Majoritatea obiectelor supuse studiilor reologice sunt așa-numitele sisteme de dispersie. Pentru aceasta din urmă există abateri deosebit de semnificative față de legile clasice de deformare și curgere.
Sistemele dispersate sunt sisteme în care o substanță sub formă de particule de mărimi diferite este distribuită într-o altă substanță.
In sistemele disperse distinge faza dispersată (DP) - substanță și mediul de dispersie fin divizat (DS), - o substanță omogenă, în care faza dispersată este distribuită (în apa tulbure care conține argilă, DF sunt particule solide de argilă și DS - apă).
O caracteristică importantă a sistemelor de dispersie este gradul de dispersie - dimensiunea medie a particulelor fazei dispersate.
Următoarele clase de sisteme de dispersie sunt de obicei distincționate în funcție de gradul de dispersie:
Sistemele dispersate discret sunt sisteme ale căror dimensiuni ale particulelor de fază dispersate depășesc 10 - 7 m (suspensii și emulsii).
Sistemele coloidale sunt sisteme ale căror dimensiuni ale particulelor de fază dispersate sunt de 10 -7 -10-9 m. Acestea sunt sisteme microheterogene cu o interfață bine dezvoltată între faze. Particulele lor nu se așează sub acțiunea gravitației, trec prin filtre de hârtie, dar sunt întârziate de membranele de plante și animale. De exemplu, soluțiile proteice, coloizii solului etc.
Uneori sunt izolate sistemele de dispersie moleculară (ionic), care, strict vorbind, sunt soluții reale. și anume Sisteme omogene, deoarece nu au interfețe de fază. Dimensiunea particulelor fazei dispersate este mai mică de 10-9 m. Substanța dizolvată este sub formă de molecule sau ioni. De exemplu, soluții de electroliți, zaharuri.
Limita inferioară a dispersiei sistemului coloidal este de 20-30 molecule cu dimensiunea de 1-6 nm.
sisteme coloidale, la rândul lor, sunt împărțite în două grupe, brusc diferite în interacțiunile de caractere între particulele fazei dispersate și mediul de dispersie - coloizi lyophobic (coloizilor) și coloizi liofilici care soluții de compuși cu masă moleculară mare atribuite anterior. Prin liofilizarea sisteme includ micele surfactanți.
Prin Coloizii lyophobic includ sisteme în care particulele dispersate în fază interacționează slab cu mediul de dispersie; aceste sisteme pot fi obținute numai cu consumul de energie și sunt stabile numai în prezența stabilizatorilor. Sistemele Lyophobic prin definiție, ar trebui să aibă o energie de suprafață în exces, în cazul în care nu este compensată prin introducerea de stabilizatori. Prin urmare, procesele spontane de coalescență a particulelor apar în ele spontan, adică energia de suprafață scade datorită unei scăderi a suprafeței specifice. Astfel de sisteme sunt numite agregate instabile. De fapt, prin stabilitatea globală să înțeleagă capacitatea sistemului de a menține energia interfacială pentru interfața secțiunii fază dispersată cu mediul de dispersie
Lărgirea particulelor poate avea loc în moduri diferite. Una dintre ele, numită distilare izotermică. este transferul materiei de la particule mici la particule mari (efectul Kelvin). Ca rezultat, particulele mici se dizolvă treptat (se evaporă), iar cele mari cresc.
Cea de-a doua cale, cea mai caracteristică și cea mai comună pentru sistemele de dispersie, este coagularea (de la lat, coagulare, întărire), constând în coalescența particulelor. Este, de asemenea, posibil și o coaliție de particule.
Coagularea în sistemele diluate conduce, de asemenea, la o pierdere a stabilității de sedimentare (contracție la diminuarea particulelor sub acțiunea gravitației) și, în cele din urmă, la separarea fazelor (separare).
Instabilitatea agregată a particulelor mari determină pragul superior pentru existența particulelor coloidale.
Faza dispersată a sistemelor dispersate prin liofilizare se numește micelă, iar faza lyofobă se numește o unitate structurală complexă.
