Расчет реактора для плавления кулинарного жира

Перемешивание – это вспомогательный процесс, применяющийся в пищевой промышленности для приготовления эмульсий, суспензий, смесей, гомогенизации растворов, а также интенсификации тепло- и массообменных процессов, химических и биохимических реакций. Цель перемешивания определяется назначением процесса. При приготовлении эмульсий для интенсивного дробления дисперсной фазы необходимо создавать в перемешиваемой среде значительные следующие усилия, зависящие от градиента скорости. В тех зонах аппарата, где градиент скорости жидкости имеет наибольшее значение, происходит наиболее интенсивное дробление дисперсируемой фазы. Способы перемешивания. Способы перемешивания и выбор аппаратуры для его проведения определяются целью перемешивания и агрегатным состоянием перемешивающих материалов. Широкое распространение в химической промышленности получили процессы перемешивания в жидких средах. Независимо от того, какая среда смешивается с жидкостью – газ, жидкость или твердое сыпучее вещество, – различают 2 основных способа перемешивания в жидких средах: механический (с помощью мешалок различного типа); – пневматический (сжатым воздухом или инертным газом). Кроме того, применяют перемешивание в трубопроводах и перемешивание с помощью насосов и сопел. Наиболее важными характеристиками перемешивающих устройств, которые могут быть положены в основу их сравнительной оценки, являются: – эффективность перемешивающего устройства; – интенсивность его действия. Эффективность перемешивающего устройства характеризует качество проведения процесса перемешивания и может быть выражена по-разному в зависимости от цели перемешивания. Чтобы оценить эффективность перемешивания, достигаемый технологический эффект сопоставляют с расходом энергии на перемешивание. Эффективнее то перемешивающее устройство, которое при том же расходе энергии обеспечивает больших эффект или для достижения аналогичного эффекта требует меньше энергии. Ввиду многообразия технологических процессов разнообразны и получаемые технологические эффекты, что затрудняет сравнение эффективности различных перемешивающих устройств и способов перемешивания. Поэтому качество перемешивания обычно оценивают по таким показателям: – при суспензировании и гомогенизации – по степени однородности системы; – при интенсификации теплообмена – по величине коэффициента теплоотдачи; – при интенсификации массообмена – по значению коэффициента массоотдачи. Поскольку оценить эффективность перемешивания бывает сложно, расчет процесса зачастую сводится к определению расхода энергии на перемешивание с целью подбора соответствующего источника. Интенсивность перемешивания определяется временем достижения заданного технологического результата или числом оборотов мешалки при фиксированной продолжительности процесса (для механических мешалок). Чем выше интенсивность перемешивания, тем меньше времени требуется для достижения заданного эффекта перемешивания. Интенсификация процессов перемешивания приводит к уменьшению размеров проектируемой аппаратуры и увеличению производительности действующей. Перемешивание применяют в процессах абсорбции, выпаривания, экстрагирования и других процессах химической технологии. Для экономичного проведения процесса перемешивания желательно, чтобы требуемый эффект перемешивания достигался за наиболее короткое время. При оценке расхода энергии перемешивающим устройством следует учитывать общий расход энергии за время, необходимое для обеспечения заданного результата перемешивания. Наибольшее распространение в химической промышленности получило перемешивание с введением в перемешивающую среду механической энергии из внешнего источника. Механическое перемешивание осуществляется с помощью мешалок, которым сообщается вращательное движение либо непосредственно от электродвигателя, либо через редуктор или клиноременную передачу. Известны также мешалки с возвратно-поступательным движением, имеющие привод от механического или электромагнитного вибратора. 1 Состояние вопроса Для приготовления плавленого кулинарного жира используется аппарат с механическим перемешивающим устройством. Основными элементами аппарата являются перемешивающее устройство и его корпус. Под перемешивающим устройством понимается конструкция, состоящая из привода, вала и мешалки, соединенных между собой в единый узел. Используется быстроходная мешалка – винтовая, литая с профилем крыловидной формы. Привод перемешивающего устройства в общем случае состоит из электродвигателя, редуктора и стойки привода. Выходной вал редуктора через муфту соединяется со сплошным валом аппарата, на конце которого закреплен6а мешалка. Под корпусом аппарата понимается сосуд вертикальный, цилиндрической формы, в котором осуществляется перемешивание. Корпус аппарата, используемого для осуществления теплообменных процессов, имеет теплообменные устройства – наружные, в виде рубашки, и, встроенного в корпус, в виде змеевика, используемые для интенсификации теплоотвода в корпусе аппарата. В аппарат установлены также отражательные перегородки, представляющие собой плоские пластины, закрепленные вертикально на внутренней поверхности цилиндрической части корпуса аппарата. Установка отражательных перегородок изменяет структуру потока жидкости в аппарате, что приводит к увеличению интенсивности перемешивания и к ликвидации воронки. Механические мешалки разделяются по устройству лопастей на следующие группы: 1) лопастные – с плоскими лопастями, 2) пропеллерные – с винтовыми лопастями, 3) турбинные, 4) специальные (якорные и др.) Лопастные мешалки Простейшие лопастные мешалки имеют две плоские лопасти, установленные в вертикальной плоскости, т. е. перпендикулярно к направлению вращения (рис. 1). Лопасти укреплены на вертикальном валу, который приводится во вращение от зубчатой или червячной передачи и делает 12–80 об/мин. Диаметр лопастей составляет примерно 0,7 диаметра сосуда, в котором вращается мешалка. При малых числах оборотов мешалки жидкость совершает круговое движение, т. е. вращается по окружностям, лежащим в горизонтальных плоскостях, в которых движутся лопасти. В этих условиях отсутствует смешивание различных слоев жидкости и интенсивность перемешивания низкая. Интенсивное перемешивание достигается в результате появления вторичных потоков и вихревого движения жидкости. Вторичные потоки возникают под действием центробежных сил, вызывающих движение жидкости в плоскости вращения лопасти от центра сосуда к его стенкам. Вследствие этого в центре сосуда возникает пониженное давление, причем в область пониженного давления всасывается жидкость из слоев, лежащих выше и ниже лопасти. В результате в сосуде происходит циркуляция жидкости. Вторичные потоки, складываясь с основным круговым движением жидкости, создают сложное движение, при котором происходит интенсивное перемешивание отдельных слоев. Интенсивность перемешивания возрастает с увеличением числа оборотов; однако еще быстрее увеличивается мощность, потребляемая мешалкой. При круговом движении жидкости на ее поверхности под действием центробежной силы образуется воронка, глубина которой возрастает с увеличением числа оборотов. Образование воронки ведет к ухудшению использования емкости сосуда. Для каждого случая опытным путем можно найти оптимальное число оборотов, при котором достигается необходимая эффективность перемешивания. Дальнейшее увеличение числа оборотов вызывает излишний расход энергии. Вихревое движение жидкость приобретает при установке в сосуде с мешалкой отражательных перегородок в виде вертикально поставленных полос. При обтекании жидкостью перегородок за ними образуется зона пониженного давления, в которой возникают вихри. При возрастании числа оборотов вихри отрываются от перегородок и движутся в направлении вращения лопасти. В случае дальнейшего увеличения числа оборотов возникает беспорядочное вихревое движение жидкости, при этом вихри соударяются друг с другом по всему объему жидкости. В этих условиях достигается высокая равномерность и интенсивность перемешивания. В то же время при наличии перегородок, препятствующих вращению всей массы жидкости, резко снижается глубина воронки. Обычно достаточно четырех симметрично установленных радиальных перегородок для улучшения перемешивания. Однако с установкой перегородок возрастает расход энергии на перемешивание. Рис. 1. Лопастные мешалки: а – стальная; б – чугунная. Для лучшего перемешивания всего объема жидкости в сосуде на валу устанавливают несколько пар горизонтальных лопастей, т. е. применяют многолопастные, а также рамные мешалки (рис.2), состоящие из нескольких горизонтальных и вертикальных, а иногда и наклонных плоских лопастей. Рамные мешалки отличаются прочностью и пригодны для перемешивания вязких жидкостей. Достоинства лопастных мешалок: 1) простота устройства и дешевизна изготовления, 2) вполне удовлетворительное перемешивание умеренно вязких жидкостей. Недостатки: 1) малая интенсивность перемешивания вязких жидкостей, 2) непригодность для перемешивания легко расслаивающихся веществ. Основные области применения лопастных мешалок: 1) перемешивание жидкостей небольшой вязкости; 2) растворение и суспендирование твердых веществ, обладающих малой плотностью; 3) грубое смешение жидкостей.