Электромеханическое устройство для обработки шоколадных масс

 

Использование: пищевая промышленность, а именно обработка жидких и полужидких шоколадных масс, в частности производство жировой глазури, какао тертого, совместное измельчение сахарного песка и какао-крупки, а также химическая, строительная и другие отрасли. Сущность изобретения: устройство содержит вертикальную цилиндрическую емкость с загрузочным и разгрузочным патрубками, ротор, постоянный электромагнит и измельчающие ферромагнитные элементы, цилиндрическую крышку из ферромагнитного материала, промежуточную емкость, насос и систему трубопроводов с патрубками и заборником воздуха. Ротор выполнен в форме стакана, обращенного полостью к крышке, с отверстиями в центре основания и внутренними каналами для воздуха, соединенными с заборником воздуха, и разделяет емкость на две ступени измельчения. Крышка имеет жестко закрепленный, расположенный вдоль оси стержень из ферромагнитного материала, кольцевой паз со стороны рабочего объема емкости, в котором размещена обмотка управления, соединенная с блоком импульсного питания, и внутренние каналы для воздуха. В пространстве между ротором и емкостью шарнирно на гибких связях закреплены вертикально измельчающие ролики из ферромагнитного материала. Наружные боковые поверхности ротора, роликов и внутренняя боковая поверхность емкости выполнены с рифлением вдоль оси емкости. В средней части емкости на стержне жестко закреплена решетка из немагнитного материала с отверстиями, диаметр которых меньше диаметра измельчающих ферромагнитных элементов. Выход из первой ступени измельчения системой трубопроводов с патрубками через промежуточную емкость и насос соединен с входом второй ступени. Стенка емкости выполнена из немагнитного материала, часть измельчающих ферромагнитных элементов имеет форму тел, боковая поверхность которых выполнена гиперболической, а торцовые поверхности - сферическими, загрузочный патрубок расположен в верхней части боковой поверхности емкости, а разгрузочный - в крышке. 1 ил.

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к производству шоколадных масс, в частности к устройствам для обработки жидких и полужидких шоколадных масс, и может быть использовано в получении жировой глазури, какао тертого, совместного измельчения сахарного песка и какао-крупки и других отраслях народного хозяйства (в химической, строительной и т.д.).

Известно устройство для приготовления шоколадных масс, содержащее шариковую мельницу, выполненную в виде вертикального рабочего цилиндра с рубашкой, на внешней поверхности которого расположены постоянные магниты, помещенные в рабочем цилиндре шариковой мельницы, вал с горизонтальными дисками и шариковые тела, насос с трубопроводом подачи массы, загрузочное и разгрузочное приспособления [1] Известно также электромеханическое устройство для обработки шоколадных масс, содержащее вертикальную цилиндрическую емкость, стенка которой образована из нескольких элементов, составляющих постоянный электромагнит, в средней части емкости установлена решетка из неферромагнитного материала, разделяющая емкость на две зоны, ротор, на роторе закреплены прямоугольные лопасти, причем лопасть в нижней части емкости перпендикулярна к лопасти в верхней части, загрузочный и разгрузочный патрубки и измельчающие ферромагнитные элементы, выполненные в форме шариков, имеющих в верхней части емкости больший диаметр, чем в нижней [2] Цель изобретения значительное увеличение силового воздействия измельчающих ферромагнитных элементов на поступающий на обработку в рабочую емкость продукт, повышение эффективности его разрушения, выравнивание гранулометрического состава получаемого продукта, уменьшение энергетических затрат и повышение надежности устройства в работе.

Для этого электромеханическое устройство для обработки шоколадных масс, содержащее вертикальную цилиндрическую емкость с загрузочным и разгрузочным патрубками, ротор, постоянный электромагнит и измельчающие ферромагнитные элементы, дополнительно содержит цилиндрическую крышку из ферромагнитного материала, промежуточную емкость, насос, систему трубопроводов с патрубками, заборник воздуха, ротор выполнен в форме стакана, обращенного полостью к крышке, с отверстием в центре основания, внутренними каналами для воздуха, соединенными с заборником воздуха, и разделяет емкость на две ступени измельчения, крышка имеет жестко закрепленный, расположенный вдоль оси емкости стержень из ферромагнитного материала, кольцевой паз со стороны рабочего объема емкости, в котором размещена обмотка управления, соединенная с блоком импульсного питания, и внутренние каналы для воздуха, в пространстве между ротором и емкостью шарнирно на гибких связях закреплены вертикально измельчающие ролики из ферромагнитного материала, наружные боковые поверхности ротора, роликов и внутренняя боковая поверхность емкости выполнены с рифлением вдоль оси емкости, в средней части емкости на стержне жестко закреплена решетка из немагнитного материала с отверстиями, диаметр которых меньше диаметра измельчающих ферромагнитных элементов, выход из первой ступени измельчения системой трубопроводов с патрубками через промежуточную емкость и насос соединен с входом второй ступени, стенка емкости выполнена из немагнитного материала, часть измельчающих ферромагнитных элементов имеет форму тел, боковая поверхность которых выполнена гиперболической, а торцовые поверхности сферическими, при этом измельчающие ферромагнитные элементы над решеткой имеют меньший размер и больший коэффициент заполнения, загрузочный патрубок расположен в верхней части боковой поверхности емкости, а разгрузочный в крышке.

