Utilaje de Amestecare [PDF]

Zitiervorschau

UNIVERSITATEA DE ȘTIINȚE AGRONOMICE ȘI MEDICINĂ VETERINARĂ BUCUREȘTI FACULTATEA DE MEDICINĂ VETERINARĂ SPECIALIZAREA C.E.P.A.

UTILAJE DE AMESTECARE FOLOSITE ÎN INDUSTRIA ALIMENTARĂ

PROFESOR COORDONATOR: Șef lucr. Dr. Purdoiu Letiția

STUDENT: Maria Alexandru Nicolae - GRUPA 4302

2018

1

CUPRINS INTRODUCERE........................................................................................................................... 3 CAPITOLUL I .............................................................................................................................. 4 Aspecte generale privind operațiile realizate cu utilaje de amestecare........................................... 4 CAPITOLUL II............................................................................................................................. 9 Prezentarea utilajelor și a operațiilor de amestecare în industria alimentară .................................. 9 I. Amestecatoăre fără elemente mobile ..................................................................................... 11 2.1 Amestecătoare cu barbotare. ............................................................................................... 11 2.2 Amestecătoare cu injector ................................................................................................... 12 2.3 Amestecătoare cu șicane ..................................................................................................... 13 II .Amestecătoare cu elemente mobile ...................................................................................... 14 2.4 Amestecătoare cu paletă ..................................................................................................... 15 2.5 Amestecătoare cu brațe ....................................................................................................... 16 III. Amestecătoare elicoidale .................................................................................................... 17 2.6 Amestecătorul elicoidal orizontal ....................................................................................... 17 2.7 Amestecător elicoidal vertical............................................................................................. 18 2.8 Amestecător pneumatic ....................................................................................................... 19 2.9 Amestecător cu recircularea lichidului ............................................................................... 20 IV. Amestecătoare pentru materiale consistente ....................................................................... 21 2.9 Malaxorul cu cuvă transportabilă........................................................................................ 21 2.10 Malaxorul cu cuvă rabatabilă ............................................................................................ 22 CAPITOLUL III ......................................................................................................................... 23 Modele de calcul privind aspecte tehnologice funcţionale ale utilajelor ...................................... 23 3.1. Agitatoare pentru producţia de zahăr ................................................................................. 24 3.1.1. Acidificarea apei proaspete. ............................................................................................ 24 3.1.2. Preacidularea verticală .................................................................................................... 26 3.1.3. Acidularea principală. ..................................................................................................... 26 3.1.4. Prima şi a doua carbonare. .............................................................................................. 27 3.1.5. Producerea bazei de cristale. ........................................................................................... 28 3.1.6. Cristalizarea. ................................................................................................................... 28 3.1.7. Diluator pentru magma produs-final. .............................................................................. 31 CAPITOLUL IV ......................................................................................................................... 37 Concluzii ....................................................................................................................................... 37 BIBLIOGRAFIE ......................................................................................................................... 38

2

INTRODUCERE Industria Alimentară reprezintă un domeniu prioritar în cadrul economiei naţionale, produsele alimentare fiind de importanţă strategică. Producerea alimentelor se realizează în conformitate cu normele de igienă interne şi internaţionale şi în concordanţă cu cerinţele consumatorilor. Asigurarea creşterii calitative şi cantitative a producţiei alimentare, prin valorificarea potenţialului productiv şi a principiilor care promovează inocuitatea alimentelor şi standardele de calitate, se realizează prin pregătirea forţei de muncă la nivelul standardelor europene. Amestecarea este o operaţie de omogenizare a două sau mai multor substanţe cu scopul obţinerii aceleiaşi compoziţii (omogenizare mecanică) sau /şi a aceleiaşi temperaturi (omogenizare termică) în întregul volum ocupat de substanţe. Pentru a se obţine o amestecare eficace este necesară realizarea în toate punctele substanţelor ce urmează a fi amestecate, a unor gradienţi de viteză mari. Rezultă că eficienţa amestecării este influenţată de gradul de turbulenţă şi de viteza de circulaţie, apreciată prin durata necesară întregii cantităţi de material să treacă printr-o suprafaţă dată. In aparatele destinate realizării proceselor de amestecare, mediul primeşte energie suplimentară, care este folosită pentru omogenizare. Pentru aceasta se pot utiliza mai multe metode, cum ar fi: mecanice, prin barbotare, cu jet, electromagnetice etc. Dintre acestea cele mai răspândite sunt metodele mecanice, care se realizează prin acţiunea amestecătorului asupra mediului de amestecat. Amestecarea, ca fază distinctă de fabricaţie, se efectuează în utilaje speciale. In cazul în care dispozitivul are drept scop doar menţinerea în timp a unei dispersii, acesta mai este numit şi agitator. Dacă substanţele amestecate au vâscozităţi foarte mari, utilajul corespunzător pentru amestecare se numeşte malaxor. Procesul de amestecare poate fi continuu sau discontinuu şi poate avea loc la presiune atmosferică, sub presiune sau sub depresiune. Construcţia utilajului, numărul şi dispunerea amestecătoarelor se stabilesc în funcţie de particularităţile procesului de amestecare şi de vâscozitatea substanţelor amestecate.

3

CAPITOLUL I Aspecte generale privind operatiile realizate cu utilaje de amestecare Amestecarea este operaţia prin care se obţine o omogenitate dorită pentru un sistem omogen sau eterogen. De asemeni, amestecarea poate fi şi un mijloc de intensificare a unor procese de transfer de căldură sau de masă, în spălare, dizolvare, obţinerea de emulsii, etc.

