Лабораторная работа № 3

УСТРОЙСТВО, ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС И РАСЧЕТ МОЛОЧНЫХ СЕПАРАТОРОВ

Цель работы:

1. Изучить устройство, особенности конструкции и технические данные молочных сепараторов.

2. Знать технологический процесс и основные регулировки.

3. Выполнить расчеты молочных сепараторов.

Основные сведения. Сепараторы предназначены для очистки молока от механических примесей, нормализации и разделения его на сливки и обезжиренное молоко (обрат).

Сепараторы классифицируют:

• по назначению: очистители, нормализаторы, сливкоотделители, универсальные агрегаты и сепараторы специального назначения (получения высокожирных сливок, холодного сепарирования, отделения сыворотки от сгустка и др.);

• по конструкции:

1. открытые, у которых молоко при поступлении и отводе его продуктов после сепарирования соприкасается с окружающим воздухом. Они имеют подачу до 0,3 кг/с;

2. полузакрытые сепараторы, у которых молоко при подаче на сепарирование соприкасается с окружающим воздухом, а его продукты (сливки, обрат) отводятся закрытым путем. Такие сепараторы имеют подачу от 0,5 до 1 кг/с.

3. герметические или закрытого типа сепараторы характеризуются тем, что в них и подача молока, и отвод его продуктов происходят под давлением по закрытым каналам. Их подача превышает 1 кг/с.

Технологический процесс разделения молока на обрат и сливки в сепараторе происходит следующим образом.

При вращении барабана молоко поступает из трубопровода в поплавковую камеру. При ее заполнении молоком поплавок всплывает на уровень, при котором оказываются равными приток молока из трубопровода и расход его через центральную трубку. Постоянный уровень молока и поплавковой камере обеспечивает постоянный напор подачи молока, что стабилизирует динамику процесса сепарирования.

По центральной трубке молоко попадает в пазы тарелкодержателя и через его нижние отверстия направляется по трем вертикальным каналам пакета тарелок вверх. Откуда молоко распределяется тонкими слоями по зазорам между тарелками. Под действием центробежных сил из каждого слоя молока образуется поток обезжиренного молока (обрат) и поток сливок, где концентрируются жировые шарики.

Поток молока перемещается в зазоре между тарелками со скоростью . В этом потоке жировые шарики, имеющие меньшую в сравнении с обратом плотность, «всплывают», вытесняются в радиальном направлении к оси вращения барабана со скоростью . В сложном движении жировые шарики перемещаются в зазоре между двумя смежными тарелками со скоростью до соприкосновения с верхней конической поверхностью нижней тарелки. Накапливаясь на ее поверхности, они образуют слой сливок, который перемещается по этой поверхности к оси вращения барабана. Этот слой стекает с внутренней кромки тарелки и попадает в пазы тарелкодержателя, и по ним направляется вверх в кольцевую горловину верхней разделительной тарелки. Отсюда сливки выбрасываются через квадратное отверстие регулировочного винта в сборник для сливок.

Обрат направляется на периферию тарелок, попадает в так называемую грязевую камеру - пространство, ограниченное внешними кромками пакета тарелок, основанием и корпусом барабана. Здесь под действием центробежных сил из обрата выделяются механические примеси и другие включения, имеющие большую плотность, чем обрат. Они отбрасываются на периферию и накапливаются в виде кольцевого слоя на внутренней стенке корпуса барабана, откуда удаляются при разборке барабана вручную. Из грязевой камеры обрат поднимается вверх и перемешается по кольцевому зазору, образуемому внешней поверхностью верхней разделительной тарелки и конической частью корпуса барабана и его горловиной, попадает в прорези , откуда выбрасывается в сборник для обрата.

Технологический процесс очистки молока в барабане-очистителе происходит следующим образом.

