5.7.2. Оборудование для тонкого измельчения

При тонком измельчении полученные частицы имеют максимальные размеры до 60-100 мкм. Потребность в таком измельчении возникла в связи с производством соков с мякотью, консервов для детского питания, концентратов, каш и др. Для тонкого измельчения используют три типа машин: дезинтегратор, коллоидную мельницу и гомогенизатор.

Дезинтегратор (рис. 5.27, а).

Продукт измельчается остроребристыми лопатками, смонтированными в цилиндрическом сите на быстроходном валу, частота вращения которого 1000-20000 мин '. Сырье подается в приемный бункер корпуса, где крупные частицы дробятся лопатками и отбрасываются к нижерасположенным лопаткам, которыми продукт снова разрезается, и т.д. Две нижние пластинки имеют на своих торцах рабочие кромки, с помощью которых и осуществляется дробление сырья и протирание его через сетку.

Более удобна компоновка узлов дезинтегратора (рис. 5.27, б). Дезинтеграторы измельчают продукт достаточно тонко, до размера частиц менее 100 мкм, а отходы при этом незначительны.

Коллоидная мельница представляет собой дисковую мельницу с разными измельчающими механизмами (рис. 5.28). Измельчающий механизм с корундовой (абразивной) шайбой (рис. 5.28, а) образован из одной неподвижной (статор) и одной роторной шайб (ротор вращается с частотой 3000 мин ')- Под действием центробежной силы в зазоре между шайбами происходят тонкое дробление, разбивание, смешивание и гомогенизация (область I).

Измельчающий механизм с корундовыми щелями (рис. 5.28, 6) предназначен для измельчения продуктов, чувствительных к температуре. Шайбы в них заменены щелями, смонтированными в стальной шайбе. Рабочий орган зубчатого измельчающего механизма (рис. 5.28, в) представляет собой конусы с наклонными зубьями. Тонкое измельчение продукта происходит в области II.

Статор ножевого измельчающего механизма (рис. 5.28, г) состоит из решетчатой шайбы 3, решетчатой поверхности 2 и пространства 6, а ротор — из ножа 4 и лопатки 5. Продукт нарезается ножом 4 грубо и отталкивается к шайбе 3, где дополнительно еще раз нарезается (область III). От лопатки 5 продукт отбрасывается в отводящий короб 1. Лопатки 7 служат для грубого дробления поступивших крупных частиц.

Загрузочное устройство коллоидной мельницы (рис. 5.29) выполнено съемным и снабжено разными измельчающими элементами.

Самое тонкое измельчение продукта достигается корундовыми шайбами. Они коррозие- и износостойки, но чувствительны к температуре, поэтому при работе для их охлаждения подается холодная вода. При грубом измельчении продукта, но высокой производительности, применяют зубчатый измельчающий механизм.

Расстояние между статором и ротором, т.е. тонкость измельчения, регулируется винтом, оно может достигать 1 мкм. Продукт подается гравитационно через загрузочное устройство. При обработке (измельчении) высоковязких продуктов в нем устанавливают подающий шнек.

Вся система соединяется с насосом и редуктором, благодаря чему достигается высокая производительность и предотвращается попадание воздуха в систему. К отводящему люку можно присоединить трубопровод, по которому продукт (без соприкосновения с воздухом) будет отводиться на последующую обработку.

Гомогенизаторы предназначены для тонкого измельчения сырья. Частицы размером до 1 мкм получаются при нагнетании продукта с высокой скоростью (150-300 м/с) через плоский и узкий (0,1 мм) канал. Он может быть гладким и волнообразным с постоянным или переменным сечением.

Для преодоления сопротивления при прохождении через узкую щель продукт подается под высоким давлением (15-30 МПа). В качестве гомогенизирующей насадки (рис. 5.30, а) используют обыкновенный клапан, который прижат к седлу с определенной силой.

Ограждение клапана отражательными стенками (рис. 5.30, б) увеличивает время истечения с высокой скоростью, и улучшается гомогенизация. Сила, прилагаемая при подаче продукта, поднимает клапан, и между ним и седлом образуется узкий канал, через который протекает жидкость. Клапан остается над седлом в плавающем состоянии, и вследствие изменения гидродинамических условий (давления, вибрации) высота канала постоянно меняется.

Сила, с которой клапан прижимается к седлу, создается часто пружиной, в некоторых конструкциях — давлением масла и ее можно регулировать. Значение этого определяется давлением, с которым подается продукт. Тонкость измельчения (гомогенизация) зависит от давления, конструкции гомогенизирующего органа, равномерности подачи, состояния и предварительной обработки продукта.

Ту же цель преследуют наклонные и концентричные нарезы в плоском (рис. 5.30, в) и конусном (рис. 5.30, г) клапанах. Сферический клапан (рис. 5.30, д) используют двукратно, рабочими элементами в нем являются две выпуклые поверхности. Исполнение, изображенное на рис. 5.30, е, аналогично изображенному на рис. 5.30, б, но с той разницей, что рабочие поверхности в этом случае обработаны твердым сплавом с высокой износоустойчивостью.

Клапан в исполнении, показанном на рис. 5.30, ж, заменен единым телом, изготовленным из прессованных стальных тел. В нем образованы разнообразные криволинейные узкие канальчики, через которые протекает сжатый продукт и тонко измельчается.

Гомогенизирующие насадки (рис. 5.30, з, и) представляют собой узлы с резьбой / и продолговатым каналом 2 треугольного сечения, который навинчивается гайкой на край трубопровода для подачи продукта. Между каналом 2 и резьбой гайки образуется зигзагообразный канал узкого 4 и расширяющегося 3 сечений. При прохождении продукта проявляется эффект Вентури — быстрое падение давления и увеличение скорости в канале узкого сечения 4, а затем снова расширение и т.д.

Гомогенизатор (рис. 5.31) состоит из чугунной станины 1 на которой смонтированы три блока плунжеров 6, эксцентриков 9, шатунов 10. На верхней плите станины установлен электродвигатель 7, который при помощи клиноременной передачи приводит во вращение вал 8 блока эксцентриков со скоростью около 3000 рад/с.

Каждый из трех плунжеров 6, совершая возвратно-поступательное движение, всасывает жидкость из канала 2, закрытого всасывающим клапаном 3, и нагнетает ее через клапан 4 в гомогенизирующую головку 5.

В стальном корпусе гомогенизирующей головки 3 (рис. 5.32) находится цилиндрический клапан 2, центрируемый кольцом распылителя 1. Рабочая поверхность клапана имеет выпуклую, а седло — вогнутую сферическую форму. Под действием давления жидкости клапан поднимается на 100-150 мкм, образуя кольцевую щель, через которую жидкость проходит с большой скоростью в распылитель и далее в отводной штуцер 4.

Регулируя маховиком 9 и винтом 8 давление пружины 7 на грибок 6, стержень 5 и клапан 2, можно обеспечить оптимальный режим гомогенизации для различных продуктов. Клапан 2 двусторонний, после износа его нижней рабочей поверхности можно использовать верхнюю поверхность.

Для обеспечения равномерного износа и удлинения сроков службы гомогенизирующего органа и улучшения гомогенизации применяют принудительно вращающийся клапан от электродвигателя. Существуют и двухступенчатые гомогенизирующие головки, последовательно смонтированные.