Устройство для сбивания кондитерских масс

 

Использование, в устройствах для сбивания кондитерских масс для интенсификации процесса сбивания и улучшения показателей дисперсности и плотности сбитой массы. Сущность изобретения: устройство включает вертикальную камеру с рубашкой, оснащенную сбивальным органом , загрузочным и разгрузочным патрубками . Сбивальный орган выполнен из концентрически закрепленных в камере стакана с дном и двух размещенных один над другим полых цилиндров, соединенных коническим переходником, при этом отношение внутренних диаметров верхнего и нижнего цилиндров составляет 1,4-2.0, а внутреннего диаметра стакана и внешнего диаметра нижнего цилиндра - 2,0-2,5. Внутри цилиндров концентрически размещен пневмоканал, снабженный расположенными вдоль него соплами, концы которых тангенциально изогнуты в горизонтальной плоскости, причем на одном уровне пнеимсканяпа находятся по меньшей мере два сопла с концами , изогнутыми « одном направлении относительно оси пневмоканала а от уров ня к уровню направление изгиба сопел меняется на противоположное Загрузочный патрубок расположен тангенциально на верхнем полом цилиндре сбивального органа . 3 ил

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

О (21) 4921100/13 (22) 21.03.91 (46) 23.06.93, Бюл, М 23 (71) Московский кондитерский комбинат

"Рот Фронт" (72) А.А.Кулмырэаев, С.А.Мачихин, С.В.Юдин, А.А:Карпунин и М.Б,Дадашев (56) Авторское свидетельство СССР

М 895390, кл. А 23 G 3/00, 1980, Авторское свидетельство СССР

М 428769, кл, А 23 G 3/14, 1973. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СБИВАНИЯ КОНДИТЕРСКИХ МАСС (57) Использование: в устройствах для сбивания кондитерских масс для интенсификации процесса сбивания и улучшения показателей дисперсности и плотности сбитой массы. Сущность изобретения: устройство включает вертикальную камеру с рубашкой, оснащенную сбивальным органом, загрузочным и разгрузочным патрубкаИзобретение относится к кондитерской промышленности, в частности к устройствам для получения сбивных кондитерских масс.

Цель изобретения — интенсификация процесса сбивания, улучшение показателей дисперсности и плотности сбитой массы.

Поставленная цель достигается тем, что, в устройстве для сбивания кондитерских масс, содержащем снабженную рубашкой камеру, загрузочный и разгрузочный патрубки и пневмоканал для подачи сжатого воздуха. отличием является то, что камера расположена вертикально и оснащена кон.. Ы, 1822720 А1 (sl)s А 23 G 3/14, В 01 F 13/02 ми. Сбивальный орган выполнен из концентрически закрепленных в камере стакана с дном и двух размещенных один над другим полых цилиндров, соединенных коническим переходником, при этом отношение внутренних диаметров верхнего и нижнего цилиндров составляет 1,4-2,0, а внутреннего диаметра стакана и внешнего диаметра нижнего цилиндра — 2,0-2,5. В н утри цил и ндров концентрически размещен пневмоканал, снабженный расположенными вдоль него соплами, концы которь х г,»нгенциально изогнуты в гориэонтальнпй плоскости, причем на одном уровне пн »»1 канала находятся по меньшей мере два сопла с концами, изогнутыми .". одном направлении относительно оси пневмоканала. а от уровня к уровню направление изгиба сопел меняется на противоположное. Загрузочный патрубок расположен тангенциально на верхнем полом цилиндре сбивального органа, 3 ил. центрически закрепленными s ней стаканом и размещенными один над другим двумя полыми цилиндрами, соединенными коническим переходником, при этом отношение внутренних диаметров верхнего и нижнего цилиндров составляет 1,4-2,0. а внутреннего диаметра стакана и внешнего диаметра нижнего цилиндра 2 0 2,5. загрузочный патрубок расположен тангенциально на верхнем полом цилиндре, пневмоканал концентрически размещен внутри цилиндров и снабжен расположенными вдоль него соплами концы которых тангенциально изогнуть в гп»л1лс»»»тлльной

