Гидромехамические процессы

Гидромеханические процессы

    К гидромеханическим  процессам относятся: осаждение  взвешенных в жидкой или газообразной  среде частиц под воздействием  гравитационной силы (осаждение), центробежной  силы (центробежное осаждение) или  сил электрического поля; фильтрование  жидкостей или газов через  пористую перегородку под воздействием  разности давлений (фильтрование  и центробежное фильтрование); перемешивание  в жидкой среде; псевдоожижение и др.

Классификация неоднородных систем

     Неоднородными, или  гетерогенными, называются системы,  состоящие как минимум из двух  фаз: дисперсной (внутренней), обычно  находящейся в тонкораздробленном  состоянии, и дисперсионной (внешней), окружающей частицы дисперсной  фазы. Неоднородные системы могут  быть суспензиями, эмульсиями, пенами, пылями и дымами, туманами.

Суспензия – это смесь веществ, где твёрдое вещество распределено в виде мельчайших частичек в жидком веществе во взвешенном (неосевшем) состоянии.

Эмульсия -  дисперсная система, состоящая из микроскопических капель жидкости (дисперсной фазы), распределенных в другой жидкости (дисперсионной среде).

Пены — дисперсная система с газовой дисперсной фазой и жидкой или твердой дисперсионной средой.

Дым, пыли — устойчивая дисперсная система, состоящая из мелких твёрдых частиц, находящихся во взвешенном состоянии в газах. 

 

Основным методом разделения неоднородных систем в пищевой промышленности являются: отстаивание, осаждение, фильтрование.

 

     Отстаивание – частный случай разделения неоднородных жидкостей или газообразных систем путем выделения твердых или жидких частиц под воздействием гравитационной силы. Этот процесс, который применяют для первичного разделения суспензий, эмульсий и пылей, характеризуется низкой скоростью процесса. Отстаиванием не удается полностью разделить смесь на дисперсную и дисперсионную фазы. Но простое аппаратурное оформление процесса и низкие энергетические затраты позволяют широко применять этот метод а пищевой и смежных отраслях промышленности.

Отстаивание производится  в аппаратах  различной конструкции, называемые отстойниками.

При отстаивании должны соблюдаться  условия:

1-продолжительность пребывания  разделяемого потока в аппарате  должна быть равна или больше  времени осаждения частиц.

2-линейная скорость потока должна  быть меньше  скорости осаждения.

При нарушении первого условия  частицы не успевают  выделиться и осесть в аппарате, при нарушении  второго возникающие  вихревые потоки взмучивают  и уносят осаждающиеся частицы из отстойника.

 

Отстойник непрерывного действия с коническими полками

Помимо большой поверхности  осаждения, к достоинствам

отстойников этого типа относятся  отсутствие движущихся частей

и простота обслуживания. Однако влажность  шлама в них больше,

 чем в отстойниках с гребковой  мешалкой.

 

 

Отстойник непрерывного действия для разделения эмульсий

1 – штуцер для подвода эмульсий;

2 – перфорированная перегородка;

3 – трубопровод для отвода  легкой фазы;

4 – трубопровод для отвода  тяжелой фазы;

5 –сифон

Перфориров анная перегородка 2 предотвращает возмущение жидкости в отстойнике струей эмульсии, поступающей в аппарат. Поперечное сечение отстойника выбирают таким, чтобы скорость течения жидкости в корпусе аппарата не превышала нескольких миллиметров в секунду и режим течения был ламинарным, что предупреждает смешение фаз и улучшает процесс отстаивания.

Отстойники обладают следующими достоинствами: в них достигается равномерная плотность осадка, имеется возможность регулировать ее изменяя производительность, обеспечивается более эффективноеобезвоживание осадка вследствие легкого взбалтывания его меш алкой.

Работа таких отстойников может  быть полностью автоматизиров ана. К недостаткам этих аппаратов следует отнести их громоздкость.

В промышленности наибольшее распространение  получили много-

ярусные отстойники непрерывного действия.

 

Отстойник непрерывного действия с гребковой мешалкой

В резервуаре установлена меш алка  3, снабженная гребками, кото-рые непрерывно перемещают осадок к центральному разгрузочному отверстию и одновременно слегка взбалтывают осадок, способствуя его обезвоживанию. Частота вращения меш алки незначительна (от 0,00025

до 0,0083 с-1), поэтому процесс осаждения  не нарушается.

