复合谷物成型设备中的重力涂覆膜系统及其工艺 技术领域 本发明涉及一种油脂涂敷膜工艺， 具体地涉及在采用螺杆挤压机和配套的挤出、 切割成型、 涂覆系统的复合谷物加工设备中的一种具体重力涂覆膜系统及其具体工艺。
背景技术 随着对食品的营养的要求的日益增加， 各种复合营养素的谷物产品及其生产方法 也迅速地发展着， 从早期的酸预蒸法工艺、 直接浸吸法和涂膜法等工艺， 发展到如今比较完 备的 ： 从谷物粉碎→预处理→与营养素混合→挤压→切割成型→干燥→筛选→按比例配 米， 最后得到营养素强化复合谷物的工艺流程。
而其中的挤压 - 切割成型的步骤是生产过程中的重要环节， 一般采取的单螺杆或 者双螺杆挤压机， 将谷物粉末的水合物挤压后通过一定的形状模具， 经切割而得到所需要 的形状、 尺寸的谷物类食品， 并在相应的传送带上进行输送， 直至检验和包装步骤。
同时， 由于挤压成型过程的技术流程， 能够将谷物加工成具有一定膨化度和松软 度的产品， 适用于各种食品、 营养添加剂、 动物饲料等产品。
参见附图 1， 国际公开文本 (WO01/72151) 公开了一种一体化的复合谷物混合、 挤 压、 成型设备。包括原料混合装置， 双螺杆挤压机， 挤出装置， 切割成型设备。其中的原料混 合装置与双螺杆挤压机， 通过连通的垂直输送管道相连， 并且在管道中设有控制阀， 以调整 预混原料进入挤压机的速度以及产品效率。 双螺杆挤压机中平行布置有两个螺纹相互咬合 的螺杆， 相向转动， 使由上而下输送的物料能够进行充分地压实和输送。 在挤压机的末端具 有挤出盘， 挤出盘上开设有多个挤出孔， 紧贴挤出孔处设置有切割装置， 能够将挤压出的条 状物料切割成所需要的长条状、 粒状或片状产品， 以符合各种谷物复合产品的需要。
参见附图 2， 美国专利 (US5350585) 公开一种挤压机的双螺杆结构。 所述的双螺杆 结构分为多段， 其螺纹密度均不一致， 以配合挤压过程中的各个阶段的需要。同时， 螺杆中 也开设有空洞， 以便于物料在螺杆挤压机中充分混合。
然而， 传统的螺杆挤压切割成型机仍有一些不足 ：
1、 传统的挤压切割设备得到的产品直接进行加热烘干步骤， 然而却往往会在烘干 步骤中， 由于含有水分的产品骤然失水导致产品表面破裂或粉碎， 致使成品率降低。
2、 传统的喷涂油脂的涂覆效率不高， 且油脂在喷涂过程中的浪费和积压对设备本 身会造成损害。
3、 喷涂或浸没涂覆的方法都存在较多的浪费。
发明内容 本发明提供了一种复合谷物成型设备中的重力涂覆膜系统， 包括进料装置 20， 螺 杆挤压机 10， 挤出模具 40， 切割装置 30， 回转马达箱 50， 涂覆系统 60， 以及传送带 70， 所述 进料装置 20 为带有流量控制阀和监测设备的进料漏斗 ； 所述螺杆挤压机 10 包括安装螺杆 的腔体， 支撑支柱， 以及与腔体内部相互密闭咬合的多根螺杆 ； 所述挤出模具 40 共有两个
挤出盘 41， 挤出盘为锥台形状， 且挤出口分布在圆盘的外环面上 ； 所述切割装置 30， 在切割 装置中， 包括切割刀叶片 32， 切割刀转轴 31 ；
所述涂覆系统 60 为垂直液膜涂覆系统， 包括上层储油箱 61， 下层储油箱 62， 油泵 69 和输油管路 68 ；
所述涂覆系统中间为中空的涂覆框 64， 由涂覆框 64 顶部的多个紧密排列的喷油 口 66 形成的液流 67 构成液膜， 对通过其中的物料表面进行涂覆。
其中， 该重力涂覆膜系统依次经过挤压成型步骤、 传输步骤、 油膜涂覆步骤、 半浸 没步骤、 油膜渗滤步骤、 油脂收集步骤、 油脂回用步骤。
上述的复合谷物成型设备中的重力涂覆膜系统， 其中， 所述涂覆框顶部具有储油 槽 65， 用以储存和分配各喷油口 66 的储存油料 ； 所述储油槽 65 上方设置有多个节流漏斗 63， 内部设有节流阀， 用以调节和分配涂覆框 64 内部液流 67 的平均度。
上述的复合谷物成型设备中的重力涂覆膜系统， 其中， 所述的喷油口 66 的口径最 大为 1.5 毫米， 并且所述的相邻的喷油口的间距为 2-5 毫米， 以形成接近完整液膜的涂覆液 流 67。
上述的复合谷物成型设备中的重力涂覆膜系统， 其中， 在所述的油膜涂覆步骤中， 产品进入油膜涂覆系统， 经由上而下垂直落下的涂覆液流 67 层进行涂覆， 所述的涂覆液流 厚度通过节流阀调节， 为 2mm-5mm 之间。
上述的复合谷物成型设备中的重力涂覆膜系统， 其中， 在油膜渗滤步骤中， 当油液 形成半浸没状态之后， 关闭一段时间的油液节流阀， 使油液不再通过上方流下， 此时已成半 浸没状态的油液通过筛孔流出至下层集油装置 ； 待油液渗滤完成后， 再次开启节流阀， 进行 新一轮涂覆。
上述的复合谷物成型设备中的重力涂覆膜系统， 其中， 在油膜渗滤步骤中， 油液处 于半浸没状态， 从油液开始流下至渗滤步骤结束的时间间隔， 为一次半浸没周期， 该半浸没 周期为 5-15 秒。
上述的复合谷物成型设备中的重力涂覆膜系统， 其中， 半浸没周期根据两次油液 喷出时间间隔调节， 两次油液喷出的时间间隔， 控制在 20 秒 -60 秒之间。
上述的复合谷物成型设备中的重力涂覆膜系统， 其中， 所述油脂收集步骤中， 渗滤 的油脂由一下层的贮油箱收集， 并且， 该贮油箱的进油通道与传送带上的集油槽口直接相 连， 防止涂覆油受到传送机械的污染。
上述的复合谷物成型设备中的重力涂覆膜系统， 其中， 油脂回用步骤中， 将该下层 贮油箱收集的油脂， 通过油泵返回至上层贮油箱， 再经由油液节流阀控制流下， 重新回到油 膜涂覆步骤。
上述的复合谷物成型设备中的重力涂覆膜系统， 其中， 所采用的涂覆油脂为豆油， 橄榄油， 菜籽油， 经精滤的猪油， 经精滤的牛油中的一种或多种的混合物。
通过本发明所采用的技术方案， 可以得到以下优点 ：
1、 通过对挤压切割后产品涂覆油脂 ( 主要指各类食用油脂， 尤其指大豆油、 橄榄 油等植物油 )， 以使其在烘干之前可以得到更好的整体形态， 并且可以有效防止预干燥过程 中由于瞬间高温导致的开裂和破碎。
2、 对油脂的合理运用， 减少涂覆过程中油脂的浪费， 在保证涂覆效果的情况下， 尽可能地对涂覆油脂进行了最有效的利用。
3、 通过涂覆油脂， 也可以增加产品的风味。 附图说明
图 1 现有技术的挤压机 ； 图 2 现有技术的双螺杆结构 ； 图 3 本发明运用于的挤压成型设备的水平视图 ； 图 4 本发明运用于的挤压成型设备的俯视图 ； 图 5 本发明运用于的螺杆挤压机截面图 ； 图 6 本发明运用于的双挤压机正交分布图 ； 图 7 本发明运用于的挤压成型设备挤压螺杆控温装置与单根螺杆分布图 ； 图 8 本发明的重力涂覆膜系统正面视图 ； 图 9 本发明的重力涂覆膜系统的侧面视图 ； 图 10 本发明的重力涂覆系统膜系统与传送装置的示意图 ； 图 11 本发明的重力涂覆膜工艺流程图。具体实施方式 参见附图 3 及附图 4， 为本发明所运用于的挤压成型设备水平流程图以及设备的 俯视图。 包括进料装置 20， 螺杆挤压机 10， 挤出模具 40， 切割装置 30， 回转马达箱 50， 其中， 所述进料装置 20 为带有流量控制阀和监测装置的进料漏斗 ； 所述螺杆挤压机 10 包括安装 螺杆的腔体， 支撑支柱， 以及与腔体内部相互密闭咬合的多根螺杆 ； 所述挤出模具 40 共有 两个挤出盘 41， 挤出盘为锥台形状， 且挤出口分布在圆盘的外环面上 ； 所述切割装置 30， 包 括切割刀叶片 32， 切割刀转轴 32， 所述切割刀叶片 32 的贴近挤出盘 41 表面处的刀面为平 面或斜面， 直接用于切割的切割面平行于所述挤出盘 41 表面设置。 物料通过进料装置 20 进 入螺杆挤压机 10， 螺杆挤压机中有双螺杆或多螺杆结构进行水平的挤压和输送， 并且将所 述物料最终堆积至靠近挤出模具 40 的一端， 通过持续的螺杆转动过程， 将物料推挤入挤出 模具， 并且经由模具内的挤出孔， 所述挤出孔分布在圆形的挤出盘 41 上， 并且将物料由此 挤出。所述切割装置 30， 通过一切割刀转轴 31， 与外部的回转马达箱 50 通过转动轴 51 相 连接， 通过马达的转动轴的轴向传动， 使切割刀转轴 31 带动切割刀叶片 32 以一定的速率转 动。根据马达的调速， 将所述切割刀的转速可控范围为 ： 15RPM 至 600RPM 之间， 在本发明的 一体化挤压切割成型设备中， 适用于产品的优选转速为 ： 80-280RPM， 其中较常使用的转速 分别为 ： 110RPM， 150RPM， 180RPM 以及 220RPM。
挤出模具 40 设备共有两个挤出盘 41， 挤出盘均为锥台形状， 且在挤出模具的一侧 口径较小， 而在远离挤出模具的一侧口径较大。且挤出盘上分布有挤出口 42， 挤出口分布 在圆盘的外环面上。本发明优选的挤出孔布置方式， 如图 3 所示的挤出圆盘 41 上， 挤出口 3 个一组排列， 且每组的 3 个挤出口沿圆盘切线方向布置。可相对于圆盘按一定角度分配， 如 90°夹角， 共分配 4 组。或者也可以采取 120°夹角分配 3 组或者 60°夹角分配 6 组等 其他均布方式。挤出盘 41 的直径一般选择为 15 至 65 厘米之间， 优选为 15 厘米至 30 厘米 直径的挤出盘。挤出口 42 的直径控制为 1 毫米至 15 毫米之间， 根据不同的产品要求可选
择具有不同的直径挤出孔的挤出盘作为替换。 其中优选用于制造生产复原米粒设备的挤出 口的孔直径为 1.2 毫米或 3.8 毫米， 以使成品最终粒度能够接近天然大米。所述挤出口的 形状也可采用正方形、 长方形、 椭圆形等其他形状。
本发明的所运用于的挤压装置中的切割装置中， 切割刀叶片 32 通过轴套固定在 切割刀转轴 31 上， 通过切割刀转轴 31 通过回转马达轴向驱动， 带动切割刀叶片 32 转动。 切 割刀的叶片 32 长度略大于相邻挤出盘的半径， 叶片超出挤出盘的长度在 2-5cm 之间， 所述 的切割装置 30 还具有一个外罩， 以包覆整个切割刀叶片， 在其下部具有与位于挤出盘口正 下方的传送带相对应的方形缺口， 以防止物料在切割过程中飞散或溅射， 并且可以使其进 入传送带。所述叶片共有 4 片， 且沿其转动方向 ( 顺时针 ) 的叶片为弧形 ； 所述的叶片上用 于直接切割物料处具有一个切割面， 所述切割面平行于挤出盘平面。另外叶片可以设置为 整片平整地贴近挤出盘 ； 或者叶片整体与挤出盘平面倾斜， 但在接近切割面处的位置， 有一 段与挤出盘接近平行的过渡面， 其实际与挤出盘具有 0-15 度的倾斜角度。所述切割刀的切 割面与挤出盘之间的距离为 ： 1-15 毫米， 优选为 2-7 毫米。
