НОВОЕ ПОКОЛЕНИЕ ДИСПЕРГИРУЮЩИХ УСТРОЙСТВ.

Оценка ведущих тенденций развития пищевой промышленности показывает, что вопросы расширения ассортимента при одновременном повышении качества и биологической ценности продукции связаны с выбором методов производства, использованием прогрессивных технологий  и созданием оптимальных конструкций аппаратов.

В настоящее время пищевой индустрией населению все больше предлагается продукция, представляющая собой готовую к употреблению гомогенную смесь со сложным сырьевым составом. Творожные, сырные, шоколадные пасты, десерты, йогурты, муссы, соусы, джемы, коктейли – вот далеко неполный перечень многокомпонентной продукции, вошедшей в рацион питания различных слоев населения. 

Производство подобной продукции представляет собой сложный технологический процесс, включающий в себя следующие технологические операции:

Эта задача во многих случаях может решаться путем применения в производстве все более популярных роторно-пульсационных аппаратов (РПА), в которых воздействие на поток жидкотекучей обрабатываемой среды обеспечивается принудительным перекрытием каналов его течения в системе вращающийся ротор – неподвижный статор. При этом в потоке возникают гидродинамические явления (завихрения, удары, кавитация) создающие хороший диспергирующий эффект. Существует целый ряд аппаратов подобного типа [1]. Одним из недостатков этих известных устройств является то, что при их промышленной эксплуатации в молочной, пищевой и других отраслях промышленности требуется создание технологических линий или компоновка их дополнительным оборудованием, например, емкостью с мешалкой и тепловой рубашкой, насосом, гомогенизатором, эжектором и трубопроводом для циркуляции жидкотекучей смеси.

В ГНУ ВНИМИ на протяжении длительного времени ведутся работы по получению новых технологий с использованием принципов диспергирования и по созданию соответствующего аппаратурного оформления. Так, например, в начале 80^х годов в институте были созданы первые образцы рпа. В результате совместных работ с Омским филиалом института аппарат был усовершенствован и запущен в серию под маркой Я9 ОРП [2]. При производстве продуктов на молочной основе эти аппараты показали себя надежными, высокопроизводительными и удобными в эксплуатации. Кроме этого на производственной базе ГНУ ВНИМИ были проведены испытания параметрического ряда аппаратов типа РПА, выпускаемых ОАО «Эна» г. Щелково. Следует отметить, что конструкция этих РПА проста, малогабаритна, допускает разборку для промывки и ремонта. Но из-за недостаточной мощности привода данная серия аппаратов имеет ограничения по переработке продуктов с повышенной вязкостью.

Промышленное применение рассмотренных аппаратов предусматривает наличие резервуара, который через линию рециркуляции сообщен с РПА. Емкость должна быть снабжена усиленной мешалкой и теплообменной рубашкой. В этом случае РПА обеспечивает диспергирование и гомогенизацию смеси за счет циркуляции по замкнутому циклу,  а в резервуаре продукт подвергается требуемой термической обработке. В настоящее время предприятиями отрасли используется свыше 40 различных технологий с применением указанного оборудования.

Основываясь на опыте создания целого ряда машин типа РПА и измельчителей-смесителей с объемом чаши 40, 80,100, 120 и 200 литров [3], а также учитывая все плюсы и минусы вышеперечисленных аппаратов, в ГНУ ВНИМИ была разработана, создана и успешно испытана опытная гидродинамическая установка роторного типа ГУРТ-300 (рис.1) для получения жидкотекучих многокомпонентных сред, отвечающая всем требованиям современного производства, с широким спектром обработки различных по составу и природе жидкотекучих систем, в частности, для одновременного диспергирования, гомогенизации, термической обработки и так же с такой уникальной возможностью обработки продуктов, как аэрирование (взбивание) жидкотекучих сред [4].

На установку была оформлена заявка на изобретение и в настоящий момент получено положительное решение о выдаче патента РФ [5].

Установка представляет собой роторно-пульсационный диспергатор, с возможностью регулирования зазора между боковыми поверхностями зубьев ротора и статора. Над корпусом диспергатора установлена емкость с рубашкой для тепловой обработки объемом 150 литров, в полость которой через входной патрубок внесена режущая насадка в виде ножей. Входной патрубок диспергатора снабжен устройством для впрыска газа. Выходной патрубок посредством трехходового крана и линии рециркуляции сообщен с емкостью.В процессе эксплуатации на установке допускается работать в трех режимах. В режиме «миксера», когда патрубок выхода закрывается и продукт циркулирует внутри емкости, перемешиваясь и измельчаясь на режущих насадках и частично в ротор-статоре. В режиме «диспергатора», когда подключается линия рециркуляции и продукт подвергается многократной обработке в ротор-статоре. Третий режим - «на проход», когда продукт подвергается обработке в ротор-статоре и увлекается сразу в разгрузочный патрубок. Этот режим применяется, когда достаточно однократного прохождения через рабочие органы при условии, что подается уже подготовленная смесь или подаются компоненты с контролируемым расходом в требуемых пропорциях.

