Таблицы вязкости продуктов для подбора насосов: молоко, масло, мед, соусы

Таблица 1: Молочные продукты (молоко и сливки)

Таблица 2: Растительные масла

Таблица 3: Сиропы и патока

Таблица 4: Мед при различных температурах

Таблица 5: Соусы и пасты

Таблица 6: Фруктовые продукты

Таблица 7: Рекомендуемые типы насосов по диапазонам вязкости

Содержание статьи

• 1. Понятие вязкости и её влияние на перекачку продуктов
• 2. Зависимость вязкости от температуры
• 3. Центробежные насосы для низковязких жидкостей
• 4. Винтовые насосы для средне- и высоковязких продуктов
• 5. Мембранные насосы универсального применения
• 6. Практические рекомендации по подбору насосов
• 7. Особенности перекачки различных групп продуктов
• Часто задаваемые вопросы

1. Понятие вязкости и её влияние на перекачку продуктов

Вязкость представляет собой фундаментальное свойство жидкостей, характеризующее их внутреннее сопротивление течению. В промышленности пищевых производств правильное понимание вязкости критически важно для выбора оборудования и оптимизации технологических процессов. Вязкость количественно выражает степень текучести продукта и определяет, какое усилие необходимо приложить для его перемещения через трубопроводы.

В технической практике используются две основные системы измерения вязкости. Динамическая или абсолютная вязкость измеряется в сантипуазах (сП) или в паскаль-секундах (Па·с), где один сантипуаз равен одной миллипаскаль-секунде. Эта величина показывает силу сопротивления, которую испытывают слои жидкости при их относительном смещении. Для практического понимания можно привести простое сравнение: чистая вода при комнатной температуре имеет вязкость около одного сантипуаза, что принято за эталонное значение.

Выбор неподходящего насоса для продукта с определенной вязкостью приводит к целому ряду операционных проблем. При попытке перекачать высоковязкую жидкость центробежным насосом, рассчитанным на воду, производительность системы катастрофически падает, иногда до десяти-пятнадцати процентов от номинальной. Одновременно резко возрастает потребление электроэнергии, так как двигатель работает с перегрузкой, пытаясь преодолеть повышенное сопротивление. Это приводит к чрезмерному нагреву как самого продукта, так и компонентов насоса, что может вызвать термическую деградацию пищевого продукта и ускоренный износ механических частей оборудования.

Современная промышленность применяет различные типы насосов, каждый из которых оптимален для определенного диапазона вязкостей. Центробежные насосы превосходно справляются с жидкостями низкой вязкости, создавая высокую производительность при относительно низких энергозатратах. Винтовые или объемные роторные насосы демонстрируют выдающуюся эффективность при работе со средне- и высоковязкими продуктами, сохраняя стабильную производительность независимо от вязкости. Мембранные насосы занимают промежуточную позицию, предлагая универсальность применения и способность работать с широким спектром продуктов различной консистенции.

2. Зависимость вязкости от температуры

Температура оказывает глубокое и предсказуемое влияние на вязкость практически всех пищевых продуктов. Понимание этой зависимости позволяет технологам оптимизировать процессы перекачки, значительно снижая энергопотребление и повышая эффективность производства. Общая закономерность проста: при повышении температуры вязкость подавляющего большинства жидкостей снижается, часто весьма существенно.

Физическая природа этого явления связана с изменением подвижности молекул. При нагревании тепловая энергия увеличивает кинетическую энергию молекул, они начинают двигаться быстрее и интенсивнее, что ослабляет межмолекулярные связи. Это приводит к уменьшению внутреннего трения между слоями жидкости, делая её более текучей. Степень изменения вязкости при нагревании различается для разных продуктов и зависит от их химического состава и структуры.

Еще более впечатляющий эффект температуры наблюдается у продуктов с высоким содержанием сахаров. Мед представляет собой классический пример. При температуре ноль градусов Цельсия вязкость цветочного меда достигает двадцати трех тысяч сантипуаз, что делает его практически непригодным для перекачки без предварительной подготовки. При повышении температуры до сорока градусов вязкость падает до двух тысяч сантипуаз - снижение более чем в одиннадцать раз. При этом важно отметить, что чрезмерный нагрев может негативно повлиять на качество продукта, разрушая ценные ферменты и изменяя органолептические свойства.

Растительные масла демонстрируют относительно предсказуемое и умеренное изменение вязкости с температурой. Для большинства масел при изменении температуры на каждые десять градусов вязкость изменяется примерно на двадцать-тридцать процентов. Касторовое масло выделяется особенно сильной температурной зависимостью: его вязкость при двадцати градусах составляет девятьсот восемьдесят пять сантипуаз, а при ста градусах снижается до пятидесяти сантипуаз, что представляет собой уменьшение почти в двадцать раз.

Молочные продукты также чувствительны к температуре, хотя и в меньшей степени по сравнению с маслами и медом. Сливки пятидесятипроцентной жирности при нуле градусов имеют вязкость сто шестьдесят пять сантипуаз, которая снижается до двадцати четырех сантипуаз при ста градусах. Однако при работе с молочными продуктами температурный режим строго ограничен требованиями безопасности и качества, поскольку чрезмерный нагрев может вызвать денатурацию белков и ухудшение вкусовых характеристик.

3. Центробежные насосы для низковязких жидкостей

Центробежные насосы представляют собой наиболее распространенный и экономически эффективный тип оборудования для перекачки жидкостей с низкой вязкостью. Принцип их работы основан на преобразовании механической энергии вращающегося рабочего колеса в кинетическую энергию жидкости, которая затем преобразуется в энергию давления. Эффективность этого процесса напрямую зависит от вязкости перекачиваемой среды.

Оптимальный диапазон применения центробежных насосов ограничен вязкостью до ста сантипуаз. В этом диапазоне насосы работают с высокой эффективностью, обеспечивая отличное соотношение производительности к потребляемой мощности. При вязкости от одного до двадцати сантипуаз центробежные насосы демонстрируют превосходные характеристики, практически не отличающиеся от работы на воде. Это делает их идеальным выбором для перекачки молока всех типов жирности, разбавленных сливок до десяти процентов жирности, фруктовых соков без мякоти и большинства растительных масел при нормальной или повышенной температуре.

При увеличении вязкости до диапазона от тридцати до ста сантипуаз эффективность центробежных насосов начинает заметно снижаться и требует применения поправочных коэффициентов. Рабочее колесо испытывает повышенное сопротивление вращению, что приводит к возрастанию потребляемой мощности на пятнадцать-тридцать процентов. Одновременно производительность может упасть на десять-двадцать процентов от номинальной. Тем не менее, для таких продуктов как сливки тридцати-сорокапятипроцентной жирности, большинство растительных масел и легкие сиропы центробежные насосы остаются приемлемым выбором при правильном подборе модели и учете поправочных коэффициентов.

Критическая граница эффективности центробежных насосов проходит в районе двухсот-трехсот сантипуаз, что является общепринятым промышленным стандартом. При вязкости выше этого предела использование центробежных насосов становится экономически нецелесообразным. Производительность может упасть до тридцати-сорока процентов от номинальной, а потребляемая мощность возрастает в полтора-два раза. Возникают проблемы с кавитацией, повышенным износом уплотнений и подшипников. При вязкости свыше пятисот сантипуаз центробежные насосы требуют существенных модификаций и специального проектирования. Для продуктов вязкостью более тысячи сантипуаз центробежные насосы практически не применяются.

Важным преимуществом центробежных насосов является их способность создавать высокий напор при компактных размерах и относительно низкой стоимости. Они практически не чувствительны к наличию небольших твердых частиц в продукте, просты в обслуживании и ремонте. Однако их производительность сильно зависит от давления в системе, и они не могут самовсасывать жидкость, требуя предварительного заполнения рабочей камеры.