Caracteristica cantitativă a dispersiei (fragmentării) unei substanțe este gradul de dispersie (gradul de fragmentare, D) - reciprocitatea mărimii particulelor dispersate.
Când reducerea dimensiunii și îmbunătățirea dispersabilitatea crește caracteristică tuturor sistemelor eterogene ale interfeței interne între faze, un număr mai mare și mai mare de atomi este în stratul de suprafață (la interfața) în comparație cu numărul de particule în volumul fazei dispersate, adică rolul proeminent al straturilor de frontieră și a fenomenelor de suprafață asociate. În tabel. 1 prezintă caracteristicile sistemelor coloidale, comparativ cu soluții adevărate și sisteme dispersate grosolan.
Varietatea sistemelor de dispersie se datorează și faptului că fazele care le formează pot fi în oricare dintre cele trei stări agregate. Când se înregistrează starea de agregare schematică a sistemelor disperse folosesc de obicei o fracție: numărătorul indică literele G (gaz), F (lichid) sau T (solid) starea de agregare a fazei dispersate și starea de agregare a mediului de dispersie (Tabelul 2) Punctul la numitor. În legătură cu solubilitate mutuală nelimitată a sistemului de dispersie a gazelor Y / Y în clasificarea nu este indicată de obicei.
Tabelul 1 - Caracteristicile sistemelor dispersate
Sisteme dispersate distilate (suspensii și emulsii)
Sisteme poroase și capilare (piatră ponce, plastic spongios)
Corpuri poroase, geluri (apă în parafină, perle)
Soluții solide coloidale (sticlă vopsită, aliaje)
Dispozitivele dispersate pot fi dispersate liber și dispersate coerent, în funcție de absența sau prezența relației dintre particulele fazei dispersate. Sistemele dispersate liber includ aerosoli, suspensii diluate și emulsii. Ele sunt fluide, în aceste sisteme particulele fazei dispersate nu au contacte, nu participă la mișcarea termică aleatorie, se mișcă liber sub acțiunea gravitației. Sisteme coerente - firmă; acestea apar atunci când particulele fazei dispersate vin în contact, ducând la formarea unei structuri sub forma unui cadru sau a unei rețele. O astfel de structură limitează fluiditatea sistemului de dispersie și îi conferă capacitatea de a menține forma. Pulberi, emulsii concentrate și suspensii (paste), spume, geluri - exemple de sisteme dispersate coezive.
Tabelul 3 prezintă sisteme dispersate complexe de produse alimentare, iar în tabelele 4 și 5 - clasificarea produselor alimentare prin proprietăți reologice
Tabelul 3 - Sisteme alimentare complexe dispersate
Caramel, porumb, sâmburi de nuci, paste, morcovi
Elasticitate, duritate, fluiditate și rezistență ridicată, fragilitate
În funcție de concentrația sistemelor de dispersie în fază dispersată sunt, de asemenea, împărțite în trei grupe:
1) diluat, conținând până la 0,1% în volum. faza dispersată;
2) concentrat, conținând între 0,1 și 74% în volum. faza dispersată;
Cele mai complexe proprietăți reologice sunt sistemele de dispersie foarte concentrate cu structuri spațiale.
Pentru a descrie fluxul de diverse materiale alimentare, formula Ostwald-de-Vil este utilizată cel mai des
. unde K și n sunt constante
Pentru n <1 уравнение соответствует кривой, в соответствии с рисунком 12а (при n =1 степенной закон сводится к выражению Ньютона).
Ecuația Ostwald are două constante: K este coeficientul de consistență, care depinde atât de natura materialului, cât și de tipul și mărimea echipamentului de măsurare și n este indicele fluxului. Coeficientul K este cel mai sensibil, în comparație cu n. la o schimbare a temperaturii materialului, ceea ce este deosebit de important pentru mediul alimentar. Constantele ecuației sunt valabile numai pentru o anumită gamă de rate de forfecare.
Cu o valoare de n <1 вязкость уменьшается с повышением скорости сдвига, что соответсвует псевдопластичномув поведению материалаю Это реологическое свойство объясняют тем, что в неподвижной среде расположение частиц характеризуется значительной хаотичностью, а под действием возрастающих сил происходит все большая ориентация частиц в направлении течения. С повышением скорости также уменьшается взаимодействие между частицами.
