Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






Методи характеристики дисперсних систем



Важливим для аналізу процесів дисперегування та апаратів для їхнього проведення є характеристика полідисперсійних гетерогенних систем з розподілу частинок за їхніми розмірами. Для характеристики використовують три основні методи: табличний,графічний, математичний. При табличному методі може бути представлене розподілення рахункове, об'ємне по масі. При першому частинки розподілені по їх кількості(таб1.1). Об'ємне розподілення представляє собою об'єм частинок, що мають той чи інший розмір. Розподілення по масі показує яку масу мають частинки даного розміру у порівнянні з загальною масою дисперсної фази.

Таблиця1.1

 
Розмір частинок Мкм Кількість частинок даного розміру Класу, % від загальної кількості  
1-2 2-3 3-4 4-5 і більше  
     

Характеристика процесу перемішування

Перемішування називаєтьсяпроцес взаємного переміщення частинок однієї речовини в іншій з метою їх рівномірного розподілу у обємі, що перемішується. При чому перемішування можуть як речовини, які перебувають в однаковому агрегатному стані, так і в різному.

Процес перемішування у рідинному середовищі використовується:

· Для отримання розчинів;

· Для отримання гетерогенних систем;

· Для зберігання гетерогенної системи і запобігання розшарування, випадіння осадку чи спливання легких фракцій;

· Для інтенсифікації тепло - і масообмінних процесів

Механічне перемішування будується на використані різного типу мішалок,які розміщаються в ємкостях і здійснюють обертальний рух (рис.1.1)

Основні типи механічних мішалок ( рис.1.1)

дисперсний перемішування емульгування

Лопатеві і рамні мішалки використовують для перемішування малов'язких рідин; пропелерні - рідин помірної в'язкості; турбінні - нев'язких і в'язких систем; якірні і шнекові - високов'язких і пластичних систем.

Пневматичне перемішування засноване на тому, що через рідинну систему пропускають (барботують) стиснене повітря або якийсь газ( рис1.3). Такий вид перемішування доцільно застосовувати для збивання харчових сумішей, при замочуванні чи митті зерна, круп.



Циркуляційне перемішування засноване на тому, що через рідинну систему багаторазово пропускають через насос по замкнутому контуру « насос-емкість». Використання для отримання стійких емульсій і суспензій для сатурації рідини з ціллю отримання газових напоїв (рис.1.4).

В якості насосів при циркуляційному перемішуванні найчастіше застосовується відцентрові і струменеві насоси.

Перемішування в потоці способом створення штучної турбулізації виконують для малов'язких рідин, коли одна з них розчиняється в іншій(рис.1.5).

Рис.1.5. Схема пристроїв для перемышування в потоцї:

а,в- змішувачі з перегородками;б- струменевий змішувач;

1,2- патрубки введення компонентів; 3- камера змішування;

4-перегородки-турболізатори; 5- вихідний патрубок;

6-дифор;7-конфузор

У змішувачі перемішування виникає за рахунок багаторазовій зміні напряму руху, що призводить до появи інтенсивної турбулізації потоку. При застосовуванні змішувача процес перемішування досягає за рахунок створення потоку рідини, який поперемінно розширяється чи звужується.

Для перемішування рідини з рідиною і рідини з газом застосовується струменевий змішувач. В якості елемента, що викликає турбулізацію потоку, використовується нерухомий шнек.

Піноутворення



Процес піноутворення полягає у диспергуванні у рідині газу чи повітрі. Він поділяється на власне піноутворення і збивання.

Піноутворення у громадському харчуванні використовується для обробки малов'язких рідин, наприклад у приготуванні різних газонаповнених коктейлів. Збивання застосовується у виробництві кремів, суфле, морозива, збитих вершків та ін.

Для отримання стійких пін використовується стабілізатори- поверхнево-активні речовини.

Стабілізатори пін:

· Желатин концепція 3%

· Козеїн,козеїнат натрію,концепція 1%

· Яечний білок,концентрація 6%

· Метилцелюлоза, концентрація 0,5…0,8%

Псевдозрідження

Сутність псевдозрідження полягає в тому, що під час продування повітря або рідини з певною швидкістю через шар зернистого матеріалу, що розташований на решітці, він переходить у завислий стан, набуває властивості текучості і перемішується по решітці. Зовні такий шар нагадує киплячу рідину.

Під час руху рідини або повітря через зернистий шар можливі такі варіанти взаємодії:

· При невеликих швидкостях повітря фільтрується через нерухомий шар; при цьому порізненість шару залишається незміною і дорівнює 0,4(рис.3.13,а)

· Зі збільшенням швидкості повітря до такого значення, при якому підіймальна сила потоку стає рівною вазі шару частинок,шар набуває текучості і переходить у псевдозріджений стан.(рис3.13,б)

· За більшої швидкості потоку повітря підіймальна швидкість перевищує вагу шару, частинки захоплюються потоком і починають переміщуватися разом із ним, тобто розпочинається пневмотранспортування матеріалу, яка відповідає цьому моменту, називається другою критичною швидкістю винесення.(рис3.13,в)

Графічне зображення взаємодії зернистого шару з матеріалом подано на рис 3.14 Пряма АВ відповідає нерухомому шару, лінія ВС- псевдозрідженому шару. Від точки С, яка відповідає другій критичній швидкості,починається винесення.

Процес псевдозрідження широко використовується для сушіння зернистих матеріалів, миття та гідратації круп, очищення матеріалів від легких домішок

Осадження матеріалів

Осадження -виділення твердих чи рідких частинок із рідких або газових неоднорідних систем під дією сили тяжіння, відцентрових сил чи сил електричного поля.

Сутність осадження полягає в тому, що неоднорідна система, яка знаходиться в апараті у стані спокою або рухається в ньому з малою швидкістю, розподіляється на складові частини під дією сили тяжіння. Невелика швидкість осадження частинок під час відстоювання не забезпечує виділення із суміші тонкодисперсних частинок, тому відстоювання використовується для грубого розділення неоднорідних систем. Основним показником, що характеризує процес відстоювання є швидкістю осадження.

Диспергування

Диспергування - це процеси подрібнювання рідких, твердих і газових речовин у рідині, а також подрібнювання рідких і твердих речовин у газі з метою утворення дисперсних систем. Дисперсійне середовище - це рідина або газ, а дисперсна фаза може бути рідиною (при цьому після диспергування одержують емульсію або туман), твердим матеріалом (після диспергування одержують суспензію або пил) чи газом (одержують піни).

Серед процесів диспергування виділяють три основних: емульгування, гомогенізацію та розпилення рідин.

Емульгування - це процес диспергування з метою одержання емульсій, тобто систем із двох рідин, які не змішуються між собою. Прикладом таких неоднорідних систем є емульсії жирів і води. Жири та олії у воді не розчиняються і з нею не змішуються. Вони можуть утворювати з водою емульсії різних типів. Якщо краплини жиру (дисперсна фаза) розподілені в суцільній масі (дисперсійне середовище), то утворюється емульсія "жир у воді", яка ще має назву емульсії прямого типу. Типовим представником емульсій прямого типу є молоко, в якому дуже подрібнені краплини молочного жиру розподілені в масі води. Якщо подрібнені крапельки води розподілені в суцільній масі жиру, то вони утворюють емульсію "вода в жирі", яка має назву емульсії зворотного типу. За відповідних умов емульсія одного типу може переходити в емульсію іншого типу. Трапляються емульсії змішаного типу, в яких обидві речовини, які входять до емульсії (жир і вода) утворюють суцільну масу. Вони найчастіше утворюються при значній концентрації в воді жиру.

Прикладом емульсій змішаного типу може бути вершкове масло, яке вміщує в середньому 82,5% жирів і до 16% води, а також деякі види маргарину. Слід сказати, що в 1 г вершкового масла знаходиться від 9 до 25 млрд склеєних між собою жирових кульок і від 8 до 16 млрд водяних краплинок.

Емульсії гину "жир у воді" за концентрацією дисперсної фази поділяються на три види:

-розбавлені, в яких вміст жиру становить до 2% і розмір частинок сягає 1(Г7 м. Такі емульсії стійкі і без введення стабілізаторів;

концентровані - з вмістом жиру до 74%;

висококонцентровані з вмістом жиру понад 74%.

На характер емульсії, на деякі її властивості впливають розміри краплинок дисперсної фази. Розміри краплинок характеризують дисперсність емульсії: чим вони менші, тим вища її дисперсність і стійкість. Для одержання і зберігання стійких емульсій необхідно використовувати спеціальні речовини - емульгатори, які, по-перше, знижують поверхневий натяг на межі розділу між жировою краплиною й водою. По-друге, емульгатори створюють на поверхні жирових частинок тонесеньку оболонку, яка надає їм стійкості та перешкоджає розшаруванню емульсій (перешкоджає злиттю крапель емульсії між собою).

У природі й техніці існує велика кількість різних емульгаторів. Найбільш використовувані в харчовій промисловості та ресторанному господарстві емульгатори наведені на рис. 2.20. Ефективність емульгування залежить від температури проведення процесу. Для отримання емульсій на основі рослинної олії найкращі умови створюються за температуру жиру 18-20°С. При використанні інших жирів їхня температура повинна бути на 15-20°С вищою за температуру плавлення.

 
Емульгатори  
   
       
Желатин, концентрація 3-5   Козеїн,козеїнат натрію концентрація 1   Яєчний білок концентрація 5-6%   Агар-агар концентрація 1-3%  
               

Для проведення емульгування використовують розмішувальні та циркуляційні апарати (див. розділ 2.2.2), а також колоїдні млини, відцентрові, вихрові та ультразвукові емульсори. Диспергування в колоїдному млині (рис. 2.21) здійснюється за рахунок великого градієнта швидкості в проміжку 2 між ротором З і нерухомим конічним статором 1. При цьому форма роторів у сучасних колоїдних млинах буває різна: конусна, циліндрична, зубчаста та ін.

Величина зазору між ротором і статором регулюється і становить 0,05-0,5 мм. Відомі колоїдні млини, в яких зазор становить 0,025 мм. Частота обертання ротора в колоїдних млинах досягає 250-400 с", а продуктивність - 1,7 л/с. Для виготовлення паст і в'язких емульсій використовуються млини з меншою швидкістю і продуктивністю.

Продуктивність колоїдного млина можна регулювати, змінюючи величину зазору між статором і ротором або швидкість обертання ротора.

Принцип дії відцентрових емульсорів (рис. 2.22) полягає в тому, що суміш води, жиру, емульгатора надходить до швидкообертового пристрою і під дією відцентрової сили відкидається через вузькі щілини або отвори, внаслідок чого відбувається диспергування. У кільцевому відцентровому емульсорі (рис. 2.22, а)

Принцип дії відцентрових емульсорів (рис. 2.22) полягає в тому, що суміш води, жиру, емульгатора надходить до швидкообертового пристрою і під дією відцентрової сили відкидається через вузькі щілини або отвори, внаслідок чого відбувається диспергування. У кільцевому відцентровому емульсорі (рис. 2.22, а) викидання суміші через щілини здійснюється багатократно. Із вхідного патрубка вихідна суміш поступає спочатку на перше кільце 2, яке розташоване на диску З, що обертається. Через отвір у цьому кільці суміш викидається і потрапляє на друге кільце, яке розташоване па диску і т. д. Після викиду емульсії через отвори четвертого кільця, розташованого на диску, вона виходить через патрубок 4 для відведення емульсії. Частота обертання диску в цьому емульсорі дорівнює 10-20 с-1 . У дисковому емульсорі (рис. 2.22, б) диск 1 має частоту обертання до 200 с-1. Сила, що розвивається рідиною, яка емульгується в роторі відцентрового емульсора, може бути визначена за формулою

F=mvІ?/r,(2.26)

де т - маса суміші, кг; у0 - колова швидкість, м/с; г - радіус обертання.

Гомогенізація використовується для подальшого диспергування емульсій (розмір жирових частинок - 8-10 мкм) з метою отримання продукту, розмір дисперсної фази якого не перевищує 1-2 мкм. Гомогенізації піддають молоко, вершки, суміші для морозива. При цьому жир не відстоюється, змінюються лише деякі фізичні властивості продуктів (наприклад збільшується в'язкість) і поліпшується смак продуктів. Гомогенізація таких продуктів, як плавлені сири і вершкове масло, поліпшує їх консистенцію, стійкість під час зберігання.

Процес гомогенізації здійснюють на апаратах, які називаються гомогенізаторами. Найбільше поширення набули клапанні гомогенізатори. Основною частиною гомогенізатора клапанного типу є гомогенізувальна головка, принципова схема якої показана на рис. 2.23. Вона включає патрубок для надходження продукту І,сідло клапана 2, клапан 3 і пружину 4. Пружина 4 регулює висоту клапанної щілини.

Принцип дії клапанних гомогенізаторів зводиться до того, що молоко (або інша емульсія) під великим тиском (8-60 МПа) протискується через вузьку кругову щілину між сідлом і клапаном (висотою 80-100 мкм), де й відбувається подрібнювання жирових кульок. При вході в клапанну щілину швидкість руху емульсії різко зростає. Якщо швидкість потоку перед щілиною становить декілька метрів за одну секунду, то швидкість у клапанній щілині перевищує сотні метрів за одну секунду. у зоні різкої та великої зміни швидкості жирова частина витягується і від неї внаслідок дії сил поверхневого натягу відриваються малі частинки, величина яких залежить від величини тиску гомогенізації. Високий тиск у гомогенізаторі створюється багатоплужерним насосом.

Розпиленнярідин - це процес диспергування рідин у газове (повітряне) середовище, який використовується при сушінні рідких і в'язких продуктів, для зволоження повітря в розпилювальних камерах, для підтримання процесу горіння рідкого палива в паливних пристроях тощо.

Процес диспергування рідини в газове середовище полягає в подрібненні струменя або його плівки на велику кількість крапель і розподілі цих крапель у просторі.

Основними показниками, які характеризують якість розпилювання, є тонкість і однорідність розпилювання, а також далекість струменя.

Залежно від способу підведення енергії на диспергування рідин розрізняють такі способи розпилювання: гідравлічний, механічний, пневматичний, електричний, ультразвуковий, пульсаційний.

Гідравлічне розпилювання відбувається завдяки вільному розпилюванню струменя, який витікає з великою швидкістю з отвору форсунки. Основним енергетичним фактором, який призводить до розпаду рідини на краплі, є тиск нагнітання. Форсунки для гідравлічного диспергування за принципом дії поділяються на струминні, зі співударом струменів, відцентрові.

Струминні форсунки являють собою насадку з циліндричним або будь-якої іншої форми отвором (соплом). Витікаючий із нього під дією перепаду тиску струмінь розпадається на краплі різного розміру. На рис. 2.24 в якості прикладу наведено схеми струминних форсунок з циліндричним (рис. 2.24, а) та кільцевим (рис. 2.24, б) соплом.

Форсунки зі співударом струменів працюють за принципом розбивання на краплі декількох струменів, які витікають із відповідних насадок і стикаються між собою. У відцентрових форсунках (рис. 2.24, «) потік рідини перед виходом із сопла набуває обертового руху, що сприяє більш інтенсивному розпаду струменя. Гідравлічне диспергування - простий і економічний за споживанням енергії спосіб диспергування (споживається 2-4 кВт на диспергування 1 т рідини), тому він найбільше поширений у техніці.

При механічному способі розпилення рідина одержує енергію внаслідок тертя об робочий елемент (найчастіше - диск), що швидко обертається (рис. 2.25).

Набуваючи обертального руху, рідина під дією відцентрових сил зривається у вигляді плівок і струменів з робочого елемента і подрібнюється на краплини. Для розпилення грубих суспензій - використовують суцільні диски, для тонких суспензій і однорідних рідин - з рівчаками и лопатями. Частота обертання дисків 100-300 с" .

Диски, на відміну від форсунок, можуть розпилювати не тільки в'язкі рідини, а й кашоподібні та пастоподібні маси. Недоліком механічного способу диспергування є складність у виготовленні та експлуатації робочих елементів та енергоємність (витрата енергії становить близько 15 кВт на диспергування 1 т рідини).

Для здійснення пневматичного розпилювання використовують пневматичні форсунки. На рис. 2.26 наведено схема одного із різновидів пневматичної форсунки. Рідину, що диспергується, подають на тарілку /, куди поступає: також стиснене повітря, яке здуває з тарілки рідину й розпилює її. Внаслідок впливу стисненого повітря відбувається досить рівномірне розпилювання продукту. Розмір подрібнених частинок лежить у межах 100-200 мкм. На відцентрових дисках та механічних форсунках подібне диспергування одержати важко.

Пневматичні форсунки ефективні при розпилюванні високов'язких продуктів у сушильних процесах. Так, вони використовуються при розпилюванні молочно-рослиниих сумішей під час виробництва сухих пюре і різного роду паст.

До недоліків пневматичного способу диспергування належать велика витрата енергії (50-60 кВт на 1 т рідини), необхідність у диспергуючому агенті (звичайно стиснене повітря) і обладнанні для його стиснення та подачі.

 


Просмотров 807

Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2020 год. Все права принадлежат их авторам!