4. Винтовые насосы для средне- и высоковязких продуктов

Винтовые насосы, также известные как прогрессивные полостные или объемные роторные насосы, представляют собой наиболее универсальное и эффективное решение для перекачки продуктов с повышенной вязкостью. Их конструкция основана на принципе объемного вытеснения жидкости спиральным ротором, который вращается внутри эластичного статора. Этот принцип работы обеспечивает уникальные преимущества при работе с густыми и вязкими средами.

Винтовые насосы эффективно работают в чрезвычайно широком диапазоне вязкостей - от одного сантипуаза до миллиона сантипуаз. Это означает, что один и тот же тип насоса может перекачивать как маловязкие жидкости, близкие по свойствам к воде, так и чрезвычайно густую патоку или концентрированные томатные пасты. Ключевое преимущество заключается в том, что производительность винтового насоса практически не зависит от вязкости продукта - насос будет перекачивать заданный объем независимо от того, работает ли он с растительным маслом или с патокой высокой концентрации.

Особенно ценным свойством винтовых насосов является их способность бережно обращаться с перекачиваемым продуктом. В отличие от центробежных насосов, создающих высокие сдвиговые напряжения, винтовые насосы работают на низких скоростях и обеспечивают ламинарное течение. Это критически важно для продуктов, чувствительных к механическому воздействию, таких как майонез, йогурт, кремы и эмульсии. Сохранение структуры продукта предотвращает расслоение эмульсий и поддерживает желаемую текстуру.

Винтовые насосы демонстрируют отличную производительность при работе с медом всех типов, сиропами различной концентрации, кетчупом, майонезом, томатными пастами, джемами и всеми видами фруктовых пюре. Они способны перекачивать патоку высокой концентрации, которая при комнатной температуре может иметь вязкость до ста тысяч сантипуаз. При необходимости работы с продуктами экстремально высокой вязкости применяется предварительный подогрев, который снижает вязкость до более управляемых значений.

Важной особенностью винтовых насосов является их способность к самовсасыванию и созданию высокого вакуума на входе. Это позволяет устанавливать насос выше уровня перекачиваемой жидкости и эффективно работать даже при неполном заполнении входной линии. Винтовые насосы также превосходно справляются с продуктами, содержащими твердые частицы или включения, такие как фруктовые кусочки в джемах или семена в томатных продуктах, не повреждая эти включения.

5. Мембранные насосы универсального применения

Мембранные насосы, работающие по принципу объемного вытеснения посредством гибкой мембраны, занимают особое место в арсенале оборудования для пищевой промышленности. Эти насосы сочетают универсальность применения с надежностью конструкции, что делает их привлекательным выбором для предприятий с широкой номенклатурой перекачиваемых продуктов.

Мембранные насосы эффективно работают в диапазоне вязкостей от десяти до пятидесяти тысяч сантипуаз, что охватывает большинство жидких и полужидких пищевых продуктов. Они отлично справляются с молочными продуктами всех типов жирности, растительными маслами, сиропами средней густоты, медом, майонезом, различными соусами и фруктовыми продуктами. При этом мембранные насосы сохраняют работоспособность и с более густыми продуктами, хотя их эффективность в диапазоне свыше пятидесяти тысяч сантипуаз начинает уступать винтовым насосам.

Ключевое преимущество мембранных насосов заключается в полной изоляции перекачиваемого продукта от приводного механизма. Продукт контактирует только с мембраной и корпусом насоса, что исключает возможность загрязнения смазочными материалами. Это обеспечивает высочайший уровень гигиеничности, критически важный для пищевой промышленности. Мембранные насосы легко разбираются для очистки и санитарной обработки, все контактирующие с продуктом поверхности доступны для визуального контроля.

Еще одним существенным достоинством мембранных насосов является их способность работать всухую без повреждений. Если подача продукта прекращается, насос может продолжать работать неопределенно долго без риска выхода из строя. Это особенно ценно в автоматизированных системах, где возможны ситуации опорожнения резервуаров. Мембранные насосы также обладают отличной способностью к самовсасыванию, могут работать с продуктами, содержащими воздушные включения, и справляются с перекачкой жидкостей с высоким содержанием твердых частиц.

