食品擠壓加工設(shè)備課件

1、食品擠壓加工設(shè)備 食品擠壓加工設(shè)備 第一節(jié) 擠壓熟化技術(shù)的基本概念 第二節(jié) 單螺桿擠壓熟化機(jī) 第三節(jié) 雙螺桿擠壓機(jī)第四節(jié) 擠壓過程工藝變量的測控第一節(jié) 擠壓熟化技術(shù)的基本概念 一、擠壓熟化技術(shù)的概念二、擠壓熟化技術(shù)的特點三、擠壓熟化食品的特點四、擠壓機(jī)類型及特點一、擠壓熟化技術(shù)的概念食品擠壓加工技術(shù)屬于高溫高壓食品加工技術(shù)，特指利用螺桿擠壓方式，通過壓力、剪切力、摩擦力、加溫等作用所形成的對于固體食品原料的破碎、捏和、混煉、熟化、殺菌、預(yù)干燥、成型等加工處理，完成高溫高壓的物理變化及生化反應(yīng)，最后食品物料在機(jī)械作用下強(qiáng)制通過一個專門設(shè)計的孔口（模具），便制得一定形狀和組織狀態(tài)的產(chǎn)品。這種技術(shù)可

2、以生產(chǎn)膨化、組織化或不膨化的產(chǎn)品。 二、擠壓熟化技術(shù)的特點 1.連續(xù)化生產(chǎn)2.生產(chǎn)工藝簡單3.物耗少、能耗低4.應(yīng)用范圍廣5.投資少6.生產(chǎn)費用低三、擠壓熟化食品的特點 根據(jù)不同的生產(chǎn)目的和產(chǎn)品需要，利用擠壓機(jī)可生產(chǎn)出膨化或不膨化的組織化的成品或半成品。所謂膨化食品是指原料（主要是谷物原料）進(jìn)行高溫高壓處理后，被迅速釋放到低壓環(huán)境，體積大幅度膨脹而內(nèi)部組織呈多孔海綿狀態(tài)的食品。擠壓熟化食品具有以下特點：1.不易產(chǎn)生“回生”現(xiàn)象2.營養(yǎng)成分損失少、食物易消化吸收3.產(chǎn)品口感細(xì)膩4.風(fēng)味好、食用方便5.產(chǎn)品衛(wèi)生水平高，保存性能好四、擠壓機(jī)類型及特點 1.按螺桿數(shù)量分類可將擠壓機(jī)分為單螺桿擠壓機(jī)、雙

3、螺桿擠壓機(jī)和多螺桿擠壓機(jī)。其中以單螺桿和雙螺桿最為常見。（1）單螺桿擠壓機(jī)：擠壓機(jī)配置一根擠壓螺桿。（2）雙螺桿擠壓機(jī)：擠壓機(jī)配置有兩根擠壓螺桿，擠壓作業(yè)由兩者配合完成，是由單螺桿擠壓機(jī)發(fā)展而來。根據(jù)兩螺桿的相對位置又分為嚙合型（包括全嚙合型和部分嚙合型）和非嚙合型，根據(jù)兩螺桿旋轉(zhuǎn)方向分為同向旋轉(zhuǎn)和異向旋轉(zhuǎn)。主流機(jī)型為同向旋轉(zhuǎn)、完全嚙合、梯形螺槽。 2.按擠壓機(jī)功能分類（1）擠出成型機(jī)：螺桿結(jié)構(gòu)具有較大的加壓能力，利用夾層機(jī)筒和空心螺桿內(nèi)通入冷卻水抑制物料的過熱，制取結(jié)構(gòu)致密、均勻的未膨化成型產(chǎn)品，一般為中間產(chǎn)品，需要經(jīng)后續(xù)加工或利用。（2）擠壓熟化機(jī)：又稱為擠壓蒸煮機(jī)，主要利用擠壓機(jī)的加熱蒸