Схема отстойника непрерывного действия с гребковой мешалкой

:1 – корпус;

2 – днище; 

3 – гребковая мешалка; 

4 – кольцевой желоб 

Отстойники с гребковой мешалкой обеспечивают однородность осадка, позволяют  обезводить его до концентрации твердой  фазы 35…55%. К недостаткам этих аппаратов  следует отнести их громоздкость.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   Осаждение – процесс разделения неоднородных смесей на фракции, при котором взвешенные в жидкости или газе тв ердые или жидкие частицы отделяются от сплошной фазы под действием сил тяжести, центробежных или электростатических.

Для интенсификации разделения пыли, суспензий и эмульсий процесс  осаждения проводят под действием  центробежной силы. Поле центробежных сил создают при помощи двух технических  приемов: поток жидкости или газа вращается в неподвижном аппарате; поток поступает во вращающийся  аппарат и вращается вместе с  ним. В первом случае процесс называется циклонным, а аппарат – циклоном, во втором – отстойным центрифугированием, а аппарат – отстойной центрифугой  или сепаратором.

 

Отстойная центрифуга  периодического действия  с ручной выгрузкой  осадка состоит из  барабана,насаженного на вращающийся вал и помещенного в корпус. Под действием центробежной силы, возникающей при вращении барабана,твердые частицы осаждаются  на стенке барабана,а осветленная жидкость переливается  в кожух и удаляется через расположенный внижу  патрубок.

Гидроциклоны применяют для осветления, обогащения суспензий, классификации твердых частиц по размерам от 5 до 150 мкм, а так же для очистки сточных вод после мойки пищевых агрегатов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

        Фильтрование - процесс разделения суспензий, пыли, туманов через пористую перегородку, способную пропускать жидкости или газ, но задерживать взвешенные частицы. Фильтрование осуществляется под действием разности давлений на фильтрующей перегородке или в поле центробежных сил.

     По целевому назначению  процесс фильтрования может быть  очистным или продуктивным. Фильтры классифицируются на фильтры периодического и непрерывного действия. На первых осуществляют любой режим фильтрования, на вторых практически лишь режим фильтрования при постояннойразности давлений. Для проведения процессов фильтрования с закупориванием пор используют фильтры периодического действия.По способу создания разности давлений фильтровальное оборудование подразделяют на фильтры, работающие под вакуумом, под избы точным давлением и комбинированные фильтры.

 

Фильтры с мягкими  фильтровальными перегородками  – рукавные,

или мешочные, применяются для очистки  газов от пыли. Мягкие пористы е перегородки выполняются из тканевых материалов, нетканых волокнистых материалов, пористых листовых материалов (металлоткани, пористые пластмассы и резины).

 

Рукавный фильтр:

1 – рама;

2 – встряхивающий меха-

низм;

3 – корпус;

4 – рукав;

5 – шнек

 

 

 

 

 

 

Батарейный рукавный фильтр с фильтрующими элементами из раз-личных тканевых материалов изображен на рисунке. Рукава и мешки подвешиваются в прямоугольном корпусе к общей раме.

Запыленный газ поступает снизу  внутрь рукавов в открытые торцевые отверстия. Проходя через боковые цилиндрические поверхности рукавов, газ фильтруется, а пыль оседает на внутренней поверхности рукавов.

 

 

 

 

Патронный фильтр:

1 – крышка; 2 – коллектор; 3 –  решетка;

4 – корпус; 5 – фильтровальный  эле-

мент; 6 – днище; 7– сборник пыли

 

  

 

 

 

 Псевдоожижение

Псевдоожиженным  называется такое состояние двухфазной системы твердые частицы – газ (жидкость), которое характеризуется перемещением твердых частиц относительно друг друга в результате подвода энергии от какого-либо источника.

   Псевдоожиженная система, возникшая под воздействием ожижающего агента, получила название псевдоожиженного, кипящего слоя, так как этому слою присущи многие свойства капельной жидкости.

    Псевдоожиженный слой образуется при восходящем движении ожижающего агента через слой зернистого материала со скоростью, позволяющей поддерживать слой материала во взвешенном состоянии.

