Оборудование и автоматизация перерабатывающих производств. Сепаратор-сливкоотделитель ОСН-С

      Сепаратор-сливкоотделитель ОСН-С был первым саморазгружающимся сепаратором, созданным в начале 70-х годов на заводе «Смычка» в Пензенской области. В это же время были запущены в эксплуатацию высокопроизводительные линии механической обработки деталей на агрегатных станках, на станках-полуавтоматах и станках с числовым программным управлением, организованы участки точного литья, литья металла под давлением, литья пластмасс. В этом заслуга многих инженерно-технических работников, рабочих, в частности Леонида Иосифовича Гильденфуна, Дмитрия Михайловича Калугина, Виктора Михайловича Калугина, Валентины Ивановны Дзюба, Виктора Алексеевича Парамонова, Дмитрия Матвеевича Демикова, Петра Николаевича Алексеева и других.

      Рассмотрим  принцип работы сепаратора-сливкоотделителя:

      Сепаратор-сливкоотделитель с центробежной пульсирующей выгрузкой  осадка показан на чертеже 1. Молоко подается в приемно-отводящее устройство 1 и после разделения в сепараторе на сливки и обезжиренное молоко выводится через патрубки приемно-отводящего устройства.

      Приемно-отводящее  устройство имеет центральную трубу  1 (чертеж 2, а), через которую молоко поступает в трубку 13 (чертеж 2, б) тарелкодержателя и затем в пространство между посадочным конусом 6 и тарелкодержателем 7.

      Далее молоко через отверстия в тарелкодержателе проходит в вертикальные каналы пакета тарелок 12, которые образуются отверстиями в тарелках при их сборке в пакет.

      В каналах молоко движется вверх и  растекается в межтарелочных пространствах, где оно разделяется на две фазы. Жировая фаза (сливки), как более легкая фракция, движется к центру барабана и поступает в напорную камеру для сливок 16. Обезжиренное молоко, как более тяжелая фракция, течет к периферии в грязевое пространство.

 

      

        

        

      В этом пространстве осаждаются механические примеси. Очищенное обезжиренное молоко между крышкой барабана и разделительной тарелкой 2 движется в напорную камеру для обезжиренного молока 17.

      В напорных камерах (чертеж 2, а) установлены неподвижно два напорных диска для вывода сливок 2 и обезжиренного молока 3.

      Из  сепаратора сливки выводятся через  приемник сливок 4, а обезжиренное молоко — через приемник 11. Для регулирования количества выходящих сливок и количества обезжиренного молока в приемниках установлены регулировочные вентили 5 и 10.

      На  выходе сливок установлен ротаметр 6, который  определяет количество выходящих сливок, но шкала ротаметра градуирована в процентах их жирности.

      Контроль  за давлением обезжиренного молока осуществляется манометром 9.

      При работе сепаратора пространство под  поршнем 8 (чертеж 2, б) заполнено буферной жидкостью. За счет гидростатического давления буферной жидкости, которое по величине больше давления продукта в барабане, поршень плотно прижат к уплотнению в крышке барабана. Таким образом, разгрузочные щели закрыты. После накопления осадка в грязевом пространстве барабана осуществляется его удаление. Из-под поршня буферная жидкость удаляется. При этом в результате давления на поверхность поршня со стороны продукта, находящегося в барабане, поршень опускается и осадок под действием центробежной силы выбрасывается из барабана через разгрузочное окно 10. После разгрузки пространство под поршнем вновь заполняется буферной жидкостью и разгрузочные окна закрываются.

      При работе разгрузочного устройства в  качестве буферной жидкости применяется  водопроводная вода, которая поступает  в систему через фильтр 10 (чертеж 1). Далее вода разделяется на три потока, один из которых предназначен для размыва осадка в приемнике осадка. Два других потока направляются к гидроузлу 3. Один из этих потоков используют для выгрузки осадка в режиме ручного управления, а другой — в режиме автоматической выгрузки. Управление потоками осуществляется с помощью вентилей 14, 15, 16 и 19 и электромагнитных вентилей 17 и 18.

      При автоматическом режиме выгрузки осадок выходит из барабана через определенные и равные промежутки времени, продолжительность которых определяется количеством осадка, накапливающегося в грязевом пространстве.

      Проведем  сравнительный анализ технических  характеристик трех сепараторов- сливкоотделителей (табл. 1):

     Таблица 1 – Технические характеристики сепараторов-сливкоотделителей 

  

 Ж5-ОС2-Т3: Сепаратор – сливкоотделитель Ж5-ОС2-Т3 с ручной выгрузкой осадка предназначен для непрерывного разделения молока на сливки и обрат с одновременной очисткой их от загрязнений. Сепаратор относится к типу полугерметичных.  

      ОСН-С: Сепаратор-сливкоотделитель ОСН-С предназначен для непрерывного разделения молока на сливки и обезжиренное молоко (обрат) с одновременной очисткой их от механических примесей и молочной слизи. Тип сепаратора - сливкоотделитель полузакрытого типа с автоматической выгрузкой осадка.

      А1-ОЦР: Сепаратор с частичной автоматической центробежной выгрузкой осадка А1-ОЦР предназначен для разделения теплого цельного молока на сливки и обезжиренное молоко с одновременной очисткой их от загрязнения. Тип сепаратора - полузакрытый, с центробежной частичной пульсирующей выгрузкой осадка

      Данные  сепараторы применяется на предприятиях молочной промышленности, а также на пунктах приемки молока, и предназначены для разделения цельного молока на сливки и обезжиренное молоко (обрат), очистки обезжиренного молока и сливок от загрязнений.