Fig.1.1 Amestecuri omogene şi eterogene Pot fi amestecate gaze, lichide şi solide, rezultând amestecuri omogene sau eterogene condiţiile de amestecare fiind diferite, în funcţie de caracteristicile materialelor amestecate şi a amestecului rezultat. În cazul fluidelor amestecarea trebuie să realizeze o distribuţie cât mai intimă între fazele care se amestecă. Acest lucru se obţine printr-o mişcare a fluidelor, cu realizarea unei turbulenţeintense în toată masa amestecului, iar mijloacele folosite la punerea în mişcare a lor pot fi mecanice sau pneumatice. [1]

4

Asupra operaţiei de amestecare acţionează un mare număr de factori, dintre care pot fi menţionaţi: ♦ natura şi caracteristicile componenţilor care se amestecă; ♦ debitul şi raportul cantitativ al componenţilor; ♦ intensitatea şi durata operaţiei de amestecare; ♦ scopul amestecării şi caracteristicile amestecului; ♦ tipul utilajului şi caracteristicile geometrice ale acestuia. Din acest motiv nu s-a putut stabili o corelaţie generală, atât de necesară în proiectarea amestecătoarelor, dar mai ales o mărime prin care să se poată exprima eficacitatea de omogenizare a amestecării. În funcţie de instalaţia folosită, amestecarea lichidelor se poate realiza astfel: ► cu agitatoare mecanice; ► direct în conductă; ► cu circulaţie produsă de pompe; ► prin barbotare cu gaze. În multe cazuri amestecarea este realizată în recipiente unde viteza fluidului diferă în funcţie de zona din vas. Pentru studiul dinamicii amestecării cu agitatoare mecanice se urmăreşte traseul curentului provocat de agitator în vasul de amestecare, caracterizat prin spectrele de curgere (linii de curent ce includ traseele cele mai caracteristice), în raport cu care există trei tipuri de curgere: ● curgerea tangenţială , la care lichidul curge paralel cu traseul descris de agitator; efectul de amestecare este minim iar antrenarea lichidului de către agitator redusă; ● curgerea radial, la care agitatorul trimite lichidul în lungul unor raze, generând două zone de curgere; ● curgerea axială, la care lichidul intră în agitator şi îl părăseşte pe o directive paralelă cu axa sa. Ca operaţie independenta, amestecarea se aplică în scopul : omogenizării amestecurilor sau la formarea emulsiilor şi a dispersiilor. Ca operaţie auxiliară este utilizată pentru :  accelerarea proceselor chimice şi biochimice  schimbarea stării fizice (floculare, dizolvare)  intensificarea adsorbţiei (la decolorarea uleiurilor vegetale)  spălarea unor solide şi înlăturarea impurităţilor în industria zaharului şi a amidonului; spălarea cerealelor  accelerarea operaţiilor de transfer de căldură

5

În industria alimentară operaţia are multe aplicaţii ca :  amestecări în fază lichidă (omogenizarea vinului)  amestecări în faza gaz-lichid (hidrogenarea uleiului)  amestecări în faza gaz-solid (înmuierea orzului)  amestecări în faza lichid solid (baterea untului, industria cărnii şi morăritului pentru obţinerea produselor păstoase) Posibilităţi de realizare:   

amestecarea pneumatică cu : aer comprimat, abur sub presiune amestecare prin curgerea lichidelor amestecare mecanică (cu palete de diferite forme)

Termenii folosiţi : - amestecare la produse solide - agitare pentru amestecarea fluidelor - malaxare sau frământare pentru produsele consistente

Fig.1.2 Spectrele principale de curgere la agitarea mecanic

6

Factorii care influenţează şi caracterizează procesul: Starea materialului: newtoniene – gaze, lichide - proprietăţi : densitate, vâscozitate – consistentă, coeziune nonewtoniene – unele lichide, paştele solide – unele au consistenţă şi coeziune slabe (faină pulverulenta) Corpurile din natura sub aspectul comportării lor la acţiunea solicitărilor, pot să posede trei proprietăţi : elasticitate, plasticitate şi vâscozitate. Corpurile cu comportare ideală sunt :   

solidul lui Hooke – perfect elastic lichidul lui Newton – perfect vâscos plasticul St. Venant – perfect plastic

Solidul lui Hooke sau corpul perfect elastic poseda numai elasticitate; sub acţiunea unei forţe se deformează, iar la încetarea acţiunii forţei îşi revine la forma iniţială. Lichidul lui Newton sau corpul perfect vâscos, sub acţiunea unei tensiuni tangenţiale curge. Curgerea vâscoasă depinde de mărimea şi durata solicitării. Plasticul în ipoteza St. Venant este perfect plastic, comportându-se ca un solid până la o anumită valoare a tensiunii denumită prag de tensiune, peste care se comportă ca un lichid. Fluide vâscoase nenewtoniene : În practică industrială se întâlnesc fluide care prezintă abateri de la comportarea newtoniană, datorită următoarelor cauze :  sistemele bifazice, la care faza dispersa constituie o parte importantă din volum, în timpul curgerii suferă modificări structurale. Din această categorie fac parte suspensiile de polimeri, vopselele, paştele de adezivi, sângele, aluatul, pasta de carne, pasta de brânză, etc.  sistemele omogene, la care unităţile de curgere sub acţiunea tensiunilor tangenţiale suferă orientări, din care pot fi amintite uleiurile minerale cu vâscozitate mare, topiturile de polimeri, etc. La aceste fluide vâscozitatea nu este constantă. Aparatul în care se desfăşoară operaţia influenţează modul se realizare al acesteia prin forma şi dimensiunile sale.

7

Totodată şi poziţia dispozitivului de amestecare faţă de axul aparatului sunt de o deosebită importantă la amestecare. Organele de amestecare trebuie să iniţieze în cât ai multe puncte ale aparatului amestecări intense locale şi să menţină în suspensie starturi limita cât mai subţiri care să producă o turbulentă pronunţată a întregului conţinut din vas. Curenţii ce se formează în aparat trebuie să atragă mereu noi cantităţi de material în zona dispozitivului de agitare, astfel încât operaţia să se desfăşoare cu eficienţă maximă. Cantitatea de material care se prelucrează poate să influenţeze : durata amestecării, eficienta, etc. În cazul în care se prelucrează cantităţi mari de material, sunt necesare aparate de dimensiuni mari. De multe ori este mai raţional să se folosească mai multe aparate de dimensiuni mai mici, decât un aparat mare, obţinându-se indici funcţionali şi calitativi mai buni rapor:taţi la durata de desfăşurare a operaţiei. Durata operaţiei are influenţă în primul rând asupra consumului de energie. Pentru că operaţia să decurgă cât mai economic este necesar ca agitatorul să lucreze eficient, asigurând omogenizarea în cel mai scurt timp. Durata operaţiei depinde, în afară de tipul agitatorului utilizat, de diametrul şi turaţia lui precum şi de proprietăţile materialelor amestecate, ca vâscozitatea şi densitatea acestora. [3]

8

CAPITOLUL II Prezentarea utilajelor și a operațiilor de amestecare în industria alimentară Pentru acţionarea dispozitivelor de amestecare în industria alimentară se utilizează de obicei motoare electrice de curent alternativ trifazat, motoare electrice de curent continuu şi motoare hidraulice.În funcţie de schema cinematică adoptată, motorul se amplasează în linie cu arborele, paralel cu arborele sau perpendicular pe direcţia arborelui. Pentru funcţionarea la turaţie constantă, mai

mică

decât

turaţia

motorului, se recurge fie la o transmisie cu curele între motor şi arbore, fie la un reductor de turaţie. Pentru amplasarea motorului în linie cu arborele se utilizează reductoare planetare pe care se flanşează motorul. Dacă este necesară o turaţie variabilă se utilizează motoare de curent continuu cuplate direct pe arbore sau prin intermediul unei transmisii cu curele sau al unui reductor de turaţie. Când se lucrează în medii inflamabile sau explozive se recomandă folosirea motoarelor hidraulice rotative acţionate cu ulei sub presiune. Industriile alimentare fac parte din categoria industriilor de process, respectiv sunt bazate pe procese tehnologice, in urma carora materiile prime naturale, artificiale sau sintetice sunt transformate in produse finite comercializabile sau in semifabricate utilizate drept materii prime in alte ramuri prelucratoare. Un process tehnologic, oricat de complex, poate fi descompus intr-o succesiune de procese componente distincte, in care materialele intrate sufera o serie de modificari. In functie de natura modificarilor suferite, procesele componente ale unui process tehnologic pot fi clasificate in procese de natura mecanica, fizica, chimica, biochimica. Este important de stiut ca nu se poate face o delimitare neta intre procesele biochimice si cele pur chimice, clasificarea reactoare – bioreactoare fiind oarecum artificială. [5]

9

Categorie

Tipuri

Amestecătoare fără elemente mobile: - prin recirculare - cu şicane - în aparate tip coloane (cu şicane, cu - prin curgerea forţată a talere sită, cu umplutură) fluidelor - cu injectoare sau duze - cu sistem gaz - lift - cu tub Venturi - cu barbotare - cu elemente statice de amestecare Amestecătoare cu elemente mobile: - cu paletă plană dreptunghiulară - cu braţe simple - cu braţe şi şicane - cu braţe tip ancoră (simplă, dublă) - agitatoare cu braţe (sau - cu cadru (cu braţe verticale sau palete) orizontale) - cu raclete - planetare - umblătoare - cu impeller - agitatoare centrifuge

- amestecătoare pentru materiale consistente (malaxoare)

- amestecătoare pentru materiale pulverulente şi granulare

- cu rotor deschis cu palete (drepte, înclinate, curbe) - cu rotor închis (fără sau cu stator) - cu benzi elicoidale - cu două braţe malaxoare şi rotire în sens de întâmpinare - cu braţe fixe şi cuvă rotativă - tip extruder - tip valţ - bătătoare - cu unul sau mai multe şnecuri - mecanice cu tobă rotativă: - cu tobă cilindrică orizontală sau vertical-înclinată - cu conuri - cu tobă de amestecare în formă de V sau Y - cu tobă elipsoidală oblică - cu tobă prismatică - pneumatice

10

I. Amestecatoăre fără elemente mobile 2.1 Amestecătoare cu barbotare.

Fig. 2.1 Amestecătoare cu barbotare 

Avantaje: constructive simplă, ieftină. Utilizarea este indicată in următoarele cazuri: - agentul activ trebuie să reacționeze chimic cu fluidul sau trebuie să se realizeze absorbția gazului în masa de lichid (exemple: hidrogenarea uleiului în industria extractivă, carbonatarea cu bioxid de carbon a zmeurilor de difuzie, în industria zahărului, etc.) - agentul de lucru favorizează o anumită acțiune biologică (oxigenul din aer în procesul de înmuiere sau de înmulțire a drojdiilor, etc) - absorbția (dizolvarea) unui gaz în masa de fluid



Dezavantaje : Eficacitatea agitării este slabă: se aplică numai la lichide cu o vâscozitate dinamică de maxim 0,2Pa·s ( la temperatură de 20°C apa are vâscozitatea dinamică de 1,01·10−6Pa·s). [4]

11

2.2 Amestecătoare cu injector

Fig.2.2 Amestecătoare cu injectoare

Este o metodă simplă și economică pentru amestecarea gazelor, lichidelor miscibile și nemiscibile și a lichidelor cu particule solide (formarea suspensiilor), lichidele având însă o vâscozitate redusă.

12

2.3 Amestecătoare cu șicane

Fig.2.3 Amestecătoare cu șicane cu recipient orizontale și vertical [17] Sunt utilizate pentru punerea în contact a unor lichide, în cazul proceselor de extracție și a gazelor cu lichide, în cazul proceselor de spălare și de absorbție a gazelor. Amestecatoarele vertical cu talere sunt utilizate pentru punerea în contact a vaporilor sau gazelor, care au o circulație ascendentă, cu lichidul care se deplasează pe talerele coloanei, pe directive descendente.