Молоко из поплавковой камеры по центральной трубке, пазам тарелкодержателя направляется к его нижним отверстиям, откуда выбрасывается в грязевую камеру барабана. Здесь под действием центробежных сил крупные механические примеси, имеющие большую плотность, чем молоко, отбрасываются на периферию в радиальном направлении и накапливаются в виде кольцевого слоя на внутренней стенке корпуса барабана. Таким образом, происходит предварительная очистка молока.

Из грязевой камеры молоко поступает к внешним кромкам тарелок пакета и распределяется между ними тонкими слоями. Как и в молочном сепараторе, молоко очищается дополнительно под действием центробежных сил. Примеси, имеющие большую плотность, чем, молоко, перемещаются в его потоке на периферию в радиальном направлении. Они накапливаются в виде подвижного слоя на внутренней конической поверхности тарелок. Перемещаясь по этой поверхности, попадают в грязевую камеру и далее отбрасываются на периферию в кольцевой слой из примесей, накопившихся ранее на внутренней стенке корпуса барабана. Эти примеси периодически удаляют при разборке барабана вручную через 1,5 - 2 часа непрерывной его работы.

Очищенное молоко перемещается по зазору между тарелками к оси вращения барабана.

При сходе с внутренних кромок тарелок молоко попадает в вертикальные пазы тарелкодержателя, перемещается по ним вверх и выбрасывается через прорези корпуса в сборник для очищенного молока.

Молочный жир содержится в молоке в виде мельчайших шариков в небольших количествах (3...5% от массы молока) Преобладают шарики диаметром 1,5...5,9мкм.

При отстаивании жировые шарики всплывают на поверхность молока, так как их плотность меньше плотности обезжиренной фазы, например, при температуре 30°С – 912 и 1031 кг/м³ соответственно. Процесс отстаивания продолжается от 10 до 30 часов. Скорость всплывания отдельных шариков составляет не более 5 мм/ч. Величину этой скорости, называемой скоростью Стокса, определяют по формуле:

_(3.1)

где g - ускорение силы тяжести, м/с²;

d - диаметр жирового шарика, м;

- плотность обрата и молочного жира, кг/м³

- вязкость молока, Па с.

В диапазоне температур 15...75⁰С считают, что

Тогда

где t - температура молока, °С.

В скоростном вращающемся барабане сепаратора вектор скорости Стокса направлен по нормали к оси вращения. В расчетную формулу вместо ускорения силы тяжести входит центростремительное ускорение, то есть

_(3.2)

или

_(3.3)

где - угловая скорость барабана, с^-1

R - радиус, на котором находится рассматриваемый шарик, м;

n - частота вращения барабана, с^-1.

Продолжительность выделении сливок составляет 4...5 с при непрерывном процессе. Окружные скорости барабанов достигают 60... 120 м/с. С увеличением производительности сепараторов возрастает окружная скорость. Это происходит вследствие роста габаритных размеров, хотя частоты вращения крупных барабанов снижаются.

При первичной обработке и переработке молоха применяют различные сепараторы:

по технологическому назначению - для получения сливок, для очистки молока, для отделения творожного сгустка и др.;

по способу подачи молока и отводу продуктов - открытые, полузакры­тые с отводом продуктов, сепарирования по трубам под давлением и герме­тические с подводом молока и отводом продуктов по трубам;

по способу удаления из барабана механических примесей и белкового сгустка - с ручной выгрузкой, с непрерывной и периодической выгрузкой, саморазгружающиеся;

по типу привода; - с ручным и электроприводом.

УСТРОЙСТВО СЕПАРАТОРОВ

Сепараторы состоят из следующих основных узлов: приводного механизма, барабана и приемно-отводного устройства.

Приводной механизм служит для передачи вращения от электродвигателя к барабану.

Наиболее простым является привод бытовых малых сепараторов с про­изводительностью до 100 л/ч. В корпусе вертикально смонтирован электро­двигатель однофазного тока напряжением 220 В. На выступающий вал двигателя устанавливают барабан. Шпонка основания барабана входит в поперечную прорезь вала.

