шнековый экструдер для производства продуктов с начинкой

Формула изобретения

Шнековый экструдер для производства изделий с начинкой, состоящий из корпуса со шнековым валом и формующей головки с продуктопроводом, отличающийся тем, что он снабжен пропаривателем, под которым в корпусе экструдера имеются отверстия для подачи пара в рабочую камеру, выполненные под углом к его оси, с разным диаметром, причем диаметр отверстий уменьшается от начала зоны пропаривания и перемешивания по ходу движения продукта, а расстояние между ними увеличивается, виток шнекового вала в зоне пропаривания и перемешивания выполнен из отдельных лопаток, расположенных по окружности и под углом к оси вала, а продуктопровод представляет собой устройство для подачи начинки и одновременно создания воздушной прослойки между ней и оболочкой продукта, состоящее из двух концентрично расположенных цилиндрических трубок, каждая из которых в свою очередь разделена на две части, расположенные под углом 90° друг к другу, соединенные между собой резьбовым соединением, причем одна из них находится в верхней части формующей головки, а другая - по ее оси, при этом между трубками, расположенными по оси формующей головки с торцевой стороны и в формующем канале, вставлены кольца, препятствующие радиальному перемещению трубок.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к производству экструдированных пищевых продуктов в различных отраслях перерабатывающей промышленности, например для производства кукурузных палочек, комбикормов и т.д.

Наиболее близкой по технической сущности является установка для производства асбестоцементных изделий (Пат. №1680506, В 28 В 3/20, опубл. 30.09.1991 г., Бюл. №36), которая содержит экструдер с нагнетательным шнеком, прессовой головкой и полым мундштуком с материалопроводом (устройством для подачи начинки).

Недостатком известного устройства является малая производительность вследствие его циклической работы, а также длительность процесса обработки исходного сырья.

Технической задачей изобретения является повышение производительности экструдера, улучшение качества получаемого продукта, расширение ассортимента производимой продукции, а также снижение времени на процесс обработки исходного сырья.

Поставленная задача достигается тем, что шнековый экструдер для производства продуктов с начинкой, содержащий корпус со шнековым валом и формующую головку с продуктопроводом, согласно изобретению снабжен пропаривателем, под которым в корпусе экструдера имеются отверстия для подачи пара в рабочую камеру, выполненные под углом к его оси, с разным диаметром, причем диаметр отверстий уменьшается от начала зоны пропаривания и перемешивания по ходу движения продукта, а расстояние между ними увеличивается, виток шнекового вала в зоне пропаривания и перемешивания выполнен из отдельных лопаток, расположенных по окружности и под углом к оси вала, а продуктопровод представляет собой устройство для подачи начинки и одновременно создания воздушной прослойки между ней и оболочкой продукта, состоящее из двух концентрично расположенных цилиндрических трубок, каждая из которых в свою очередь разделена на две части, расположенные под углом 90° друг к другу, соединенные между собой резьбовым соединением, причем одна из них находится в верхней части формующей головки, а другая - по ее оси, при этом между трубками, расположенными по оси формующей головки с торцевой стороны и в формующем канале, вставлены кольца, препятствующие радиальному перемещению трубок.

Технический результат заключается в повышении производительности экструдера за счет его непрерывной работы, улучшении качества получаемого продукта за счет использования воздушной прослойки между оболочкой экструдата и начинкой, расширении ассортимента производимой продукции за счет возможности выпуска изделий с начинкой, а также снижении времени на процесс обработки исходного сырья за счет гидротермической обработки его в рабочей камере, что не требует дополнительной обработки продукта для равномерного увлажнения.

На фиг.1 показан разрез предлагаемого шнекового экструдера для производства продуктов с начинкой; на фиг.2 - разрез формующей головки; на фиг.3 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.4 - разрез Б-Б на фиг.2; на фиг.5 - разрез В-В на фиг.4; на фиг.6 - развертка шнекового вала в зоне пропаривания и перемешивания.

Экструдер такого типа при смене матрицы позволяет получать конечный продукт как с начинкой, так и без нее.

Шнековый экструдер для производства продуктов с начинкой (фиг.1) содержит цилиндрический корпус 1, шнековый вал 3, вращающийся в подшипниках 10, питатель 4 и формующую головку 2.

В зоне пропаривания и перемешивания в верхней части корпуса 1 экструдера расположен пропариватель (фиг.1), представляющий собой паровую рубашку 5, длина которой составляет 25...30% общей длины рабочей камеры. Такой размер зоны пропаривания выбран с целью обеспечения необходимого времени пребывания продукта в этой зоне и осуществления его качественных изменений. При этом виток шнекового вала 3 в зоне пропаривания выполнен из отдельных лопаток 6 (фиг.1, 6), расположенных по окружности и под углом к оси вала. Причем угол наклона лопаток 6 выбирается таким образом, чтобы обеспечить бесперебойную подачу сырья в зону сжатия и поддержать заданную производительность экструдера. Кроме того, под пропаривателем в корпусе 1 экструдера для производства продуктов с начинкой (фиг.3) выполнены отверстия 7 различного диаметра для подачи пара из паровой рубашки 5 в рабочую камеру, расположенные под углом к оси экструдера. Число отверстий, их размеры и расстояния между ними определяются количеством подводимой к сырью теплоты, которое, в свою очередь, зависит от производительности экструдера. Расположение отверстий выбирается с целью обеспечения полной и равномерной влаготепловой обработки исходного сырья. Наиболее эффективным является шахматное расположение отверстий диаметром от 0,5 до 1,0 мм. При этом отверстия большего диаметра расположены в начальной части зоны пропаривания и перемешивания, а далее по ходу движения продукта диаметр отверстий уменьшается, а расстояние между ними увеличивается. Такое расположение отверстий 7 в корпусе 1 и их размер способствует равномерному распределению пара в рабочей камере экструдера и, как следствие, достаточной влаготепловой обработке исходного сырья без слипания в крупные комки. Эта влаготепловая обработка исходного сырья паром направлена на предварительную декстринизацию крахмала и достижение продуктом оптимальной влажности за счет конденсации пара.

Устройство для создания воздушной прослойки (фиг.2) расположено в корпусе формующей головки 2. Оно состоит из наружной и внутренней трубок, причем обе концентричные трубки являются разборными и выполнены из двух частей каждая - 8а, 8б и 9а, 9б, расположенных под углом 90° друг к другу. Фиксирование положения трубок производится при помощи резьбового соединения. Также с целью предотвращения изгиба трубки 8б в формующий канал головки 2 вставлено кольцо 12, препятствующее радиальному перемещению трубки. С той же целью в пространстве между трубками 8б и 9б (фиг.4, 5) установлено кольцо 13. Крепление наружной трубки 8а в корпусе формующей головки 2 осуществляется за счет посадки в отверстие, высверленное в верхней части головки, а внутренняя трубка 9а одним концом упирается в днище наружной трубки 8а, а другим крепится вместе с наружной трубкой 8а к крышке (на фигурах не показана), в которую подаются начинка и холодный воздух.

Предлагаемая конструкция работает следующим образом. Исходное сырье через шлюзовый питатель 4 загружается в рабочую камеру экструдера. Витки шнека в загрузочной зоне захватывают сырье и перемещают его в зону пропаривания и перемешивания. Насыщенный пар подается через штуцер 11 в паровую рубашку 5 и далее поступает в рабочую камеру через отверстия 7. При этом шлюзовый питатель препятствует попаданию пара в окружающую среду и тем самым обеспечивает максимальную влаготепловую обработку сырья с минимальными потерями теплоты.

В зоне пропаривания и перемешивания продукт подвергается влаготепловой обработке. В этой зоне происходит частичное проникновение влаги внутрь частицы продукта и ее равномерное распределение, а также декстринизация крахмала и денатурация белков, что приводит к снижению вероятности пульсаций давления и температуры в предматричной зоне. Это, в свою очередь, способствует более плавному протеканию процесса экструдирования.

Угол расположения отверстий 7 в корпусе 1 экструдера выбирается в зависимости от направления вращения шнекового вала. Для интенсификации процесса экструзии пар подается навстречу сырью во время его перемещения. Такой способ позволяет наиболее полно использовать энергию пара, так как в данном случае тепло- и массообмен происходят не по какой-либо отдельной поверхности, а по всему объему продукта. При этом во избежание переувлажнения или недоувлажнения продукта, а также для предотвращения образования пробок в зоне пропаривания и перемешивания количество и диаметр отверстий 7 в корпусе 1 экструдера для производства продуктов с начинкой уменьшаются от начала зоны пропаривания и перемешивания в направлении движения продукта.

Далее продукт сжимается, плавится, пластифицируется, гомогенизируется и выходит через отверстие в формующей головке 2. Начинка подается во внутреннюю трубку 9а и затем поступает внутрь выпрессовываемого жгута продукта, а так как начинка и оболочка находятся в горячем состоянии, то происходит частичное проникновение их друг в друга, что негативно влияет на органолептические показатели качества экструдата. С целью предотвращения этого недостатка между наружной 8 и внутренней 9 трубками подается холодный воздух с температурой 0...5°С, который на выходе из межтрубного пространства контактирует с поверхностями оболочки и начинки. При этом происходит тепловая обработка конечного продукта с двух сторон - с наружной стороны происходит теплообмен с окружающим воздухом, а с внутренней - теплообмен с воздухом, подаваемым в пространство между трубками 8б и 9б, при этом создается воздушная прослойка, которая фиксирует требуемую структуру готового продукта и препятствует диффузии. Со временем эта прослойка исчезает за счет проникновения воздуха в оболочку. Вследствие разности температур начинки и воздуха, подаваемого в межтрубное пространство, происходит остывание тонкого поверхностного слоя начинки, что в комплексе с воздушной прослойкой препятствует взаимной диффузии. Причем скорость холодного воздуха необходимо подбирать таким образом, чтобы обеспечить создание необходимой воздушной прослойки между оболочкой и продуктом, так как в противном случае при малой скорости воздуха прослойка создаваться не будет, а при большой скорости возможно деформирование и изменение структуры оболочки экструдированного продукта.

Таким образом, использование предлагаемой конструкции позволит:

- расширить ассортимент выпускаемой продукции за счет производства экструдатов как с начинкой, так и без нее;

- снизить время на получение готового продукта в результате влаго-тепловой обработки непосредственно в экструдере;

- улучшить качество готового продукта за счет использования воздушной прослойки.