Обзор литературных источников и анализ устройств и работы сепараторов-сливкоотделителей

Содержание

 

Введение 4

1. Обзор литературных источников и анализ устройств и работы сепараторов-сливкоотделителей 6

2. Сепаратор-сливкоотделитель осн-с 18

2.1. Описание конструкции и принципа работы, техническая характе­ристика сепаратора-сливкоотделителя 18

2.2. Функциональное назначение сепаратора-сливкоотделителя в технологи-че­ской схеме производства 23

3. Расчетная часть 26

4. Сведения об эксплуатации и ремонте сепаратора-сливкоотделителя 31

5. Вопросы охраны труда и техники безопасности 35

Заключение 36

Список используемой литературы 37

Введение

На протяжении большей части истории человечества единственным источником молока служили молочные железы женщины. Затем, когда человек одомашнил других животных, для удовлетворения своих потребностей в существенных питательных веществах он стал использовать молоко других млекопитающих. Практически все молоко, потребляемое в России в натуральном виде - это коровье молоко. Питательная ценность молока иллюстрируется тем фактом, что ежедневное потребление примерно одного литра молока удовлетворяет всю суточную потребность взрослого человека в жире, кальции, фосфоре и других питательных веществах.

Качество молока в значительной степени зависит от условий его получения первичной обработки и переработки. Переработка молочного сырья осуществляется с помощью соответствующих технологических процессов с применением соответ-ствующего технологического оборудования. Специалисты должны хорошо знать эти процессы и четко представлять принцип действия технологического оборудования.

Цель данного курсового проекта - изучить конструкции и рабочий процесс машин и аппаратов по первичной обработке и переработке молока, в частности сепаратор-сливкоотделитель, научиться эксплуатировать и обслуживать это технологическое оборудование.

В соответствии с заданной целью в работе рассмотрены следующие задачи:

1. Изучение литературных источников и анализ устройств и работы сепараторов-сливкоотделителей

2. Рассмотрение конструкции и принципа работы, изучение технической характе­ристики аппарата

3. Анализ функционального назначения сепаратора-сливкоотделителя в технологиче­ской схеме производства

4. Приобретение практических навыков расчета произво­дительности и получаемого количества сливок и обезжиренного молока и мощности электродвигателя на привод барабана-сливкоотделителя

5. Изучение правил эксплуатации и ремонта аппарата

6. Рассмотрение вопросов охраны труда и техники безопасности

Пищевая и перерабатывающая промышленность России — это часть агропромышленного комплекса страны (АПК). До 1991 года в АПК производилось 97 % всего потребляемого в стране продовольствия, а население тратило почти 3/4 своих доходов на приобретение продуктов питания. Затем производство отечественных продуктов питания начало резко снижаться, ухудшилось использование производственных мощностей, отечественная продовольственная продукция уступила на рынке место импортной. В целом, доля импортного продовольствия в некоторые годы достигала 60 %, что создавало угрозу продовольственной безопасности страны.

В настоящее время пищевая и перерабатывающая промышленность страны (пищевкусовая, мясная, молочная, рыбная, мукомольно-крупяная и комбикормовая) по-прежнему представляет собой одну из стратегических отраслей экономики, которая призвана обеспечить население России необходимыми по количеству и качеству продуктами питания. Она насчитывает 30 отраслей с более чем 60 подотраслями и видами производства и объединяет более 25 тысяч предприятий различных форм собственности и мощности общей численностью работающих около 1,5 млн. человек. Доля пищевой и перерабатывающей промышленности в общем промышленном производстве России составляет около 11-12 процентов. В отраслевой структуре промышленного производства она занимает 4-е место после топливной промышленности (20 процентов), металлургии, машиностроения и металлообработки (по 19 процентов).

 

Обзор литературных источников и анализ устройств и работы сепараторов-сливкоотделителей

Промышленность в последнее время была одной из наиболее быстроразвивающихся и динамичных в Российской Федерации. В настоящее время пищевая промышленность России объединяет около 30 отраслей с более чем 60 подотраслями и видами производства и свыше 25 тысяч предприятий с общей численностью занятых 1,5 миллиона человек.

Особенностью таких подотраслей пищевой промышленности, как хлебопекарная, мукомольно-крупяная, кондитерская и макаронная, является концентрация производственных мощностей на крупных предприятиях и наличие большого количества малых предприятий различных форм собственности.

Объемы производства пищевых продуктов в России неизменно растут. При этом темпы роста к 2008 году значительно замедлились. В 2008 году по отношению к 2007 году, объемы выпуска пищевых продуктов выросли на 1,1% (в 2007г. к 2006г. на 6,1%). Естественно, значительным фактором, повлиявшим на снижение темпов роста пищевой промышленности, является мировой кризис, оказавший воздействие на все отрасли экономики.

Одной из черт российской пищевой промышленности является формирование вертикально интегрированных корпораций. Кондитерская, масложировая, молочная, мясоперерабатывающая отрасли пищевой промышленности представлены различными крупными холдингами.

По долгосрочной программе социального развития 2020-2030 гг., в пищевую отрасль планируется инвестировать в соответствии с инерционным вариантом более чем 900 млрд. руб., из них 55% будет направлено на технологическую модернизацию отрасли. Инновационный вариант предполагает инвестиции в размере 1150 млрд. руб.

Пищевая отрасль Воронежской области занимает доминирующие позиции в структуре обрабатывающих производств. В 2007 году на нее приходилось 34% всей отгруженной продукции. По итогам деятельности в 2005-2007 годах прирост производства в отрасли составил 5,5%. Правда, в 2007 году объем выпуска продуктов питания сократился по сравнению с предыдущим годом на 1,2%. Тем не менее, предприятиям области удалось удержать положительные тенденции в таких важных позициях, как производство мяса, сахара-песка, растительного масла.

В среднесрочной перспективе развитие пищевой промышленности Воронежской области связано с углублением переработки продукции местного аграрного сектора. За счет этого возможно снизить зависимость от импорта отдельных видов сельскохозяйственного сырья. Пока же только 79,6% сахарного песка в Воронежской области было произведено из свеклы. Завод "Лискисахар" активно импортирует бразильский тростниковый сахар-сырец для дальнейшей переработки. Острогожский завод по производству солода помимо отечественного сырья использует в производстве уругвайский яровой пивоваренный ячмень. В настоящее время инвестиционная активность компаний региона связана с укреплением собственной сырьевой базы. Большая часть планируемых проектов направлена на создание вертикально интегрированных агропромышленных компаний полного цикла. До 2015 года в области будет осуществлена реконструкция и расширение части уже действующих производств, а также созданы новые. Общие затраты оцениваются в 71,7 млрд. рублей. Реализация крупных проектов способна существенно изменить расстановку сил в таких сегментах, как производство молочной продукции, мясопереработка и выпуск растительных масел.

Особенность молочного производства, впрочем, как и других подотраслей пищевой промышленности, заключается в привязанности производителей к местам производства сырья и недолгих сроках хранения готовой продукции. Поэтому производство в основном носит местный и региональный характер. Возможность выхода со своей продукцией на рынки соседних регионов имеют только производители, наладившие выпуск пастеризованной продукции с длительным сроком хранения.

Производство молочных продуктов в РФ находится в стадии стагнации, что, в первую очередь, обусловлено недостатком сырья. Одновременно, наметилась тенденция к созданию крупных агропромышленных объединений и холдингов, которые способны создавать собственную базу по производству молока, снижать издержки производства и предлагать продукцию по более конкурентоспособным ценам.

Применение сепараторов оказало существенное влияние на развитие молочного дела. Именно они позволили резко повысить производительность труда при переработ­ке молока. Первый сепара­тор был изобретен инженером Г. Лавалем (Швеция) в 1879 г. До 1882 г. в России сепараторов почти не бы­ло, а с 1886 г. они начали так быстро распространяться, что вытеснили окончательно старый способ получения сливок — отстаиванием. Оба способа основаны на разнице между плотностью жира, которая в среднем равна 0,93, и плазмы молока, плотность кото­рой не ниже 1,032. В. И. Ленин по этому поводу писал: «Главное преобразование состояло в том, что «исконное» отстаивание сливок заменено отделением сли­вок посредством центробежных машин (сепараторов)»

Современные технология и техника, применяемые на всех предприятиях молочной промышленности, базируются на ре­зультатах многолетних трудов С.В.Паращука, М.М.Казан­ского, П.Ф.Дьяченко, Д.А.Граникова, Г.В.Твердохлеб, М.И.Селиванова, И.И.Болдырева, А.П.Белоусова, Г.А.Кука, Н.Н.Липатова, В.Д.Суркова, Н.В.Баранов­ского, Н.Я.Лукьянова и других.

Более подробно о сепа­раторах изложено в книге Золотина Ю.П. «Оборудование предприятий молочной промышленности», описываются устройст-во, работа и основные расчеты оборудова­ния для механической и тепловой обработки молока и молочных про­дуктов, оборудование, применяемое для выработки отдельных видов молочных продуктов, а также машины, предназна-ченные для подго­товки продуктов к реализации. Кратко излагаются основные правила безопасной эксплуатации технологического оборудования.

В книге Ведишева С.М. «Технологии и механизация первичной обработки и переработки молока» приведены расчеты: фильтров, оросительных и пластинчатых охладителей молока, сепараторов-сливкоотделителей, технологические расчеты оборудования для производства сыров, а также линий первичной обработки и переработки молока.

Основы теории и расчет сепараторов разработали советские ученые Г.А.Кук, Г.И. Бремер, Н.Я. Лукьянов и др.

Физическая сущность процесса сепарирования молока, так же как и любого центрифугального разделения жидкостных систем, основана на осаждении дисперсной фазы под действием центробежной силы. Дисперсную фазу молока составляет плазма, а дисперсной является молочный жир в виде мельчайших шариков (диаметр 0,01…0,1 мм). Поэтому к движению дисперсных частиц в молоке применим с допущениями закон Стокса. Как известно, закон Стокса определяет силу сопротивления, которую испытывает твердый шарик при медленном движении в неограниченной вязкой жидкости. Он выражается формулой:

W = 6πμrv, (1)

где: μ – коэффициент вязкости жидкости, н·с/м2;

r – радиус шарика, м;

v – скорость движения шарика м/с.

 

Молоко, как известно, представляет смесь жира плотностью 877...961 кг/м3 и плазмы (белки, вода, минеральные вещества) плотностью 1006...1036 кг/м3. Такую дисперсную смесь, включающую также посторонние твердые включения различной плотности, можно разделить двумя способами:

1. отстоем в поле земного тяготения: более тяжелые составляющие с течением времени осядут, более легкие всплывут;

2. сепарированием на механических центрифугах в поле центробежных сил: более тяжелые составляющие смеси перемещаются к периферии вращающегося ротора, более легкие — вытесняются ими к центру.

Для отделения механических включений применяются различные фильтры, через которые под давлением пропускается молоко.

Способ естественного отстоя малопроизводителен. При этом нет четкой границы разделения компонентов смеси. Разделение в поле центробежных сил интенсифицирует процесс. При этом появляется возможность регулирования качества разделения путем изменения силового поля. В связи с этим механическое разделение молока получило преимущественное применение при его обработке.

По технологическому назначению различают сепараторы-сливкоотделители, сепараторы-молокоочистители, сепараторы-нормализаторы, сепараторы для высокожирных сливок, сепараторы для обезвоживания творожного сгустка и др.

Сепараторы-сливкоотделители предназначены для центробежного разделения молока на сливки и обезжиренное молоко, нормализации молока по жиру, а также для обезжиривания сыворотки и получения безводного жира. В них осуществляется концентрация жира в плазме. Характерным признаком обрабатываемого продукта в сепараторах-сливкоотделителях является то, что плотность дисперсной фазы (жира) должна быть меньше плотности дисперсионной среды (плазмы).

В сепараторах-молокоочистителях происходит выделение из молока механических и естественных примесей, а также разделение суспензий и эмульсий, в которых плотность дисперсионной среды (плазмы) ниже плотности выделяемых при сепарировании частиц.

На эффективность сепарирования влияют, прежде всего, технологические факторы, такие, как температура сепарирования, кислотность молока, загрязнение молока механическими примесями, размер и плотность жировых шариков, предварительная обработка, массовая доля жира в молоке, плотность и вязкость молока; конструктивные факторы, такие, как частота вращения барабана сепаратора, производительность сепаратора и др.

Оптимальная температура сепарирования 40 – 45 °С. Повышение температуры выше этих значений приводит к снижению эффективности сепарирования, т.е. к увеличению жира в обезжиренном молоке.

Повышение температуры сепарирования способствует денатурации сывороточных белков молока, агломерации их с казеином и появлению белковых хлопьев. При этом грязевое пространство сепаратора быстро заполняется сепараторной слизью, что приводит к ухудшению выделения жира.

Повышенная кислотность молока уменьшает отрицательный заряд казеина, что приводит к частичной коагуляции белков молока. Белковые хлопья быстро заполняют грязевое пространство сепаратора, увеличивая количество сепараторной слизи, что влечет за собой переход жировых шариков в обезжиренное молоко и загрязнение его механическими примесями. Во избежание этого нужно чаще останавливать сепаратор на мойку либо применять самоочищающиеся сепараторы. Во избежание снижения эффективности сепарирования рекомендуется сепарировать молоко кислотностью не выше 20 °Т.

Повышенная механическая загрязненность молока приводит к ухудшению обезжиривания так же, как это было описано выше, из-за быстрого заполнения грязевого пространства и попадания жировых шариков в обезжиренное молоко. Кроме того, увеличение механических загрязнений повышает бактериальное загрязнение молока, которое быстро возрастает, так как температура сепарирования оптимальна для развития микрофлоры.

Действие сепараторов основано на использовании центробежной силы, образующейся в барабане при вращении, для отделения жира от плазмы молока. Скорость выделения жировых шариков зависит от свойств и качества молока и условий сепарирования.

По назна­чению сепараторы можно разделить на сливкоотделители (концентраторы), молокоочистители (кларификаторы), нормализаторы (стандартизаторы) и гомогенизаторы (кларификсаторы). Имеются сепараторы, отделяющие белковый сгусток от сыворотки. Их применяют большей частью при производстве творога. Каждый из перечис­ленных сепараторов, за исключением молокоочистителей, кроме основной функции — сливкоотделения, нормализа­ции молока по жиру, гомогенизации, производит также и очистку молока.

Наибольшее распространение и значение имеют сепа­раторы-сливкоотделители. По виду барабана они бывают открытыми, полугерметическими и герметическими.

В от­крытых сепараторах мо­локо поступает самоте­ком и продукты сепари­рования (сливки и обез­жиренное молоко) по выходе из барабана име­ют непосредственный контакт с воздухом. В полугерметических се­параторах молоко также поступает самотеком, но продукты сепарирова­ния отводятся по закры­тым трубопроводам. В герметических сепара­торах поступление мо­лока и отвод продуктов сепарирования происхо­дят по закрытым трубо­проводам. Полугермети­ческие и герметические сепараторы бывают только приводными, а открытые – ручными и приводными.