На чертеже схематично показана конструкция предлагаемого устройства.

Предлагаемое электромеханическое устройство для обработки шоколадных масс содержит электропривод (не показан), вертикально расположенную цилиндрическую емкость 1, измельчающие ферромагнитные элементы 2, ротор 3 с отверстием 4 и внутренними каналами для воздуха 5. Емкость 1 имеет крышку 6 с кольцевым пазом 7, в котором размещена обмотка управления 8, соединенная с блоком импульсного питания с периодически изменяющейся полярностью (не показан), внутренние радиально расположенные каналы для воздуха 9 и жестко закрепленный на ней стержень 10. В средней части емкости 1 на стержне 10 установлена решетка 11 с отверстиями 12 и разделяет вторую ступень измельчения на верхнюю и нижнюю части. В пространстве между ротором 3 и емкостью 1 шарнирно на гибких связях 13 вертикально расположены ролики 14. Наружные боковые поверхности ротора 3, роликов 14 и внутренней боковой поверхности емкости 1 выполнены с рифлением 15 вдоль оси емкости 1. Устройство также содержит промежуточную емкость 16 для смешивания продукта, измельченного в первой ступени измельчения с наполнителями, насос 17, систему трубопроводов 18 с патрубками 19-22 для подачи продукта из первой ступени измельчения во вторую, заборник воздуха 23. Загрузочный патрубок 24 расположен в верхней части боковой поверхности емкости 1, а разгрузочный 25 в крышке 6 емкости 1.

Устройство работает следующим образом.

Продукт, подлежащий обработке (какао-бобы, сахар и др.) через загрузочный патрубок 24 непрерывным потоком подается в первую ступень рабочей емкости 1. Приводится во вращение ротор 3. Одновременно на обмотку управления 8 подается импульсное питание с периодически изменяющейся полярностью. При протекании импульсного тока I по обмотке управления 8 возникает магнитодвижущая сила F, проводящая магнитный поток Φ по ферромагнитным участкам, образующим магнитопровод устройства (крышка 6, ротор 3, стержень 10). Магнитный поток замыкается через объем обработки продукта и проходит по крышке 6, вращающемуся ротору 3 и стержню 10. Ролики 14, оказываясь в поле магнитного потока, намагничиваются, благодаря гибким связям 13 притягиваются к наружной поверхности ротора 3, входят в зацепление с ним и приводятся во вращение вокруг своей оси, осуществляя при этом измельчение продукта. В промежутках же между подачей импульсов постоянного тока на обмотку управления 8 ролики 14 под действием центробежной силы, возникающей при вращении ротора 3, оттесняются к внутренней поверхности стенки емкости 1, входят в зацепление с ней и также приводятся во вращение вокруг своей оси, осуществляя при этом измельчение продукта. При изменении полярности импульсного тока ролики 14 опять намагничиваются, входят в зацепление с ротором 3, приводятся во вращение вокруг своей оси, измельчая продукт.

Таким образом, продукт, перемещаясь в первой ступени измельчения сверху вниз, испытывая воздействие горизонтально колеблющихся роликов 14, раздавливается, скалывается (происходит крупное его измельчение). Затем продукт попадает в промежуточную емкость 16, где смешивается с различными наполнителями, откуда насосом 17 по трубопроводу 18 подается через патрубок 22 в нижнюю часть второй ступени измельчения емкости 1. Благодаря наличию в рабочем объеме ступени ферромагнитных элементов силовые линии магнитного поля замыкаются через объем обработки, создавая постоянное по знаку магнитное поле. Под действием силы F измельчающие ферромагнитные элементы 2, притягиваясь и сцепляясь друг с другом и поверхностями ротора 3 и стержня 10, организуются в пространственные построения, ориентированные прямолинейно по направлению силовых линий электромагнитного поля. При вращении же ротора 3 пространственные построения из ферромагнитных измельчающих элементов, стремясь под действием электромагнитной силы F сохранить первоначальное положение, искривляются и частично разрушаются. Под действием электромагнитных сил измельчающие элементы мгновенно и непрерывно организуются в новые построения. Этот процесс разрушения и образования новых пространственных построений из измельчающих элементов происходит непрерывно и мгновенно, сопровождается интенсивным энергонапряжением ударно-истирающим силовым воздействием как между измельчающими элементами, так и между поверхностями ротора 3, стержня 10 и измельчающими элементами 2. Продукт, находящийся между измельчающими элементами, подвергается различным деформа- циям: удару, сжатию, истиранию, сдвигу по всему объему ступени измельчения, что интенсифицирует процесс обработки продукта (измельчается дисперсная фаза, пере- мешивается и разрушается структура). Прошедший обработку в нижней ступени емкости 1 продукт через отверстия 12 в решетке 11 попадает в верхнюю часть второй ступени измельчения, где подвергается аналогичному механическому воздействию. При этом измельчающие элементы 2 верхней части второй ступени измельчения имеют меньший размер. Уменьшение размера измельчающих элементов в направлении движения продукта позволяет получить продукт более тонкого помола. При изменении полярности импульсного тока, питающего обмотку управления 8, происходит поворот на 180^о в плоскости, перпендикулярной к своей оси, измельчающих элементов 2, выполненных в форме тел, боковая поверхность которых выполнена гиперболической, а торцовая сферической, осуществляя при этом эффективное перемешивание продукта, а также дополнительное взаимодействие в виде удара, истирания, сдвига между продуктом и измельчающими элементами 2 (происходит не только точечное контактирование, но и увеличиваются площади контактов между измельчающими элементами по линейным поверхностям). Продукт испытывает дополнительное силовое взаимодействие пластификацию, что приводит к повышению однородности и гранулометрического состава продукта, улучшению его качества. В слое разрыва структурных построений из измельчающих ферромагнитных элементов 2 концентрируются тепловые потери. Выделяясь в виде тепла, потери энергии обуславливают нагрев обрабатываемого продукта и соприкасающихся с ним частей устройства. Это ухудшает качество продукта и эксплуатационные характеристики. Перегрев обмотки управления повышает ее сопротивление, снижая тем самым ток возбуждения, а следовательно, и величину силового взаимодействия между измельчающими элементами. Потери мощности в обмотке управления Р I²R, где I ток в обмотке возбуждения; R сопротивление обмотки возбуждения.

