Вязкость продуктов
Вязкость жидкостей
Вязкость — свойство жидкости, характеризующее способность её частиц оказывать взаимное сопротивление при перемещении относительно друг друга (внутреннее трение). Это один из ключевых параметров при подборе насосного и гомогенизирующего оборудования: от вязкости продукта зависит выбор типа насоса, давления гомогенизации, диаметра трубопроводов и режима работы всей технологической линии.
Основные понятия
- Динамическая вязкость — измеряется в сантипуазах (сПз) или миллипаскаль-секундах (мПа·с). 1 сПз = 1 мПа·с. Вода при +20°C имеет динамическую вязкость 1 сПз — это базовая точка отсчёта.
- Кинематическая вязкость — отношение динамической вязкости к плотности жидкости, измеряется в сантистоксах (сСт). Используется при расчёте трубопроводных систем и подборе арматуры.
- Условная вязкость — измеряется в градусах Энглера (°Е), представляет собой косвенный метод определения гидравлического сопротивления. Применяется для нефтепродуктов и промышленных масел.
Влияние температуры и давления
Вязкость жидкостей сильно зависит от температуры: при нагреве она снижается, при охлаждении — растёт. Именно поэтому многие технологические процессы (гомогенизация, перекачка, фасовка) проводятся при строго определённой температуре. Например, молоко гомогенизируют при 55–70°C — при этой температуре вязкость минимальна и жировые шарики дробятся наиболее эффективно. Давление также влияет на вязкость: при повышении давления вязкость большинства жидкостей увеличивается.
Зачем знать вязкость при подборе оборудования
Вязкость продукта определяет, какое оборудование подойдёт для его перекачки и обработки. Маловязкие жидкости (до 200 сПз) — вода, молоко, соки — перекачиваются центробежными насосами и гомогенизируются стандартными плунжерными гомогенизаторами при давлении 150–200 бар. Средневязкие продукты (200–5 000 сПз) — сметана, йогурт, кетчуп — требуют объёмных насосов (кулачковых, шестерёнчатых) и повышенного давления гомогенизации (400–600 бар). Высоковязкие продукты (свыше 5 000 сПз) — майонез, пюре, зубная паста, мази — перекачиваются только объёмными насосами, а для гомогенизации применяются специализированные аппараты высокого давления (600–1500 бар) или роторно-пульсационные установки.
Методы измерения
Для измерения вязкости применяются специализированные приборы — вискозиметры. Основные типы: капиллярные (по скорости истечения через капилляр), ротационные (по крутящему моменту вращающегося элемента в жидкости), вибрационные (по затуханию колебаний) и воронки (по времени истечения определённого объёма). Для пищевых и косметических производств чаще всего используются ротационные вискозиметры Brookfield — они позволяют измерить вязкость непосредственно в ёмкости при рабочей температуре.
Ориентировочные значения вязкости
Таблица ниже содержит примерные значения динамической вязкости различных жидкостей и продуктов при комнатной температуре (около +20°C, если не указано иное). Значения ориентировочные и могут отличаться в зависимости от состава, температуры и рецептуры конкретного продукта.
| Наименование | Вязкость, сПз (мПа·с) | Примечание |
|---|---|---|
| Маловязкие жидкости (до 200 сПз) | ||
| Вода | 1 | при +20°C |
| Молоко цельное | 2–3 | при +20°C |
| Обезжиренное молоко | 1,5–2 | при +20°C |
| Молочная сыворотка | 1,2–1,5 | |
| Сок яблочный (осветлённый) | 2–5 | |
| Пиво | 1,5–2 | |
| Вино | 1,2–1,5 | |
| Уксус | 1,2–1,5 | |
| Бензин | 0,6 | |
| Керосин | 2–3 | |
| Дизельное топливо | 3–6 | при +20°C |
| Сливки 10% | 10–15 | при +20°C |
| Сливки 20% | 15–20 | при +20°C |
| Соевое молоко | 5–15 | |
| Овсяное молоко | 10–50 | зависит от рецептуры |
| Масло растительное | 50–100 | подсолнечное, при +20°C |
| Масло оливковое | 80–100 | при +20°C |
| Глицерин | 150 | при +25°C |
| Сок томатный | 150–200 | с мякотью |
| Средневязкие жидкости (200–5 000 сПз) | ||
| Сливки 35–40% | 20–50 | при +20°C |
| Смесь для мороженого | 200–500 | до фризерования, при +4°C |
| Сливочный ликёр | 200–500 | |
| Моторное масло 10W-40 | 100–200 | при +20°C |
| Трансмиссионное масло | 200–500 | при +20°C |
| Кефир | 300–800 | зависит от степени перемешивания |
| Ряженка | 300–600 | |
| Йогурт питьевой | 500–1 500 | |
| Жидкое мыло | 1 000–3 000 | |
| Шампунь | 1 000–3 000 | |
| Сметана 15% | 1 000–2 000 | |
| Лосьон для тела | 1 000–5 000 | |
| Краска латексная | 1 000–5 000 | |
| Сметана 25% | 2 000–3 500 | |
| Мёд жидкий | 2 000–5 000 | при +25°C, зависит от сорта |
| Сгущённое молоко | 2 000–5 000 | при +20°C |
| Йогурт ложковый | 2 000–5 000 | |
| Вязкие жидкости (5 000–50 000 сПз) | ||
| Варенье, джем | 3 000–10 000 | |
| Майонез | 5 000–15 000 | зависит от жирности |
| Кетчуп | 5 000–15 000 | |
| Краска масляная | 5 000–20 000 | |
| Битумная эмульсия | 5 000–30 000 | при +60°C значительно ниже |
| Горчица | 10 000–20 000 | |
| Пюре овощное/фруктовое | 10 000–20 000 | |
| Смазка консистентная | 10 000–50 000 | |
| Творог мягкий | 10 000–30 000 | зависит от влажности |
| Паштет | 10 000–30 000 | |
| Ореховая паста (тахини) | 10 000–30 000 | |
| Мёд засахаренный | 10 000–50 000 | при +20°C |
| Крем косметический | 10 000–50 000 | зависит от рецептуры |
| Мазь фармацевтическая | 10 000–50 000 | |
| Плавленый сыр | 10 000–50 000 | при +80°C значительно ниже |
| Арахисовая паста | 15 000–40 000 | |
| Высоковязкие продукты (свыше 50 000 сПз) | ||
| Зубная паста | 50 000–100 000 | |
| Шоколадная масса | 50 000–200 000 | при +40°C |
| Силикон (герметик) | 50 000–500 000 | зависит от марки |
| Карамельная масса | 100 000–500 000 | при +80°C значительно ниже |
| Оконная замазка | 100 000 000 | 108 сПз |
Как вязкость меняется с температурой
Графики ниже показывают, как падает вязкость при нагреве. Обратите внимание: для мёда и сгущённого молока разница между +5°C и +80°C составляет тысячи раз. Именно поэтому многие продукты перекачивают и гомогенизируют в нагретом состоянии — при меньшей вязкости оборудование работает эффективнее и потребляет меньше энергии.
Пищевые продукты (5–80°C)
Технические жидкости (5–100°C)
Косметическая продукция (5–80°C)
Значения ориентировочные. Реальная вязкость зависит от состава, рецептуры и условий. Для неньютоновских жидкостей указана кажущаяся вязкость при типичной скорости сдвига. Наведите на точку графика, чтобы увидеть точное значение.
Неньютоновские жидкости
Многие пищевые и косметические продукты являются неньютоновскими жидкостями — их вязкость изменяется в зависимости от приложенного усилия (скорости сдвига). Например, кетчуп и йогурт при покое ведут себя как густые массы, но при перемешивании или перекачке становятся более текучими (псевдопластичное поведение). Это важно учитывать при подборе насосов и гомогенизаторов: вязкость в трубопроводе при рабочей скорости может быть в несколько раз ниже, чем в ёмкости в покое. Для неньютоновских продуктов значения вязкости в таблице выше являются приблизительными и указаны при типичных условиях перемешивания.
Связь вязкости и давления гомогенизации
Чем выше вязкость продукта, тем большее давление требуется для его эффективной гомогенизации. Маловязкие продукты (молоко, соки, растительное молоко) гомогенизируются при стандартном давлении 150–200 бар. Средневязкие (сметана, йогурт, сливки 35%) — при 200–400 бар. Густые эмульсии (майонез, кетчуп, косметические кремы) требуют 400–600 бар. Для высоковязких и специализированных продуктов (фармацевтические мази, пигментные пасты) применяются гомогенизаторы высокого давления — от 800 до 1500 бар.
Заключение
Вязкость — ключевой параметр при подборе любого оборудования для перекачки, гомогенизации, фасовки и транспортировки жидких и пастообразных продуктов. Знание вязкости продукта при рабочей температуре позволяет правильно выбрать тип насоса, давление гомогенизации, диаметр трубопроводов и режим работы линии. Если вы не знаете вязкость вашего продукта — её можно измерить ротационным вискозиметром или ориентироваться на значения из таблицы выше для аналогичных продуктов.
