oprema za usitnjavanje u bib - 2014
DESCRIPTION
*******TRANSCRIPT
Oprema u BIB – Prof. dr M. Rakin 1
OPREMA ZA USITNJAVANJE u BIOTEHNOLOGIJI podela 1: MAŠINE i / ili APARATI
podela 2: prema metodi koja se koristi da bi se postiglo usitnjavanje čestica
U većini mašina i aparata za usitnjavanje javljaju se kombinovani efekti, s tim da je jedan od njih dominantan.
Oprema za usitnjavanje granulata, biljaka i drugih čvrstih oblika u BIB se obično sastoji od: - dela u kome se vrši punjenje materijalom - HRANILICA
- dela u kome se vrši mlevenje
- dela koji prihvata usitnjeni materijal – PRIJEMNIK
Veoma često potrebni su i dodatni elementi opreme, npr.
klasifikatori čestica, duplikator zbog hladjenja hladnom vodom,
zaštita od prašenja ! ! !
Oprema u BIB – Prof. dr M. Rakin 2
Prema veličini komada koji se posle usitnjavanja želi postići, razlikuje se:
- grubo drobljenje
- srednje drobljenje
- sitno drobljenje
- mlevenje
- fino mlevenje
- koloidno mlevenje
bitna veličina je stepen sitnjenja: n = D / d
1. OPREMA za usitnjavanje koja radi na principu SEČENJA MLIN za sečenje – mlin SEKAČ je sastavljen od niza noževa koji su postavljeni najčešće na horizontalnom rotoru koji se okreće unutar kućišta koje na svojoj unutrašnjoj strani nosi nepokretne noževe. regulacija usitnjavanja se postiže promenom rastojanja između pokretnih i nepokretnih noževa (najčešće ne manje od 2 mm) Izmedju dela u kome se vrši mlevenje – usitnjavanje i prijemnika samlevenog materijala postavlja se SITO.
PRIMENA: za grubo usitnjavanje materijala: suvi granulati i vlaknaste sirove (korenje bilja)
Oprema u BIB – Prof. dr M. Rakin 3
2. OPREMA za usitnjavanje koja radi na principu PRITISKA (KOMPRESIJE)
- MLIN / DROBILICE sa valjcima: dva horizontalna valjka koji se obrću oko paralelenih horiz. osa
često: POGON obrtanja na DVA ili jednom VALJKU
Tokom MLEVENJA PRITISAK u radijalnom pravcu
PRIMER: USITNJAVANJE SLADA
Usitnjavanjem (drobljenjem) slada ostvaruju se preduslovi za procese
rastvaranja prilikom komljenja.
Za usitnjavanje slada koriste se
DROBILICE / MLINOVI (MAŠINE, UREĐAJI)
Razlikuju se MAŠINE sa 2, sa 4, i sa 6 valjaka,
kao i MAŠINE za SUVO usitnjavanje, i mašine koje koriste MOKRI postupak
pri usitnjavanju.
Oprema u BIB – Prof. dr M. Rakin 4
MAŠINE koje se koriste za SUVO drobljenje i mlevenje su, po pravilu,
drobilice/mlinovi sa 6 valjaka, kod kojih PRVI PAR VALJAKA gnječi
pojedinačna zrna slada samo toliko, da plevica napukne tako, da se to jedva
može primetiti golim okom.
Ovi se valjci, stoga, nazivaju valjcima za prethodno gnječenje. Oni se
postavljaju na odstojanju od 1,3 do 1,5 mm.
Nakon DRUGOG PARA VALJAKA, koji se postavljaju na odstojanju od 0,7
do 0,9 mm, otpada plevica. Saglasno tome, ovi se valjci nazivaju plevičnim
valjcima.
Na TREĆEM PARU VALJAKA, koji se postavljaju na odstojanju od 0,25 do
0,4 mm, preostala gruba krupica usitnjava se do fine krupice, pa se ovi valjci
nazivaju krupičnim valjcima.
U ovim mašinama, gornji par valjaka je obično glatke površine, dok
su donji parovi NAZUBLJENI.
Nazubljenje se obično obavlja putem narezivanja
Po pravilu, nazubljenja imaju jednu dužu i jednu kraću ivicu, koje se često
nazivaju zub i leđa. Na obimu valjaka ima 600-900 zubaca.
Njihova periferna brzina je oko 2,5 m/s kod gornjeg (srednjeg) para, a oko 4 m/s kod
donjeg para valjaka.