Чаще применяют другую схему привода с повышающей передачей, так как асинхронные двигатели при частоте 50 Гц имеют частоту вращения не более 50 с^-1. Вращение передается от электродвигателя через центробежную муфту на горизонтальный вал и колесо, а затем на вертикальный вал (веретено) и барабан.

Передачу колесо - вал изготавливают из разных материалов, имеющих малый коэффициент трения и высокую износостойкость. Для колеса берут оловянистую бронзу, а для вала - сталь, например, 40Х с термообработкой.

Винтовую нарезку веретена выполняют многозаходной, обеспечивающей большой угол наклона зуба. Эта передача способна передавать вращение в двух направлениях: от двигателя к барабану (разбег и рабочих ход), от барабана к двигателю (остановка). Передаточное отношение винтовой пары равно 3...6.

Особенностью конструкции приводного механизма является применение упругой горловой опоры верхнего подшипника веретена. Этот подшипник устанавливают с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости. Для этого между гнездом и подшипником ставят упругий элемент: у малых сепараторов - резиновую втулок ,у более крупных - шесть радиально расположенных пружин сжатия . Необходимость упругой опоры вызвана тем, что положение центра тяжести барабана не со­впадает с осью вращения. Причинами такого состояния могут быть: неоднородностью плотности материала, неточности изготовления и сборки. Барабан самобалансируется, наклоняя веретено так, что центр тяжести попадает на геометрическую ось вращения. Коэффициент жесткости пружин одного комплекта не должен отклоняться более чем на ±3%, то есть в различиных радиальных направлениях опора должна быть равноупругой.

В сепараторах с зубчатой передачей предусмотрена смазка разбрызгиванием масла. Его заливают в картер станины. Уровень масла проверяют через смотровое окошко.

Частоту вращения барабана контролируют по стрелочному тахометру и пульсатору. Они приводятся от горизонтального вала. При нажатии на стержень пульсатора палец ощущает толчки эксцентрика. Число толчков пульсатора за одну минуту и частоту вращения горизонтального вала по тахометру указывают в инструкции.

Для ускорения остановки барабана после отключения двигателя применяют устройства торможения. В чаше сепаратора устанавливают два тормоза под углом 180⁰ друг к другу. Кроме того ставят стопорные винты, фиксирующие барабан при сборке и разборке.

В состав барабанов сепараторов (рис. 3.1) входят, основание 7, крышка 6. тарелкодержатель 1, конические тарельчатые вставки 5. В центре основания расположена центральная трубка с резьбой и тремя продолговатыми отверстиями для заполнения молоком каналов тарелкодержателя.

В зависимости от технологического назначения сепаратора детали барабана имеют некоторые различия.

В барабанах сепараторов-молокоочистителей увеличен зазор меду та­релками в сравнении со сливкоотделителями. Так, в Г9-ОМА зазор составляет 3 мм при 26 тарелках в пакете, а в Г9-ОСП - 0,4 мм при 90... 100 тарелках, Диаметр тарелок барабанов-молокоочистителей меньше, чем в слив­коотделителях. Отсюда больше объем грязевого пространства. Удельная величина грязевого пространства сстлвпяет02…0.9 см³/(л/ч).

В тарелках сепараторов-сливкоотделителей делают по три отверстия, расположенных под углом 120⁰ друг к другу. В пакете тарелок отверстия образуют три вертикальных канала (см. рис. 3.1) для заполнения барабана молоком. Тарелки селараторов-молокоочистителей изготавливают без отверстий.

Рис 3.1 - Технологическая схема разделения молока на сливки и обрат:

1 - тарелкодержатель; 2- центральная трубка; 3- винт регулирования жирности сливок; 4- разделительная тарелка; 5- пакет тарелок; 6- крышка; 7- основание

Рис – 3.2. Схема приемно-отводного устройства:

1 - приемная воронка; 2 - поплавок; 3 - трубка; 4 - напорный диск сливок; 5- напорный диск обрата.

