unit operations and apparatus for the food industry (romanian) - onita 2003

8/14/2019 Unit Operations and Apparatus for the Food Industry (Romanian) - Onita 2003

1/218


2/218

ELISABETAIVAN

IULIANCRAIU NICOLAEONIA

OPERAII I APARATEN

INDUSTRIA ALIMENTAR

Editura MIRTON Timioara2003


3/218

II

Descrierea CIP a Bibliotecii Naionale a RomnieiIVAN, ELISABETA

Operaii i aparate n industria alimentar /Elisabeta Ivan, Iulian Craiu, Nicolae Onia Timioara

Mirton, 2003212 p.; 24 cmISBN 973-585-991-2

I. Craiu IulianII. Onia, Nicolae

664.2

Culegerei prelucrare computerizat:Florian HARJA, Iulian CRAIUi Nicolae ONIA


4/218

III


5/218

IV

PREFA

Cursul Opera ii i aparate n industria alimentar , cunoscut i sub denumirea de Procese i aparate sau Opera ii i utilaje , face partedin disciplinele fundamentale ce profileaz ingineria chimic n general ieste denumit n universit ile cu tradi ie Opera ii unitare.

n general acest curs prezint principalele opera ii unitare ntlniten majoritatea subramurilor industriei alimentare, precum i unele utilajecu ajutorul c rora se realizeaz aceste opera ii.

Materialul este structurat n conformitate cu programa analitic iextins n func ie de num rul de ore prev zute n planul de nv mnt.Ordonarea i sistematizarea materialului s-a f cut innd seama de gradul de dificultate, de opera iile care intervin n procesul tehnologic; aspecteleteoretice au fost selectate, prelucrate i prezentate ntr-o manier care s conduc la n elegerea f r dificultate a problemelor, i la formarea unei gndiri inginere ti.

Lucrarea este structurat pe apte capitole. Se analizeaz , n cadrul opera iilor hidrodinamice, probleme legate de transportul fluidelor ndiferite condi ii, amestecarea, sedimentarea, filtrarea, centrifugarea i

fluidizarea. Lucrarea se adreseaz studen ilor de la specializarea Tehnologia Produselor Alimentare, dar este util i pentru inginerii care lucreaz naceast specialitate

AUTORII


6/218

V


7/218

VI

CUPRINS

Capitolul 1.................................................................................................1 INTRODUCERE ...........................................................................................1

Cerinele de baz ale proiectrii tehnologice.......................................10 Capitolul 2................................................................................................15

Transportul fluidelor prin conducte .............................................................15 2.1. Elementele caracteristice conductelor...........................................15 2.2. Calculul conductelor .....................................................................17 2.2.1. Calculul diametrul economic .....................................................17 2.2.2. Transportul hidrodinamic al solidelor........................................21 2.2.3. Indicaii pentru montareai exploatarea conductelor ................35

Capitolul 3................................................................................................39 AMESTECAREA........................................................................................39

3.1. Generaliti....................................................................................39 3.2. Factori care influeneaz procesul de amestecare.........................40 3.3. Eficacitatea amestecrii. Durata de amestecare............................43 3.3.1. Durata de amestecare ...........................................................45 3.4. Aparate de amestecare ..................................................................47

Amestectoare..........................................................................................48 3.4.1. Amestectoare f r elemente mobile ...................................48

Capitolul 4...............................................................................................89 SEPARAREA SISTEMELOR ETEROGENE............................................89

4.1. Sedimentarea.....................................................................................89 4.1.1. Factorii care influeneaz sedimentarea.....................................89 4.1.2. Viteza de sedimentare n regim laminar (domeniul Stokes)......95 4.1.3. Viteza de sedimentare n micare accelerat..............................97

4.1.4. Calculul diametrului critic .........................................................99 4.2.1. Aparate pentru separarea particulelor solide din sistemeleeterogene solid-gaz ............................................................................100 4.2.1.1. Aparate bazate pe efectul gravitaional.................................100 4.2.1.2. Aparate de separare bazate pe impact (lovire, regim uscat), bazate pe principiul sedimentrii i iner iei .......................................102 4.2.1.3. Aparate pentru separare prin efect centrifugal......................104 4.2.1.4. Aparate de sedimentare n regim uscati n regim umed .....108 4.2.1.4.1. Aparate pentru separarea umed a prafului........................108

4.2.1.4.2. Aparate de separare prin filtrare.........................................110 4.2.1.4.3. Separarea electrostatic a suspensiilor de gaze.................111


8/218

VII

4.2.1.4.4. Procedee sonice de separare...............................................114 4.3.1. Sedimentarea suspensiilor solid-lichid.....................................115 Tipuri constructive de decantoare......................................................121

4.4.1. Separarea amestecurilor de lichide nemiscibile.......................127 Capitolul 5.............................................................................................130 FILTRAREA..............................................................................................130

5.1. Generaliti......................................................................................130 5.2. Factori care influeneaz filtrarea ...............................................131 5.3. Bazele teoretice ale operaiei de filtrare......................................133 5.3.1. Filtrarea prin precipitate necompresibile .................................136 5.3.2. Filtrarea prin precipitate compresibile ....................................143 5.4. Tipuri de aparate de filtrare.........................................................144 5.4 l. Filtre cu funcionare periodic ..................................................144 5.4.2. Filtre cu funcionare continu ..................................................157

CAPITOLUL 6 .......................................................................................161 CENTRIFUGAREA ..................................................................................161

6.1. Definiie. Scopul operaiei unitare de centrifugare .....................161 6.2. Factori care influeneaz operaia de centrifugare......................163 6.3. Clasificarea, construcia i funcionarea centrifugelor................175

Capitolul 7 .............................................................................................186 FLUIDIZAREA .........................................................................................186

7.1. Consideraii generale ..................................................................186 BIBLIOGRAFIE........................................................................................206


9/218


10/218

1

CAPITOLUL 1

INTRODUCERE

Industria alimentar transform materii prime de origine biologic, provenind din regnul animal sau vegetal, n sensul de a le condiiona,conserva, transforma sau de a extrage din ele anumite elemente destinatehranei omului. n momentul n care echilibrul biologic natural este ntrerupt,ncep fenomenele de degradare care pot s conduc la alter ri i pierderi de

produse destinate industriei, fie chiar direct pentru pregtirea hranei omului.Din momentul ntreruperii echilibrului biologic natural, toate operaiileindustriale care se efectueaz apar in industriei alimentare. Aceasta atragedup sine necesitatea, fie ca echilibrul biologic natural s fie ntrerupt deindustria alimentar n ntreprinderi organizatei dotate corespunztor, cumeste de exemplu n industria crnii (abatorul) fie ca materiile prime - dup ces-a ntrerupt echilibrul biologic natural - s fie supuse unor tratamente cares ncetineasc sau s elimine consecinele fenomenelor de degradare.

Spre deosebire de toate celelalte ramuri ale industriei, unele operaii

care trebuie efectuate sunt de natur biochimic, fiind de fapt caracteristicaesenial a industriei alimentare. Primele operaii care trebuie efectuateasupra materiilor prime sunt legate de realizarea unei evoluii mai mult saumai puin profunde a proceselor de ordin biochimic n scopul evitriifenomenelor de alterare, apoi operaii care s le blocheze intr-un stadiudeterminat. Procedeele biochimicei microbiologice reprezint caracteristicile de baz care deosebesc industria alimentar de celelalteindustriii n special de industria chimic, cu care sub alte aspecte industriaalimentar are foarte multe asemnri.

Industria alimentar modern este un complex coordonat detransformri fizice, chimicei biochimice prin care se realizeaz produseutiliznd procedee tehnologicei instalaii fundamentatetiinific, tehnicieconomic.

De aceea, specialistul din industria alimentar trebuie s posede ocunoatere aprofundat a fenomenelor biochimicei microbiologice foartecomplexe, trebuie s se bazeze pe cunotine privind legile alimentaiei, pecunoaterea proceselor tehnologice sectoriale, pe cunoaterea operaiilor iutilajelor, funcionrii i ntreinerii lor. Deci, specialistul din industriaalimentar , ca s poat face fat condiiilor impuse de evoluia rapid a


11/218

2

tehnicii, trebuie s posede o pregtire polivalent.Disciplina de operaii i utilaje n industria alimentar are rolul

de a pune la dispoziia celor interesai noiuni de fenomenologia operaiilor

tehnologicei caracterizarea aparatelor utilizate; este o disciplin tehnic despecialitate ce face posibil nelegerea cunotinelor de la disciplinele cevor fi predate ulterior. Studierea operaiilor se realizeaz n funcie decaracteristicile comune ale acestora.

Procesul tehnologic se definete ca transformarea materiilor primen semifabricate sau produse finite prin operaii mecanice, fizice, biochimice, chimice sau chiar combinate, mai simplu ansamblul ordonat aloperaiilor prin care se realizeaz produsul.

Opera iile sunt faze distincte ale procesului tehnologic i anume:1- operaii pentru pregtirea materiilor prime n vederea prelucr rii;2- operaii de obinere a produsului brut sau semifabricatului3- operaii pentru transformarea semifabricatului n produse

comercializabile4- operaii pentru prelucrarea subproduselor sau deeurilor 5- operaii auxiliareAnsamblul succesiunii operaiilor pentru obinerea unui produs

n procesul tehnologic se numete schema bloc a procesului tehnologic.De exemplu, schema bloc de obinere a zahrului (fig.1.1)i schema

bloc de obinere a suculuii pastei de tomate (fig.1.2).Elementele n care se realizeaz procesele tehnologice sunt utilaje

(aparat ar fi un utilaj static, f r organe principale n micare, dar n practicadeseori se utilizeaz i ca utilaj termenul respectiv). Termenul maina este de fapt identic cu utilaj cu organe n micare.

nsuirea ordonata a schielor utilajelor sau simbolurilor acestora, ncare se realizeaz operaiile procesului tehnologic, cu indicarea circulaieimaterialelor se numete schema tehnologic.

Daca analizam natura operaiilor ce alctuiesc procesul tehnologic seconstat c:1) o fabricaie orict de complicat este format de o nsuire de

operaii simple distincte;2) dintre toate operaiile procesului tehnologic, doar cteva sunt

operaii n care transformrile sunt molecular, n rest suntoperaii fizice, mecanice;

3) cele mai multe operaii fizice sau mecanice sunt comune maimultor procese tehnologice, produsele sunt asemntoare saudiferite, multe operaii se repet n cadrul aceleiai schemetehnologice;


12/218

3

Fig. 1.1. Schema bloc de obinere a zahrului4) utilajele ntrebuinate la realizarea anumitor operaii ndeplinesc

aceleai funciuni indiferent de procesul tehnologic; rar apar modificri datorate caracteristicelor produsului.


