Курс от лекции за мляко с учебна програма
Фигура: 6. Цилиндрични филтърни елементи с различни мембранни разположения:
а - на вътрешната повърхност на дренажната рамка; б - от външната страна; в
- комбинирани; 1 - тръба; 2 - мембрана; 3 - "субстрат".
Устройство с цилиндрични филтърни елементи и с мембрана, разположена на вътрешната повърхност на дренажната рамка (вж. Фиг. 6, а), има следните предимства: нисък разход на материал поради липсата на напорна глава, ниско хидравлично съпротивление, възможността на механично почистване на филтърни елементи от утайка без разглобяване, структурна надеждност.
Недостатъците на този дизайн са ниската специфична работна повърхност на мембранната филтрация, високите изисквания за сглобяване на елементи.
Конструкциите на филтърни елементи с външна мембрана (виж фиг. 6, б) имат голяма специфична работна площ на филтрационната повърхност. Те обаче са по-разходни на метал и освен това механичното почистване на филтърните елементи е почти невъзможно.
Цилиндричните филтърни елементи с комбинирано разположение на мембрани (виж фиг. 6, в) имат приблизително 2 пъти по-голяма специфична работна площ на филтрационната повърхност от описаните. Въпреки това, такива конструкции имат значително по-високи хидравлични съпротивления поради значителната дължина на каналите за отстраняване на филтрата.
Апаратите с ролкови филтриращи елементи са направени под формата на тръба, в която последователно се вкарват няколко (плътност на мембранната опаковка 300. 800 m 2/m 3) ролкови филтриращи елементи (фиг. 7, а). Всеки елемент се състои от рана върху
изпускателна тръба от пакет от две мембрани и "подложка". За да се създаде междумембранно пространство между мембраните, е инсталиран мрежов сепаратор.
Първоначалният разтвор се движи по междумембранните канали в надлъжна посока (фиг. 7, б), а филтратът навлиза в тръбата през спиралния дренажен слой и се отстранява от апарата.
Увеличаването на работната площ на мембраните в тези устройства увеличава плътността на опаковане и намалява производствените разходи. Площта на мембраната се увеличава с увеличаване на дължината и ширината на раневия пакет. Ширината на торбата обаче е ограничена от размерите на мембраните и дренажния слой. Максимална ширина на чантата 900 мм. Дължината на пакета е ограничена от хидравличното съпротивление на дренажния слой към потока на филтрата и обикновено не надвишава 2 m.
Фигура: 7. Ролковият филтриращ елемент (c) и устройството, заредено с такива елементи-
ченгета (b): 1 - тръба; 2 - мембрана; 3 - "субстрат"; 4 - мрежест сепаратор
ЛЕКЦИЯ № 11 ПРОЦЕСИ НА ОБОРУДВАНЕ И РАЗДЕЛЯНЕ
В МЛЕЧНАТА ПРОМИШЛЕНОСТ
3. Курс на лекции "Технологично оборудване за млечната индустрия." Съставено от Г. Е. Раицки Гродно, 2008 г.
4. Задачи за разделяне на млечните суровини.
5. Теоретични основи на разделянето на млякото.
6. Устройството на центробежни сепаратори.
1. Какъв е процесът на разделяне на млякото и млечните продукти?
2. Какви са физическите показатели на хетерогенна течност, използвана при центробежно разделяне?
3. Разкажете ни за траекторията на частиците в пространството между плочите.
4. Как работи барабанът на центробежен сепаратор?
5. Как се осигурява разпределението на млякото между плочите?
6. Какви видове сепаратори познавате?
Според степента на запечатване. По предварителна уговорка.
ВЪПРОС No1. ПРОБЛЕМИ ОТДЕЛЯНЕТО НА СУРОВОТО МЛЯКО
Същността на процеса на разделяне (разделяне) на млякото, както всяка хетерогенна система, е отлагането на дисперсна фаза в полето на действие на гравитационни и центробежни сили.
По време на разделянето млякото се разделя на две фракции с различна плътност: високомаслено (сметана) и нискомаслено (обезмаслено мляко).
Сепаратори-пречистватели на мляко, сепаратори, сепаратори, сепаратори за получаване на високомаслена сметана и универсални сепаратори със сменяеми барабани.
Според метода за подаване на мляко и отстраняване на продуктите за разделяне устройствата са отворени, полузатворени и затворени.
В отворени сепаратори с капацитет до 0,3 kg/s подаването на мляко, изхвърлянето на сметана и обезмаслено мляко се осъществяват в контакт с въздуха. В този случай се образува млечна пяна, която влошава условията на работа на сепараторите. В полузатворено
сепаратори с производителност 0,5. 1 kg/s мляко се доставя по открит начин и изходът на продукта се затваря под налягане. В затворени (херметични) сепаратори с капацитет над 1 kg/s подаването на мляко и отстраняването на продуктите за разделяне се осъществява без достъп на въздух под налягане през тръби.
Според метода за отстраняване на механични примеси и протеинов съсирек от барабана, сепараторите могат да бъдат с ръчно изхвърляне на утайката (спиране на сепаратора, разглобяване и почистване на барабана), с периодично изхвърляне през прозорците в корпуса на барабана (саморазтоварване) и с непрекъснато изхвърляне на утайката през дюзи по периферията на тялото на барабана (извара).
Фиг. 1. Густав де Лавал, изобретател на първия непрекъснат центробежен сепаратор
От 1890 г. сепараторите, проектирани от Гюстав де Лавал, са оборудвани със специално проектирани конични дискове,
патент, за който е издаден през 1888 г. на германеца Freherr von Bechtolsheim
(Freiherr von Bechtolsheim) и закупен през 1889 г. от шведската компания AB Separator,
един от акционерите на който беше Гюстав де Лавал. Днес повечето от тези машини са оборудвани с пакети с конични тави.
Фиг. 2. Един от първите сепаратори Alpha A1, произвеждан от 1882г.
ВЪПРОС 2. ТЕОРЕТИЧНИ ОСНОВИ НА РАЗДЕЛЯНЕТО НА МЛЯКОТО
Ако съдът се напълни с течност и започне да се върти, както е показано на фиг. 3, се появява центробежно силово поле. Той създава центробежно ускорение a. За разлика от силата на гравитацията g в неподвижен съд, центробежното ускорение не е постоянна стойност. С увеличаване на разстоянието от оста на въртене (радиус r) и скоростта на въртене, обозначена като ъглова скорост w, центробежното ускорение се увеличава (виж фиг. 4).
Фиг. 3. Центробежната сила възниква във въртящ се съд
Фиг. 4. Обикновен сепаратор
Ускорението може да се изчисли, като се използва следната формула 1.
Следващата формула 2 се получава, ако центробежното ускорение a, изразено като rw 2, се замести с ускорението на гравитацията g в дадената по-рано формула 1, изведено от закона на Стокс. Уравнение 3 може да се използва за изчисляване на скоростта на отлагане, v, на всяка частица,
в центрофугата.
2. Vc = (d 2 (ρ p - ρ 1)/18μ) r w 2
Скорост на изкачване на мастната глобула
Приложеното по-рано уравнение 1 показа, че скоростта на изкачване на една мастна глобула с диаметър 3 µm под въздействието на гравитацията е 0,6 mm/h или 0,166 x 10-6 m/sec. Сега можете да използвате уравнение 3, за да изчислите скоростта на изкачване на мастна глобула със същия диаметър, разположена на радиално разстояние 0,2 m, когато центрофугата се върти със скорост n = 5400 rpm.
Ъгловата скорост се изчислява, както следва:
w = 2πn/60 rad/s
Ако 2 π = 1 оборот и n е оборотите в минута, при скорост на въртене (n) = 5400 об/мин, ъгловата скорост (w) ще бъде 564,49 rad/s.
Скоростта на утаяване (v) в този случай ще бъде:
V = ((3 · 10 -5) · 48/18 · 1,42 · 10 -3) · 0,2 · 564,49 2 = 0,108 · 10 -2 m/s
т.е. 1,08 mm/s или 3896 mm/h.
Чрез разделяне на скоростта на утаяване в зоната на центробежната сила на скоростта на гравитационно утаяване, получаваме представа за ефективността на разделяне в центрофуга в сравнение с утаяването по гравитация.
Скорост на утаяване на центрофугата 6500 пъти по-висока (3896,0/0,6 = 6500).
Непрекъснато центробежно разделяне на твърдите вещества (избистряне или пречистване)
На фиг. 5 показва центрофуга за непрекъснато разделяне на твърдото вещество от течността. Тази операция се нарича избистряне (избистряне или пречистване). Представете си, че съдът за отлагане, показан на фиг. 5, завъртяна на 90 градуса и изстреляна като връх около оста на въртене. Това, което виждаме в този случай, ще изглежда като центробежен сепаратор в разрез.
Фиг. 5. Ако се обърнем на 90 градуса и започнем да въртим съд, снабден с екрани (екрани), тогава получаваме барабан за центрофуга за непрекъснато отделяне на твърдите частици от течността.
