Procese și aparate în industria alimentară - separarea

4. Operaţii hidrodinamice.

4.1 Separarea sistemelor eterogene.

Sistemele se consigeră eterogene, dacă ele sunt constituite din două sau mai multe faze, separate prin oricare suprafaţă interfazică. Prin urmare astfel sisteme pot fi separate prin metode mecanice.

Sistema binară eterogenă este alcătuită din faza dispersată (internă) şi de mediul de dispersare, sau faza continuu (externă), în care sunt distribuite particulele fazei dispersate.

Conform stării fizice a fazelor sisteme eterogene se disting în:

-suspensii- amestecul particulelor solide cu lichid. În dependenţa de mărimile a particulelor solide suspensii se clasifică în cele grosiere (mai mult de 100 ), fine (0,5-100) şi – amestecul tulbur (0,1-0,5) . Poziţia intermediară între suspensie şi soluţie o ocupă soluţia coloidală, în care particulele fazei dispersate pocedă mărimile la nivelul moleculelor, ceea ce nu permite separarea lor prin sedimentare;

-emulsie- sisteme din lichide imiscibile, în care particulele a unui lichid sunt distribuite în mediul altui lichid, care formează faza continuu. Mărimile particulelor dispersate sunt foarte diverse. Sub acţiunea forţei gravitaţionale emulsie se separă în straturi, însă la mărimile neânsemnate a particulelor dispersate (mai puţin de 0,4-0,5 ) sau la adăugarea a stabilizanţilor, emulsie devine stabilă şi nu se separă un timp destul de îndelungat. Concentrarea fazei dispersate poate se atingă fenomenul de inversie a fazelor, care se caracterizează prin scimbul locurilor de faze: faza dispersată devine continuu, iar acea continuu-dispersată. Contopirea particulelor dispersate a emulsiei se numeşte coalescenţa.

Proprietăţi fizice (densitatea şi viscozitatea) ale suspensiilor şi emulsiilor sunt determinate de către corelări volumetrice şi proprietăţile fizice ale fazelor

Viscozitatea suspensiei depinde de concentraţia fazei solide, ci nu de mărimile particulelor solide

- la concentraţia fazei solide pînă la 10%,

şi - la concentratia fazei solide, mai mare de 10%.

În aceste equaţii -densitatea şi viscositea amestecului ; - densitatea fazei dispersate ; - densitatea şi viscositea fazei continuu ; - fractia volumetrică a fazei dispersate.

Viscozitatea emulsiilor la concentraţia fazei dispersate pînă la 50 % vol

iar la concentraşia mai mare de 50% vol

.

-spumă –sistem, constituit din bule de gaz, distribuite în lichid. După proprietăţile sale fizice spuma se apropie de emulsii;

- colb, fum reprezintă un sistem gazos, în care sunt distribuite particulele materialului solid. Formarea colbului de obicei are loc pe lângă procese de concasarea, tratarea materalului fărâmiţat, transportarea şi amestecarea materialului solid etc. Fumul se formează în procese de ardere a combustibulului.

Mărimea particulelor colbului constituie în jur de 3 – 70 . , iar a fumului 0,3 – 5 ;

-ciaţă – sistemul gazos, în care sunt dispersate particulele de lichid de aceeaşi mărime.

Colbul, fumul şi ciaţă formează clasa de aerozolii.

În industria alimentară sunt vast răspândite operaţii de separare a sistemelor eterogene gazoase şi lichide. Alegerea modului de separare a sistemului depinde de mărimile particulelor dispersate, de diferenţa densităţilor de faze şi de viscozitatea fazei continuu.

Pentru separarea sistemelor eterogene se aplică metodele următoare:

- sedimentarea – separarea fazelor prin intermediul forţelor de gravitaţie (de obicei se aplică cu scopul separării grosiere), forţelor inerţiali (inclusiv forţelor centrifuge) sau forţelor electrostatice.

-filtrarea – separarea suspensiilor cu ajutorul membranelor poroase, care reţin faza solidă şi lasă se treacă faza lichidă, prezentîndu-se filtrat. Acest mod de separare se aplică pentru asigurarea gradului înaintat de separare et se efectuează sub acţiunea diferenţei de presiune pe membrană sau forţelor centrifuge.

4.1 Separarea sistemelor lichide.

Bilanţul de materie în procese de separare.

Fie un sistem binar, compus din faza dispersată A şi cea continuu B , supus separării, se caracterizează prin: -debitul masic a amestecului iniţial, lichidului limpizit şi a precipitatului, ; - concentraţiile compozantului B în în flux, fracţii masice.