Сепараторы на перерабатывающих предприятиях АПК (стр. 3 )

Молочное оборудование разрабатывает и предлагает на российском рынке инжиниринговая фирма "Tuchenhagen Москва", входящая в состав промышленной группы "OttoTuchenhagen GmbН & Co. KG" (Германия).

Ниже описаны принцип действия и технические характеристики некоторых моделей сепараторов, используемых в малых хозяйствах. Основным рабочим органом в них является разделительный барабан.

Барабан современного сепаратора является основным узлом, в котором под действием центробежных сил происходит процесс разделения молока на сливки и обрат (плазма). На рисунках 9 и 10 приведены схема конструктивного оформления барабана открытого (полузакрытые и закрытые сепараторы для бытовых целей серийно не выпускаются) сепаратора с периодической ручной выгрузкой осадка бытового сливкоотделителя «Новочеркассец» и его составные части. Тарелкодержатель в нем выполнен из пищевой пластмассы. На его наружной стороне имеются четыре грани для фиксации тарелок. На тарелках имеются три отверстия и несколько выпуклостей, размещенных по конической поверхности. При сборке тарелок в пакет отверстия в них, совпадая друг с другом, образуют три вертикальных канала. По этим каналам молоко поступает в межтарелочные пространства.

Рисунок 9 - Барабан бытового

сепаратора-сливкоотделителя

в разрезе:

1 – крышка; 2 – основание; 3 – вертикальный канал; 4 – канал подачи молока; 5 – тарелкодержатель; 6 – выход обрата; 7 – регулировочный полый винт; 8 – гайка; 9 – центральный канал; 10 – пакет тарелок; 11 – разделительная тарелка; 12 – кольцо уплотнительное

Отверстия в тарелках расположены таким образом, чтобы при поступлении молока в них происходило основное выделение жира. Расположение отверстий соответствует примерно пограничному слою между объемом барабана, занятым молоком, и объемом, занятым сливками.

Пакет тарелок 10 накрыт разделительной тарелкой 11, в горловине которой располагается резьбовое отверстие с полым регулировочным винтом 7. На наружной конусной поверхности имеется шесть ребер, на которые ложится крышка 1 барабана. Образованное пространство между ребрами и поверхностью крышки заполняется обезжиренным молоком. Разделительная тарелка на своей конической поверхности не имеет отверстий, что обеспечивает прохождение между ее внешней поверхностью и крышкой обезжиренного молока, которое выбрасывается по каналу 6 в приемник обезжиренного молока. В пространстве между пакетом тарелок и крышкой (грязевое пространство) скапливаются посторонние примеси, выделяемые из молока.

Гайкой 8 крышка 1 барабана плотно прижимается через резиновое кольцо 12 к нижней части основания 2. При этом весь пакет тарелок сжимается, фиксируется жестко, что исключает возможность перемещения внутри барабана составных его частей. К основным параметрам барабана сепаратора относятся диаметр тарелки, количество межтарелочных пространств, а также толщина слоя разделяемой жидкости между тарелками. Для повышения эффективности разделения жидкостной системы наряду с другими параметрами барабана увеличивают количество межтарелочных пространств. При этом количество межтарелочных пространств сепараторов может быть неограниченным. При конструировании сепараторов количество межтарелочных пространств выбирается в основном из конструктивных соображений и без каких-либо ограничений.

Рисунок 10 - Составные части барабана:

1 – тарелкодержатель; 2 – основание; 3 – кольцо уплотнительное; 4 – пакет тарелок; 5 – крышка; 6 – винт регулировочный; 7 – тарелка разделительная; 8 – гайка

Характер распределения жидкости по высоте пакета тарелок в центробежных сепараторах изучался неоднократно, однако до настоящего времени нет единого мнения по этому вопросу. Видимо поэтому при расчетах производительности сепаратора применяется коэффициент, учитывающий степень использования рабочего объема барабана (0,5...0,7).

Несмотря на это, принято считать, что молоко поступает из молокоприемника по центральному каналу 9 (рис. 8), полностью заполняет канал 4 в тарелкодержателе 5, отверстия 3 пакета тарелок и межтарелочные пространства. При выходе из отверстий тарелок жировые шарики расположены в смеси так же, как и в центральном канале. Однако с перемещением вниз по наклонной поверхности тарелок они подвергаются действию двух сил. Одна из них направлена к оси вращения (всплывание), другая увлекает шарик вместе с потоком смеси в нижнюю часть барабана. Равнодействующая их направлена вниз тарелки. Наклон этой равнодействующей силы меняется и зависит от величины обеих составляющих сил.

Под действием центробежной силы тяжелые частицы (плазма) отбрасываются к нижней плоскости тарелки, а легкие (жировые шарики), напротив, – к верхней плоскости нижележащей тарелки. Скорость перемещения легкой фракции к оси вращения пропорциональна квадрату угловой скорости и радиусу вращения. То есть скорость перемещения жирового шарика наибольшая у наружного края тарелки, что облегчает возможность шарику противостоять потоку, стремящемуся его вывести за пределы барабана. Скорость же течения плазмы снижается к краю тарелки за счет расширяющейся конусной части тарелки. Такое сочетание двух элементов движения шарика и потока ускоряет подъем жира по наклонной поверхности тарелки.