Мембранные насосы демонстрируют хорошую производительность при работе с продуктами, чувствительными к сдвиговым напряжениям. Плавное возвратно-поступательное движение мембраны создает мягкое перекачивающее действие, которое не повреждает структуру эмульсий и суспензий. Это делает их предпочтительным выбором для майонеза, кремов, йогуртов и других структурированных продуктов. Регулировка производительности осуществляется простым изменением частоты ходов мембраны, что обеспечивает точное дозирование.

К ограничениям мембранных насосов относится пульсирующий характер подачи, который может быть нежелателен в некоторых технологических процессах. Для сглаживания пульсаций используются демпферные устройства или применяются насосы с несколькими мембранами, работающими со сдвигом фаз. Производительность мембранных насосов обычно ограничена величиной около двадцати кубометров в час для одного агрегата, что может быть недостаточно для крупных производств.

6. Практические рекомендации по подбору насосов

Правильный подбор насоса для конкретного продукта и условий эксплуатации требует комплексного анализа множества факторов. Вязкость продукта, хотя и является одним из главных критериев, должна рассматриваться в совокупности с другими параметрами технологического процесса. Систематический подход к выбору оборудования позволяет избежать дорогостоящих ошибок и обеспечить надежную работу системы.

Первым шагом всегда должно быть точное определение вязкости перекачиваемого продукта при рабочей температуре. Важно учитывать не только среднее значение, но и возможные колебания вязкости в зависимости от партии сырья, времени года и других факторов. Рекомендуется проводить измерения вязкости при минимальной, средней и максимальной температурах, которые могут встретиться в процессе эксплуатации. Эти данные формируют основу для выбора типа насоса.

Следующим критическим параметром является требуемая производительность системы. Она должна определяться не только текущими потребностями, но и с учетом возможного расширения производства. Обычно рекомендуется предусматривать запас по производительности в пределах десяти-двадцати процентов. Однако чрезмерный запас также нежелателен, поскольку работа насоса с частичной нагрузкой снижает его эффективность и может приводить к нестабильности параметров перекачки.

Напор или требуемое давление определяется геометрией трубопроводной системы и гидравлическими потерями. Для вязких продуктов гидравлические потери существенно выше, чем для воды, и требуют специального расчета. Необходимо учитывать статическую высоту подъема, потери на трение в прямых участках трубопроводов, потери в местных сопротивлениях, таких как отводы, тройники и запорная арматура, а также давление в приемном резервуаре. Для продуктов с высокой вязкостью рекомендуется использовать трубопроводы увеличенного диаметра для снижения потерь давления.

Особое внимание следует уделить чувствительности продукта к механическим воздействиям. Эмульсионные продукты, такие как майонез и сливки, могут расслаиваться при воздействии высоких сдвиговых напряжений. Продукты с твердыми включениями, например, джемы с кусочками фруктов, требуют насосов, которые не разрушают эти включения. Для таких продуктов предпочтительны винтовые или мембранные насосы, работающие на низких скоростях.

Материалы конструкции насоса должны быть совместимы с перекачиваемым продуктом и соответствовать санитарным требованиям пищевой промышленности. Для большинства пищевых продуктов используется нержавеющая сталь марки триста шестнадцать L с электрополированной поверхностью. Для кислых продуктов могут потребоваться более стойкие сплавы. Уплотнения и прокладки должны изготавливаться из пищевых эластомеров, устойчивых к воздействию продукта и температурным режимам мойки.

7. Особенности перекачки различных групп продуктов

Каждая группа пищевых продуктов обладает специфическими реологическими свойствами, которые определяют особые требования к насосному оборудованию и технологии перекачки. Понимание этих особенностей позволяет избежать типичных ошибок и обеспечить эффективную работу систем транспортировки.

Молочные продукты охватывают чрезвычайно широкий диапазон вязкостей. Цельное и обезжиренное молоко с вязкостью около двух сантипуаз легко перекачиваются стандартными центробежными насосами. Сливки низкой жирности до двадцати процентов также хорошо работают с центробежными насосами, хотя требуется некоторая корректировка производительности. Сливки высокой жирности от тридцати до пятидесяти процентов находятся на границе применимости центробежных насосов и могут потребовать использования винтовых насосов, особенно при низких температурах хранения. Сгущенное молоко с его высокой вязкостью обязательно требует винтовых или мембранных насосов.

