Исследование процесса перемешивания вязких пищевых сред и расчет параметров тестомесильной установки периодического действия
Цель работы:
- изучение процесса смешивания пищевых ингредиентов на тестомесильных машинах,
- приобретение инженерных навыков при расчете тестомесильной машины периодического действия
- проведение экспериментальных исследований при замесе теста для хлебобулочных изделий
Теоретическая часть
Технологическая цель замеса теста заключается в получении однородной массы, состоящей из смеси рецептурных ингредиентов, а также проведение теста в состояние, при котором его свойства обеспечат оптимальное протекание стадий производственного процесса и получение хлеба наилучшего качества [9].
Режим замеса теста зависит от физико-механических свойств муки, рецептуры, особенностей ассортимента и конструктивно-технологических параметров тестомесильной установки. При замесе теста происходит насыщение тестовой массы воздухом. При этом белки теста начинают интенсивно впитывать влагу, а их нерастворимые в воде фракции (глютенин и глиадин) образуют клейковинный пространственный каркас, соединяющий смежные цепочки белков. Эти связи упрочняют структуру теста и снижают его липкость [6].
Различают три стадии замеса теста:
- смешивание сухих и жидких компонентов;
- замес, сопровождаемый диффузией влаги мучнистых частиц и набуханием белков. При этом водорастворимые фракции муки переходят в раствор. Набухшие белки образуют гель. На скорость замеса оказывают влияние свойства муки, степень измельчения крахмальных зерен, рецептурные добавки, температура. Замес теста относится к энергозатратным процкессам;
- пластификация, сопровождаемая структурными изменениями крахмальных зерен и образованием клейковинной решетки. Пластификация способствует выравниванию структуры теста.
Для замеса теста при производстве тестовых полуфабрикатов в зависимости от их назначения, сорта муки, вида теста и других условий используют различные типы тестомесильного оборудования [5].
Тестомесильные установки в зависимости от принципа действия делятся на машины периодического и непрерывного действия. Машины периодического действия выпускаются с месильными емкостями (дежами) стационарного или сменного типа. Дежи бывают неподвижные, со свободным или принудительным вращением.
По интенсивности воздействия рабочего органа на тесто тестомесильные установки делятся на три группы:
- тихоходные (процесс перемешивания ингредиентов идет без нагрева теста);
- быстроходные (тесто нагревается на 5-70С);
- супербыстроходные (замес сопровождается повышением температуры теста на 10-200С и требует охлаждения)
По характеру движения месильного органа различают машины с круговым, вращательным, планетарным и сложным движением месильного органа.
На рис. 1 приведен общий вид тестомесильной установки периодического действия модели МТ-30, предназначенной для замеса крепкого теста, идущего на баранки, булочно-кондитерские и пельменные изделия.
Технические данные машины:
Производительность, кг/ч 60
Вместимость дежи, л 30
Потребляемая мощность, кВт 1,1
Рис. 5.21 Тестомесильная машина модели МТ-30
1 – дежа, 2 – поворотный рычаг, 3 – крышка, 4 – поворотный вал, 5 – второй вал; 6, 13 – боковые стойки, 7,10 – ограждение, 8 – привод, 9 – электрошкаф, 11 – лопасть, 12 – рама
Загрузка муки и компонентов осуществляется при открытой крышке. После закрывания крышки включается привод, и валы начинают вращаться навстречу друг другу. После окончания замеса дежу с помощью ручки поворачивают относительно вала 4 и выгружают тесто.
К достоинствам машины относятся простота машины и достаточно высокая надежность, недостатком является ручной труд.
В пищевой промышленности используются однотипные конструкции МИ-20, МИ-50, МТ-70, ТММ-03 производства ОАО Пензмаш.
Расчетная часть
Требуется выполнить технологический расчет тестомесильной машины типа МТ-30 по следующим исходным данным:
Исходные данные для расчета:
- вместимость месильной камеры, 
, м3
- плотность теста, 
кг/м3 мин
- время для замеса теста, 
мин
- время на вспомогательные операции, 
, мин
- коэффициент использования объема дежи, 
- число месильных валов, 
- наружный диаметр лопастей валов, 
, м
- диаметр месильного вала, 
, м
- шаг лопастей, 
, м
- частота вращения вала, 
, мин-1
- кпд привода, 
- масса дежи, 
, кг
- масса теста в деже, 
, кг
- радиус цапфы, 
, м
- угловая скорость дежи, 
,рад/с
- число лопастей, 
- ширина (
) и высота (
) лопасти, м
- угол наклона лопасти к оси вращения, 
, град
- радиус вращения центра лопасти, 
, м
- ширина корыта, 
, м
- высота корыта, 
, м
Варианты заданий [4]
| Вариант |  , мин
| , мин
| , м3
| , кг
| , кг
| , м
| , м
| , мин--1
| , с-1
|
| 0,7 | 0,1 | 0,4 | 4,8 | ||||||
| 2,5 | 0,71 | 0,11 | 0,41 | 4,9 | |||||
| 0,72 | 0,12 | 0,42 | 5,0 | ||||||
| 2,5 | 0,73 | 0,13 | 0,43 | 5,2 | |||||
| 0,74 | 0,14 | 0,42 | 5,4 |
1.Производительность, кг/с
.