1822720 мещений компонентов массы, тем самым способствуя их равномерному распределению по всему объему. Вследствие повышения сдвиговых напряжений на поверхности раздела воздух-масса. воздушные пузырьки сильно деформируются и распадаются на более мелкие отдельные частицы. В результате повышается однородность размеров частиц воздуха и снижается плотность массы. Это в сочетании с равномерным распределением улучшает качество последней, Расположение загрузочного патрубка тангенциально на верхнем полом цилиндре позволяет задать исходному потоку закрученность, что по сравнению с прямым потоком позволяет интенсифицировать массообменные процессы при перемешива45

55 плоскости, причем на одном уровне пневмоканала находятся по меньшей мере два сопла с концами, изогнутыми в одном направлении относительно оси пневмоканала, а от уровня к уровню направление изгиба сопел меняется на противоположное.

Такая конструкция устройства позволяет сбивать массу с постепенным увеличением интенсивности внешнего воздействия на нее. Закрученный поток попадает в верхний цилиндр большего диаметра, где при умеренных скоростях осуществляется предварительное его смешивание и насыщение воздухом. При этом образуются различные 15 по размеру пузырьки воздуха. поступающего из пневмоканала, которые за счет сложного закрученного движения потока диспергируются и распределяются в объеме массы, По мере дальнейшего движения по- 20 ток массы поступает через конический переходник в нижний цилиндр с меньшим диаметром полости, При этом конический переходник обеспечивает плавный переход потока в канал меньшего сечения. В отсутствие данного элемента смесительный орган представляет собой канал с внезапным сужением с высоким коэффициентом гидравлического сопротивления, что увеличит энергозатраты на нагнетание массы, К тому же на месте стыка двух цилиндров образуются застойные циркуляционные зоны, где часть потока, задерживаясь, нарушает равномерность обработки массы.

При поступлении потока через конический переходник в нижний цилиндр с меньшим внутренним диаметром увеличивается его скорость, что объясняется постоянством расхода массы по любому сечению всего смесительного канала. Увеличение скоро- 40 сти потока обуславливает повышение степени турбулизации потока, нто резко повышает интенсивность взаимных перении, а также дробление пузырьков воздуха эа счет значительных сдвиговых деформаций в массе, При этом значительно сокращается продолжительность перемешивания и сбивания.

Отношение внутренних диаметров верхнего и нижнего цилиндров составляет 1,4—

2,0. Это обусловлено тем,что если это отношение меньше 1.4. то скорость потока в нижнем цилиндре будет недостаточной для окончательного сбивания массы в условиях высокой турбулизации, Имеющиеся при этом силы взаимодействия на межфаэной поверхности гаэожидкостной системы не способствуют дальнейшему диспергированию частиц воздуха, так как они незначительны по величине, Масса. сбитая в этих условиях, имеет высокую плотность и неоднородную структуру с сильно различающимися по размерам частицами воздуха.

В случае, когда отношение внутренних диаметров указанных цилиндров больше

2,0, наблюдается значительное повышение гидравлического сопротивления канала, что увеличивает энергозатраты на сообщение потоку необходимой скорости. При таком соотношении размеров цилиндров скорость потока в нижнем цилиндре недопустимо возрастает и масса не успевает выработать необходимое количество воздуха, поступающего из пневмоканала, Кроме того, некоторая часть массы может выходить иэ смесительного органа, совсем не смешавшись с воздухом. По этим причинам полученная масса будет иметь плотную структуру и ее компоненты не успевают равномерно распределиться в ней.

Соотношение внутренних диаметров полых цилиндров 1,4 — 2,0 обеспечивает стабильность режима предварительного насыщения и перемешивания с последующим диспергированием воздушных пузырьков, а также создает необходимую степень турбулизации потока для побуждения активному перемещению частиц рецептурных компонентов и выравниванию их концентрации в массе. B результате улучшаются вкусовые свойства сбитой массы и нормализуется ее плотность.