Растительные масла представляют относительно однородную группу с умеренной вязкостью в диапазоне от пятидесяти до ста сантипуаз при комнатной температуре. Большинство масел успешно перекачивается центробежными насосами при условии поддержания температуры выше пятнадцати-двадцати градусов Цельсия. Исключением является касторовое масло, вязкость которого почти на порядок выше других растительных масел. Для касторового масла рекомендуется использование винтовых насосов или подогрев до сорока-пятидесяти градусов с последующей перекачкой центробежными насосами.

Сиропы и патока требуют особенно тщательного подхода к выбору оборудования из-за широкого диапазона возможных вязкостей. Легкие сиропы с концентрацией сахара до сорока процентов имеют вязкость десять-двадцать сантипуаз и легко перекачиваются любыми типами насосов. Сиропы средней концентрации пятьдесят-шестьдесят процентов с вязкостью пятьдесят-сто сантипуаз находятся на границе эффективного применения центробежных насосов. Густые сиропы и патока с концентрацией свыше восьмидесяти процентов и вязкостью от десяти до ста тысяч сантипуаз требуют исключительно винтовых насосов с подогревом.

Томатная продукция, включая пасты, кетчупы и соусы, характеризуется тиксотропными свойствами, то есть вязкость снижается при перемешивании и возрастает в состоянии покоя. Это создает специфические требования к насосному оборудованию. Винтовые насосы идеально подходят для этих продуктов, поскольку обеспечивают равномерное сдвиговое воздействие, которое временно снижает вязкость и облегчает перекачку. Томатная паста высокой концентрации с вязкостью до ста двадцати тысяч сантипуаз требует применения винтовых насосов большого типоразмера с возможностью работы при низких скоростях.

Фруктовые пюре и джемы содержат твердые частицы различного размера, что требует использования насосов с большими проходными сечениями. Винтовые насосы с увеличенными зазорами между ротором и статором или мембранные насосы с крупными клапанами являются оптимальным выбором. Важно избегать чрезмерных скоростей течения, которые могут разрушать структуру продукта. Для густых джемов с содержанием фруктов более шестидесяти процентов и вязкостью восемь-двенадцать тысяч сантипуаз предпочтительны винтовые насосы, работающие на пониженных оборотах.

Подбор насосного оборудования для вашего производства

После изучения теоретических основ вязкости и принципов выбора насосов естественным следующим шагом становится подбор конкретного оборудования для решения ваших производственных задач. Компания Иннер Инжиниринг предлагает широкий ассортимент профессионального насосного оборудования для пищевой промышленности и других отраслей. В нашем каталоге представлены современные насосы In-Line, включая высокоэффективные модели серии CDM/CDMF и надежные насосы серии TD, которые отлично подходят для перекачки молочных продуктов и жидкостей низкой вязкости. Для предприятий, работающих с водными средами, мы предлагаем специализированные насосы для воды различного назначения.

Особое внимание следует уделить подбору оборудования для работы в специфических условиях. Наша линейка включает насосы для горячей воды, среди которых выделяются проверенные модели ЦВЦ-Т и ЦНСГ, идеально подходящие для технологических процессов с термической обработкой продуктов. Для работы с вязкими пищевыми средами, такими как растительные масла, сиропы и патока, рекомендуем обратить внимание на специализированные насосы для нефтепродуктов, масел, битума и вязких сред. В этой категории особенно востребованы трехвинтовые насосы 3В и шестеренные насосы НМШ, Ш, НМШГ, которые демонстрируют превосходную производительность при перекачке высоковязких продуктов. Для точного дозирования и перекачки растительных масел также применяются насосы АСВН, АСЦЛ, АСЦН. Наши технические специалисты готовы оказать профессиональную консультацию по выбору оптимального насосного оборудования с учетом вязкости вашего продукта, температурного режима, требуемой производительности и особенностей технологического процесса.