      Сепаратор-сливкоотделитель ОСН-С имеет большое преимущество перед сепараторами-сливкоотделителями Ж5-ОС2-Т3 и А1-ОЦР, потому что его производительность больше в два раза, т.к. частота вращения барабана  больше на 2300 об/мин., а давление на входе буферной воды меньше на 0,1 МПа, мощность электродвигателя больше на 11 кВт, чем у А1-ОЦР, и на 9,5 кВт, чем у Ж5-ОС2-Т3, при равном напряжении в 380 В и частоте – 50 Гц – частота вращения  барабана больше на 1000 об/мин. 
 

        2.2. Функциональное назначение сепаратора-сливко-отделителя в технологической схеме производства

      Сепарирование — один из основных технологических  процессов в молочной промышленности. Сепарированием безальтернативно получают из молока сливки. К процессам сепарирования  относится центробежная очистка  молока, включая бактофугирование. Сепарирование сливок позволяет  получать сливочное масло методом  преобразования высокожирных сливок. Обезжиривание молочной сыворотки  возможность дополнительного использования  компонентов молока, в первую очередь молочного жира. Центробежное разделение суспензий "с коагулированный белок-плазма" используется при производстве творога и осветлении молочной сыворотки, например, при производстве молочного сахара. Возможно и дополнительное извлечение жира из пахты путем сепарирования (обезжиривания) этого продукта.

      Сепаратор-сливкоотделитель ОСН-С предназначен для разделения теплого цельного молока на сливки и обезжиренное молоко с одновременной  очисткой их от загрязнений и молочной слизи. Используется на малых и средних  предприятиях молочной промышленности. Сепаратор может быть применен для  разделения аналогичных продуктов  в других отраслях промышленности.

       Рассмотрим  линию по переработки молока в  промышленности (рис. 4): 
 

Рисунок 4 – Узел сепарации  молока 

      Сепаратор – сливкоотделитель разделяет молоко на сливки и обезжиренное молоко, он может иметь устройство для нормализации молока. Эффективность сепарирования зависит от содержания жира в молоке и его температуры, которая рекомендована порядка 35 – 45 ºС. При сепарировании молока нагревание снижает его вязкостные свойства, что положительно сказывается на отделении жировых шариков от плазмы молока и образовании сливок. С этой целью молоко, поступающее с узла приемки на сепаратор предварительно подогревается. Для очистки молока от мельчайших частиц загрязнений, в основном, биологического происхождения, и частично – микроорганизмов, возможна установка фильтра тонкой очистки перед подогревателем. Молоко жирностью выше 4% сепарируют с дополнительным подогревом и уменьшением подачи его в сепаратор. Но при очень высокой температуре сепарирования образуется большое количество молочной слизи, резко повышается вспенивание молока.

      Образующиеся  сливки поступают в накопительную  емкость, после пастеризации насосом  перекачиваются на дальнейшую переработку. Отсепарированное молоко подается в  другую емкость, где оно нормализуется. Нормализация производится  для установления требуемой массовой доли жира, наполнителей и добавок. Нормализованное по жиру молоко подогревают, (очищают) и гомогенизируют. После гомогенизации нормализованное молоко пастеризуют. Пастеризованное молоко охлаждают и направляют на розлив и упаковывание (укупоривание) или для временного хранения в промежуточную емкость.  
 
 
 
 
 
 
 
 

     

3. Расчетная часть

 

      Задание

      Определить  действительную объёмную производительность сепаратора-сливкоотделителя V_g (м³/с), построить график зависимости производительности сепаратора от остаточной жирности обезжиренного молока С_о6 (%), объемное количество выделяемых сливок V_сл (м³/с) и обезжиренного молока V_o6 (м³/с) и степень обезжиривания σ (%), если заданы:

• количество тарелок Z = 12 шт.,
• частота вращения барабана W = 1256 с ^-1,
• максимальный R_max = 0,045 м. и минимальный R_min = 0,012 м. расчётные радиусы тарелок,
• температура молока t = 30 ºС,
• расстояние R₀ = 0,014 м.,
• наружный радиус барабана R_б = 0,052 м.

 

      решение

      1. Рассчитаем действительную объёмную производительность сепаратора-сливкоотделителя V_g (м³/с), используя формулу:

где β – технологический КПД сепаратора, показывающий отношение действительной производительности к теоретической, примем β = 0,5;

      W – частота вращения барабана сепаратора, с ^-1;

      Z – число тарелок в барабане;

 – угол подъёма образующей конуса тарелки, ( 56°, следовательно, согласно таблиц В.М.Брадиса 1,4826);

R_max, R_min – максимальный и минимальный расчётные радиусы тарелок, м;

р_с, р_ч – плотность дисперсионной среды (плазмы) и жировых частиц, кг/м³, при 30 ºС  –    р_с = 1030,6 кг/м³, р_ч = 911,9 кг/м³;

 – вязкость дисперсионной среды (плазмы молока), Па · с,

при 30 ºС  –  =  0,00133 Па · с;

d_ч – минимальные диаметры жировых частиц, выделяемых из молока (макс. диаметр жировых частиц, оставшихся в обрате), м., примем d_ч = 1,4 · 10^-6 м.

 

      По  графику (рис. 3.1) определим жирность обрата С_об (%): 

 

Рисунок 3.1 – Зависимость между максимально предельным диаметром жировых частиц в обрате и его жирностью 
 

 

      2. Построим график зависимости действительной объёмной производи-тельности сепаратора V_g от жирности обрата С_об (рис. 3.2):