参见图 5， 为本发明所优选运用的实施例中的螺杆挤压机的截面视图， 所述的螺杆 挤压机 10 的腔体内具有一内层腔体 6， 同内部螺杆 1， 2， 3 整体结合， 还包括一个进料槽口 5， 用于让预混原料进入挤压设备 ； 内层腔体 6 的形状紧贴螺杆结构的边缘设置 ； 内层腔体 6 外还设有一外层腔体 7， 所述内层腔体内密封有三根螺杆组成的三螺杆结构， 且支撑于外层 腔体 7 之间。且三根螺杆分上层螺杆组 1， 2 与下层螺杆 3 两层排布。其中， 上层螺杆组包 括第一上层螺杆 1 和第二上层螺杆 2， 两根螺杆高度相同， 相互不接触， 且转动方向相同， 物 料通过进料槽口 5 落入上层螺杆之间， 经过螺杆挤压和碾磨进入腔体中间区域。 下层螺杆 3 与上层螺杆组 1， 2 分别咬合， 下层螺杆 3 的转动方向与上层螺杆组的转动方向相反。 两根上 层螺杆的轴心与下层螺杆轴心连线所成的夹角为 75-85°， 其中优选 80-83°。所属螺杆挤 压机的底部设有恒温层 9， 内填充有恒温液体或蒸汽， 以保证装置的整体温度在大于 40℃。
因此， 进入中间区域的物料由下层螺杆与第二上层螺杆 2 挤压后部分进入螺杆组 底部， 其余部分进入第二上层螺杆 2 的传输轨迹中。随后， 底部的物料经第一上层螺杆 1 共同挤压后， 部分进入第一上层螺杆中， 再次与下层螺杆进行挤压 ； 其余部分则进入中间区 域。进入中间区域的物料以及直接由进料槽口落入的物料， 经由下层螺杆和第二上层螺杆 挤压， 分别进入底部和第二上层螺杆中。值得注意的是， 在此种三螺杆结构的挤压机中， 物 料驻留在下层螺杆中输送挤压的时间所占比重较多， 占总体的 65％～ 80％， 而只有部分物 料经过挤压回到上层螺杆中， 同时与物料本身的粘度特性有关， 粘度较大的物料， 进入上层 螺杆挤压的比例会较大。
因此， 除了常规的利用齿轮结构达到同时驱动三根螺杆的转动驱动装置来实施挤 压外， 也可以通过仅驱动下层螺杆的方式来进行使上方两根螺杆沿螺纹从动， 实现物料的 挤压， 并有效地减小过多空转和功率消耗， 实现输出功率的最大限度的利用。
在所述的内层腔体和外层腔体之间具有固定结构， 以维持两层腔体的稳定， 固定 结构为固定法兰、 固定支架等常规机械构型 ； 并且所述固定结构也可以为多孔材料制成的 缓冲层。 并且， 在所述的外层腔体与内层腔体的底部空隙中， 设置有温度调节装置 8， 具体来 说为加热装置， 可选择为电阻丝加热器或者蒸汽喷孔， 并且通过设置在挤压机轴向不同位 置的温度传感器来检测各段的温度。再由设置在轴向各段的加热装置， 通过电热控制电路或者蒸汽阀门来调节， 达到多段温度控制， 便于对不同挤压程度和位置的挤压产品进行温 度控制。
参见图 7， 为本发明所应用于的复合谷物成型设备的分段加热螺杆装置的视图， 如 图所示， 仅标识出一根下层螺杆 3， 每根螺杆都被分为多段， 包括挤压末端 106， 沿轴向依次 分布有第一挤压段 101， 第二挤压段 102， 第三挤压段 103， 第四挤压段 104 和第五挤压段 105。每段挤压段的螺纹密度均不相同， 其中最靠近末端 106 的第一挤压段螺纹密度最大， 其次是第二挤压段和第四挤压段， 第三挤压段及第五挤压段螺纹密度较小。 并且， 在相应的 各挤压段的附近， 也逐段分配有加热装置 8， 并且具体可根据不同的挤压段， 分为第一加热 装置 81， 第二加热装置 82， 第三加热装置 83， 第四加热装置 84， 第五加热装置 85。并且， 所 述的加热装置处于两根螺杆下方中间， 各自由单独的温度调节装置控制。 在本发明中， 所述 的加热装置为盘绕的热电阻， 并且在相应的加热装置处均设有温度传感器， 以便于调节各 具体点位的温度情况， 可以实现阶梯状控温。螺杆挤压机的挤压温度一般控制在 45-60℃， 其中在物料进入的第五挤压段处， 温度控制在 45-50℃， 第四挤压段处温度为 50-55℃， 第 三挤压段处温度为 45-55℃， 第一及第二挤压段温度为 55-60℃。
参见图 6， 为本发明的双挤压机正交分布结构图。包括两组的螺杆挤压机 10， 两组 挤压机相向布置， 共用同一个挤出模具 40， 所述的两个挤出盘 41 与螺杆挤压机正交分布。 同时， 也可以采取上下分层方式来实现两组以上的螺杆挤压机 10 共用同一挤出模具 40， 并 且所述挤出模具 40 的内壁需经过扩容和结构强化， 以使其能够承受多组挤压机共同产生 的巨大压力。 本发明的组合螺杆式挤压装置， 其中， 所述的挤压成型装置包括两组或以上的螺 杆挤压机 10， 两组挤压机相向布置， 连通至同一个挤出模具 40， 所述的两个挤出盘 41 与螺 杆挤压机正交分布。
上述的组合螺杆式挤压装置， 其中， 所述的螺杆挤压机 10 在更换螺杆过程中， 通 过停止螺杆驱动轴， 随后将螺杆与包覆在螺杆外侧的内层腔体共同松开至一定程度， 即离 开驱动轴固定部位 25 至 50 厘米处， 以机械臂或者吊挂系统， 将螺杆内层腔体与内部的螺杆 同时替换， 并将新的螺杆腔体与螺杆安装至机械设备之上。
在螺杆的内层腔体上设有拆卸槽， 拆卸槽沿轴向分布， 位于两个螺杆接触点的切 面方向上。并且， 通过将拆卸槽沿其长度方向切割破坏后， 可将内层腔体打开， 从而取出分 别包覆在腔体内的螺杆， 单独清洗和维护。并可以套上新的内层腔体来循环使用。
本发明的挤压成形装置， 其中， 所述的切割装置下方， 设置有传送装置 70， 传送装 置承接切割装置切割成型的产品， 运送至一烘干处理装置。
参见图 8 和图 9， 分别为本发明的涂覆系统 60 的正面和侧面视图， 所述涂覆系统 为垂直液膜涂覆系统， 包括上层储油箱 61， 下层储油箱 62， 油泵 69 和输油管路 68 ； 所述油 泵根据下层储油箱内的油量和油压情况， 不定期地将下层储油箱 62 内的油料提升至上层 储油箱 61 中。所述输油管路可以采用金属或硬塑料管， 也可以采用塑胶软管。所述涂覆系 统中间为一中空的涂覆框 64， 由涂覆框 64 顶部的多个紧密排列成一排的喷油口 66 形成的 液流 67 构成液膜， 对通过其中的物料表面进行涂覆。所述垂直液膜利用油脂本身所具有的 较强的表面张力， 维持一定厚度的液体垂挂面， 其厚度根据喷油口的选择和设置， 可控制在 0.8-1.5 毫米。所述涂覆框顶部具有储油槽 65， 用以储存和分配各喷油口 66 的储存油料。
所述的储油槽与下方的喷油口直接连通， 且储油槽 65 调整为水平状态， 以使各喷油口的流 量、 流速基本保持一致。储油槽 65 上方具有多个节流漏斗 63， 用以从上层储油箱中将油液 输送至喷油口 66 中， 各个节流漏斗中设有节流阀， 可单独调节， 以分配涂覆框内各部分液 流的平均程度。本发明的涂覆系统 60 的各个喷油口 66 的口径最大为 1.5 毫米， 并且所述 的相邻的喷油口的间距为 2-5 毫米， 以形成接近完整液膜的涂覆液流 67。