Prilikom ugradnje (MONTAŽE MLINA) treba posebno obratiti pažnju da
POGONSKI valjak bude postavljen tako, da zub bude u smeru kretanja valjka
(SLIKA !). Obrnuto važi za gonjeni (drugi u paru) valjak.
Oprema u BIB – Prof. dr M. Rakin 5
Nazubljeni valjci za usitnjavanje slada
POSTUPAK MOKROG DROBLJENJA
Još 1886. godine, pivarski majstor Lipps iz Drezdena dobio je patent za rešenje
da se slad moči pre drobljenja. Ovim PLEVICA POSTAJE ELASTIČNIJA
pa se prilikom drobljenja manje razara; zahvaljujući tome, olakšava se protok
sladovine i vode.
Bleisch: prilikom prerade slabo razgrađenog slada mokro drobljenje nema
nikakvih prednosti, nego je čak i negativno.
U savremenoj pivarskoj industriji se, medutim, koristi veliki broj
drobilica/mlinova za postupak mokrog drobljenja.
Oprema u BIB – Prof. dr M. Rakin 6
Pri izboru postupka usitnjavanja SLADA , potrebno je imati u vidu sledeće:
Troškovi nabavke
Potrošnja energije
Ujednačenost močenja
Kontrola rada mašina za suvo ili mokro usitnjavanje slada
Rastojanje između valjaka
Transport komine
Kvalitet usitnjavanja
Suvo drobljenje omogućava brižljivo usitnjavanje, pri čemu dolazi istovremeno
do manjeg ili većeg razbijanja plevice.
Kod mokrog drobljenja prethodno navlažena i, zahvaljujući tome, elastičnija
plevica održava se bolje, ali ne postoji mogućnost zasebne obrade pojedinih
delova endosperma.
Korišćenje prednosti oba ova postupka
obezbeduje tzv. kondicioniranje slada.
Nanošenjem samo male količine vlage na površinu zrna slada plevica
postaje elastična i odvaja se kao kod postupka mokrog drobljenja gotovo
bez razaranja , tako da stvara filtracioni sloj.
Voda, međutim, ne treba da istovremeno prodre u unutrašnjost
endosperma jer bi u tom slučaju i on postao elastičan, pa bi se takode
slabije usitnjavao !
Oprema u BIB – Prof. dr M. Rakin 7
3. OPREMA za usitnjavanje koja radi na principu UDARA
MLIN čekićar
horizontalno postavljeni rotor unutar nepoktretnog kućišta na rotoru su pričvršćene čelične (najčešće) ploče koje imaju ulogu
udarača – ČEKIĆA
osim ravnih ploča koriste se i ploče u obliku slova T
ploče – čekići mogu biti fiksirani u odnosu na rotor – kreću se zajedno sa rotorom ili poktretne u odnosu na rotor, tako da kada rotor miruje one vise, a tokom obrtanja zauzimaju radijalan položaj brzine obrtanja rotora velike (> 1000 o/min)
Sito je izloženo velikom pritisku tokom rada izbegava se pletena žica koriste se metalna perforirana sita
Ovi mlinovi se mogu koristiti za skoro sve tipove usitnjavanja sa različitim stepenim sitnjenja: n = D / d
Oprema u BIB – Prof. dr M. Rakin 8
- moguće je postizanje precizne kontrole veličine čestica dobijenog
praška
- primena za mlevenje voma različitog materijala
- primena za mlevenje krupnijih čestica, sitnijih čestica i vrlo sitnih čestica
(20-40µm)
- moguća primena i za operacije vlažne granulacije
(čekići su tada u obiku oštrih noževa)
- postoje i konstrukcijska rešenja sa komorom – duplikatorom u kome
struji hladna voda (pogodno za usitnjavanje termolabilnih materijala, jer se
neutrališe toplota koja se razvija tokom usitnjavanja)
- za aseptično usitnjavanje mogu se koristiti lako sklopiva/rasklopiva
rešenja mlinova gde se pojedini delovi mogu sterilisati
- lako se instaliraju, puštaju u rad, jednostavno se čiste
- zbog velikih brzina obrtanja, oslobadja se velika količina toplote,
što može negativno da deluje na usitnjeni proizvod
- pri ustnjavanju veoma abrazivnih materijala, može doći do oštećenja delova mlina – sito !