Legea puterii este utilizat pe scară largă pentru a exprima o varietate de flux non-newtonian materialelor alimentare: concentrate de roșii, soluții de zahăr, piureul de caise, aluat copt, masa de bomboane și alte materiale.
Curba de curgere descrisă în figura 12 (b) este descrisă prin ecuația Steiger
(aici C și A sunt constante empirice).
Există, de asemenea, astfel de substanțe pseudoplazice, în care proporționalitatea dintre și # 964; Se observă numai la viteze foarte mari de forfecare, în conformitate cu figura 12c.
Fig. 12. Curbele fluxului unor materiale alimentare pseudoplastice
Materialele alimentare pot avea nu numai flux pseudoplastic, dar și dilatant în conformitate cu figura 13 (a). Acest flux este descris de ecuațiile Ostwald pentru n> 1. La tensiuni foarte mari, vâscozitatea poate deveni infinit de mare, ceea ce va duce la distrugerea substanței.
În sistemele dispersate, în funcție de concentrație, precum și de mărimea sarcinii, poate apărea o situație când, pentru valori mai mici decât tensiunea de limitare, sistemul de dispersie se comportă ca un solid și este deformat elastic. Dacă tensiunea care acționează asupra sistemului depășește limita, apare fluxul de plastic. Pentru a descrie fluxul de materiale plastice, se propune ecuația Bingham în care # Stressul final de forfecare (forța de curgere), Pa; hpl este vâscozitatea plastică, Pa # 8901; c (figura 13b). Un exemplu de sisteme destul de aproape Bingham următoarea ecuație poate servi margarina, amestec de ciocolată syrkovo-caș masă și praline, pastă de dinți, săpunuri lichide și detergenți.
Curbele de curgere a unor materiale alimentare (de exemplu, masa pentru bomboane "model rusesc") sunt descrise prin ecuația Balcley-Herschel, în conformitate cu figura 13 (c).
Dacă schimbările de vâscozitate sunt asociate nu doar cu viteza, ci și cu timpul, atunci vorbim despre tixotropie, anti-tixotropie sau rheopexie.
Amintiți-vă că materialul este considerat tixotropic atunci când vâscozitatea acestuia este o funcție a timpului și se presupune că structura după un anumit timp de odihnă revine la starea inițială. Timpul fracturii tixotropice, precum și al reducerii, pentru diverse structuri, variază în limite foarte largi.
Va material alimentar posedă proprietăți tixotropice pot fi determinate de rheogram în prepararea curbei de histerezis. În conformitate cu Figura 13 (g) ilustrează o formă a buclei histerezis construit pe baza rezultatelor unui experiment, în care viteza de forfecare crește constant de la zero la o valoare maximă, și apoi imediat redus la zero (indicată de săgeată). Trebuie remarcat faptul că pentru același material aspectul bucla va fi diferit pentru diferite durate de testare. Un exemplu de materiale alimentare tixotropici sunt: Gogoașe aluat, pralina și bomboane trufe masă, cacao, carne tocată.
Materialele a căror stare de curgere în timp este opus celei date de sistemele tixotropice se numesc sisteme anti-tixotropice, în conformitate cu figura 13 (e).
Materialele a căror structură este întărită în timp au proprietățile de rheopexie, în conformitate cu Fig. 13 (e). Astfel de materiale, denumite uneori anti-tixotropice, sunt relativ rare în practica noastră. Buclele de histereză pentru aceste materiale pot fi obținute în același mod ca și pentru cele tixotropice. La calcularea proceselor tehnologice, proprietățile tixotropice ale mediului alimentar prelucrat sunt citite la momentul pornirii echipamentului după întreruperi prelungite și reopex după forfecarea intensivă.
Figura 13. Curbele de curgere ale diferitelor materiale alimentare.
Articole similare
-
Material (clasa I) pe ruta sigură "home-school-house", descărcare gratuită, socială
-
Material pe tema grup de cărți de vizită, descărcare gratuită, rețea socială de educatori
Trimiteți-le prietenilor: