Курс лекций по ТОО молоко.3-4 курсы ИТФ

менее подвержены порче. Недостатком холодного сепарирования сливок является снижение эффективности обезжиривания. Вязкость охлажденного молока больше, чем нагретого. При нагревании молока с 10 до 30 °С вязкость его уменьшается в два раза. С увеличением вязкости уменьшается скорость всплывания жировых шариков и возможность выделения их из молока при сепарировании. Повышение эффективности обезжиривания возможно при использовании сепараторов для холодного сепарирования молока и значительном уменьшении производительности сепаратора. Например, при температуре 5 °С паспортную производительность сепаратора рекомендуется снизить на 50%, при температуре 10 °С — на 30%, при температуре 15 °С — на 25%. За счет снижения производительности сепаратора увеличивается продолжительность безостановочной работы (при холодном сепарировании сепаратор может работать без перерыва 4 ч). Однако при уменьшении производительности сепаратора при сепарировании холодного молока возможно увеличение потерь жира с обезжиренным молоком.

Было введено понятие разделяемости молока:

Сдостаточным приближением можно считать, что отношение ρпл - ρж.ш,

/μ является функцией температуры. С повышением температуры оно увеличивается за счет уменьшения вязкости и увеличения диаметра жировых шариков. При повышении температуры сепарирования с 5 до 60 °С средний диаметр жирового шарика увеличится примерно на 9 %, при этом скорость Стокса повысится на 6 %.

Повышенная кислотность молока уменьшает отрицательный заряд казеина, что приводит к частичной коагуляции белков молока. Белковые хлопья быстро заполняют грязевое пространство сепаратора, увеличивая количество сепараторной слизи, что влечет за собой переход жировых шариков в обезжиренное молоко и загрязнение его механическими примесями. Во избежание этого нужно чаще останавливать сепаратор на мойку либо применять самоочищающиеся сепараторы. Во избежание снижения эффективности сепарирования рекомендуется сепарировать молоко кислотностью не выше 20 Т.

Повышенная механическая загрязненность молока приводит к ухудшению обезжиривания так же, как это было описано выше, из-за быстрого заполнения грязевого пространства и попадания жировых шариков в обезжиренное молоко. Кроме того, увеличение механических загрязнений повышает бактериальное загрязнение молока, которое быстро возрастает, так как температура сепарирования оптимальна для развития микрофлоры.

От размера жировых шариков молока во многом зависит степень обезжиривания при сепарировании. Эффективность действия сепаратора

201

должна определяться минимальным размером жирового шарика, который на данном сепараторе можно отделить от плазмы молока. Чем меньше размер жировых шариков, тем труднее их выделить из молока, поскольку их плотность повышается из-за увеличения доли белкового адсорбционного слоя оболочки.

Плотность жировых шариков определяют как среднюю величину плотности жира и белковой оболочки. Отношение размера жирового шарика к толщине оболочки обусловливается главным образом его диаметром. Чем меньше диаметр, тем больше доля оболочки и сильнее влияние белкового слоя, увеличивающего плотность жирового шарика. При толщине оболочки 0,02 мкм жировой шарик диаметром 1 мкм имеет плотность в 1,1 раза большую, чем жировой шарик диаметром 3 мкм. При минимальном размере жирового шарика наступит равенство плотностей жира и плазмы молока. Когда ρпл =ρж.ш, скорость Стокса для такого шарика будет равна нулю. Это означает, что жировые шарики при сепарировании переходят в обезжиренное молоко и не попадают в сливки. Критический диаметр жирового шарика, не выделяющеюся из плазмы молока, составляет примерно 0,2 мкм.

Эффективность сепарирования молока зависит еще от количества жировых шариков предельно малого диаметра, не выделяющихся из молока. На этот фактор влияет предварительная механическая обработка молока перед сепарированием, применяемая для раздробления жировых шариков (использование центробежных насосов для подачи молока в сепаратор и другое интенсивное механическое воздействие).

С помощью различных приемов можно уменьшить переход жира в обезжиренное молоко: снизить производительность сепаратора, повысить температуру сепарирования, увеличить частоту вращения барабана сепаратора и т. п.

