Сепаратор-сливкоотделитель осн-с

2.1. Описание конструкции и принципа работы, техни-ческая характе­ристика сепаратора-сливкоотделителя

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.

	Чертеж 1 – Сепаратор-сливкоотделитель с центробежной пульсирующей выгрузкой осадка: 1 – приемно-отводящее устройство; 2 – крышка; 3 – гидроузел; 4 – чаша с приемником осадка; 5 – глушитель; 6 – тормоз; 7 – тахометр; 8 – станина с приводом; 9 – электродвигатель; 10 – фильтр; 11, 13 – манометры; 12 – редуктор; 14, 15, 16, 19 – вентили; 17, 18 – вентили электромагнитные

 

Чертеж 2 – Сепаратор-сливкоотделитель с центробежной пульсирующей выгрузкой осадка в разобранном виде: а – приемно-отводящее устрой­ство: 1 – центральная трубка; 2 – напорный диск для сливок; 3 – напорный диск для обезжиренного молока; 4 – приемник сливок; 5, 10 – регулировочные вентили; 6 – ротаметр; 7 – гайка; 8 – контргайка; 9 – манометр; 11–приемник обезжиренного молока; б – барабан: 1 – крышка; 2 – разделительная тарелка; 3 – клапанное уст­ройство; 4 – распределительный узел; 5 – ограничительная форсунка; 6 – конус; 7 – тарелкодержатель; 8 – подвижной поршень; 9 – основание; 10 – разгрузочное окно; 11 – большое затяжное кольцо; 12 – пакет тарелок; 13 – трубка; 14 – малое затяж­ное кольцо; 15 – крышка; 16 – напорная камера для сливок; 17 – напорная камера для обезжиренного молока

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

Наименование	Ж5-ОС2-Т3	Ж5-ОС2-НС ОСН-С	А1-ОЦР
Внешний вид
Производительность, л/ч
Габариты сепаратора, в мм (длина*ширина*высота)	860*590*1445	1200*850*1780	1140х780х1450
Частота вращения барабана, об/мин
Давление на входе буферной воды, МПа	2,5	2,4	2,5
Электродвигатель: тип	АИР112	4АМ160В4	4АМ132М4
исполнение	1М3081	1М3081	1М3081
мощность, кВт	5,5
Напряжение, В
частота, Гц
частота вращения, об/мин
Общая масса сепаратора, в кг
Количество масла на картер, в дц3		7....9
Количество тарелок, шт
Температура сепарирования, ºС	не менее 40		35...40
Содержание жира в обрате, % не более		0,02	0,02
Кислотность молока в гр Т	14...17,5	14...17,5	17,5
Жирность сливок, %	30....40	35...40	35...40

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-ОЦРпредназначен 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.

 

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):

 

 

Рисунок 3.2 – Зависимость действительной объёмной производительности сепаратора от жирности обрата

 

 

Получаем, что с увеличением жирности обрата производительность сепаратора резко повышается.

3. Рассчитаем объемное количество сливок V_сл (м³/с), выделенных сепа­ратором, используя формулу:

где C_м – жирность молока, примем C_м = 4,2 %;

С_об – жирность обрата, примем C_об = 0,05 %;

С_сл – жирность сли­вок, примем C_сл = 20 %;

V_g – действительная объёмная производительность се­паратора при жирности обрата C_об = 0,05 %.

4. Рассчитаем количество обрата V_об (м³/с), выделенного сепа­ратором:

5. Рассчитаем степень обезжиривания молока σ (%) сепаратором-слив­коот-делителем:

 

6. Рассчитаем мощность, затрачиваемую на привод барабана открытого сепаратора N_б (кВт), используя формулу:

где N₁ – мощность на придание кинетической энергии выводи­мым фракциям молока, кВт:

,

где – экспериментальный коэффициент, примем = 1,1;

R₀ – рас­стояние от оси барабана до торца отверстия, через которое фрак­ции молока покидают барабан, м.

N₂ – мощность на преодоление аэро­динамического сопротивления барабана о воздух, кВт:

,

где – экспериментальный коэффициент, примем = 0,15;

р_в – плотность воздуха, кг/м³, примем р_в = 1,23 кг/м³;

R_б – наружный радиус барабана, м.

N₃ – мощ­ность на преодоление трения в уплотнительных манжетах и опорных узлах (подшипниках), кВт; для расчетов примем N₃ 0,020 кВт.

N₄ – мощность на встроенные насос и напорный диск, кВт. Так как в рассчи-тываемом сепараторе нет встроенных насосов и напорного диска, то N₄ = 0 кВт.

В итоге, мощность, затрачиваемая на привод барабана открытого сепаратора равна:

7. Рассчитаем мощность, потребляемую сепаратором N (кВт):

,

где – механический КПД привода барабана, примем = 0,90

8. Рассчитаем мощность электродвигателя с учетом пускового момента N₀ (кВт):

9. Итого удельные затраты электроэнергии на сепарирование молока N_уд (кВт · ч/м³) составляют: