К числу важнейших процессов, осуществляемых на перерабатывающих предприятиях, относится дозирование компонентов с различными физико-механическими и химико-биологическими свойствами.

Под автоматическим дозированием понимают взвешивание или отмеривание по объему строго установленного рецептом количества каждого компонента для формирования смеси готовой продукции, а также формирование дозы при упаковке готового продукта.

Ошибки работы автоматической системы дозирования могут привести к снижению ценности выпускаемого продукта, перерасходу дефицитных и ценных компонентов и увеличению стоимости готовой продукции.

Таким образом, процесс дозирования представляет главную технологическую операцию, проводимую на предприятиях по переработке сельскохозяйственной продукции и пищевых производствах.

При изменении требований к качеству выпускаемой продукции, соответственно изменяются требования к промышленному дозирующему оборудованию предприятий. Общим требованием к дозирующим устройствам является подача в указанные промежутки времени строго определенного количества дозируемой продукции для обеспечения заданных технологических процессов с возможностью регулировки подачи ее по определенной рецептуре.

Требования, предъявляемые к точности дозирующих устройств, дозаторов и дозирующих насосов, также повышаются. Наряду с традиционным понижением металлоемкости и затрат мощности на электрический привод при неизменной подаче или ее изменении особое значение приобретает точность дозирования.

Анализ автоматических дозирующих систем, показал, что развитие и совершенствование их происходит путем:

• объединения понятий насос и дозатор, то есть дозатор должен одновременно являться машиной для перекачивания материала или среды, а насос иметь неизменную подачу в процессе эксплуатации, что позволяет использовать его в качестве дозатора;
• использования промышленных контроллеров непосредственно в процессе дозирования и при проектировании новых машин;
• применения современных материалов, которые при циклических деформациях не изменяют свою молекулярную структуру, и соответственно физико-механические свойства (при проектировании и конструировании насосов-дозаторов);
• применения новых способов монтажа и подключения различных по механическим свойствам и назначению деталей насосов и дозаторов;
• максимального ограничения контакта рабочей поверхности с продуктом в пищевых дозаторах;
• разнообразия видов привода дозирующих систем в комплексе машин в зависимости от конкретных условий их эксплуатации.

Автоматизированные поточные линии дозирования и современное оборудование в основном разрабатываются и выпускаются для производств продовольственных продуктов на крупных предприятиях. Однако, есть линейки дозирующих систем и оборудования с учетом интересов малых производителей. Дозирующие машины и аппараты для малых предприятий, как и для крупных, соответствуют требованиям современных технологий производства продукции и имеют достаточно высокие технико-экономические показатели, обеспечивающие безвредность готовой продукции, высокое качество ее и стабильное развитие предприятий в условиях их конкуренции.

Организация современной переработки сельскохозяйственного сырья в пищевые продукты базируется на дозирующем оборудовании и комплектных производственных линиях, выполняющих несколько технологических операций с максимальной точностью дозирования, контроля и регулировки процессов. Современная промышленность нуждается в разнообразных дозаторах и дозирующих устройствах, как для поточных технологических линий производства продукции, так и для дискретных технологических процессов различной мощности по объему и ассортименту выпускаемой продукции.

Общие сведения и классификация дозаторов

Дозирование – это процесс отмеривания заданного количества компонента с требуемой точностью. Точность определяется технологическими требованиями, а также обосновывается экономическими соображениями.

В современных условиях для успешной автоматизации процесса дозирования необходимо рассматривать дозатор не как самостоятельную единицу оборудования, а как технологическую систему. Успешная и качественная работа такой системы будет зависеть от надежной работы каждого элемента в отдельности. При проектировании дозирующих систем есть возможность учитывать все факторы, влияющие на ее работу, и процесс дозирования в меньшей степени должен зависеть от внешних воздействий, что должно привести к более устойчивой работе дозаторов.

Известны два основных способа дозирования компонентов – по объему и по массе. Наибольшее распространение в пищевой промышленности получил способ дозирования по объему.

Массовый способ дозирования обеспечивает большую точность, а объемный способ дозирования конструктивно более простой и надежный. Выбор схемы дозирования зависит от условий и размеров производства. Устройства, предназначенные для отмеривания и выдачи заданной дозы материала, называются дозаторами. В соответствии со способом дозирования дозаторы подразделяются на объемные и весовые, а по характеру процесса – на порционные (дискретные) и непрерывного действия. Для дискретного объемного дозирования характерно периодическое повторение дозирования материала, как правило, в порционный смеситель. Дозаторы данного типа применяются при подготовке многокомпонентных смесей. Дозаторы этого типа просты по устройству, но далеко не всегда отвечают требованиям точности дозирования.

Порционное дозирование

Порционное массовое дозирование основано на отмеривании дозы определенной массы. Дозирование по массе проводят различными методами и на датчиках различной конструкции, исходя из мощности линии, особенностей технологического процесса и ассортимента продукции. Дозаторы такого типа обеспечивают высокую точность дозирования, их устройство не сложно, но множество операций, связанных с загрузкой, взвешиванием, догрузкой, выгрузкой, минимизируют все преимущества данного оборудования. Массовое дозирование не всегда дает при требуемой точности необходимую производительность, иногда производят грубое взвешивание, а затем досыпку. По причине ударов механизмов в процессе работы, большой занимаемой площади, сложности обслуживания весовое дозирование не нашло широкого применения для малых предприятий, хотя на крупных современных заводах дозированию по массе отдают предпочтение.

При порционном дозировании порцию смеси подготавливают при помощи индивидуальных дозаторов, или в одном дозаторе поочередно каждый компонент. Подготовленные компоненты поступают в сборные бункера или непосредственно в смеситель, который перемешивает полученные порции смеси.

При использовании дозирования по массе компонентов необходимо учитывать, что влажность наружного воздуха колеблется от 60 до 90%. Так как дозирование производится в неотапливаемых помещениях, то равновесная влажность компонентов, следуя изменению влажности воздуха, может принимать значения от 12 до 20%. Относительное изменение сухого компонента может при этом достигать 10%.

Непрерывное дозирование

Объемное непрерывное дозирование менее требовательно к состоянию компонентов и при использовании соответствующего оборудования позволяет приготавливать многокомпонентные смеси с заданным качеством.

При непрерывном дозировании все компоненты подают одновременно непрерывными потоками в соотношениях, соответствующих рецептам или составу смеси в смеситель, где происходит также непрерывное перемешивание.

По назначению дозаторы изготавливают для сыпучих, полужидких, рассыпных и жидких материалов. По типу рабочих органов дозаторы подразделяются на барабанные, тарельчатые, шнековые, ленточные, плунжерные, грейдерные, платформенные, вибрационные, штифтовые, секторные и шиберные.

Контроль подачи в дозаторах может обеспечиваться изменением частоты вращения рабочего органа преобразователем частоты, длины или объема мерной емкости рабочего органа, количества мерных емкостей, продолжительностью дозирования, поперечного сечения слоя материала, скорости движения, смещением противовеса, положением уровнемера и комбинированием нескольких методов. Шнековые дозаторы управляются следующими способами: величиной открытия шиберной заслонки загрузки, изменением захватывающей способности шнека, частотой вращения, величиной открытия шиберной заслонки выгрузки, перекрывающей выгрузное окно.

Требования к конструкции дозаторов

Дозаторы должны удовлетворять следующим требованиям: обеспечивать дозирование необходимого количества материала с отклонением от заданной точности не выше допустимого. Дозирование может выполняться без регламентации времени, за минимальное время и за строго определенный промежуток времени. Дозирующие устройства должны иметь возможность регулирования дозы в заданных пределах и иметь возможность взятия проб для контроля точности дозирования и производительности.

Рабочая зона дозатора должна быть легкодоступна для его очистки. Конструкция рабочих органов должна учитывать физико-механические свойства дозируемых материалов.

В технологическом процессе, где применяется дозирование нескольких видов сырья, более рационально использовать многокомпонентные дозирующие устройства. Многокомпонентное дозирование может осуществляться по следующим схемам:

• последовательное дозирование ингредиентов в одном общем дозаторе;
• параллельное дозирование каждого ингредиента в отдельном специальном дозаторе, дозирующей станции;
• комбинированное дозирование.

По уровню автоматизации подразделяют дозаторы:

• с ручным управлением;
• автоматизированные;
• полуавтоматические.

В дозирующей системе с ручным управлением процесс дозирования выполняет оператор. В автоматизированных и полуавтоматических дозирующих системах часть работы оператора выполняется с помощью механизмов, например, отсчет числа порций, подача материала в дозатор.

Автоматические дозирующие системы могут работать как по разорванному, так и по замкнутому циклам. При разорванном цикле дозирующие системы работают как исполнительные механизмы, обеспечивающие выдачу заданного количества вещества независимо от рецептуры, регулирование может осуществляться как вручную, так и дистанционно. При работе по замкнутому циклу подача компонентов осуществляется по управляющим сигналам системы автоматического регулирования, которая следит за ходом процесса дозирования.

Важной характеристикой дозирующего оборудования является рабочий диапазон, в котором обеспечивается их класс точности. Границами рабочего диапазона принято считать:

• для порционных дозаторов дискретного действия – наибольший и наименьший пределы взвешивания порции;
• для дозаторов дискретного действия – наибольший и наименьший предел дозирования;
• для дозаторов непрерывного действия – наибольший и наименьший пределы производительности.

Для весовых дозаторов дискретного действия наименьший предел дозирования составляет 10% от наибольшего предела дозирования.

Для дозаторов непрерывного действия наименьший предел производительности составляет 25% от наибольшего предела производительности.

Весовое дозирование имеет следующие классификационные признаки:

• количество дозируемых компонентов – одно- или многокомпонентное;
• вид грузоприемного устройства – бункерное (ковшовое) или ленточное (конвейерное);
• пределы производительности – до 0,4 кг/ч – микрорасходы; 6,3–100 кг/ч – низкие расходы; 100–1600 кг/ч – средние расходы; 1,6–25 т/ч – большие расходы; 25–400 т/ч – высокие и свыше 400 т/ч – макрорасходы;
• класс точности – 0,1; 0,2; 0,25; 0,4; 0,5; 0,6; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5;
• тип весового механизма дозаторов – механические, тензометрические;
• тип отсчетного устройства весового механизма – аналоговый, с вторичными приборами;
• вид сигнала дистанционной передачи показаний и управления – аналоговый и дискретно-цифровой;
• способ регулирования расхода – изменением нагрузки на весовом конвейере или изменением скорости движения конвейера.

Среди объемных дозаторов для сыпучих материалов выделяют: барабанные, тарельчатые, шнековые, ленточные, вибрационные, конвейерные и роторные. Среди объемных дозаторов для жидких компонентов различают: дроссельные, барабанные, поплавковые, ковшовые, фиксированного уровня, электродные, стаканчиковые, насосы-дозаторы.

Анализ технологических процессов показывает, что процессы дозирования можно свести к следующим вариантам:

• дозирование компонентов в последующую машину или поточную линию с целью стабилизации производительности;
• дозирование при приготовлении многокомпонентных смесей по ходу технологического потока;
• дозирование при фасовке в тару.

Как правило, предприятия, использующие при производстве сыпучие материалы, работают по наиболее сложному второму варианту, характерному наличием комплекса дозаторы – смеситель.