Открытые сепараторы. В колхозах и совхозах боль­шею частью используют открытые сепараторы. Все сепа­раторы состоят из следующих основных частей: бараба­на, где происходит отделение жира от плазмы молока; механизма, поддерживающего и вращающего барабан; сборников для цельного молока, обезжиренного молока и сливок; станины, на которой смонтированы все пере­численные части. Механизм сепаратора приводится в действие от рукоятки, насаженной на валик с большим зубчатым колесом (рис. 1). Последнее передает враще­ние малому зубчатому колесу, расположенному на дру­гом валу. Это колесо вращается в несколько раз (11,5 ра­за) быстрее большого. На этом же валу находится и бронзовое винтовое колесо, которое передает движение вертикальному валу-веретену, вращающемуся намного (в 14,6 раза) быстрее винтового колеса. Поэтому при вращении рукоятки со скоростью 45 об/мин веретено, на котором сидит барабан, будет делать 7500 об/мин. Следовательно, и барабан будет вращаться с этой же скоростью.

 

Веретено имеет шарикоподшипник и подпят­ник. На верхнем подшипнике находится пружинный амортизатор. Подпятник установлен в винте, которым можно изменить высоту веретена и барабана. Приводной механизм помещен в станине, расположенной на подстав­ке. Сепаратор имеет звонок, находящийся в рукоятке.

Рисунок 2 – Барабан сепаратора в разрезе

 

В барабане (рис. 2) различают следующие части (рис. 3): днище с центральной трубой, которая представляет собой одно целое с днищем и имеет резьбу для гайки, у многих сепараторов в нижней части трубки помещена шпилька, которая входит в прорезь веретена; резиновое кольцо, которое создает герме­тичность барабана; крестовина, или тарелкодержатель, надевается на центральную трубку днища, поло­жение его на основании днища фиксируется штифтом крестовины. Служит для направления и распределения молока в течение его пути в барабане и для удержания тарелок в определенном подвижном положении; тарелки (нижняя и средние) предназначены для равно­мерного распределения тонким слоем молока, поступаю­щего из центральной трубки через крестовину.

Тарелки ручных сепараторов име­ют по три отверстия, а приводных — по четыре, соответственно числу отвер­стий крестовины. После постановки тарелок на крестовину отверстия со­ставляют три (четыре) вертикальных канала, по которым молоко движется вверх, постепенно растекаясь по меж­тарелочному пространству. Чтобы та­релки не прилегали плотно одна к другой, на них сделаны напайки. Нижняя тарелка имеет напайки с двух сторон и этим отличается от других.

Рисунок 3 – Основные детали сепаратора: А — барабан: 1 – днище с полой трубкой; 2 – резиновое кольцо; 3 – тарелкодержатель; 4 – нижняя тарелка; 5 – средние тарелки; 6 – верхняя разделительная та­релка со сливным отверстием; 7 – крышка барабана; 8 – зажимная гайка; Б — веретено (вертикальный вал):1 – червячная нарезка веретена; 2 – пятка веретена с шариком; 3 – винт подпятника с контргайкой; 4 – упорный хомутик; 5 – горловой подшипник с пружиной; 6 – крышка горлового под­шипника; 7 – прорезь для насадки барабана.

Иногда тарелки пронумерованы: 6 — верхняя разделительная тарелка (отверстий не имеет) служит для отделения сливок от обезжирен­ного молока. В горловине она снаб­жена припаянной планкой с подвиж­ным, регулирующим жирность сли­вок винтом. На наружной поверх­ности тарелка имеет три ребра, на которые ложится кожух или крышка барабана. В пространство, образован­ное между верхней разделительной тарелкой и крышкой, поступает обез­жиренное молоко, которое переходит через прорезь, имеющуюся в крышке барабана, в предназначенный для него сборник. Сливки оттесняются к центральной трубке и, поднимаясь вверх под разделительной тарелкой через отверстие сливочного винта, расположенного на ней, выливаются в другой сборник (для сливок).

Крышка, как и днище, массивная, сделана из прочной стали. Крышка заходит своим выступом на нижнем крае в вырез, находящийся в днище. В месте соединения днища и крышки прокладывается резиновое кольцо во избежание просачивания молока из барабана. Гайка служит для прочного соединения всех частей барабана. Гайки боль­ших сепараторов имеют обратную резьбу.

