Автоматизация линии производства карамели - Монтаж и наладка средств автоматизации - курсовой

Введение

В современном карамельном производстве массовые виды леденцовой карамели и карамели с жидкими начинками (фруктовоягодными, молочными, помадными) вырабатывают на механизированных поточных линиях. Розничный ассортимент карамели производят на линиях, требующих частичного применения ручных операций.

Механизированное производство карамели отличается высокой интенсивностью процессов. При формовании карамели производительность достигает 1800...2200 изделий в минуту, а современные заверточные машины имеют производительность до 1000... 1200 изделий в минуту. Такие условия производства предъявляют высокие требования к точности геометрических размеров, формы и прочностных характеристик изделий.

Карамельную массу получают путем уваривания водного раствора сахарозы и антикристаллизатора до остаточной влажности 2.. .4 %. В качестве антикристаллизатора используют крахмальную патоку, которую частично можно заменить инвертным сиропом.

Процесс обработки карамельной массы и изготовления из нее изделий обусловлен физическим состоянием и механическими характеристиками массы, которые прежде всего зависят от температуры. Карамельная масса при температуре выше 100°С представляет собой вязкую жидкость. Вязкость массы при охлаждении увеличивается в десятки раз, а при температуре 65.. .75°С она переходит в пластичное состояние, т. е. обретает способность принимать под давлением любую форму и сохранять ее. При дальнейшем охлаждении ниже 35...40 °С масса переходит в стекловидное аморфное состояние. Она становится твердой и хрупкой.

Особенности технологического процесса производства карамели обусловлены тем, что карамельная масса является весьма неустойчивой системой: сахар (сахароза) стремится принять свойственное ему кристаллическое состояние. Кроме того, при нагревании рецептурной смеси происходит химическое изменение сахарозы. Продукты такого изменения отличаются высокой гигроскопичностью, ухудшают внешний вид изделий и сокращают срок хранения карамели. Поэтому на всех стадиях технологического процесса требуется создание условий, обеспечивающих высокую стойкость карамельной массы. В частности, для снижения температуры и сокращения продолжительности удаления влаги из рецептурной смеси ее уваривают под вакуумом. Вкусовые добавки, содержащие кислоту, вводят после предварительного охлаждения карамельной массы. Необходимым условием при изготовлении карамели является охлаждение уваренной карамельной массы в возможно более короткие сроки, так как скорость кристаллизации сахарозы зависит от скорости охлаждения и с понижением температуры быстро падает из-за резкого повышения вязкости массы.

Поверхность готовой карамели должна обязательно защищаться от влияния окружающего воздуха. Незащищенная карамель, поглощая влагу из воздуха, быстро увлажняется, слипается и теряет товарный вид. Наиболее распространенным способом защиты является завертка карамели во влагонепроницаемую этикетку.

Описание технологической схемы

Начальные стадии технологического процесса производства карамели с жидкими начинками выполняются при помощи комплексов оборудования для приготовления карамельного сиропа и начинки. В состав этих комплексов входят емкости для хранения и устройства для дозирования рецептурных компонентов, смесители и варочные аппараты.

Ведущий комплекс оборудования линии предназначен для приготовления карамельной массы, формования и охлаждения карамели. В его составе находятся дозаторы карамельного сиропа, вкусовых добавок и красителей, вакуумаппарат, охлаждающая и тянульная машины, темперирующая машина и дозатор для начинки, карамелеобкаточная, жгутовытягивающая и формующая машины, а также узкий охлаждающий конвейер и охлаждающий агрегат.

Завершающие операции производства карамели выполняются комплексом оборудования, состоящим из заверточных, фасовочных и упаковочных машин, а также системы конвейеров, их соединяющих.

В состав линии входит сироповарочная установка ШСА, предназначенная для получения карамельного сиропа. Она состоит из блока рецептурных сборников, двух сироповарочных агрегатов и щитов управления. Блок рецептурных сборников включает в себя сборники 2 для патоки, инвертного сиропа и воды, а также два плунжерных насоса 1.