На фиг. 5 също така показва, че барабанът за центрофуга има вложки под формата на конични тави. Това увеличава площта на отлагане. Тавите се опират една върху друга и образуват конструкция, известна като "стек тава". Към плочите са заварени радиални ленти, които създават необходимите празнини между тях. Така се формират каналите. Тяхната ширина се определя от дебелината на радиалните ленти.
На фиг. 6 показва как течността навлиза в канала по външния ръб (радиус r 1), тече надолу по вътрешния ръб (радиус r 2) и се придвижва към изхода. По време на движение по канала частиците се стремят навън, утаявайки се в посока на плочата, която играе ролята на външната граница на канала.
Скоростта на флуида w не е еднаква във всяка точка на канала. Тя варира от почти нула в непосредствена близост до плочите до максимума в центъра на канала. Центробежната сила действа върху всички частици, изтласквайки ги към периферията на сепаратора със скорост на утаяване v. В резултат на това частицата се движи едновременно със скоростта на целия поток w и със скоростта на отлагане v в радиалната посока - към периферията.
Получената скорост v p е сумата от тези две движения. Частицата се движи в посоката, посочена от вектора v p. (За да се опрости диаграмата, се приема, че частицата се движи по права линия, както е показано на илюстрацията от пунктираната линия.)
За да се отдели от течността, частицата трябва да се утаи на горния екран, преди да достигне точка B I, т.е. в радиус, равен на или по-голям от r 2. След като частицата се утаи, тя вече не може да бъде отнесена от потока на течността, тъй като нейната скорост на повърхността на тавата е много ниска. Следователно той се плъзга навън по долната повърхност на диска под въздействието на центробежна сила, пада върху външния ръб в точка В и се утаява върху стената на барабана на центрофугата.
Фиг. 6. Опростена схема на разделителния канал и движението на твърда частица в течност по време на разделяне
Микрочастицата е частица с такъв размер, че ако започне да се движи от най-неблагоприятното място, а именно от точка А (вж. Фиг. 7), тогава ще достигне до горната плоча в точка Б I. Всички по-големи частици вече ще бъдат разделени.
Фигурата показва, че някои частици, по-малки от ограничаващата, също ще бъдат отделени, ако влязат в канала в точка C, някъде между A и B. Колкото по-фина е частицата, толкова по-близо C трябва да е до B, за да се получи разделяне.
Фиг. 7. Частиците, по-големи от микрочастица, ще бъдат отделени, ако са в избраната област
Непрекъснато центробежно разделяне на млякото
В центробежен почистващ препарат млякото навлиза в отделящите канали от външния ръб на плочата, тече навътре през каналите в радиална посока към оста на въртене и изтича през изхода в горната част, както е показано на фиг. 8. В процеса на движение на потока през пакета плочи твърдите примеси се отделят и насочват в обратна посока по долните повърхности на плочите - към периферията на барабана за почистване. Там те се натрупват в картер. Тъй като млякото тече по цялата радиална ширина на плочите, много малки частици също се отделят от него. Най-честата разлика между центробежния почистващ препарат и сепаратора е дизайнът на дисковата купчина: чистачът няма разпределителни отвори и има само един изход, докато сепараторът има два.
Фиг. 8. В барабана на центробежния почистващ препарат млякото попада в периферията на торбата с плочи, откъдето се влива навътре през каналите
Опаковката от центробежни сепараторни плочи е снабдена с вертикално подравнени разпределителни отвори. На фиг. 9 схематично показва как мастните глобули се отделят от млякото в дискова купчина в центробежен сепаратор. Този процес е илюстриран по-подробно на фиг. десет.
Млякото се подава през вертикално подравнени разпределителни отвори в тавите на определено разстояние от ръба на стека. Под въздействието на центробежните сили в междупластовото пространство траекторията на движение на механичните примеси и мастните глобули се променя в зависимост от съотношението на плътността на тези фракции и млечната плазма. Както при пречиствателя, по-плътните твърди частици бързо ще се отвеждат към периферията на сепаратора и ще се събират в картера.
Утаяването на твърдата фракция се улеснява и от факта, че в този случай обезмасленото мляко в каналите се движи в посока
периферията на опаковката на плочата. Крем, т.е. мастните глобули, имат по-ниска плътност от обезмасленото мляко и следователно се движат в каналите към вътрешността, към оста на въртене и по-нататък към аксиалния изход.
Обезмасленото мляко се придвижва към периферията, извън купчината тави, преминава през канала, образуван от повърхностите на сепараторния барабан и сепараторната плоча до изхода за концентрично обезмаслено мляко.
Фиг. 9. В барабана на центробежния сепаратор млякото преминава през разпределителните отвори в пакета с плочи