13/218

4

Depozitare

Recepiesortare

ZdrobirePasare

Splare

DozareDozareImpuriti

Deeuri

Suc brut

Ap de splareImpuriti

SeminePielie

Ap Tomate Sare Zahr

mbuteliereCapsare

Suc corectat

Corectare

Pastde tomate

Sterilizare

Umplerenchidere

Depozitare

Suc sterilizatcomerciabil

Sterilizare

Concentrare Vaporide ap

Fig. 1.2. Schema bloc a procesului de obinere a suculuii pastei de tomate


14/218

5

Fig. 1.3. Clasificarea operaiilor tip din industria chimic i alimentar I. Operaii fizice

- cu schimbarea strii fizice - ntre materiale cu stri fizice deosebite

- n mediu omogen - n mediu eterogen - ntre materiale cu stri fizice identice

II. Operaii chimice: nitrare, sulfonare, reducere, oxidare, combustie,explozie, polimerizare, etc.III. Operaii auxiliare: transportul materialelor, depozitarea materialelor,alimentarea cu ap, condiionarea apelor potabile de cazani reziduale,evacuarea apelor de scurgere, producerea aburuluii for ei motrice,

nclzire, ventilaie, condiionarea aerului, operaii de msurare iautomatizare, controlul fabricaiei.


15/218

6

Diferenieri dintre utilajele unei operaii determinate de elementeleconstructive impuse, adic cum ar fi: debiti capacitatei modulul de

realizare.Operaiile fizico - mecanice sunt operaii tip, adic unitare. Tratareaoperaiilor unitare (tip) dup principiile procesuluii aparatelor se face princunoaterea urmtoarelor aspecte:

1) cercetarea factorilor care intervin n operaia respectiv:2) analiza principiilor tiinifice fundamentale care stau la baza

operaiei tip (unitare);3) deducerea modelului matematic al operaiei, model ce cuprinde

factorii care intervin n operaie;4) cunoaterea legilor de conservare;5) cunoaterea relaiilor de transformare a cantitii de micare, a

cantitii de cldur , a cantitii ce intervin la nivelul operaiei,respective;

6) influena transformrilor ntre tipurile de transformarei procesele biochimic;

7) relaiile existente ntre tipurile de transformarei procedeele biochimice;

8) cunoaterea principalelor tipuri de utilaje n care se realizeaz operaia tip(unitar );

9) relaiile de similitudinei analiza dimensionala;10) relaii de convenien economic, adic de optimizare a procesului de fabricaie, la dimensionarea economica a utilajului.

Clasificarea operaiilor unitare (tip)Operaiile tip n industria chimica tehnologica se clasifica (fig. 1.3):

A ) Dup modul de aciune asupra materialelor

1) operaii cu schimbarea strii fizice a materialului (topire -solidificare, fierbere - condensare);2) operaii de amestecarei aglomerare (amestecare omogenai

eterogena, malaxare, fr mntare);3) operaii de vizitarei separare (spargere, mrunire, mcinare,

tiere, cernere, separarea electrostatica, sedimentare, filtrare,stoarcere, uscare, cristalizare, rectificare, distilare);

4) operaii chimice i biochimice: neutralizate, carbonatare,fermentare, maturare;

5) operaii auxiliare:B) Dup natura operaiilor, n:


16/218

7

1) operaii mecanice (f r schimbarea strii materialului) -depozitare, transport.

2) operaii fizice cu schimbarea strii fizice a materialuluii

anume:- operaii cu transfer de impuls, cum ar fi: mrunire,spargere, mcinare, tiere, cernere, sortare, amestecare,malaxare, stoarcere.

- operaii cu transfer de cldura: nclzire, r cire,evaporare, concentrare, condensare, pasteurizare,sterilizare, refrigerare;

- operaii n care intervine ca faza principala schimbul desubstan cum ar fi: uscarea, pr jirea, distilarea,rectificarea, extracia, cristalizarea;

- operaii chimicei biochimice cum ar fi neutralizarea,fermentarea.

n analiza operaiilor tip se folosesc legile fizicii care guverneaz diferitele fenomene, elementele matematice necesare stabilirii modelariimatematice.

Procesul tehnologic general arata sistemul principal de fabricaie,f r a se ocupa de procesele tehnologice de detaliu, care au loc n diferiteateliere sau secii.

El constituie punctul de plecare pentru studiul proiectrii unei unitiindustrialei poate fi concretizat prin schema procesului tehnologic. naceasta schema se arata legturile funcionale care sunt necesare intrediferite ateliere sau secii ale unitii industriale respective. n schema procesului tehnologic se indica grafic legturile de fabricaie ale diferitelor faze de prelucrare, f r a se tine seama de dimensiunile atelierelor sauamplasare lor pe terenul unitii industriale.

n baza schemei procesului tehnologic se poate ntocmi schema

tehnologica a unei uniti industriale care stabilete relaiile dintre diferiteleatelierei secii, de asemenea f r a preciza amplasamentuli dimensiunilen plan ale acestora. n mod asemntor se ntocmesc scheme tehnologice pentru fiecare secie.

Fluxul de materialeDrumul parcurs de materialele intrate n unitatea industriala, sub

forma de materii prime, semifabricate sau materii auxiliare, pana la ieirealor sub forma de produse finite, poarta denumirea de flux de materiale.Fluxul de materiale se stabilete pe baza procesului tehnologic, respectndamplasarea corespunztoare a cldirilor i legturilor necesare ntre diferitesecii.


17/218

8

Regulile care se recomanda s se tina seama la stabilirea fluxului demateriale sunt:

1) fluxul s parcurg drumul cel mai scurt evitnd ntoarcerilei

ncrucirile2) s fie pe ct posibil continuu: s permit folosirea mijloacelor optime de transport.

Fluxul de materii poate fi:- flux orizontal, cnd se desf oar ntr-un singur plan

orizontal, deasupra solului, n cldiri de tip parter;- flux vertical, cnd se desf oar pe verticala, n cldiri cu

mai multe nivele;- flux mixt, rezultat din combinarea celui vertical cu cel

orizontal.Avnd n vedere dezvoltarea rapida a tehnicii, care conduce la o

uzura morala rapida a utilajuluii deci la necesitatea schimbrii lui periodice, odat cu aceste schimbri se poate ntmpla ca nici cldirileaferente s nu mai corespund.

Fluxul la oameniFluxul la oameni reprezint drumul pe care - l parcurg oamenii de la

intrarea n unitatea industriala pana la locul de munc i napoi. Studiulfluxului de oameni trebuie f cut n concordan cu cel al fluxului demateriale, cele doua fluxuri nu trebuie s se ntretaie. De asemenea fluxul deoameni trebuie s urmreasc traseul cel mai scuti s fie astfel rezolvatnct s permit degajarea aglomer rilor n timp foarte scurt. n general orezolvare se obine prin aezarea intr rilor pentru oameni pe laturi opusecelor pentru materiale, fluxurile fiind astfel paralel dar de sensuri contrarii.

Etapele proiectrii tehnologiceRealizarea unei investiii pentru industria alimentar reprezint un

proces complex, care parcurge anumite etape bine definite pana la

materializarea finala. Aceste etape se prezint pe schema din figura 1.4.Documentarea este etapa n care pe baza studierii proceselor tehnologice existente, a literaturii de specialitate, investiiilor i inovaiilor se fundamenteaz i se justifica investiia propusa, parametrii de care trebuies se in cont n funcie de destinaia investiiei, posibilitile de finanare ide execuie.

Decizia de elaborare a procesului tehnologic se ia dup etapa dedocumentare , dac rezulta ca investiia este justificat i se ating parametriicantitativii calitativi superiori fata de procesele tehnologice existente ladata respectiva.


18/218

9

Cercetarea economica apreciaz viabilitatea investiiei i rezultatelecare pot fi scontate, etapizeaz i stabilete costul cercetrilor de laborator.

Proiectarea i realizarea instalaiei pilot permite verificarea

cercetrilor efectuate n laborator i verifica dac se ating parametrii proiectai. n aceasta faz se aduc toate modificrile i corecturile procesuluitehnologic pentru a avea garania funcionarii optime a instalaiei.

Pentru fabricile complet noi, sau de mare tonaji cnd rezultateleobinute n staia pilot nu sunt destul de garantate se trece la instalaia semi-industrial.

Proiectarea instalaiei industriale se face pe baza notei defundamentare aprobata de forul tutelar i de factorii de r spundere n acestsens.

La elaborarea proiectului de execuie i a detaliilor de execuie seformeaz o echipa complexa formata din ingineri tehnologi alimentariti,ingineri electrotehnici, arhiteci, ingineri constructori, ingineri mecaniciispecialiti n ntocmirea documentaiei economice. La elaborarea proiectuluide execuie se stabilesc liniile tehnologice, se aleg tipurilei numrulutilajelor necesare, se evalueaz consumul de energie, costul investiieidefalcat pe utilaje, construcii montaj, energie, ci de acces, materii prime, parametri funcionali, soluia constructivai indicii tehnologico - economici.Proiectul de execuie se prezint beneficiarului care hotr te dac se trecela elaborarea detaliilor de execuie sau se revine la cercetri ncepnd de lainstalaia pilot.

La elaborarea detaliilor de execuie se stabilesc parametrii definitivi,tipurile de utilajelor cu parametri funcionali, numrul utilajelor pe fiecarelinie, consumul de energie, materii prime, costul investiiei pentru utilaje,construcii montaj, dotri, ci de acces, amenajri exterioare etc.,i se prezint desene de execuie. Cu aceasta ocazie se stabilesc n detaliu parametri la care va funciona instalaia n exploatarei indicii tehnico -

economici.


19/218

10

Cerinele de baz ale proiectrii tehnologice

n figura 1.4. se reprezint cerinele de baz ale proiectriitehnologice pentru orice unitate industrial

TEHNICE* parametrii func ionali(vitez, putere,

productivitate,randament)*propriet ifizico-chimice*structura situ rii

suprafe elor *dimensiuni geometrice*greutate

ECONOMICE*pre de cost*cheltuieli deexploatare*cheltuieli dentre inere, repara ii*cheltuieli transport,manipulare,depozitare*cheltuieli de montaj

PSIHOSENZORIALEI SOCIALE

* nepoluarea mediului*propriet iergonomice*propriet i estretice*ncadrarea ncerinele actuale de

gust, confort*grad de finisare

CALITATE* disponibilitate*fiabilitatementenabilitate*utilizabilitate*productivitate*grad desecuritate

FUNCIONALE

CERINELE DEBAZA ALE

PROIECTRIITEHNOLOGICE

Fig. 1.4.

