Процессы и аппараты пищевых производств

Глава: Гидромеханические процессы

§1 Перемешивание сплошных сред

Чтобы получить однородную среду из различных компонентов (жидких и сыпучих) в процессе производства пищевых продуктов достаточно широко используется метод перемешивания. Перемешивание способствует интенсивному массе и теплообмену, улучшает процесс химического взаимодействия между частицами, способствует ферментации и др. Кроме того, перемешивание это одновременно жидких и сыпучих сред в общем объёме продуктов. Таким образом, этот процесс способствует выравниванию состава пищевых продуктов во всём объёме. Стремление к гомогенизации.

Для оценки степени перемешивания в технологических процессах применяют термин «коэффициент неоднородности смеси (среды)» и обозначают (β):

β =(1)

где – Концентрация рассматриваемого компонента (ингредиента) в общем объёме смеси (в точкеi);

- Концентрация рассматриваемого компонента (ингредиента) в этом же объёме смеси (математическое ожидание);

n - общее число точек измерения (i=1, 2, …, n).

Таким образом, чем меньше значение , тем β ближе к идеальному перемешиванию (идеальное перемешивание при β=0).

–Однородность полученной смеси можно определить как однородная величина.

При определении коэффициента неоднородности (β) на практике используют концентрацию одного из ингредиентов и измеряют в одном строго определённом объёме. Измеряемый объём называют мерным, а размеры мерного объёма – моментом оценки неоднородности. Исходя из такого подхода, очевидно, что в мерном объёме, в зависимости от положения в общем объёме, количество ингредиентов могут быть различными и, соответственно, результаты оценки будут различаться. Для получения максимально точной оценки проводят многократное измерение, меняя ориентацию мерного объёма (измеряют путём пребывания в различных местах по объёму). Если известны объёмы и плотность каждого отдельного ингредиента, то можно вычислить их концентрацию в общем объёме продукта:

; (2)

Если . (3)

Перемешивание частиц компонентов в общем объёме возможно двумя путями:

1. Механическое перемешивание – под действием смесителя (сыпучие материалы);

2. По средствам диффузионных процессов (в жидких, сыпучих, твёрдых средах).

В некоторых эмульсиях встречается сочетание, применяя выше используемые механизмы перемешивания, разработаны различные конструкции смесителей для различных сред: лопастные, турбинные, пропеллерные. Для более тщательного перемешивания используют турбинные или инжекторные смесители. Смесители для сыпучих материалов обладают определёнными свойствами: более мобильны и делятся на два типа действия: периодический и непрерывный. Различают:

1. Лопастные - обычно с двумя роторами, вращающимися в противоположные стороны;(1)

2. Шнековые – осуществляют и перемешивание, и транспортировку одновременно. Бывают ворошителями и конвейерами;(2)

3. Барабанного типа – перемешивание осуществляются в результате пересыпания смеси в процессе вращения барабана.(3)

В зависимости от схемы использовании и назначения эти смесители могут быть периодическими и непрерывного действия.

В некоторых случаях требуется высокая степень однородности смеси (например, в кондитерской, производство шоколада и какао и т. д.), что достигается путём гомогенизации. Обычные диффузионные методы перемешивания не способствуют высокой степени гомогенизации, поскольку взаимодействующие частицы имеют достаточно большие размеры (100 и более мкм), хотя требуется не более 20-30 мкм. На практике применяют различные методы дробления частиц.

Например, дробление частиц в коллоидных мельницах или дроссилирование жидкости, где жидкость под высоким давлением попадает в трубопровод, а затем в малое отверстие (10…20 мкм). Капля втягивается в нитки и разрывается на части, что и способствует гомогенизации смеси.