2.Интенсивность замеса определяется величиной удельной работы, затрачиваемой на образование 1 г теста
, где 
- потребляемая мощность, кВт; 
- масса теста, кг.
Считают, что при 
Дж\г замес теста является тихоходным, если 
Дж/г – интенсивным
3.Повышение температуры теста в конце замеса
, где 
ккал/кг град – теплоемкость теста.
4.Температура воды, подаваемой на замес
, где 
= 320С - температура теста в конце замеса, 
- постоянна, 
- температура муки.
5.Мощность двигателя привода, кВт
, где 
- мощность на вращение месильного органа при замесе теста; 
- угловая скорость месильного органа; 
- мощность на вращение дежи; 
- коэффициент трения вала дежи в опорах; 
м/с2 – ускорение свободного падения.
6.Площадь поперечного сечения корыта, м2
.
7.Длина корыта, м
Контрольные вопросы
1.Какими показателями характеризуется процесс перемешивания вязких пищевых масс?
2.Каковы основные стадии и характеристики замеса теста?
3.По каким параметрам классифицируются тестомесильные машины, и от каких факторов зависит их производительность?
4.От каких факторов зависит потребляемая мощность на процесс замеса теста на машинах периодического действия
Лабораторная работа № 3
Исследование процесса давления и определение параметров гомогенизатора молочных продуктов
Цель работы:
- изучение процесса измельчения жидких пищевых продуктов путем их обработки давлением,
- приобретение инженерных навыков при расчете параметров гомогенизатора
Теоретическая часть
Гомогенизация – это процесс измельчения жидких пищевых сред за счет их движения под большим давлением с высокой скоростью через узкие кольцевые щели.
В результате действия на продукт гидродинамических факторов происходит дробление частиц продукта, изменяется дисперсность белковых и жировых компонентов, изменяются реологические свойства продукта (плотность, вязкость и др.) [10].
Конструктивно гомогенизаторы делятся на клапанные, дисковые и ультразвуковые. Наибольшее распространение получили клапанные гомогенизаторы, основными узлами которых является насос высокого давления и гомогенизирующая головка.
Клапанный гомогенизатор содержит станину, привод, кривошипно-шатунный механизм, плунжерный блок, двухступенчатую гомогенизирующую головку, систему охлаждения. Кривошипно-шатунный механизм преобразует вращательное движение от клиноременной передачи в возвратно-поступательное движение плунжеров. Система охлаждения состоит из патрубков для подвода и отвода воды, змеевика и трубки с отверстиями, установленной над плунжерами.
Производительность гомогенизатора регулируется частотой вращения двигателя привода и коленчатого вала кривошипа.
Основными рабочими элементами гомогенизирующей головки являются седло и клапан – от их конструкции зависит степень дисперсности частиц при гомогенизации. Клапанная щель может быть гладкой или волнообразной. При похождении продукта через щель создается большое давление до 20 МПа. Сила давления при подаче продукта поднимает клапан, в результате чего между ним и седлом образуется узкая кольцевая щель, через которую перемещается жидкий продукт. Клапан остается над седлом в плавающем состоянии.
Сила, с которой клапан прижимается к седлу, может создаваться пружиной или маслом под давлением.
Тонкость измельчения зависит от давления, конструктивных параметров гомогенизирующей головки, стабильности подачи продукта и его состояния.
Жидкость, нагнетаемая насосом под тарелку клапана, воздействует на нее и отодвигает клапан от седла, преодолевая сопротивление пружины. В щель между седлом и клапаном (высота щели от 0,05 до 2,5 мм) проходит с большой скоростью жидкость и гомогенизируется.
Задание:
1.Выполнить расчет клапанного гомогенизатора жидких пищевых продуктов
Исходные данные для расчета
- диаметр плунжера, м
- ход плунжера, м
- угловая скорость коленчатого вала, рад/с
- число плунжеров
- давление гомогенизации, Па
| Вариант | , мм
| , мм
| , рад/с
| , шт
| , МПа
|
| 25,5 | |||||
| 38,8 | 20,7 | ||||
| 24,9 |
Методика расчета
Производительность гомогенизатора, м3/с
, где 
- кпд насоса
Мощность двигателя гомогенизатора, кВт
, где 
- кпд гомогенизатора
Толщина тарелки клапана, м
, где 
Па – допускаемое напряжение материала клапана; 
- диаметр клапана, м; 
- допускаемая скорость жидкости в седле (2 м/с – для всасывающего клапана; 5…8 м/с – для нагнетающего клапана); 
- площадь сечения хвостовика, м2; 
- радиус хвостовика, м
Средний диаметр жировых шариков (м) в диапазоне изменения давления от 2 до 20 МПа
.
2. Выполнить чертеж гомогенизирующей головки и составить спецификацию сборочной единицы
Контрольные вопросы
1.Что называется гомогенизацией?
2.Каково устройство и принцип действия клапанного гомогенизатора?
3.Какие факторы влияют на степень гомогенизации?
4.Каким образом можно регулировать производительность гомогенизатора?