Реологічні основи пресування тіста і методика технологічного розрахунку матриць і шнекових пресів

Крихтоподібне тісто, здобуте у тістомісильній машині, проходить подаль-шу обробку в шнековій камері пресу. У цій камері можна виділити чотири зо-ни:

транспортування крихтоподібної маси. яка поводиться як сильно зволо-жений сипкий матеріал;

пресування маси і перетворення її в суцільне макаронне тісто;

транспортування тіста до пресувальної головки;

нагнітання тіста у пресувальну головку і випресовування його крізь отво-ри матриці.

У другій і наступних зонах тісто перетворюється у суцільну пружно–в’яз-ко–пластичну масу. Для здобуття однорідної маси велику роль відіграє ва-куумування тіста. Тісто, піддане вакуумуванню під вакуумом 80 кПа, має су-цільнішу структуру, без пухирів повітря, знижується окислення пігментів бо-рошна, що збільшує скловидність при розломі, міцність і покращує колір виро-бів.

Залежність зсувних напружень від швидкості деформації тіста описують рівнянням Бінгама:

, (254)

де – граничне зсувне напруження, Па, яке залежить від вологості тіста і тиску на нього; – коефіцієнт пластичної в’язкості, який залежить від нормального тиску на тісто, від його вологості, температури і швидкості дефор-мації.

Зі збільшенням нормального тиску коефіцієнт збільшується, а зі збіль-шенням вологості і температури тіста – зменшується. Приблизно таку саму за-лежність від указаних параметрів має і напруження . Звідси випливає, що для зменшення витрат енергії необхідно зменшувати тиск і збільшувати швидкість пресування, вологість і температуру тіста. Однак зменшення тиску приводить до зменшення швидкості пресування, що суперечить переліченим раніше умо-вам. Як показали дослідження, щоб здобути якісні вироби, оптимальним є тиск 10…12 МПа. При цьому тиску вологі вироби мають міцність на 25…30% біль-шу, ніж при тиску 6,5…7,0 МПа. Тому закордонні фірми (“Боссано”, “Брай-банті”, “Паван” та ін.) та промисловість СНД налагодили випуск пресів (BBR 140/4, “Мабра-Л”, “Кобра-Л”, Р-1200, ЛПШ-500, ЛПШ-750 і ЛПШ-1000), які працюють за підвищеним тиском.

Швидкість випресовування також не може збільшуватися безмежно. Гра-нична швидкість пресування, за якої зберігається задана якість поверхні виро-бів, залежить від матеріалу отвору матриці.

Температуру тіста теж не можна піднімати вище за 328 К (55 ˚С) через де-натурацію білка і клейстеризацію крохмалю, що знижує міцність і якість повер-хні виробів. Оптимальною є температура у межах 45…50 ˚С.

Дослідами встановлено, що при тиску 6…7 МПа слід брати відношення кроку шнека до його зовнішнього діаметру більшим за одиницю, а при тиску, більшому за 10 МПа, .

Отже, щоб здобути якісні вироби за найкращих економічних показників, необхідно:

підтримувати максимально припустиму для матеріалу отвору матриці швидкість випресовування;

використовувати матриці з фторопластовими або тефлоновими вставка-ми;

підтримувати нормальний тиск пресування не менш як 10 МПа;

вибирати конструктивні співвідношення елементів пресувальних шнеків у рекомендованих межах.

Якщо задана продуктивність лінії по готових (сухих) виробах , то про-дуктивність преса (по тісту) визначають з формули (252), підставивши в неї замість порядковий номер преса у лінії.

Продуктивність преса. кг/год, залежить першочергово від продуктивності матриці, яка визначається щільністю тіста, кількістю і площею отворів у матриці, швидкістю випресовування , тобто

(255)

де – процент утрат сирих виробів.

Кількість отворів у матриці можна визначити також, знаючи її коефіцієнт живого перерізу,

(256)

де – робоча площа матриці, м²; – коефіцієнт живого перерізу, %.

Враховуючи вираз (256), формула (255) набуває вигляду, кг/год:

(257)

Якщо задано продуктивність , то за формулою (257) можна здобути робочу площу матриці, а за нею – її розміри.

