挤压膨化实验指导书

食品工程与生物技术学院挤压膨化生产线实验指导书目录TOC\o"1-1"\h\z\u1概述 概述1.1工艺路线原料原料拌粉机上置螺旋上料机挤压膨化机整形机斗式提升机烘箱夹心机产品粉状原料放入拌粉机中，搅拌均匀，通过螺旋上料机送入挤压膨化机内进行挤压膨化。夹心机与挤压膨化机出口相连，可根据生产需要确定是否夹心。挤压后产品经整形机整形后落入提升机中，经提升机送入烘箱，经干燥后得到成品。1.2挤压加工的特点①生产工艺简单挤压机能够集原料的粉碎、混合、加热、熟化、成型于一体，原料经预处理后，即可连续地通过挤压设备，生产出成品或半成品，发挥了一机多能的作用，方便了生产管理和产品质量管理，降低了劳动强度，减少了占地面积和生产人员。②生产效率高使用挤压机进行生产，操作简单，生产能力可在较大范围内调整。小型挤压机的生产能力可达20-50kg/h，大型设备的生产能力可达5-10t/h。使用挤压机进行生产，由于避免了多台但功能机种的联用，极大提高了能源的使用效率。一般情况下，能耗仅为传统生产方法的60%-80%。③应用范围广食品挤压加工适用于小吃食品，即谷物食品、方便食品、乳制品、肉类制品、水产制品、调味品、糖制品、巧克力制品等许多食品生产领域，并且经过简单的更换模具，即可改变产品形状，生产出不同外形和花样的产品，因而产品范围广、种类多、花色齐，可形成系列化产品。④经济效益高挤压加工技术与传统生产加工方法相比，其生产流程短，减少了许多单机的使用，投资少、投资回收期短。同时生产费用低，有资料报道，用挤压设备进行生产，其生产费用仅为传统方法的40%左右，这很大程度上降低了产品成本。⑤产品品质好挤压膨化属于高温瞬时加工技术，几乎不破坏食品中的营养成分。挤压膨化后食品的质构呈多孔状，分子之间出现间隙有利于人体消化酶的进入，利于人体的消化吸收。含有较多的纤维素的食物口感较差，经挤压膨化后，在挤压机中受到高温、高压和剪切、摩擦作用和在挤压机挤出模孔的瞬间膨化作用，使得这些成分彻底地微粒化，并且产生了部分分子的降解和结构变化，使水溶性增强，改善了口感。在挤压过程中的瞬间高温能够钝化酶类，破坏有害物质，提高食品的使用安全性。2拌粉机2.1搅拌设备结构组成传动装置搅拌装置搅拌轴搅拌器搅拌设备轴与轴封罐体搅拌罐附件2.2粉体混合机理颗粒状态或粉状固体的混合主要靠流动性。固体颗粒的流动性是有限的，它主要与颗粒的大小、形状、相对密度和附着力有关。在食品加工中，固体混合常遇的有：谷物的混合，面粉的混合，面粉中加辅料和添加剂，干制食品中加添加剂，汤粉的制造及速溶饮品的制造等。固体的混合是对流混合、扩散混合和剪切混合三者同时发生的过程。固体混合时重要的是要防止离析现象的发生。如：相对密度差和粒度差大者易发生离析；混合器内存在速度梯度的部分，因粒子群的移动易引起离析；干燥的颗粒，由于长时间混合而带电，也易发生离析。2.3本设备介绍本设备为间歇式固定容器式混合机，其特点为：工作时容器固定不动，内部安装有旋转混合部件。混合过程以对流作用为主，适用于物理性质差别较大及配比差别较大的散料混合。本设备中搅拌器为桨叶式搅拌器，其叶轮的叶片径向尺寸较大，由轴延伸至叶轮外缘，只有一对平直结构的叶片。适用于处理低粘度物料。本设备搅拌器采用底部搅拌安装形式，具有轴短而细的特点，无需中间轴承，可用机械密封结构，具有维修方便、寿命长等优点。其底部出料口能得到充分的搅动，有利于物料的排出。其缺点是桨叶叶轮下部至轴封处常有固体物料黏积，容易变成小团物料混入产品中影响产品质量。2.4操作说明图1、图2为拌粉机实物图。使用时，打开上盖，关闭出料口，加入适当比例的物料，盖上盖子后闭合空气开关开始搅拌，从加水口加入适量的水分，搅拌适当的时间后打开出料口，即可使混合均匀的物料进入下一单元操作。待物料完全送出之后断开空气开关，完成操作。加水口加水口空气开关出料口进料口（有盖）空气开关出料口进料口（有盖）图图1拌粉机电机（内部）搅拌罐电机（内部）搅拌罐图图2拌粉机3上置螺旋上料机3.1螺旋输送机结构组成螺旋叶片输送螺旋螺旋轴轴承螺旋输送机料槽电动机及传动装置3.2工作原理螺旋输送机是一种不带挠性牵引件的连续输送机械，主要用于各种干燥松散的粉状、粒状小块物料的输送。它利用螺旋的转动将物料向前推移而完成物料的输送。当螺旋旋转时，由于叶片的推动作用，同时在物料重力、物料与内壁间的摩擦力以及物料的内摩擦力作用下，物料以与螺旋叶片和机槽相对滑动的形式（即物料不与螺旋叶片一起旋转）在槽体内向前移动。物料的移动方向取决于叶片的旋转方向及转轴的旋转方向。3.3本设备介绍根据输送形式，螺旋输送机分为水平螺旋输送机和垂直螺旋输送机两大类。其中，水平螺旋输送机除可用于水平输送外，还可倾斜安装，但倾角一般应小于20°。本设备即为倾斜安装的水平螺旋输送机，其螺旋叶片采用实体型叶片，适用于输送干燥、粘度小的小颗粒或粉状物料。送料过程呈封闭形式输送，可减少物料与环境间的相互污染。因输送过程中物料与机壳和螺旋间都存在摩擦力，所以不宜输送有机杂质含量多，表面过分粗糙、颗粒大及磨损性强的物料。这种机器功率消耗较大，输送距离不宜太长，过载能力较差，需要均匀进料，且应空载启动。3.4操作说明图3为本设备实物图。在进料前应先接通电源使机器空载启动，启动后即可打开图1中拌粉机出料口使物料进入螺旋输送机的料槽，物料即可在由输送螺旋输送至出料口进入下一单元操作。电动机电动机及传动装置图3上置螺旋上料机料槽输送螺旋图3上置螺旋上料机料槽输送螺旋4挤压膨化机4.1挤压设备的组成挤压膨化机是整条挤压膨化生产线的核心设备。食品挤压设备除了挤压机——主机外，还有辅助和控制系统。4.1.1主机一台食品挤压机（主机）主要由下列四个系统组成。①挤压系统：此系统主要由螺杆、筒体和机座组成，是主机的核心部分。②传统系统：此系统用来驱动螺杆转动，它主要由电机、减速装置和齿轮组成，保证螺杆所需的扭矩和转速。③模头系统：此系统用来保证挤压食品的形状和建立模头前的压力，它主要由能与机筒连接的模座，分流板和成型模头组成。④加热（冷却）系统此系统通过在夹层筒体内通过蒸汽或电加热原件加热筒体而把热量传递给物料，或通入冷却循环水冷却筒体。4.1.2辅机在生产过程中，除主机外，根据生产产品和所用原料的不同，还需要有不同配套的辅机才能满足不同生产需要。①原料混合器（详见2拌粉机）②预处理装置原料在进入喂料器之前，可在预处理装置中根据工艺要求，利用水或水蒸气来调整原料的含水量和温度。③喂料器用来保证喂料的连续均匀。④切割装置挤出食品通过模头在正常工作条件下连续不断地被挤出，然后根据产品的形状要求在切割装置中用切刀切断。⑤烘干（冷却）装置被切割成型后的产品有的需要进一步脱水，然后进入烘干机；有的需要迅速降温再进入冷却装置。一般采用电加热烘箱，风冷。（详见8烘箱）⑥调味装置可根据产品需要，将调味料喷涂在产品表面上。⑦其他辅机4.1.3控制系统食品挤压机的控制系统主要由测量仪器、显示仪表、电器、执行机构和按键等组成，用来完成以下任务：①显示挤压机的工作状态，如转速、温度、压力等。②按程序启动，控制主机、辅机的转速和协调它们的运行。③按工艺要求控制喂料量、温度和压力。4.2挤压膨化的原理当疏松的食品原料从加料斗进入机筒内时，随着螺杆的转动，物料沿着螺槽方向向前输送，由于螺杆与套筒构成的空腔体积逐渐变小，加之模板的阻力作用，颗粒状物料逐渐受到挤压，同时物料受到螺杆与机筒的强烈搅拌、混合、剪切等作用，造成物料摩擦生热或来自机筒的外部加热，使物料温度迅速上升。物料受到高温高压的作用，固体颗粒熔融呈流态化，熔融态的物料分子相互交联、重组，在成型模头前物料熔融体进一步混合均匀，最后定量、定压地被挤出模孔，物料由高温高压瞬间进入常压，水分急剧汽化而形成多孔的膨化组织结构。4.3本设备介绍本设备为外热式高剪切力双螺杆挤压机。在套筒中并排安防两根螺杆，套筒截面是∞型，两根螺杆不完全啮合，螺杆旋转时物料由于啮合螺纹的推动能力作用而向前移动。在加工过程中，通过外部加热器提高挤压机机筒和物料的温度，采用三区加热（喂料区，挤压区，膨化区），分别进行温度控制。高剪切力挤压机通常有较高的的转速和较高的挤压温度，产品多为膨化产品。螺杆采用整体式螺杆，即把螺杆形状的各个要素都加工在一根轴上，不可拆卸。螺杆结构为等径变距式，螺杆直径保持恒定，螺纹距离大小为喂料区＞积压区＞膨化区。本设备配备了不同形状的模板，如锥面出口模板，突变式出口模板，以及为了生产夹馅产品的共挤出模板，可根据不同的生产需要选择合适的模板。为了将产品切割成一定的长度，在机头处可根据需要安装切割器。切割器采用旋转刀片完成切割操作，刀片旋转平面与模板端面平行，通过调节切割器转速来控制切割长度。4.4操作介绍图4为挤压机实物图，图5为操控面板。开机前，必须安装好挤压机及其相应的辅助设备。尤其是螺杆和套筒装配要准确，用手转动确保挤压机螺杆和机筒之间不得有任何摩擦或卡死现象。还要检查设备的润滑系统如润滑剂是否需要更换或添加等。根据生产需要选择合适的模具，并正确安装模头（如生产夹心产品，则模孔处需与夹心机正确连接，详见5夹心机），固定模头时，应固定最上方的螺钉，然后按对角线顺序拧紧。如需使用切割刀要确保切割刀安装到位，切刀相对于模头的调整要精确，通常切刀和模板表面之间保持有很小的间隙（0.05-0.2mm）。调节温度控制面板来设置三个不同区段的温度，打开加热开关开始加热。当温度达到生产要求后，转动转速旋钮以调整主电机达到合适的转速。温度和转速调整完毕后即可开始生产。开机时首先开启油泵几秒钟，油泵工作使机器得到充分润滑后打开主电机开关，待机器运转正常后打开喂料电机开始进料（此时物料经3螺旋上料机送至喂料电机）。一开始应从进料口缓慢手动加入一些水，防止物料堵塞，待出料口有物料均匀送出时即可停止加水。膨化后的物料均匀从模孔中送出，此时盖上保护罩打开旋切电机将产品切成小段，制成成品，根据需要的产品大小调节旋切电机的转速，转速越快产品尺寸越小。有时根据不同的产品需求可不使用切刀及保护罩，则需配合使用整形机。（详见6整形机）挤压机处于稳定运转状态后，应保证进料系统的连续性和稳定性，确保维持操作过程主要参数的恒定。操作人员密切观察挤压机的运转状态，根据温度、及产品状态等变化及时调整挤压机的进料量、螺杆转速等。除此之外、进料人员和配料人员的工作应细心认真，严格防止石块、铁钉等杂物混入原料中，否则会损坏设备。运转中避免突然停机，防止机内物料焦化，造成堵机。停机时首先将加热系统关闭，同时缓慢降低螺杆转速和进料量，可适当加水，直到温度下降到100℃停机后要对挤压机的构件进行清理。首先拆下模板，拆卸式需要仔细，防止机内残存压力突然释放可能带来的危险，模板拆下后，接着开动螺杆把机内剩余物料旋转出来。最后将螺杆、套筒、模具、切割器完全拆卸，进行认真的清洗，以免这些部件上粘附有残余物料。喂料器喂料器图4双螺杆挤压膨化机旋切电机模头和模板机筒和螺杆喂料电机进料口图4双螺杆挤压膨化机旋切电机模头和模板机筒和螺杆喂料电机进料口油泵电机开关油泵电机开关旋切速度显示屏喂料速度旋钮喂料电机开关主机电机开关转速调节旋钮转速显示屏加热开关电流显示屏紧急停止按钮旋切电机开关调温按钮温度显示屏图5双螺杆挤压膨化机操控面板旋切速度显示屏喂料速度旋钮喂料电机开关主机电机开关转速调节旋钮转速显示屏加热开关电流显示屏紧急停止按钮旋切电机开关调温按钮温度显示屏图5双螺杆挤压膨化机操控面板5夹心机5.1设备结构组成夹心机其实质为液体搅拌机，其结构与拌粉机类似，可参照2.1搅拌设备结构组成。主要部件有：电动机、减速器、温度计、搅拌桨叶、出料管、挡板、料管、容器夹套。5.2液体搅拌的目的在食品加工中，液体混合主要用于互溶或互不相容的液体与液体之间的混合，固体悬液的制取以及促进液体中固体的溶解、强化热交换的操作中。其目的在于促进物料的传热、使物料温度均匀化；促进物料中各成分混合均匀；促进溶解、结晶、浸出、凝聚、吸附等过程的进行；促进酶反应等生化反应和化学反应过程的进行。5.3本设备介绍本设备贮液槽为立式圆柱形，搅拌器采用立式中心安装。这种安装方式阻力均匀、结构简单，需要注意主轴处润滑剂的泄露，对于圆形槽易出现环流，剪切作用差，影响搅拌效果，必要时需设挡板予以改善。本设备贮液槽外壁为中空结构，内有加热装置，可向夹层中加水以对物料加热，防止如巧克力等易凝固物料凝固。5.4操作介绍图6为夹心机实物图。使用时，将液体物料加入贮液槽，闭合搅拌器空气开关物料即开始搅拌，待需要夹心时，即可打开出料电机开关，开始向挤压机模孔出喂料。如需加热则需在外壁夹层内加水，打开加热开关设置温度。搅拌电机搅拌电机出料管图6夹心机贮液罐出料管图6夹心机贮液罐6整形机6.1设备组成及原理介绍整形机结构组成比较简单，主要由动力装置、整形装置、切割装置、控制装置组成。由挤压机出口处挤压而成的产品进入整形机的整形槽中，在整形槽和整形轮的共同作用下被调整成为合适的形状，再由切刀切成大小一定的小段，进入下一操作单中。6.2操作介绍首先通过调节整形器上方螺旋使整形器之间的空隙达到合适的尺寸，之后调节切刀上方螺旋使切刀达到合适的位置。闭合空气开关1，打开整形器开关使整形器开始运转，并通过速度调节旋钮调节整形器传送速度与挤压机出料速度保持一致，闭合空气开关2打开切刀开关使切刀开始运转，根据产品的尺寸要求，通过切刀速度调节旋钮调节切刀旋转速度，长条状物料由挤压机经整形机被切割成适当的小段进入下一操作单元中。调节螺旋调节螺旋图7整形机切刀转速调节切刀开关空气开关2空气开关1整形器转速调节整形器开关切刀整形器图7整形机切刀转速调节切刀开关空气开关2空气开关1整形器转速调节整形器开关切刀整形器7斗式提升机7.1设备结构组成斗式提升机主要由牵引件、滚筒（或链轮）、张紧装置、驱动装置和料斗组成。7.2斗式提升机原理和特点在机器牵引件上装置着一连串的小斗（料斗），随牵引件向上移动，达到顶端后翻转，将物料卸出。料斗常以背部（后壁）固接在牵引带或链条上，双链式斗式提升机有时也以料斗的侧壁固接在链条上。斗式提升机主要用在不同高度间升运物料，适合将松散的粉粒状物料由较低位置提升到较高位置上。其主要有底单是占地面积小，提升高度大，生产率范围较大，但过载较敏感，必须连续均匀进料。7.3本设备介绍本设备为倾斜式斗式提升机，料斗布置为密集型。整形机切割后的产品以“撒入式”进入料斗里，这种进料方法用于大块物料的提升，输送速度较低，一般不超过1m/s，物料输送到达指定位置后通过重力卸料的方式（即靠物料的重力使物料落下而达到卸料目的）进入下一单元7.4操作说明图8为斗式提升机实物图