ВОПРОС № 4 Диспергирование

Диспергирование применяют для измельчения жидких, твер­дых веществ в жидкости или жидких и твердых веществ в газе для получения дисперсных систем.

Диспергирование включает эмульгирование, гомогенизацию и распыление жидкостей в газовой среде.

Эмульгирование применяют для получения эмульсий жир в воде и наоборот. В первом случае жир является дисперсной фазой, а вода — дисперсионной, во втором — жир является дисперсионной фазой, а вода — дисперсной.

При эмульгировании для получения стойких, нерасслаиваю-щихся эмульсий в смесь добавляют поверхностно-активные веще­ства (ПАВ): желатин, казеинаты, казеин, крахмал, яичный белок, агар-агар и другие вещества, которые образуют на поверхности тонкую оболочку, придающую эмульсиям устойчивость и препят­ствующую их разложению.

Стойкость эмульсии к расслаиванию зависит от размеров дис­персионной фазы и распределения жировых частиц по размерам.

Так, например, при получении эмуль­сии жир в обезжиренном молоке раз­мер жировых шариков не должен пре­вышать 5 мкм. Такую эмульсию при­меняют для вскармливания молодня­ка крупного рогатого скота. При этом эмульгирование должно происходить при температурах на 15...20°С выше температуры плавления жира. В высококачественном майонезе размер основной массы жировых час­тиц не должен превышать 8... 10 мкм.

Эмульгирование производят в аппаратах, называемых эмульсорами.

На рис. 1 был показан статический эмульсор, а на рис. 14 — эмульсор с вращающимся диском. И в том и в другом аппарате диспергирование происходит под действием центробеж­ной силы. Смесь воды, жира и эмульгатора подается по оси эмуль­сора в диск, вращающийся с частотой 10...20 с-1. Под действием центробежной силы смесь многократно выбрасывается через уз­кие щели, образованные вращающимися и неподвижными коль­цами, из первого вращающегося кольца во второе и т. д. При про­хождении отверстий в кольцах происходит эмульгирование смеси. Из последнего кольца, расположенного во вращающемся диске, смесь поступает в патрубок для вывода эмульсии.

 

 

 

Производительность такого эмульсора зависит от частоты вра­щения диска и числа отверстий в кольцах.

Для эмульгирования используют также коллоидные мельницы, в которых измельчение происходит в результате трения или уда­ров сухим или мокрым способом. На рис.15 показана коллоид­ная мельница, в которой измельчение осуществляется мокрым способом. Мельница состоит из цилиндрического корпуса 1, в ко­тором с большой скоростью вращается диск 2 с расположенными по обеим сторонам ударными пальцами 3. На корпусе мельницы также имеются пальцы 4. При вращении диска пальцы, располо­женные на нем, проходят между пальцами корпуса. При этом за счет ударов пальцев суспензия измельчается. Измельченная сус­пензия удаляется через патрубок 6.

Для эмульгирования применяют также ультразвук. Ультразву­ковые эмульсоры работают на принципе возбуждения колебаний пластины с частотой до 22 кГц, возникающих при ударе смеси, поступающей через сопло в эмульсор с большой скоростью. В ре­зультате колебаний пластины, которые передаются жидкости, происходит измельчение дисперсной фазы. Такие эмульсоры на­зывают гидродинамическими свистками.

 

Гомогенизацию применяют для получения эмульсий, в которых диаметр дисперсной фазы не превышает 1...2 мм. Процесс гомогени­зации проводят в гомогенизаторах. Распространение получили клапанные гомогенизаторы. На рис. 16 показан элемент щели кла­панного гомогенизатора. Процесс дробления происходит в щели при давлении 8...60 МПа. Размер щели в просвете 80... 100 мкм. Его регу­лируют при помощи пружины, воздействующей на клапан.

Как правило, гомогенизируемый продукт проходит две или три щели. Размер дисперсной фазы зависит от давления в щели гомо­генизатора. Связь диаметра частиц (м) с давлением в щели гомоге­низатора описывается уравнением

(11)

 

При гомогенизации эмульсия нагревается на 4…5 ⁰С.

Рис. 16. Схема клапанной щели: 1 — корпус; 2 — щель

 

 

Распыление жидкости в газовую фазу. При диспергировании жидкости происходит дробление струи на капли. Наибольшее рас­пространение в технике получило гидравли­ческое и механическое распыление жидко­стей в результате распада струи (рис. 17), вытекающей с большой скоростью из сопла или распылительных дисков, а также пнев­матическое распыление при помощи пнев­матических форсунок.

Распыление в пневматических форсунках происходит под действием подаваемого в форсунку газа. Механическое распыление осуществляется при помощи вращающихся дисков. При этом жидкость приобретает кинетическую энергию под действием центробежных сил. Эти методы распыления суспензий применяют в распылительных сушилках.

 

Рис.17. Ц ентробежная механическая форсунка:

1—патрубок для подвода продукта; 2— корпус; 3— завихритель; 4— сопло

 

 

Средний размер капель (м) при дисковом распылении можно определить

по формуле

(12)