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全自动隧道式颗粒状食品(核桃)连续浸煮装置
时间:2017/10/31    作者:编辑:陈露    文章来源:温州市工业科学研究院温州天富机械有限公司 温州电视台、温州市思美广告传媒有限公司
 

核桃在我国栽培历史悠久,具有强身补脑、养颜益寿的功效,与杏仁、腰果、榛子一起并列为世界四大干果。我国核桃种植面积和产量均居世界首位。但人均产量与发达国家还有很大差距。核桃深加工的潜力有待进一步挖掘,市场发展空间巨大。核桃仁携带方便、卫生、安全,消费与日俱增,发展前景十分广阔。
核桃仁表面有一层紧密的褐色薄皮衣,含单宁高。研究表明,核桃仁中含有的单宁是产生苦涩味及导致饮料褐变的主要原因。据测定,核桃仁中的单宁主要存在于表皮(占总质量的98%)中,单宁起着防止核桃仁氧化酸败的作用,且在一定程度上会赋予其特殊有的感官品质,但单宁的存在会影响核桃油的口感和色泽,也影响核桃蛋白的食用及蛋白质的稳定性,不利于核桃仁的精深加工,也会影响核桃乳的色泽和稳定性。而去除核桃仁的种皮,即可达到去除单宁的目的。
核桃仁的表面凸凹不平,有许多皱褶,种皮深陷其中,这给去皮带来一定困难。
目前国内对核桃仁的脱皮所采用的技术,多数都是采用容器分批次浆液浸泡、水力冲刷、清水冲洗等较为原始的、落后的方式。这样的处理工艺,不仅需要大量的、高强度的人工操作,耗费许多的热能和水利资源,而且由于工艺过程多数依靠操作人员的技能水平来控制产品的质量,非常不利于大规模工业化的生产运行。许多设备制造企业也在努力地开发高效、节能、环保的原料处理设备,但由于各种各样的原因,以及客观条件的限制,到目前为止国内还没有出现可以较好地解决核桃仁脱皮的连续加工设备。
目前主要研究内容包括:核桃仁提取技术路线及工艺的研究;装置可全价利用、零排放的设计与研究;核桃仁脱皮后仁与皮分离、回拢包装装置的研究;装置自动控制、机械结构、最佳工艺流程、设备协调性研究。
随着食品企业生产规模的逐渐扩大,原料处理的数量也随之快速增加。这就给原料加工装备效率的提高提出了更高的要求,同时也给制造高效率、高质量原料加工设备带来了机会。
全自动隧道式颗粒状食品(核桃)连续浸煮装置(简称:连续式核桃仁脱皮装置)是繁多的农产品加工业中的一种。温州天富机械有限公司和温州市工业科学研究院联合开发的连续式核桃仁脱皮装置,正是为了适应市场的需求,减轻操作者的劳动强度而进行的。本项目关键技术是自动控制、机械结构、最佳工艺流程、设备协调性的研究。该研发,正是顺应了这一趋势的发展。因为随着食品企业生产规模的不断扩大,以及市场竞争的日趋加剧,在企业生产经营中劳动力和能源消耗所在产品成本中所占据的比例逐渐加大,这成为了企业的两个沉重负担。故而食品企业对高效率、节能、环保的原料处理设备有着强烈的意愿。
一、技术指标
以前,多数企业所开发的农产品原料加工设备,都是仅仅局限于单机的自动化。随着食品企业生产规模的扩大,组成生产工艺全过程中各个设备间的顺畅衔接就显得尤为重要。这正是我们开发连续式核桃仁脱皮成套装置的关键所在:将核桃仁从出库开始的输送、称重、料液配制、添加、浸泡、脱皮、清洗、脱水、烘干、包装、入库等工序有机地结合在一起,可以完全实现全自动化的运行。这将为提高食品企业的劳动生产效率、提高企业经营效益创造有利的条件。
由此可以看出,实现高效率连续化的生产是食品企业的迫切需求,这也正是食品生产装备制造企业的大好良机。在这样的有需求、有动力的市场环境下,连续式核桃仁脱皮装置就应运而生了。
浙江省科技厅下达的重大科技攻关计划主要技术措标:1.进入物料为核桃去除硬壳后留下的核桃仁;2.加工后物料为核桃仁及仁皮;3.工作电压:交流380V(三相五线制)供电; 4.物料浸泡时间:3~10min;5.物料浸泡温度:85~95℃;6.脱膜时间:3~5min;7.脱膜水压力:0.25MPa;8.脱皮比例:≥95% ;9.螺旋滚筒的螺距:240mm;10.最大转速为10r.p.m;11.处理量:10~20t/班。12.通过项目实施,形成年产值超1000万元的生产规模,满足生产企业的需求。
 二、工作原理
连续式核桃仁脱皮装置(如图一所示)主要有笼筐、盖、排废水阀、补水阀、流量手动控制阀、循环泵、疏水阀、蒸汽减压阀、列管式换热器、蒸汽阀、管路和各种接头组成。按功能可划分为循环水排水段、预热段、浸煮段、降温段、冷却漂洗段等。
本装置由循环水排水段(工艺流程图中箭头所示一端)、预热段、浸煮段、降温段、冷却漂洗段等组成。可以看出,装有散状物料的笼筐,从在图中箭头所示的入口端进入浸煮装置内,首先经过将要排出的循环水浸泡,主要是将这部分循环水所携带的热量加以回收,即物料的温度升高了,而循环水的温度降低了。在这一段,循环水将不再被加热。
当笼筐运行到预煮升温段时,原料的温度将被升高,并根据工艺的要求最终达到浸煮的温度。
根据不同的原料,对应有不同的浸煮处理工艺。浸煮工艺的不同,主要反映在浸煮时的温度和浸煮的时间。浸煮的温度通过自动控制装置来将循环水的温度恒温控制在所设定的数值上。浸煮的时间,则是由装置在高温浸煮段的总长度与笼筐的运行速度所决定的。
在降温段,物料的温度将被温度较低的循环水予以降温,这部分循环水是与预热段的循环水通过换热器进行热交换的,这样在连续浸煮的过程中即可以将浸煮后物料所携带的大量热量加以回收,又可以将预热段较为混浊的循环水与降温段比较清新的循环水加以分离。
装置所采用技术的另一个作用,就是在物料将要运行出浸煮装置时,通过新近补充进来的循环水对物料在冷却的同时加以了清洗。
循环水从新水补充进来,到浊水被排掉,其总体的流动方向是与笼筐中物料的运行方向相逆的。也就是说,已经过浸煮的物料将要被送出浸煮装置时,所浸淋的循环水是刚补充进来的温度较低的新水,这样既达到了对物料降温的目的,同时又将物料加以冲洗使表面洁净(循环水中物料的浸出物)。
当操作人员根据实际情况判断需要排水时,开启排水装置将混浊的循环水排出,当装置检测到水位降低时,装置将自动把预热段的水送来予以补充。
由于预热段的水温仍含有一定的热量,这些循环水在与新进入的产品接触时就将其所含的热量传递给了准备开始浸煮的原料。值得一提的是,根据所浸煮原料的特性(绿豆、红豆、腰豆、花生等),在水中以一定的速度缓慢升温,会更有利于原料对水的吸收和膨胀。
由于循环水直接接触物料,所以采用间接式的加热,以避免蒸汽管道中的杂质混入物料中。
各个阶段循环水水温的控制通过检测器件和执行部件的配合,以实现全自动的温度控制。由于影响水温的因素有物料的运行速度、排出浊水的流量、环境温度的变化、环境压力的变化、新水进入的温度、工艺要求物料的浸煮温度、工艺要求物料的冷却温度、循环水的流速、物料的物理特性(粒度、导热性、比热、含水率等)等诸多变量,所以作为浸煮所用的循环水,其温度的稳定性显得尤为重要。
为了节约能源,同时还要将前后道工序的循环水加以隔绝,连续浸煮装置利用流通量较大、容易加以清洗的列管式换热器,将降温阶段的物料所含的热量传递给升温阶段的物料。这一过程是基于物料在连续浸煮加工的过程中热量的交换,即使浸煮过程有所间断,在预升温后仍有升温段予以提升物料的温度、在预降温段之后仍有冷却阶段加以最终的降温。
可以根据不同的物料处理工艺要求,设置相应的笼筐运行速度,从而满足对应的浸煮时间的要求。速度的控制可以通过减速机与变频器的配合来进行无级的调整。
当装置的规格确定以后,则装置对物料浸煮的处理能力,与物料浸煮工艺所确定的浸煮时间是成反比的。如果物料需要的浸煮时间短,物料通过浸煮装置的速度就快,则单位时间内通过的笼筐数量就多。反之,如果物料浸煮工艺所要求的浸煮时间长,通过同样浸煮段的速度就要慢,在单位时间内通过的笼筐数量就少。由此可知,具体到某一套食品连续浸煮装置,在设计阶段就要有具体的物料对象,这样所设计出的食品连续浸煮装置的工作效率才能达到最高,同时也可以获得最大的经济效益。
三、主要创新
本项目可以对物料进行连续浸煮、浸煮的过程高效节能、所加工的物料质量稳定。并且可以实现与上、下道工序的衔接,最终实现整个生产过程的机械化、自动化的目的,从而减轻操作人员的劳动强度、减少了人的介入和人对食品的再污染,减少能源的消耗、提高并稳定产品加工质量和生产能力,最终提高生产设备的效率。
1.创新设计连续式物料浸煮装置新结构(ZL201310010550.7),主要由浸煮物料的笼筐以及提供笼筐作连续运行的隧道型浸煮装置组成,能连续对同一批次物料进行自动化杀菌(浸煮)处理,它既具有全水式杀菌装置热传递(交换)充分和上喷淋式杀菌装置、侧喷淋式杀菌装置物料受热均匀的优点;又整体结构紧凑、传热效果好、加热均匀、热能利用率高,能对同一批次物料进行自动化连续杀菌处理,从而实现连续化生产的最大优点(可以使被加工物料的质量保持高度的一致,使所有物料所受到的工艺过程几乎一致,使生产线上等待加工的物料存量处于最少的数量,从而达到降低生产成本之目的)。
