Echipamente și tehnologii de amestecare în industria alimentară

CAPITOLUL I

I N T R O D U C E R E

1.1 Destinaţia si domeniile de lucru ale aparatelor cu dispozitive de

amestecare

Amestecarea este o operaţie de omogenizare a doua sau mai multor substanţe cu scopul obţinerii aceleiaşi compoziţii sau a aceleiaşi temperaturi în întregul volum ocupat de substanţe [ 39 ].

Pentru a obţine o amestecare eficace este necesară realizarea în toate punctele lichidului a unor gradienţi de viteză mari, care au ca urmare:

• crearea unor viteze cât mai diferite ca mărime şi ca direcţie în apropierea amestecătorului (amestecarea locală); dacă este posibil crearea locală a difuziunii turbulente;

• punerea în mişcare (circulaţie) relativ lentă a întregii şarje de material, astfel ca periodic întreaga cantitate de material din recipient să treacă prin regiunile în care turbulenţa este mai intensă

Deci, eficienţa amestecării este influenţată de gradul de turbulenţă şi de viteza de circulaţie (apreciată prin durata necesară întregii cantităţi de material să treacă printr-o suprafaţă dată, de exemplu suprafaţa descrisă de palele amestecătorului).

Procesele de bază care se realizează de obicei în aparatele cu dispozitive de amestecare, sunt indicate în figura 1.1 .

În aparatele cu dispozitive de amestecare, mediul primeşte o energie suplimentară care este folosită pentru amestecare. Se cunosc diferite metode de a

Fig. 1.1.

transmite energia mediului amestecat: mecanice, prin barbotarea cu jet, electromagnetice etc. În practică, cea mai mare răspândire au căpătat metodele mecanice de amestecare a mediilor lichide care se realizează prin actiunea mecanică a organului de lucru (amestecătorului) asupra mediului. Această metodă de amestecare se foloseşte în aparatele alcătuite de obicei din corp şi dispozitivul de amestecare instalat pe acest corp.

Funcţionarea dispozitivelor de amestecare se concretizează în transformarea energiei mecanice de rotaţie, în energie termică datorită forţei rezistente. Astfel dispozitivul de amestecare realizează disiparea energiei în volumul aparatului. Mărimea acestei disipări depinde atât de construcţia amestecătorului şi caracteristicile acţionării, cât şi de construcţia aparatului şi de amenajările sale interioare.

Toate aceste caracteristici ale aparatului, în ansamblu contribuie la stabilirea regimului de curgere a lichidului în aparat şi determină puterea necesară amestecării, N.

Pentru evaluarea puterii de amestecare poate fi folosită “puterea volumică”, ce caracterizează disiparea energiei în aparat[5]:

= N/V. (1)

Într-un aparat de volum oarecare V, în funcţie de turbulenţa amestecătorului n, apar diferite regimuri hidrodinamice de mişcare a lichidului, determinând mărimea . De aceea, domeniile de lucru ale aparatelor pot fi caracterizate printr-o măsură a acestei mărimi, criteriul puterii Ne, care se determină cu formula:

Ne = N/( •n3 •da5) (2)

unde: ρ ¬– densitatea mediului amestecat

da – anvergura amestecătorului.

Pentru aparatele de toate tipurile, pentru a afla valoarea lui Ne, se determină în primul rând criteriul Reynolds,Re, deoarece:

Ne=f(Re) (3)

În această relaţie

Re= ρn da2/μ (4)

unde μ este coeficientul dinamic al vâscozităţii.

Relaţia (3) caracterizează cele mai obişnuite mişcări ale lichidului în aparat.

O analiză mai în detaliu a arătat că criteriul puterii se determină de asemenea şi cu alţi parametri care nu sunt indicaţi aici. Aceşti parametri, sub forma unor grupuri adimensionale şi criterii de similare pot fi introduşi în calcule pe măsura necesităţilor.

În fig. 1.2, curbele 1 şi 2 arată caracterul variaţiei funcţiei (3) pentru aparatele cu şicane şi respectiv cu pereţi netezi; dar în construcţia de uzinaj chimic se utilizează aparate cu diferite amenajări interioare. Curba funcţiei (3) pentru aceste aparate este situată între curbele 1 şi 2.

Pentru toate aparatele se pot distinge trei domenii de lucru:

a) domeniul I, caracterizând regimul laminar de curgere a lichidului în aparat;

b) domeniul II, definit ca tranzitoriu, care caracterizează trecerea de la regimul laminar la cel turbulent;

c) domeniul III, caraterizând regimul turbulent de curgere a lichidului în aparat.

Domeniul I de lucru al aparatelor se caracterizează prin fire de curent continuu ale lichidului în mişcare. Regimul laminar pe curba Ne = f(Re) este limitat de punctul 11 şi corespunde valorii maxime a criteriului Re, marcată prin punctual a.