5 Operatia Pentru Amestecare

8/20/2019 5 Operatia Pentru Amestecare

1/51

260

Equation Chapter 1 Section 5

CAPITOLUL 5.

OPERAŢIA DE AMESTECARE

5.1. Scopul operaţiei de amestecare

Amestecarea este operaţia de omogenizare a două sau mai multe faze, în scopul obţineriiunui amestec (sistem final) cu aceeaşi compoziţie în întreg volumul său (omogenizare mecanică)şi/sau cu aceeaşi temperatură (omogenizare termică).

În industria alimentară operaţia de amestecare se utilizează pentru: realizarea omogenizării proprietăţilor unui sistem eterogen, pentru obţinerea unor emulsiisau suspensii;intensificarea reacţiilor chimice şi biochimice; intensificarea schimbării stării fizice (dizolvarea sau cristalizar ea – operaţii cu transfer de

masă); intensificarea acţiunii de transfer a căldurii între sistemele cu temperaturi diferite; separarea fazelor unui amestec (ex. obţinerea untului prin separarea grăsimii din smântână); formarea amestecurilor de particule solide (ex. formarea amestecurilor de sărare în stareuscată); amestecarea în fază lichid – solid (ex. formarea saramurilor simple şi a celor cu suspensiede amidon sau cu suspensie proteică); pentru realizarea emulsiilor de tip ulei/apă necesare fabricării prospăturilor dietetice(amestecare lichid-lichid);amestecarea în fază lichid-solid cu schimbare de fază (ex. realizarea amidonului pregelificatnecesar fabricării unor alimente).

Amestecarea are drept scop atingerea unei distribuţii reciproce intime a fazelorconstituente. Amestecarea perfectă a mai multor faze poate fi definită drept starea în care volumeinfinitezimale ale sistemului final (amestecul), luate din orice punct al sistemului prezintă aceeaşicompoziţie şi aceeaşi temperatură.

Realizarea unui sistem final (amestecul) cu caracteristici impuse, necesită mişcarearelativă a fazelor care formează sistemul. Metoda pentru punerea fazelor în mişcare şi apoi pentrumenţinerea lor în această stare este influenţată de natura fazelor şi proprietăţile d iferite aleacestora. Prin urmare, datorită proprietăţilor diferite ale fazelor supuse amestecării, operaţiile deamestecare diferă între ele, diferenţierea făcându-se în funcţie de modul de realizare a deplasăriirelative a fazelor.

În industria alimentar ă, operaţia de amestecare, în funcţie de rolul pe care îl are în cadrulunui proces tehnologic, poate fi considerată ca: operaţie independentă (de sine stătătoare, în cca. 30% din situaţii) având ca scopomogenizarea sistemelor finale (ex. se amestecă diferite calităţi de făinuri, pentru a obţine ofăină cu anumite calităţi cerute în procesul de fabricare a pâinii), producerea emulsiilor saua dispersiilor etc.;operaţie auxiliară (însoţitoare, în cca. 70% din situaţii) când are ca scop schimbarea stăriifizice a unor faze introduse în amestec (floculare, dizolvare), accelerarea reacţiilor chimice,intensificarea absorbţiei (ex. decolorarea uleiurilor vegetale, îndepărtarea mirosurilor etc.),


2/51

261

spălarea unor solide şi îndepărtarea impurităţilor (ex. spălarea tuberculilor de cartofi înindustria amidonului), intensificarea transferului de căldură etc.

În funcţie de proprietăţile fazelor înainte şi după amestecare, operaţia de amestecare poartă diferite denumiri, identificate prin gradul de amestecare:

agitare – amestecarea între fluide sau între lichide şi solide, când sistemul final (amestecul)

are vâscozitate mică sau medie; malaxare – amestecarea lichidelor, pastelor sau topiturilor cu vâscozitate sau consistenţămare (ex. paste din industria cărnii, produse din industria panificaţiei etc.); amestecare – omogenizarea solidelor pulverulente sau granulare;omogenizare – reducerea dimensiunii picăturilor fazei interne pentru sistemele disperselichide tip emulsii.

În funcţie de starea de agregare a fazelor supuse operaţiei de amestecare, operaţia poate fidefinită ca:

amestecare între faze lichid – lichid (omogenizarea vinurilor);amestecare între faze gaz – lichid (hidrogenarea uleiului, carbonatarea zmeurilor);

amestecare între faze gaz – solid (straturile fluidizate de particule solide);amestecare între faze lichid – solid pentru obţinerea produselor păstoase (ex. în industria de panificaţie, în industria cărnii, în industria zahărului pentru zahărul caramel); amestecare între faze solid – solid (obţinerea amestecurilor de diferite măcinişuri); amestecare pentru separarea fazelor (baterea smântânii pentru obţinerea untului).

În funcţie de modul de desfăşurare a operaţiilor de amestecare în cadrul unui procestehnologic, acestea pot fi:

cu desfăşurare discontinuă, când operaţia se desfăşoară într -un timp limitat, cuprinzând şitimpii de alimentare a fazelor şi de evacuare a sistemului final; cu desfăşurare continuă, când fazele dozate în vederea amestecării sunt supuse amestecării

concomitent cu transportul lor spre operaţia următoare din procesul tehnologic.

La alegerea unui anumit procedeu de amestecare, trebuie să se ţină seama ca rezultatuloperaţiei de amestecare să fie un sistem final superior din punct de vedere calitativ – eficacitateade amestecare (ex primată prin omogenizarea concentraţiei, câmpul de temperatură, vâscozitate),şi realizat cu un consum redus de energie din punct de vedere economic.

În acest sens trebuie să se ţine seama de: proprietăţile fazelor care se amestecă: starea fizică, densitatea, vâscozitatea, miscibilitatea pentru fluide; iar pentru solide densitatea, forma şi granulometria particulelor; proprietăţile sistemului final care trebuie obţinut: densitatea, gradul de omogenizare,tensiunea superficială şi, cea mai importantă, vâscozitatea care determină direct

proporţional mărimea energiei consumate pentru realizarea amestecării; forma, mărimea poziţia şi turaţia dispozitivului de amestecare: acestea trebuiesc alese în aşafel încât să se realizeze cât mai multe puncte de agitare locală în cât mai multe zone dinsistem; poziţia de aşezare a dispozitivului de amestecare trebuie să determine în vas curenţi pe direcţii diferite, care să intersecteze, rezultând astfel o amestecare generală bună; turaţiadispozitivului de amestecare trebuie să asigure formarea de curenţi cu viteze de deplasaremari, care să conducă la deplasarea a cât mai multe zone (porţiuni de material) într -o puternică agitare generală;


3/51

262

vasul în care se realizează amestecarea, are influenţă mare asupra caracterului amestecării, prin elementele geometrice (formă şi dimensiunii), prin mişcarea pe care o are în timpulamestecării şi prin gradul de umplere cu material; durata amestecării sau durata medie de staţionare a materialului în amestecător estenecesară pentru realizarea efectului dorit. Stabilirea duratei de amestecare până la care seobţine randamentul optim în proces este importantă pentru eficientizarea amestecării,

deoarece în forma aceasta s-ar putea ajunge la efectul maxim obţinut (atingerea gradului deomogenizare impus) prin amestecare cu un consum minim de energie.

Variabilitatea procedeelor de amestecare şi respectiv a organelor de lucru rezultă dinfaptul că fazele supuse amestecării în industria alimentară nu pot fi analizate ca faze omogene cu proprietăţi stabile în timp şi în spaţiu. În realitate, în industria alimentară, fazele supuseamestecării au proprietăţi variabile în intervale foarte largi de valori. Din acest motiv şi modelulmatematic care descrie operaţia de amestecare nu poate avea un caracter unitar.

Indiferent de scopul în care se aplică operaţia de amestecare, ea este caracterizată prineficienţă şi consum de energie. Amestecarea este cu atât mai eficientă când se realizează un efect bun de amestecare cu un consum redus de energie.

5.2. Importanţa operaţiei de amestecare asupra diferitelor operaţii unitare

Amestecarea are ca scop omogenizarea care se manifestă prin reducerea gradienţilor detemperatură şi/sau de concentraţie din amestecul analizat. Acest lucru presupune o influenţăfavor abilă asupra vitezei operaţiilor care includ transferul de masă sau căldură. Aceste aspecte aufost tratate în literatura de specialitate, în cazul operaţiilor de dizolvare, electroliză, cristalizare,adsorbţie, extracţie, încălzire sau răcire şi la reacţiile chimice eterogene care se desfăşoară în ceamai mare parte într-un mediu lichid.

5.3. Tipuri de sisteme finale - amestecuri

Sistemul final (amestecul) reprezintă un sistem constituit din mai multe faze diferite din punct de vedere chimic, aflate în diferite stări de agregare, fără a avea loc formarea unui nousistem.

În funcţie de natura fazelor care se amestecă şi de gradul lor de miscibi litate, sistemelefinale pot fi:

omogene, când au aceleaşi proprietăţi în toată masa sistemului, adică nu conţin faze sau părţi cu proprietăţi diferite care să conducă la apariţia suprafeţelor de separare între acestea; eterogene, când sunt formate din două sau mai multe faze, care au proprietăţi fizice diferite,

bine determinate, care conduc la apariţia suprafeţelor de separare în interiorul sistemuluifinal.

Tipurile de sisteme finale omogene şi eterogene ce rezultă ca efect al operaţiei deamestecare sunt prezentate în Figura 5.1.


4/51

263

Sisteme finale omogene

Soluţii de lichide Soluţii de solide în lichide

Dispersii Dispersii Sisteme finale solide

emulsii suspensii

Sisteme finale eterogene

Fig. 5.1. Tipuri de sisteme finale.

Din punct de vedere reologic, sistemele finale se împart în:sisteme finale newtoniene – fluide (gaze şi lichide) - definite ca lichide a căror vâscozitatenu se modifică cu modificarea forţei de forfecare;sisteme finale nenewtoniene (pastele, emulsii etc.), sunt definite ca faze ale căror rezistenţăla curgere se modifică odată cu modificarea vitezei de aplicare a forţei de forfecare, fapt pentru care curgerea lor este neuniformă.

5.3.1. Sisteme finale (amestecuri) eterogene

Produsele vegetale din agricultură şi o parte din produsele obţinute în urma proceselor dinindustria alimentară (amestecare, mărunţire etc.) se regăsesc sub formă de sisteme finaleeterogene denumite şi sisteme disper se.

În industria alimentară, sistemele finale (amestecurile) eterogene rezultă în urmaoperaţiilor mecanice cum ar fi: amestecări cu faze lichide (ex. omogenizarea vinului), amestecăricu faze gaz – solid (ex. înmuierea orzului), amestecarea pentru separarea de faze (ex. batereauntului); amestecări de faze pentru a obţine produse păstoase, produse din carne etc.), în urmaunor operaţii de transport (pneumatic sau hidraulic), în urma unor operaţii de transfer de masă(uscare, extracţie lichid – lichid) sau operaţii de transfer de căldură (condensarea vaporilor).

Orice sistem final eterogen este format din cel puţin două faze: fază internă, numită discontinuă sau dispersă, care se găseşte într -o stare de divizare fină,

ale cărui particule sunt răspândite în interiorul celeilalte faze;fază externă, numită continuă sau mediu de dispersie, care înconjoară particulele fazeidisperse.

În funcţie de starea fizică a mediului de dispersie şi a fazei dispersate, rezultă următoareletipuri de sisteme finale (amestecuri) eterogene (Tabelu l 5.1 .):

sistem final eterogen solid, care poate conţine faze de natură solidă, lichidă sau gazoasă,dispersate în mediul de dispersie solid;

Lichid

Solide


5/51

264

sistem final eterogen lichid, care poate conţine faze de natură solidă, lichidă sau gazoasă,dispersate în mediul de dispersie lichid;sistem final eterogen gazos, care poate conţine faze de natură solidă, lichidă sau gazoasădispersate în mediul de dispersie gazos.

În funcţie de ordinul de mărime al particulelor fazelor, sistemele finale eterogene se

împart în:sisteme finale eterogene monodisperse, în care faza dispersă este formată din particule deaceeaşi mărime (aceste sisteme se întâlnesc foarte rar, ex. untul). Raportul dintre valoareamaximă şi minimă a particulelor fazelor din acest sistem are valori reduse de ordinulunităţilor; sisteme eterogene polidisperse, în care faza dispersă este formată din particule de diferitemărimi (aceste sisteme se întâlnesc cel mai frecvent, ex. ciocolata cu alune). Raportul dintrevaloarea maximă şi minimă a particulelor fazelor din acest sistem are valori reduse deordinul zecilor sau sutelor de unităţi.

Tabelul 5.1.

Tipuri de sisteme finale (amestecuri) eterogene.Fazacontinuă

(mediul dedispersie

Fazadiscontinua(dispersata)

Tipulsistemului

Denumireasistemului final

Exemple

S

S S-S Sisteme finaleuscate

Sisteme de seminţe, făină cuimpurităţi

L S-L Sisteme finaleumede

Sare umedă, borhot umed,zahăr

G S-G Sisteme finaleîn vrac

Seminţe, sare, zahăr, făină învrac

L

S L-S Suspensiimecanice Sucuri de fructe, must destruguri, apă tulbure L L-L Emulsii,

dispersiiLapte, margarină, maioneză

G L-G Spume Spumă de bere cu bioxid decarbon

G

S G-S Aerosoli Fum, praf, ceaţă L G-L Suspensii Ceaţă

G G-G - -

În multe tehnologii din industria alimentară sunt situaţii în care trebuie să se amestece produse, având fiecare un anumit conţinut dintr -o anumită fază, cu scopul de a se obţine în finalun sistem final (produs finit) cu un conţinut impus în fazele respective. În toate cazurile se cere proporţia în care trebuie să participe fazele iniţiale pentru a se obţine sistemul final eterogen cu ocompoziţie impusă.

Din acest punct de vedere sistemele finale eterogene, pot fi formate din:două faze, numite sisteme sau amestecuri binare; trei faze, numite sisteme sau amestecuri ternare;


6/51

265

sisteme sau amestecuri eterogene formate din mai multe faze sau amestecuri polifazice.

Cunoaşterea particularităţile sistemelor finale eterogene, este necesară, deoarece acesteaajută la identificarea ecuaţiilor de bilanţ de materiale atât la formarea sistemelor finale(amestecuri) cât şi la separarea sistemelor finale eterogene.

5.3. Bazele teoretice ale procesului de amestecare

5.3.1. Factorii care influenţează operaţia de amestecare

Fazele supuse operaţiei de amestecare sunt faze fluide sau faze constituite din particulesolide. În cazul realizării operaţiei de amestecare fazele fluide pot fi newtoniene şi nenewtoniene.Din prima categorie fac parte gazele şi lichidele, care sunt caracterizate prin: vâscozitate,densitate, difuziune, solubilitate reciprocă. Din a doua categorie fac parte fluidele nenewtoniene,care sunt caracterizate prin: densitate, vâscozitate manifestată de cele mai multe ori princonsistenţă şi coeziune. În general amestecurile păstoase au consistenţă şi coeziune mare (acesteadevin proprietăţi importante pentru amestecare) .

În cazul operaţiei de amestecare este important cunoaşterea acestor proprietăţi, deoar ece

acestea influenţează în mod direct eficacitatea de amestecare (exprimată prin omogenizareaconcentraţiei, câmpul de temperatură), şi economic, prin energia consumată. Tot odată,cunoaşterea acestor proprietăţi impune: stabilirea metodei de amestecare, a tipului deamestecător, a numărului şi modului de dispunere a dispozitivelor de amestecare în vasele deamestecare.

Principalii factorii care condiţionează modul de desfăşurare a operaţiei de amestecar e, pot fi sistematizaţi astfel:

a) Factori referitor i la fazele primare supuse operaţiei de amestecare: natura constituenţilor;

starea fizică a constituenţilor; proprietăţile constituenţilor: densitatea;solubilitatea;vâscozitatea (consistenţa); tensiunea superficială a fazelor; granulometria şi forma constituenţilor (pentru sisteme finale de tip solid – lichid,lichid – solid, solid – solid);umectabilitatea (pentru fazele solide).

b) Factori referitori la amestecul final realizat în urma operaţiei de amestecare:

proprietăţile sistemului final: densitatea;vâscozitatea;tensiunea superficială;

gradul de omogenizare.

c) Factori referitori la modul de desfăşurare a operaţiei de amestecare: regimul de funcţionare al dispozitivului de amestecare; bilanţul de constituenţi în amestec;


7/51

266

durata amestecării (pentru regimul intermitent de funcţionare); temperatura de lucru;scopul urmărit; tipul amestecătorului; puterea necesară pentru obţinerea sistemului final; costul operaţiei de amestecare.

5.3.2. Realizarea operaţiei de amestecare

În procesul de amestecare, de plasarea relativă a straturilor componente din masasistemului, se realizează prin intermediul dispozitivului de amestecare, în două faze:

amestecare locală (prima fază), care se realizează în apropierea dispozitivului deamestecare şi care se bazează pe formarea unor zone mici de amestecare în care iau naşterecurenţi turbionari cu viteze diferite ca mărime şi direcţie ce duc la deplasarea unor volumede faze. Metoda de punere în mişcare a fazelor şi menţinerea lor în stare de mişcare esteinfluenţată de natura fazelor şi de proprietăţile fizice ale acestora. Amestecarea locală serealizează cu viteze mari;

amestecare generală (a doua fază), volumele de materiale supuse amestecării, aflate înapropierea dispozitivelor de amestecare, antrenează alte volume vecine de materiale.Amestecarea generală se realizează cu viteze reduse.

Realizarea unei amestecări cât mai bune presupune existenţa condiţiilor pentru obţinereaunei amestecări generale cât mai intense.

Amestecarea locală şi generală coexistă în toate tipurile de operaţii de amestecare şi auimportanţa lor specifică în realizarea operaţiei de amestecare.

S-a constatat că asupra operaţiei de amestecare o influenţă majoră o are formadispozitivului de amestecare, care se alege în funcţie de natura fazelor ce se amestecă şi deenergia ce trebuie transmisă în operaţia respectivă.

În cazul operaţiei de amestecare realizată cu dispozitive mecanice, prin rotireadispozitivului, asupra fazelor se exercită o presiune şi se creează o mişcare a fazelor după treidir ecţii (Fig. 5.2.):

radială, când fazele se deplasează perpendicular pe peretele vasului; longitudinală, paralelă cu axa de rotaţie a dispozitivului de amestecare; tangenţială la cercul descris prin mişcarea dispozitivului de amestecare.

În cazul amestecătoarelor la care dispozitivul de amestecare este montat central (axavasului de amestecare este coaxială cu axa dispozitivului de amestecare), amestecarea serealizează datorită componentelor forţei de amestecare ce acţionează după direcţiile radială şilongitudinală. Componenta tangenţială dezvoltă curenţi de curgere a produsului după traiectorii

circulare, concentrice, pornind de la axul dispozitivului până la peretele vasului de amestecare şiinvers.

Curgerea produsului, în acest caz, este laminară şi realizează alunecarea straturilor de produs unele peste altele. În centrul vasului se formează o cavitaţie, straturile de produs fiindîmpinse spre peretele vasului de amestecare. Straturile periferice superioare, împreună cu ocantitate de aer cald sunt încorporate în produs prin amestecare, ceea ce duce la mărireavolumului produsului datorită aerului încorporat.


8/51

267

Fig. 5.2. Direcţiile de deplasare ale produsului în vasul de amestecare:

R –curgere radială, l - curgere longitudinală, T – curgere tangenţială.

Pentru operaţiile de amestecare realizate cu dispozitive mecanice, pot fi utilizate paletede diferite forme, montate pe un singur ax sau pe axe cu mişcare planetară.

În cazul amestecătoarelor la care dispozitivul de amestecare este montat central (axavasului de amestecare este coaxială cu axa dispozitivului de amestecare), amestecarea serealizează datorită componentelor forţei de amestecare ce acţionează după direcţiile radială şilongitudinală. Componenta tangenţială dezvoltă curenţi de curgere a produsului după traiectoriicirculare, concentrice, pornind de la axul dispozitivului până la peretele vasului de amestecare şiinvers.

Curgerea fazelor, în acest caz, este laminară şi realizează alunecarea straturilor de fazeunele peste altele. În centrul vasului se formează o cavitaţie, straturile de faze fiind împinse spre peretele vasului de amestecare. Straturile periferice superioare, împreună cu o cantitate de aer cadşi sunt încorporate în sistemul final prin amestecare, ceea ce duce la mărirea volumului produsului datorită aerului încorporat.

În cazul când nu se urmăreşte înglobarea aerului în sistemul final, se va evita fisurareacavitaţiei, montându-se axul dispozitivului de amestecare, excentric sau înclinat faţă de axulvasului de amestecare.

La amestecătoarele cu paletă de regulă axul se montează central şi are o turaţie mică. Componentele tangenţială şi radială ale deplasării fazelor sunt mari, pe când componenta

longitudinală este redusă. Se obţin rezultate mai bune în cazul montării unui agitator cadru carereduce posibilitatea depunerii produsului pe pereţii vasului, deoarece aceste palete se comportă cao racletă.

Pentru analiza curgerii a fazelor newtoniene în vasul de amestecare se are în vedere ogeometrie simplificată a relaţiei vas de amestecare – dispozitiv de amestecare, considerând cădispozitivul de amestecare are o mişcare relativă faţă de vasul de amestecare staţionar.

Dispozitivului de amestecare transmite mişcarea prin presiunea paletelor exercitată asuprafazelor aspirate pe la parte superioară a vasului de amestecare, acestea prezentând o curgereaxială (în direcţia de mişcare a dispozitivului de amestecare).

Deplasarea fazelor (straturilor) unele faţă de altele pot fi considerate ca plane parale (Fig.5.3. a, b). Planele paralele se vor mişca cu viteze de mărimi diferite şi pe direcţii paralele. Întimpul deplasării, între planele paralele, apar forţe de frecare interioară care se opun curgeriifazelor. Cu cât forţele de frecare interioare sunt mai mari cu atât fluiditatea fazelor este mai mică.

Această rezistenţă la curgere se manifestă prin tensiunile tangenţiale de forfecare care apar pe orice element de suprafaţă care separă două faze între care există variaţii de viteză.

În cazurile reale distribuţia de viteze nu este liniară, tensiune tangenţială variază de la punctla punct în masa amestecului.

R L T


9/51

268

În cazul curgerii axiale variaţia vitezei de curgere în direcţia z se neglijează.

a) b)

Fig. 5.3. Curgerea fazelor unui amestec de consistenţă mică sub acţiunea unui dispozitivcu braţe:

a – simularea procesului de curgere; b – schema de principiu a fazelor sub formă de plane

paralele.

Din modelarea procesului de curgere (Fig. 5.4.) se observă că întâi are loc o amestecarelocală cu viteze mari, urmată de o amestecare generală cu viteze reduse.

Fig. 5.4. Modelarea procesului de formare a amestecului newtonian.

În cazul amestecurilor nenewtoniene, curgerea fazelor nu se mai prezintă sub formă de plane paralele, ci au un traseu neregulat. La rotirea dispozitivului de amestecare în jurul axei proprii, mişcarea se transmite de la dispozitivului de amestecare la stratul de amestec aflat înapropierea lui, şi prin acesta de la strat la strat în întregul amestec din vasul de amestecare. Viteza

Sv1

v2

h

P2

P1

http://www.fluent.com/solutions/examples/img/x96i4anim.gifhttp://www.fluent.com/solutions/examples/img/x96i4anim.gif


10/51

269

unghiulară a fazelor scade, în raport cu creşterea distanţei de la suprafaţa dispozitivului deamestecare, atingând valoarea zero la distanţa infinită de această suprafaţă (Fig. 5.5.). În acestcaz, fazele amestecul sunt supuse forfecării, şi nu încep să se amestece pornind de la cea maimică tensiune aplicată, ci numai după ce tensiunea ajunge la o anumită valoare. În acest caz, subacţiunea solicitărilor mecanice, fazele amestecului sunt supuse deformării, adică se modifică poziţia relativă a elementelor constituente. În cazul amestecurilor nenewtoniene, deformaţia

fazelor creşte continuu şi nu se mai recuperează după îndepărtarea solicitărilor mecanice.

În cazul studierii curgerii sistemelor finale nenewtoniene de consistenţă mică se urmăresc:distribuţia de presiune, distribuţia vitezei de deformare, distribuţia tensiunii de forfecare.

Fig. 5.5. Modelarea procesului de formare a amestecului nenewtonian.

În urma analizei, variind turaţia, se pot elabora următoarele concluzii: la viteze mici ale dispozitivului de amestecare, volumul fazei disperse creşte în parteainferioară a vasului de amestecare. la viteze mai mari, efectul formării amestecului în partea inferioară a vasului începe să sediminueze;se realizează diminuarea efectului de amestecare în partea inferioară a vasului devenindaproape nulă iar distribuţia vitezei devine aproape uniformă pe direcţia verticală a vasuluide amestecare.

5.4. Utilaje pentru amestecare

Amestecătoarele sunt destinate transmiterii energiei mecanice de la elementele dinamiceal utilajului către mediul care trebuie amestecat, pentru punerea în mişcare a întregii cantităţii dematerial şi pentru crearea turbulenţei necesare amestecării.

Numeroşii factorii care influenţează operaţia de amestecare şi lipsa unei baze teoretice decorelare a lor au dus la existenţa unui număr foarte mare de tipuri de amestecătoare construitemai mult pe baze empirice şi recomandate prin rutină tehnică. S-a dovedit practic că aproapetotdeauna tipurile clasice, simple sunt mai eficace.


11/51

270

În cele ce urmează, sunt prezentate cele mai folosite tipuri de amestecătoare, arătându -sedomeniile de utilizare aşa cum rezultă din indicaţiile cuprinse în standarde, normative şi prospecte.

5.4.1. Clasificarea amestecătoarelor

Clasificarea amestecătoarelor se poate realiza după mai multe criterii:

1. În funcţie de natura fazelor care intră în amestec sau rezultă după amestecare,amestecătoarele pot fi:

amestecătoare pentru produse solide;amestecătoare sau malaxoare pentru produse consistente sau sub formă de pastă; amestecătoare sau agitatoare pentru fluide.

2. Din punct de vedere constructiv şi după modul de acţionare, amestecătoarele pot fi:

a) Amestecătoare fără elemente mobile

prin curgerea forţată a fluidelor: prin recirculare;cu şicane; în aparate tip coloane:

coloane cu şicane; coloane cu talere sită; coloane cu umplutură;

cu injectoare sau duze;cu sistem gaz – lift;cu tub Venturi;cu barbotare;

cu elemente statice de amestecare; prin curgerea liberă a fluidelor:

amestecarea spontană.

b) Amestecătoare cu elemente mobile

cu cuva rotativă;

agitatoare cu braţe (sau palete):

cu paletă plană dreptunghiulară; cu braţe simple; cu braţe cu şicane;

cu braţe tip ancoră (simplă sau dublă); cu braţe curbate tip IMPELLER; cu cadru (cu braţe verticale sau orizontale); cu raclete; planetare;umblătoare;

agitatoare cu elice:

cu ax vertical şi elice simplă; cu ax vertical excentric;


12/51

271

de tip portabil;cu ax orizontal;cu ax excentric înclinat;cu elice şi tub de circulaţie;

agitatoare centrifuge:

cu rotor deschis;

cu rotor închis;amestecătoare pentru materiale consistente (malaxoare):

cu benzi elicoidale;cu două braţe malaxoare şi rotire în sens de întâmpinare; cu braţe fixe şi cuvă rotativă; cu braţ malaxor şi cuvă rotativă; tip extruder;tip valţ; bătătoare;

amestecătoare pentru materiale pulverulente:

cu unul sau mai multe dispozitive de amestecare tip melc;mecanice cu tobă rotativă; pneumatice;cu recipient mobil fără dispozitiv de amestecare;cu dispozitiv de amestecare şi recipient fix;

3. Din punct de vedere al modului de funcţionare, amestecătoarele se împart în: cu funcţionare discontinuă (pe şarjă), când operaţia se desfăşoară într -un timp limitat,cuprinzând şi timpii de alimentare şi evacuare a fazelor supuse amestecării; cu funcţionare continuă, când fazele dozate în vederea amestecării, sunt supuseconcomitent cu transportul lor spre operaţia următoare din procesul tehnologic.

5.4.2. Construcţia amestecătoarelor

Utilajele în care se realizează operaţia de amestecare se numesc, în general amestecătoare.Mai sunt folosite şi denumirile de agitatoare şi malaxoare, corespunzătoare operaţiilor respective.

În general, un amestecător este compus dintr -un vas de amestecare (recipient, cuvă etc.),unul sau mai multe dispozitive de amestecare, unul sau mai multe mecanisme de acţionare şiechipamentele anexe (pentru încărcare şi descărcare, cadre şi reazeme de susţinere).

Vasul de amestecare are diferite forme (cilindrică, sferică, semisferică, bitronconică,cubică etc.), cu peretele interior neted sau cu amenajări (şicane, verticale sau înclinate). Pot fiantrenate sau nu, în funcţie de natura substanţelor supuse amestecării şi cerinţele privind

amestecul final. Tot din aceste considerente, vasele de amestecare se construiesc din diferitemateriale: fonte, oţeluri, materiale metalice inoxidabile, mase plastice, materiale metaliceemailate etc.

Vasele de amestecare pot fi deschise sau închise şi etanşe, atunci când procesul deamestecare se realizează la alte presiuni decât cea atmosferică.

Dispoziti vele de amestecare sunt amplasate în interiorul amestecătorului şi pot fi: 1. Statice, formate din serpentine sau conducte perforate, prin care circulă un fluid (lichid

sau gaz), la o presiune mai mare decât cea a fluidului din vasul de amestecare (Fig. 5.6.).


13/51

272

Fig. 5.6 . Amestecător cu dispozitiv de amestecare static:

1 - vas de amestecare; 2 - dispozitiv de amestecare (conductă perforată); 3 - capac; 4 - alimentare fluid A; 5 - alimentare fluid B;

6 - evacuarea amestecului.

Acestea realizează o amestecare de intensitate mică. Pentru creşterea intensităţiiamestecării se utilizează injectoare şi ajutaje de amestecare (Fig. 5.7.).

Fig. 5.7 . Injector pentru amestecarea a două fluide: 1 - peretele recipientului; 2 - injector; 3 - ajutaj convergent-divergent.

2. Rotative, realizând un proces de amestecare discontinuu (Fig. 5.8.), la diferite presiuni(atmosferică, mai mari sau mai mici decât presiunea atmosferică).

3

AB

1

2

A+B

6 B 5

3

4

A

2

1

A+B


14/51

273

Fig. 5.8. Amestecător cu dispozitiv de amestecare rotativ: 1 - vas de amestecare; 2 - dispozitiv de amestecare; 3 - arbore; 4 - reazem; 5 - grup conic;

6 - cuplaje; 7 - reductor; 8 - electromotor.

3. Cu mişcare de translaţie alternativă (Fig. 5.9.), având diferite destinaţii: înglobareaaerului în amestec, accelerarea operaţiilor de dizolvare şi extracţie, agitarea amestecului etc.Frecvenţa mişcării alternative este mică, iar amplitudinea mişcării (cursa dispozitivului) se alege în funcţie de cerinţele amestecului. Mişcarea se poate realiza cu dispozitive mecanice, pneumatice, hidraulice, electromagnetice etc.

Fig. 5.9. Amestecător cu dispozitiv de amestecare cu mişcare de translaţie alternativă, cuacţionare pneumatică:

1 - tijă; 2 - disc cu orificii; 3 - cilindru pneumatic; 4 - piston; 5 - dispozitiv de etanşare; 6 -

recipient.

5 6 76 8

4

3

2

1

3

4

5 1

6

2


15/51

274

4. Cu mişcare combinată de rotaţie şi translaţie (Fig. 5.10.), destinate pentru amestecăriiintense.

Fig. 5.10. Dispozitiv de amestecare cu mişcare combinată de rotaţie şi translaţie:

1 - dispozitiv de amestecare; 2 - arbore; 3 - cadru; 4 - arbore cotit; 5 - lagăre cu rulmenţi;6 - grup conic; 7 - cuplaje; 8 - reductor; 9 - electromotor; e - mărimea manivelei arborelui cotit,

egală cu jumătate din amplitudinea mişcării pentru cazul când grupul conic are raport de

transmisie 1,0.

5.5. Amestecătoare pentru produse solide

Amestecătoarele pentru omogenizarea fazelor solide se utilizează pentru realizareaamestecurilor de tip solid – solid şi lichid – solid . Fazele solide, mărunţite sub formă de bucăţi,granule sau pulberi, pot fi amestecate în următoarele tipuri de amestecătoare:

cu funcţionare discontinuă; cu funcţionare continuă.

5.5.1. Amestecătoare cu funcţionare discontinuă

Amestecătoarele cu funcţionare discontinuă pot fi:fără dispozitiv de amestecare, când amestecarea se realizează prin rotir ea corpuluiamestecătorului în care se află componentele pentru amestecare; cu dispozitiv de amestecare şi recipient fix.

Pentru amestecuri pulverulente se folosesc amestecătoare cu dispozitive de amestecare tipmelc orizontal sau vertical. De asemenea, se mai pot folosi amestecătoare cilindrice orizontalecu ax cu palete multiple sau cu tambur (tobă) cilindric orizontal sau cilindro– biconic.

Pentru amestecarea fazelor granulare sau în bucăţi, precum şi pentru operaţii speciale(cum ar fi glazurarea sau drajarea) se folosesc tobe (Fig. 5.11.) de diferite forme geometrice

e

5 65 7

87 9

435

8

21


16/51

275

(cilindrice cu diverse dispuneri în raport cu axa orizontală, prismatice, biconice, elipsoidale, înformă de V sau Y).

a)

b) c)

d) e)

f) g)

h) i)

Fig. 5.11. Amestecătoare cu tobă.

Din punct de vedere al modului în care se realizează deplasarea relativă a particulelor înincinta amestecătorului se deosebesc:


17/51

276

amestecătoare la care mişcarea relativă a particulelor se produce sub acţiunea câmpuluigravitaţional (amestecare liberă); amestecătoare la care deplasarea particulelor se realizează forţat, prin acţiunea unordispozitive mecanice sau sub acţiunea unui curent de aer.

Amestecătoare cu deplasarea particulelor în câmp gravitaţional. Se utilizează pentru

amestecarea materialelor care se prezintă sub formă de granule sau bucăţi, precum şi pentruexecutarea unor operaţii speciale: glazurare, drajare etc. Din punct de vedere constructiv,dispozitivul de amestecare se prezintă sub forma unor tobe, cu diferite conFiguraţii geometrice(Fig. 6.6.). Tobele sunt antrenate în mişcare de rotaţie cu turaţii relativ reduse, ce nu depăşesc 100rot/min, valoarea turaţiei depinzând de raza interioară a tobei. Gradul de încărcare optim al tobeise află în limitele de 40···65 %.

Axa de rotaţie a tobei poate să coincidă sau nu cu axa de simetrie. În cazul amestecătoarelor cu tobă, la care mişcarea de rotaţie se execută după o axă care

coincide cu axa de simetrie a tobei, pentru a se realiza amestecarea este necesar ca materialulaflat în apropierea peretelui tobei să fie ridicat până la o anumită înălţime după care să sedesprindă şi să cadă, fiind adus mereu către centrul tobei ( Fig. 6.7.), după care fenomenul se

repetă continuu. Desprinderea materialului de pe peretele tobei se produce în momentul în carecomponenta radială a forţei de greutate echilibrează forţa centrifugă (care apare ca urmare amişcării de rotaţie a tobei) şi de aderenţă a materialului cu peretele tobei. Neglijând forţele deaderenţă şi de frecare dintre materialul din tobă şi peretele interior al tobei, se consideră că turaţiacritică a tobei este atinsă în momentul în care, în punctul de maxim al circumferinţei tobei, forţacentrifugă echilibrează forţa gravitaţională.

Odată cu depăşirea acestei valori a turaţiei, materialul din tobă va face corp comun cutoba, fără să existe o deplasare relativă între particule.

Regimul de deplasare al particulelor de material din tobă, depinde de turaţia specifică atobei (raportul dintre turaţia tobei şi turaţia critică) şi de gradul de umplere a tobei (Fig. 5.12.).

Fig. 5.12. Dependenţa dintre regimul de deplasare al particulelor în tobă şi turaţia

specifică, respectiv gradul de încărcare.

În cazul unui grad de umplere mai scăzut şi la valori mai mari ale turaţiei specifice, particulele din stratul de material ridicat de peretele tobei, se desprind de pe aceasta, şi cad înapoidescriind traiectorii parabolice. Particulele de material sunt aduse către centrul tobei, aspectul

cascadă

intermediară

cataractă

Turaţia specifică (n/ncr)

C o e f i c i e n t u l d e u m p l e r e ( φ )


18/51

277

mişcării fiind de prăbuşire, mişcarea în sine purtând denumirea de mişcare în cataractă. În cazul unui grad de umplere mai ridicat şi la valori reduse ale turaţiei specifice,

particulele se desprind de la o înălţime mai mică de pe peretele tobei, ele alunecând spre centrultobei. Particulele se deplasează stratificat, mişcarea particulelor purtând denumirea de mişcare încascadă.

Pentru intensificarea procesului de amestecare se utilizează tobe cu peretele int erior

poligonal, mişcarea particulelor din masa de material având un caracter fluctuant sau sacadat(Fig. 5.11. a).În Figura 5.11. d este prezentată schema unui amestecător cu tobă, având secţiunea de

formă dublu tronconică, axa de rotaţie, care este şi axa de simetrie a tobei, fiind dispusă înclinat.Funcţionarea amestecătorului este periodică, produsul final fiind elaborat în şarje.

În cazul amestecătoarelor la care mişcarea de rotaţie se execută după o axă care nucoincide cu axa de simetrie a tobei (Fig. 5.11. e, f, g, h, i), datorită asimetriei traiectoriei punctelor tobei, mişcarea materialului are un caracter fluctuant. În interiorul tobei, pe parcursulunei rotaţii, materialul fiind ridicat de două ori. Funcţionarea amestecătoarelor este periodică. Uncaz aparte îl prezintă amestecătorul în formă de W (Fig. 5.11. i ), care este de tip cu funcţionarecontinuă, fiind prevăzut la un capăt cu un sistem de alimentare continuă, iar la celălalt capăt cu unsistem de evacuare a produsului finit. Amestecătorul în formă de W se poate considera că rezultădin legarea în serie a două amestecătoare în formă de V (Fig. 6.6. h) sau în formă de Y.

Amestecătoare cu circulaţia forţată a materialului. Sunt utilizate pentru amestecareamaterialelor pulverulente şi granulare. Dispozitivul de amestecare este realizat sub formă detransportor elicoidal, axa de rotaţie a transportorului fiind dispusă vertical, înclinat sau orizontal(Fig. 5.13.). Transportorul elicoidal poate să execute numai mişcarea de rotaţie (Fig. 5.13. a, b, cşi d), când este fix ca poziţie, sau poate să execute o mişcare combinată (complexă) de rotaţie în jurul axei proprii şi de revoluţie în jurul axei carcasei amestecătorului (Fig. 5.13. f). În acest dinurmă caz, antrenarea melcului în mişcare de rotaţie în jurul axei proprii, se realizează prinintermediul unui mecanism planetar, cu roţi dinţate conice, la care roata centrală este fixă,mişcarea în mecanismul planetar fiind introdusă prin braţul port-satelit.

Amestecătoarele cu transportoare elicoidale orizontale sunt de tip cu funcţionarecontinuă. Ele realizează operaţia de amestecare simultan cu transportul materialelor. Acest lucru presupune dozarea continuă a materialelor primare, cu care se alimentează amestecătorul.Amestecătoarele cu transportoare elicoidale, cu axa de rotaţie verticală, sunt de tip cu funcţionare periodică, transportorul elicoidal fiind realizat într-o singură unitate funcţională sau divizat îndouă sau mai multe unităţi funcţionale, în ambele cazuri transportoare elicoidale fiind prevăzutecu carcase proprii. În cazul amestecătoarelor cu transportorul realizat din două unităţi funcţionale,amestecarea se realizează prin trecerea materialelor de mai multe ori prin cele două dispozitive deamestecare (Fig. 6.8. e). Evacuarea produsului finit se realizează prin partea inferioară arecipientului. După un anumit număr de cicluri de funcţionare a amestecătoarelor cu tobă, sau prin trecerea multiplă a produselor pulverulente prin dispozitivele de amestecare, de tip cutransportoare melcate, calitatea amestecării se înrăutăţeşte, amestecul începând să se separe(sedimenteze) în părţile lui componente. Pentru a se preveni acest lucru trebuie să se stabileascăexperimental, pentru fiecare tip de amestecător şi pentru fiecare produs în parte numărul optim dedeplasări în buncăr pentru a obţine gradul maxim de omogenizare.


19/51

278

a) b)

c) d)

e) f)

Fig. 5.13. Amestecătoare cu circulaţia forţată a materialului.

În cazul amestecătoarelor cu dispozitiv de amestecare şi recipient fix, amestecarea areloc datorită mişcării dispozitivului de amestecare de tip elicoidal, care poate fi montat în poziţieorizontală sau verticală (Fig. 5.14.).


20/51

279

Fig. 5.14. Tipuri de amestecătoare elicoidale pentru produse solide:

1 - corpul amestecătorului; 2 - melc de amestecare; 3, 4 - tuburi de ghidare;5 - răzuitori; 6 - axul melcului; 7 - clapetă dozatoare.

Asemenea amestecătoare realizează grade mari de omogenizare în cazul produselor subformă de pulberi.

Amestecător cu melc, cu acţiune periodică (Fig. 5.15.). Procesul de amestecare serealizează astfel: buncărul 5 se umple prin cupa receptoare 1, cu diferite sorturi de produse pulverulente, după o anumită proporţie a amestecului. Apoi, clapeta 7 se deschide şi se efectueazăo amestecare multiplă a produsului din maşină prin împingerea acestuia de către melcul inferior 2 în tunelul elevatorului 3. De aici, produsul intră în melcul superior de distribuţie 4, care îlîmpinge în buncărul 5, iar apoi din nou în melcul inferior. După terminarea amestecării,amestecul intră în fabricaţie sau în depozit prin racordul de ieşire 8.

Fig. 5.15. Amestecător cu melc, cu acţiune periodică:

1 – cupă receptoare; 2 – dispozitiv inferior tip melc; 3 – elevator vertical;

4 – dispozitiv superior de distribuţie tip melc; 5 – buncăr; 6 – agitator; 7 – clapetă în formă de grătar; 8 – racord de ieşire.

6

3

5

51

23

4

5

7

6

56

5

2

5

4 7 5 6 23

5

6

2

8

1


21/51

280

5.5.2. Amestecătoare cu funcţionare continuă

Amestecătoare cu funcţionare continuă realizează atât amestecarea a două sau mai multecomponente cât şi transportul amestecului către alte operaţii din cadrul procesului tehnologic.

Amestecătoare cu transportator de amestecare(Fig. 5.16.). Sunt formate din jgheabul

1 acoperit cu capacul 6. În jgheab se află un ax pe care sunt montate transportorul elicoidal 2 şi baghetele 3 dispuse după o spirală, care realizează amestecarea. La celălalt capăt al axului se aflăun transportor elicoidal de sens contrar 4, care dirijează amestecul spre gura de evacuare 5.Componentele sunt dozate de dozatoarele 9 şi 10, fiind apoi trimise în amestecător prin jgheaburile 8 şi gura de alimentare 7 .

Fig. 5.16 . Schema tehnologică a unui transport de amestecar e:

1 - jgheab; 2 - transportor elicoidal; 3 - baghete; 4 - transportor elicoidal de sens contrar; 5- gură de evacuare; 6 - capac; 7 - gură de alimentare; 8 - jgheaburi;

9, 10 - dozatoare.

Amestecătoare cu palete şi melc (Fig. 5.17.). Sunt formate din carcasa 1, la baza căreiase montează melcul transportor 2, având paletele 3 sub formă de sectoare circulare de 120°montate pe arborii 4 şi 5. Amestecarea este realizată şi de braţele de amestecare 6 şi 7 prevăzutecu paletele 8. Arborii melcului şi braţele de amestecare pot fi antrenate centralizat sau separat prin intermediul roţilor dinţate 9. Carcasa este închisă cu capacul 10 prevăzut cu gura dealimentare 11, materialul amestecat este evacuat prin gurile 12 şi 13.

9

10

8

7 6

1 2 3 5 4


22/51

281

Fig. 5.17 . Schema tehnologică a amestecătorului elicoidal continuu.

Amestecătoare cu palete. Produsele alimentare pulverulente sunt amestecate cu ajutorulunor palete (radiale sau orizontale), care se rotesc în jurul unui arbore orizontal.

În Figura 5.18. este prezentat un amestecător, care este compus dintr -un corp fix 1, îninteriorul căruia se rotesc o tobă cu bătătoare orizontale 2 şi un arbore cu palete radiale 3.Produsul intră prin racordul superior 4 şi este evacuat prin racordul inferior 5.

Bătătoarele orizontale şi paletele radiale se rotesc cu viteze unghiulare diferite, bătătoareleamestecă produsul, iar paletele îl amestecă şi îl deplasează de-a lungul corpului amestecătorului.

Paletele radiale 3 pot fi montate sub diferite unghiuri faţă de axa de rotaţie a tobei.Aceasta permite variaţia de deplasare a produsului şi, în consecinţă a duratei de amestecare.

Corpul amestecătorului se umple cu produs până la 30% din volumul lui.

Fig. 5.18. Amestecătorul continuu cu palete rotitoare.

432

1

5

7

9

45

3 2

13 1 12

8

11

610


23/51

282

5.6. Amestecătoare pentru produse păstoase

Malaxoarele sunt amestecătoare special destinate omogenizării fazelor consistente cucaracteristici reologice nenewtoniene) păstoase (aluat de paste, pastă de carne, ciocolată, unt etc.),sau realizării unor operaţii speciale (de exemplu baterea smântânii în vederea separării fazelor şimalaxarea untului pentru eliminarea fazei apoase).

Malaxoarele se pot clasifica în funcţie de mai multe criterii: în funcţie de modul de funcţionare, pot fi:

malaxoare cu funcţionare continuă; malaxoare cu funcţionare discontinuă.

după forma, amplasarea şi modul de acţionare al cuvei:malaxoare cu cuvă fixă, evacuarea amestecului se face prin rabatarea cuvei;malaxoare cu cuvă fixă, transportabilă pe cărucior (pentru cazul când produsul nutrebuie evacuat imediat din cuvă, cazul aluaturilor dospite);

malaxoare cu cuvă rotativă.

după forma şi poziţia dispozitivului de mal axare:cu dispozitive verticale;cu dispozitive înclinate.

Malaxorul pentru creme (Fig. 5.19.) este format din cuva 1 rabatabilă, de formăcilindrică cu fundul semisferic, montată pe un cadru metalic 5, având posibilitatea să se rabată în jurul articulaţiei 4 pentru evacuarea amestecului (acesta se realizează în poziţia de jos).

Dispozitivul de malaxare 2 este de tip paletă sau ancoră, a cărei formă asigură pe lângăamestecarea componentelor şi răzuirea permanentă a produsului depus pe peretele cuvei.

Fig. 5.19. Malaxor cu cuvă rabatabilă pentru creme: 1 - cuva rabatabilă; 2 - dispozitiv de malaxare; 3 - roţi dinţate; 4 - articulaţie evacuare

amestec; 5 - cadru metalic; 6 - electromotor;7 - reductor.

673

2

1

5

1

4

4


24/51

283

Antrenarea dispozitivului de malaxare se realizează de la un electromotor 6, prinintermediul unui reductor 7 şi a roţilor dinţate 3.

Malaxorul cu cuvă rotativă transportabilă (Fig. 5.20.) folosit în industria cărnii, esteformat din cuva 1 montată pe căruciorul mobil 2. Antrenarea cuvei în mişcare de rotaţie serealizează prin intermediul roţii melcate 3 şi a şurubului melc 4, care primeşte mişcarea de laelectromotorul 6 prin intermediul unei transmisii cu curele 5. Dispozitivul de malaxare esteformat dintr-un ax oblic cu palete 7 şi un braţ de răzuire 8, antrenate de la electromotorul 6 printransmisia cu curele 9.

La terminarea amestecării, dispozitivului de malaxare este scos din cuvă prin intermediulmecanismului 11.

Funcţionarea dispozitivului de malaxare şi a cuvei este condiţionată de blocareacăruciorului 2 pe postamentul de fixare prin blocatorul 10.

Fig. 5.20. Malaxor cu cuvă rotativă transportabilă:

1 - cuvă; 2 - cărucior mobil; 3 - roată melcată; 4 - şurub melc;5, 9 - transmisie cu curele; 6 - electromotor; 7 - palete; 8 - braţ de răzuire;

10 - blocator; 11 - mecanism acţionare dispozitiv de malaxare.

Malaxorul cu cuvă dublă (Fig. 5.21.) realizează amestecarea cu ajutorul a două braţe 2,de construcţie robustă, având forma literei Z sau M, care se rotesc în cuva 1 de construcţiespecială, având la bază doi semicilindri orizontali.

6

9

11

1

8

2

3

4

5

7

10


25/51

284

Fig. 5.21. Schema constructivă a unui malaxor cu cuvă dublă.

Braţele au sensuri de rotaţie opuse şi sunt antrenate de la electromotorul 3 prin transmisiacu curea 4 şi transmisiile cu roţi dinţate 5 şi 6 .

Mişcarea care determină răsturnarea cuvei se realizează de la electromotorul 7 prinintermediul transmisiilor 8 cu roată melcată şi melc.

5.6.1. Malaxoare pentru frământarea aluatului

Pentru operaţia de amestecare – frământare a aluaturilor se folosesc utilaje denumitemalaxoare. Acestea pot fi cu funcţionare discontinuă sau cu funcţionare continuă.

5.6.1.1. Malaxoare cu funcţionare discontinuă

Malaxoarele cu funcţionare discontinuă, sunt realizate în diverse variante constructive,dar toate au în componenţa lor o cuvă, care poate fi fixă sau mobilă, în care se introduc materiile prime ce trebuie omogenizate. Antrenarea materiilor prime se face cu ajutorul unei palete sau braţde amestecare, de o anumită formă şi cu o anumită lege de mişcare, care pătrunde în interiorulcuvei.

Schemele constructive ale malaxoarelor cu funcţionare discontinuă, utilizate în panificaţiesunt prezentate în Figura 5.22.

Malaxorul cu paletă de amestecare înclinată cu mişcare circulară ascendentă (Fig.5.22. a). Acesta are cuva antrenată în mişcare de rotaţie, iar paleta de amestecare pătrunde ciclicîn masa de material aflat în cuvă, pe o traiectorie circulară, într -un plan perpendicular pe axa derotaţie. Mişcarea paletei este preluată de la articulaţia excentrică a unei role de antrenare.Traiectoria circulară a paletei impune ca forma cuvei să fie tip calotă sferică. Forma paletei,

2 16

8

7

3

4

5


26/51

285

traiectoria sa şi antrenarea cuvei, asigură omogenizarea şi frământarea întregului volum dematerial din cuvă.

Malaxorul cu paletă de amestecare cu axa de rotaţie înclinată faţa de axa cuvei (Fig.5.22. b). Datorită conFiguraţiei paletei de amestecare, în spirală crescătoare – descrescătoare,traiectoria ei în urma antrenării în mişcare de rotaţie, va descrie un con dublu. Întrucât poziţia

unghiulară a axei de rotaţie a paletei de amestecare, este înclinată cu unghiulα, o parte din

materialul din cuvă nu ar fi antrenat. De aceea, antrenarea cuvei în rotaţie este strict necesară şi se permite masei de material din ea, să intre în contact cu paleta pentru omogenizare în întregul săuvolum. O altă variantă după acelaşi model de malaxor, este fără antrenarea în rotaţie în jurul propriei axe a paletei ci numai prin modificarea poziţiei unghiului α. În acest caz, paleta descrieun con cu baza jos, iar vârful conului este în punctul de articulaţie la mecanismul de acţionare .

a) b) c)

d) e) f)

g) h) i) Fig. 5.22. Malaxoare cu funcţionare discontinuă.

Malaxorul cu paletă de amestecare cu traiectorie curbilinie plană (Fig. 5.22.c). Paletade amestecare este antrenată de un mecanism patrulater compus din bielă, balansier, rolă şi batiu.Paleta de amestecare fiind rigidizată de bielă, va descrie o traiectorie curbilinie, antrenând masa

α

α

α

α α


27/51

286

de material de la perete până la centrul cuvei. Rotirea cuvei este absolut necesară, pentru a seacţiona asupra întregii cantităţi de material din cuvă. Modificarea dimensiunilor elementelorconstructive ale mecanismului patrulater, permite schimbarea traiectoriei paletei de amestecare .

Malaxorul cu paletă de amestecare cu traiectorie curbilinie spaţială (Fig. 5.22.d). Frământarea aluatului se realizează prin mişcarea rectilinie alternativă a unui braţ cu o anumită

formă şi elasticitate. Aceste două caracteristici ale braţului permit ca în timpul acţiunii, să semodifice forma materialului din cuvă. Traiectoria rectilinie a braţului, întâlnită la deplasarea îngol, se transformă într -una curbilinie, în timpul amestecării. Adăugând şi efectul dat de rotireacuvei cu material, traiectoria va deveni spaţială. Paleta poate executa aceste mişcări osci latorii cuo frecvenţă de 40 – 80 cicluri pe minut. Turaţia cuvei poate fi reglată între 6,5 şi 13 rot/min.

Malaxorul cu paletă de amestecare în spirală (Fig. 5.22.e). Este varianta constructivăcea mai utilizată în panificaţie. Paleta de amestecare are forma unei spirale cu ax vertical,antrenată în mişcare de rotaţie. Secţiunea spirei este variabilă, fiind mai mică la vârf şi mai mareîn partea de încastrare la arbore. La unele variante constructive sunt variabile atât pasul cât şidiametrul spirei. Cuva este rotită în jurul propriei axe, astfel ca întregul volum de aluat să fiesupus frământării. Pentru prelucrarea aluatului după terminarea operaţiei de frământare, traversasuperioară în care se află elementele lanţului cinematice pentru acţionarea paletei, se înclină subunghiul α.

Malaxorul cu paletă de amestecare în mişcare planetară (Fig. 5.22.f). La acest tip demalaxor cuva este fixă, iar paleta de amestecare se roteşte atât în jurul propriei axe, care esteexcentrică faţă de axa cuvei, cât şi în jurul axei verticale a cuvei. Această mişcare planetară, faceca prin deplasarea paletei în interiorul cuvei, aluatul să fie omogenizat şi frământat în totalitate,fără antrenarea cuvei. Malaxorul cu mişcare planetară a paletei este des folosit la preparareacremelor şi a piureurilor [22, 23, 28].

Malaxorul cu paletă de amestecare sub formă de tambur cu braţe radiale (Fig. 5.22. g). Paleta de amestecare este cu axa verticală, iar braţele radiale sunt orizontale. Astfel, prinrotirea paletei care este amplasată pe axa centrală a cuvei, precum şi prin antrenarea cuvei, esteasigurată frământarea pe mai multe nivele ale cuvei. Întrucât, la o anumită consistenţă a produsului din cuvă, este posibilă rotirea materialului odată cu paleta, paleta fixă va asigurareţinerea aluatului în interiorul cuvei. Traversa superioară are posibilitatea înclinării cu unghiul α, pentru evacuarea aluatului frământat.

Malaxorul cu paletă de amestecare orizontală (Fig. 5.22. h). La acest tip de malaxorcuva cu material de frământat este ridicată pe înălţime de un dispozitiv, până la zona de acţiune a paletei de amestecare. Pentru omogenizarea întregii cantităţi de material, paleta are numai omişcare de rotaţie şi, de aceea, se impune reglarea poziţiei cuvei de frământare pe înălţime. Dupăterminarea operaţiei de frământare, cuva este coborâtă de acelaşi dispozitiv şi depusă pecăruciorul de deplasare.

Malaxorul cu paletă de amestecare excentrică şi braţe orizontale pe mai multe nivele (Fig. 5.22. i). La această variantă constructivă de malaxor, paleta de amestecare dispusă excentricfaţă de axa cuvei este antrenată în mişcare de rotaţie în jurul propriei axe. Pentru a fi posibilăomogenizarea şi frământarea întregii cantităţi de material aflate în cuvă, este obligatorie


28/51

287

antrenarea cuvei în mişcare de rotaţie. Traversa superioară permite înclinarea sa cu unghiul α pentru evacuarea materialului frământat.

Malaxorul cu paletă înclinată (Fig. 5.23.). Malaxorul este realizat din două părţicomponente detaşabile: malaxor – postament şi malaxor - cuvă. Partea constructivă malaxor – cuvă permite deplasarea cuvei în afara zonei de acţiune a paletei de amestecare, pentru diverse

scopuri, cum ar fi pentru fermentarea în cuvă sau pentru răsturnarea aluatului din cuvă. Aceastase realizează prin deplasarea cuvei pe un cărucior cu role. Construcţia malaxorului – postament conţine elementele de rezistenţă, precum şi

elementele de acţionare şi poziţionare rapidă a cuvei în raport cu paleta de amestecare. Capaculrabatabil 4 permite, prin forma şi

poziţia sa, rotirea paletei 5, astfel ca prin mişcarea ei, aceasta să pătrundă în interiorulcuvei pe o traiectorie circulară, în apropierea peretelui cuvei. Capacul fiind în poziţia închis va proteja în acest mod cuva de pătrundere unor eventuale impurităţi din exterior. Pentru omanevrabilitate mai uşoară a capacului, în partea opusă articulaţiei de prindere la batiu, există ocontragreutate.

Fig. 5.23. Malaxor postament cu paletă înclinată.

În traiectoria ei circulară, paleta 5 pătrunde în masa de aluat din cuvă pe o anumităadâncime, corelată cu peretele cuvei, după care va ieşi din cuvă în poziţia diametral opusă.Datorită rotirii cuvei, aluatul va fi antrenat periodic în întregul său volum. Opritorul 6 , pedala 9 şighidajul 10 asigură centrarea cuvei pentru a fi antrenată de grupul me lc – roată melcată 7 .Transmisia cu curele 3 preia mişcarea de la motorul electric de acţionare 2 şi o transmite pe de o parte la mecanismul de antrenare a paletei de amestecare, iar pe de altă parte la mecanismul deantrenare a cuvei.

1

1 4 2 5

1810

2

3

4

5

6 7 89 10


29/51

288

Malaxorul postament care conţine toate elementele de punere în mişcare a paletei şi cuvei, poate fi utilizat la frământarea aluatului din mai multe cuve, care sunt aduse pe rând lafrământare, după care acestea pot rămâne cu aluat pentru fermentare.

Malaxorul cu paletă în spirală. Acest tip de malaxor este des folosit în unităţile de panificaţie, în special pentru avantajele pe care le are: consum specific de energie scăzut şi gradde amestecare ridicat. Aceste avantaje decurg din conFigura

ţia şi mişcarea paletei în masa dealuat. Suprafaţa frontală de atac a paletei în masa de aluat este relativ mică, dar efectul general

de omogenizare, în special la o anumită vâscozitate, este mare. Spre deosebire de alte malaxoare(cum este cazul prezentat anterior), mişcarea paletei este uniformă, rezistenţa datorită imersiei înaluat este uniformă, deci şi gradul de neregularitate al solicitărilor în lanţul cinematic este mic şi, prin urmare, motorul electric este solicitat uniform. Cuva fiind antrenată în mişcare de rotaţie, vafi asigurat efectul de frământare asupra întregii cantităţi de aluat.

Din condiţii de rezistenţă mecanică, spira este variabilă în secţiune, pornind de la ovaloare maximă în zona de încastrare în arborele de antrenare şi reducându-se spre capăt.

Interiorul cuvei poate fi protejat împotriva pătrunderii impurităţilor din exterior de cătretraversa superioară sau cu dispozitive speciale prevăzute cu paravane transparente sau cu grătarede protecţie.

Turaţia paletelor este în două trepte, folosite în faze diverse ale operaţiei de frământare.La unele tipuri de malaxoare moderne, ciclul de lucru poate fi programat, în funcţie decaracteristicile aluatului, compoziţia şi destinaţia acestuia.

Capacitatea cuvei la malaxoarele cu funcţionare discontinuă variază între limite l argi. Dealtfel, capacitatea cuvei este indicatorul care arată mărimea malaxorului. În panificaţie, gama devariaţie a capacităţii cuvei malaxoarelor cu funcţionare discontinuă cu paletă în spirală estecuprinsă între 20 litri şi 200 litri.

Atât cuva cât şi paleta de frământare se execută din oţel inoxidabil. Partea inferioară acuvei, în zona de racordare cu peretele vertical se execută cu rază mare de curbură, pentru a preîntâmpina depunerea în colţuri a componentelor sau fracţiunilor din aluat, aflate în diversestadii de frământare.

5.6.1.2. Malaxoare cu funcţionare continuă

În industria de panificaţie, la fabricarea pastelor făinoase şi biscuiţilor, se utilizeazămalaxoarele cu funcţionare continuă (Fig. 5.24.).

a) b)


30/51

289

c) d)

e)

f) g)

h) i)

j) Fig. 5.24. Malaxoare cu funcţionare continuă.


31/51

290

Malaxorul cu o singură cameră de amestecare şi palete în formă de T (Fig. 5.24. a).Reprezintă varianta cea mai simplă de malaxor cu funcţionare continuă şi are în componenţa sa ocameră orizontală de formă cilindrică, iar în interiorul ei, un ax cu palete în formă de T, orientate pe direcţie radială. Paletele fixate pe arbore au aripa superioară răsucită sub un anumit unghi, pentru a asigura înaintarea materialului în cameră. Alimentarea se face printr -o gură de

alimentare, aflată la unul din capete, iar evacuare pe la capătul celălalt, unde există o paletăspecială pentru evacuare.

Malaxorul cu funcţionare continuă cu două camere şi palete de formă trapezoidală(Fig. 5.24. b). Prima cameră este de formă cilindrică are axa orizontală şi un diametru mai maredecât cea de-a doua. Aceasta are în interiorul ei un arbore cu palete de formă trapezoidală,dispuse pe direcţie radială şi înclinate sub un anumit unghi pe generatoare, pentru asigurareadeplasării axiale a materialului în cameră. Cea de-a doua cameră are un melc care este în prelungirea arborelui cu palete. La capătul acestei camere există un capac care opune o anumitărezistenţă la evacuarea materialului de către melc, ceea ce permite reglarea duratei de menţinere a produsului în malaxor. Turaţia axului cu palete şi a melcului este de 260 rot/min.

Malaxorul cu două camere şi ştifturi radiale (Fig. 5.24. c). Cele două camere alemalaxorului au diametre egale dar deosebirea constă în faptul că a doua cameră are pereţi dubli prin care circulă un agent de răcire. Acesta preia cantitatea de căldură care se degajă în timpulomogenizării materialului la nivelul acestei camere. În prima cameră, în care se face şialimentarea cu materii prime, se află un tambur melcat care execută o primă omogenizare a produsului şi presarea acestuia în a doua cameră, unde există un arbore cu cuie radiale. Pe pereţiiinteriori ai camerei se găsesc cuiele fixe, care se întrepătrund cu cele mobile, de pe arbore.Evacuarea materialului se face pe la capătul camerei cu cuie printr -o gură de evacuare, cusecţiune micşorată.

Malaxorul cu funcţionare continuă cu melc şi palete longitudinale (Fig. 5.24. d). Acest tip de malaxor are două camere de lucru. În prima se găseşte un tambur melcat careexecută prima fază de malaxare. În a doua cameră tamburul este modificat din punct de vedereconstructiv fiind prevăzut cu patru palete sub formă de plăcuţe longitudinale. Pereţii camerelor delucru sunt dubli, pentru a permite circulaţia agentului de răcire. Evacuarea materialului se face, caurmare a presiunii exercitate de melcul din prima cameră.

Malaxorul cu o cameră şi doi tamburi (Fig. 5.24. e).Cei doi tamburi orizontaliamplasaţi paralel în jgheaburile longitudinale ale aceleiaşi camere au montate paletele deamestecare pe direcţie radială. Acestea au formă de T şi sunt fixate pe tambur într -o poziţie rotităcare asigură deplasarea axială a produsului în lungul celor două jgheaburi. Sensurile de rotaţie acelor doi tamburi sunt inverse, astfel că produsul este raclat de la partea inferioară şi de pe pereţiilaterali, după care este antrenat în zona centrală a camerei.

Malaxor cu o cameră şi două palete sub formă de bandă în spirală (Fig. 5.24. f). Pedouă axe paralele sunt fixate două palete în formă de bandă în spirală cu pas mare, adică t > 2 d.Camera de amestecare este prevăzută la partea inferioară cu două jgheaburi semicilindrice, încare acţionează cele două palete. La capătul de ieşire a materialului se află o clapetă care permitereglarea duratei de menţinere în malaxare. Acelaşi sistem de reglare întâlnim şi la malaxorul prezentat anterior.


32/51

291

Malaxorul cu paletă combinată de amestecare şi echipament de evacuare (Fig. 5.24. g). Organul de lucru pentru malaxare este compus dintr-un tambur cu elice cu pas mărit şi dintr -un tambur cu spiră cu pas fin. Ieşirea din camera de malaxare a materialului se face cu unechipament cu roţi stelate în angrenare. Acest echipament permite controlul asupra stadiului procesului de malaxare.

Malaxorul cu două camere separate şi cu dispozitive individuale de malaxare(Fig.

5.24. h). Prima cameră, prin care se face alimentarea cu material, are în componenţa sa o paletăcombinată de amestecare. Aceasta se compune dintr -un melc de alimentare, amplasat în zonacoşului de recepţie a materialului, urmat de un tambur cilindric prevăzut la exterior cu o spirală.Cea de-a doua cameră, are paleta de malaxare compusă din două zone distincte. Prima zonă estealcătuită dintr -un melc cu diametrul şi pasul mai mare decât cel anterior. Zona a doua are unarbore cu came speciale, dispuse în lungul arborelui până în apropierea zonei de evacuare.Întrucât în a doua cameră, procesul de malaxare este efectuat într -un regim mai energic, produsulse încălzeşte. Pentru aceasta, pereţii camerei sunt dubli, acest spaţiu fiind circulat cu apă derăcire.

Malaxorul cu discuri (Fig. 5.24. i) Acest tip de malaxor are o singură cameră de lucru,dar organul de lucru este alcătuit dintr -o combinaţie de discuri montate pe un arbore orizontal. În prima parte, discurile au la periferie palete înclinate, pentru a asigura împingerea materialului pedirecţie axială. În zona următoare sunt montate alternativ discuri cu goluri şi discuri excentrice.Această variantă constructivă asigură o agitare puternică a materialului la trecerea prin spaţiiledintre discuri.

Malaxor intensiv (Fig. 5.24. j). Rotorul malaxorului montat orizontal în camera demalaxare de formă cilindrică este prevăzut cu trei palete de formă specială. Turaţia rotorului estede 1450 rot/min, ceea ce conduce la un regim intensiv de omogenizare, de unde rez ultă durataredusă a procesului. Frecările intense dintre material şi paletă, precum şi frecarea internă în masade material de malaxat, conduce la apariţia unei cantităţi apreciabile de căldură. De aceea, cameraare pereţii dubli prin care va circula agentul de răcire.

5.6.2. Tipuri de malaxoare utilizate în industria cărnii

Malaxorul pentru cocă tare tip MCT – 180 (Fig. 5.25.). Malaxorul este format din cuva1, braţele de amestecare 2, batiul 3, grupul de acţionare braţe 4, grupul de acţionare răsturnător 5.

Fig. 5.25. Malaxorul pentru cocă tare.

12

54

3


33/51

292

Materiile prime destinate amestecării se încarcă în cuvă şi sub acţiunea celor două braţeamestecătoare ce se rotesc în sens invers şi cu viteze diferite se realizează amestecarea omogenă acompoziţiei care este descărcată în cărucioare prin bascularea cuvei. Acţionarea şi comandamalaxorului poate fi manuală sau automată.

Malaxorul tip Macavid 325. Acest malaxor, lucrează sub vid şi are o deschidere frontală pentru evacuarea compoziţiei.

Malaxorul (Fig. 5.26.) este format dintr-o cuvă dublă cu cavităţile paralele, care comunicăîntre ele prin porţiunile extreme. În fiecare din albiile cuvei se găseşte câte un melc care se roteşteîn sens opus faţă de celălalt, materia primă fiind recirculată între cele două albii. Cuva este prevăzută cu două capace cu închidere etanşă, permiţând realizarea vidului tehnologic princonectarea acesteia la instalaţia de vid formată din pompa de vid şi recipientul tampon. Malaxoruleste prevăzut cu dispozitive de protecţie care împiedică acţionarea melcilor înainte de închidereacompletă a capacelor.

Cuva cu melci este montată la partea superioară a batiului suport.

Fig. 5.26. Malaxorul Macavit 325 (ventil de vidare).

1 – supapă; 2 – corp supapă; 3 – tijă de acţionare; 4 – arc elicoidal;

5 – dop filetat; 6 – garnitură; 7 – dop.

5.7. Amestecătoare pentru produse lichide

Multe produse alimentare sunt obţinute prin dispersarea fină a unei faze (solidă, lichidă,gazoasă) în mediul de dispersie lichid, operaţia putându-se realiza prin: amestecare mecanică,amestecare prin circulaţia lichidelor, amestecare cu ajutorul gazelor prin barbotare.

Amestecătoarele descrise mai jos au cunoscut o largă răspândire în panificaţie, înindustria spirtului, în industria cărnii, în vinificaţie şi în alte ramuri ale industrie alimentare.

5.7.1. Dispozitive de amestecare mecanice

În cazul amestecării mecanice se folosesc diferite dispozitive de amestecare aflate înmişcare în interiorul unui recipient, realizând antrenarea lichidului într -o mişcare complexă, cucomponente pe trei direcţii: radială, longitudinală, tangenţială.

3 7

6 1 2 4 6 5


34/51

293

Transmiterea mişcării de la dispozitivul de amestecare la lichid se realizează pe bazaaderenţei dintre dispozitivul de amestecare şi lichid, iar pe urmă în volumul de lichid, princoeziunea moleculară.

Dispozitivele de amestecare pot fi clasificate după:forma constructivă:

cu paletă (Fig. 5.27);

cu cadru (Fig. 5.28.);cu braţe (Fig. 5.29.);cu ancoră (Fig. 5.30.);cu elice (Fig. 5.31.);cu turbină (Fig. 5.32.);elicoidale (Fig. 5.33.);cu braţe curbate tip IMPELLER (Fig. 5.34.);

turaţia de lucru:

dispozitive de amestecare lente (cu turaţie mică) – amestecătoare cu paletă, cu cadru,cu braţe, tip ancoră, elicoidale, care realizează amestecare în regim de curgere tranzitoriu sau

laminar;dispozitive de amestecare rapide (cu turaţie mare): amestecătoare cu elice, cu turbină,

cu disc, care realizează amestecare în regim de curgere tranzitoriu sau turbulent.

spectrul de curgere predominant pe care îl produc:

dispozitive de amestecare pentru curgerea predominat tangenţială (cu paletă, sau cu braţe drepte);

dispozitive de amestecare pentru curgerea preponderent după direcţia radială (cuturbină);

dispozitive de amestecare pentru curgerea preponderent după direcţia longitudinală(cu elice, tip elicoidal).

a) b)

Fig. 5.27 . Dispozitive de amestecare cu paletă:

a - cu palet ă simplă; b - cu paletă dublă.


35/51

294

a) b) Fig. 5.28. Dispozitive de amestecare cu cadru:

a - cu cadru simplu; b - cu cadru rigidizat.

a) b) Fig. 5.29. Dis pozitive de amestecare cu braţe:

a - cu două braţe plane netede sau nervurate;b - cu trei sau mai multe braţe netede sau

nervurate.

a) b)

Fig. 5.30. Dispozitive de ame stecare cu ancoră:

a) cu ancoră simplă; b) cu ancoră dublă.


36/51

295

a) b)

Fig. 5.31. Dispozitive de amestecare cu elice:a - cu trei pale cu suprafaţă elicoidală; b - cu trei pale cu suprafaţă plană.

a) b)

c) d)

Fig. 5.32. Dispo zitive de amestecare cu turbină:

a) cu turbină deschisă; b) cu turbină închisă; c) cu turbină sub formă de disc cu paletedrepte; d) cu turbină cu palete curbe.


37/51

296

a) b)

Fig. 5.33. Dispozitive de amestecare elicoidale:a) cu melc; b) cu două benzi elicoidale cu pas egal.

Fig. 5.34. Dispozitive de amestecar e cu braţe curbate tip IMPELLER.

Forma recipientului sau a vasului de amestecare, în cazul lichidelor se alege în funcţie detipul dispozitivului de amestecare (Fig. 5.35.).


38/51

297

a) b)

c) d)

Fig. 5.35. Tipuri de vase de amestecare:

a) vas cu fund conic şi dispozitiv de amestecare cu grilaj; b) vas cu fund conic şi dispozitiv deamestecare cu mai multe rânduri de braţe cu mişcare planetară; c) vas cu fund tronconic şi

dispozitiv de amestecare cu trei rânduri de palete şi răzuitori; d) vas cilindric şi dispozitiv de

amestecare orizontal cu trei rânduri de palete.

Amestecătoare cu palete. Construcţia unui amestecător cu palete orizontale se prezintăîn Fig. 5.36. Amestecarea este efectuată de paletele 1, montate pe axul vertical 2. Paletele suntînclinate faţă de orizontală cu 45°. Fiecare pereche de palete este montată cu un unghi drept faţăde perechea vecină.


39/51

298

a) b)

Fig. 5.36 . Amestecător cu palete:a)

cu plate orizontale: 1 – paletă; 2 – ax; 3 – lagăr; 4 – acţionare; b) cu palete mobile pentru lichide vâscoase.

Paletele suplimentare fixe, montate pe pereţii vasului (Fig. 6.31. b), împiedică mişcarealichidului împreună cu paletele mobile ale amestecătorului.

În amestecătoarele cu fund sferic, se folosesc palete în formă de ancoră. Ele se toarnă deobicei din fontă. Pentru evitarea corodării metalului, paletele se acoperă uneori cu email sau seconstruiesc din materiale ceramice sau nemetalice.

Pentru amestecarea intensă a produselor, în special în amestecătoarele de capacitate mare,se folosesc amestecătoarele planetare(Fig. 5.37.). Pe lângă mişcarea de rotaţie, în jurul axei lor, paletele execută o mişcare de rotaţie în jurul axului principal, asigurând în acest fel o amestecare intensă.

