Материалы для СРСП 3 - Процессы и аппараты пищевых производств

# Процессы и аппараты перерабатывающих производств

5В073200- Стандартизация и сертификация __ст.преводаватель__ Саидов А.М.

## Материалы для СРСП 3

ПЕРЕМЕШИВАНИЕ И СМЕШИВАНИЕ

Цель: сформировать представление о принципах перемешивания и смешивания

План

1 Общие сведения

2 Перемешивание в жидкой среде

3 Псевдоожижение

1 Общие сведения

Процесс усреднения концентрации составных частей и температур в смесях жидких, сыпучих и пластических материалов называется перемешиванием.

Способы перемешивания подразделяются на механические, циркуляционные, пневматические (барботажные) и поточные.

Способы выбирают в зависимости от назначения перемешивания, а также от основных характеристик процесса (температуры, давления), свойств перемешиваемой среды, производительности аппарата и всей технологической линии.

По состоянию перемешиваемой среды перемешивание подразделяется:

• на перемешивание в жидкой среде;

• перемешивание сыпучих материалов;

• перемешивание пластических материалов.

Перемешивание применяют для следующих целей:

• обеспечения равномерного распределения твердых частиц в объеме жидкости (создание суспензий)',

• равномерного распределения и дробления до заданных размеров частиц жидкости в жидкости или газа в жидкости (образование эмульсий, аэрация)',

• интенсификации нагревания или охлаждения обрабатываемых масс;

• интенсификации массообмена в перемешиваемой системе (растворение, выщелачивание).

Наиболее важными характеристиками перемешивающихся устройств являются их эффективность и интенсивность действия.

Эффективность перемешивающего устройства характеризует качество проведения процесса перемешивания и может быть выражена по-разному, в зависимости от цели перемешивания. Например, в случае образования суспензий и эмульсий эффективность перемешивания определяется тем, насколько близки концентрации целевого компонента в различных точках сосуда, т.е. однородностью полей концентраций. При интенсификации тепловых и диффузионных (массообменных) процессов эффективность характеризуется отношением коэффициентов теплоотдачи и массоотдачи при перемешивании и без него.

Интенсивность перемешивания определяется продолжител ьностью достижения заданного технологического результата.

2 Перемешивание в жидкой среде

Для перемешивания жидких сред используют разные способы.

Механическое перемешивание. Механическое перемешивание осуществляется вращающимися механическими мешалками разных конструктивных типов (рис. 3.50). Из них чаще всего применяются: лопастные — с плоскими лопастями; пропеллерные — с винтовыми лопастями; турбинные; специальные (якорные, рамные и др.).

Лопастные мешалки. Лопастные мешалки используют для перемешивания жидких сред с умеренной вязкостью.

Простейшие лопастные мешалки имеют две плоские лопасти, установленные в вертикальной плоскости, т.е. перпендикулярно к направлению вращения (рис. 3.51). Лопасти укреплены на вертикальном валу, который приводится во вращение от зубчатой или червячной передачи и в зависимости от типа аппарата делает 12... 80 об/мин. Диаметр лопастей составляет примерно 0,7 диаметра сосуда, в котором вращается мешалка.

При малой частоте вращения мешалки жидкость совершает круговое движение, т.е. вращается по окружностям, лежащим в горизонтальных плоскостях, в которых движутся лопасти. В этих условиях не происходит смешивания разных слоев жидкости, поэтому интенсивность перемешивания низкая.

Интенсивное перемешивание достигается в результате появления вторичных потоков и вихревого движения жидкости. Вторичные потоки образуются под действием центробежных сил, вызывающих движение жидкости в плоскости вращения лопасти от центра сосуда к его стенкам. Вследствие этого, в центре сосуда создается пониженное давление, причем в область пониженного давления всасывается жидкость из слоев, лежащих выше и ниже лопасти. В результате в сосуде происходит циркуляция жидкости.

Вторичные потоки, сливаясь с основным круговым движением жидкости, создают сложное движение, при котором происходит интенсивное перемешивание отдельных слоев. Интенсивность перемешивания возрастает с увеличением числа оборотов; однако еще быстрее увеличивается мощность, потребляемая мешалкой.

При круговом движении жидкости на ее поверхности под действием центробежной силы образуется воронка, которая приводит к ухудшению использования объема сосуда.

При увеличении числа оборотов возникает беспорядочное вихревое движение жидкости, при этом вихри соударяются друг с другом по всему объему жидкости. В этих условиях достигается высокая равномерность и интенсивность перемешивания. Для образования вихревого движения в корпусе мешалки устанавливают отражательные перегородки в виде вертикально поставленных полос.

К достоинствам лопастной мешалки можно отнести простоту устройства, дешевизну изготовления и удовлетворительное перемешивание умеренно вязких жидкостей.

Недостатками таких мешалок являются малая интенсивность перемешивания и непригодность для перемешивания легко расслаивающихся веществ.

Турбинная мешалка. Аппараты таких типов обеспечивают хорошее перемешивание вязких жидкостей и жидкостей, содержащих взвешенные частицы.

Турбинные мешалки (см. рис. 3.50, г—е) бывают двух видов: открытые и закрытые, имеющие лопастное колесо с каналами. Турбинные мешалки работают при скорости вращения 100... 350 об/мин и производят интенсивное перемешивание жидкости.

Открытые турбинные мешалки создают вращение нескольких лопастей, расположенных под углом к вертикальной плоскости, образуя наряду с радиальными осевые потоки жидкости, что способствует интенсивному перемешиванию ее в больших объемах. Интенсивность перемешивания возрастает, если установить в сосуд отражательные перегородки.

Закрытые турбинные мешалки создают преимущественно радиальные потоки жидкости при небольшой затрате кинетической энергии. Образующиеся радиальные потоки жидкости имеют достаточно большую скорость и распространяются по всему сечению аппарата, достигая наиболее удаленных его точек.

К достоинствам турбинных мешалок относятся быстрота перемешивания и растворения, эффективное перемешивание вязких жидкостей и пригодность для непрерывных процессов.

Недостатком турбинных мешалок является сравнительная сложность и высокая стоимость изготовления.

Процесс перемешивания осуществляется в смесителях периодического или непрерывного действия, оборудованных специальными перемешивающими элементами — рамами, шнеками, лентами и др. Виды элементов перемешивающих устройств для пластических материалов показаны на рис. 3.60.

Выбор типа машин определяется характером обрабатываемого материала. Так, пластические массы (например, ржаное тесто) могут перемешиваться в мешалках с вращающимся месильным органом. Эластично-упругие массы (например, пшеничное тесто из муки высшего сорта) — в смесителях со сложной траекторией движения.

3 Псевдоожижение

Процесс псевдоожижения можно наблюдать в мелкозернистом слое, через который движется восходящий поток жидкости или газа.

Если через слой зернистого материала проходит при небольшой скорости поток газа (жидкость), то этот слой неподвижен.

При увеличении скорости потока газа (жидкости) выше некоторого критического значения слой перейдет во взвешенное состояние, т.е. он «кипит». Взвешенный слой мелкозернистого материала обычно поддерживается в аппаратах прямоугольной, цилиндрической или конической формы с помощью решетки, служащей также и для равномерного распределения ожижающего потока. Однако существует ряд аппаратов (гидротранспорт, распылительные сушилки и др.), работающих в гидродинамическом режиме, соответствующем выносу материала из аппарата с газовым потоком.

Метод «кипящего» (псевдоожиженного) слоя широко используется в абсорбции, адсорбции, сушке, экстрагировании и других процессах в качестве прогрессивного технологического способа, обеспечивающего непрерывное взаимодействие газовой (жидкой) среды с зернистым твердым материалом в условиях выравнивания температуры или концентрации.

Для улучшения концентрации, эффективности использования взвешенного («кипящего») слоя в настоящее время развиваются следующие направления:

• псевдоожиженный слой под давлением и при высоких температурах;

• псевдоожиженный слой в центробежном слое;

• псевдоожиженный слой с импульсной циркуляцией ожижающего потока;

• виброкипящий слой;

• фонтанирующий слой и др.

Контрольные вопросы

1. Для каких целей используются процессы перемешивания и смешивания?

2. Какие конструкции мешалок применяются в пищевой технологии и от чего зависит их выбор?

3. Как определяется мощность, потребляемая мешалкой?