4、煮功能制取未膨化糊化產(chǎn)品。（3）擠壓膨化機(jī)：可在擠壓過程中迅速把物料加熱到175以上，使淀粉流態(tài)化，當(dāng)物料被擠出?？讜r極度膨脹成松脆質(zhì)地的產(chǎn)品。用于生產(chǎn)膨化產(chǎn)品。 3.按擠壓過程的剪切力分類（1）高剪切力擠壓機(jī)：擠壓過程中能夠產(chǎn)生較高剪切力的擠壓機(jī)。設(shè)備往往具有較高的轉(zhuǎn)速和較高的擠壓溫度，但由于剪切力較高，形狀復(fù)雜的產(chǎn)品成型較困難，適合于簡單形狀的產(chǎn)品生產(chǎn)。（2）低剪切力擠壓機(jī)：生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的剪切力較低，它的主要作用在于混合、蒸煮、成型。4.按擠壓機(jī)的受熱方式分類（1）自熱式擠壓機(jī)：擠壓過程所需的熱量來自物料與螺桿之間、物料與機(jī)筒之間、物料與物料之間的摩擦。（2）外熱式擠壓機(jī)：依靠外部熱源加

5、熱提高擠壓機(jī)機(jī)筒和物料的溫度。根據(jù)擠壓過程各階段對溫度參數(shù)要求的不同，可設(shè)計成等溫式擠壓機(jī)和變溫式擠壓機(jī)。第二節(jié) 單螺桿擠壓熟化機(jī) 該熟化機(jī)由喂料、預(yù)調(diào)質(zhì)、傳動、擠壓、加熱與冷卻、成型、切割、控制等部分組成。 1.喂料裝置用于將貯存于料斗的原料定量、均勻、連續(xù)地喂入機(jī)器，確保擠壓機(jī)穩(wěn)定地操作。2.預(yù)調(diào)質(zhì)裝置用于將原料與水、蒸汽或其他液體連續(xù)混合，提高其含水量和溫度及其均勻程度，然后輸送到擠壓裝置的進(jìn)口處。3.傳動裝置用于驅(qū)動擠壓螺桿，保證其在工作過程中所需要的扭矩和轉(zhuǎn)速。 4.擠壓裝置由螺桿和機(jī)筒組成，是直接進(jìn)行擠壓加工的部件，為整個擠壓熟化機(jī)的核心部分。5.加熱與冷卻裝置用于控制擠壓室內(nèi)物料

6、的溫度。6.成型裝置又稱擠壓成型模頭，模頭上設(shè)有一些使物料從擠壓機(jī)擠出時成型的模孔。7.切割裝置擠壓熟化機(jī)中常用的切割裝置為盤刀式切割器，刀具刃口旋轉(zhuǎn)平面與模板端面平行。8.控制裝置主要由微電腦、電器、傳感器、顯示器、儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。 二、單螺桿擠壓原理 機(jī)筒及機(jī)筒中旋轉(zhuǎn)的螺桿構(gòu)成擠壓室。在單螺桿擠壓室內(nèi)，物料的移動依靠物料與機(jī)筒、物料與螺桿及物料自身間的摩擦力完成。螺桿上螺旋的作用是推動可塑性物料向前運(yùn)動，由于螺桿或機(jī)筒結(jié)構(gòu)的變化以及由于出料?？捉孛姹葯C(jī)筒和螺桿之間空隙橫截面小得多，物料在出口模具的背后受阻形成壓力，加上螺桿的旋轉(zhuǎn)和摩擦生熱及外部加熱，使物料在機(jī)筒內(nèi)受到了高溫高壓和剪切

7、力的作用，最后通過?？讛D出，并在切割刀具的作用下，形成一定形狀的產(chǎn)品。 三、單螺桿擠壓機(jī)主要工作構(gòu)件 1.螺桿2.機(jī)筒3.模具4.加熱與冷卻裝置 1.螺桿 螺桿是擠壓機(jī)的核心部件，是擠壓機(jī)性能的決定性部件，按總體結(jié)構(gòu)分為普通螺桿和特種螺桿。（1）普通螺桿：普通螺桿的整個長度布滿螺紋，因螺紋旋向、螺距、螺槽深度等又具體分為等距變深螺桿、等深變距螺桿、變深變距螺桿、帶反向螺紋的螺桿（壓縮熔融段或計量均化段加設(shè)反向螺紋，使物料產(chǎn)生倒流趨勢，進(jìn)一步提高擠壓及剪切強(qiáng)度，提高混合效果。）（2）特種螺桿：分離型螺桿、屏障型螺桿、分流型螺桿、波狀螺桿 2.機(jī)筒 機(jī)筒和螺桿共同組成了擠壓機(jī)的加壓系統(tǒng)，完成對物料

