LanguagesШнековый цилиндр для экструзии пищевых продуктов и кормов: нержавеющая сталь, санитарное исполнение и приготовление крахмала
-
Шнековый цилиндр для экструзии пищевых продуктов и кормов: нержавеющая сталь, санитарное исполнение и приготовление крахмала
Пищевой экструдер представляет собой химический реактор со шнеком внутри. Крахмал желатинизируется, белки денатурируют, и между циклами цилиндр необходимо очищать до микробиологического стандарта. Это меняет сплав, качество поверхности, геометрию винта и механизм износа — ни на что из этого не распространяется спецификация пластика. В этом руководстве излагаются металлургия, критерии санитарного проектирования, удельная механическая энергия, лежащая в основе конфигурации шнека, а также окно процесса производства снеков, круп, кормов для домашних животных и текстурированного белка.
-
ПИЩЕВОЙ ЭКСТРУЗИОННЫЙ ШНЕК · ПОДАЮЩИЙ ШНЕК И БОЧОК · КОНСТРУКЦИЯ ШНЕКА САНИТАРНОЙ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ · ЖЕЛАТИНИЗАЦИЯ КРАХМАЛА И УДЕЛЬНАЯ МЕХАНИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ
-
1. Что делает экструзию пищевых продуктов отдельной проблемой
При экструзии пластмасс шнек плавится, гомогенизируется и создает давление. Продукт — это форма, которая выходит из штампа, а расплав — средство достижения этой цели. При экструзии пищевых продуктов продуктом является расплав: гранулы крахмала теряют кристаллический порядок, молекулы белка разворачиваются и повторно агрегируются, а текстура готового куска фиксируется тем, сколько механической энергии и воды он получил внутри бочки. Матрица формирует его, а винт его готовит. Такая же трехзонная последовательность описана для полимера вОбзор одношнекового ствола.
-
Параллельный двухвинтовой ствол. Линии питания и кормления построены на той же вращающейся платформе, что и линии компаундирования пластмасс — разница заключается в сплаве, отделке и возможности очистки, а не в кинематике.
-
Далее следуют три последствия, и они определяют каждое проектное решение в этой статье.
•Вода является ингредиентом, а не загрязнителем.Переработчики пластмасс тратят деньги на удаление влаги; пищевые экструдеры специально впрыскивают пар и воду, обычно до 14–30 % влажности в бочке в зависимости от продукта. Это означает, что стволу необходимы порты для впрыска пара, вентиляционное отверстие и сплав, выдерживающий длительную эксплуатацию во влажной среде при температуре 150–180 °C. Варианты указаны вдиапазон биметаллических стволов.
•Затраты энергии – это рецепт.Удельная механическая энергия — SME, выраженная в Втч/кг, — это единственное число, которое коррелирует с расширением, степенью готовки и текстурой. Он задается конфигурацией шнека, скоростью шнека и скоростью подачи, что делает геометрию шнека переменной рецептуры, а не деталью машины. Семейства элементов находятся вкаталог винтовых элементов.
•Машина должна быть очищена в соответствии с микробиологическими стандартами.Линия по производству пластмасс может работать месяцами между глубокими чистками. Линия по производству кормов для домашних животных или аналогов мяса может подвергаться влажной чистке ежедневно, а обнаружение возбудителя в мертвой зоне является отзывом, а не жалобой на качество.