    В псевдоожиженном слое проводят смешивание, транспортирование, классификацию сыпучих материалов, теплообмен, сушку, адсорбцию и др.

    В вертикальном аппарате, снабженном поперечной

перфорирован-ной газораспределительной решеткой,

 помещен слой тонкодисперсного  твердого материала.

 Ожижающий агент – газ подается в нижнюю часть

аппарата под газораспределительную  ре-

шетку. Перепад давления в слое измеряет-

ся дифференциальным манометром.

Аппарат для псевдоожижения:                       

1 – корпус; 2 – перфорированная

 решетка; 3 – манометр

 

Классификация аппаратов с псевдоожиженным слоем

Разработаны многочисленные конструкции  аппаратов с псевдоожиженным слоем, учитывающие технологические условия протекания процессов, требования к качеству получаемых продуктов, специфические особенности взаимодействующих веществ. На рисунке показаны

схемы аппаратов с псевдоожиженным слоем

 

По принципу действия аппараты бывают периодического и непрерывного действия. В аппаратах непрерывного действия происходит взаимодействие газового потока с зернистым материалом, который непрерывно вводится в аппарат и выводится из него. Аппараты могут реализовать взаимодействие прямо-, противо- и перекрестных потоков агента и материала.

В цилиндрический противоточный  аппарат непрерывного действия ожижающ ий газовый поток поступает снизу под газораспределительную решетку, а зернистый материал  – в верхнюю часть аппарата. Для поддержания определенного уровня материала на газораспределительной решетке и вывода его из аппарата служит переточный патрубок.Вертикальные цилиндрические силосы используются для накопления и усреднения больших партий зерновых материалов. Псевдоожи-

женный слой создается газом (воздухом), поступающим во внутреннюю регородкой на внешнее и внутреннее кольцо. Во внешнее кольцо подается примерно в 2 раза больше газа, чем во внутреннее. За счет разного количеств а газа, подаваемого во внешнее и внутреннее кольца, в силосе

создается направленная циркуляция зернового  материала от периферии к оси  аппарата, способствующая его перемешиванию.В конических аппаратах уменьшение скорости снизу вверх позволяет псевдоожижать полидисперсны е материалы. Газ подается через не-большое отверстие внизу аппарата с большой скоростью. Это позволяет при необходимости работать без газораспределительной решетки, что особенно важно при псевдоожижении комкующихся и слипающихся материалов. При значительном угле конусности аппарата струя газа может оторваться от стенок аппарата и образовать сплошной канал. По этому каналу будет двигаться с большой скоростью поток газовзвеси, образующий над поверхностью слоя фонтаны твердых частиц. Такой слой называется фонтанирующим.

 

 

 

 

 

 

 

Схемы аппаратов с псевдоожиженным слоем:

а – цилиндрический противоточный непрерывного                              действия;

б – с направленной циркуляцией (силос);

в – конический;

г – с перемешивающим устройством;

д – устройстводля пневмотранспорта

(1 – шлюзовой затвор; 2 – бункер; 3 – пневмолиния; 4 – циклон)

 

 

 

Перемешивание

Перемешивание в жидкой среде применяют  для получения суспензий и  эмульсий. При смешивании пластических и сыпучих материалов ставится задача получения однородной массы основного  вещества с различными твердыми, жидкими  и пластичными добавками.

    При перемешивании интенсифицируются  тепловые, диффузионные и биохимические  процессы. Для перемешивания используют  смесители различных конструкций. 

    Качество перемешивания  характеризуется степенью (равномерностью) смешивания фаз. Равномерность  смешивания может изменяться  от 0 до 1. при идеальном (полном) смешивании  компонентов степень смешивания  равна 1.

    Перемешивание жидких  сред осуществляют несколькими  способами: пневматическим, циркуляционным, статическим и механическим при  помощи мешалок.

    При перемешивании тестообразных  масс, в частности при замесе  теста для хлебобулочных, кондитерских  и макаронных изделий, творога,  фарша и др., происходит смешивание  различных компонентов. Одновременно  полученная смесь  разминается,  насыщается воздухом и приобретает  определенные свойства.

    В пищевой технологии  смешивание проводят в аппаратах  периодического действия, снабженных  специальными смешивающими устройствами  – рамными, шнековыми, ленточными и другими мешалками.