Сепаратор имеет приемник для цельного молока, снабженный краном, поплавковую камеру с поплавком, регулирующим поступление молока в барабан, два сбор­ника с отводом для обезжиренного молока и сливок. Станина сепаратора отливается из чугуна и служит для прикрепления механизма, к рабочей части сепаратора. В станине находится приводной механизм. Нижняя часть камеры заполняется маслом для автоматической смазки механизмов сепаратора.

Полугерметические и герметические сепараторы. Осо­бенность этих сепараторов заключается в том, что они не образуют пены при сепарировании, так как из бара­бана удаляются воздух и газы.

Наибольшее распространение получили полугермети­ческие сепараторы, в ко­торых молоко из поплавковой камеры по центральной трубке попадает в тарелкодержатели и нижнюю камеру его, откуда оно поступает в пакет тарелок. Пакет закан­чивается разделительной тарелкой, под которую устанав­ливают еще одну верхнюю тарелку. Между разделитель­ной и верхней тарелками образуется камера, где распо­ложен напорный диск для сливок. Вверху крышки барабана имеется горизонтальная перегородка с верти­кальными отверстиями для прохода обезжиренного мо­лока.

Между перегородкой и крышкой образуется камера для напорного диска, нагнетающего обезжиренное моло­ко, а между трубками напорных дисков — проход для обезжиренного молока.

Характерной особенностью современных сепараторов является их универсальность. Рассмотрим основные технические характеристики сепараторов-сливкоотделителей:

Назначение: Предназначены для отделения сливок у предварительно подогретого до 40...45 ºС молока или холодного молока.

Основные моменты которые целесообразно принимать во внимание при выборе: Производительность по полному обезжириванию обычно на 30% меньше производительности сепаратора в режиме нормализации молока.

Нормализация: Все сепараторы укомплектованы системой ручной нормализации. Устройство автоматической нормализации - сложное инжиниринговое решение которое обеспечивает требуемую точность нормализации только при обеспечении:

- постоянства потока молока

- постоянства температуры молока на входе

- постоянного давления на выходе

Поэтому, приобретение автоматических систем нормализации молока целесообразно рассматривать в комплексе с приобретением ПОУ.

При рассмотрении систем нормализации следует учитывать что системы нормализации бывают:

- нормализация молока в пределах от уровня полного обезжиривания до уровня базовой жирности сырья

- система с нормализацией молока и сливок условно высокой жирности

- система нормализации молока и сливок низкой жирности

- система с "подменой" жировой фазы когда натуральные сливки отводятся для производства высококачественных продуктов, а рекомбинированные сливки вводятся взамен.

- прочие системы нормализации с наличием одной или нескольких линий подачи добавок в поток нормализованного молока.

Потери: Современные сливкоотделители нивелируют потери молока путем управления разгрузками с использованием расходомеров, программируемых систем автоматизации процессами частичных и полных разгрузок

Долговечность эксплуатации: Помимо тривиальных критериев оценки, таких как материалы из которых изготовлены те или иные узлы и агрегаты, следует обращать внимание на уровень шумов и вибраций.

Частота сервисного обслуживания, стоимость ремонта: Заблуждением является рекламные манипуляции некоторых изготовителей, что привод через клиноременную передачу вместо шестеренчатой обеспечивает экономический эффект. Ведущие производители сепараторов используют шестеренчатую передачу на сепараторах с производительностью выше 15000 л/час. При приобретении сепаратора следует особое внимание обращать на затраты на замену быстроизнашивающихся деталей и регламент, включая периодичность проведения периодического обслуживания.

Уровень автоматизации: Сепараторы выпускаются с стандартной и автоматической системой управления.

Комплектность поставки: Современные сепараторы поставляются на раме, на которой помимо сепаратора смонтирована гидросистема, пульт управления.

 

 

.