Аспект Экструзия пластмасс Экструзия продуктов питания и кормов Назначение винта Расплавить, гомогенизировать, создать давление Приготовьте, текстурируйте, затем придайте форму Влага Удален перед обработкой Добавляется в виде пара или воды, 14–30 %. Ствол из сплава Азотированный 38CrMoAlA входит в стандартную комплектацию. Дуплексная или твердосплавная нержавеющая сталь 316L, 2205. Чистота поверхности Функциональный Гигиеничность — Ra ≤ 0,8 мкм, часто электрополированная. Режим очистки Продувочный состав Химическая чистка, влажная чистка или CIP, часто ежедневно. Управляющая метрика Производительность и температура плавления Удельная механическая энергия и степень варки Доминирующий режим отказа Летная одежда Коррозия, пригар и износ блока замешивания вместе Стоит прямо сказать, что железо не является экзотикой. Двухшнековый пищевой экструдер с сонаправленным вращением относится к тому же семейству машин, что иэкструдер для компаундирования пластмасс— тот же самоочищающийся профиль, тот же модульный вал, та же передача крутящего момента. Что меняется, так это спецификация материала и связанная с ним гигиеническая техника. Сравнение машин находится напараллельные двухшнековые цилиндры.
КЛЮЧЕВАЯ ИНФОРМАЦИЯ— Если вы определите цилиндр пищевого экструдера так же, как пластиковый, вы получите цилиндр, который будет правильно обрабатываться в течение шести месяцев, а затем не пройдет тест на мазок. Коррозионная стойкость и возможность очистки — это не варианты отделки, а суть проекта.
-
2. Проблема металлургии: нержавеющая сталь мягкая, азотированная не очищается.
Пластиковые винты азотируются, потому что азотирование дешево, дает поверхность с твердостью 900–1100 HV и хорошо противостоит истиранию.руководство по азотированиюобъясняет, почему это правильный ответ для наполненного полимера. В отношении еды это неправильный ответ по трем различным причинам. Азотированный вариант подробно рассмотрен вСравнение азотированных и биметаллических материалов.
•Каустическая очистка разрушает корпус.Цикл безразборной мойки с 1–2 % гидроксидом натрия при температуре 60–80 °C с течением времени приведет к удалению или охрупчиванию азотированного слоя, а поврежденные участки будут преимущественно подвергаться коррозии. Альтернативные сплавы сравниваются вбиметаллическая направляющая ствола.
•Хлориды извергают его.Кормовые премиксы содержат 0,3–1 % соли, а также микроэлементы минеральных сульфатов и хлоридов. После разрушения корпуса питтинг проникает в основную сталь, и ямы становятся ловушками для продукта. Выбор материала для этого случая находится вбиметаллическая направляющая для материала.
•Его невозможно вернуть к гигиеническому состоянию.Повторная полировка азотированной поверхности удаляет корпус. Ствол из нержавеющей стали можно повторно отполировать и пассивировать на месте. Сам случай применяетсягазовое азотирование.
Таким образом, пищевая промышленность переходит на нержавеющую сталь, а нержавеющая сталь мягкая. Отожженный 316L имеет температуру примерно 150–200 HV, что составляет менее одной пятой от азотированного. Инженерный ответ заключается не в том, чтобы принимать износ, а в том, чтобы выбрать сплав и обработку поверхности одновременно. Эквивалент со стороны полимера находится вмарки сплавов для наплавки.
Материал Типичная твердость ПРЕН Хорошо для Следите за 304/1.4301 150–190 ВВ ≈ 18 Линии сухих продуктов, с низким содержанием хлоридов и солей. Питтинговая коррозия с содержанием хлорида в очищающей воде более 50 частей на миллион. 316Л/1.4404 150–200 ВН ≈ 25 Общий контакт с пищевыми продуктами, солесодержащие корма, большинство линий влажной очистки Все еще недопустимо для CIP-мойки с высоким содержанием хлоридов; холоднодеформированные сорта лучше 2205 дуплекс / 1.4462 250–300 ВН ≈ 35 Высокохлоридное питание, эрозия-коррозия на матрице Сварочная дисциплина; не идеален при температуре выше 300 °C 17-4PH/1,4542 (H900) 40–44 HRС ≈ 17 Винты, которым необходима износостойкость и устойчивость к коррозии Ниже PREN, чем у 316L; не для работы с высоким содержанием хлора Нитроник 50/1.3964 ≈ 250 ВН ≈ 34 Износостойкая нержавеющая сталь для валов и муфт. Расходы; наличие на складе бара Наплавка на основе Ni на 316L 55–60 HRc — Месильные блоки и скребковые ленты в абразивной подаче Несоответствие температурного расширения; покрытие должно быть пригодно для контакта с пищевыми продуктами PVD CrN или DLC на нержавеющей стали 1500–2000 ВН (тонкий) — Поверхности скольжения, контактирующие с продуктом, возможность очистки Толщина микронного масштаба; бесполезно, если подложка изнашивается -
Заливка наплавочного сплава в корпус ствола. При работе с пищевыми продуктами твердая поверхность должна выбираться с учетом коррозионной стойкости, а также твердости, что исключает использование некоторых стандартных пластмассовых сплавов.