8、的固體輸送、熔融和定壓定量輸送。常見的機(jī)筒有整體式和分段式兩種結(jié)構(gòu)形式。 3.模具 模具是物料從擠壓室排出的通道，通道的橫截面積遠(yuǎn)小于螺桿與機(jī)筒間空隙的橫截面積。物料經(jīng)?？讜r便由原來的螺旋運(yùn)動變?yōu)橹本€運(yùn)動，有利于物料的組織化作用。常見的模孔內(nèi)部結(jié)構(gòu)有錐形?？?、突變?？?、側(cè)向模孔、長管?？住⒐矓D模頭。 4.加熱與冷卻裝置 （1）電阻加熱器（2）電感應(yīng)加熱器（3）機(jī)筒冷卻（4）螺桿冷卻（1）電阻加熱器由于電阻加熱器是采用電阻絲加熱機(jī)筒外表面后再以傳導(dǎo)的方式將熱量傳遞到物料，而機(jī)筒本身很厚，會沿機(jī)筒徑向形成較大的溫度梯度，因而所需加熱時間較長。（2）電感應(yīng)加熱器電感應(yīng)加熱是通過電磁感應(yīng)在機(jī)筒內(nèi)產(chǎn)生渦

9、流電而直接使機(jī)筒發(fā)熱的一種加熱方法。（3）機(jī)筒冷卻水冷卻速度較快，但易造成急冷，因一般未經(jīng)軟化處理的水，使水管易出現(xiàn)結(jié)垢和銹蝕現(xiàn)象而降低冷卻效果或造成水管被堵塞、損壞等。（4）螺桿冷卻螺桿冷卻的目的是改善加料輸送段物料的輸送，防止物料過熱，利于物料中所含的氣體從加料輸送段的冷混料中返回并從料斗中排出。5.螺桿的支撐形式 擠壓機(jī)工作時物料對于擠壓室構(gòu)件作用有巨大的軸向力和徑向力。為了使工作穩(wěn)定進(jìn)行，必須對螺桿進(jìn)行可靠的支撐，一般在螺桿尾部設(shè)置兩個向心軸承和一個推力軸承。按推力軸承所處位置，分四種形式，如圖所示。四、單螺桿擠壓熟化機(jī)的操作 食品擠壓熟化設(shè)備是一種連續(xù)、高速處理物料的裝置，不同型號的

10、擠壓熟化機(jī)有不同的操作特點，需要操作人員了解和掌握操作規(guī)程。1.開機(jī)前的準(zhǔn)備工作2.啟動操作與穩(wěn)定運(yùn)行操作3.停機(jī)操作1.開機(jī)前的準(zhǔn)備工作開機(jī)前，檢查擠壓機(jī)，螺桿、機(jī)筒和其他零部件之間不得有摩擦或卡死現(xiàn)象。在啟動前切割裝置需安裝到位。啟動前要對喂料器和調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行檢查以確定其是否正常。2.啟動操作與穩(wěn)定運(yùn)行操作擠壓機(jī)的傳動功率、模板溫度、模板處的擠出壓力等關(guān)鍵參數(shù)以及被擠壓物料狀態(tài)，這些參數(shù)可作為操作人員在啟動期間進(jìn)行操作的依據(jù)。3.停機(jī)操作擠壓機(jī)停機(jī)時首先應(yīng)將通入預(yù)調(diào)質(zhì)器和機(jī)筒的蒸汽關(guān)閉，向原料中加入過量水分，直到出料溫度降低到100以下后終止喂料，擠壓機(jī)則需繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)到?？壮霈F(xiàn)濕冷物料為止。

11、第三節(jié) 雙螺桿擠壓機(jī) 雙螺桿擠壓機(jī)由料斗、機(jī)筒、兩根螺桿、預(yù)熱器、模板、傳動裝置等構(gòu)成。圖9-18是擠壓組件透視圖。一、雙螺桿擠壓機(jī)分類及特性 根據(jù)兩螺桿間的配合關(guān)系又可將雙螺桿擠壓機(jī)分為全嚙合型、部分嚙合型和非嚙合型；根據(jù)螺桿轉(zhuǎn)動方向，雙螺桿擠壓機(jī)可分為同向旋轉(zhuǎn)型和異向旋轉(zhuǎn)型兩大類。1.非嚙合型與嚙合型雙螺桿擠壓機(jī)2.開放型與封閉型雙螺桿擠壓機(jī)1.非嚙合型與嚙合型雙螺桿擠壓機(jī) （1）非嚙合型雙螺桿擠壓機(jī)又稱為外徑接觸式或相切式雙螺桿擠壓機(jī)，兩螺桿軸距至少等于兩螺桿外半徑之和。在一定程度上可視為相互影響的兩臺單螺桿擠壓機(jī)，其工作原理與單螺桿擠壓機(jī)基本相同。 （2）嚙合型雙螺桿擠壓機(jī)兩根螺桿的軸

