Экструзионная технология в пищевой промышленности что это

Экструдер – машина для производства длинномерных изделий из пластичных или сыпучих веществ. Аппарат пропускает загруженные материалы сквозь тонкое отверстие под высоким давлением, иногда с предварительным подогревом, что приводит к уплотнению вещества. Подобные машины нашли широкое применение в различных сферах производства.

Где используется экструдер

Экструдеры нашли широкое применение в различных отраслях современной промышленности. Их применяют для производства:

  • Кормов для животных.
  • Шоколадных батончиков.
  • Макаронных изделий.
  • Провода для 3D принтеров.
  • Пластиковых труб.
  • Профиля из поливинилхлорида.
  • Полиэтиленовой пленки.
  • Топливных брикетов.

Оборудование, работающее по типу экструдера, встречается повсеместно. Без него не обошлось производство гранулированного корма для животных, а также макарон, длинномерных пустотелых изделий из пластика и т.д. Системы, используемые для определенных целей, имеют небольшие отличия в техническом плане, но работает по одинаковому принципу.

Разновидности экструдеров по принципу работы

По принципу работы экструдеры разделяют на 3 вида:

Шнековый экструдер является самым распространенным. Он работает по принципу мясорубки. Внутри устройства имеется вращающийся шнек со спиралью, который захватывает загружаемый материал и продавливает его сквозь тонкое отверстие. В результате масса уплотняется и приобретает твердость. От создаваемого давления поднимается температура сырья, что способствует увеличению эффективности сварки компонентов. Подобные виды являются самыми дешевыми по сравнению с другими. Кроме конструкции с одним шнеком также существуют и двухшнековые экструдеры. Они создают еще более эффективное сжатие, но и стоят дороже. Подобные устройства обычно используют для производства кормов, а также различных изделий пищевой промышленности.

Плунжерные экструдеры в отличие от шнековых проводят точное дозирование материала, перед тем как задать ему определенную форму. Подобные устройства применяют для переработки резины или пластика.

Плоскощелевые экструдеры предназначены для производства рулонных изделий, таких как стрейч-пленка, пленка для теплиц, пластиковые и пропиленовые листы. В них подогретый и тягучий материал выдавливается сквозь плоскую широкую щель и быстро охлаждается, в результате чего тот сохраняет свою форму. Подача материала осуществляется с помощью гидравлического пресса, шнека, или другим механизмом.

Кормовые экструдеры

Кормовые экструдеры обычно представлены оборудованием со шнековой конструкцией. Они предназначены для переработки зерновых культур, а также травянистых растений в комбикорм. Существует две разновидности подобных систем. Первая просто осуществляет экструзию, давая на выходе длинную трубку, а вторая создает готовые гранулы.

Обычные экструдеры

Обычная экструзия позволяет перерабатывать цельное зерно в длинную хрустящую трубку, которая на выходе поддается дроблению в хлопья. Такой корм является более приемлемым, чем сырье загружаемое для переработки. Дело в том, что в результате сдавливания осуществляется прогрев массы. Это способствует уничтожению подавляющего большинства микроорганизмов, которые способны вызывать пищевые расстройства. Кроме этого питательные вещества запекаются как в духовке, что улучшает их усваивание организмом животного.

Фактически, благодаря экструзии можно используя такой же объем корма добиться более высоких показателей роста животных. Подобное оборудование имеет и недостаток. Получаемую в результате трубку зачастую необходимо разламывать на хлопья вручную. Также существует сложность в отмеривании порции. В зависимости от того насколько крупные хлопья, фактическая масса продукта в определенном объеме может отличаться. В связи с этим при отмеривании порции для кормления принято ее взвешивать, а не использовать мерную тару.

Грануляторные экструдеры

Экструдер работающий по принципу гранулятора является менее эффективным в плане обеззараживания загруженной массы. На выходе получаются мелкие гранулы, которые обладают высокой твердостью. Они не столь хрупкие, как пищевые трубки обычного экструдера. С целью повышения качества продукции зачастую осуществляется обработка сразу двумя способами экструзии. Сначала формируются хлопья, которые эффективно прожариваются, после чего применяется грануляторный экструдер.