В сироповарочный агрегат входит сборник 3 с дозатором сахара, смеситель 4, плунжерный насос 5, змеевиковая варочная колонка 6, снабженная расширителем 7, пароотделитель 5, вентилятор 11, сборник готового сиропа 9 с сетчатым фильтром и шестеренный насос 10.

Принцип действия сироповарочной установки ШСА основан на растворении сахара в патоке под давлением с добавлением воды, что обеспечивает наиболее короткий производственный цикл и сокращает продолжительность температурного воздействия на сахарозу. Это позволяет получить карамельный сироп более высокого качества и повысить стойкость карамели.

Установка ШСА работает следующим образом. Из рецептурных сборников 2 насосы-дозаторы 1 подают жидкие компоненты: патоку (или инвертный сироп) и воду в приемную воронку смесителя-растворителя 4. В эту же воронку дозатором из бункера 3 подается сахар-песок.

Температура патоки и воды, подаваемых в смеситель, 65.. .70 °С (температура инвертного сиропа не должна превышать 40.. .50 °С). В смесителе 4 рецептурная смесь обрабатывается в течение 3,0...3,5 мин и нагревается до 65...70 "С. Эта смесь имеет влажность 17... 18 % и представляет собой кашицу с не полностью растворенными кристаллами сахара.

Плунжерным насосом 5 кашицеобразная смесь подается в змеевик варочной колонки 6, На выходе из колонки змеевик соединен с расширителем 7, внутри которого установлен диск с отверстием диаметром 10... 15 мм. Диск оказывает сопротивление потоку движущейся рецептурной смеси, обеспечивая тем самым избыточное давление в змеевике 0,17.. .0,20 МПа. Благодаря этому давлению смесь нагревается до более высокой температуры, чем при атмосферном давлении без повышения концентрации раствора. При избыточном давлении греющего пара в варочной колонке в пределах 0,45.. .0,55 МПа температура сиропа на выходе из змеевика достигает 120... 125 "С. В результате повышения температуры происходит более быстрое растворение кристаллов сахара в несколько меньшем количестве воды, чем принято обычно при других способах уваривания.

Образовавшийся в сиропе вторичный пар удаляется в пароотделителе 5 и вместе с воздухом вентилятором 11 выводится наружу.

Готовый сироп собирается в нижней конической части пароотделителя 5 и отводится в сборник сиропа 9. Сборник снабжен фильтром с ячейками диаметром 1 мм. По мере необходимости готовый карамельный сироп перекачивают к местам потребления шестеренным насосом 10.

В состав линии входит установка для приготовления жидких начинок. Она состоит из блока рецептурных сборников с дозирующими устройствами, двух начиночных вакуумаппаратов, сборника начинки и щитов управления. Блок рецептурных сборников 14 включает в себя сборники для сахарного сиропа, патоки, фруктово-ягодной пульпы, молочных продуктов и др., а также дозирующие устройства для этих компонентов.

Начиночные вакуум-аппараты 13 имеют паровую рубашку, механическую мешалку и спускной штуцер с затвором. Рабочий объем аппарата через трубопровод на верхней крышке соединен с мокровоздушным вакуум-насосом 12, снабженным конденсатором смешения.

Приемный сборник начинки 15 имеет водяную рубашку, механическую мешалку и спускной штуцер, соединенный через трубопровод с шестеренным насосом 10.

При работе установки исходные компоненты дозируют и загружают в начиночный вакуум-аппарат в соответствии с рецептурой. После герметизации варочного объема включают вакуум-насос и подают греющий пар. При уваривании начинки поддерживают избыточное давление греющего пара в пределах 0,4.. .0,6 МПа, а остаточное давление (разрежение) в варочном объеме 65...75 кПа. Рецептурная смесь уваривается в течение 30...45 мин до влажности 16... 19 %.

