Технологические особенности перемешивания паст.

Паста(в переводе с итальянского – тесто) – смесь твердой и жидкой фаз.

Пасты подразделяются на:

- суспензии (содержание жидкой фазы более 70%);

- легкие (70-30%);

- средние (30-15%);

- твердые (15-3%).

Пасты являются промежуточным составом между жидкостью и твердым телом. В пищевой промышленности к пастам относят:

- тесто;

- мясной, рыбный фарши;

- кондитерские массы;

- кисломолочные и творожные массы.

Пасты образуются в результате:

А) механического перемешивания жидкости с твердыми веществами без изменения физико-механических характеристик исходных компонентов;

Б) перемешивания 2-х и более жидких компонентов с образованием твердого осадка в результате химической реакции;

В) смешения и нагревания твердых материалов, один из которых в процессе смешения плавится;

Г) смешения 2-х жидкостей с последующим охлаждением и образованием кристаллов (применяются при получении сахара).

Образование паст из жидкого или твердого компонента происходит по следующему механизму:

1. Твердое вещество смачивается жидкостью с вытеснением воздуха из межпорового пространства. Если содержание жидкой фазы 18%, то при идеальном перемешивании образуется единый конгломерат (кусок) смеси.

2. Смешение отдельных комков с избыточным содержанием жидкой фазы при получении текучих паст.

3. При меньшем количестве жидкой фазы образуются конгломераты различных размеров, которые в последствии разлагаются на более мелкие частицы.

4. Образование пасты из 2-х жидкостей с высокими температурами затвердевания (полимеры).

5. Образование пасты при смешении 2-х жидких компонентов в результате химической реакции.

Смешение способствует:

- взаимному проникновению компонента, усиливая химические реакции (перемешивание ведет к образованию тонкой эмульсии, которая в результате химической реакции переходит в суспензию или пасту);

- исключению образования крупных частиц в результате химической реакции, т.к. интенсивность перемешивания обеспечивает постоянство размеров кристалла и увеличивает возможность соприкосновения частиц, еще не вступивших в реакцию.

Аппараты для паст.

Требования:

1. Соответствие формы емкости и перемешивающего устройства. Чем больше консистенция, тем меньше зазор между мешалкой и корпусом. Консистенция – сопротивляемость пасы в перемешивающем устройстве.

2. Конструкция пары «аппарат – мешалка» должна обеспечивать передвижение массы в область интенсивного перемешивания.

3. Иметь мешалку, которая позволяет обрабатывать пасту так, чтобы была достигнута требуемая степень перемешивания за предельно короткое время.

4. Иметь устройство для быстрого освобождения корпуса от готовой массы.

Конструкции аппаратов по возрастанию консистенции:

- реакторные аппараты с лопастными мешалками;

- реакторные аппараты с турбинными мешалками;

- шаровые мельницы для измельчения твердых материалов и конгломератов при перемешивании с плохо смачиваемыми жидкостями;

- мешалки с вращающимися сосудами и неподвижной лопастью;

- мешалки с вращающимися сосудами и лопастью;

- аппараты с ленточными мешалками;

- аппараты с дисковыми мешалками;

- аппараты с рамными и якорными мешалками;

- аппараты с двойными лопастями, вращающимися в разные стороны;

- аппараты с гребенчатыми мешалками;

- аппараты с планетарными мешалками;

- валковые машины;

- смесительные бегуны;

- мешалки с вертикальным винтом;

- лопастные и червячные смесители;

- роторные смесители;

- специальные эмульсионные и гомогенизирующие устройства.

Расчет смесителей для смешения паст.

В зависимости от консистенции пасты выбирают конструкции. На основании теории смешения жидких или твердых материалов определяются габаритные размеры смесителей.

Расчетом произвести по заданному объему или требуемых габаритов для удовлетворения необходимой производительности.

Легкие и средние пасты можно отнести к жидкостям. Для смесей составом до 100 мПа в секунду расчет можно вести по критериальным уравнениям при сохранении режима течения жидкости, неразрывности потока и мощностных характеристик, которые определяются в лабораторных условиях; и, сохраняя размеры критериев, расчет промышленных аппаратов можно вести по найденным критериальным уравнениям. Для средних паст применяют эмпирические формулы, полученные для каждого вида аппарата.

Шнековые смесителя.Наиболее часто для средних паст применяют шнековые (червячные) аппараты. Эти аппараты работают непрерывно. Шнек – устройство для транспорта и перемещения твердых паст. Изготавливаются сваркой и точением для малых габаритов диаметром не более 150 мм.

Червяк – устройство для перемещения и нагнетания тяжелых паст. Изготавливаются литьем с последующей обработкой поверхности или точением. Диаметры червяков бывают не более 150 мм.

За один оборот все точки условно продвигаются на 1 шаг. Шнек вращается; подаются компоненты; за счет вращения шнека происходит продвижение материала внутри корпуса. Т.к. имеет место трение на поверхности вала, корпуса и шнека, появляются градиенты скоростей. Если все эти скорости сложить по высотам, то получим общую скорость движения массы по высоте градиента.

За счет наличия градиента скоростей происходит неполное перемещение массы, находящейся в межвитковом пространстве за 1 оборот в следующее межвитковое пространство.

Производительность:

; где

межвитковый объем

коэффициент заполнения (проскальзывания) – это доля продукта прошедшего минус доля оставшегося. Чем меньше , тем больше перемешивающий эффект.

Мощность: ; где

удельный расход энергии на единицу производительности; сопротивление материала движению материала в корпусе шнека; угол наклона винтовой линии; общая длина шнека.

Для шнековых смесителей . Чем меньше , тем больше перемешивающий эффект.

; n сплошных шнеков = 20-200 об/мин

Ленточные смесители.Разновидностью является ленточные смесители (вал, на котором закреплена спираль в виде ленты; спираль закрепляется на валу на спицах). Имеются эмпирические формулы для расчета производительности (Q) и мощности (N) этих смесителей. Коэффициент заполнения для этих смесителей равен 0,2-0,4 и является функцией размеров вязкости и рабочих параметров. Эти смесители работают при более высоких оборотах 100-500 об/мин.B, b – ширина спицы или лопастей.

Производительность: ;

Мощность: ;

Лопастные смесители. Применяются для перемешивания и разминания жестких паст (полимеры, замазки) с одновременной тепловой обработкой.

Классификация лопастных смесителей:

1. По технологическому назначению:

1) для смешения паст между собой;

2) для расслоения (обновления поверхностей масс при промывке, удалении жидких и газообразных включений);

3) для насыщения жидкостями и газами;

4) для растворения твердых густых масс в жидкости;

5) для варки, прогревания и охлаждения масс с интенсивным перемешиванием;

6) для образования суспензии, эмульсии из густых масс;

7) для смешения порошкообразных материалов с красителями.

2. По конструкции:

емкости, корыта на 5, 25, 100, 200, 400, 600, 800, 2000 литров (данные конструкции стандартизированы и выпускаются машиностроительными заводами РФ; чертежи и ГОСТ разработаны НИИ «ХИММАШ»);

3. По мощности:

- малой (до 25 кВт);

- средней (до 60 кВт);

- повышенной (до 150 кВт).

4. По способу выгрузки:

- с поворачивающимся корытом или через люк на дне корыта.

5. По форме лопастей:

- Z-образные, гладкие;

- защищенные от истирания;

- рифленые;

- 2-х, 4-х или многокрыльчатые;

6. По конструкции корыта:

- без обогревательной рубашки;

- с обогревательной рубашкой;

- с частичной и полной поверхностью корпуса;

- с обогревом тенами;

- с защищенным покрытием внутренней стенки листовым материалом.

7. По конструкции крышки:

- для работы при обычном давлении;

- для работы при повышенном внутреннем давлении;

- для работы при повышенном наружном давлении.

Для наружного давления применяют сферические крышки (наиболее жесткие).

Самыми распространенными являются двух вальные смесители с Z-образной мешалкой.

Крышки могут быть:

- плоские;

- эллиптические;

- сферические.

Z-образные лопасти:

Внешний диаметр лопасти D совпадает с диаметром корыта.

Мощность лопастных смесителей:

N

n – число оборотов; z – число лопастей; b – ширина лопасти; плотность; угол атаки лопасти; f – коэффициент трения перерабатываемого материала; R – внешний радиус лопастей; r – радиус вала лопастей.

Производительность: , где

- количество одновременно загружаемого материала.

Материал корпуса может быть: Ст.3,Ст.415-2, Ст.421-40. Материал лопасти: Ст.45-Л.

Для пищевой промышленности применяются стали 12Х18Н10Т (корпус) и Х28А (лопасти).

Если роторы взаимоперекрывающиеся, то число оборотов роторов одинаковое. Если роторы не взаимоперекрывающиеся, то число оборотов роторов разное. Меньший ротор имеет большее число оборотов. При выгрузке готовой смеси выключают привод и включают привод опрокидывания, который, вращая винт, выкручивает его из гайки. Гайка уходит по винту и опрокидывает корпус. Вместо механизма «гайка – винт» может применяться механизм «гидроцилиндр». Такой привод делается для взаимно зацепленных валов.