2.用独特的物料先升温、后降温的工艺方式,降低能耗。传统加工方式对应于每一重量的产品,约需要3~4倍的水来进行浸煮。在每次加工完毕后都要将这些浸煮的热水排放掉。在新开发的连续式浸煮装置中,被浸煮物料的运行方向与浸煮用热水的流动方向是相逆的,即常温的物料与浸煮物料的热水进行热交换后(使物料的温度提高了,浸煮用水的温度降低了)。在物料浸煮结束后,处于高温状态下的物料,再与新进来的补充水进行热交换(使得新进的水温提高、物料的温度降低)。这样的浸煮工艺设置在连续蒸煮的状态下,使物料先升温、后降温,在连续蒸煮过程中实际上没有带走多少热量,同现有的间歇式浸煮工艺比较,至少可以节省70%以上的能源。
3.由于在新的连续浸煮工艺中,物料的运行方向与浸煮用水的流动方向是相逆的,所以物料的洁净度会逐渐提高,而浸煮用水的混浊度则会逐渐升高,最终待这些混浊浓度较高的水再与物料进行完热交换后被排放掉,使浸煮用水的利用率达到最大限度。这样的工艺流程设置同现有的间歇式浸煮工艺相比较,可以至少节省70%以上的水量。
4.全自动连续生产,减少用工数,提高劳动生产率。由于实现了自动化、连续化的生产工艺,可以减少约80%以上的操作人员。
5.用加热、浸煮、清洗的工艺过程,保持产品质量稳定。由于有了上述的加热、浸煮、清洗的工艺过程,加之采用自动控制的工艺过程和技术,被加工物料的质量将得到较大的提高和稳定。
6.自动化程度高。通过连续式浸煮装置的实施,可以将上、下道工序实现全自动化的衔接,推动整个生产过程自动化的实现。

四、有益效果
1.采用脱皮螺旋滚筒和清洗螺旋滚筒以及循环水槽等机构,可以使待脱皮的物料(如核桃之类带皮坚果)在输送过程中,利用水流的冲击作用将已经被泡软的物料内皮(如核桃之类坚果内皮)冲刷掉,并利用清洗螺旋滚筒端部的已脱皮物料出口处设置的出料刮板在线连续出料(成品),实现物料连续在线脱皮,有效提高生产效率。
2.利用托轮摩擦传动机构,滚筒运行平稳,噪声小。
3.设置过滤装置,可以实现自动、定时地排出第一循环水槽和第二循环水槽体内的物料内皮,并使净化水得以循环利用。
4.设置水加热恒温装置能使循环水槽中的水温恒定在工艺要求的范围内,提高脱皮效果,本发明尤其适用于核桃之类干果内皮的工业化脱皮。
五、主要部件
1.螺旋滚筒
如图所示,其结构为在带有网孔的圆柱形筒内壁上设置有螺旋带,当螺旋滚筒旋转时将置于螺旋带所形成的槽内物料由螺旋滚筒的一端输送至另一端。
2.槽体 
螺旋滚筒置于槽体内,槽体具有保温层。槽内盛有加入药剂的循环水,水位的高度要低于螺旋滚筒内螺旋带的高度,这样就可以形成一个个独立的小水池,当螺旋滚筒旋转时,客观上就形成小水池移动的效果,也就达到了输送物料的目的。如下图:
3.托轮 
螺旋滚筒是置于托轮之上的。当托轮旋转时,将带动螺旋滚筒一起旋转,如下图:
托轮的轴承置于槽体的外面,使轴承不与循环水相接触,这样既保护了轴承,延长了传动部件的维修间隔时间,又避免了润滑剂对被加工原料的污染。具体的结构如下:

六、前景广阔
该设备投放市场后,生产出琥珀核桃仁、即品坚果荟萃等新产品。浙江省科学技术厅组织专家鉴定,一致认为:“该产品集机、电、光、气为一体,使产品从过去沿用间歇式的浸煮处理方式,创新发展为连续,实现了对物料进行连续浸煮,浸煮过程高效节能,所加工的物料质量稳定,并且可以实现与上、下道工序的衔接,实现了整个生产过程的全自动化、机械化的目的,从而减轻操作人员的劳动强度,减少能源的消耗,提高并稳定加工质量;用物料行向与浸煮水流向是相逆的工艺设计,节约用水量。产品具有外形美观、生产速度快、自动化程度高、操作简单方便、产品质量稳定、大幅降低能耗、噪声低等优点。该项技术已申请发明、实用新型专利2项,其技术处国内同类产品领先水平。”浙科鉴字[2015]第335号。该产品同时被浙江省科学技术厅授予《浙江省高新技术产品证书》(证书编号:201504035)。
我国的食品工业已在绿色发展的肥沃土壤中茁壮成长,新产品象雨后春笋一样不断涌现,生产企业应进一步加强技术投入、不断进行技术创新,争取生产质量更高、性能好的设备来满足市场需要,共同为丰富、繁荣市场,提高人民生活质量,争取为早日实现小康目标而努力奋斗。

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