Подобное оборудование работает по принципу мясорубки. Сквозь пресс-форму выдавливаются прутики корма, которые обрезаются вращающимся ножом. Благодаря этому получаются полностью идентичные друг другу гранулы. При использовании гранулярного экструдера загружается не цельное зерно, а ранее перемолотые смеси. Зачастую в их состав входят зерновые культуры, витамины, микроэлементы, травяная мука, а также сухое мясо, если речь идет о корме для собак, кошек или других плотоядных животных.

Экструдеры для пищевой промышленности

Особой популярностью экструдеры пользуются в пищевой промышленности. Подобные устройства используются для формирования различных продуктов. Они работают не только с сухими веществами, но и влажными. К примеру, такие изделия как крабовые или рыбные палочки делаются именно с помощью такого оборудования. Загруженная масса уплотняется и выдавливается. Подобные устройства зачастую работают без нагрева, просто уплотняя холодную массу. Множество батончиков и конфет также делаются по данному принципу. Выдавленные заготовки в последствии обливаются горячим шоколадом, благодаря чему грубая формовка экструдером незаметна.

Читайте также:  Как замерить емкость батареи

Один из самых старых экструдеров, которые используются в пищевой промышленности, являются формовочные машины для производства макаронных изделий. Они также работают по шнековому принципу. Их конструкция практически ничем не отличается от кормового экструдера. При этом существует одно важное отличие. В них загружается не сухая масса, а готовое тесто из твердых сортов пшеницы. Ранее подготовленное и хорошо раскатанное с помощью валиков до однородной субстанции тесто продавливается сквозь формовочную головку, в результате чего получаются макаронные изделия. Далее вращающийся нож обрезает их на одинаковом расстоянии, после чего на конвейерную ленту падают уже готовые макароны.

Фармакологическое оборудование

Экструдеры нашли свое применение и в фармакологии. Многие таблетки, а также батончики гематогена сделаны именно с помощью подобного оборудования. В фармакологии, где очень важна дозировка, зачастую используется не шнековые, а плунжерные установки. Они позволяют с высокой точностью добиться того, чтобы каждая таблетка полностью соответствовала требуемой массе, поскольку даже сотая доля миллиграмма действующего вещества может иметь огромное значение в лечении.

Экструдеры для производства полимерных изделий

Экструдер стал находкой для промышленных предприятий, которые занимаются производством полимерных изделий. Себестоимость использования этого оборудования максимально выгодная. Оно стоит дешевле, чем установки действующие по другим принципам, а кроме этого обеспечивают вполне качественный результат. Экструдеры нашли свое применение в самых разнообразных сферах переработки полимеров.

Существуют устройства, которые предназначены для переработки вторсырья. Отработанные ПЭТ бутылки, пластиковые пакеты, и прочие изделия из полимеров измельчаются с помощью промышленных шредеров, после чего крошка загружается в экструдер для вторсырья. Он расплавляет массу и формирует из нее мелкие гранулы. Попутно данное оборудование может использовать краску, чтобы выровнять цвет всей массы. Полученные таким способом гранулы продаются на различные предприятия, которые делают из них канализационные трубы, тротуарную плитку, ведра и прочие изделия.

Стоит отметить, что экструдеры, которые используются для обработки полимеров, имеют более сложную конструкцию в сравнении с теми, что работает с пищевыми продуктами для людей или животных. Данные установки имеют дополнительную систему нагрева, которая обеспечивает текучесть пластика, доводя его консистенцию практически до состояния сгущенки. После выхода материала из такого экструдера обеспечивается дополнительное охлаждение. Это позволяет вернуть полимеру его нормальную твердость, что предотвращает нарушение заданной формы полученным изделием.

Самыми технически сложными являются экструдеры, которые занимаются изготовлением профиля для пластиковых окон, а также труб. После того как материал проходит сквозь пресс-форму, он обладает еще повышенной мягкостью, поэтому с помощью системы валиков пропускается через ванну для охлаждения. Также на подобной экструдерной линии устанавливается ультразвуковое оборудование для тестирования стенок изделий. В случае выявления пустот или тонких участков осуществляется предупреждение оператора о необходимости наладки.