Потери мощности в слое скольжения P_s 1,028 Mn, где M момент сопротивления нагрузки; n число оборотов ротора.

Это приводит к увеличению температуры обработки, что не допускается технологическими требованиями. С этой целью в устройство введена система принудительного воздушного охлаждения продув охлаждающего воздуха по внутренним каналам устройства. Воздух нагнетается из окружающей среды через заборник воздуха 23, установленный на поверхности вращающегося ротора, во внутренние каналы ротора 3, через пространство между торцовой поверхностью ротора 3 и крышкой 6 (уплотнения с отверстиями) в радиально расположенные внутренние каналы 9 крышки 6 и покидает устройство через осевой канал в крышке.

Таким образом, системой каналов посредством воздуха осуществляется поддержание заданного технологией температурного режима работы устройства. Выполнение в магнитопроводе устройства каналов для прохождения охлаждающего воздуха не вызовет увеличения габаритных размеров устройства, так как те части магнитопровода, где расположены каналы, не насыщены в магнитном отношении.

Величина индукции в емкости 1, имеющая линейную зависимость от величины тока в обмотке управления, определяет степень усилий, с которыми измельчающие элементы 2 взаимодействуют между собой, поверхностями ротора 3 и стержня 10, а следовательно, и степень воздействия на обрабатываемый продукт. Регулирование величины индукции в емкости 1 осуществляется просто и надежно, легко подлежит автоматизации, что позволяет подчинить работу устройства технологическим требованиям обработки продукта.

Продукт, обработанный в верхней части второй ступени измельчения, через разгрузочный патрубок 25 в крышке 6 устройства выводится из него.

Экономическая эффективность устройства заключается в создании энергоемких малогабаритных устройств с повышенной производительностью, с сочетанием в одном устройстве нескольких стадий измельчения (крупное, среднее, тонкое и сверхтонкое). Предлагаемое устройство обеспечивает получение продукта высокого качества.

Формула изобретения

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ШОКОЛАДНЫХ МАСС, содержащее вертикальную цилиндрическую емкость с загрузочным и разгрузочным патрубками, ротор, постоянный электромагнит и измельчающие ферромагнитные элементы, отличающееся тем, что устройство снабжено цилиндрической крышкой из ферромагнитного материала, промежуточной емкостью, насосом, системой трубопроводов с патрубками и заборником воздуха, ротор выполнен в форме стакана, обращенного полостью к крышке, с отверстием в центре основания и внутренними каналами для воздуха, соединенными с заборником воздуха, и разделяет емкость на две ступени измельчения, крышка имеет жестко закрепленный и расположенный вдоль оси емкости стержень из ферромагнитного материала, кольцевой паз со стороны рабочего объема емкости, в котором размещена обмотка управления, соединенная с блоком импульсного питания, и внутренние каналы для воздуха, в пространстве между ротором и емкостью шарнирно на гибких связях вертикально закреплены измельчающие ролики из ферромагнитного материала, наружные боковые поверхности ротора, роликов и внутренняя боковая поверхность емкости выполнены с рифлением вдоль оси емкости, в средней части емкости на стержне жестко закреплена решетка из немагнитного материала с отверстиями, диаметр которых меньше диаметра измельчающих ферромагнитных элементов, выход из первой ступени измельчения системой трубопроводов с патрубками через промежуточную емкость и насос соединен с входом второй ступени, стенка емкости выполнена из немагнитного материала, часть измельчающих ферромагнитных элементов имеет форму тел, боковая поверхность которых выполнена гиперболической, а торцевые поверхности сферическими, загрузочный патрубок расположен в верхней части боковой поверхности емкости, а разгрузочный в крышке.

РИСУНКИ

Рисунок 1