-
PREN — это эквивалентное число стойкости к точечной коррозии, рассчитанное как Cr + 3,3 Mo + 16 N. Это скорее приблизительный рейтинг, чем гарантия, но он объясняет, почему 316L выдерживает линию подачи, которая разрушает 304, и почему выбирают дуплекс, когда промывочная вода повторно используется, а уровень хлоридов с годами повышается. Хлорированные полимеры — это еще один важный момент.ХПВХ экструзияявляется наиболее близким сравнением со стороны полимера.
Выбор касается не только ствола. Винты, валы, муфты, пластины прерывателя и корпуса штампов находятся в одной и той же среде, а смешивание азотированного винта с цилиндром из нержавеющей стали просто перемещает коррозию в самую дешевую часть узла.руководство по выбору сплаваболее подробно описаны правила совместимости, а такжеСравнение биметаллических и азотированныхявляется подходящей отправной точкой, если вы переводите спецификацию пластмасс на другой язык.
-
3. Качество поверхности, мертвые зоны и возможность очистки.
Очищаемость — это проблема геометрии с шероховатостью поверхности сверху. На шероховатой поверхности образуется биопленка, которую не удалит химическая очистка; мертвая зона удерживает продукт, который вообще не подвергается воздействию чистящих химикатов. Оба являются конструктивными ошибками, и ни один из них нельзя исправить более тщательной очисткой. Поверхности, контактирующие с продуктом, описаны наствол с внутренним гильзой-гильзой стр..
Зона Цель Ра Причина Диаметр ствола, контакт с продуктом ≤ 0,8 мкм, 0,4 мкм для линий повышенного ухода Сохранение биопленки; также уменьшает выгорание Винтовые скребки и месильные блоки ≤ 0,8 мкм, по возможности электрополированная Продукт размазывается по следам полировки и карбонизируется. Лицевая сторона матрицы и пластина прерывателя ≤ 0,4 мкм Самый высокий сдвиг, самая высокая температура, худшее пригорание Поверхности, не относящиеся к продукту ≤ 3,2 мкм Можно очищать, но нельзя контактировать с продуктом Сварные швы в зоне изделия Заподлицо, шлифованное, Ra ≤ 0,8 мкм, пассивированное Сварная окалина является местом зарождения коррозии. •Отсутствие резьбовых соединений в зоне продукта.Нити — это щели по определению. Используйте зажимные, фланцевые или гигиенические соединения.
•Внутренний радиус минимум 3 мм., и никаких карманов с квадратными углами. Каждый угол — это место, где лежит товар и ничего не течет.
•Никаких глухих дыр и мертвых ног.Защитные гильзы должны быть заподлицо с отверстием или полностью приварены снаружи.
•Самодренирующаяся геометрия.Если леска подвергается влажной чистке, каждое нижнее место нуждается в сливе, а ствол должен иметь наклон к нему.
•Никакого контакта меди, латуни или цинка.Пищевые кислоты и чистящие средства воздействуют на них, а продукты коррозии представляют опасность загрязнения. Варианты сплавов перечислены на страницеСтраница биметаллического экструзионного цилиндра.
