 |
Гидромеханические процессы
|
|
|
|
Характеристика дисперсных систем
Все жидкостные системы делятся на гомо- и гетерогенные.
Гомогенная – это чистая жидкость или раствор.
Гетерогенная (дисперсные) – состоят не менее, чем из двух компонентов или фаз. Фазы делятся на:
- дисперсную (внутренняя) – мелкие частицы вещества,
- дисперсионную среду (внешняя) – жидкость или газ.
Гетерогенные системы могут быть:
- одно- и многокомпонентными (в молоке две дисперсные фазы – жир и белок).
- монодисперсные (если у частиц одинаковые размеры) и полидисперсные (разные).
В зависимости от агрегатного состояния фаз гетерогенные системы делятся:
1) эмульсии – жидкость плюс жидкость (молоко);
2) суспензии – жидкость плюс твердое вещество (соусы);
3) пены – жидкость плюс пузырьки газа (кремы);
4) аэрозоли – газ плюс твердые вещества (дым, пыль), газ плюс жидкость (туман).
Характеристики систем:
Дисперсность системы: 
Удельная поверхность частиц: 
Средний диаметр: 
Для характеристики распределения частиц используют табличные, графические и математические методы.
 |  |
Табличный | Гистограмма | Ложная дифференциальная кривая |
Математические методы выражают характер распределения частиц в виде уравнений. Например, распределение частиц в молоке описывается зависимостью:
где 
- текущий диаметр частицы, 
- средний диаметр частиц.
Содержание частиц заданного размера рассчитывают по массе (1), объему (2), количеству (3):
Перемешивание
Перемешивание необходимо для получения однородной или неоднородной жидкой системы.
|
|
|
Перемешивание делится:
1) механическое – в мешалках:
; 
; 
;
где n – количество оборотов, об/с; d – диаметр мешалки, N – мощность.
 | |||||||||||||
 |  |  | |||||||||||
 |  |  | |||||||||||
а б в г д е ж
А) однолопастная; б) многолопастная; в) пропеллерная; г) турбинная; д)рамная; е) якорная; ж) шнековая.
Рисунок 3.1 – Механические мешалки
2) пневматические – через слой жидкости прокачивают воздух, применяются при замачивании и мойке зерна и крупы;
3) циркуляционные – для получения эмульсий и суспензий;
4) в потоке при турбулизации или турбулизационные – когда жидкости хорошо перемешиваются друг в друге.
А – пневматическая, Б – циркуляционная, В – в потоке
Рисунок 3.2 - Мешалки
Оценочные характеристики: интенсивность перемешивания:
; (с-1)
Степень перемешивания: 
, (%)
Где n – число проб, Х – относительная концентрация компонентов в пробе.
Диспергирование
Диспергирование – это измельчение жидкостей, газов, твердых веществ в жидкостях или жидкостей и твердых веществ в газах. Для устойчивости добавляют поверхностно активные вещества (ПАВ).
Диспергирование делится:
1. Эмульгирование (майонез получают в центробежном эмульсоре, размер жировых частиц при этом составляет 8 – 10 мкм).
2. Гомогенизация – дальнейшее диспергирование эмульсий (молоко, сливки получают в гомогенизаторе, размер частиц 1 – 2 мкм и менее).
3. Распыление жидкостей в газовую среду:
3.1. Гидравлическое;
3.2. Механическое;
3.3. Пневматическое;
3.4. Электрическое;
3.5. Ультразвуковое;
3.6. Пульсационное.
А – центробежный эмульсор, Б – коллоидная мельница, В – гидродинамический свисток, Г - гомогенизатор
Рисунок 3.3 – Аппараты для диспергирования
При гомогенизации средний диаметр частиц можно рассчитывать по формуле:
|
|
|
, где давление в МПа
При распыливании жидкостей в газовую фазу определяют количество частиц (1) и их удельную поверхность (2):
1) 
2) 
Пенообразование и псевдоожижение
Пенообразование
Пенообразованием получают коктейли, кремы, суфле, мороженое. Для придания устойчивости пены используют ПАВ – яичные и молочные белки, агар-агар, желатин.
Газосодержание пены: 
,
где N – количество пузырей.
Удельная поверхность контакта газообразных и жидких фаз:
Аппараты (рисунок 3.4) делятся на аппараты для пенообразования (А) и взбивания (Б).
 | |||||||
 | |||||||
| |||||||
| |||||||
А – пневматический, Б – взбивальный аппараты
Рисунок 3.4 – Аппараты для пенообразования
При пенообразовании плотность и вязкость пены зависят от размера пузырьков (3.5А), который определяется составом и концентрацией ПАВ. При возрастании концентрации ПАВ размер пузырьков уменьшается (3.5Б), а вязкость и плотность пены увеличиваются. При взбивании плотность продукта уменьшается. Обычно 
.
 |  | ||
А – зависимость характеристик пены от концентрации ПАВ, Б – зависимость плотности пены от продолжительности взбивания
Рисунок 3.5 – Зависимости характеристик пены
Псевдоожижение
Процесс псевдоожижения (кипящий слой) применяется при сушке сыпучих материалов. Например зерна.
Воздух с определенной скоростью, обеспечивающей нахождение материала во взвешенном состоянии, подается через отверстия в поде камеры (рисунок 3.6).
Рисунок 3.6 – Схема образования кипящего слоя (КС).
Если скорость подачи воздуха меньше первой критической v кр1, то слой материала неподвижен, если больше v кр2, то материал уносится из камеры. Процесс проводят при скорости v 0, имеющей значение между первой и второй критической, которую определяют из уравнения:
v 0 = Кп . v кр1, где Кп ≥ 2 – число псевдоожижения
Первую критическую скорость находят по уравнению:
v кр1 = f (Re, Ar) 1) 
2) 
3) v кр1 = 
ЛЕКЦИЯ 7
|
|
|