Fig. 5.37 . Amestecător planetar :

1 – ax vertical: 2 – roată mobilă; 3 – roată fixă; 4 – braţ de acţionare; 5 – axul amestecătorului;6 – paletă.

6

5

1

234

4

2

1

3


40/51

299

Amestecătoare cu elice. La amestecătoarele cu elice forma vasului de amestecare este, înmajoritatea cazurilor, cilindrică (Fig. 5.38.).

Datorită construcţiei, elicea (Fig. 5.38. a) dezvoltă în timpul rotirii lichidului curenţi îndiferite direcţii, care deplasându-se cu viteze mari realizează o amestecare intensă. La turaţii mariale elicei creşte forţa centrifugă şi lichidul este împins din centru spre periferia vasului, astfel se

formează o cavitaţie sau un vârtej (Fig. 5.38. b).

Pentru îmbunătăţirea amestecării se caută evitarea fenomenului de formare a cavitaţiei sauvârtejului prin montarea în jurul elicei a unui perete cilindric (Fig. 5.38. c) sau a unei serpentine prin care circulă un agent termic (Fig. 5.38. d) sau se montează pe peretele vasului şicane (Fig.5.38. e), sau axul dispozitivului de amestecare se montează excentric faţă de axul vasului (Fig.5.38. f) sau înclinat (Fig. 5.38. g).

a) b) c)

d) e) f) g)

Fig. 5.38. Amestecătoare cu dis pozitive de amestecare cu elice.

Amestecătoarele cu elice sunt adecvate pentru: amestecare rapidă , formarea unor emulsiicu vâscozitate mică, dizolvare, reacţii chimice în fază lichidă până la un volum maxim de 7m3.

Amestectoare elicoidale. Pentru lichide foarte vâscoase sunt folosite amestecătoarele cudispozitive de amestecare elicoidale care se pot roti în vasul de amestecare (Fig. 5.39. a) sau înspaţii cilindrice pentru intensificarea curenţilor (Fig. 5.39. b). În anumite cazuri peretele cilindriceste înconjurat de o serpentină prin care circulă un agent termic (Fig. 5.39. c). Pentru mărireaeficacităţii amestecării sunt folosite mai multe dispozitive de amestecare (Fig. 5.39. d).

Acţionarea dispozitivelor de amestecare se realizează cu motoare electrice şi mai rar cumotoare hidraulice. Pentru dis pozitivele de amestecare care funcţionează la turaţii mari, motorulse cuplează direct la arborele amestecătorului printr -un cuplaj de siguranţă rigid, iar în cazuldispozitivelor de amestecare lente, turaţia motorului electric este micşorată prin transmis ii (culanţ, cu curele, cu reductoare de turaţie).


41/51

300

a) b) c) d)

Fig. 5.39. Amestecătoare cu dispo zitive de amestecare elicoidale.

Amestecătoarele turbină. Amestecătoarele turbină au paletele de forme diferite, montatevertical. Dacă se doreşte să se realizeze o curgere pur radială, caracteristică turbinelor, în afară deamestecător se va mai folosi şi un stator. Avantajul principal al acestor tipuri de amestecătoareeste domeniul larg de vâscozităţi şi de densităţi în care pot fi aplicate.

Amestecătorul simplu turbină. Acesta este tipul de agitator mecanic folosit în cea maimare măsură şi constă dintr -un rotor care poate avea forme diferite (tipurile de bază sunt ilustrateîn Fig. 5.40.).

Fig. 5.40. Principalele tipuri de amestecătoare turbină.

Turbinele închise sunt folosite întotdeauna cu stator inelar şi ele produc o curgere pronunţat radială, alte tipuri se folosesc fără stator, însă, în recipiente cu şicane.

Amestecătorul turbină cu palete curbate. Dispozitivul este prevăzut cu paletedreptunghiulare răsucite în formă de semicerc sau de spirală (Fig. 5.41.).


42/51

301

Fig. 5.41. Amestecător turbină cu palete curbate drepte.

Scopul constă în micşorarea curentului de la amestecător şi în uşurarea pornirii, în specialîn cazul lichidelor vâscoase. Direcţia de rotaţie este întotdeauna în aşa fel, încât să acţioneze cu partea lor convexă.

5.7.2. Amestecătoare cu recircularea lichidelor

Pentru lichidele care au vâscozitate redusă se poate realiza amestecarea prin deplasareastraturilor de lichid pe diferite înălţimi, folosindu-se:Procedeul de alimentare sub presiune a lichidului A, prin racordul 2, peste lichidul B din

vas, adus anterior prin racordul 3 (Fig. 5.42. a). La alimentarea cu viteză mare, lichidul A ajungeaproape de baza vasului 1, creând o mişcare turbulentă în vas, ce va determina o bunăamestecare. Dacă în timpul alimentării lichidelor se produc gaze, acestea sunt evacuat e prinracordul 5.

Procedeul de amestecare cu ajutorul unei pompe 6 , care după alimentarea celor douălichide A şi B în vasul 1 (Fig. 5.42. b), aspiră lichidele din vârful conului şi le refulează printr -oconductă la duşul 7 . Amestecarea se realizează în vasul 1 prin: circulaţia lichidelor, pompa 6 , înconducte şi prin pulverizare prin duşul 7 . Pentru pulverizarea lichidelor se utilizează diferite

dispozitive, cum sunt:Duza (Fig. 5.43.a) în care lichidul se introduce cu presiune mare, de 60····200daN/cm2. Pentru schimbarea uşoară a duzei 1, aceasta se montează pe conducta 2 prinintermediul unei piese de legătură 3. Pentru realizarea unei pulverizări uniforme, duza trebuie săaibă orificiu mai mic de 0,5 mm, astfel încât la ieşirea din duză , lichidul să aibă o viteză de 140m/s;

Dispozitivele pneumatice (Fig. 5.43. b) în care aerul sau fluidul intră cu presiunea de50····200 daN/cm2 prin tubul central 1. Lichidul care trebuie pulverizat este alimentat prin tubul 2 în piesa 3 datorită depresiunii pe care o realizează fluidul când iese din orificiul mic al tubuluicentral;

Dispozitivele în mişcare de rotaţie (Fig. 5.43. c) sunt formate din discul 1 având

canalele 2, montat pe axul 3 înconjurat de tubul 4 pentru alimentarea lichidului. Când lichidulalimentat prin tubul 4 ajunge pe discul 1 în zona centrală, forţa centrifugă împinge lichidul princanalele 2. La ieşirea din canale lichidul are viteză mare şi debit mic. Discurile pot avea diferiteforme şi pot ajunge la turaţii de 12.000 rot/min.

Procedeul de amestecare prin circuit hidraulic format din pompă şi injector (Fig. 5.42. c).După alimentarea lichidelor A şi B în vasul 1, pompa 6 le aspiră şi le refulează în ajutajul 7 alinjectorului montat în peretele recipientului 1. Din ajutajul 7 al injectorului montat în peretelerecipientului 1, lichidele intră cu viteză mare în conul de aspiraţie 8, antrenând straturile de lichid


43/51

302

din apropiere şi creând astfel o depresiune în spatele conului de aspiraţie. Datorită diferenţei de presiune la un moment dat, se realizează o permanentă circulaţie a lichidelor spre conul deaspiraţie iar de aici, prin difuzorul 9, înapoi în vas.

a) b) c) Fig. 5.42. Amestecătoare cu recircularea lichidelor.

a) b) c)

Fig. 5.43. Dispozitive de pulverizare.

5.7.3. Amestecătoare cu barbotarea lichidelor

Trecerea unui gaz printr-un mediu lichid se numeşte barbotare. Pentru barbotare seutilizează gaze care reacţionează sau nu cu lichidul în conformitate cu cerinţele procesuluitehnologic. Pentru lichidele foarte vâscoase, barbotarea gazelor nu este eficientă deoarece presiunea gazelor nu poate învinge presiunea hidrostatică a lichidului din vasul de amestecare.

Pentru transportul gazului sub presiune în masa lichidului care trebuie amestecat se potfolosi diferite dispozitive:

1

3

2

2

1

3

3

4

1

2

1

4

3

B

52

A

1

4

3

B

52

A

6

9

7

8

14

3

B

52

A

6

7


44/51

303

Grătare sau plăci per forate 3 (Fig. 5.44.) aşezate la baza vasului 1. Gazul este alimentat cu presiune prin racordul 6 şi ţeava 2 deschisă sub grătarele sau plăcile perforate 3. Bulele de gaz cese ridică se lovesc de grătarele 3, îşi micşorează presiunea, deci volumul lor creşte, rezultânddeplasarea straturilor de lichid, realizând astfel amestecarea. Alimentarea lichidelor se face prinracordul 4, amestecul se evacuează prin racordul 5, iar surplusul de gaz se elimină prin racordul7 .

Fig. 5.44. Alimentarea gazului prin grătare sau plăci perforate.

Ţevi perforate (Fig. 5.45.) aşezate sub diferite forme (inel, inele concentrice, ţevi drepte).

a) b) c)

Fig. 5.45. Alimentarea gazului prin ţevi perforate:

a) sub formă de inel; b) sub formă de inele concentrice; c) sub formă de ţevi drepte.

Clopote (Fig. 5.46.) sub care se alimentează gazul adus prin racordul 6 şi conducta 2.Clopotele 3 au marginea inferioară crestată pentru a permite formarea şi ieşirea bulelor de gaz.

7 4

AA

6 21

5

3

47

5

3

1

AA

Secţiunea A-A


45/51

304

Fig. 5.46 . Alimentarea gazului prin clopote.

Ţevi îndoite (Fig. 5.47.) aşezate într -un tub de circulaţie 3, în care bulele de gaz se ridicăo dată cu lichidul dislocat. În partea superioară a tubului, care este mai înaltă decât nivelullichidului din vasul de amestecare, lichidul este deversat, realizându-se o circulaţie descendentăîn afara tubului şi o circulaţie ascendentă în interiorul tubului.

Fig. 5.47 . Alimentarea gazului prin ţevi îndoite.

5.8. Amestecătoare pentru destinaţii speciale

În industria alimentară pe lângă amestecătoarele din grupele amintite se folosesc o seriede alte tipuri de dispozitive pentru amestecare destinate în special amestecării fluidelornenewtoniene sau pentru unele operaţii speciale.

47

62

3

5

AA

Secţiunea A-A

47

6

1

2

3

5


46/51

305

Malaxorul pentru unt (Fig. 5.48.) este un utilaj cu ajutorul căruia prin operaţia deamestecare se realizează procesul de batere a smântânii în vederea separării fazelor (grăsime şiapă) şi operaţia de malaxare a untului în ve

5 Operatia Pentru Amestecare

Documents

Transcript of 5 Operatia Pentru Amestecare