Готовая начинка по направляющим желобам перетекает в приемный сборник 15, охлаждается до температуры 80.. .85 °С и насосом 10 перекачивается в темперирующую машину 29. Сюда же дозирующими устройствами 27 подаются кислота и ароматическая эссенция, которые перемешиваются с начинкой. Готовая начинка перекачивается насосом 26 в начинконаполнитель 28.

Наличие пары варочных аппаратов в установке позволяет организовать бесперебойное приготовление начинки: пока в одном аппарате уваривается начинка, в другом производят вспомогательные операции, и наоборот.

Уваривание карамельного сиропа для получения карамельной массы осуществляется в змеевиковом вакуум-аппарате непрерывного действия. Он состоит из греющей части — змеевиковой варочной колонки 19, выпарной части — вакуум-камеры 21 с разгрузочным механизмом 22 и сепаратора-ловушки 20, соединенного через конденсатор смешения с мокровоздушным насосом 18.

При работе вакуум-аппарата карамельный сироп из расходного сиропного бака 16 плунжерным насосом-дозатором 17 непрерывно нагнетается в змеевик колонки 19 под избыточным давлением 0,08... 0,15 МПа. Одновременно в корпус колонки подается греющий пар под давлением 0,4... 0,6 МПа. Проходя через змеевик, сироп нагревается, закипает и, смешиваясь с выделившимся из него паром, поступает в вакуум-камеру 21.

Остаточное давление (разрежение) в вакуум-камере поддерживается в пределах 85...95 кПа, поэтому в ней продолжается процесс уваривания массы благодаря интенсивному самоиспарению влаги в разреженном пространстве. Вторичный пар, выделяющийся из сиропа при его уваривании, и воздух проходят через сепаратор-ловушку 20, в которой задерживаются частицы карамельной массы. Далее вторичный пар охлаждается, конденсируется и вместе с воздухом удаляется вакуум-насосом 18. Уваренный карамельный сироп накапливается в вакуум-камере 21 и при помощи разгрузочного устройства 22 выгружается из нее порциями по 15... 20 кг через 1,5...2,0 мин.

Процесс уваривания сиропа в змеевиковом вакуум-аппарате протекает в течение 1,5...2,0 мин. Готовая карамельная масса остаточной влажностью 2,0...3,5 % при температуре 110... 130 °С поступает в приемную воронку охлаждающей машины 23.

Из приемной воронки карамельная масса выходит непрерывной лентой между двумя вращающимися полыми барабанами, которые охлаждаются изнутри водой. Передвигаясь по нижнему барабану, она попадает на наклонную плиту, охлаждаемую водой. Лента массы толщиной 3...6 мм и шириной 0,4...0,6 м быстро теряет тепло на охлаждаемых поверхностях, образуя твердую корочку, которая препятствует прилипанию карамельной массы к соприкасающимся поверхностям оборудования. Из-за плохой теплопроводности внутри ленты карамельной массы температура снижается медленно и сохраняется жидкое состояние продукта

После предварительного охлаждения при продвижении массы по наклонной плите на поверхность ленты из дозаторов 24 подаются краситель, кислота и эссенция. В нижней части плиты карамельная лента проходит между подвертывателями, которые свертывают ленту в трубу таким образом, чтобы добавки попали внутрь. Далее лента прокатывается валками и превращается в многослойный пласт. На охлаждающей машине 23 карамельная масса в течение 20...25 с охлаждается до средней температуры 80...90 °С.

Затем лента карамельной массы загружается конвейером на рабочие органы тянульной машины 25, которые растягивают и складывают пряди карамельной массы. В результате такой обработки в течение 1,0... 1,5 мин карамельная масса перемешивается с добавками, температура массы выравнивается по всему объему, а также масса насыщается пузырьками воздуха, теряет прозрачность и приобретает шелковистый блеск.