Aceste cerine se refera la:- cerine funcionale;- cerine psiho-senzorialei sociale

- cerine disponibilitate.Cerinele funcionale se mpart la rndul lor n cerine tehniceicerine economice

Cerinele tehnice trebuie s rezolve urmtoarele probleme:- definirea proprietilor fizico - chimice ale produsului;- structura produciei, necesitai de suprafee;- stabilirea dimensiunilor geometrice ale produselor;- greutatea produselor i utilajelor;

Cerinele economice se refera la:- evaluarea preului de cost;- stabilirea cheltuielilor de exploatare


20/218

11

- stabilirea cheltuielilor de repararei ntreinere;- stabilirea cheltuielilor de transport, manipularei

depozitare;

- stabilirea cheltuielilor de montajCerinele psiho-senzorialei sociale se refera la:- stabilirea condiiilor de nepoluare a mediului nconjur tor

i ncadrarea n normele admisibile n acest domeniu;- proprietile ergonomice se refera la relaia om - main,

la uurarea muncii: comoditate n exploatarei evitareaaccidentelor, ambianta plcut;

- proprietile estetice + se refer la forma, aspectuliambalajul produsuluii vizeaz latura emoional isocial a produsului;

- ncadrarea n cerinele de gust conforti estetic , serefer la realizarea unui produs care s satisfac acestecerine.

Pentru a fi eficient (de calitate), produsul trebuie s fie nu numaicapabil de a ndeplini rolul prevzut, ci trebuie s fie DISPONIBIL pentruutilizare, adic s poat fi folosit pe toat durata garantat de productor. Larndul ei disponibilitatea depinde direct de faptul dac produsul esteFIABIL, dac poate fi reparat uor, i dac are capacitatea de a -i.MENINE n timp caracteristicile utile.

Fiabilitatea sau nivelul de siguran exprim ncrederea, probabilitate ca produsul ( instala ie, utilaj) s func ioneze un anumit timp cnd este utilizat n condi ii de exploatare prestabilite. La ora actual

se identific fiabilitatea previzional , fiabilitatea experimental i fiabilitatea func ional .

Este foarte important ca n faza de proiectare s se precizezespecificaiile de baz ale fiabilitii, care vizeaz urmtoarele aspecte:

- cuantificarea fiabilit1ii n termenii unei probabiliti;- definirea clar a performanei utilajului sau instalaiei;- definirea precis a mediului n care urmeaz s

funcioneze echipamentul- precizarea timpului de bun funcionare, adic a timpului

ntre defectri.Previziunea fiabilitii este procesul de estimare cantitativ a

probabilitii c un sistem i va ndeplini misiunea. Acest proces continuu,care ncepe cu efectuarea unor previziuni teoretice (bazate pe informaiiaspra ratei defectrilor trecute, sau pe simulri experimentale)i se termin


21/218

12

cu msurarea fiabilitii pe baza informaiilor culese de la beneficiari n perioada exploatrii.

Mentenabilitatea exprim probabilitatea ca un sistem s fie repus

n stare de funcionare ntr-o perioad de timp dat, sau uurina deremedierea defeciunilor ivite n exploatare. Se definete prin timpul n careutilajul stagneaz i nu poate fi folosit, datorit defeciunilor. Depinde degradul de demontarei montare cu uurin, de existena pieselor de rezerv i de volumul activitii de service n timpuli dup perioada de garanie.

Utilizabilitatea arat necesitatea de a proiectai construi aparatele(produsele , instalaiile) astfel nct s fie sigure i comode n mnautilizatorului.

Productibilitatea cerina de a proiectai construi aparate (instalaii, produse) de aa manier nct s faciliteze fabricarea lor cu mainileexistente.

Sigurana se refer la necesitatea de a proiecta utilajei instalaiicare s asigure securitatea oamenilor i sntatea lor.

Aceti parametri calitativi se influeneaz reciproci mpreun cucelelalte caracteristici calitative determin sensul evident al conceptuluiclasic de calitate.

Colaborarea diferitelor specialiti la elaborarea proiectului deexecuie.

n fig.1.5. se prezint etapele principale ale colabor rii unui proiectde execuie pentru o ntreprindere industrial. Echipa complex format diningineri de diferite specializri conlucreaz i colaboreaz la elaborarea proiectului de execuie i detaliilor de execuie, care conduc lamaterializarea noii investiii.

Sigurana n funcionare a instalaiilor tehnologice se exprim prinfuncii ale calitii concepiei, montajuluii exploatrii. n fig. 1.6. sereprezint elementele care influeneaz aceste funcii.


22/218

13

TEHNOLOGIC*tehnologia optim *alegerea utilajelor *amplasarea utilajelor *parametrii func ionali*structura produc iei*costul i indicatoriitehnico-economici*pregtirea cadrelor

MECANIC*alegerea ma inilor,instala iilor,dispozitivelor isculelor *studierea i

proiectarea utilajelor i dispozitivelor noi*stabilirea

parametrilor funcionali*evaluarea costuluisectorului mecanic

ARHITECTUR CONSTRUCII

INSTALAII*alegerea tipului destructur *alegerea materialelor *tehnologia deexecuie*instala ii aferente*evaluarea costuluiinvestiiei*indiciitehnico-economici

CERINELE DE BAZA PENTRUREALIZAREA INVESTIIEI

ENERGETIC*sursele de energie*instala ii energeticeaparate de m sur icontrol*costul instala iilor energetice*evaluarea consumuluide combustibil

CERCETAREATIINIFIC*teoretic*laborator*instalaie pilot

STUDIUL DE AMPLASAMENT

NOTA DE COMAND

PROIECTUL DE EXECUIE

DETALII DE EXECUIE (proiectare detaliat )

OPTIMIZARE

CORESPUNDE

EXECUIA INVESTIIEI

CORESPUNDE

CORESPUNDE

NU

DA

DA

DA

Fig. 1.5.


23/218

14

FUNCIA CALITII* parametrii tehnici*caracteristici tehnologice*caracteristici estetice,ergonomice, ecologice*fiabilitate*mentenabilitatte

*eficien a economic - greutate- consum de material i

manoper pentru fabrica ie- productivitate real la

beneficiar - cheltuieli de mentenan

(ntreinere i repara ii)

FUNCIA EXPLOATRII*func ionarea n limitelesolicit rilor prescrise(sarcin , mediu, etc.)*respectarea ciclurilor dementenan *revizii periodice de

calitate*repara ii planificate*asigurarea sculelor

pentru control i pentruserviciul de mentenan

SIGURANA N FUNCIONAREA INSTALAIILOR TEHNOLOGICE

FUNCIA MONTAJULUI*aparatur de msur icontrol*aparatur sau dispozitive de

protec ie- securitatea opera ional- securitatea instala iei

- securitatea cl dirii iinstala iilor vecine- instruc iuni de exploatare- eficien a economic la

montaj- rodaj i probe

tehnologice pentru atingerea parametrilor proiecta i

Fig. 1.6.


24/218

15

CAPITOLUL 2TRANSPORTUL FLUIDELOR PRIN CONDUCTE

Transportul fluidelor este realizat, n genere, prin conducte saureele. Reglarea cantitilor sau debitelor de fluide care trec prin conducte serealizeaz cu armturi specifice acestui scop.

n cazul curgerii gazelor prin conducte datorit proprietilor,indiferent care ar fi situaia ele umplu toat aciunea conductei dup caz, iar la curgerea for at se umple ntreaga seciune. Transportul prin conducteeste utilizati pentru substane care n stare normal sunt solide. Realizareatransportului solidelor se face fie dup ce n prealabil au fost dizolvate ntr-un solvent lichid, fie prin antrenare ntr-un fluid. Acesta din urm poart denumirea de transport hidrodinamic.

n cele mai multe ntreprinderi, exist un sistem destul de complicatde reele prin care se transport fluide n conducte n diferite condiii. Pentruindustria alimentar , unde starea de igien a produciei impune o serie derestricii, care necesit splri, cur ri, dezinfectri, ntreinerea reelei deconducte are o mare importan.

Pentru montarea conductelor se folosesc o serie de tipuri de piese de

legtur , montate fix sau demontabil, denumite generic fitinguri. Pentrudirijareai reglarea debitelor se folosesc pe conducte dispozitive denumitegeneric armturi. Etanarea pieselor demontabile se realizeaz prinintermediul garniturilor de etanare. Garniturile de etanare sunt din diferitemateriale ca azbest, cauciucmarsitunit etc. garniturile de etanare ca i materialele din care suntconfecionate evile pentru conducte, fitingurile,i armturile trebuie aleseastfel ca s nu atacei s nu fie atacate de produsele alimentare cu care vinn contact.

2.1. Elementele caracteristice conductelor Pentru uurina fabricrii i procur rii evilor pentru conductei

fitingurilor, este necesar o normalizare sau standardizare industrial care pede o parte, urmrete limitarea numrului de tipuri ce se fabric, iar pe dealt parte pune la dispoziia celor ce le utilizeaz tipurile deevi i deaccesorii corespunztoare n diferite scopuri.

Standardizarea dimensiunilor are la baz numere normale. La noi,numerele normale sunt standardizate prin STAS 288-74.evile i

accesoriile sunt caracterizate printr-un diametru nominal Dn, care face partedin seria numerelor normalei o presiune nominal Pn. Diametrul nominal,


25/218

16

presiunea nominal mpreun cu indicaiile asupra materialului deconstrucii i lungimea (din lungimile care se fabric curent) alctuiescelemente care se prescriu prin comanda pentru livrare.

Diametrul nominal tinde s coincid cu diametrul interior alconductei, dar acest fapt se ntmpl mai rar. Toate conductele au un anumitdiametru nominali un diametru exterior bine determinat indiferent degrosimea pereteluievii. n funcie de diametrul exterior i de grosimea pereteluievii se determin diametrul interior. La noi nar , diametrelenominale la care se pot construievi i armturi sunt standardizate prinSTAS 2099-79.

Pentru a se strnge tipurile deevi i piesele auxiliare pentrurealizarea reelelor, cai diametrele, s-au nominalizat o serie de presiuninominale, pentru care se fabric produsele. n STAS 2250 - 78 sereglementeaz presiunile nominale pentru care se construiescevi i pentru presiunile de ncercare aevilor (Pinc ). Presiunile nominale ca valoare fac parte din categoria numerelor normale.

Presiunile de lucru din conducte pot fi diferite de presiunilenominaleinnd seama de necesitile efective de presiunei de temperaturala care se transport fluidul prin conduct. Presiunea de lucru trebuie s fiecel mult egal cu presiunea nominal. Presiunea de ncercare este 2Pn pentru

presiuni micii 1,5Pn pentru presiuni peste 3105

Pa. Scrile de presiuneefectiv maxim admis n funcie de temperatura fluidului sunt: Scara I - presiunea de lucru poate fi egal cu Pn temperatura fluidelor

fiind sub 120C; Scara II presiunea de lucru poate fi egal cu 0,8 Pn, temperatura

fluidelor fiind sub 300C; Scara III presiunea de lucru poate fi egal cu 0,64 Pn temperatura

fluidelor fiind sub 400C. aceasta scar este destinat n special pentruabur supranclzit.

Temperaturile ridicate impuni materiale pentru construcia evilor speciale. Pentru temperaturi peste 400Cevile i armturile se producnumai la comenzi speciale.

evile care se produc sunt standardizate n funcie de tehnologiacare se aplic n procesul de fabricaie, destinaie, material care sentrebuineaz pentru construcie, diametrul nominali grosimea pereteluievii, condiiile de rezisten la o anumit presiune se determin n funciede diametrul interior, grosimea pereteluievii, matura materialului(rezistena

la rupere)i se ine seama de condiiile de scar de presiune, n funcie detemperatura fluidului.


26/218

17

2.2. Calculul conductelor Elementele pe baza crui trebuie s fie aleseevile pentru o conduct

sau o reea pentru transportul fluidelor este diametrul, care n principiutrebuie s corespund ecuaiei continuitii debitului, respectiv relaiei ntredebitul volumic. Calculul diametrului conductelor este o problem destul deimportant mai ales n cazul conductelor lungi sau reelelor cu multeramificaii i circulaia fluidului concomitent n toat reeaua.

Stabilirea diametrului conductelor se face pe baza urmtoarelor principii:

pe baz de viteze optime de circulaie a fluidelor n conducte; prin calculul economic, stabilindu-se diametrul la care realizarea,exploatareai ntreinerea este economic; innd seama de pierderile de presiune egale pe ramificaiile reelei

echivalente.

Calculul diametrului conductei pe baz de viteze optime esteacceptat, n special, pentru conductele pn la lungimea de 30 m. n acestcaz, diametrul conductei se determin din ecuaiile continuitii funcie dedebitul volumici vitez din relaia:

d=W

Qv

4(2.1.)

Vitezele recomandate pentru calcul sunt redate n tabelul nr. 2.1.Diametrul dedus astfel este un diametru de calcul. n funcie de acestdiametru se face standardizarea, alegndu-se diametrul nominali undiametru interior al conducteii apoi n funcie de acesta se stabilete vitezaefectiv, care se folosete la determinarea pierderii de energie.

2.2.1. Calculul diametrul economicPentru reele mai lungi, stabilirea diametrului optim al conductei

trebuie s fie f cut pe baz de baz de calcul economic. Diametruleconomic sau optim al unei conducte este cel pentru care suma costurilor investiiei, exploatrii i ntreinerii este minim.


27/218

18

Viteze recomandate pentru fluide n conducteTabelul 2.1.

Fluidul SpecificaiaViteza

recomandat m/s

Ap

- scopuri edilitare (n construcii)- transport- alimentare cazane de abur - pompe cu piston: - la aspiraie

- la refulare- pompe centrifuge: - la aspiraie

- la refulare

0,61,5 - 3,02,0 - 3,00,7 - 1,01,5 - 2,02,0 - 3,03,0 - 5,0

Abur

- scopuri diverse :evi cu d < 0,05evi cu d 0,05< dn


28/218

19

Analiznd principial, costul investiiei este mai mic, cu ctdiametrul este mai mic, costul ntreprinderii, de asemenea. Costulexploatrii crete cu ct viteza n conduct este mai mare,i n consecin

diametrul conductei este mai mic. Se poate afirma c valoarea investiiei in consecin diametrul conductei este mai mic. Se poate afirma c valoareainvestiiei i ntreinerii variaz n acelai sens cu creterea diametrului , iar costul de exploatare n sens contrar cu creterea diametrului.

Pentru determinarea diametrului economic, ca pentru orice problem de optimizare, trebuie s se gseasc funcia care ine seama de factorideterminani ai costului totali s se gseasc funcia care ine seama defactorii determinani ai costului totali s se afle valoarea minim a funciei.Funcia care reprezint costul total este dat de suma costurilor par iale careintervin. n aceast funcie, investiia este reprezentat prin plasa s anual,care este amortismentul, ntreinerea prin cheltuielile anuale, de ntreinereiexploatare prin cheltuieli consumate anual pentru acoperirea pierderilor deenergie. Funcia care reprezint costul total poate fi exprimat sub form general:

C t = Am+In +E x (2.2.)n care: Ct - este costul total

Am - cheltuieli anuale de amortismentI n - cheltuieli anuale de ntreinere;E x - cheltuieli anuale de explorare a reelei

Cheltuieli anuale de amortisment pentru un metru deeav se obindin produsul ntre costulevii, inclusiv montajul cu toate anexelei indiceleanual de amortisment. Costulevii variaz cu diametrul. Costulevii de unanumit diametru (d) fa de al evii de un anumit diametru de referin (dr )variaz n funcie de raportul diametrelor celor dou evi la o putereoarecare n, cu o valoare ceva mai mare dect 1. Dac se ia n considerarecostul evii (cr ) cu diametrul de referin (dr ), cheltuielile anuale deamortisment pentru un metru deeav pot fi obinute din relaia:

Am= cr (1+m) a n

r d d

(2.3.)

n care : a - este indicele anual de amortisment al reelei;m - costul fitingriei, armturilor i montajului, raportat la costul

conductei.Cheltuielile anuale de ntreinere pot fi reprezentate printr-o expresie

analoag cu a costului de exploatare, dac se nlocuiete indicele anual de


29/218

20

amortisment cu indicele anual de ntreinere I, care este dat de raportul ntrecheltuielile anuale de ntreinere i valoarea investiiei iniiale n reea.Cheltuielile anuale de ntreinere por fi obinute din relaia:

I n = cr (1+m) a n

r d d

(2.4.)

Costul exploatrii este dat de costul anual al energiei necesare pentrunvingerea frecrilor din reea. Energia consumat se obine din produsulntre pierderea de presiune, debiti timpul de funcionare n cursul unui an.Costul energiei este obinut din produsul ntre ntreaga energie consumat anuali costul unitar al energiei.

Pierderea de presiune pe unitate de lungimei unitatea de cantitateeste obinut din ecuaia lui Fanning pus sub forma:

=

21 2W d l

p (2.5.)

n care viteza se poate nlocui cu valoarea s din ecuaia continuitii, nfuncie de debitul volumici diametru:

2

4d QW v

=

(2.6.)

Coeficientul de frecare poate fi considerat ca o variabil funcie devaloarea criteriului Rei, ca o consecin, de diametrulevii, vitez ivscozitatea cinematic a fluidului, alegndu-se una cin relaiile de calculrespective sau poate fi considerat ca o variabil de diametru sau de produsulvitez - diametru cum s - a prezentat. Pentru a lua pe ca o variabil funciede Re ar trebui s apreciemi regimul de curgerei stabili ecuaia dedefiniie a lui . Pentru simplificarea exemplificrii se ia pe baza relaiei:

= 314,0

210

d

k (2.7.)

nlocuind valoarea lui wi n relaie aceasta devine:

.314,5

2314,021081,0

d Qk

l p v = (2.8.)

Pentru determinarea costului anual al energiei relaia (2.8.) trebuie s se multiplice cu debitul masic de fluid (Qv ) cu timpul de funcionare ncursul unui an () cu costul unitar al energiei electrice (Ce) i s se mpart prin randamentul energetic al pompei (). innd seama de elementeleindicate, costul anual al exploatrii devine:


30/218

21

.314,5

23314,03101,8

d cQk E ev x

=

(2.9.)

innd seama de relaiile (2.3.), (2.4.)i (2.9.) relaia (2.2.) esteadus la forma:

.314,5

23314,03101,8))(1(

d cQk

d d iamcC ev

r r t

+

++=

(2.10.)

Relaia (2.10.) reprezint funcia costurilor totale anuale pentru unmetru de eav montat n reea. Valoarea minim a funciei se obineanulnd derivata nti; montat derivata a doua a funciei cost total, funciede variabila diametru, este pozitiv, minimul funciei se obine prin anulareaderivatei de ordinul nti, adic:

0=dd dC t (2.11.)

Prin derivarea relaiei (2.10.)i anularea acesteia, se obine:314,6

.314,5

23314,031 .1043))(1(

=++ d

d cQk d

d iamcn evn

nr

r

(2.12.)

din care diametrul optim este: 314,523 +

=n

vQ Bd

(2.13.)

n care:

))(1(1043 314,03

iamcncd k B

r

enr

++=

(2.14.)

Care este o constant pentru un anumit tip de material din care esteconstituit conducta.2.2.2. Transportul hidrodinamic al solidelor

La transportul prin canale deschise s-au prezentat condiiile detransport ale particulelor solide odat cu curgerea liber n anumite condiiia lichidelor, n spe a apei. Transportul particulelor solide poate fi realizatcu ajutorul fluidelor i prin conducte nchise, dac n acestea se realizeaz condiiile necesare pentru antrenarea particulelor n curentul de fluid,transport cunoscut sub denumirea generic de transport hidrodinamic.

Ca fluid de transport poate fi utilizat un lichid, uzual apa cai ncanalele deschise, denumit transport hidraulic, cum se utilizeaz de exemplu


31/218

22

n cazul mazrii la prelucrarea acesteia, sau poate fi utilizat un caz, uzualaerul, denumit transport pneumatic care este practicat n cazul cerealelor seminelor oleaginoase, f inurilor i altor tipuri de produse care se gsesc

sub form de particule de dimensiuni mici.Transportul hidrodinamic se practic datorit faptului c prezint toate avantajele pe care le are transportul fluidelor. Dat fiind c este realizat pe principiul antrenrii ntr-un curent de fluid, el poate fi aplicat numaisolidelor care se gsesc sub form de particule de dimensiuni relativ mici, produselor n stare granulat sau pulverulent. Antrenarea particulelor solideimpune deplasarea fluidului cu o vitez care s depeasc o anumit valoare minim.

