Основы теории сепарирования молока

При естественном отстое сливок жировые шарики всплывают к свободной поверхности сосуда со скоростью

(1)

где - ускорение силы тяжести, м/с²; - фактор, характеризующий свойства молока (способность к разделению), с.

Величена определяется по формуле:

,с (2)

где - разность плотностей плазмы молока и жировых шариков, кг/м³; - динамическая вязкость молока, Н•с/м²; - средний диаметр жировых шариков, м.

Медленный процесс разделения молока при естественном отстое убыстряется в молочных сепараторах.

Скорость движения жирового потока между тарелками будет равна:

(3)

где - центростремительное ускорение, развиваемое во вращающемся барабане, м/с²; - угловая скорость барабана, рад/с; – радиус рассматриваемого сечения.

Если взять отношение скоростей V₀ и V_с, то получим:

(4)

Отсюда

(5)

Вывод. Интенсивность сепарирования во столько раз выше процесса отстоя, во сколько раз центростремительное ускорение, соответствующие данной угловой скорости барабана, выше величины ускорения силы тяжести.

На физико-механические свойства молока влияние оказывает температурный режим. Экспериментально установлено, что в диапазоне температур от 283 – 343⁰К (10-70⁰С)

. (6)

Для уяснения сущности процесса сепарирования, рассмотрим схему движения молока в межтарелочном пространстве барабана.

Молоко поступает межтарелочное пространство по вертикальным каналам пакета тарелок. Здесь жировые шарики участвуют в переносном движение потока молока со скоростью V_П и под действием центростремительного ускорения в относительном движении со скоростью V_С.

Скорость потока молока в межтарелочном пространстве:

,м/с. (7)

где - объемный расход молока, м³/с; - радиус рассматриваемого сечения, м; - расстояние между тарелками, м; - число межтарелочных пространств в барабане.

Относительная скорость жирового шарика будет равна:

, (8)

где а – центростремительное ускорение, развиваемое во вращающемся барабане.

,

тогда

(9)

Анализируя зависимости (7) и (9) можно заключить, что с увеличением R, величина V_П уменьшается, а величина V_С - увеличивается. Следовательно изменяется величина и направление абсолютной скорости жирового шарика, они осаждаются на верхних поверхностях тарелок и непрерывно двигаются к оси вращения барабана. Потоки обрата и сливок разделяет верхняя разделительная тарелка.

Чем меньше шарик, тем ближе к периферии тарелки он опускается. Часть самых мелких жировых шариков не успеет опуститься на тарелку, и будет захвачена и вынесена вместе потоком обрата.

3. Основы технологического и энергетического расчета молочных сепараторов.

Технологический расчет ставит целью определение пропускной способности сепаратора, которая всецело определяется пропускной способностью барабана:

или

, м³/с.

где - к.п.д. барабана ( =0,6-0,7);

- приведенный радиус тарелок, м;

– высота тарелки, м.

Приведенный радиус тарелок:

.

Энергетический расчет.

При выборе привода сепаратора необходимо учитывать следующие режимы работы – пусковой (разгон до рабочих оборотов), рабочий ход и холостой ход сепаратора.

При выборе типа и мощности электрического двигателя для привода сепараторов основным режимом является пусковой, так как пусковая мощность в 1,5 –2 раза больше потребной для рабочего хода.

В период рабочего хода мощность распределяется следующим образом:

- на трение в приводном механизме – 25%;

- на трение барабана о воздух – 50%;

- на сообщение кинетической энергии выбрасываемой жидкости – 25%.

Пусковая мощность определяется по формуле:

, Вт.

где - момент инерции барабана относительно оси вращения, кг•м²; - угловая скорость барабана, 1/с; - механический к.п.д. передачи (); - время разгона барабана (t = 100 – 300 с).

механическая характеристика барабана сепаратора выражается формулой (получена П.А. Рубцовым) (М_С=f(n)):

где М₀ – начальный момент трогания (М₀=0,2-1,0 Н•м); n – частота вращения барабана, об/мин; а₁ – коэффициент, зависящий от качества обработки элементов привода и барабана, массы барабана.