Особого внимания заслуживают экструдеры предназначенные для производства пленок. Они имеют плоскую щелевую пресс-форму, сквозь которую выдавливается полиэтилен или другой материал. После прохождения сквозь формовочный пресс, масса приобретает плоскую форму и сразу же охлаждается вентиляторами. Она накручивается на валик до его заполнения. После этого пленка обрезается, и процесс начинается заново.

Подобные экструдеры особенно требовательные к загружаемому сырью. Оно не должно иметь никаких примесей. Если оборудование, которое занимается производством труб, может стерпеть мелкий сор, то на пленке это будет заметно. В связи с этим используя такой экструдер необходимо позаботиться о соблюдение чистоты на производстве.

Экструзия исключает из производственного цикла трудоемкую механическую обработку. Это быстрый и недорогой способ получения пленок, труб, профиля и других изделий, выпускаемых погонажом из полимерного сырья. В статье расскажем, что такое экструдер, как происходит процесс экструзии полиэтилена, разберем тонкости экструзионной технологии.

Что такое экструзия полимеров?

Процесс экструзии происходит при нагреве полимеров максимум до 250 0 С. Производство идет на скорости до 120 метров/минуту. Около 30 % всего объема полимеров перерабатывается по экструзионной технологии с помощью экструдеров. Попробуем разобраться в тонкостях этого процесса.

Экструзия полимеров — это технология получения формовочных изделий из термопластов и их композиций на шнековых прессах. Осуществляется путем продавливания (под давлением) однородного расплава через щель формовочной головки экструдера.

Щель имеет определенную форму, которая определяет геометрию изделия — сайдинг, пленка, оконный ПВХ профиль. В качестве сырья используются гранулы полиэтилена ПВД и ПНД, полипропилена, ПВХ, полистирола и других полимеров.

Читайте также:  Как устроен шаговый двигатель

Экструзия включает в себя следующие этапы:

  1. получение однородного расплава в экструдере;
  2. формование;
  3. охлаждение продукции;
  4. натяжение и намотка (пленки), нарезка (профиль, труба).

Устройство и принцип работы экструдера, что это такое

Уже по тому, что слова «экструдер» и «экструзия» являются однокоренными, становится понятным, что экструдер — это основной рабочий орган экструзионной линии.

По длине экструдер для полимеров условно делится на три зоны: загрузки, сжатия расплава и дозирования.

  • Зона загрузки. Гранулы (порошок, вторичное сырье) подаются в бункер самотеком или под напором сжатого компрессором воздуха. Шнек, который приводится в движение работой привода, вращается, и уплотняя полимер до состояния пробки, продвигает его к горячим секциям экструдера.
  • Зона плавления. Здесь шаг между витками начинает уменьшаться. Как следствие один и тот же объем полимера пытается поместиться в уменьшившемся пространстве. Пробка прижимается к обогреваемым стенкам трубы экструдера, плавится, расплав перемешивается. Хотим уточнить, что плавление происходит, в основном, не за счет нагревателей (они лишь интенсифицируют процесс), а из-за огромных сдвиговых деформаций в уплотняющемся полимере.
  • Зона дозирования. На выходе из экструдера полимер продавливается через систему фильтрующих сеток и проходит через формующее отверстие, профиль которого зависит от формы выпускаемой продукции.

Важно! Экструдер может различаться по типу и количеству шнеков. Выпускаются: одношнековые, двухшнековые и многошнековые, дисковые и многодисковые экструдеры.

О конструкции одношнекового экструдера.

Внутри толстостенного корпуса (трубы) вращается шнек — металлический стержень с винтовой навивкой. Шнек перемещает гранулы по направлению к экструзионной головке. Корпус опоясывают секции хомутовых нагревателей, которые греют металл и плавят полимер, прижимаемый винтом к внутренней поверхности трубы. «Горячую» часть оборудования помещают в водоохлаждаемый кожух, и сверху утепляют термочехлом.

Экструзия пленки

Наиболее популярными формовочными изделиями, которые получают с применением экструзии, являются пленки. Их изготавливают из полистирола, полипропилена, полиамида, лавсана, поликарбоната, ПВХ, но самыми востребованными из них являются, конечно же, пленки из экструдированного полиэтилена высокого и низкого давления. Именно на их примере мы рассмотрим, какие этапы этот материал проходит на выходе из экструдера.

