2.15 Перемешивание и смешивание сыпучих и пластических материалов

Широко применяется на пищевых предприятиях, например, смешивают различные партии муки на хлебозаводах, сыпучие компоненты в кондитерском производстве, перемешивание сахара-песка или солода при высушивании их и др. Для этой цели применяют устройства шнекового, лопастного и барабанного типа. Для повышения эффективности перемешивания внутренние поверхности барабанов оборудуются насадкой в виде различных перегородок, полок или винтовой спирали на поверхности стенки.

Перемешивание пластических (полужидких) материалов широко применяется в различных пищевых производствах. Например, в хлебопекарном, кондитерском и макаронном производствах перемешивают различные виды теста, в консервном – овощные и мясные фарши, в молочном – творог и сырковые массы и т.д. Образующиеся при этом однородные смеси из нескольких компонентов (воды, муки, дрожжей, сахара, соли, масла и др.) разминаются, приобретают определенные физико-механические свойства, а в отдельных случаях насыщаются воздухом (тесто) или подвергаются воздействию вакуума.

2.16 Псевдоожижение (кипящий слой)

В различных отраслях пищевой технологии за последние годы для интенсификации таких процессов, как сушка, адсорбция и другие, протекающих с участием твердой фазы, применяется псевдоожижение, или так называемый «кипящий» слой.

Сущность псевдоожижения заключается в том, что при продувании воздуха с определенной скоростью через слой находящегося на решетке зернистого материала последний переходит во взвешенное состояние и приобретает свойства текучести, внешне такой слой напоминает кипящую жидкость.

В зависимости от скорости воздуха различают следующие состояния слоя:

1) при небольших скоростях воздуха он фильтруется через неподвижный слой, при этом порозность слоя (объемная доля свободного пространства между частицами) остается неизменной и составляет < 07;

2) с увеличением скорости воздуха до такого значения, при котором подъемная сила потока станет равной весу слоя частиц, слой приобретает текучесть и переходит в псевдоожиженное состояние, а скорость , соответствующая этому моменту, называется скоростью начала псевдоожижения, при этом порозность слоя > 07;

3) при большей скорости потока, подъемная сила его становится больше весса слоя, частицы увлекаются потоком и начинают перемещаться вместе с ним, т.е. начинается пневмотранспорт материала, скорость , соответствующая этому моменту, называется скоростью уноса.

Гидравлическое сопротивление слоя зернистого материала можно представить кривой псевдоожижения, выражающей зависимость перепада давления в слое материала от скорости воздуха.

Рис. 2.15.

В неподвижном слое (ОА) перепад давления в слое с увеличением скорости возрастает линейно. Затем в момент перехода плотного слоя в псевдоожиженное состояние на кривой отмечается пик давления обусловленный тем, что на преодоление сил трения между частицами затрачивается часть энергии воздушного потока. Точка В характеризует скорость , соответствующую началу псевдоожижения. Горизонтальный участок ВС изображает псевдоожиженное состояние, характеризуются равенством подъемной силы и массы слоя. Так как эта масса с увеличением скорости не меняется, то остается и постоянным перепад давления в псевдоожиженном слое. Соответствующая точке С скорость выражает скорость уноса. При > массовое количество частиц в слое уменьшается и понижается (СД).

К основным технологическим параметрам псевдоожижения относят: перепад давления в слое, значение скоростей и , а также степень однородности частиц материала.

Величина , определяющая выбор воздуходувки находится из условия равенства силы гидродинамического сопротивления слоя и весса G взвешенных частиц, т.е.

где f_c – площадь поперечного сечения слоя.

Учитывая порозность псевдоожиженного слоя и выталкивающую (архимедову) силу, пропорциональную разности плотностей материала и воздуха , массу взвешенных частиц G можно определить по формуле

где Н – высота псевдоожиженного слоя, м.

Таким образом,

Величина по сравнению с очень мала, и ею можно пренебречь.

Тогда

С увеличением скорости воздуха порозность и высота Н слоя возрастают, но в аппаратах постоянного сечения произведение остается неизменным. Поэтому уравнение (*) можно выразить через порозность и высоту Н_с неподвижного слоя (до его псевдоожижения).

Последнее уравнение выражает известный закон гидростатики (давление в любой точке слоя жидкости равно произведению ее удельного веса на высоту слоя), что свидетельствует об аналогии между псевдоожиженным материалом и жидкостью.