12、距小于兩螺桿外半徑之和，一根螺桿的螺棱伸入另一根螺桿的螺槽。根據(jù)嚙合程度不同，又分為全嚙合型和部分嚙合型。全嚙合型是指在一根螺桿的螺棱頂部與另一根螺桿的螺槽根部不設(shè)計任何間隙。部分嚙合型是指在一根螺桿的螺棱頂部與另一根螺桿的螺槽根部設(shè)計留有間隙，作為物料的流動通道。對于嚙合型，根據(jù)嚙合區(qū)螺槽是否設(shè)計留有沿著螺槽或橫過螺槽的可能通道，劃分為縱向開放或封閉，橫向開放或封閉。 2.開放型與封閉型雙螺桿擠壓機(jī) （1）縱向開放或封閉：如果物料可由一根螺桿的螺槽流到另一根螺桿的螺槽，則稱之為縱向開放；反之稱為縱向封閉。（2）橫向開放或封閉：在兩根螺桿的嚙合區(qū)，若物料可通過螺棱進(jìn)入同一根螺桿的相鄰螺槽，或一

13、根螺桿螺槽中的物料可以流進(jìn)另一根螺桿的相鄰兩螺槽，則稱之為橫向開放。橫向開放必然也縱向開放。 3.同向旋轉(zhuǎn)與異向旋轉(zhuǎn)雙螺桿擠壓機(jī) （1）同向旋轉(zhuǎn)：兩根螺桿旋轉(zhuǎn)方向相同。（2）異向旋轉(zhuǎn)：兩根螺桿的旋轉(zhuǎn)方向相反，包括向內(nèi)旋轉(zhuǎn)和向外旋轉(zhuǎn)兩種情況。 二、雙螺桿擠壓機(jī)擠壓過程 與單螺桿擠壓機(jī)相比，雙螺桿擠壓機(jī)強(qiáng)制輸送、強(qiáng)烈混合。1.同向旋轉(zhuǎn)型雙螺桿擠壓過程2.異向旋轉(zhuǎn)型雙螺桿擠壓過程3.雙螺桿擠壓過程的停留時間分布1.同向旋轉(zhuǎn)型雙螺桿擠壓過程 當(dāng)物料進(jìn)入螺桿的輸送段后，在兩根螺桿的嚙合區(qū)所形成的壓力分布如圖9-21所示。在擠壓過程中，螺桿和機(jī)筒共同將物料分割成若干個C形扭曲單元。雙螺桿螺槽內(nèi)物料的流動見

14、圖9-23。 為了加強(qiáng)對物料的剪切作用，在壓縮段的螺桿上通常安裝有13段反向螺桿和混捏元件。混捏元件一般為薄片狀橢圓或三角形捏和塊，可對物料進(jìn)行混合和攪動。 2.異向旋轉(zhuǎn)型雙螺桿擠壓過程 在半封閉設(shè)計中，螺槽間存在很小的漏流，而在螺桿嚙合處的螺棱頂部與螺槽根部之間形成較高的壓力。這種壓力迫使螺桿壓向機(jī)筒壁而產(chǎn)生摩擦，摩擦將隨著螺桿轉(zhuǎn)速增加而增大。反向旋轉(zhuǎn)雙螺桿一般僅適于低速作業(yè)，產(chǎn)量相對較低，螺槽內(nèi)的物料不能受到完全相同的剪切作用和實現(xiàn)較好的擴(kuò)散。3.雙螺桿擠壓過程的停留時間分布 停留時間分布是指物料在擠壓室內(nèi)通過時間的分布狀況，可表明擠壓機(jī)擠壓工藝條件的優(yōu)劣。為了保證完全混合，在擠壓實踐中，一方面是在進(jìn)入擠壓螺桿之前，將原料的各種成分進(jìn)行預(yù)混合；另一方面就是提高物料在螺桿內(nèi)部的