Cnd o particul solid de volum Vi densitates este plasat ntr-un curent de fluid n micare pe direcie vertical, fluidul avnd densitateaf asupra particulei acioneaz:

- for a gravitaional, de sus n jos, care are valoarea: g V F f s = )(1 (2.15.)

- for a dat de energia cinetic a fluidului, de jos n sus, care arevaloarea:

f W A F =

2

2

2 (2.16.)

n care: A - aria suprafeei proieciei pe un plan perpendicular pe direcia dedeplasare a fluidului;

w - viteza fluidului.Particula care este n stare de nemicare n plan vertical, va pluti,

dac F1=F2 . Ca o consecin particular va pluti dac:

f f sW AV 2

)(2

=

sau dac curentul de fluid se va deplasa n plan vertical de jos n sus cuviteza:

g AV W

f

f s p

= 2 (2.17.)

Viteza curentului de fluid dat de (2.17.) la care particula solid esten stare de nemicare n plan vertical, este cunoscut sub denumirea devitez de plutire. Dac particula este sferic, volumul V =d3/6, iar proiecia suprafeei pe direcia de micare A =d2/4 i raportul V/A = 2d/3.

Relaia (2.17.) n aceast situaie devine:


32/218

23

f

f s p g d W

=

34 (2.18.)

Pentru particulele nesferice, raportul V/A w p curentul de fluid va antrenan micare, n plan vertical, de jos n sus, cu viteza:

p f s W W W = (2.19.)Dac viteza curentului de fluid w f w transportul hidrodinamic al

solidelor nu are loc. n mod curent n transportul hidrodinamic se lucreaz cu:

w f 2w p (2.20.)Calculul vitezei fluidului pe baza relaiei (2.20.) impune posibilitatea

de calcul a vitezei de plutire a particulei solide ceea ce nu este totdeauna posibil, mai ales pentru particulele care au forma deprtat de cea sferic.Viteza aerului, n cazul transportului pneumatic, care funcioneaz la presiuni apropiate de presiunea atmosferic, se poate calcula pe bazarelaiei:

2c s f l W += (2.21)

n care este un coeficient a crui valoare depinde de mrimea maxim a particulelor ce trebuie transportate. Valorile lui funcie de mrimeagranulei sunt date n tabelul nr. 2.2.

Tabelul 2.2.Mrimea particulei


33/218

24

materiale cu umiditate sczut, valori mari pentru materiale cuumiditate ridicat);l c - lungimea de calcul a conductei de transport pneumatic n careeste inclus lungimea por iunilor dreptei lungimile echivalente alecoturilor, determinate de raportul dintre raza de curbur i diametrulevii din care este confecionat cotul.Lungimile echivalente ale coturilor sunt date n tabelul 2.3Lungimile echivalente ale coturilor din reelele de transport

pneumatic funcie de raportul raz de curbur / diametrul conductei.

Tabelul 2.3.

Raz de curbur / Diametruconduct 2 4 6 10 15 20- coturi 90 110 100 90 100 110 120Lungimea

echivalent, nm, la: - coturi 120 100 90 90 90 100 110

O alt caracteristic pentru transportul hidrodinamic este raportulntre masa materialului solid transportati masa fluidului cu ajutorul creiase realizeaz transportul denumiti coeficient de concentraie al

amestecului: = Ms / Mf (2.22.)n cazul cnd fluidul de transport este apa (transport hidraulic)

coeficientul de concentraie al amestecului are un domeniu destul derestrns cuprins ntre 0,1 0,2. n cazul transportului pneumatic, acestadepinde de o serie de elemente ca: natura materialului, diametrulilungimea conductei, etc. Coeficientul de concentraie al amesteculuicaracterizeaz chiar tipul de transport pneumatic mpr indu-l n dou:

- transport pneumatic obinuit la care30Valorile lui la transportul pneumatic obinuit sunt cuprinse ntre

0,1 - 1 pentru materiale umedei materiale fibroasei ntre 115, pentru praf, produse granulare, boabe. n cazul transportului pneumaticfluidificat(prin fluidizare) valorile lui pot ajunge chiar pn la 120.

Debitul de fluid utilizat pentru transportul hidrodinamic este funciede debitul de material solid de transportati coeficientul de concentraie alamestecului din relaia (2.22)

M f = M s /


34/218

25

n funcie de debitul de transportati vitez, pe baza legiicontinuitii debitului se poate determina seciunea, respectiv diametrulconductei prin care se realizeaz transportul. n cazul transportului

pneumatic, deoarece debitul volumic este mic n comparaie cu cel de gaz,la determinarea diametrului conductei este mic n comparaie cu cel de gaz,la determinarea diametrului conductei se poate neglija debitul solididiametrul se deduce din relaia:

f f

f wd M

=4

2

sau f f

f

wM

d

=

4(2.23)

n cazul transportului hidraulic trebuie s se in cont att de debitulde fluid, cti de cel solid. n acest caz, relaia continuitii debitului se poate scrie sub forma:

s s

s

f f

f

wM

wM d

+

=

4

2

sau

+

= s s

s

f f

f

wM

wM

d

4

(2.24)Instalaiile de transport hidrodinamic pe lng conducta de transport

mai aui o serie de alte elemente: dispozitiv de introducere a particulelor solide n fluid, dispozitiv de separare a particulelor din fluid, utilaj careasigur transportul fluidului.

La transportul hidraulic apa ntotdeauna este trimis prin refulare,fiind necesar un dozator de introducere a particulelor solide n conduct, osit pentru reinerea particulelor la captul terminal, apa fiind colectat n plnia de sub sit i pompa care asigur vehicularea apei. Dac se iaumsuri de igien corespunztoare, apa poate fi refolosit, astfel nctconsumul real de ap pentru realizarea transportului s fie sczut.


35/218


36/218

27

n acest scop dup buncrul de separare aerul trece printr-un ciclonsau filtru. Un element important pentru asigurarea transportului esteetaneitatea instalaiei.

La transportul pneumatic prin refulare ntreaga instalaie este sub presiune. Ansamblul instalaiei este prezentat n figura 2.3.n cazul transportului pneumatic instalaia se poate realiza prin

aspiraie, prin refulare sau cu funcionare mixt. La transportul pneumatic prin aspiraie ntreaga instalaie este pus sub presiune. Ansamblul aspiraiei prin instalaie este prezentat n figura (2.1.). Particulele solide sunt aspiratedin gr mad cu ajutorul unui cap de aspiraie denumit sorb prezentat nfigura 2.2., care este nfipt n gr mada de materiali la trecerea aerului pringr mad la viteza corespunztoare aspir particulele solidei le transport pneumatic. Sorbul este piesa caracteristic transportului prin aspiraie.Pentru micarea aerului este folosit o pomp de vid sau un exhaustor, cnddiferena de presiune este destul de mic. Sorbul este legat de conducta detransport cu un tub flexibil.

Particulele solide sunt separate de curentul de aer, de obicei, n buncrul de depozitare care aparei la celelalte tipuri de instalaii.

Fig. 2.3. Schema instalaiei de transport pneumatic prin refulare1 alimentator-dozator; 2 conduct de transport; 3 buncr de depozitare;

4 - filtruAici aerul este trimis n instalaie cu o suflant sau un compresor

montat naintea punctului de intrarea materialului n conducta de transport pneumatic. Introducerea particulelor solide n conducta de transport serealizeaz cu ajutorul unui alimentator - dozator, construit dintr-o carcas i


37/218

28

un rotor cu palete ca cel din figura 2.4. Materialul, mpreun cu aerul,ajunge n buncrul de separare care poate fi chiar celula unui siloz dedepozitare. Aici aerul se separ de materiali nainte de a fi eliminat n

atmosfer este trecut printr-o instalaie de purificare, de obicei un filtru cusaci.

Fig. 2.4. Alimentator-dozator 1- carcas; 2 rotor; 3 arbore de antrenare; 4 aib de antrenare.

Pe lng instalaiile de transport prin aspirare sau prin refulare segsesc i instalaii de transport mixte, care n prima parte funcioneaz similar cu instalaiile prin aspiraie, iar n a doua parte similar cu cele prinrefulare. n cele mai multe cazuri micarea aerului este asigurat de unsingur utilaj, care aspir aerul pentru por iunea de aspiraie i l refuleaz pentru por iunea de refulare.

n figura 2.5. este prezentat o asemenea instalaie, n care aerulnainte de a ajunge n suflant, dup ce a realizat transportul prin aspiraie,este purificat printr-un ciclon montat n interiorul buncrului de depozitare.Se gsesc ns i instalaii mixte, care au dou utilaje pentru deplasareaaerului, unul pentru por iunea de aspiraie, altul pentru cea de refulare.


38/218

29

Fig. 2.5. Schema instalaiei de transport pneumatic mixt: 1 sorb; 2 conduct de transport prin aspiraie; 3 buncr intermediar; 4 ciclon pentru purificare aer; 5- alimentator-dozator; 6 suflant;7 conduct transport pentru refulare; 8 buncr final; 9 filtru de aer.


39/218

30

n figura 2.6. se prezint schematic instalaia de transport pneumaticcu alimentator pneumatic elicoidal, iar n tabelul 2.4. se dau caracteristiciletehnice principale ale instalaiei.

Fig. 2.6. Alimentator elicoidal: 1 plnie; 2 melc; 3 camera de amestec;4 corp cilindric; 5 cma de uzur ; 6 clapet; 7- contragreutate; 8

conduct pentru aer comprimat; 9 conduct de transport;

Tabelul 2.4.Caracteristici Valorile numerice ale caracteristicilor

Diametrul melcului,mm 100 150 250Turaia, rot/min 100-1500 750-1000 750Diametrul conductei,mm 50-70 75-125 150-200Capacitatea detransport, t/h 6-15 20-40 100-200Puterea motorului,kW 10-15 25-50 100-150

Alimentatorul elicoidal, are o construcie simpl, fiind compus dintr-un transportor elicoidali o camer de amestec. Transportorul are un melcscurt cu diametrul de 150 - 250 mmi un pas variabil din ce n ce mai scurtspre captul de ieire al materialului, iar turaia melcului de circa 100rot/min. camera de amestec este prevzut cu un numr de ajutaje prin carese insufl aer comprimat la 2-6 bari. Aerul se amestec cu materialul adusde transportor i trece mai departe n conducta de transport. Instalaiile detransport pneumatic cu alimentator elicoidal, permit transportul pn la 200


40/218


41/218

32

recipientului cu material, indicatorul de nivel transmite impulsulservomotoarelor, care nchid cele dou clapete. Se deschid ventilele 7i 8 i permit introducerea aerului comprimat n recipient. Cnd recipientul este

gol, contrapresiune n conducta de transport scadei manometrul comand nchiderea ventilului 8i apoi un releu dicteaz deschiderea supapelor.Principalul avantaj al alimentatorului const n existena pieselor n

micare, deci ntreinerea uoar . Dezavantajul fiind specific de energie, esteanalog cu sistemul anterior.