•Прокладки и уплотнения, соответствующие требованиям по контакту с пищевыми продуктами.— EPDM, PTFE или силикон, вулканизированный платиной, с прилагаемой декларацией о соответствии. Остальная часть пакета описана вконтрольный список документации.
Базовый уровень регулирования стоит указать, поскольку он часто предполагается, а не проверяется. В ЕС основой является Регламент (ЕС) 1935/2004 с GMP в соответствии с 2023/2006; в США это FDA 21 CFR, части 175–177 для материалов, контактирующих с пищевыми продуктами; в Китае это GB 4806.1 и GB 4806.9 для металлических материалов. Сертификат на материал не является декларацией соответствия — запросите декларацию и убедитесь, что она охватывает фактические чистящие средства и температурный диапазон. Заводская сторона этих документов находится настраница профиля производителя.
-
4. Конфигурация винта: откуда берется энергия
В пищевом экструдере теплообменником является шнек. Нагреватели бочек устанавливают температуру стенок, но большая часть энергии, необходимой для приготовления продукта, поступает за счет вязкостной диссипации — механической работы, преобразуемой в тепло в расплаве. Эта работа измеряется как удельная механическая энергия:
SME (Втч/кг) = (крутящий момент × скорость шнека) / скорость подачи, с крутящим моментом в Нм, скоростью в рад/с и скоростью подачи в кг/с, преобразованными в ватт-часы. Линия, работающая со скоростью 800 кг/ч, 900 Нм и 400 об/мин, потребляет около 80 Втч/кг продукта, который находится в середине диапазона снеков. Энергозатраты навысокоскоростная экструзионная линиярассчитывается таким же образом.
Продукт Типичное МСП (Втч/кг) Внутриствольная влага Температура продукта Закуски прямого расширения 40–120 14–22 % 140–180 °С Сухие завтраки 60–150 15–25 % 150–190 °С Корм для домашних животных, сухой в расширенном виде 50–130 20–30 % 110–150 °С Водный корм 60–140 22–30 % 110–150 °С Текстурированный растительный белок 80–200 30–50 % 140–180 °С Модифицированный крахмал 30–100 18–28 % 120–160 °С Эти диапазоны являются ориентировочными и зависят от продукта — один рецепт может измениться на 30 % в любую сторону. Они полезны, потому что сообщают вам, что должен доставлять винт и, следовательно, как должны быть расположены элементы. Семейства конвейерных и месильных машин каталогизированы в каталоге.двухвинтовая направляющая элемента.
Элемент Функция в линии питания Куда это идет Транспортировка, угол наклона 60–90° Подача и транспортировка при низком наполнении Зона подачи и между зонами обработки Транспортировка, угол наклона 30–45°. Длина заполнения и время пребывания построек Перед месильным блоком, намеренно морить его голодом или затоплять Месильный блок, 30° Бережное распределительное смешивание, низкий уровень SME Текстурирование белков, деликатные продукты Месильный блок, 60–90° Высокий сдвиг, желатинизация крахмала Зона приготовления пищи, основной источник МСП Элемент обратного полета Расплавление уплотнения, повышение наполнения и давления Перед вентиляцией и перед смертью Шерлок/узкий диск Интенсивный локальный сдвиг Дисперсия второстепенных ингредиентов Расположение имеет большее значение, чем любой отдельный элемент. Ранняя установка блоков с высоким сдвиговым усилием увеличивает SME до того, как крахмал гидратируется; поздняя установка, после того, как вода впиталась, дает другой продукт при тех же затратах энергии.направляющая винтового элементаподробно описывает семьи, занимающиеся транспортировкой и замесом теста, и тот же словарный запас переносится непосредственно на работу с едой.
Для первой спецификации полезно подумать о трех зонах: зона подачи, которая транспортирует без уплотнения, зона приготовления с блоками для замешивания под углом 60–90 °, где генерируется SME, и зона дозирования с обратными элементами, которые создают давление в головке и удаляют летучие вещества.
Contact us