Fig.2.4 Amestecătoare vertical cu talere

13

II .Amestecătoare cu elemente mobile Criterii de clasificare: 

Din punct de vedere al vitezei periferice: - agitatoare mecanice lente - amestecătoare mecanice rapide

ω𝑙 = 𝑘ω · ω𝑎 

Din punct de vedere al formei dispozitivului de amestecare

Fig. 2.5 Amestecătoare cu elemente mobile •

În funcție de modul în care agitatorul transmite cantitatea de mișcare către lichid: - agitatoare care transmit cantitatea de mișcare prin presiunea exercitată asupra lichidului, transmiterea cantității de mișcare având loc pe direcția de mișcare a agitatorului (palate, cu pale, ancoră, etc.) - agitatoare care transmit cantitatea de mișcare prin tensiunea tangențială, care se manifestă ca urmare a forțelor de adeziune dintre suprafața dispozitivului de amestecare și lichidul din vas, astfel că transmiterea cantității de mișcare are loc în unghi drept față de direcția de mișcare a agitatorului.

14

Fig. 2.6 Tipuri de agitatoare

Din punct de vedere al spectrului curgerii lichidului în vasul de amestecare: - curgere tangențială (T); - curgere radială (R); - curgere axială (longitudinala L)

Fig.2.7 Tipuri al spectrului de curgere

2.4 Amestecătoare cu paletă Sunt recomandate pentru a fi utilizate pentru regimuri severe de lucru. Turația este redusă (n = 15…45 rot/min.)

Fig. 2.8 Amestecătoare cu paletă

15

2.5 Amestecătoare cu brațe Sunt amestecătoare mecanice, de construcții variate, determinate atât de forma brațelor cât și a recipientelor. Sunt folosite pentru amestecarea diferitelor produse, cum ar fi două lichide sau, a unui lichid cu un produs sub formă de pulbere. Dacă este necesară încălzirea în timpul operației, recipientul poate fi prevăzut cu manta dublă.

Fig. 2.9 Amestecătoare cu brațe a,b,c,d

Amestecătoare cu brațe drepte

e

Amestecător cu brațe orizontale

f

Amestecător cu brațe planetare

g

Amestecător cu brațe tip ancora

16

III. Amestecătoare elicoidale 2.6 Amestecătorul elicoidal orizontal Este un utilaj care realizează amestecarea continuă a materialelor solide aflate sub formă de granule sau pulberi, amestecarea lor făcându-se în timpul transportului spre operația următoare. Este folosit în industria morăritului, pentru amestecarea produselor granulare (cereale) și în industria panificației, pentru pregătirea amestecurilor de făină care intră în fabricație.

Fig. 2.10 Amestecătorul elicoidal orizontal 1 2,4 3 5 6 7 8 9,10

Jgheab Palete elicoidale Baghete Gură de evacuare Capac Gură de alimentare Tuburi Transportor elicoidal

17

2.7 Amestecător elicoidal vertical Este un utilaj care realizează amestecarea discontinuă a materialelor solide aflate sub formă pulberi. Este utilizat în industria panificației pentru amestecarea făinii de diferite calități.

Fig.2.11 Amestecătorul elicoidal vertical 1 2 3 4 5 6 7

Buncăr Transportor elicoidal Tub Tub Braț de răzuire Ax Clapetă

18

2.8 Amestecător pneumatic

Fig.2.12 Amestecătorul pneumatic 1 2 3 4 5 6

Recipient Dispozitiv de barbotare Racord de alimentare lichid Racord evacuare lichid Racord de alimentare gaz Racord de aerisire

Este un utilaj folosit pentru amestecarea în mediu lichid. Amestecarea pneumatică se bazează pe faptul că, gazele introduse într-un lichid se ridică la suprafață, deoarece greutatea lor specifică este mai mică. În mișcarea lor ascensională (barbotare), bulele de gaz produc dislocarea straturilor de lichid, creând curenți care fac ca materialele să se amestece. Gazele se introduc la partea inferioară a recipientului, divizate în bule cât mai mici și repartizate pe o suprafață cât mai mare. Se utilizează pentru amestecarea lichidelor ușor miscibile, cu vâscozitate redusă.

19

2.9 Amestecător cu recircularea lichidului

Fig.2.13 Amestecător cu recircularea lichidului 1 2,3 4 5

Recipient Racorduri de alimentare cu lichide diferite Pompă Sistem de pulverizare tip duș

Este un utilaj folosit pentru amestecarea în mediu lichid. Aparatul este alcătuit dintr-un recipient în care s-au introdus lichidele ce urmează a fi amestecate și o pompă. Amestecarea se produce atât în recipient, prin deplasarea lichidelor cu pompa în timpul pulverizării prin duș, cât și prin circulația lichidelor în conducte.

20

IV. Amestecătoare pentru materiale consistente 2.9 Malaxorul cu cuvă transportabilă

Fig.2.14 Malaxorul cu cuvă transportabilă 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Cuva transportabilă Carucior Roată dințata Picior Transmisie cu curele Carcasă Ax olbic cu palete Braț de răzuire Piesă de fixare

21

2.10 Malaxorul cu cuvă rabatabilă Este un utilaj folosit pentru obținerea materialelor păstoase. Are funcționare discontinuă. Este alcătuit dintr-un dispozitiv de malaxare (paletă sau ancoră) și o cuvă rabatabilă (de formă sferică sau semisferică) în care se realizează amestecarea produselor. Realizează concomitent omogenizarea amestecului și înglobarea în el a unei cantități de aer. Se utilizează în patiserie la prepararea cremelor.

Fig.2.17 Malaxorul cu cuvă rabatabilă 1 2 3 4,5

Cuvă rabatabilă Dispozitiv de amestecare Roți dințate Cadru metalic

22

CAPITOLUL III Modele de calcul privind aspecte tehnologice funcţionale ale utilajelor Industriile alimentare fac parte din categoria industriilor de process, respectiv sunt bazate pe procese tehnologice, in urma carora materiile prime naturale, artificiale sau sintetice sunt transformate in produse finite comercializabile sau in semifabricate utilizate drept materii prime in alte ramuri prelucratoare. Un process tehnologic, oricat de complex, poate fi descompus intr-o succesiune de procese componente distincte, in care materialele intrate sufera o serie de modificari. In functie de natura modificarilor suferite, procesele componente ale unui process tehnologic pot fi clasificate in procese de natura mecanica, fizica, chimica, biochimica. Este important de stiut ca nu se poate face o delimitare neta intre procesele biochimice si cele pur chimice, clasificarea reactoare – bioreactoare fiind oarecum artificială. [19] 3.1 Schemă tehnologică de procesare a materiei prime

Materii prime

Proces tehnologic

Produsefinite (semifabricate)

23

3.1. Agitatoare pentru producţia de zahăr Există doar câteva procese de producţie din industria alimentară, în care tehnologia amestecării e implicată în atât de multe şi diferite sarcini de lucru, aşa cum este ea în producţia de zahăr. Următoarea descriere prezintă etapele de producţie principale din industria zahărului, în care sunt utilizate agitatoarele, conform schiţei simplificate din fig. 2.2.

Fig. 3.1 Fluxul tehnologic pentru obţinerea zahărului

3.1.1. Acidificarea apei proaspete. Unul din cei mai importanţi factori în procesul de difuzie este calitatea apei folosite. Trebuie stabilită o anumită valoare pH prin adăugarea unui acid. Agitatorul are funcţia de bază de a amesteca părţile componente repede şi intens, aparatul din fig. 2.4, dovedindu-se foarte util în acest sens.

24

Fig. 3.2 Ekato –Intermig

Fig. 3.3 Ekato - Interprop

Vasul de amestec al varului. Zeama de extracţie este un sistem polidispers care conţine substanţe cu natură şi proprietăţi chimice şi fizice foarte diferite, prezente în număr extrem de mare. Au fost încercate foarte multe substanţe chimice în scopul purificării zemii de extracţie. Încă în 1936 Lippman evidenţiase o listă de 737 reactivi experimentaţi în acest scop. Totuşi nici până azi varul, care a fost folosit pentru prima dată la purificarea zemii de trestie în 1811 şi bioxidul de carbon ce se utilizează din 1840, nu au putut fi înlocuiţi deoarece se procură uşor, sunt ieftine, au eficienţă mare şi în plus CO2 este produsul secundar ce rezultă la obţinerea varului ars. Aplicarea agitatoarelor începe în recipientele saturate cu var, care în cele mai multe dintre cazuri au o formă alungită şi sunt împărţite în câteva compartimente, pentru a realiza o staţionare bună. Deseori este inclusă o cantitate considerabilă de nisip, astfel că trebuie avută în vedere şi o anume coroziune, în momentul proiectării agitatoarelor. Varul este folosit în diferite locuri într-o fabrică de zahăr. Se pregătesc suspensii de var în proporţie de 10% lapte, pentru a facilita transportul şi dozajul. Agitatoarele au funcţia de a menţine suspensii uniforme şi de a varia nivelele de umplere, pentru a împiedica erorile de dozaj.[20]

25

3.1.2. Preacidularea verticală. Preacidularea verticală se realizează într-un aparat de tip coloană. În aşa numitul proces de preacidulare progresivă, elicele de pompare amplasate în tubul respectiv, au funcţia de pompare a cantităţilor de suc în compartimentul care se găseşte deasupra. Agitatorul central are funcţia de a amesteca temeinic conţinutul compartimentelor din coloană. Timpul de staţionare, punctul de saturare cu var, amestecarea anterioară şi omogenizarea sucului de zahăr pentru optimizarea precipitaţiei şi coagulării pectinelor şi a proteinelor, joacă un rol important. Rata de rupere (tăiere) trebuie păstrată cât mai jos posibil pentru a nu dezintegra substanţa coagulată.

Fig. 3.4 Preîncălzitor vertical

3.1.3. Acidularea principală. Coloane de agitare de toate mărimile pentru acest proces, se fabrică de mulţi ani. Spre exemplu fig. 2.7 prezintă un agitator HWL, putere de acţionare 15KW, volum 300m3 pentru un debit de suc inclus de 700 m3/oră.

26

3.1.4. Prima şi a doua carbonare. În carbonare sucul de zahăr e amestecat cu CO2 pentru îndepărtarea componentelor nedorite, prin precipitarea carbonaţilor. Prin utilizarea agitatorului INTERMIG din fig. 2.3, s-a reuşit îmbunătăţirea rezultatului acţiunii CO2.

Vasul de reacţie. Surplusul de CO2 este separat de lichid în vasul de reacţie după a doua carbonificare. Degazifierea continuă se realizează prin depresionarea sucului, care este susţinută de o elice verticală de pompare, amplasată aproape de suprafaţa lichidului. Sucul este omogenizat în acelaşi timp.

F

Fig. 3.5 Reactor

Fig.3.6 Reactor cu agitator MIG impeller V=300 m2

27

3.1.5. Producerea bazei de cristale. Sucul este curăţat şi răcit până la -25˚C în cristalizatorul de răcire cristalele cresc de la 0,1 la 0,35 mm în vasul aspirator cu elice EKATO. Cristalele sunt ţinute în suspensie în vasul, de unde se oferă pentru cristalizare ca bază de cristale. Dizolvarea zahărului în coloană sau cascadă. Cele mai multe staţii de topire sunt realizate ca şi cascade sau ca şi coloane de agitare, fig. 2.8. Cantităţi mari de zahăr trebuie dizolvate continuu aproape de limita de saturare. Soluţiile de zahăr sunt circulate în vase cu volume mari, cu ajutorul agitatoarelor cu elice, pentru a împiedica separarea.

Fig. 3.7 Coloană de amestecare

3.1.6. Cristalizarea. Soluţia de zahăr este cristalizată (vasele de aspirare) în câteva etape, într-o operaţie simultană sau continuă în staţia de fierbere, cu următoarele obiective de proces: 

Cele mai mari cantităţi posibile de zaharoză cristalină;



Spectrum îngust de mărimea cristalelor formate fără conglomerate;



Produs uşor de centrifugat;



Sirop-mamă la final cu cât mai puţină zaharoză;



Timp scurt de fierbere;

28



Putere minimă de acţionare a agitatorului. Agitatorul trebuie să realizeze simultan trei funcţiuni:



Omogenizarea, în special în timpul fazei de formare a cristalelor;



Suspensia;



Intensificarea transferului de căldură. Procesul de fierbere este posibil cu abur de temperatură mai scăzută, datorită

transferului de căldură îmbunătăţit de utilizarea agitatoarelor. Aceasta reduce pericolul schimbării culorii sucului prin supraîncălzire şi reprezintă o economisire considerabilă de energie. De asemenea, asigurarea circulaţiei în tuburile de încălzire, la o evaporare redusă a apei sau la un eşec al asigurării aburului de încălzire sau în timpul cristalizării cu o presiune crescută a vaporilor, constituie un alt avantaj al curgerilor forţate în recipientul de aspirare. Circulaţia internă. Designul corespunzător al vasului de aspirare discontinuu clasic, aşa cum este el în prezent utilizat ca standard în cazul agitatoarelor, este schematic demonstrat în fig. 2.9. EKATO dezvolta deja agitatorii pentru cristalizarea zahărului în urmă cu 25 de ani şi produce în acest scop, în special, elicele Kaplan cu cinci lame în construcţie solidă de până la 2500 mm diametru.

Fig. 3.8 Concentrator cu circulaţie internă

29

Circulaţia externă. Agitatoare pentru circulaţia externă, fig. 2.10, au fost dezvoltate în mod special pentru vasele existente şi oferă o instalaţie ieftină, fără a trebui să se modifice vasul însuşi. Sunt folosite în acest caz elice Kaplan cu trei lame, cu diametrul de până la 3000 mm.

Fig. 3.9 Concentrator cu circulaţie externă

Cristalizarea continuă. Cristalizarea zahărului poate fi realizată continuu cu ajutorul operaţiei de procesare controlată de calculator. Pentru a realiza o distribuţie a cristalelor de mărimea unor particule înguste, cristalizarea continuă trebuie realizată într-o cascadă sau coloană de agitare. Sucul este saturat în partea de sus a coloanei de agitare, vezi fig. 2.11. Agitatorul trebuie să asigure o bună omogenizare în cele două compartimente de sus. Vâscozitatea este mai mare în cele două compartimente de jos. Acolo agitatorii sunt astfel realizaţi încât să circule magma cât mai intens posibil, pentru a realiza o viteză de evaporare mare.

30

Fig. 3.10 Cristalizare continuă

3.1.7. Diluator pentru magma produs-final. O cristalizare la rece este adăugată la cristalizarea prin evaporare pentru produsul final, pentru a creşte producţia de zahăr. În timpul răcirii magmei vâscozitatea creşte mult şi atinge valori mai mari de 1.500.000 mPa s. Cu cât e mai mare vâscozitatea siropului mamă, cu atât e mai mic ritmul de creştere a cristalelor. Vâscozitatea magmei e coborâtă prin adăugarea unor cantităţi mici de apă, aproximativ 1%. Această omogenizare, apă – magmă, are loc în tubul de alimentare cu ajutorul unui mixer cu lame plate, fig. 2.12. După cristalizarea la rece apar din nou vâscozităţi mari, care sunt reduse prin adăugarea melasei aproximativ 5%, pentru ca cristalele să poată fi separate din melasă prin centrifugare. [23]

Fig. 3.11 Ekato diluator

31

Apa reziduală Compuşii organici sunt descompuşi de microorganisme în bioreactori, pentru tratarea apei reziduale. Aici procesul de amestecare e pretenţios, deoarece câteva operaţii de amestecare trebuie realizate simultan. Montarea laterală a agitatoarelor poate fi realizată fără probleme cu ajutorul garniturilor mecanice EKATO, echipate cu mecanisme de închidere adiţionale, pentru a face posibilă schimbarea garniturilor cu recipientul plin. Cu 15 ani în urmă EKATO a oferit agitatori industriei zahărului pentru acest proces şi recipiente cu mărimi de 15.000 m3.[25]

3.2. Schema tehnologică de obținere a zahărului Acidifierea apei roaspete

Preacidularea verticala

Acidularea principala

Prima si a doua carbonare

ZAHAR

Cristalizarea

Diluator pentru magma produs fina Producerea bazei de cristale

32

Pentru proiectarea corectă a unui dispozitiv de amestecare, este necesar să se precizeze foarte bine care este combinaţia de forţe generate de rotaţia amestecătorului, precum şi de condiţiile de funţionare care îl solicită pe toată durata exploatării sale. De obicei, în practică, sunt luate în consideraţie doar o parte din aceste forţe. Astfel după cercetătorii americani Hill şi Kime, sarcinile care acţionează asupra unui dispozitiv de amestecare sunt: -

forţa

datorată

greutăţii

arborelui

şi

amestecătorului Fg; -

forţa datorată presiunii Fp;

-

forţa datorată curentului axial de fluid Fa;

-

forţa radială FR. Principala

forţă

axială

o

constituie

greutatea arborelui şi amestecătorului Fg. Forţa axială datorită presiunii interioare Fp, trebuie luată în consideraţie doar în cazul utilajelor care lucrează la presiune ridicată, fiind generată de acţiunea presiunii din recipient pe suprafeţele neechilibrate ale amestecătorului: Fig. 3.12 Forțe care acționează asupra dispozitivelor de amestecare rotative

FP = (πd2/4)p;

(1)

Un amestecător cu braţe înclinate, care creează un spectru de curgere axial, va fi solicitat şi de o forţă axială FA, care este însă – după autorii citaţi nesemnificativă în comparaţie cu greutatea arborelui şi amestecătorului. Forţa FR reprezintă componenta radială a rezultantei forţelor mecanice şi hidraulice şi pentru determinarea ei se indică relaţia aproximativă:

FR = 19Nak/nda, 1b, [30]

(2)

Se obişnuieşte în mod frecvent ca forţa hidraulică radială să fie folosită în continuare, în calculul static de rezistenţă, pentru determinarea momentului înconvoietor care solicită arborele amestecătorului:

Mî= FRa.

33

(3)

De aceea, la determinarea acestei forţe trebuie să se ţină cont că există deosebiri între o funcţionare în regim staţionar şi în regim nestaţionar, când valoarea şi direcţia sa se schimbă în mod continuu. Pentru exemplificare sunt prezentate forţele hidraulice care acţionează asupra unui amestecător cu elice, în cele două situaţii de funcţionare: regim staţionar şi regim nestaţionar.[29]

Fig. 3.13 Forțe hidraulice care acționează asupra unui amestecător cu elice Rezultanta forţelor hidraulice F se descompune în componenta axială FA şi cea tangenţială Ft. Suma forţelor axiale determină valoarea forţei hidraulice axiale, iar produsul dintre forţele tangenţiale şi braţul corespunzător al pârghiei “r”, stabileşte valoarea momentului de torsiunea Mt. Dacă se presupune o funcţionare staţionară (curgere fără desprinderi de fluid de pe braţele amestecătorului), atunci forţele tangenţiale vor fi egale (Ft1= Ft2 = Ft3), iar rezultanta lor va fi nulă: 3

FR =

 Fti  0 i 1

În realitate însă, amestecătorul produce în fluidul de lucru vârtejuri care se descompun permanent în altele mai mici, iar forţele hidraulice variază în funcţie de desprinderile neuniforme de fluid de pe braţele amestecătorului, acest proces având un

34

caracter nestaţionar. Ca urmare, la un moment dat, forţele tangenţiale au o mărime diferită pe cele trei braţe ale amestecătorului (Ft1 # Ft2 # Ft3), iar rezultanta lor este diferită de zero: FR 

3

 Fti  Fr  0

I 1

Kantorowitch indică pentru determinarea forţei radiale o relaţie calitativă care ţine cont nu numai de rezultanta forţei hidraulice ci şi de forţa determintă de dezechilibrul rezidual al amestecătorului

FR = F1 – F2 + F3

(4)

În care F1 şi F2 sunt forţele hidraulice care acţionează pe braţele amestecătorului; F3 – forţa masică centrifugală: F1 – F2 = Fr.

Fig. 3.14 Forțe care acționează asupra unui amestecător Abordarea teoretică a problemei funcţionării unui amestecător în regim nestaţionar este dificilă, trebuind să se facă pe baza calculului probabilistic, deoarece acest regim este caracterizat printr-o variaţie aleatoare a parametrilor de lucru. Relaţiile teoretice de calcul obţinute, sunt însă foarte complicate, neputând fi aplicate în proiectare. În aceste condiţii, în practică se acceptă formule deduse pe baza determinărilor experimentate, cum este relaţia (2), precum şi relaţia propusă de Kantorowitch:

FR = (8/3) · Mt/(da· z),

(5)

Conform cu această expresie, cu cât amestecătorul are mai multe braţe, cu atât forţa radială care solicită arborele amestecătorului la încovoiere este mai mică. Trebuie remarcat că relaţia (5) se mai poate pune şi sub forma:

FR = Mt/(0,75 · ra · z),

35

(6)

în care ra = da/2. Revenind la relaţia (2), după transformările impuse de sistemul de unităţi şi ţinând cont [30] că Na/n = Mt/63,025, se obţine expresia:

FR= (Mt · k)/(1,46 · ra)

(7)

care, aşa după cum se poate observa, este foarte semănătoare cu relaţia (6) dedusă pentru cazul amestecătorului cu două braţe:

FR = Mt/(1,5 · ra),

(8)

Aceasta arată că relaţia (2) ţine cont şi de alte forţe în afara celei hidraulice, deci denumirea de forţă hidraulică folosită în lucrare, nu este cea mai potrivită. Pe de altă parte având în vedere că în regim staţionar forţele hidraulice se echilibrează, iar în regim nestaţionar trebuie avută în vedere doar rezultanta acestor forţe, se poate face afirmaţia că ponderea în cadrul forţei radiale o deţine forţa centrifugă. Conform NID 7073-77, forţa care solicită amestecătorul la încovoiere, datorită reacţiunii mediului, se determină cu expresia:

Fmax = Mt/(0,75 · ra),

(9)

care se deosebeşte de relaţia (6), prin absenţa coeficientului z de la numitor. Deoarece un amestecător are minimum două braţe, cu formula (9) se obţin deci valori de cel puţin două ori mai mari, iar utilizarea acestei relaţii constituie o aproximare foarte acoperitoare, care poate fi justificată doar în cazul blocării accidentale a amestecătorului. Problema determinării forţei hidraulice axiale a fost abordată de Vasilţov şi Uşakov care au arătat că între forţa hidraulică axială şi cea tangenţială există relaţia

FA/Ft = ctgα, .

(10)

Unde FA = KA(ρn2d4a); Ft = Kt(ρn2d4a); ρ – densitatea fluidului; n – turaţia; da –

anvergura amestecătorului; α – unghiul de înclinare a braţului amestecătorului; KA, Kt – coeficinţii forţei axiale, respectiv radiale.

