2.3.2. Основные методики инженерного расчета

Для образования устойчивой дисперсной системы из составляющих ее дисперсных фаз при перемешивании в аппаратах с мешалками требуются условия равномерного распределения частиц в виде мелких капелек в сплошной фазе (жировой массе).

Одним из основных требований к качеству эмульсии на стадии приготовления считается отсутствие признаков расслаивания в течение определенного времени, которое зависит от условий проведения технологического процесса производства жировой продукции.

Для определения устойчивости эмульсии используется метод отбора проб эмульсии в мерный цилиндр. Промежуток времени до начала расслаивания эмульсии в мерном цилиндре зависит от размеров капель дисперсной фазы, полученных при перемешивании. Чем крупнее капли, тем быстрее они опускаются на дно мерного цилиндра, образуя сплошной слой, отличающийся цветом от остального объема пробы.

Таким образом, для обеспечения необходимых условий устойчивости эмульсии требуется регулировать размеры капель дисперсионной системы при перемешивании в аппаратах с мешалками.

Расчетные зависимости, позволяющие определить диаметр капель в эмульсии, обобщены в виде уравнения для определения диаметра наиболее устойчивых капель в турбулентном потоке применительно к аппаратам с мешалками:

d_к  3,5 ₀^–0,4 ( / )^0,6 , (2.23)

где d_к – диаметр капли эмульсии; ₀ – осредненное значение диссипации энергии;  – коэффициент межфазного поверхностного натяжения;  – плотность среды.

Интенсивность перемешивания определяется временем достижения качества перемешивания (получения требуемого технологического результата) при постоянной частоте вращения мешалки или частотой вращения мешалки при одинаковой продолжительности процесса перемешивания (смешивания).

Длительность перемешивания τ (в секундах) сырья определяют по формуле

τ = 3600 С /n, (2.24)

где С – постоянный коэффициент, зависящий от вида процесса, оп-ределяется экспериментально; n – частота вращения лопастей, с^–1; a – коэффициент, учитывающий наличие элементов турбулизации (a = 1, при отсутствии таких элементов a = 2,5); m – параметр, зависящий от вида и состояния перемешиваемой массы, определяется экс-периментально.

На длительность перемешивания  влияет также объем V рабочей емкости. Известно, что в однотипных перемешивающих устройствах с одинаковой частотой вращения мешалок справедливо соотношение

. (2.25)

Приведенная в табл. 2.4 методика инженерного расчета позволяет определить режимные параметры процесса перемешивания для подготовки жиросодержащих смесей и эмульсий.

Таблица 2.4

Наименование величины	Обозначение и методика расчета
Исходные данные
Диаметр аппарата, м	D
Высота заполнения аппарата, м	H = D
Тип мешалки	–

Продолжение табл. 2.4

Наименование величины	Обозначение и методика расчета
Число перегородок	zп
Ширина перегородок, м	bп
Диаметр мешалки, м	dм
Температуры среды, °С:
заданная	tн; (tн+ tк) /2; tк
начальная	tн = 38
конечная	tк = 43
Объемное содержание дисперсной фазы	f = 0,180,40
Время нагрева, с	 = 600800
Определяемые и расчетные величины
Плотность, кг/м^3:
сплошной фазы	с.ф Определяется по рис. 1–3 приложения
дисперсной фазы	д.ф Определяется по рис. 4 приложения
Плотность эмульсии, кг/м^3	эм Определяется по рис. 5 приложения или по формуле эм = д.ф f + (1 – f) c.ф
Осредненное значение энергии диссипации, Вт/кг	0 Выбирается в пределах значений от 0,96 до 1,08 или определяется по формуле (2.12)
Мощность, потребляемая на перемешивание, Вт	N Определяется по формуле (2.5) или N = 0 эм V
Динамическая вязкость сплошной фазы, Па · с	c Определяется по табл.1 приложения

Продолжение табл. 2.4

Наименование величины	Обозначение и методика расчета
Динамическая вязкость эмульсии, Па · с	эм Определяется по табл. 2 приложения
Кинематическая вязкость эмульсии, м^2/с	  = эм / эм
Отношение диаметров аппарата и мешалки	Г = D / dм
Число Рейнольдса	Reм = (м nм d) / эм
Критерий мощности	Кn [определяется как f (Reм)]
Частота вращения мешалки, с^–1	n Определяется по формуле (2.14)
Условие окончания расчета	Если n окажется меньше или больше предварительно принятой при расчете числа Re, то расчет продолжают до совпадения с предложен­ным расчетным соотношением
Удельная теплоемкость, Дж/(кг · К):
сплошной фазы	сc.ф Определяется по рис. 6–9 приложения
эмульсии	сэм Определяется по рис. 10 приложения
Теплопроводность Вт/(м · К):
сплошной фазы	с.ф Определяется по рис. 11–14 приложения
эмульсии	эм Определяется по рис. 15 приложения
Число Прандтля	Pr =  c /  =  / a
Коэффициент теплоотдачи от перемешиваемой среды при температуре, Вт/(м^2· К)	α Определяется по формуле (2.18)

Окончание табл. 2.4

Наименование величины	Обозначение и методика расчета
Расчетный тепловой поток (Вт) при известных значениях:
объемного расхода теплоносителя в рубашке, м^3/с	Vт
параметров теплоносителя на входе:
– по температуре, ºС	tт.вх
– по плотности, кг/м^3	т
– по удельной теплоемкости, Дж/(кг · К)	Ст
Температура теплоносителя на выходе из рубашки, ºС
Средняя расчетная температура теплоносителя в рубашке, ºС
Температура стенки аппарата, ºС

Методика используется для расчета мощности на перемешивание и расчета теплообмена в аппаратах с мешалкой, предназначенных для получения комбинированных жировых продуктов молочно-маргариновых и мясоперерабатывающих производств.

Г л а в а т р е т ь я