Из конструктивных характеристик сепараторов особое влияние на эффективность сепарирования оказывают их производительность и частота вращения барабана. Эффективность обезжиривания снижается, если повышается производительность сепаратора. Снижение эффективности сепарирования происходит также при уменьшении частоты вращения барабана сепаратора. Поэтому необходимо поддерживать постоянным приток молока в сепаратор и не изменять частоту вращения барабана сепаратора по сравнению с паспортными данными.

К снижению эффективности сепарирования приводит увеличение скорости потока вследствие увеличения расстояния между тарелками. В этом случае путь движения шарика в радиальном направлении увеличивается, а продолжительность прохождения этого пути уменьшается из-за возрастания скорости потока, и жировой шарик будет унесен вместе с потоком обезжиренного молока. Оптимальное расстояние между тарелками сепараторов-сливкоотделителей — 0,8— 1,0 мм, сепараторовмолокоочистителей — 1,2—1,6 мм.

При обычном сепарировании молока можно получить сливки с массовой долей жира 55 %. Для получения высокожирных сливок с массовой

202

долей жира 85 % требуется повторное сепарирование. Поэтому высокожирные сливки получают в два этапа: вначале получают сливки с массовой долей жира 35—40 %, а затем высокожирные сливки с массовой долей жира 83—85 %. В высокожирных сливках большинство жировых шариков деформировано, они имеют повышенную вязкость, что ухудшает эффективность обезжиривания. Для ее повышения сливки с массовой долей жира 35—40 % сепарируют при температуре 85—92 °С. При этой температуре денатурируют сывороточные белки, а при повышенной кислотности частично коагулируют казеин, что приводит к образованию повышенного количества сепараторной слизи. Вследствие теплового и механического воздействия на сливки оболочка жировых шариков дестабилизируется и происходит де-эмульгирование (вытапливание) жира. Свободный жир имеет повышенную способность к окислению и гидролизу, что в дальнейшем сказывается на хранении масла, полученного из высокожирных сливок. Для получения высокожирных сливок лучше использовать герметичные сепараторы. В них можно создавать высокие давления, позволяющие получить сливки с массовой долей жира выше 72%.

ВОПРОС 2. СЕПАРАТОРЫ МОЛОКООЧИСТИТЕЛИ

Сепаратор-молокоочиститель ОМ-1А (рис.2) применяется на фермах для первичной очистки молока.

Он включает в себя приводной механизм, барабан и приемно-выводное устройство. Приводной механизм состоит из станины, электродвигателя с фрикционно-центробежной муфтой, горизонтального и вертикального валов, пульсатора. Фрикционно-центробежная муфта предназначена для постепенной и плавной передачи вращения от электродвигателя к барабану. Для заливки и удаления масла имеются соответствующие отверстия, закрывающиеся пробками, для контроля уровня масла — смотровое стекло.

Вертикальный вал вращается в верхнем радиальном и нижнем радиально-упорном шарикоподшипниках. Верхняя горловая опора выполнена упругой, что позволяет барабану сепаратора при разгоне и остановке плавно переходить критическую частоту вращения и сохранять устойчивый ход при рабочей частоте вращения. Частоту вращения барабана контролируют, нажимая кнопку пульсатора. Нормальной частоте вращения соответствуют 47—49 толчков кнопки пульсатора в минуту.

В чаше, установленной на станине, укреплено два тормоза для остановки барабана после выключения электродвигателя и два стопора, удерживающих барабан от произвольного вращения при сборке и разборке. Барабан, в котором происходит очистка молока, закреплен на веретене гайкой. Приемно-выводное устройство через крышку крепится к чаше прижимами.

Особенность конструкции сепарирующего устройства — отсутствие пакета разделительных тарелок. Он заменен крыльчаткой, которая выполняет роль сепарирующего устройства.

203

заключена между шестью радиально расположенными пружинами. Лабиринтное уплотнение предохраняет подшипник горловой опоры и масляную ванну от попадания в них грязи, воды и сепарируемого продукта.