DEZINTEGRATOR (MLIN sa PALICAMA)
princip rada: udar + trenje (dominantan udar) dva čelična diska: stator i rotor imaju na sebi udarne elemente – palice stator i rotor koncentrično postavljeni
Oprema u BIB – Prof. dr M. Rakin 9
udarno opterećenje usled obrtanja + trenje čestica + dug put čestica
VEOMA SITAN PRAH
teškoća: prašenje pri odvodu usitnjenog proizvoda
a) odvod u obliku levka zahteva da ceo mlin bude u oklopu
b) rešetka + ventilator zahtevaju hermetičko vezivanje za mlin
4. OPREMA za usitnjavanje koja radi na principu kombinacije UDARA i TRENJA
MLIN sa kuglama
Usitnjavanje koje objedinjuje metod udara i trenja čestica
Oprema u BIB – Prof. dr M. Rakin 10
horizontalno postavljen doboš - cilindar koji se obrće prečnik cilindra i preko 3 m (u laborat. uslovima i farmaceutskoj ind. manji prečnici) zapremina koju zauzimaju kugle: 30 – 50 % ukupne zapremine doboša materijal kugli: metal – čelik najčešće ili keramički materijali
ČESTO: kugle različitog prečnika VAŽNO: ne dostići kritični broj obrtaja (kritičnu ugaonu brzinu) (v. tehn. operacije !) - moguće je dobiti izuzezno fine čestice posle mlevenja - pogodan je za usitnjavanje veoma tvrdog i abrazivnog materijala
- mlevenje traje dugo - čišćenje opreme je složeno
KONIČNI MLIN sa kuglama
na mestu manjeg prečnika je pražnjenje
Oprema u BIB – Prof. dr M. Rakin 11
prednost korišćenja kugla različitog prečnika : prilikom obrtanja one
se razdvajaju po veličini, što omogućava progresivno finije usitnjavanje
Skraćenje VREMENA SITNJENJA: VIBRACIONI mlin
do 80% zapremine je popunjeno kuglama tokom mlevenja MLIN vibrira i NE obrće se na dnu mlina sito
- moguće je postići veoma finu usitnjenost praha, red veličine 5 µµµµm - efikasnost ovog mlina je veća u odnosu na obrtni mlin sa kuglama
Oprema u BIB – Prof. dr M. Rakin 12
OPREMA (APARATI) za usitnjavanje koja koristi
ENERGIJU FLUIDA
princip sitnjenja: UDAR + TRENJE STRUJNI MLIN (džet mlin, mikronizer)
koristi se energija fluida pod pritiskom (vazduh, inertan gas), brzina kretanja fluida i do 300 m/s PRINCIP RADA:
čestice koje se sitne udaraju o zidove mlina (1) i jedna o drugu (2) usled
velike kinetičke energije koju dobijaju od fluida (gasa) pod pritiskom
HRANILICA mlina: levak + injektor (ubrizgava čestice)
Oprema u BIB – Prof. dr M. Rakin 13
- nema pokretnih delova opreme
- fluid pod pritiskom se pri ulasku u strujni mlin hladi zbog
naglog širenja, što je povoljno pri usitnjavanju čvrstih formi
osetljivih na povišene temperature
- brzo sitnjenje do reda veličine i do 10 µµµµm
STRUJNI mlin sa ciklonskim SEPARATOROM
PRINCIP RADA: u ciklonskom separatoru se stvara vrtlog
veće čestice na dno separatora, manje čestice ostaju u struji vazduha sa
kojom zajedno izlaze i zadržavaju se na filtrima
Oprema u BIB – Prof. dr M. Rakin 14
5. OPREMA za usitnjavanje koja radi na principu TRENJA izazvanih velikim vrednostima smicajnih napona
KOLOIDNI MLIN je posebna vrsta mlina – homogenizatora
za dispergovanje čvrstih supstanci u tečnostima suspenzije emulzije
Propuštanjem viskoznih emulzija ili suspenzija kroz koloidni mlin dobijaju se veoma fine, sitne, ujednačene čestice. Princip rada stvaranje veoma velikih vrednosti smicajnih napona U fluidima (posebno viskoznim), napon smicanja ττττ u laminarnim slojevima je proporcionalan gradijentu brzine v po poprečnom preseku visine h
da bi se postigli laminarni uslovi strujanja, potrebno je da suspenzija (emulzija) prolazi kroz veoma male preseke !!