参见图 10， 为本发明涂覆系统与传送装置的结合示意图， 所述传送装置 70 设置与 挤出盘 41 和切割刀叶片 32 的正下方， 包括传送滚轮 71 和传送带 72。切割刀外侧设置有 包覆整个切割装置的挡板 ( 图中未示出 )， 以及在挡板下方开设的传送口， 切割完成的物料 得以进入传送带 72 上进行传输。所述传送带 72 通过间歇式传送的方式是传送带上的物料 得到一定程度的震动而分散。在所述传送带两侧具有防止物料散落的挡板， 在挡板即所述 传送带上， 均开设有细小的孔洞， 以便用于涂覆的油液流出。传送带上的物料， 在通过涂覆 系统 60 的涂覆框 64 的过程中， 经由从上至下的液流涂覆上一层油脂后， 传送至下一段传送 带。并且， 在设有涂覆系统的传送带中， 涂覆系统前后的位置处， 可以设有帮助油液回收至 下层储油箱 62 的刷子和挡板， 以利于油液回收再用。
涂覆膜可以起到防止谷物水合物的相互粘连、 与机器的粘连， 进一步防止后续干 燥过程中可能发生的开裂， 也利于维持颗粒状的谷物水合物的形状维持。
本发明还提供了一种重力涂覆膜工艺， 如图 11 所示， 具体包括如下步骤，
挤压成型步骤 ： 通过前期的挤压、 成型设备， 得到成型后的产品。
传输步骤 ： 成型后的产品落下至挤出盘下方传送带 72 上， 并经由传送带 72 进行传 送， 传送带两侧具有放置产品漏下的挡板， 并且产品在空气中进行适当的冷却。
油膜涂覆步骤 ： 产品进入油膜涂覆系统中， 经由上而下垂直落下的油膜层进行涂 覆， 所述的油膜厚度， 可通过节流阀调节， 一般控制在 2mm-5mm 之间。
半浸没步骤 ： 传送带底部以及底部两侧边缘处均设置有网状筛孔， 所述筛孔的孔 径一般为 2mm 以下， 优选为 1.2mm 或 0.8mm， 进一步传送至油膜涂敷设备。涂覆油液由上至 下流下， 对物料进行短暂半浸没。 达到半浸没的时间与油液流量有关， 可通过增加油液流量 以及来快速达到该半浸没时间。
油膜渗滤步骤 ： 当油液形成半浸没状态之后， 即关闭一段时间的油液节流阀， 使油 液不再通过上方流下， 此时已成半浸没状态的油液通过筛孔流出至下层集油装置。待油液 渗滤完成后， 再次开启节流阀， 进行新一轮涂覆。在渗滤步骤中， 油液仍处于半浸没状态， 从油液开始流下至渗滤步骤结束的时间间隔， 为一次半浸没周期， 该半浸没周期控制 5-15 秒。此外， 半浸没时间与筛孔孔径有关， 缩小筛孔孔径可延长该半浸没时间。为了使两次半 浸没时间之间尽可能减少不必要的油液的浪费， 两次油液喷出的时间间隔， 应当控制在 20 秒 -60 秒之间。
油脂收集步骤 ： 通过渗滤的油脂， 由一下层的贮油箱收集， 并且， 该贮油箱的进油 通道与传送带上的集油槽口直接相连， 防止涂覆油受到传送机械的污染。
油脂回用步骤 ： 将该下层贮油箱收集的油脂， 通过油泵返回至上层贮油箱， 再经由 油液节流阀控制流下， 重新回到油膜涂覆步骤。
本发明所采用的油脂为食用油脂， 具体可分为植物油脂和动物油脂， 包括 ： 豆油、 橄榄油、 菜籽油， 也可采用部分动物油脂， 如精滤过的猪油、 牛油等， 在涂覆过程中， 除了保证复合谷物产品不因干燥过程破裂， 还可增加其风味。
上述内容为本发明的具体实施例的例举， 对于其中未详尽描述的设备和结构， 应 当理解为采取本领域已有的普通设备来予以实施。