Лекція 11 гІдромеханічні процеси Перемішування

Перемішування – процес отримання однорідного середовища з декількох висхідних матеріалів. Перемішування може здійснюватися в твердому, рідкому та газовому середовищах.

Перемішування та змішування використовують для усереднення концентрацій складових та їх температур в сумішах рідких, сипучих і пластичних матеріалів, а також для інтенсифікації теплових, масообмін них та біохімічних процесів.

В технології харчових продуктів найчастіше використовуються:

перемішування в рідкому середовищі; перемішування сипких мас;

перемішування харчових пластичних мас.

Найбільш поширеними способами перемішування рідких середовищ є механічне перемішування, потокове перемішування, пневматичне перемішування.

М еханічне перемішування – відбувається з допомогою мішалок. Мішалки, які використовуються в харчових виробництвах можуть бути поділені на три групи: лопатні, пропелерні та турбінні.

Лопатні мішалки мають найпростішу конструкцію. На рисунку 5.1 представлені лопатні мішалки різних типів.

Рисунок 5.1 – Лопатні мішалки

П ристрої для перемішування рідких середовищ в апаратах являють плоскі лопаті, що встановлені під різними кутами до напряму руху матеріалу (рисунок 5.1а). Кількість лопать може бути від 1 до 4 (рисунок 5.1б). Форма лопать може бути різною (рисунок 5.1в –парні мішалки; 5.1г – граткоподібні мішалки). Для в’язких середовищ а також для систем з осадом використовують якірні мішалки (рисунок 5.2).

Якірні мішалки використовуються для перемішування густих та в’язких середовищ. Лопаті цієї мішалки вигнуті за формою стінок та днища апарата. Обертаючись з частотою50-60 об/хв. На відстані 5-8 мм від стінки така лопать очищує стінки апарата від маси, яка налипає на них, завдяки чому покращується теплообмін та попереджується перегрівання маси.

Рисунок 5.2 – Якірна мішалка

Лопатні мішалки зазвичай мають частоту 20-80 об/хв. Прості лопатні мішалки використовують при перемішуванні малов’язких рідин.

Пропелерні мішалки – в якості робочого органу мають гвинт (пропелер), який насаджений на вертикальну або горизонтальну вісь (рисунок 5.3).

Рисунок 5.3 – Пропелерна мішалка

Діаметр гвинта складає 1/3 діаметру апарата. Використовують двох- або трьохлопатні гвинти. Добре перемішування забезпечується виникненням зустрічних потоків рідини. Частота обертання цих мішалок 150-1000 об/хв. Доцільно використовувати такі мішалки для рухомих та помірно в’язких рідин.

Т урбінні мішалки – за робочий орган мають турбінне колесо (турбінку), яке обертається на вертикальній вісі (рисунок 5.4). Колесо здійснює 200-2000 об/хв. Робота таких мішалок аналогічна роботі відцентрового насоса. На рисунку 5.4 показаний напрям потоку рідини.

Рідина входить в колесо вздовж вісі через центральні отвори і, отримуючи прискорення від лопаток, викидається з колеса в радіальному напрямку. Для кращого перемішування на вал мішалки насаджують дві турбінки.

Рисунок 5.4 – Турбінна мішалка

Турбінні мішалки – дуже ефективні апарати, які можуть використовуватися для перемішування рідин як малої, так і великої в’язкості. Також ці мішалки використовують для вимучування осадів або перемішування в рідинах сипучих матеріалів з частинками до 25 мм.

Потокове перемішування – створення тісного стикання потоків двох або більше рідин. З цією метою використовують змішувачі, які споряджені перегородками, або ежекторні пристрої. На рисунку 5.5 зображені потокові мішалки, що використовують в спиртовому виробництві для змішування патоки і води.

Рисунок 5.5 – Потокові мішалки

На рисунку 5.6 зображений ежекторний змішувач для змішування воді та суспензії дріжджів.