Geometrijski oblik prostora kroz koji struji fluid može biti različit,
dva osnovna elementa svakog koloidnog mlina su stator i rotor
Oprema u BIB – Prof. dr M. Rakin 15
Plauzonov koloidni mlin
periferna (obimna brzina diska 100 – 200 m/s)
štapovi na rotoru i statoru se mimoilaze na veoma malim rastojanjima
veliki naponi smicanja u tankim slojevima suspenzije (emulzije)
sitnjenje čvrste faze unutar fluida željena finoća mlevenja se postiže zatvorenim ciklusom
Koloidni mlin sa KONIČNIM ROTOROM
rastojanje izmedju zidova kućišta i rotora u obliku rotora može biti
i manje od 0.05 mm
Oprema u BIB – Prof. dr M. Rakin 16
oblik ovog mlina mu omogućava da se ponaša kao centrifugalna pumpa
kojom se usisava suspenzija
podešavanje zazora pomoću sistema sa mikrozavrtnjem
podiže se ili spušta vratilo koje na sebi nosi konični rotor uobičajeni brojevi obrtaja : 1000 – 3600 o/min snaga: 0.5 – 10 kW kapacitet: 400 – 6000 l/h
IZBOR OPREME za SITNJENJE
Pri izboru opreme (mašine / aparata) za operacije sitnjenja
potrebno je uzeti u obzir:
- osobine materijala koji se sitni: veličina čestica, oblik, vlažnost,
fizičke (mehaničke) i hemijske osobine
- kapacitet mlina
- nivo univerzalnosti mlina – da li je pogodan za vlažno i suvo
usitnjavanje, koja sita se mogu koristiti
- kontinualan rad ili rad sa prekidima
- kako se kontroliše (odvodi) prašina koja se stvara u radu (osim
kod koloidnog mlina)
- jednostavnost održavanja (čišćenje, zamena delova, opciono:
sterilizacija)
- dodatni uredjaji (delovi) koji se mogu koristiti na datom mlinu :
sistem za hladjenje, skupljači prašine, injektori bog punjenja
- ekonomski pokazatelji: cena opreme i održavanja, potročnja
energije, prostor koji oprema zahteva
Oprema u BIB – Prof. dr M. Rakin 17
RASPODELA KRUPNOĆA PROIZVODA SITNJENJA
Praškasti materijali dobijeni mehaničkim operacijama sitnjenja karakteriše
raspodela krupnoća koja u manjoj ili većoj meri odstupa u odnosu na normalnu Gausovu raspodelu definisanu zakonom:
Krive raspodele krupnoća proizvoda sitnjenja u realnom sistemu (mašini/aparatu) nemaju simetričnu formu (Gausovu), već su najčešće sa pozitivnim koeficijentom asimetrije.
odstupanje raspodela usitnjenog materijala od normalne raspodele
Oprema u BIB – Prof. dr M. Rakin 18
ENERGETSKI ASPEKT SITNJENJA
- DIREKTNI UTROŠAK ENERGIJE (TEHNIČKI KORISTAN)
- POSREDNI UTROŠAK ENERGIJE
Energetski aspekt procesa sitnjenja obuhvata:
- energiju koja se troši neposredno na odvijanje procesa usitnjavanja
materijala
- ukupnu energiju neophodnu za rad opreme (mašina/aparata) za
usitnjavanje
- odnos tehnički korisne i ukupno utrošene energije Mali deo ukupno utrošene energije se koristi za tehnički koristan rad – sitnjenje čvrstog materijala Gubici veliki : gubici u pogonskom sistemu tribomehanički sistem,
toplotni gubici, ! ! Količina energije potrebne za sitnjenje zavisi od:
1. osobina materijala koji se sitni: krupnoća, oblik, jednorodnost, tvrdoća, žilavost, čvrstoća, vlažnost . .
2. osobina mašina ili aparata koji se koriste za operacije sitnjenja: pogonska snaga, kapacitet, metoda stinjenja koja se koristi (dominantna), materijal i stanje površina radnih organa (noževi, čekići, palice)
3. parametara režima operacije sitnjenja
ANALITIČKE RELACIJE između energije i dimenzija polaznog i usitnjenog materijala predstavljaju tzv. energetske zakone sitnjenja.
teško uspostaviti češće: hipoteze sitnjenja Mlin sa kuglama, primer ekstremno nepovoljne raspodele ukupne energije (proračun)
Oprema u BIB – Prof. dr M. Rakin 19
Korišćena literatura:
M. Bobić, Mašine za mehaničke operacije, JDT, Kragujevac, 1994.
H. Petersen, Pivara i njena oprema, (prevod: S. Gaćeša), Jugoslovensko udruženje
pivara, Beograd, 1994.
R. Popović, M. Živojinović, Tehnološke mašine i uređaji - procesna proizvodnja,
ICIM, Kruševac, 1999.
M. Jovanović, Z. Đurić, Osnovi industrijske farmacije, Nijansa, Zemun, 2005.