Во многих технологических процессах получения пищевых продуктов присутствует стадия смешивания сыпучих материалов, которую проводят по периодической или непрерывной схеме.
Рис. 1. Схема лабораторной установки: 1 – спиральный дозатор, 2 – шнековый дозатор, 3 – винтовой вертикальный смеситель, 4 – блок управления, 5 – конвейер- пробоотборник
В агрегате непрерывного действия процессы дозирования и смешения связаны между собой. Для их исследования нами разработана лабораторная установка производительностью 200-600 кг/ч с непрерывным двухкомпонентным дозированием ингредиентов в смеситель, позволяющая проводить многофункциональные экспериментальные исследования.
Установка включает в себя дозаторы объемного типа, винтовой вертикальный смеситель непрерывного действия (СНД) вибрационного типа, конвейер-пробоотборник, блоки управления и анализа проб. В качестве приводов используются двигатели постоянного тока, которые позволяют регулировать в широких пределах частоты колебаний смесителя и вращения рабочих органов дозаторов (рис. 1).
В качестве модельного продукта была выбрана двухкомпонентная смесь, состоящая из сахара-песка и манной крупы в соотношении 9:1.
На первом этапе экспериментальных исследований было проведено изучение рабочих характеристик спирального и шнекового дозаторов. Подача ключевого компонента (крупа манная) осуществлялось спиральным дозатором. Погрешность дозирования и производительность соответственно составили h=1,4 % и Q=40 кг/ч. Основной компонент (сахар) подавался шнековым дозатором с h=3,2 % и Q=360 кг/ч. Анализ полученных экспериментальных данных показал, что погрешности дозирования устройств незначительны. Учитывая простоту конструкций, низкую стоимость и простоту эксплуатации аппаратов, их можно рекомендовать для использования в составе непрерывнодействующего смесеприготовительного агрегата, сформированного на основе винтового СНД (рис. 2), конструкция которого (патент РФ 2181664) представлена на рис. 2.
Рис. 2. Винтовой вибрационный смеситель: 1 – колонна, 2 – разгрузочный патрубок, 3 – винтовой лоток, 4 – первый виток, 5 – цилиндрическая вставка , 6 – окно подачи, 7 – отсекатель, 8 – окно рециркуляции
Смеситель состоит из винтового перфорированного рабочего органа 3, закрепленного на вертикальной цилиндрической колонне 1, куда подаются сахар-песок и манная крупа. Он передает колебания, создаваемые вибратором, сыпучему материалу. В результате этих воздействий исходные компоненты движутся вверх по лотку и смешиваются. Часть потока при этом просеивается через перфорацию витков, образуя тем самым многочисленные контуры «внутренней» рециркуляции. Это значительно повышает инерционные свойства аппарата и позволяет хорошо сглаживать флуктуации питающих потоков, поступающих из дозаторов. На верхнем витке расположен отсекатель 7, разделяющий смесь на два потока. Один направляется на выход 2 из смесителя, другой сбрасывается через окно 8 в нижнюю часть аппарата и вновь участвует в процессе смешивания. Изменяя параметры вибрации можно варьировать производительность аппарата и объем смеси, находящейся на его витках.
Нами проведен ряд экспериментов по определению параметров рециркуляции, пропускной способности перфорации рабочего органа и скорости вибротранспортирования. Оценены накопительные и сглаживающие способности данного смесителя с учётом влияния различных рециклов, что в совокупности с математическим моделированием на основе вероятностно-стохастического подхода, позволило подобрать оптимальные режимные и конструктивные параметры работы аппарата. При этом коэффициент неоднородности VС готовой смеси не превысил 7,8 %.