Концентрично камере внутри нее закреплен стакан с дном, отношение внутреннего диаметра которого к внешнему диаметру нижнего цилиндра равно 2,0-2,5.

Наличие указанного стакана с дном создает возможностьувеличить продолжительность контакта воздуха с массой. Причем взаимодействие воздуха и массы осуществляется в менее интенсивном потоке в кольцевом зазоре большего сечения, образованном коаксиальными цилиндрами. S кольцевом

1822720

10

30

40

55 канале между нлружнои и внутренней поверхностям соотве гственно нижнего цилиндра и стакана происходит стабилизация пенообраэной структуры массы при низких .скоростях. В процессе стабилизации окончательно устанавливается равновесное гаэосодержание массы. а концентрация ее компонентов выравнивается эа счет диффузии и конвекции.

При отсутствии стакана невозможно осуществить процесс окончательного формирования структуры массы. В результате полученная масса имеет неоднородную структуру с повышенной плотностью и неоднородную концентрацию компонентов.

При соотношении внутреннего диаметра стакана и внешнего диаметра нижнего цилиндра смесительного органа, равном

2,0 — 2,5, достигается оптимальная величина сечения кольцевого канала, образованного соответствующими поверхностями укаэанных цилиндров. Благодаря этому устанавливается наиболее оптимальный гидродинамический режим течения для стабилизации пенообраэной структуры массы после интенсивного сбивания в смесительном органе. Стабилизация массы осуществляется при умеренных скоростях, которые устанавливаются при увеличении сечения канала после выхода потока из полого цилиндра с меньшим размером.

При соотношениях указанных диаметров, меньших, чем 2,0, сечение кольцевого канала между соответствующими поверхностями недопустимо уменьшается, что приводит к высоким скоростям потока после выхода из смесительного органа. В итоге нарушаются условия для стабилизации сбитой массы в менее интенсивном гидродинамическом режиме течения.

Если соотношение указанных диаметров стакана и нижнего цилиндра составляет более 2.5, то скорость потока снижается до уровня, допускающего образование застойных эон на различных участках кольцевого канала. Это нарушает равномерность потока по сечению и длине канала. При этом масса, циркулирующая в застойных зонах,с течением времени образует уплотненные слои, которые по мере их роста вызывают дальнейшее нарушение равномерности потока в канале, что в конечном счете отрицательно влияет на режим стабилизации массы. Вследствие этого полученная масса имеет неоднородную структуру и повышенную плотность.

Внутри полых цилиндров концентрически размещен пневмоканал, снабженный соплами. расположенными по высоте последнего таким образом. что на одном уровне находятся по меньшей мере дв; <. п л с концами, тангенциально иэогнутыл1п н од ном направлении относительно оси flневл и канала.

Пневмоканал установлен с целью непрерывной подачи сжатого воздуха в поток массы в смесительном органе для ее насыщения. Воздух вдувается в турбулиэованный поток соплами, которые установлены по высоте пневмоканала перпендикулярно его наружной поверхности. Установленные таким образом сопла вызывают дополнительную турбулизацию потока при поперечном обтекании их последним. При этом струя воздуха также вдувается поперечно потоку массы, что служит причиной резкого возрастания касательных напряжений на поверхности раздела фаэ газожидкостной системы. Под действием этих касательных напряжений образовавшиеся пузырьки воздуха деформируются и,раэрушаясь. распадаются на более мелкие частицы, что в результате повысит однородность структуры массы и снизит ее плотность, Кроме того, 25 значительные по уровню турбулентные пульсации, вызванные поперечным наложением струи сжатого воздуха и обтеканием сопел, способствуют активному перемещению рецептурных компоне;;;,.о " раздробленных пузырьков воздуха по ol ьему всего потока, что в результате с щ:г1еенно улучшает качество сбигой массы. При этом эд счет высоких скорс тей в смесительном органе, а также значительного прироста турбулентных пульсаций при наложении поперечных струй сжатого воздуха на основной поток и поперечном обтекании со" пел последним, сбивание и насыщение массы осуществляется в минимальныи flpoмежуто к времени.

На пневмоканале установлены симметрично по меньшей мере два сопла. имеющие тангенциально изогнутые в поперечной плоскости смесительного органа в одном направлении Относительно оси пневмоканала концы. Тангенциальный изгиб концов сопел в поперечной плоскости смесительного органа позволяет вводить струю сжатого воздуха в поток. создавая момент вращения на поверхности раздела воздух — масса. За

Счет сил трения на поверхности раздела фаз, которые обуславливают вращающий момент, поток частично вовлекается во вращательное движение относительно оси пневмоканала в сторону истечения струи сжатого воздуха, задаваемого направлением изгиба концов .сопел. При этом поток одновременно движется в осевом направлении, Одновременное вращательное и осевое движение газожидкостногп потока

1822720

20 сопла. дополнительно турбулиэует его. За счет это о активизируется подвижность компонентов массы во всех направлениях. тем самым ускоряя выравнивание концентрации их в по оке, что в итоге повысит однородность сбитой массы. Образованные воздушные пузырьки подвергаются сложным пространственным деформациям, в результате чего интенсифицируется процесс их распада на более мелкодисперсные части. В процессе активного перемещения этих частиц достигается их равномерное распределение в объеме массы. В силу этого сбитая масса будет иметь высокопористую, легкую структуру с однородными по размеру включениями воздуха.

На одной высоте пневмоканала должны быть установлены симметрично относительно оси последнего по меньшей мере два

Установка одного сопла является неэффективной, так как энергия струи сжатого воздуха, расходуемая на перемешивание массы, в данном случае ие передается по всему поперечному сечению смесительного органа. B результате поток приводится в дополнительное вращательное движение лишь в ограниченных пределах распространения одной струи. Поэтому кратковременное вращательное движение массы в поперечном сечении затухает, и поток в основном будет двигаться в осевом направлении. Степень турбулизации потока при этом невысока и, следовательно, снижается эффективность перемешиваиия массы. К тому же, поданный только иэ одного сопла сжатый воздух не успевает распространиться по всему сечению смесительиого органа, если учитывать. что процесс насыщения в ием быстротечный, а скорость потока высока. B результате после обработки масса будет иметь структуру с неоднородной плотностью. Из-за невысоких турбулентных пульсаций снижается подвижность частиц рецептурных компонентов, которые ие успевают распределиться по всему объему, что ухудшает вкусовые качества сбитой массы, Наличие двух или более сопел, симметрично расположенных относительно оси пиевмоканала, позволяет распространять энергию струи сжатого воздуха равномерно по всему сечению канала. В результате поток помимо осевой составляющей приобрегает таигеициальиую составляющую скорости. Симметрично установленные сопла делят иа равные сектора поперечное сечение канала иа месте их установки, что дает воэможность распространять энергию

55 сждтоГО воздуха оТ каждой струи равномерно в соответствующий ограниченный сектор, т.к. каждая струя воздуха взаимодействует с потоком массы в ограниченной области, что позволяет поддерживать интенсивность вращательного движения постоянной. В итоге поток, совершающий одновременно вращательное и осевое движение, является высокотурбулиэованным, составляющие поток компоненты имеют возможность активно перемещаться. на поверхности раздела фаэ воздух — масса действуют значительные по величине касательные и нормальные напряжения, которые деформируют пузырьки воздуха и диспергируют их на более мелкие части. В результате масса равномерно насыщается воздухом и достигается однородность концентрации ее компонентов во всем объеме, Направление изгиба концов сопел должно меняться на противоположное по мере перехода от одного уровня расположения их к другому.

3а счет этого на одной высоте расположения сопел масса подвергается воздействию вращательного момента, сообщаемого ей струей сжатого воздуха, и вращается относительно оси пиевмоканала е направлении, соответствующем направлению изгиба концов сопел, например, по ходу часовой стрелки. По мере дальнейшего перемещения поток попадает в сечение канала, соответствующее другой высоте расположения сопел, где они имеют концы, изогнутые в противоположном предыдущему направлении. В этом сечении поток получает вращательное движение в обратном направлении — против хода часовой стрелки. В итоге поток по всей длине смесительиого органа делится на отдельные зоны, соответствующие различным высотам расположения сопел, в которых масса вращается во взаимно обратных направлениях. Такой характер течения массы вызывает взаимодействие не только на границе раздела фаз газожидкостной системы, но и отдельных макрообъемов самого потока. При этом резко возрастает интенсивность внутренних сил, действующих в потоке, направление их действия быстро изменяется в пространстве и во времени. Под воздействием этих сил возрастает активность хаотичного движения компонентов массы и пузырьков воздуха, Причем Ilóýûðüêè воздуха, активно взаимодействуя друг с другом и с жидкой фазой, легко деформируются и распадаются, образуя все богьшее количество мелкодисперсных пузырьков За с ет этого резко снижается плотность мыс<..ьi Рецептурные

1822720

20

30

50 компоненты равномерно распределяются в объеме массы. улучшая ее вкусовые качества.

Предложенное устройство позволяет получить сбитую массу низкой плотности, мелкодисперсной пенообраэной структуры с хорошими вкусовыми свойствами в короткое время. В конструкции устройства отсутствуют различного рода вращающиеся или движущиеся иным способом рабочие части, Их отсутствие значительно упрощает конструкцию. Для сбивания массы в предложенном устройстве расходуется энергия сжатогв воздуха, которая в то же время насыщает ее.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства для сбивания кондитерских масс; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3— разрез Б-Б на фиг. 1, Устройство состоит из камеры 1 с термостатирующей рубашкой 2. На герметичной крышке 3 камеры 1 смонтирован смесительный орган 4, состоящий из верхнего полого цилиндра 5 большего диаметра, который соединен посредством конического переходника б с нижним полым цилиндром 7 меньшего диаметра. Верхний цилиндр 5 имеет тангенциальный патрубок

8 для подачи массы, Концентрично нижнему цилиндру 7 установлен стакан 9 с дном. который посредством планок 10 укреплен к стенкам камеры 1. При этом стакан 9 установлен таким образом, что зазор между его дном и торцом нижнего цилиндра Т смесительного органа 4 обеспечивает скорость выхода потока, равной скорости последнего в смесительном органе, во избежание образования застойных зон в нижней части стакана 9.

Верхний цилиндр 5 закрыт заглушкой

11, через которую концентрично пропущен пневмоканал 12, с нижним концом, закрепленным на дне полого цилиндра 9. На разной высоте на поверхности пневмоканала

12 установлены сопла 13. имеющие тангенциально изогнутые в поперечном сечении смесительного органа 4 концы. Причем изгиб концов сопел 13, расположенных на одном уровне, имеет одинаковое направление относительно оси пневмоканала 12, а при переходе на следующий, выше- или нижестоящий уровень, имеет противоположное направление по отношению к предыдущему (фиг. 2. 3).

На герметичной крышке 3 камеры 1.также смонтированы указатель давления 14 и регулятор давления 15. В нижней части камеры 1 предусмотрен выходной патрубок

16 с регулятором расхода 17. Камера 1 в процессе работы „",елитс уоовнем массы в ней на зону сжатого воздуха 18 и э< н мэсси

19.

Устройство работает следуя щим образом.

Предварительно составленная и смешанная масса подается в смесительный орган 4 через тангенциальныи загрузочный патрубок 8. При этом эакру <енный поток поступает в верхний ц линдр 5 смесительного органа 4 и подвергается изменяющимся по направлению вращательным воздействиям, создаваемым струями сжатого воздуха, поступающими из сопел 13. Одновременно осуществляется предварительное насыщение массы воздухом. Обтекание массой сопел 13 и сложный характер ее движения порождают завихрения и турбулентные пульсации во всех направлениях, что активизирует перемещение частиц компонентов массы и дробление пузырьков воздуха.

По мере дальнейшего движения поток через конический переходник 6 поступает в нижний цилиндр 7 меньшего диаметра. где

его скорость возрастает. В этой области вращательное и поступательное движение потока происходит при больших скоростях, что еще более развивает его турбулентный характер. Масса, переходя сТ ор ой высогы расположения сопел 3 к другой подвергается вращательным воздейстя 1чм, изменяющимся с бол шои ча ° отой по направлению co r. тороны сжат по воздуха.

При этом интенсив,ост взаимного воздействия элементов гаэожидкостного потока достигает наибольшего значения, Воздушные пузырьки, взаимодействуя с массой и поверхностью сопел, диспергируются на еще более мелкие части. Компоненты массы активно перемещаются и равномерно распределяются в объеме последней.

В дальнейшем поток массы и воздуха. выходя из нижнего цилиндра 7. попадает в полость стакана 9 с дном. где его скорость падает за счет увеличения сечения кольцевого канала. В этой зоне окончательно выравнивается концентрация воздушных пузырьков и компонентов в обьеме массы в спокойной гидродинамической обстановке беэ внешних воздействий. По достижении верхнего открытого торца стакана 9 поток переливается через его края и заполняет зону массы 19 на уровне, не допускающем переливание потока обратно в стакан 9 и его затопление во избежание нарушения процесса. Во время переливания гаэожидкостного потока иэ стакана 9 е зону массы 19 иэ него выделяется излишек воздуха. который занимает зону сжатого воздуха 18 и создает воздушное пространство избыть ного дав1822 i2

15

Ноиа

Ваэдух лания над поверхностью массы. Под действи м этого давления сбитая масса подпрессовывается. а при снятии его вне устройства масса расширяется и увеличивается в обьеме, что снижает ее плотность. 5

Давление воздуха над поверхностью массы контролируется измерителем давления 14 и регулируется регулятором давления 15. Под воздействием избыточного давления со стороны зоны сжатого воздуха 10

18 масса,термостатируясь посредством рубашки 2, постепенно вытесняется из камеры 1 через выходной патрубок 16. При этом уровень массы в камере 1 и длительность ее нахождения под воздействием избыточного 15 давления и температуры регулируются изменением расхода массы через выходной патрубок 16 посредством регулятора расхода 17.

Таким образом, сбивание массы осуще- 20 ствляется за короткий промежуток времени и с минимальными затратами энергии, Полученная масса имеет пышную, мелкодисперсную пенообраэную структуру с низкой плотностью и хорошими вкусовыми свойст- 25 вами.

Формула изобретения

Устройство для сбивания кондитерских масс, включающее снабженную рубашкой

l камеру загрузочный и рээгруэочныи пат. рубки и IlHpâìîêçíàn для подачи сжэтого воздуха, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что. с целью интенсификации процесса сбивания и улучшения показателей дисперсности и плотности сбитой массы, камера расположена вертикально и оснащена концентрически закрепленным в ней стаканом и размещенными один над другим двумя полыми цилиндрами, соединенными коническим переходником. при этом отношение внутренних диаметров верхнего и нижнего цилиндров составляет 1,4-2,0, а внутреннего диаметра стакана и внешнего диаметра нижнего цилиндра — 2,0-2,5, загрузочный патрубок расположен тангенциально на верхнем полом цилиндре, пневмоканал концентрически размещен внутри цилиндров и снабжен расположенными вдоль него соплами, концы которых тангенциально изогнуты в горизонтальной плоскости, причем нэ одном уровне пневмоканалэ находятся по меньшей мере два сопла с концами, изогнутыми в одном направлении относительно оси llHpâìîêàíàëà, а от уровня к уровню направление изгиба сопл меняется на противоположное.

А-А

ФиГ. 3

В 0 3 )Q Х вЂ” — — -э—

Составитель О.Бакулина

Техред М.Моргвнтал, Корректор П. Гереши

Редактор О.Стенина

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина. 101

Заказ 2166 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5