Pentru transportul pneumatic pe vertical, al materialelor pulverulente, la nlimi mai mari de 60 m, pn la circa 90 m, se foloseteelevatorul pneumatic, redat schematic n figura 2.8.

Fig. 2.8. Schema de principiu a unui elevator pneumatic: 1 vas detransport; 2 tub; 3 alimentare; 4 separator; 5 tub de evacuare

Materialul cade direct n vasul de transporti cu ajutorul aeruluicomprimat este introdus direct n tubul vertical de transport. Se pot ridica

astfel pn la 200 t/h material. Dezavantajul principal const n consumul


42/218

33

ridicat de energie de circa 0,6 kWh/t n comparaie cu 0,11 kWh/t pentruun elevator cu cupe (raportat la aceeai nlimei acelai debit).

Rigola pneumatic, constituie o variant constructiv a

transportoarelor pneumatice, format dintr-un canal orizontal(cu pant descendent de 4 - 8%), despr it pe toate lungimea lui de o plac poroas orizontal (fig. 2.9.).

Fig. 2.9. Transportor cu rigol pneumatic: 1 canal de transport; 2 plac poroas; 3 partea inferioar ; 4 ventilator; 5 filtre textile; 6

filtru pentru aerul aspirat; 7- motor; 8 plnie.

Materialul pulverulent alunec n lungul plcii poroase fiindmeninut permanent n stare fluidizat. Peretele despr itor poate fi din plciceramice poroase, din materiale textile, bachelita, fibre de sticl, etc.

Cu ajutorul rigolei nu se pot transporta materiale umede, lipicioase,sau cele care se aglomereaz. Principalele avantaje constau n: construciesimpl, investiii reduse, absena elementelor mobile, consum redus de


43/218

34

energie, exploatare sigur . n tabelul nr. 2.5 se dau caracteristicile tehnice pentru rigole pneumatice.

Tabelul 2.5. Debit volumetric m/h 120 - 400Consumul de aer pe m de perete poros m/min 1,3 - 1,5Limea rigolei mm 120 - 500Grosimea stratului pulverulent mm 40 - 60Panta % 4 - 8Suprapresiunea aerului comprimat N /m 310 510Porozitatea stratului poros % circa 50Permeabilitatea stratului poros l/cmh 45Diametrul porilor m 40 - 60

Transportul pneumatic prin aspiraie este utilizat n special cazurilen care alimentarea trebuie s se realizeze din mijloace de transporti particulele sunt distribuite pe o suprafa, iar distribuia se realizeaz ntr-unsingur punct de primire. Transportul pneumatic prin refulare este indicat nsituaiile cnd alimentarea se realizeaz dintr-un singur punct de primire.Transportul mixt asigur alimentarea i transportul prin aspiraie i

distribuia ca i transportul prin refulare. Transportul mixt este utilizaticnd nlimea de ridicare este prea mare.Transportul pneumatic al particulelor solide prezint unele avantaje

fa de transportul mecanic, printre care: lipsa elementelor mobile pe parcursul transportului, flexibilitatea instalaiei, manoper redus, condiiiigienice de transport. Dezavantajul transportului pneumatic este consumulmare de energie, deoarece odat cu transportul produsului se transport ocantitate destul de mare de aer.

Principiul de funcionare al instalaiilor de transport pneumatic estecel al antrenrii materialului n curent de aer care se deplaseaz la viteze maimari dect viteza de plutire a particulelor. Pe por iuni orizontale turbulenaaerului menine ntr-o oarecare msur materialul n suspensie, ns peaceste por iuni lipsind for a ascensional, particulele au tendina s sedepun din care motiv sunt recomandate trasee orizontale ct mai scurte.

O problem destul de important pentru transportul unor produsein special a f inii este umezeala relativ a aerului. Dac aceasta este ridicat pot apare fenomene de condensare pe pereii conductelor - n special n perioadele reci -i odat cu apariia umiditii pe perei se formeaz aglomer ri de produs care mpiedic transportul. mpiedicarea acestui


44/218

35

fenomen se poate realiza printr-o uoar nclzire a aerului care reduceumezeala relativ cu evitarea fenomenelor de condensare.

Consumul de energie, la transportul hidrodinamic n ansamblu se

manifest n acelai mod ca la transportul fluidelor, ns n acest caz trebuies se in seama c se realizeaz un transport bifazic.Consumul de energie prin frecare de-a lungul conductei se determin

innd seama de ecuaia lui Fanning corectat pentru transport bifazic:

( ) += 12

2

f f

l

wd l

(2.25.)

Consumul de energie n rezistenele locale se realizeaz ca la fluidef cnd aceeai corectur pentru sistemele bifazice cai pierderile de energiede-a lungul conductei:

( ) += 12

2

f f

r

w(2.26.)

n care : - este coeficientul de concentraie al amestecului; - coeficient de rezisten caracteristic materialului. Valorile lui n

diferite situaii variaz ntre 0,3 - 2, depinznd de natura materialului.n cazul transportului pneumatic trebuie s se asigurei energia

necesar acceler rii particulelor care corespund n conduct mpreun cuaerul (asigurarea energiei cinetice). Consumul de energie provocat de acestfenomen se calculeaz cu relaia:

+=

f

p f f

f ac w

www 1

2

2

(2.27)

De asemenea se realizeaz un consum de energie pentru meninerea particulelor n suspensie n cazul transportului pe vertical. Consumul deenergie provocat de acest fenomen se calculeaz prin relaia:

p f

f s W W

W h g p = (2.28)

2.2.3. Indicaii pentru montareai exploatarea conductelor Pentru ca o reea s corespund scopului pentru care a fost destinat,

trebuie s ndeplineasc o serie de condiii. Dintre acestea amintim: cerina de rezisten la coroziune: materialele din care sunt construite

elementele unei reele trebuie s reziste la aciunea coroziv a mediilor

care circul prin reea i s aib influen negativ asupra calitii produsului care circul prin reea.


45/218

36

cerina de debit: diametrul conductei trebuie s fie astfel nct s satisfac debitul de fluid impus s circule prin reea n condiiieconomice.

cerina de presiune: peretele conductei elementele care fac legtura ntreevi i etanrile la locurile de legtur trebuie s reziste la presiunea cucare este necesar s circule fluidul n conduct.

alte cerine: traseul conductelor innd seama de condiiile economice deexploatarei ntreinere, trebuie s se aleag n funcie de urmtoarele:

traseul s fie cel mai scurt, pe ct posibil n linie dreapt,orizontal sau verticali s fie realizat paralel sau perpendicular cu pereii nc perii;

por iunile drepte ale conductelor s fie legate ntre ele cu coturide 90i s se urmreasc utilizarea a ct mai puine coturi saucurbe;

pe traseu s fie montate ct mai puine dispozitive de nchidereireglare, ns numrul lor s fie suficient ca s fie suficient ca s se poat izola aparatul n vederea unor eventuale reparaii, iar izolarea unui aparat s nu stnjeneasc funcionarea celorlalteaparate , legate la aceeai reea;

pe traseul reelelor la alimentarea aparatelor, n apropiereafiecrui aparat trebuie s se prevad o clapet de reinere care s mpiedice scurgerea fluidului din aparat n reea cnd presiunean aparat este mai mare dect cea din reea;

traseul conductelor s fie realizat astfel nct conductele s nustnjeneasc exploatarea utilajelor sau a altor dispozitive montate pe utilaje sau chiar pe reea. Traseul trebuie s permit demontarea utilajului f r demontarea reelei;

conductele de scurgere s se ia msurile astfel nct s aib partede scurgerea cerut;

pe conductele drepte s se ia msurile necesare ca s se eviteformarea pungilor de gaze sau de lichid; n punctele superioare ale reelelor de lichide trebuie s se

monteze ventile sau robinetele pentru evacuarea gazelor care au ptruns n reea, iar n punctele inferioare ale reelelor de gazesau vapori s se monteze robinete pentru scurgerea lichidului saucondensatului care a ajuns n reea;

dac dintr-o reea se alimenteaz simultan mai multe utilaje, este preferabil s se alimenteze traseul de alimentare n bucl, careasigur o alimentare mai uniform dect traseul ntr-o singur parte (fig.2.10). n cazul alimentrii dintr-o singur parte


46/218

37

deschiderea ventilelor de alimentare a diferitelor utilaje trebuies fie gradat, ventilul cel mai ndeprtat fiind cel mai deschis cas se echilibreze alimentarea;

Fig. 2.10. Alimentarea simultan a mai multor aparate de la oreea: a n bucl; b dintr-o singur parte

n cazul cnd condiiile de ntreinere a igienei produciei impundezinfectri i splri dese, este necesar ca reeaua s fie realizat din elemente demontabile uor, asigurndu-se, n acelai timpetaneitatea necesar la elementele demontabile;

n cazul conductelor care transport fluide calde, pe traseul

acestor conducte trebuie s se prevad compensatoare dedilatare. Compensarea se calculeaz prin diferena detemperatur ntre temperatura maxim a fluidelor i temperaturade 0C;

n cazul conductelor exterioare, montate aerian peste drumuri detrecere, trebuie s fie aezate la o nlime de minimum 5m, saunlimea corespunztoare impus de condiiile de circulaie.Supor ii pe care sunt montate trebuie s fie dimensionai nfuncie de greutatea conductei plin cu lichid, iar cnd aceasta

este izolat trebuie s se in seama de greutatea izolaiei. Lamontare supor ii nu trebuie s cad sub mbinrile sudate aleconductelor;

conductele nu trebuie s nu fie supuse la eforturi str ine provenite de la aparate sau ziduri. La traversarea unui perete,conducta trebuie s fie aprat printr-un manon de trecere;

conductele, nainte de a fi date n exploatare, trebuie s fiesupuse la ncercri de rezisten la presiunea interioar . n cazulconductelor izolate n exterior, ncercarea la presiune se facenainte de executarea izolaiei;


47/218

38

n cazul halelor industriale n care sunt mai multe reele esteindicat s fie construite poduri de conducte sub tavanul halei;

conductele prin care se transform fluide diferite , trebuie s fie

marcate pentru a se diferenia. Marcarea se realizeaz princolorare. Culorile admise pentru vopsire pentru diferite fluidesunt standardizate. Reprezentareai diferenierea conductelor prin care se transport diferite fluide pe planuri se face prinsemne convenionale, fie prin linii diferite, fie prin culori.


48/218

39

Capitolul 3AMESTECAREA

3.1. Generalitin multe faze de fabricaie pentru obinerea rezultatului dorit, se

folosete amestecarea. Prin amestecare se urmrete aducerea unul sistemformat din mai multe componente ntr-un stadiu avansat de omogenitate,care se manifest prin reducerea gradienilor de concentraie i detemperatur , sau prin mrirea suprafeei ntre faze distincte. Amestecarea seutilizeaz la accelerarea reaciilor chimice, la dizolvare, la splare(dizolvarea impuritilor n lichidul de splare), n procesele fizice(cristalizare), la obinerea emulsiilor i suspensiilor, precumi pentrumbuntirea transferului de cldur . Amestecarea se poate ntlni cu participarea tuturor strilor de agregare, adic: gaz-gaz, gaz-lichid, gaz-solid, lichid-lichid, lichid-solid, solid-solid, gaz-lichid-solid. Dintre acesteaunele se realizeaz mai uor (gaz-gaz, lichid-lichid), dar altele foarte greu,chiar lichid-lichid (de exemplu: ap + ulei).

Amestecarea necesit micarea materialelor supuse acestei operaii.De fapt n procesul de amestecare se disting dou aciuni:

o aciune de agitaie local, n apropierea dispozitivului de agitare,care are la baz crearea de viteze diferite ca mrime i direcie n por iuni mici ale materialului de amestecati pe formarea de curenide turbulen;

o aciune de agitare general, care se extinde la ntreaga cantitate dematerial supus amestecrii, sub forma unei micri lente generate deaciunea de agitare local. Particulele cu viteze diferite ca direcie i

mrime, precumi curenii turbionari, fac ca materialul din juruldispozitivului de amestecare s se schimbe mereui s antreneze totmaterialul din vas n micare.n industria alimentar aciunea de amestecare are aplicaii multiple

i se realizeaz pentru materiale aflate n toate strile de agregare. Astfel,avem de a face cu amestecuri n faz lichid (omogenizarea vinului)amestecri n faz gaz-lichid (hidrogenarea uleiului), amestecri n faz gaz-solid (nmuierea orzului) amestecri lichid-solid (baterea untului) amestecride materiale pentru a obine produse pstoase (industria panificaiei,

industria crnii, etc.) amestecri de materiale pulverulente, granulare, etc.Termenul de amestecare se folosete n special la amestecarea


49/218

40

solidelor.Pentru amestecarea fluidelor cu corpuri solide uzual se folosete

termenul de agitare, iar pentru corpurile consistente este folosit termenul de

malaxare sau fr mntare.Operaia de amestecare se poate realiza fie spontan, cnd se bazeaz pe difuziunea moleculelor componentelor din amestec, de fapt care nu prezint importan practic pentru omogenizare, fie prin circulaia for at cnd componentele amestecului sunt aduse, prin mijloace mecanice, nmicare laminar i/sau turbulent.

Operaia de amestecare este influenat de o serie de factori; cel maiimportani sunt prezentai n tabelul 3.1.

Tabelul 3.1.Factori referitori la

materia prim Factori referitori la

produsFactori referitori la

operaia de amestecare* starea fizic acomponenilor * naturacomponenilor * raportul cantitativdintre componeni* proprietile fiziceale componenilor (densitate vscozitate,solubilitategranulometrie)

* proprietile produsului* gradul de omogenizare* densitate* vscozitate

* intensitate agitrii* operaie continu saudiscontinu * durata de amestecare* utilajul folosit* puterea consumat * costul operaiei

n ceea ce privete operaia de amestecare se poate clasifica dup criteriile redate n tabelul 3.2.

3.2. Factori care influeneaz procesul de amestecareFactorii cei mai importani care influeneaz procesul deamestecarei eficacitatea procesului sunt (vezi tabelul 3.1.):

a) natura materialelor introdusei a produselor obinute; b) modul de realizare al operaiei.n general, sistemele supuse amestecrii sunt fie fluide, fie sisteme

constituite din particule solide. n ceea ce privete realizarea operaiei deamestecare fluidele pot fi newtoniene sau nenewtoniene. n fluidenewtoniene se ncadreaz gazele i lichidele newtoniene, iar n categoriafluidelor nenewtoniene se ncadreaz lichidelei pastele nenewtoniene.


50/218

41

Tabelul 3.2

Nr.crt.Rolul

operaiei deamestecare

Scopul realizrii Modul deaciune

Natura

materialelor supuseamestecrii

Posibilitide realizarea procesului

1. Operaieindepen-dent

* omogenizareaamestecului* formareaemulsiilor * formareadispersiilor

* cu aciunelocal * cu aciunegeneral

Amestecare:*pneumatic *princurgerealichidelor * prinrecirculare

*mecanic 2. Operaie

auxiliar cca 70 % dincazuri

* schimbareastrii fizice(floculare,dizolvare)*accelerareareaciilor chimice* intensificareaabsorbiei (ladecolorareauleiurilor vegetale)* splarea unor solideinlturareaimpuritilor (splareacerealelor,industriaamidonului;

industriazahrului, etc.)* accelerareaoperaiilor de transfer decldur

* cu aciunelocal * cu aciunegeneral

* Agitare,amestecareafluidelor cusubstanesolide* Amestecareasolidelor *Fr mntaresauamestecare(pentrumateriale plastice,materialeconsistente)

Principalele proprieti, prin care influeneaz procesul deamestecare, fluidele newtoniene sunt: densitatea, vscozitatea, difuziunea,solubilitatea reciproc, iar cele nenewtoniene influeneaz procesul prin:densitate i vscozitate (care se manifest de cele mai multe ori prin


51/218

42

consisten i coeziune). n special, corpurile pstoase au consisten icoeziune marei acestea constituie importante proprieti pentru procesul deamestecare.

Din punct de vedere hidrodinamic amestecarea const n realizareaunei micri turbulente. La sistemele fluide newtoniene turbulena se obine prin realizarea unei convecii for ate, realizat prin micarea eficient afluidului.

Deci, n amestecare caracterul curgeriii configuraia geometric aspaiului n care are loc curgerea, prezint o importan deosebit. Naturacurgerii ntr-un amestector se determin pe baza criteriului Reynoldsmodificat, n care viteza fluidului, n cazul amestectoarelor mecanice, seexprim ca vitez periferic la vrful dispozitivului de rotaie, iar diametruldispozitivului n micare de rotaie este de fapt lungimea caracteristic. naceste condiii:

mW d n s =

unde n este turaia n rot/s, pentru dispozitivul de amestecare, iar criteriul luiReynolds are forma:

2Re n d

= ; sau

2ReM

n d = (3.1)

Limita de curgere laminar , n cazul amestecrii, determinat experimental este:

2Re 10 20M

n d = =

Aparatul n care se realizeaz amestecarea (agitarea) influeneaz procesul prin forma acesteia, forma dispozitivului de amestecarei poziiasa fa de vasi mrimea (capacitatea) vasului.

Dispozitivul de amestecare trebuie s iniieze n vas for a deforfecare printr-o amestecare local de vitez mare n mai multe locuri dinaparat i s menin straturi limit ct mai subiri pentru a lua natereturbulena n interiorul vasului. De asemenea trebuie s atrag mereu produsnou care s ajung la zona vitezelor maxime. Numai n felul acesta se poaterealiza turbionarea necesar proceselor de amestecare.

Pe baza determinrilor experimentale s-a constatat c rezultatulamestecrii depinde de poziia i forma dispozitivului de amestecare, precumi de asperitile existente pe pereii vasului.

Cantitatea de material supus amestecrii influeneaz durataamestecrii i eficacitatea. La prelucrarea unor cantiti mari de material


52/218

43

sunt necesare aparate de dimensiuni marii dispozitive mari de amestecare(agitare), iar pentru a obine o eficacitate ridicat a operaiei se impunemeninerea n aparat a materialului un timp mai ndelungat. Din aceasta

cauz, este mai raional s se utilizeze aparate de dimensiuni mai mici cu parametri funcionali mbuntii.Durata operaiei influeneaz consumul de energie. Se stabilete pe

cale experimental, de obicei prin prelucrarea datelor obinute pe modele delaborator. Durata minim de amestecare depinde de tipul agitatorului, dediametru, turaia i proprietile lichidului (densitatei vscozitate).

3.3. Eficacitatea amestecrii. Durata de amestecare

Cunoaterea performanelor unui tip de amestector reprezint unadin principalele probleme ale realizrii unui sistem de amestecare.Amestecarea se realizeaz n diferite scopuri ceea ce ngreuneaz mult posibilitile de stabilire a unei mrimi care s caracterizeze eficacitatea.

n multe cazuri aprecierea performanei se face prin stabilireatimpului necesar pentru atingerea gradului de amestecare dorit, la o anumitaintensitate a agitrii. n funcie de scopul urmrit se propun in literatura despecialitate diferite metode. Astfel, eficacitatea amestecrii n regimulhidrodinamic, poate fi apreciat prin turbulena realizat; aceasta este oapreciere unilateral. Pentru a avea o imagine mai complet s-a luat nconsiderare un parametru specific procesului de amestecarei anumevaloarea medie a acestuia. Analiza parametrilor locali comparativ cuvaloarea medie a parametrului considerat poate fi o msur a eficacitiiamestecrii. Ca parametru de referin se consider de obicei concentraiadensitatea, temperatura sau alt mrime fizico-chimic specific componentelor supuse amestecrii.

1. Metoda bazat pe m surarea concentra iei n diferite puncte

const n colectarea mai multor probe la diverse nivelei distane de axulagitatorului iar apoi analiza lor cu privire la coninutul C (n procente devolum) al unuia din componeni.

Coninutul mediu al componentului din amestec se noteaz cu Co.Dac CCo procentul de amestecare este dat de relaia:


53/218

44

0

100100

C xC

= (3.3)

Procentul de amestecare indic raportul dintre coninutul decomponent care se afl n cantitate mai mic n punctul dati coninutulmediu al acestui component. Valoarea lui x este totdeauna mai mic dect100%.

Indicele de amestecare local, respectiv eficacitatea amestecrii sedetermin cu media aritmetic a procentelor locale de amestecare din toate punctele alese convenional, din care s-au luat probe:

1 2 3 ... n x x x x I n

+ + + += (3.4.)

n care n reprezint numrul de probe.Dificultatea principal a aplicrii acestei metode const n luareasimultan a probelor la momentul n timp ce lichidul se afl n amestecare.

Durata optim de omogenizare are o deosebit importan pentruconsumul global de energie.

n practica industrial determinarea momentului pn la careamestecarea a ajuns la parametrul dorit este important att sub aspect tehnicct i economic.

2. Printre metodele utilizate pentru determinarea punctului optimde amestecare mai amintim :

a) metoda colorimetric, care se aplic n cazul dizolvrii sub agitare asolidelor, respectiv la omogenizarea amestecurilor lichide. Aceastaconst n injectarea unei mici cantiti de colorant (cu solubilitatemic) i msurarea timpului scurs de la injectare pn la obinereacoloraiei finale. La amestecurile mai consistente se poate studiaeficacitatea prin decolorarea unei paste de amidoi iod cu tiosulfatde sodiu de concentraie cunoscut.

b)

metoda gradienilor de temperatur , are la baz determinareatimpului necesar egalizrii temperaturii n sistem, dup ce acestuia is-a aplicat un impuls termic cu o cantitate cunoscut. Timpul deamestecare este dat de intervalul de timp necesar pentruuniformizarea temperaturii. Se prefer pentru msurarea temperaturiitermocuplul cupru-constantan sau argint-constantan care permitmsurarea variaiilor de temperatur n fraciuni de temperatur .Obinerea de rezultate corecte impune izolarea termic a ntregiiaparaturi. Metoda se poate aplica doar cu discernmnt ntruct

unele operaii de amestecare prin natura lor, sunt nsoite de variaiide temperatur (dizolvarea anumitor substane este nsoit de o


54/218

45

variaie de temperatur propor ional cu cldura de dizolvare asubstanei respective). Aceast metod nu se poate aplica laoperaiile de aducere n suspensie sau dispersie.

c) metoda conductometric, se aplic la stabilirea eficacitii agitrii ncazul dizolvrii electroliilor i se realizeaz prin msurareadiferenial a conductivitii. Metoda se poate aplica pentrudeterminarea automat a punctului optim de amestecare, acesta fiindegal cu momentul n care n cel puin patru puncte alese judiciosvaloarea conductivitii este aceeai.

d) metoda diferenelor de densitate (metoda Schlieren) se aplic laamestecarea lichidelor cu densiti diferite. n acest caz, n momentulnceperii agitrii amestecul prezint turbulen cu formarea imaginiiSchlieren, iar la atingerea omogenitii amestecul devine din nouclar.

e) metoda nefelometric, se poate aplica sistemelor de dou lichidenemiscibile sau cu faze solid-lichid. Aceasta const n trecerea uneifante luminoase de intensitate cunoscut prin sistemi msurareacurentului de la o celul fotoelectric amplasat la o anumit distan. Aici, intensitatea curentului pe care o indic galvanometrulconstituie msura cantitii de lichid emulsionati deci gradul deamestecare. Circuitul galvanometru-celul fotoelectric este etalonat pe cale fotografic.

f) metode speciale, cum ar fi indicatorul radioactiv, utilizarea unui corpindicator (obinuit se folosesc ca indicatori de curgere substanesolide fin dispersate), etc.

3.3.1. Durata de amestecareDurata de amestecare influeneaz n special consumul de energie.

Din aceast cauz, stabilirea duratei de amestecare pn la care se obine

randamentul optim n proces este important pentru obinerea efectuluimaxim de amestecare cu consum minim de energie.Stabilirea duratei optime de amestecare se face fie pe cale

experimental, fie prin modelare. Se poate ajungei la o ecuaie, pe baz deanaliz dimensional, cu ajutorul creia s se determine durata deamestecare.

Factorii care influeneaz durata amestecrii sunt: forma amestectorului prin dimensiunile acestuia Di H; diametrul

dispozitivului de amestecare di turaia n a acestuia; diferena de densitate , n cazul amestecurilor de lichide cu

componeni cu densiti diferite;


55/218

46

acceleraia gravitaional, n condiii de amestecare turbulent.Determinarea ecuaiei criteriale pe baz de analiz dimensional se

face pornind de la relaia general de forma:

f(,n,, ,,g,d,D,H)=0 (3.5.)Aceasta este o ecuaie cu 9 parametri, determinai de 3 unitifundamentale, deci se vor obine 6 criterii adimensionale.

Se formeaz urmtoarele relaii simplex, cu ajutorul crora seelimin necunoscutele , D i H. Se aleg:

Dd

H d === 321 ;;

ca mrimi determinate n, di , iar prin rezolvarea problemei pe principiile

analizei dimensionale se obin criteriile urmtoare:M

d nd n Re22

4 ===

12

5== M Fr g

d n

M H n1

061 =

=

Funcia (3.5) devine:

=

H d

Dd Fr f H M M M ,,,,Re0

(3.6.)

Din combinarea criteriului5 cu 1 i 2 se obine o form modificat a criteriului lui Froude, care exprim relaia dintre presiuneadinamic n2d2 i presiunea static gH sub forma relaiei:

=

d g d n Fr M

22

(3.7.)

n felul acesta relaia (3.6.) devine:

M H n1

061 =

=

(3.8.)

de unde durata de amestecare poate fi considerat, dat de relaia:

11 Re

ca bM M

d K n Fr D

= (3.9.)

n cazul meninerii similitudinii geometrice sau pentru un aparat dat,simplexul2 se reducei relaia (3.9) devine:


56/218

47

11 Rea bM K n Fr

= (3.10.)Constanta K i valorile exponenilor a i b se determin pe cale

experimental. Totui, relaia (3.10.) nu are aplicabilitate general, ea esteinteresant doar pentru consumul minim de energie.

3.4. Aparate de amestecareTipurile de amestectoare utilizate n industria alimentar sunt

din cele mai variate n funcie de operaiile pe care le realizeaz. nprincipal se pot grupa n dou mari categorii astfel:

amestectoare pentru materiale n stare fluid

amestectoare (malaxoare) pentru materiale aduse n stare pstoas n funcie de sistemele supuse amestecrii distingem: amestecare n faz gazoas; amestecare n faz lichid, cu lichide miscibile, par ial miscibilei

nemiscibile; amestecarea solidelor; amestecarea solid-lichid cu faza solid solubil sau insolubil

(suspensie).Problemele care se pun la realizarea unei instalaii n care se

efectueaz amestecarea unor materiale sunt:o alegerea sistemului de amestecare;o puterea consumat n proces;o nlimea de ridicare, dac sistemul de amestecare este n faz

lichid;o eficacitatea amestecrii i legat de aceasta timpul de amestecare.

Amestectoarele se pot grupa din punct de vedere constructiv, dup modul de funcionarei natura materialului supus amestecrii, n tabelul 3.3.

Clasificarea amestectoarelor Tabelul 3.3.

Criteriul de clasificareDin punct de

vedereconstructiv

Tipuri deamestectoare

Dup naturamaterialului supus

amestecrii


57/218

48

Fr elementemobile

- pneumatice sau prin barbotare- n form deinjectoarei duze- prin curgereafluidelor - mixte (barbotareicurgerea fluidelor

- Amestectoare

- Agitatoare

AMESTECTOARE

Mecanice(cu elemente

mobile)

- cu brae i nform de ancor - cu elicei spiral - de construciespecial

- Malaxoare saufr mnttoare

3.4.1. Amestectoare f r elemente mobileA. Amestecarea gazelorn practica industrial se pot ntlni urmtoarele situaii deamestecare:

a mai multor gaze; a unui gaz cu vapori evaporai n gaz; a lichidelor injectate n gaz sub form de picturi foarte mici

(cea) a particulelor solide mici dispersate fin ntr-un gaz (fum).Amestecarea gazelor, n general, nu prezint dificulti ntruct

viteza de difuziune a gazelor este mare, iar utilajele n care se realizeaz amestecarea sunt din punct de vedere constructiv foarte simple. Sistemelefrecvent utilizate pentru amestecarea gazelor sunt camerele de amestecarecu sau f r icane n care gazele se introduc la o uoar suprapresiune sausunt aspirate fig. 3.1. ai b.

Fig. 3.1. Camere de amestecare a gazelor: a) f r icane prin aspiraie; b) cuicanei introducerea cu suprapresiune a gazelor


58/218

49

Pentru amestecarea gazelor se utilizeaz de cele mai multe oriajutaje, care datorit turbulenei ce se formeaz n zona detrangulare a

curentului de gaz realizeaz omogenizarea. Aparate cu ajutaje pot fi tuburileVenturi, ajutaje cu inser ie pentru rotaia fluidului sau ajutaje pentru dou componente la presiuni mari sau mici (fig. 3.2. a, bi c).

Fig. 3.2. a tub Venturi pentru amestecarea gazelor; b ajutaj cu inser ie pentru rotaia fluidului; c ajutaj pentru dou componente la presiuni mici.

B. Amestectoare cu barbotareAmestecarea se realizeaz f cnd s treac prin produsul de

amestecat (lichid sau suspensie de particule solide n lichid) aer, un gazoarecare sau abur sub presiune dispersat n bule foarte mici. Regimul de

curgere este generat de gazul care ptrunde n lichid sub forma unor bulemici. Acesta avnd densitatea mai mic dect lichidul se deplaseaz n partea superioar antrennd n micare ascensional particulele de lichidnvecinate.

Dispozitivul prin care se introduce faza gazoas se numete barbotor. Aciunea de agitare local produs n jurul barbotorului este slab.Prin barbotare bulele de gaz produc curgerea n lichidul nconjur tor printransferul unei cantiti de micare. Energia necesar pentru acest proceseste dat de presiunea gazului n momentul barbotrii, care trebuie s fiemai mare sau cel puin egal cu presiunea hidrostatic a lichidului n punctulde intrare al gazului.


59/218


60/218

51

Fig. 3.3. Tipuri de barbotoare : a) barbotor n form de inel; barbotor cuevi paralele; c) barbotor cu inele concentrice; d) barbot

unit operations and apparatus for the food industry (romanian) - onita 2003

Documents