Существует два метода экструдирования пленок:

  1. Метод раздува рукава.
  2. Метод плоскощелевой экструзии.

Читайте также какие дефекты могут возникнуть при экструзии пленки и как их устранить.

Метод раздува рукава.

Полимер выдувается из экструдера для пленки через кольцевую щель в формующей головке. Визуально это выглядит, как из фильеры поднимается сплошной пленочный цилиндр, раздуваемый изнутри воздухом. Воздух подается под давлением через дорн — отверстие в центре головки.

Охлаждение при экструзии полиэтилена, в зависимости от ориентации рукава, может производиться по двум схемам:

    Если рукав направлен вертикально вверх или горизонтально, то пленка обдувается воздухом, поступающим через охлаждающие кольца по периметру рукава;

После остывания пленка складывается с помощью специальных «щек» в полотно и протягивается через отжимающие воздух валки. Готовый материал отправляется на намотку.

Чем быстрее охладить расплав полиэтилена на выходе из экструдера, тем выше будет прозрачность и блеск пленки. Почему так происходит? Дело в том, что при остывании в пленке образуется два вида молекулярных структур — кристаллическая и амфорная. Когда материал охлаждают медленно, то макромолекулы полимера успеют сформироваться в кристаллы, и экструдированная пленка будет мутной и неэластичной, но прочной. При быстром охлаждении кристаллы не успевают соединиться и пространство между ними заполняют амфорные связи, придающие пленке прозрачность, хорошую эластичность и гибкость.

Метод плоскощелевой экструзии.

Отверстие в фильере плоскощелевого экструдера протачивают в виде тончайшей щели. Пленка из формовочной головки выходит в виде непрерывного полотна определенной толщины и ширины.

Существует два варианта охлаждения пленки полученной плоскощелевым методом:

  1. Первый, это когда экструзионный полиэтилен сразу же после формования подается на охлаждающий барабан, температура поверхности которого поддерживается на уровне 30…50 0 С.
  2. Второй вариант — пленку пропускают через ванну с проточной водой. Такое шоковое охлаждение позволяет получать блестящий и прозрачный материал, но есть свои нюансы. Когда пленка заходит в воду, она вызывает рябь на ее поверхности, из-за которой на полиэтилене появляются пятна.

После охлаждения и сушки полиэтилен протягивается через натягивающие валы и идет на намотку.

Соэкструзия и коэкструзия.

Соэкструзия — это технология, использующаяся для получения многослойных пленок.

В качестве сырья может использоваться: полиэтилен низкой и высокой плотности, полипропилен, полиамидная пленка и др. полимеры. Гранулят этих пластических масс плавится в разных экструдерах, после чего соединяется и проходит через одну формовочную фильеру (головку). Для прочного склеивания нужно, чтобы молекулярная сетка полимеров была похожа по структуре. Но если нужно связать барьерный слой, например, EVOH и линейный полиэтилен, то потребуется специальные вяжущие сополимеры.

Читайте также:  Верстак для работы с деревом

Соэкструзионные многослойные пленки используются для вакуумирования продуктов, как транспортная упаковка, с/х пленка (для мульчирования, пленка с эффектом антифог), упаковка фармацевтических препаратов.

По похожей технологии, которая получила название коэкструзия, изготавливают панели сайдинга и профиль ПВХ. Поливинилхлорид — основа профиля, занимает около 80% толщины панели, оставшиеся 20% — акрил. Как и в случае соэкструзии, используется работа двух коэкструдеров, где отдельно плавят ПВХ и акрил. Соединяются эти расплавы в щелевой филере, откуда выходят уже готовым спаянным изделием.

Коронарная обработка пленки после экструзии

Химическая инертность и малая поверхностная энергия пленки делают ее невосприимчивой к типографской или любой другой краске. Нанесение покрытия на поверхность полиэтилена станет возможным, если его поверхностная энергия будет хотя бы на 10 дин/см выше энергии наносимой краски. В ином случае краска будет просто собираться в капли. «Подзарядить» пленку можно коронированием. Каждая экструзивная линия оборудована активатором обработки коронным разрядом, который состоит из: генератора, трансформатора и электродов. При пропадании пленки в область электромагнитного поля растет ее поверхностная энергия и повреждается верхний слой макромолекул (микротравление).