В ежекторному змішувачі одна з рідин входить в трубу з невеликими отворами і, у вигляді тонких струменів, стикається з іншою рідиною. При цьому збільшується поверхня контакту двох рідин, що забезпечує добре змішування.

Рисунок 5.6 – Ежекторний змішувач

П невматичне перемішування – використовують для перемішування не дуже в’язких рідин та для зерна, що замочене у воді (при виробництві солоду). Іноді перемішування виконують за допомогою пари, в цьому випадку рідина одночасно підігрівається. Проходження пари або газу крізь рідину отримало назву барботажу (рисунок 5.7).

Рисунок 5.7 – Пневматичний перемішував

При пневматичному перемішуванні газ поступає крізь отвори сопла (барботера). При цьому струмінь газу розпадається на пузирі, які підіймаються в масі рідини. В цьому випадку перемішування відбувається за рахунок пузирів, що спливають.

Для перемішування сипучих матеріалів (зерна) пневматичним способом використовують принцип дії газоструменевого насоса (рисунок 5.8). Повітря подається компресором в центральну трубу. При цьому в трубі утворюється суміш газу, рідини і зерна, густина якої менше за густину суміші, що знаходиться в апараті. За рахунок різниці густини столів рідини виникає циркуляційний рух всієї маси.

П еремішування і змішування сипучих матеріалів широко використовують на підприємствах харчової промисловості. Наприклад, змішують різні партії муки на хлібозаводах, сипучі компоненти в кондитерському виробництві, перемішують цукор-пісок або солоду при висушуванні тощо.

Рисунок 5.8 – Схема змішувального апарата з використанням ерліфта

Перемішування сипучих мас виконується в змішувачах різних типів. Найбільш прогресивними серед них є змішувачі безперервної дії з одночасним перемішуванням і транспортуванням матеріалу. Змішувачі - це пристрої шнекового, лопатного і барабанного типів (рисунок 5.9).

Рисунок 5.9 – Основні типи змішувачів для сипучих матеріалів

Лопатний змішувач 1 має дві Z-подібні лопаті а і б, які обертаються у протилежних напрямках. Матеріал в змішувачі піддається енергійній дії лопать. Шнекові змішувачі 2 здійснюють перемішування одночасно з транспортуванням матеріалу. Перегрібачі 3 використовують у виробництві солоду. Вони мають ряд вертикальних шнеків, які закріплені на рухомій рамі. Рама разом зі шнеками, що обертаються, переміщується у масі, яка перемішується.

В барабанних змішувачах 4 перемішування здійснюється під час обертання барабана, що має внутрішні лопатки, які забезпечують пересипання матеріалу. Матеріал подається в барабан шнеком (а), який одночасно слугує і для висипання змішаної маси.

В змішувачах ударного типу 5 інтенсивне перемішування досягається внаслідок ударів билами по частинкам, що змішуються. Била насаджені на диски, які швидко обертаються у протилежних напрямках.

Перемішування пластичних (напіврідких) матеріалів широко використовується в різних харчових виробництвах. В хлібопекарському, макаронному і кондитерському виробництвах перемішують різні види тіста, в консервному – овочеві і м’ясні фарші, в молочному – сир та сиркові маси тощо. Однорідні суміші, які утворюються при цьому з декількох компонентів (борошна, води, дріжджів, цукру, солі, олії тощо), розминаються, набувають відповідних фізико-механічних властивостей, а в окремих випадках насичуються повітрям (тісто) або піддаються дії вакууму (фарші).

Машини для обробки пластичних мас (змішувачі) можуть бути періодичної та безперервної дії. Змішувачі мають місильні органи з горизонтальною або вертикальною віссю. В якості робочих органів використовують лопаті, лопатні шнеки, мішалки різних конструкцій, які здійснюють складні просторові рухи (наприклад, Z-подібні). На рисунку 5.10 зображена схема лопатного шнека безперервної дії, в якому маса не тільки перемішується, але й транспортується.

Рисунок 5.10 – Схема лопатного шнека

Вибір типа машин визначається характером матеріалу, що обробляється.