В ГНУ ВНИМИ были проведены испытания ГУРТ-300 и получены положительные результаты при выработке широкого ряда пищевых продуктов:

По результатам испытаний, а также основываясь на требованиях и пожеланиях заказчиков, опытная установка была откорректирована и на ее базе запущены в производство две модификации гидродинамической установки роторного типа ГУРТ-300 и ГУРТ-300/160, показанные на рис.2. Сравнительная техническая характеристика данных установок приведена в таблице 1.

Данные установки могут найти применение в молочной, мясной, кондитерской, пищевой, химической, парфюмерно-косметической, нефтетопливной, лакокрасочной и других отраслях промышленности.

Основным отличием установки ГУРТ-300/160 является наличие в емкости рамной мешалки со скребком. Если в ГУРТ-300 при получении майонезов, десертов, паст для перемешивания вполне достаточно наличие фрезерной насадки на приводе ротора и тангенциального ввода струи продукта при рециркуляции, то для чистых творогов и подобных по консистенции продуктов такого перемешивающего эффекта недостаточно, с чем и помогает справиться рамная мешалка со скребком, кроме того, она также предназначена для устранения пригара на теплообменных стенках рабочей емкости при нагреве продукта глухим паром.

Усиленная рабочая емкость установки ГУРТ-300/160, снабженная камерой для вакуумирования, при подключении системы вакуумирования позволяет проводить технологические процессы не только при атмосферном давлении, как в установке ГУРТ-300, но и под вакуумом, при этом продукт получается более плотный (густой), происходит процесс деаэрирования - высасывания всех паразитных пузырьков воздуха, подхваченного при загрузке компонентов продукта, что существенно влияет на качество конечного продукта, а возможность производить стерилизацию продукта при избыточном давлении до 0,04 МПа, что соответствует температуре 108^оС, существенно увеличивает сроки хранения готового продукта.

В обеих установках применена система впрыска газа (в молочной промышленности используется преимущественно азот), выполненная в виде игольчатого клапана, затворная часть которого внесена непосредственно в рабочий объем роторного устройства, так что пропускные каналы между затвором и продуктом отсутствуют. Процесс аэрирования в данной установке выглядит следующим образом – после получения гомогенной смеси предназначенной для взбивания,  во время диспергирования в устройство впрыска подается газовая фаза с определенным расходом. Пузырьки газа увлекаются потоком обрабатываемого продукта и при похождении перекрывающихся каналов системы ротор-статора подвергаются тонкодисперсному дроблению и равномерному распределению газовой фазы в обрабатываемом продукте. Процесс длится до получения необходимой степени взбитости. Расход газа, время его подачи и зазор между боковыми поверхностями зубьев ротора и статора рекомендуется подбирать под каждые типы продуктов. Так, например, при участии ведущих технологов ГНУ ВНИМИ была проведена серия опытных выработок, на которых были отработаны технологические регламенты и сейчас готовятся к выпуску четыре ТУ на взбитые творожные десерты.

Данные установки могут комплектоваться пультом управления, как с частичной, так и с полной автоматизацией технологического процесса, но вне зависимости от этого они обслуживаются одним квалифицированным рабочим (оператором), прошедшим инструктаж с представителем нашей фирмы. При спорном вопросе получения того или иного типа продукта, а так же для ознакомления с ходом выработки  всегда можно провести пробные выработки на опытной установке, находящейся в ГНУ ВНИМИ.

Несмотря на возможность проведения полного технологического цикла обработки продукта в одной установке, с целью автоматизации дозирования и подачи компонентов, как в установку, так и на фасовку для повышения производительности по представленным требованиям на базе указанных установок могут быть скомплектованы технологические линии, включающие дополнительное оборудование, в т.ч. резервуары хранения исходных жидких компонентов, насосы, дозаторы сухих компонентов, фасовочные автоматы и т.д. Так примером может служить комплект оборудования для производства молочно-белковых продуктов с жирами растительного происхождения производительностью 1500 кг/смену, схема которого показана на рис.3.

Данный комплект оборудования предназначен для выработки молочных продуктов из готовых молочных компонентов (творог, молоко) с добавлением компонентов немолочного происхождения (растительные жиры и белки, сахар, фруктовые наполнители, стабилизаторы и т.д.).

В отдельных рецептурах возможно применение наряду с растительными жирами, также жиров молочного происхождения (сливочного масла и молочного жира).Комплект может найти широкое применение на предприятиях молочной отрасли, имеющих в своей структуре участок по производству творога.

Следует отметить, что дозатор добавок, насос для творога, охлаждающая емкость промежуточного хранения, входящие в данный комплект, также разработаны в ГНУ ВНИМИ, и это далеко неполный перечень разработанного в этом институте оборудования.

Учитывая все вышеперечисленные сведения, можно констатировать, что создано новое, отечественное, удобное в эксплуатации  изделие с большим спектром обработки различных по составу и природе жидкотекучих смесей, позволяющее улучшить качество готового продукта и увеличить сроки его хранения и реализации, что в конечном итоге обеспечивает быструю окупаемость приобретенного изделия. Таким образом, можно предположить, что данная установка займет достойное место среди конкурентоспособного оборудования для молочной промышленности.