Теоретические основы перемешивания
Лабораторная работа
Исследование процессов неизотермического
перемешивания пищевых материалов»
Лабораторная работа. Исследование процессов неизотермического
Перемешивания пищевых материалов
Целью данной работы является изучение закономерностей неизотермического перемешивания различных материалов.
Задачи работы:
1. Получение экспериментальных данных о влиянии конструктивных и режимных параметров перемешивания на затраты энергии;
2. Изучение приемов использования критериальных оценок для расчета процессов перемешивания;
3. Приобретение практических навыков работы с современными технологиями сбора и обработки экспериментальных данных.
Теоретические основы перемешивания
Обычно перемешивание состоит из смешения элементов жидких, твердых или сыпучих сред и их равномерного перераспределения в пространстве. Технологическое назначение процессов перемешивания разнообразно. В пищевой и химической промышленности эти процессы применяются для получения эмульсий и суспензий, а также для интенсификации тепловых, диффузионных и химических процессов. Перемешивание осуществляется в основном тремя способами – механическим, пневматическим (барботирование), и циркуляционным.
Основными вопросами рассматриваемыми при изучении процесса перемешивания является интенсивность и эффективность перемешивания и расход энергии на осуществление процесса.
Интенсивность перешивания определяется количеством энергии, вводимой в единицу объема перемешиваемой среды за единицу времени. Интенсивность перемешивания обуславливает характер движения рассматриваемой среды в аппарате и косвенно характеризуется числом Re. С увеличением интенсивности перемешивания пропорционально возрастают и энергетические затраты, в то время как технологический эффект ограничен определенными пределами. Поэтому интенсивность перемешивания выбирается исходя из условий достижения технологического эффекта при минимальных энергетических затратах.
При получении суспензий и эмульсий эффективность перемешивания характеризуется равномерностью распределения фаз по объему среды. Таким образом, полнота и завершенность процесса перемешивания или эффективность этого процесса оценивается величиной R, характеризующей достигнутую однородность смеси:
R=1– 
где β – коэффициент неоднородности;
Сi, 
– текущее и среднее значения концентрации рассматриваемого ингредиента в единице объема;
n – число точек измерения концентрации;
i= 1, 2, …, n.
Введенную характеристику неоднородности смеси β можно назвать относительным средним отклонением концентрации рассматриваемого ингредиента смеси от средней ее величины или от математического ожидания концентрации. В связи с одинаковым физическим смыслом данного показателя и среднего квадратического отклонения при нормальном законе распределения случайных величин (σ) размерный показатель σ или его безразмерная величина ( 
) также может использоваться как характеристика неравномерности перемешивания.
В связи с практическим отсутствием диффузионного перемещения твердых и жидких частиц дисперсной фазы, их перемещение в пространстве определяется только механическим переносом. Механический перенос может сопровождаться измельчением частиц или образованием конгломератов частиц системы.
Расход энергии на привод мешалок определяется на основании экспериментальных исследований однотипных конструкций. Результаты исследований для каждого типа в случае перемешивания жидкости и суспензий обобщаются критериальными зависимостями вида:
,
где 
= 
– критерий Эйлера, характеризующий отношение мощности N, затрачиваемой на перемешивание к силам инерции,
- критерий Рейнольдса, характеризующий отношение сил инерции к силам вязкостного трения жидкой среды;
ρ – плотность перемешиваемого продукта, кг/м3;
n – частота вращения смесителя, об/мин;
d – наружный диаметр лопастей смесителя;
μ – динамическая вязкость перемешиваемого продукта;
с и a – постоянные величины, определяющие коэффициент и показатель степени критериального уравнения.