Optimization of processing parameters of a ball mill refiner for chocolate

ABSTRACT

The aim of this work was to optimize the ball mill based refining process of chocolate, in terms of refining time and energy consumption. Experiments were planned following a central composite design (CCD), considering refining time (rt) and agitator shaft speed (as) as factors. The experimental variables measured were chosen from the main characteristics that describe unmoulded chocolate. A complete second-order model was fitted to the experimental data. The most significant coefficients were that of energy consumption, iron content and particle size. Optimization consists in a bound minimization of refining time using the desirability function. Before experiments, working conditions were 70 rpm for as and 55 min for rt. The optimum conditions calculated by optimization were as follows: 58 rpm for as and 38.5 min for rt. The new working conditions identified for the ball mill considered enabled to rise output from 109 kg/h to 156 kg/h, with a 43% increase in productivity. A control experiment carried out in the optimized conditions to corroborate the results obtained, confirmed calculated expectations of response variables.

INTRODUCTION

The current European legislation (Dir. 2000/36/CE; UE, 2000) designates chocolate as the product obtained from cocoa products and sugars, which contains not less than 35% total dry cocoa solids, including not less than 18% cocoa butter and not less than 14% dry non-fat cocoa solids. The most traditional methods of chocolate-making are based on the mixing of ingredients, grinding by roll refiners (refining phase), conching, and tempering. Above all, conching is carried out in order to remove moisture and undesirable flavours while developing the pleasant ones. In addition, since the previous grinding process will have created many new surfaces not yet covered with fat, the con ching phase coats these new surfaces and improves the flow properties (Beckett, 1999). The tempering process is a technique of controlled crystallization that is necessary to induce the most stable solid form of cocoa butter (which is a polymorphic fat) in the finished product (Talbot, 1999). Chocolate refining depends on product type (milk, dark or compound), on process (crumb vs. milk powder) and on ingredients (granulated or powder sugar). Grinding operations may be evaluated on the basis of their costs (capital, maintenance and energy) and the characteristics with which they provide the product (particle size distribution, particle shape and minimization of contamination).

چکیده

هدف از این کار، بهینه سازی روند پردازش شکلات توپ آسیاب با توجه به زمان پالایش و مصرف انرژی بود. آزمایش ها پس از طراحی کامپوزیت مرکزی (CCD)، با توجه به زمان پالایش (RT) و سرعت شفت مخلوط (as) به عنوان عوامل پیش بینی شده بود. متغیرهای آزمایشی اندازه گیری شده از ویژگی های اصلی که شکلات بدون شکل را انتخاب می کنند انتخاب شدند. یک مدل کامل مرتبه دوم به داده های تجربی متصل شد. مهمترین ضرایب مربوط به مصرف انرژی، محتوای آهن و اندازه ذرات بود. بهینه سازی شامل کاهش حداقل زمان پالایش با استفاده از تابع مطلوبیت می باشد. قبل از آزمایشات، شرایط کار 70 دور در دقیقه بود و برای 55 دقیقه در دقیقه. شرایط بهینه با بهینه سازی محاسبه شده به شرح زیر است: 58 دور در دقیقه در دقیقه و 38.5 دقیقه در دقیقه. شرایط کار جدید مشخص شده برای توپ آسیاب در نظر گرفته شده است به افزایش تولید از 109 کیلوگرم در ساعت به 156 کیلوگرم در ساعت، با افزایش 43٪ در بهره وری. آزمایش کنترل انجام شده در شرایط بهینه شده برای تایید نتایج به دست آمده، انتظارات محاسبه شده از متغیرهای پاسخ را تایید کرد.

مقدمه

شکل 1: شکلات به عنوان محصول تولید شده از محصولات کاکائو و قندها حاوی 35 درصد کل خشک کاکائو خشک، از جمله کره کاکائو کمتر از 18 درصد و نه کمتر از 14٪ جامدات کاکائو غیر چربی خشک. روش های سنتی ساخت شکلات براساس ترکیب مواد اولیه، آسیاب کردن توسط رولزنان رول (مرحله پالایش)، خرد کردن و خرد کردن است. مهمتر از همه، برای جلوگیری از رطوبت و طعم های نامطلوب در حین توسعه آن ها دلپذیر است. علاوه بر این، از آنجایی که روند پیش ریختن قبلی باعث ایجاد بسیاری از سطوح جدید نشده است که با چربی پوشانده شده است، فاز تعلیق این سطوح جدید را پوشش می دهد و خواص جریان را بهبود می بخشد (Becket، 1999). فرایند خنک کننده یک تکنیک کریستالسیون کنترل است که برای ایجاد جامد پایدار از کره کاکائو (که یک چربی پلی مورفیک است) در محصول نهایی ضروری است (Talbot، 1999). پالایش شکلات بستگی به نوع محصول (شیر، تیره یا ترکیب)، در فرآیند (خرده در مقابل پودر شیر) و در مواد (دانه گرانول یا پودر شکر). عملیات سنگ زنی ممکن است بر اساس هزینه های آنها (سرمایه، نگهداری و انرژی) و ویژگی هایی که محصول آنها را ارائه می دهند (توزیع اندازه ذرات، شکل ذرات و به حداقل رساندن آلودگی) ارزیابی شود.

Year: 2016

Publisher : ELSEVIER

By : C. Alamprese , L. Datei , Q. Semeraro