Перемешивание сыпучих продуктов

Для перемешивания сыпучих продуктов применяют в основном два способа – гравитационный и принудительный (механический). Первый осуществляется под действием сил тяжести в барабанных, лотковых и бункерных смесителях, второй в шнековых и лопастных.

Вибрационное воздействие на перемешиваемые материалы и рабочие органы смесителя значительно увеличивает производительность процесса, снижает энергоемкость и улучшает качество смеси. При этом вибрация в одних случаях может лишь интенсифицировать основной процесс (например, вибрирование шнека в шнековом смесителе), в других – вызывать специфические вибрационные эффекты, которые используются для перемешивания (например, циркуляционное вибротранспортирование смеси внутри цилиндрического или торообразного сосуда). Процесс перемешивания с наложением вибраций сопровождается, кроме того, дополнительными эффектами разрушения зерен, обнажением дополнительных поверхностей, разрушением когуляционных структур, увеличением диспергирования твердых частиц и газа, т. е. активизацией смеси.

Процесс перемешивания органически присущ сыпучему материалу, подвергаемому вибрации. Вибрационные импульсы вызывают хаотические столкновения частичек материала, разделение их по форме, плотности и размерам, разрушение сложившихся конгломератов, уменьшения трения между частицами. Перемешивание происходит практически в любом процессе, где используется вибрация, однако качественное перемешивание получается только в специальных устройствах с целенаправленной вибрацией.

Степень интенсивности зависит от параметров вибрации, размера и плотности частиц, воздухопроницаемости слоя, высоты слоя, влажности коэффициента трения, размеров и формы рабочей камеры. Процесс перемешивания обусловливается главным образом пульсирующим движением газа внутри вибрирующего слоя, которое возникает в результате образования под ним вакуума и фильтрования газа через слой материала. Возникающие при этом потоки и пузыри газа увлекают частицы сыпучего материала и создают интенсивное перемещение слоев. В аппаратах небольших размеров материал у стенок, где вследствие трения частицы движутся медленнее, перемещается вниз, а в центре – вверх. В сосудах больших размеров возникает много центров циркуляции, материал у стенок также движется вниз вместе с засасыванием под слой газом.

Для перемешивания в вакууме используют установки, в которых процесс происходит в результате вибротранспортирования (например, по лотку со ступеньками).

Схема движения компонентов смеси при объемном способе перемешивания в тороидальных камерах, которые помимо колебаний в горизонтальной плоскости совершают угловые колебания в вертикальной плоскости, представлена на рис. 1. Смесь в таких аппаратах движется по спиралеобразным траекториям вдоль внутренних стенок, при этом перемешивание в горизонтальном сечении потока смеси пропорционально расстоянию частицы от центра аппарата, а перемещения в вертикальном сечении постоянны для всего объема. В отличии от плоскопараллельного движения смеси в вертикальной плоскости такое пространственное винтообразное перемещение материала обеспечивает лучшее взаимопроникновение частиц между слоями смеси.

Перемешивающий эффект можно увеличить, если в цилиндрическую камеру поместить вращающийся шнек или лопастной вал. При таком способе в интенсивном режиме вибрации камеры вращение лопастей играет второстепенную роль. Изменяя направление вращения лопастей, можно усиливать движение смеси или препятствовать ему и существенно влиять на процесс перемешивания. Для интенсивного режима вибрации общее движение смеси в камере и частичное между компонентами создается в результате вращения лопастного вала. Вибрация используется как второстепенное, дополнительное средство, приводящее к разрушению внутренних связей между частицами, уменьшению трения между ними, снижению структурной вязкости, в результате чего каждая частица смеси получает возможность диффундировать в другие компоненты. Виброперемещение в таких аппаратах, также как и в устройствах со свободным объемом камеры, сопровождается дополнительной активизацией смеси.

Смесители для перемещения сухих сыпучих пищевых продуктов подразделяются на вращающие и транспортирующие. К вращающимся смесителям относятся барабанные смесители различных типов, конические, смесители с вращающимися кубами и т.д. К транспортирующим смесителям для сухих сыпучих продуктов относятся ленточные, лопастные и шнековые смесители, V-обазные, типа "пьяная бочка", плугообразные. Рабочими органами транспортирующих смесителей могут быть шнеки, в том числе ленточные, или лопасти, закрепленные на валу.

В настоящее время в пищевой промышленности применяются следующие виды смесителей.

1. Конические смесители . Состоят из двух усеченных конусов, соединенных цилиндрической обечайкой. В конических смесителях эффективность смешивания достигается благодаря перемещения продукта вдоль вертикальной оси, с изменением (расширением, сужением) площади смешивания.

2. Смесители Y-образной формы с двойным сосудом, с углом при вершине 90°. В этом смесителе перемешивание сыпучего продукта путем его пересыпания дополняется разделением массы продукта на две части и обратного совмещения в один объем (который может быть отсоединяющимся).

3. Смесители типа "пьяна