36

CAPITOLUL IV Concluzii Industria alimentară reprezintă un domeniu de importanță majoră în cadrul economiei naționale. Producere alimentelor se realizează în conformitate cu normele de igienă internă și internațională, în concordanță cu cerințele consumatorului. Activitatea din industria alimentară este organizată în mai multe subramuri principale: morărit-panificație, lapte, carne, conserve de legume și fructe, zahăr și produse zaharoase, alcool și băuturi alcoolice, amidon-glucoza, uleiuri și grăsimi vegetale, paste. Operațiile, aparatele și utilajele care se utilizează în prelucrarea produselor agricole sunt permanent înnoite și modernizate prin folosirea și adaptarea la noile tehnologii. Astfel se pot utiliza radiațiile ionizante, radiațiile x, infraroșii, microunde și curenți de înaltă frecvență. Ca urmare a datelor analizate și prezentate în cadrul lucrării intitulate “Utilaje de amestecare folosite în industria alimentară” putem concluziona faptul că pentru obținerea unor produse de calitate superioară este necesar să se respecte fiecare operație din fluxul tehnologic și, în special, operația de amestecare. Un alt factor important este reprezentat de calitatea materiilor prime și auxiliare folosite în procesul de fabricație. Proprietățile produselor sunt date în mare parte de însușirile glutenului care se formează în timpul operației de malaxare.

37

BIBLIOGRAFIE 1

BĂCĂOANU, Ana. Operații și utilaje în industria chimică și alimentară. Iași: Universitatea Tehnică “Gheorghe Asachi”,1997.

2

BANU, C., GEORGESCU, Gh., MĂRGINEAN, Gh., PASAT, Gh. D., DORIN, S. Carteaproducătoruluișiprocesatorului de lapte.București: Editura Ceres, 2005.

3

BANU, Constantin (coord. gen.). Dicționarexplicativpentruștiințășitehnologie: Industriealimentară :românenglez-francez-rus.București:EdituraAcademieiRomâne, Comisia de TerminologiepentruȘtiințeleexacte, AGIR, 2006

4

BANU, Constantin (coord.). Exploatarea, întreținereașireparareautilajelor din industriacărnii. București: EdituraTehnică, 1990.

5

BANU, Constantin (coord.). Manualulinginerului de industriealimentară: Vol. 1. București: EdituraTehnică, 1998.

6

BANU, Constantin (coord.). Manualulinginerului de industriealimentară. Vol. 1. București: Editura Tehnică, 1998-1999.

7

BANU, Constantin (coord.). Manualulinginerului de industriealimentară. Vol. 2. București: Editura Tehnică, 1998-1999.

8

BIBIRE, Luminița. Operațiișiaparate :industriaalimentară. Chișinău: Tehnica-Info, 2004

9

BIRIȘ, SorinȘtefan. Dicționartehnicpoliglot de mașinișiinstalațiipentruagriculturășiindustriealimentară :român-englezgerman-maghiar. București: Editura Printech, 2004.

10

CRĂCIUN, I., HASCI, Z., STAN, C. Utilajeșiinstalațiiînindustriachimică. București: EdituraDidacticășiPedagogică, 1980.

11

DALE, C., NITULESCU TH., PRECUPEȚU P. Desentehnic industrial pentruconstrucții de mașini. București: EdituraTehnică,1990.

12

DRAGAN, Gleb. Dicționarexplicativpentruștiințeleexacte. Vol. 5: Industriaalimentară: operațiiunitare. București: EdituraAcademieiRomâne, 2004.

13

GANEA, Grigore. Utilajtehnologicînindustriaalimentară. Problemeșimetode de rezolvare. București: EdituraTehnică,2011.

38

14

LECA, Petre. Sisteme de mașinișiutilajepentrupăstrarealegumelorșifructelor.București: RedacțiaRevistelorAgricole, 1973.

15

LUCA, Gheorghe. Operațiișiutilaje din industriavinului. București. EdituraTehnică, 1997.

16

MANUALUL inginerului de industriealimentară.București, 2002.

17

PASAT, Gh. D, Utilajeșiinstalațiiînindustriaalimentară. București: Editura Printech, 2005.

18

PASAT, Gh. D. Echipamente, tehnologii de sudareși de control. Note de curs. București: Editura IPB, 1996.

19

PASAT, Gh. D. Operații unitare în industria alimentară. București: Editura Printech, 2007.

20

PASAT, Gh. D. Operații unitare în procesarea produselor agricole. București: Editura Printech, 2003.

21

PASAT, Gh. D., s. a. Operații în industria alimentară. Caiet de seminar și laborator. București: Editura Printech, 2004.

22

PETCULESCU, E., IVANCEA L., DINACHE, P. Instalațiielectromecanice din industriaalimentară. București: EdituraDidacticășiPedagogică, 1985.

23

RĂȘENESCU, Ioan. Operații și utilaje în industriaalimentară. Vol. 1 și 2. București: EdituraTehnică, 1971-1972.

24

RĂȘENESCU, Ioan. Lexiconîndrumarpentruindustriaalimentară :tehnologii, operații, proceseșiproduse. Vol. 1: A-L. București: EdituraTehnică,1987.

25

RĂȘENESCU, Ioan. Lexiconîndrumarpentruindustriaalimentară :tehnologii, operații, proceseșiproduse. Vol. 2: M-Z. București: EdituraTehnică,1988.

26

STAN, C., CRĂCIUN, I. Operațiișiutilajeînindustriachimică. București: EdituraTehnică,1993.

27

STOICA, Anicuța. Operațiitermiceînindustriaalimentară. București: Politehnica Press, 2007.

28

STROIA, Ion. Utilajepentruindustriaalimentarăfermentativă: Vol. 1. București, 1997.

39

29

TELEOACĂ, R., PETCULESCU, E., ONOFREI, I. Proceseșiaparateînindustriaalimentară. București: EdituraDidacticășiPedagogică, 1993.

30

VOICU, Gheorghe. Procese și utilaje pentru panificație : curs. București: Editura Bren, 1999.

40