Практическое занятие № 18.

Тема: Анализ закономерностей процесса перемешивания жидкостей с различной вязкостью.

Цель работы:изучить конструкцию и работу перемешивающих машин и изучить закономерности процесса перемешивания.

Порядок выполнения работы:

31. Записать в тетради тему практической работы.

32. Ознакомится с конструкцией и принципом действия перемешивающих машин.

33. Произвести сравнительный анализ Лопастных мешалок.

34. Записать вывод о проделанной практической работе.

35. Ответить на контрольные вопросы.

 

Содержание работы:Процессы перемешивания в пищевых технологиях. В различных производствах встречаются технологические процессы, цель кото­рых - получение однородной смеси из различных компонентов. Компоненты могут быть представлены твердыми, сыпучими, жид­кими и газообразными телами. В результате перемешивания могут быть получены и неоднородные системы, например эмульсии и суспензии.

В процессах тепло- и массообмена, осуществляемых в двух и бо­лее фазах, скорость переноса будет тем больше, чем выше интен­сивность перемешивания, так как при этом увеличивается поверх­ность контакта фаз.

Наиболее часто перемешивание осуществляется в жидкостях. Такое перемешивание сопровождает растворение твердых веществ в жидкости, кристаллизацию из перенасыщенных растворов, хими­ческие реакции и т. д.

Интенсивным перемешиванием осуществляют эмульгирование жидкостей в производстве майонеза.

Перемешиванием вязких компонентов в течение определенного времени достигается высокая однородность массы во многих пище­вых производствах. Этот процесс называют гомогенизацией. В хле­бобулочных и кондитерских производствах процессы гомогениза­ции в тестомесильных агрегатах сопровождаются сложными биохи­мическими превращениями, поэтому перемешивание теста отнесе­но к специфическим технологическим процессам.

Гомогенизация есть процесс перемешивания, в результате кото­рого образуется смесь с одинаковыми свойствами в любой точке ее объема.

Продолжительность гомогенизации (с) зависит от типа мешалки и частоты ее вращения и определяется по эмпирическому уравне­нию

τ = С_τ / n

 

где С_τ — константа, зависящая от типа мешалки (определяется экспериментально); n — частота вращения мешалки, с^-1.

 

Перемешивание можно осуществить с помощью механических мешалок (механическое перемешивание), с помощью энергии жид­ких потоков в специальных камерах (поточное перемешивание) и, наконец, за счет энергии газа или пара (пневматическое перемешивание, или барботаж).

Механическое перемешивание. Мешалки. Механические мешал­ки представляют собой емкости, в которых с различной скоростью перемещаются различные по форме рабочие органы. Наиболее рас­пространены в пищевой промышленности лопастные ме­шалки (рис. 1), плоские лопасти которых закреплены на вра­щающемся валу. Лопасти устанавливают перпендикулярно к на­правлению движения или под углом к нему. На одном валу может быть две лопасти и более. Иногда лопасти располагают в несколько рядов.

Лопасти мешалок отличаются формой: от простой прямоуголь­ной до сложной конфигурации. Чтобы избежать вращения жидко­сти в аппарате вместе с лопастями мешалки, на внутренней поверх­ности мешалок устраивают отражатели.

Тип мешалки и частоту вращения рабочего органа выбирают в зависимости от свойств перемешиваемых систем.

Простые лопастные мешалки применяют для перемешивания жидкостей малой вязкости (разбавленные водные растворы). Для более вязких жидкостей рекомендуется использовать рамные и решетчатые мешалки, а также мешалки с отражателями. Частота вра­щения лопастных мешалок обычно 20...30 об/мин.

 

Рис 1. Лопастные мешалки:

а — с двумя лопастями; б— якорная; в — пропеллерная; г — турбинная

 

Для циркуляционного перемешивания суспензий используют мешалки якорного типа.

Пропеллерные мешалки применяют для создания циркуляции жидкости в осевом направлении. Диаметр пропеллера обычно принимают равным от 1/3 до 1/4 диаметра аппарата. Часто­та вращения 150... 1000 об/мин. Эти мешалки применяют для пере­мешивания мало- и средневязких жидкостей. Ось мешалки этого типа может располагаться под углом к вертикали.

Рабочий орган турбинных мешалок напоминает ра­бочее колесо центробежного насоса. Частота вращения 200... 2000 об/мин. Жидкость с двух сторон вдоль оси всасывается в турбинку и центробежной силой выбрасывается по радиусу вращения, образуя циркуляцию. Для уменьшения гидравлических сопротив­лений иногда устраивают вокруг турбинки неподвижное колесо с направляющими лопатками. Турбинные мешалки применяют для перемешивания любых жидкостей независимо от их вязкости, а также суспензий с содержанием твердой фазы до 60 % и размером частиц до 25 мкм.

Циркуляционное, поточное и пневматическое перемешивание. При транспортировании жидкости по трубам с большой скоростью про­исходит интенсивное перемешивание — турбулизация потока. По­этому для перемешивания жидкостей, содержащихся в аппарате (рис. 2.), достаточно поставить рядом с аппаратом 1 циркуляци­онный насос 2, который в течение некоторого времени будет пере­качивать жидкость. Такое перемешивание называют циркуляцион­ным. Эффективность перемешивания значительно возрастает, если жидкость в аппарате распыляется или вводится тангенциально. Ин­тенсивность циркуляционного перемешивания зависит от расхода жидкости в циркуляционном насосе и объема самого аппарата.

Для смешивания чистых жидкостей, например спирта-сырца и воды при ректификации спирта, используют струйные насосы. При этом перемешивание происходит в потоке и называется поточным. Для перемешивания невязких жидкостей в трубопроводах устраи­вают смесители, рабочий орган которых выполнен из последова­тельно установленных разнозакрученных шнеков или турбинок. Поточное перемешивание осуществляется за счет кинетической энергии потоков. Эти же устройства можно использовать для пере­мешивания жидкостей и газов.

В бродильных производствах применяют полочные смесители (рис.3.). На полках смешиваются патока и вода. При этом холод­ная и горячая вода подается на разные полки по зонам, что позволя­ет поддерживать заданную температуру.

Пневматическое перемеши­вание жидких смесей осуществ­ляют с помощью воздуха, газа или пара. В нижней части аппа­ратов этого типа устраивают «барботер» — перфорирован­ную трубу, через которую под

избыточным давлением подается газ или пар в виде пузырьков. С этой же целью используют и газлифты.

 

Рис. 2. Схема циркуляционного перемешивания:

1 — аппарат; 2— циркуляционный насос

 

Рис. 3. Рис. 4.

 

Рис. 3. Полочный смеситель для жидкостей:

1 — корпус; 2— полки

 

Вопросы:

1. Для перемешивания каких смесей применяют лопастные мешалки?

2. Какие мешалки вращаются с большей частотой — лопаст­ные или пропеллерные?

3. Какой процесс называют гомогенизацией?

4. Чем отли­чается от обычной формула модифицированного критерия Рейнольдса?

5. Как осуществляется циркуляционное перемешивание?