Применение технологии экструзии

  • Химическая промышленность. Почти все термопласты и их композиции могут перерабатываться экструзией в готовые изделия (пленки, трубы, оболочки изоляции, сайдинг, листы).
  • Производство комбикорма. Измельченное сырье для производства комбикорма поступает в экструдер, где подвергается уплотнению, сжатию и температурной обработке при температуре до 200 0 С. Этот способ переработки повышает питательность и усвояемость корма, сохраняет в нем витамины и препятствует размножению микроорганизмов.
  • Брикетирование твердого биотоплива. Переработка биомассы (торфа, угольной пыли, шелухи подсолнечника, отходов сахарного производства, соломы сои, щепы) и прессование ее в гранулы или брикеты производится на экструдерах;
  • Пищевая промышленность. Макароны, кукурузные палочки и хлопья, жевательная резинка и чипсы, соевые продукты— все эти продукты изготавливают с помощью пищевой экструзии.

Развитие экструзионного производства сейчас идет сейчас по трем направлениям. Это: усовершенствование существующего оборудования, применение новых композиций полимеров, совершенствование автоматизированных систем управления. Последнее направление представляется наиболее актуальным — уже сейчас в России появились установки оборудованные АСУ на основе микропроцессора. Они позволяют автоматически контролировать не только работу экструдера, но и системы подготовки сырья, калибровки и обрезки готовых изделий.

28 февраля 2011

Химическая промышленность

В химической промышленности метод экструзии применяется для нагрева, пластификации, гомогенизации и придания необходимой формы исходному сырью. Химический состав конечного продукта при этом идентичен химическому составу исходного сырья, что позволяет добиваться стабильного качества продукта прибегая при этом к минимальному количеству настроек экструдера, этим объясняется относительная простота машин, работающих в химической промышленности. Методом экструзии в химической промышленности изготавливают различные погонажные изделия, такие как трубы, листы, плёнки, оболочки кабелей, элементы оптических систем светильников — рассеиватели и т. д.

Пищевая промышленность

В пищевой промышленности метод экструзии применяется намного шире. В ходе процесса под действием значительных скоростей сдвига, высоких скоростей и давления, происходит переход механической энергии в тепловую, что приводит к различным по глубине изменениям в качественных показателях перерабатываемого сырья, например денатурация белка, клейстеризация и желатинизация крахмала, а также другие биохимические изменения.

Экструзионные продукты, получаемые на пищевых экструдерах

  • пельмени
  • кукурузная палочка
  • подушечки и трубочки с начинкой
  • хрустящие хлебцы и соломка
  • фигурные сухие завтраки
  • хлопья кукурузные и из других злаков
  • быстрозавариваемые каши
  • детское питание
  • фигурные чипсы
  • экструзионные сухарики
  • мелкий шарик из риса, кукурузы, гречи, пшеницы, для наполнения и обсыпки шоколадных изделий, мороженого и других кондитерских изделий
  • пищевые отруби
  • набухающая мука, панировка
  • продукты вторичной переработки хлеба
  • соевые продукты: соевый текстурат, концентрат, кусковые соевые продукты
  • продукты переработки отходов животноводства
  • модифицированный крахмал
  • реагент на основе крахмала применяемый в нефте- и газодобыче
  • строительные крахмалсодержащие смеси
  • основы для клеев

Комбикормовая промышленность

  • полножирная соя
  • зерновые экструдаты
  • корма для кошек, собак, домашних грызунов, крупного рогатого скота
  • корма для промысловых и аквариумных рыб

Производство твердого биотоплива

Одним из наиболее популярных методов получения топливных брикетов является использование специальных экструдеров. Процесс предствляет собой прессование шнеком отходов и мелко измельченных отходов древесины под высоким давлением при нагревании от 250 до 350 С°. Получаемые топливные брикеты не включают в себя никаких связующих веществ, кроме одного натурального — лигнина, содержащегося в клетках растительных отходов. Температура, присутствующая при прессовании, способствует оплавлению поверхности брикетов, которая благодаря этому становится более прочной, что немаловажно для транспортировки брикета.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector