7.5. Диспергування

Диспергування застосовують для подрібнення рідких, твердих речовин в рідині або рідких і твердих речовин в газі для одержання дисперсних систем.

Диспергування включає емульгування, гомогенізацію і розпорошення рідин в газовому середовищі.

Емульгірованіе застосовують для отримання емульсій жир у воді і навпаки. У першому випадку жир є дисперсною фазою, а вода - дисперсійним, у другому - жир є дисперсионной фазою, а вода - дисперсної.

При емульгуванні для отримання стійких, не розшаровуються, емульсій в суміш додають поверхнево-активні речовини (ПАР): желатин, казеїнати, казеїн, крохмаль, яєчний білок, агар-агар та інші речовини, які утворюють на поверхні тонку оболонку, придающую емульсіям стійкість і перешкоджає їх розкладанню.

Стійкість емульсії до розшаровування залежить від розмірів дисперсионной фази і розподілу жирових частинок за розмірами.

Так, наприклад, при отриманні емульсії жир в знежиреному молоці розмір жирових кульок не повинен перевищувати 5 мкм. Таку емульсію застосовують для вигодовування молодняка великої рогатої худоби. При цьому емульгування має відбуватися при температурах на 15 ... 20 ° С вище температури плавлення жиру. У високоякісному майонезі розмір основної маси жирових часток не повинен перевищувати 8 ... 10 мкм.

Емульгування виробляють в апаратах, званих емульсорамі.

На рис. 7.1 був показаний статичний емульсор, а на рис. 7.13 - емульсор з обертовим диском. І в тому і в іншому апараті диспергування відбувається під дією відцентрової сили. Суміш води, жиру і емульгатора подається по осі емульсора в диск, що обертається з частотою 10 ... 20 з ^-1 . Під дією відцентрової сили суміш багаторазово викидається через вузькі щілини, утворені обертовими і нерухомими кільцями, з першого обертового кільця в друге і т. д. При проходженні отворів у кільцях відбувається емульгування суміші. З останнього кільця, розташованого в обертовому диску, суміш надходить в патрубок для виведення емульсії.

Рис. 7.13. Відцентровий емульсор:

1 - корпус, 2 - обертовий диск; 3 - кільця на диску; 4 - кільця на корпусі

Продуктивність такого емульсора залежить від частоти обертання диска і числа отворів у кільцях.

Для емульгування використовують також колоїдні млини, в яких подрібнення відбувається в результаті тертя або ударів сухим або мокрим способом. На рис. 7.14 показана колоїдна млин, в якій подрібнення здійснюється мокрим способом. Млин складається з циліндричного корпусу 1 , в якому з великою швидкістю обертається диск 2 з розташованими по обидва боки ударними пальцями 3. На корпусі млина також є пальці 4 . При обертанні диска пальці, розташовані на ньому, проходять між пальцями корпусу. При цьому за рахунок ударів пальців суспензія подрібнюється. Подрібнена суспензія віддаляється через патрубок 6 .

Рис. 7.14. Колоїдний млин для мокрого помелу:

1 - корпус, 2 - обертовий диск; 3 - пальці диска; 4 - пальці корпусу; 5 - штуцер для входу суспензії; 6 - вихідний патрубок

Для емульгування застосовують також ультразвук. Ультразвукові емульсори працюють на принципі порушення коливань пластини з частотою до 22 кГц, що виникають при ударі суміші, що надходить через сопло в емульсор з великою швидкістю. У результаті коливань пластини, які передаються рідини, відбувається подрібнення дисперсної фази. Такі емульсори називають гідродинамічними свистками.

Гомогенізацію застосовують для отримання емульсій, н яких діаметр дисперсної фази не перевищує 1 ... 2 мм. Процес гомогенізації проводять в гомогенизаторах. Поширення набули клапанні гомогенізатори. На рис. 7.15 показаний елемент щілини клапанного гомогенізатора. Процес дроблення відбувається в щілини при тиску 8 ... 60 МПа. Розмір щілини в просвіті 80 ... 100 мкм. Нею регулюють за допомогою пружини, що впливає на клапан.

Рис. 7.15. Клапанна щілину:

1 - корпус; 2 - щілина

Як правило, гомогенізований продукт проходить дві або три щілини. Розмір дисперсної фази залежить від тиску в щілини гомогенізатора. Зв'язок діаметра частинок (м) з тиском у щілини гомогенізатора описується рівнянням

де p - тиск гомогенізації, МПа.

При гомогенізації емульсія нагрівається на 4 ... 5 ° С.

Розпилення рідини в газову фазу . При диспергуванні рідини відбувається дроблення струменя на краплі. Найбільшого поширення в техніці отримало гідравлічне і механічне розпилювання рідин в результаті розпаду струменя (рис. 7.16), яка витікає з великою швидкістю із сопла або розпилювальних дисків, а також пневматичне розпилення за допомогою пневматичних форсунок. Розпилення в пневматичних форсунках відбувається під дією подається в форсунку газу. Механічне розпорошення здійснюється за допомогою обертових дисків. При цьому рідина набуває кінетичну енергію під дією відцентрових сил. Ці методи розпилення суспензій застосовують в розпилювальних сушарках.

Рис. 7.16. Відцентрова механічна форсунка:

1 - патрубок для підведення продукту; 2 - корпус, 3 - завихритель; 4 - сопло

Середній розмір крапель (м) при дисковому розпиленні можна визначити за формулою

де n - частота обертання диска, з ^-1 ; σ - поверхневий натяг, Н / м; R - радіус диска, м; ρ - щільність суспензії, кг / м ³ .