Продуктивність пресувального шнека має дорівнювати продуктив-ності матриці . Вона визначається за формулою, кг/год:

(258)

де – теоретичний об’єм тіста, яке перемішується за один оберт шнека, м³; – кількість заходів шнека; – кутова швидкість шнека, рад/с; , , – коефіцієнти пресування, заповнення порожнини шнека і подачі тіста.

Об’єм тіста, м³,

(259)

де – площа поперечного перерізу западини гвинтової лінії шнека, не- враховуючи товщину витка шнека, м²,

;

– крок гвинтової лінії шнека, м; – об’єм витка шнека на одному кроці гвинтової лінії, м³,

;

– кут підйому гвинтової лінії, рад; , – товщина витка шнека на зовнішньому і внутрішньому діаметрах, м.

Тоді, продуктивність шнеку, кг/год,

. (260)

Коефіцієнт пресування

,

де – щільність тіста після замісу, кг/м³; – щіль-ність тіста під час пресування, кг/м³.

Коефіцієнт наповнення коливається у межах , а коефіцієнт подачі .

Потужність, необхідна для приводу пресувального шнека, Вт,

, (261)

де – осьова швидкість тіста, м/с; – теоретичні витрати енергії на пресування в секунду; – тиск пресування, Па; – об’ємний ККД преса.

Таким чином, потужність, необхідна для приводу пресувального шнека, тим більша, чим більші зовнішній діаметр, крок і швидкість обертання шнека і тиск пресування.

Для розрахунку вакуумної системи і вибору вакуум–насоса преса визна-чають величину потоку пароповітряної суміші, який потрібно видалити з ва-куумного тістозмішувача.

Для цього визначають об’єм тіста, яке поступає в одиницю часу у ва-куумний тістозмішувач, м³/с,

(262)

Об’єм суміші тіста з повітрям, яка подається комірками ротора шлюзо-вого затвора, м³/с,

(263)

де – кількість комірок у роторі, шт.; – об’єм комірки, м³; – ку-това швидкість ротора, рад/с.

З формул (262) та (263) знаходимо кількість пароповітряної суміші, яка повинна бути відсмоктана у одиницю часу з вакуумного тістозмішувача. кг/с,

(264)

Отримане значення виразимо, як об’єм потоку пароповітряної суміші за атмосферного тиску, ( кПа), м³/кПа,

(265)

Далі визначають повітряний потік, який поступає у одиницю часу крізь зазори у роторі внаслідок биття ротора шлюзового затвора і биття його підшипників, м, тобто

(266)

Радіальне биття підшипників визначають згідно ГОСТ 5721-75.

Зазор можна вважати максимальною шириною щілини, крізь яку атмо-сферне повітря потрапляє у вакуумний тістозмішувач. Площа цієї щілини, м²,

(267)

де – довжина щілини, м (для ротора преса Б6-ЛПШ-500, =0,2м, а для пресів Б6-ЛПШ-750 і Б6-ЛПШ-100 =0,23м).

Пропускна спроможність щілини,

(268)

де – залишковий тиск повітря у вакуумному тістозмішувачеві, кПа (для водокільцевих вакуум–насосів вибирають 21 кПа).

Умовно приймаємо потік повітря у щілині як потік у трубі, тоді його об’єм, м³/кПа,

(269)

Інше побічне просочування повітря, м³/кПа,

(270)

де – максимальне допустиме підвищення тиску за час =1 хв. під час просочування повітря ззовні з вимкнутим вакуум–насосом без урахування просмоктування крізь ротор, Па ( кПа);

– ємність вакуумної системи преса, м³, (для преса Б6-ЛПШ-500, м³, а для пресів Б6-ЛПШ-750 і Б6-ЛПШ-100 м³).

Сумарний потік газоповітряної суміші, скориставшись формулами (265), (269) і (270), знаходимо за формулою:

. (271)

Необхідна продуктивність вакуум–насоса з урахуванням опору трубопро-воду (10%),

(272)

Після чого по вибирають типорозмір вакуум–насоса. При цьому слід враховувати, що один вакуум–насос може обслуговувати декілька пресів.

Розрахунок тістозмішувачів, дозаторів борошна і рідких компонентів виконують за формулами наведеними у главі 3 першого розділу книги.