11 с щелевым отверстием 12, к которой примыкает фильера 13 со сквозным горизонтально вытянутым отверстием 14 прямоугольного сечения, образованного патрубком 15 соответствующего сечения.
После матрицы 6, на расстоянии примерно 0,8-1,0 м от нее, установлен отрезное устройство 7 любой известной конструкции.
Кроме того, на матрице 6 могут быть установлены термодатчики любой известной конструкции (не показаны ввиду общеизвестности) для автоматизации процесса управления изготовлением пищевого продукта.
Дальнейшая сущность предложенного технического решения поясняется совместно с принципом работы устройства для изготовления пищевого экструдированного продукта.
Зерновая смесь засыпается в бункер 2, откуда через дозирующий шнек 4, просыпается в корпус пресс-экструдера 5, где с помощью шнека перемалывается и одновременно подается к матрице 6. Здесь зерновая смесь дополнительно перемешивается, уплотняется и разогревается во время сжатия. Затем разогретая до заданной температуры зерновая смесь попадает в щелевое отверстие 10 и, далее, по ходу движения, поступает в щелевое отверстие 12 щелевой диафрагмы 11, из которой зерновая смесь выдавливается в фильеру 13. Спрессованная и разогретая зерновая смесь, в которой влага превратилась в пар, находящийся в ней под высоким давлением, попадая в отверстие 14 фильеры 13, которое гораздо больше щелевого отверстия 12 щелевой диафрагмы 11, оказывается в зоне атмосферного давления воздействию атмосферного давления, в результате чего зерновая смесь экспандирует за счет интенсивного выхода пара из разогретой зерновой смеси. После этого, в начальном участке патрубка 15 из зерновой смеси образуется единая масса мягкой консистенции, которая заполняет полностью горизонтально ориентированное отверстие 14 прямоугольного сечения, распределяясь там равномерно без образования пустот по углам. При этом, экспандированная зерновая смесь, продолжая перемещаться вдоль патрубка 15, быстро охлаждается и затвердевает до состояния готового продукта.
Из фильеры 13 выходит готовый продукт в виде тонкой плоской ленты прямоугольного сечения толщиной от 2 до 7 мм, которая, проходя расстояние до отрезного устройства 7, окончательно подсушивается и охлаждается и без труда отрезным устройством 7 разделяется на мерные отрезки заданной длины.
Существенное отличие заявляемого объекта полезной модели, от ранее известных, заключается в том, что переходная диафрагма конструктивно совмещена разогревающей
шайбой 9, с помощью которой регулируется температура разогрева зерновой смеси регулируется посредством накидной гайки 16, регулирующей расстояние между шнеком и разогревающей шайбой 9, а конструкция фильеры 13 позволяет ускорить процесс остывания готового продукта, и в том, что в качестве дозатора использован дополнительный шнек с плавным регулированием частоты вращения. Указанные отличия, в совокупности, позволяют принципиально упростить конструкцию матрицы и принципиально изменить технологию производства пищевого экструдированного продукта за счет перераспределения давления и температуры в матрице, в результате чего отпадает необходимость в дополнительных полостях и камерах, которые обязательны в других конструкциях экструдеров, а также гарантировать точную подачу зерновой смеси из бункера з корпус пресс-экструдера. Ни одно из известных устройств для производства пищевого экструдированного продукта не может обладать отмеченными свойствами, поскольку, из-за их конструктивных недостатков, необходимо использовать дополнительные средства для изменения размеров потока зерновой смеси для заполнения матрицы, а также необходимо допекать продукт до полной готовности, что говорит об их несовершенстве.
К техническим преимуществам предложенного технического решения, по сравнению с прототипом, можно отнести следующее:
- упрощение конструкции матрицы за счет уменьшения количества деталей и за счет совмещения функций;
- возможность плавного регулирования процесса производства пищевого продукта за счет возможности плавного регулирования температуры разогрева с помощью накидной гайки, перемещающей вдоль они матрицы разогревающую шайбу;
- повышение надежности работы устройства и упрощение его обслуживания за счет упрощение конструкции матрицы.
Экономический эффект от внедрения предложенного технического решения, по сравнению с использованием прототипа, получают за счет снижения стоимости матрицы, вследствие уменьшения в ней количества деталей,
Устройство для изготовления пищевого экструдированного продукта, содержащее корпус, загрузочный бункер с дозатором, пресс-экструдер, а также матрицу, в которой последовательно выполнены диафрагма с отверстием, щелевая диафрагма и фильера со сквозным прямоугольным отверстием, которое может быть выполнено горизонтально или вертикально вытянутым, причем в фильере могут быть предусмотрены шлицевые пазы для установки делительных ножей, предназначенных для деления продукта по продольной оси, а на корпусе матрицы могут быть установлены термодатчики для автоматизации процесса управления, отличающееся тем, что дозатор выполнен в виде дополнительного шнека с плавно регулируемым вращением, расположенным между выходным отверстием загрузочного бункера и входным отверстием в корпус пресс-экструдера, а также в матрице последовательно расположены разогревающая шайба, в которой выполнено щелевое или галтелеобразное или иное щелевидное отверстие с расширяющимися краями, щелевая диафрагма и фильера со сквозным прямоугольным отверстием, конструктивно выполненная в виде шайбы, примыкающей к щелевой диафрагме, и связанного с ней тонкостенного патрубка, выполняющего функцию формирующего продукт прямоугольного канала.