Расчет производительности сепараторов

Производительность сепаратора выполняют по формуле

_(3.4)

где М -производительность сепаратора, м³/с;

- технологический коэффициент сепаратора, ;

— угловая скорость, рад/с;

Z – число тарелок, шт;

— угол наклона тарелки относительно горизонтали;

- соответственно максимальный и минимальный радиусы рабочей части тарелок;

d - диаметр жирового шарика минимальных размеров, d_расч = 1 - 3,5 мкм;

t_м - температура молока, °С.

Описание лабораторного сепаратора

Устройство и принцип работы сепаратора

Сепаратор центробежный молочный «Мотор Оч СЦМ-80», в дальнейшем «сепаратор», с электрическим приводом производительностью не менее 80 л/час предназначен для разделения цельного молока на сливки и обезжиренное молоко с одновременной очисткой от загрязнения.

1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

1.1. Производительность по молоку, л/ч, не менее 80

1.2. Частота вращения барабана, об/мин 10500±1000

1.3. Количество тарелок в барабане, шт. 10...12

1.4. Вместимость молокоприемника. л 12

1.5. Содержание жира з обрате. %, не более 0,05

1.6.Регулировка объемных соотношений жира к

обрату от 1:4 до 1:10

1.7.Мощность потребляемая, Вт не более 60

1.8. Напряжение питания, В 220±10%

1.9.Частота питающего напряжения, Гц 50

1.10. Температура сепарируемого молока, ⁰С 35...40

1.11.Габаритные размеры, мм. не более

диаметр чаши 365

высота 520

1.12.Масса сепаратора, кг 6

Сепаратор (рис.3.3) состоит из корпуса 3 с электродвигателем 6, ба­рабана 2, приемника обрата 21, приемника сливок 11, поплавка 5, камеры поплавковой 4, молокоприемника 1, пробки 10.

На корпусе 3 установлены: выключатель 16, шнур армированный 22. Электродвигатель 6 крепится к корпусу 3 на трех шпильках гайками 18. Для уменьшения резкого толчка в момент пуска двигателя и предотвраще­ния схода барабана 2 с конусного хвостовика приводного вала во фланец электродвигателя вставлены амортизаторы — втулки 15.

Основной рабочий орган — барабан (рис. 3.4). В барабане под действием центробежных сил происходит процесс разделения молока на сливки и обрат. Барабан состоит из тарелкодержателя 1 с набором алюминиевых та­релок 3, разделительной тарелки 4 с регулировочным винтом 7, крышки 2, уплотнительного кольца 5, гайки 6. Приемно-выводное устройство, в дальнейшем «посуда», служит для подачи подогретого молока в барабан и вывода сливок и обрата из бараба­на. Посуда состоит из молокоприемника с пробкой, камеры по­плавковой, поплавка, приемников сливок и обрата.

Рис.3.3 Сепаратор

1 — молокоприемник, 2 — барабан, 3 — корпус, 4— камера поплавковая, 5 — поплавок, 6 — электродвигатель, 9 — опора, 10 — пробка, 11 — приемник сливок, 12 — отража­тель, 13— втулка, 14— втулка, 15 — выключатель, 16 — гайка, 21 — приемник обрата.

Рис. 3.4. Барабан: 1 — тарелкодержатель, 2 — крышка, 3 — тарелки типа «А» и «Б», 4 — тарелка разделительная, 5 — кольцо, 6 — гайка, 7 — винт.

Рис. 3.5 а Тарелка типа А Рис.3.5 б Тарелка типа Б

Меры безопасности при работе сепаратора

Внимание! Перед вводом в эксплуатацию сепаратора, внимательно изу­чите текст паспорта.

1.Запрещается непрерывная работа сепаратора более одного часа без последующей остановки на 20...30 минут для охлаждения.

2.При появлении постороннего шума или повышенной вибрации в сепараторе, работу необходимо прекратить и устранить причину неисправ­ности.

Примечание. Допускается незначительное дребезжание посуды сепарато­ра при работе без молока в чаше молокоприемника, т.е. в конце сепариро­вания.

3.Запрещается работать на сепараторе при незатянутой гайке барабана поз. 6 (рис. 3.4).

4.Запрещается разбирать сепаратор до полной остановки барабана.

5.Запрещается работать на сепараторе с неисправной электропровод­кой.

6.Перед чисткой сепаратора, его необходимо выключить выключателем и вынуть вилку шнура из розетки. Не допускается тянуть вилку из розетки за шнур.

7.Запрещается открывать пробку подачи молока раньше, чем барабан достигнет полной скорости вращения (через 30...40 секунд после включе­ния).

8.Запрещается выключать электропривод сепаратора, если пробка кра­на открыта, и молоко продолжает поступать во вращающийся барабан.

9.Запрещается эксплуатация сепаратора при падении напряжения в сети ниже, чем 190 В. В случае падения напряжения ниже допустимого, рекомендуется включать сепаратор через бытовой стабилизатор напряжения.

Методика проведения экспери­мента.

Работу начинают с изуче­ния устройства сепоратора, который находится в лаборатории. Затем внимательно знакомятся с техникой безопасности.

Каждая бригада проводит опыт в соответствии со следующим порядком работы

1. Перед включением придерживайтесь следующей последовательности сборки: наденьте собранный барабан на конусную часть вала, слегка его прижав рукой сверху

2. Установите приемник обрата 21 приемник сливок 11. Обратите внимание на правильность их установки на корпус и между собой.

3. Проверните рукой за гайку барабана и убедитесь в отсутствии его касания к корпусу и приемникам обрата и сливок.

4. Носики приемников обрата и сливок установите в удобное положение, подставьте емкость, побольше для обрата и поменьше для сливок.

5. Установите поплавковую камеру, вложите в полость поплавок, устано­вите молокоприемник, вставьте пластмассовую пробку в конусное отверстие корпуса на дне молокоприемника.

Внимание! Пробка в молокоприемнике д.б. в положении «Закрыто», т.е. заостренная часть рукоятки пробки д.б. повернута в сторону от выемки имеющейся на кромке молокоприемника. Сепаратор включать только при помощи клавишного выключателя.

6. Перед включением сепаратора в сеть, клавишный выключатель установите в положение «О», т.е. выключено. Вставьте после этого вилку шнура в розетку.

Внимание! Запрещается эксплуатация сепараторов без устройства защиты от перегрузки и короткого замыкания.

Примечание. 1. При установке поплавковой камеры из пластмассы обяза­тельно совместить паз на ней с желобом на приемке сливок. 2. Если в вашем сепараторе корпус из пластмассы, то при установке приемника обрата поз. 21 необходимо совместить паз на нем с высту­пом внутри корпуса.

Сепарирование молока

1.Процеженное цельное молоко влейте в чашу молокоприемника. Лучше всего молоко сепарируется подогретое до температуры (35...40) С.

2.Включите выключателем электропривод сепаратора. После достижения полной скорости вращения барабана, через 30...40 с после включения, откройте кран, т.е. поверните ручку пробки (заостренной частью) в сторону засечки на кромке молокоприемника.

3.По окончании сепарирования в чашу для молока для промывки влейте примерно 3 литра теплой воды и пропустите ее через включенный сепаратор для удаления остатков обрата и сливок.

4.Время непрерывной работы сепаратора не более одного часа, после чего сепаратор выключить на 20...30 мин. для охлаждения.

Внимание! Барабан снимать с вала электропривода осторожно, прикладывая усилие вверх. Не допускается чрезмерное раскачивание барабана на валу, кото­рое может привести к деформации и искривлению вала или конуса вала.

Примечание. При проверке годности электропривода в магазине (без заполне­ния сепаратора молоком) допускается незначительное дребезжание посуды, установленной на корпусе.

5.Для остановки сепаратора поверните пробку влево или вправо от выемки на кромке молокоприемника, дождитесь, пока прекратится выход сливок и обрата и только после этого отключите от сети электропривод при помощи выключателя.

Регулировка жирности сливок

По своему усмотрению отрегулируйте густоту сливок винтом с квадратным отверстием, который установлен в верхней части разделительной тарелки. Пользуйтесь при регулировке квадратным штырем специального ключа.

Если нужны густые сливки, то винт вращать надо по часовой стрелке, если жидкие, то винт вращать против часовой стрелки. Обычно одного оборота в одну и другую сторону достаточно для нужной регулировки.

Внимание! Винт вращать осторожно, чтобы не повредить резьбу в разде­лительной тарелке. Не допускается упор винта в резьбовую поверхность тарелкодержателя барабана.

Порядок разборки барабана для промывки

1. Барабан разобрать при помощи специального ключа из комплекта принад­лежностей. Отверните гайку. Обычно крышка барабана сидит плотно на тарелкодержателе, поэтому барабан перевернуть и ударить торцем резьбовой части по деревянной доске по направлению стрелки.

Запрещается резьбовой торец барабана бить по твердой подставке.

2. Открыв барабан, снимите разделительную тарелку, затем снимите набор тарелок, резиновое уплотнительное кольцо.

Примечание. При разборке барабана не нарушайте регулировку жир­ности (густоты) сливок, т.е. без надобности не выкручивайте регулиро­вочный винт в верхней части разделительной тарелки. Следите за сохран­ностью уплотнительного кольца.

Внимание! Запрещается разборка барабана при выступающем регулировоч­ном винте 7 (рис. 2).

3. В барабане установлены (рис. 3.5 а и рис. 3.5 б) поочередно 2 типа тарелок: тип «А» — 5...6 шт. и тип «Б» — 5...6 шт. На тарелкодержатель устанавливается сначала тарелка типа «А», затем типа «Б» и т. д.

Внимание! Через каждые две заправки и сепарирования (примерно 20-25 литров) молока, сепаратор разобрать и помыть все детали барабана. При сборке барабана рекомендуется смазывать гайку любым пищевым жиром.

По одному из вариантов таблицы 3.1 определите производительность сепаратора и скорость всплывания, постройте графики М = f(d) и V_c = f(d); сделайте выводы.

Таблица 3.1.

№ Варианта	ω	Z, шт	α, град	Rmax, м	Rmin, м	t, 0С	Диаметры жировых шариков d, мкм
1	750	90	45	0,108	0,040	40	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0
2	750	95	45	0,100	0,045	45	1,0	1,5	2,0	3,5	3,0
3	750	100	45	0,090	0,050	50	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5
4	750	95	45	0,108	0,040	40	1,5	1,5	2,5	3,0	3,5
5	800	52	50	0,088	0,040	40	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0
6	850	54	55	0,08	0,035	35	1,5	2,0	2,5	3,0	3,5
7	850	56	55	0,07	0,045	45	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0

Содержание отчёта

1. Вычертите технологическую схему сепарирование молока.

2. Запишите особенности устройства и технологического процесса разделения и отчистки молока.

3. Выполните расчёты сепаратора.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Назовите составные части молочных сепараторов

2. Как устроен приводной механизм?

3. Расскажите об особенностях установка вертикального вала в станине.

4. Каким образом происходит связка зубчатой передачи?

5. Как устроена центробежная фрикционная муфта?

6. В чем сходство и различие барабанов сливкоотделителей и очистите­лей?

7. Что входит в состав приемно-отводного устройства?

   8. Объясните сущность технологического процесса разделения молоха на сливки и обрат.

   9. Объясните технологические процесс очистки молока.

   10. Как регулируют жирность сливок в открытых и закрытых сепараторах?

   11. Какие параметры сепараторов определены в ходе расчетов?