Вертикальная нагрузка от барабана и вала в сборе воспринимается пружиной стакана подпятника. В этом же стакане установлен сдвоенный радиально-упорный подшипник. Для регулирования положения барабана по высоте предусмотрена регулировочная шайба. В стакане имеется отверстие, совпадающее с отверстием в нижнем гнезде станины. Эти отверстия позволяют маслу циркулировать во время работы сепаратора. Нижняя часть станины закрыта крышкой с прокладкой. Крышку крепят к станине четырьмя болтами. В крышке имеется пробка, служащая для слива масла из нижней опоры. Для слива масла из картера станины предусмотрено отверстие, закрываемое пробкой. Уровень масла определяют по маслоуказателю.

Основной исполнительный орган сепаратора — барабан (рис. 3, б). Закрепленный на вертикальном валу, он состоит из основания, тарелкодержателя с пакетом тарелок, крышки, большого и малого затяжных колец и запорного поршня конического типа. Для ускорения остановки барабана сепаратора после выключения электродвигателя предусмотрен тормоз.

Гидросистема (рис. 3, в) предназначена для управления ручной или автоматической выгрузкой осадка из барабана, а также для промывки приемника осадка. Она состоит из фильтра, крана, редуктора для регулирования давления в гидросистеме, манометра, электромагнитных вентилей для управления работой барабана и для подачи воды в приемник шлама, а также вентиля для управления работой сепаратора вручную. Гидросистему устанавливают отдельно от сепаратора и соединяют с ним трубопроводом. Гидроузел гидросистемы, служащий для подачи буферной воды в соответствующие полости барабана, состоит из подводящей коммуникации, клапанного устройства, распределителя буферной жидкости, напорного диска и сигнального крана. В приемнике осадка на верхнем торце станины имеются штуцер и форсуночное устройство для подвода воды при автоматической и ручной мойке.

Принцип действия сепаратора следующий. После набора барабаном необходимой частоты вращения открывают кран (на схеме не показан) на линии подвода воды к гидросистеме, и вода через фильтр поступает в гидросистему. Затем открывают вентиль 6, и вода через гидроузел сепаратора поступает в барабан. После заполнения водой пространства под поршнем он поднимается вверх и перекрывает разгрузочные щели в основании барабана. Вентиль 6 ставят в положение «Подпитка», после этого исходный продукт из молокопровода через тарелкодержатель попадает в барабан и заполняет межтарелочное пространство. Под действием центробежной силы тяжелые механические примеси и слизь перемещаются к периферии барабана и оседают в шламовом пространстве. Очищенное молоко по наружным каналам тарелкодержателя поднимается вверх и через отверстие в крышке

207

барабана поступает в напорную камеру, из которой выводится напорным диском в производственные трубопроводы.

Шламовое пространство периодически частично или полностью очищается (разгружается) во время работы. Частичную выгрузку применяют при автоматическом режиме работы, в этом случае удаляется только осадок, а молоко остается в барабане. Автоматическая разгрузка осадка управляется электромагнитными вентилями с помощью трех реле времени, размещенных в щите управления. Электромагнитное реле регламентирует продолжительность открытия электромагнитного вентиля 7, подающего воду через гидроузел в барабан сепаратора. Программное реле времени обеспечивает открытие электромагнитного вентиля 4 и подачу воды для автоматической мойки приемника осадка.

Взависимости от степени загрязненности молока время между разгрузками колеблется от 40 до 95 мин, разгрузка продолжается от 0,3 до 0,7 с. Если система автоматической выгрузки осадка выходит из строя, можно использовать ручное управление. Для этого открывают кран, и вода попадает

кгидроузлу, кран может оставаться в открытом положении около 1 с, после чего его опять ставят на подпитку. В это время барабан частично разгружается.

Всепараторе А1-ОЦМ-15 с периодической центробежной выгрузкой осадка по сравнению с аналогами снижены удельная металлоемкость в 2 раза, удельное потребление электроэнергии в 1,5 раза, а также шумовые и вибрационные характеристики и потери молока. Центробежными разгрузчиками осадка управляет бесклапанная система, что обеспечивает надежность и удобство в эксплуатации.

Сепаратор А1-ОЦМ-15 (рис. 4, а) состоит из привода, барабана, приемника осадка с гидроузлом, крышки, приемно-выводного устройства. Привод предназначен для передачи вращения от электродвигателя барабану и состоит из горизонтального и вертикального валов. На горизонтальный вал насажены бандаж, зубчатое колесо. Вращение от электродвигателя плавно передается фрикционной муфтой горизонтальному валу и через зубчатую передачу вертикальному. В барабане, состоящем из основания, поршня, тарелкодержателя с пакетом тарелок и крышки, молоко очищается от механических примесей.

Приемник осадка предназначен для накопления шлама и отвода его в канализацию, а гидроузел — для подачи управляющей воды в соответствующую полость основания барабана. Крышка сепаратора является защитным кожухом барабана. На ней устанавливается приемно-выводное устройство для подачи в сепаратор исходного и отвода очищенного молока в производственные коммуникации. Приемно-выводное устройство состоит из центральной трубы, напорного диска и отводящей магистрали. На последней установлен манометр. Пульт управления служит для автоматического регулирования центробежной выгрузки осадка. Гидросистема предназначена для управления ручной или автоматической (центробежной) выгрузкой осадка из барабана, а также для промывки приемника осадка.

208

Принцип работы сепаратора следующий. Исходное молоко через центральную трубку приемно-выводного устройства поступает в барабан, где в зазорах между промежуточными тарелками происходит его очистка от механических примесей. Очищенное молоко постоянно выводится из барабана напорным диском и через отводящую магистраль направляется в производственные коммуникации. Давление очищенного молока регулируется клапаном и контролируется манометром.

Осадок периодически выводится из барабана. В полость барабана подают воду. Поршень под воздействием гидростатического давления опускается, и осадок через разгрузочные щели основания вытесняется из барабана. Вода также выводится из барабана через отверстие в поршне. Под воздействием воды, находящейся в полости барабана, поршень поднимается и перекрывает разгрузочные щели, и выгрузка осадка прекращается. Гидросистему (рис. 4, б) устанавливают на расстоянии 1,5 м от сепаратора и соединяют с ним трубопроводом внутренним диаметром не менее 15 мм.

209

Питание гидросистемы осуществляется от водопроводной сети, давление воды не менее 0,2 МПа, температура не выше 35 "С. На выходе установлен фильтр, улавливающий механические примеси. Манометр показывает давление в гидросистеме после редукционного клапана, регулирующего давление в линии разгрузки барабана. При управлении механизмом разгрузки по команде с пульта управления срабатывает электромагнитный вентиль 3(1) и вода направляется в полость барабана. Через электромагнитный вентиль 3(2) вода подается на охлаждение и смачивание приемника осадка в автоматическом режиме работы сепаратора. В случае выхода из строя системы автоматической выгрузки осадка переходят на ручное управление: вентиль 4(1) — разгрузка, а вентиль 4(2) — смачивание приемника осадка.

Аналогичные назначение и принцип работы имеет и сепаратор Ж5- ОМ2-Е-С.

Технические характеристики сепараторов с периодической выгрузкой осадка приведены в табл. 2.

a.Технические характеристики сепараторов-молокоочистителей с периодической выгрузкой осадка

Сепараторы А1-ОХО и ОХО-25 применяют для холодной очистки молока, поступающего из емкостей для хранения на автоматизированные линии производства стерилизованного молока с асептическим розливом

(табл. 2).

Сепаратор А1-ОХО (рис. 5, а) в отличие от других сепараторов снабжен переходным фланцем и состоит из станины с приводом, барабана, приемника осадка, крышки сепаратора, приемно-выводного устройства, гидроузла. В станине монтируются все основные узлы привода: вертикальный и горизонтальный валы, тахометр с шестерней, указатель уровня масла. На вертикальном валу (веретене) закреплен барабан, на горизонтальном — винтовая шестерня, передающая вращение вертикальному валу. Для передачи вращения от электродвигателя к барабану служит упругая муфта, соединяющая вал электродвигателя с фрикционно-центробежной разгонной муфтой и горизонтальным валом.

Барабан, установленный на вертикальном валу, является основным исполнительным органом сепаратора. Состоит из основания с лабиринтом и ограничительной форсункой, подвижного поршня с прокладкой,

210