Карамельные изделия формуются комплексом оборудования, состоящим из трех машин, работающих синхронно: карамелеобкаточной 30 с начинконаполнителем 28, жгутовытягивающей 31 и карамелештампующей 32.

Внутри корпуса карамелеобкаточной машины 30 расположено шесть вращающихся рифленых веретен. Они образуют конусообразный желоб, на который конвейером загружают тянутую карамельную массу температурой 70...80 "С. Масса обертывается вокруг трубки начинконаполнителя 28 и по мере накопления порции (батона) до 50 кг обкатывается веретенами и постепенно приобретает форму конуса. Он непрерывно вращается вокруг продольной оси, совпадающей с осью начинконаполнительной трубки. На выходе из машины вершина карамельного батона обкатывается в виде бесконечного жгута. При нагнетании начинки в наполнительную трубку центральная полость жгута наполняется начинкой. Количество начинки дозируется в зависимости от вида карамели и составляет от 23 до 33 % от общей массы изделия.

Из обкаточной машины карамельный жгут непрерывно проходит в жгутовытягивающую машину 31. Жгут последовательно проходит через три пары калибрующих роликов, при этом диаметр жгута уменьшается от 45.. .50 мм до 14... 16 мм. Окончательный размер диаметра жгута зависит от вида вырабатываемой карамели.

Откалиброванный карамельный жгут непрерывно поступает в карамелештампующую машину 32, которая формует и разделяет его на отдельные изделия соответствующей длины и формы с рисунком на поверхности. Обычно вырабатывают карамель длиной 30 или 38 мм овальной или удлиненно-овальной формы.

Отформованная карамель температурой 60.. .70 °С непрерывной цепочкой с тонкими перемычками между изделиями поступает на узкий ленточный охлаждающий конвейер 33 и в течение 12... 15 с обдувается воздухом, имеющим температуру 8... 12 °С. За этот промежуток времени на поверхности изделий образуется твердая корочка охлажденной массы, что исключает деформацию карамели при более продолжительном окончательном охлаждении в охлаждающем агрегате.

Этот агрегат состоит из загрузочного 34 и отводящего 36 вибролотков, а также охлаждающего шкафа 35. В последнем размещен сетчатый конвейер и автономная система охлаждения и циркуляции воздуха. Шкаф 35 выполнен в виде герметичной камеры, внутри которой поддерживают температуру охлаждающего воздуха 0.. .3 °С с относительной влажностью не выше 60%

Карамельная цепочка, поступающая с конвейера 33, раскладывается вибролотком 34 в виде петель по ширине сетчатого конвейера, размещенного в шкафу 35. Карамель движется под распределительным воздуховодом, через щели которого поступает охлаждающий воздух. В течение 1,5 мин температура карамели снижается до 35...40 °С, а перемычки между изделиями становятся твердыми и хрупкими. На выходе из шкафа 35 охлажденная карамель ссыпается на отводящий вибролоток 36, на котором перемычки между изделиями окончательно разрушаются, а карамельная крошка отделяется от изделий. Карамель с вибролотка 36 загружается промежуточным конвейером 37 на распределительный конвейер 38, обеспечивающий подачу изделий в питатели заверточных машин 39.

Карамель, поступающая на завертку, должна соответствовать заданным размерам и форме, не иметь деформации, открытых швов и налипших крошек. Поверхность карамели должна быть сухой, нелилкой. Карамель должна быть равномерно охлаждена и обладать прочностью, исключающей ее разрушение при завертке. На машинах 39 карамель завертывается поштучно в этикетку с подверткой. Наиболее производительные заверточные машины заворачивают карамель вперекрутку с использованием рулонных этикеток и подвертки.

Завернутая карамель поступает на сборный конвейер 40 и промежуточным конвейером 41 загружается в дозирующее устройство 42 для упаковки в торговую тару — картонные короба. Далее короба передаются конвейером 43 на обандероливающую машину 44 и отгружаются в экспедицию.