Под действием поля центробежных сил инерции молоко разделяется на две фазы, которые непрерывно выводятся из сепаратора. Легкая фаза (жировые шарики) удаляется через полый регулировочный винт, а тяжелая фаза (плазма) – по внешней поверхности разделительной тарелки в отверстие для обезжиренного молока. Если в эмульсии находятся частицы, характеризующиеся более высокой плотностью, то они накапливаются на внутренней поверхности крышки барабана сепаратора в шламовом (грязевом) пространстве.

Поток обезжиренного молока или смеси стремится вниз по поверхности тарелок барабана, а жировые шарики, преодолевая сопротивление среды, стремятся к оси вращения барабана. Постоянно поступающее из приемника молоко создает непрерывный поток, разделенный на два встречных потока: жировые шарики и смесь обезжиренного молока с шариками. Жировые шарики, увлекаемые потоком вниз барабана, стремятся всплыть (по закону Стокса). Относительная толщина этих потоков определяется отношением количества снимаемых жировых шариков (сливки) к количеству всего молока.

Пакет тарелок собран так, что отверстия в каждой из них формируют общий канал, по которому молоко поступает в межтарелочное пространство. Разумеется, жировые шарики в местах ввода будут подниматься через вводные отверстия вверх.

Как отмечалось ранее, для формирования более равномерных скоростей потоков в межтарелочном пространстве, тарелки делают с выпукло-вогнутыми шипиками (выдавки), которые несколько изменяют направление движения молока в межтарелочном пространстве. Это приводит к образованию незначительной кавитации и возможным изменениям ламинарности потока, но отказаться от них нельзя, они формируют гарантированный зазор между тарелками. Кроме того, для получения ламинарного потока между тарелками необходимо, чтобы количество молока, проходящего через межтарелочное пространство, было меньше критического, при котором появляется турбулентный поток.

На формирование потока большое значение оказывает правильность сборки барабана. Она начинается с тарелки, имеющей выпуклые и вогнутые пукли (шипики). Следующая тарелка – гладкая и так далее, чередуясь через одну. Последняя тарелка в пакете должна быть с выпуклостями (шипиками).

Добиться равномерности потока во всех промежутках тарелок очень сложно. Верхние тарелки при свободном поступлении молока могут быть недогруженными. Барабан бытовых сепараторов заполняется под давлением столба молока в приемной чаше (молокоприемнике).

Заполненный молоком барабан при вращении подобен волчку. Из теории волчка известно, что вращающийся предмет стремится сблизить свою ось вращения с осью наибольшего момента инерции. При вращении тела не вокруг своей оси возникает момент, поворачивающий тело в пространстве так, чтобы компенсировать это несовпадение. Поэтому барабан сепаратора изготавливается как можно тщательнее, чтобы он не испытывал опрокидывающих его усилий. Это учитывается и при проектировании конструкции барабана. Используются решения, при которых момент инерции относительно оси вращения становится больше, чем момент инерции относительно горизонтальной оси. Барабан с широким утяжеленным основанием низкой формы устанавливается выше центра тяжести. Это позволяет барабану, даже если он установлен не вертикально, при вращении автоматически сблизить центр тяжести с осью вращения.

Для более точного совпадения центра тяжести с осью вращения собранный барабан в заводских условиях тщательно балансируется. Однако в процессе сепарирования, как отмечалось, потоки фракций внутри барабана не постоянны. Возможность попадания примесей, слизи и др. меняют количество смеси в различных частях барабана, что приводит к неизбежному смещению центра тяжести от оси вращения на некоторое расстояние. Поэтому опора вертикального вала сепаратора выполнена из эластичного материала, что обеспечивает веретену в опоре-амортизаторе возможность перемещения в горизонтальном направлении для обеспечения автоматической установки оси вращения. Опирается веретено через промежуточную шайбу на винт-подпятник, которым можно поднять или опустить его, регулируя положение выходного отверстия барабана по высоте.

Однако большой угол отклонения центра тяжести от конструктивной оси вращения приводит к перемещению центра тяжести по конической поверхности и, соответственно, к деформации амортизатора. Для снижения деформаций следует более тщательно устанавливать (по уровню) сепаратор и своевременно устранять причины, приводящие к неравномерности потоков фракций в барабане.

Ниже приводится описание конструкции наиболее распространенных бытовых сепараторов.

Сепаратор-сливкоотделитель «Новочеркассец» состоит из следующих основных узлов: приемно-выпускного устройства, барабана и редуктора (рис. 11).

Приемно-выпускное устройство (посуда) обеспечивает равномерную подачу молока в барабан, вывод сливок и обезжиренного молока. Оно содержит молокоприемник 4 с краном 3, поплавковую камеру 6 с поплавком 5, приемник сливок 7 и приемник обезжиренного молока 8.