Современное оборудование для сепарирования. Сепараторы-сливкоотделители

Сущность процесса разделения (сепарирования) молока, как и любой гетерогенной системы, заключается в осаждении дисперсной фазы в поле действия гравитационных и центробежных сил.

При сепарировании молоко разделяется на две фракции различной плотности: высокожирную (сливки) и низкожирную (обезжиренное молоко).

По назначению различают сепараторы - молокоочистители, сепараторы - сливкоотделители, сепараторы для получения высокожирных сливок и универсальные со сменными барабанами.

По способу подачи молока и отвода продуктов сепарирования аппараты бывают открытые, полугерметичные, герметичные.

В открытых сепараторах производительностью до 0,3 кг/с подача молока, отвод сливок и обезжиренного молока происходят в соприкосновении с воздухом. В этом случае образуется молочная пена, ухудшающая условия эксплуатации сепараторов. В полугерметичных сепараторах производительностью 0,5…1 кг/с молоко подается открытым способом, а отвод продуктов - закрытым под напором. В герметичных сепараторах производительностью свыше 1 кг/с подача молока и отвод продуктов сепарирования происходит без доступа воздуха под давлением по трубам.

В зависимости от типа привода сепараторы могут быть с ручным и электроприводом. Передача вращения от электродвигателя к барабану у сепараторов второй группы осуществляется с помощью винтовой пары или ременной передачи. Барабаны сепараторов небольшой производительности устанавливают непосредственно на валу продукта.

Один из основных технологических параметров, характеризующих работу сепараторов, - температура сепарируемого продукта.

Молоко, направляемое на сепарирование должно иметь температуру 40 - 45°С. Высокотемпературное сепарирование проводят при температуре 60 - 85°С, при сепарировании холодного молока продукт имеет температуру 4 - 10°С.

Основными узлами сепаратора являются станина, состоящая из корпуса и чаши, барабан, приемно-выводное устройство и приводной механизм, включающий в себя вертикальный вал (веретено.) и горизонтальный вал с зубчатым колесом.

В корпусе станины размещен приводной механизм, на вертикальном валу которого установлен барабан. Чаша станины закрыта крышкой, служащей для размещения приемно-выводного устройства. У саморазгружающихся и сопловых сепараторов имеется приемник осадка или сгущенной фракции (например, творожного сгустка). Электродвигатель фланцевого исполнения расположен сбоку от станины, и его вал соединяется с приводным механизмом через разгонную центробежную фракционную муфту.

В зависимости от технологического назначения барабаны сепараторов различаются конструктивным исполнением (рис.1).

Барабан сепаратора -- сливкоотделителя открытого типа с ручной выгрузкой осадка (рис.2) состоит из основания, уплотнительного кольца, тарелкодержателя, пакета тарелок, разделительной тарелки, корпуса и стяжной гайки. Основание барабана имеет сложную форму и представляет собой днище с центральной трубкой. В трубке имеется три прямоугольных канала для прохода молока в таредкодержатель. Верхняя часть трубки имеет резьбу для крепления стяжной гайки. На ободе основания сделан вырез под фиксатор корпуса, а на конической части основания -- выступ для фиксации тарелкодержателя с пакетом тарелок. В центре основания имеется продолговатый выступ, обеспечивающий надежное зацепление барабана с вертикальным валом сепаратора.

Рис. 1 - Технологические схемы барабанов сепараторов различных типов: а--барабан сепаратора-разделителя (сливкоотделителя); б-- барабан сепаратора-осветлителя (молокоочистителя); в -- барабан соплового сепаратора (творожного); г --барабан сепаратора с периодической выгрузкой осадка; 1 -- тарельчатые вставки; 2 -- осадок (сепараторная слизь); 3 -- тяжелая фракция (обезжиренное молоко); А-- легкая фракция (сливки); 5 -- осветленная жидкость (чистое молоко); 6 --творожная сыворотка; 7-приемник творога; 8-- творожный сгусток; 9-- сопло; 10 -- напорный диск сливок; 11 -- напорный диск обезжиренного молока, 12 - разгрузочные окна; 13 -- подвижное днище (поршень); 14-управления движением поршня; 15--приемник осадка.

Рис. 2 - Барабан сепаратора-сливкоотделителя открытого типа с ручной выгрузкой осадка: 1-- стяжная гайка; 2-- корпус барабана; 3 -- разделительная тарелка; 4-- пакет тарелок; 5-- тарелкодержатель; 6-- уплотнительное кольцо; 7--основание барабана

Пакет из 48...56 тарелок служит для образования межтарелочного пространства, в котором происходит разделение молока на сливки и обезжиренное молоко.

Зазор межтарелочного пространства создается тремя шипами высотой 0,4 мм, расположенными на внешней стороне каждой тарелки. Последняя тарелка имеет шипы с обеих сторон, что позволяет образовать зазор не только с соседней тарелкой, но и с основанием барабана. В каждой тарелке по три отверстия; при сборке тарелок в пакет формируются вертикальные каналы, через которые молоко распределяется в межтарелочном пространстве.

На верхней поверхности разделительной тарелки выполнены три ребра, обеспечивающие необходимый зазор между внутренней поверхностью корпуса барабана и разделительной тарелкой. В верхней цилиндрической части разделительной тарелки есть отверстие для отвода сливок.

Корпус барабана имеет коническую форму с некоторым расширением в основании, которое образует грязевое пространство. В нижней части корпуса с наружной стороны расположен фиксатор, входящий при сборке в вырез основания барабана. В верхней части шейки корпуса имеются два щелевых выходных канала для отвода обезжиренного молока, отверстие для выхода сливок и регулировочный винт, представляющий собой втулку с резьбой.

Количественное соотношение между сливками и обезжиренным молоком в сепараторах может изменяться в весьма широких пределах - от 1:3 до 1:12. При этом необходимое соотношение достигается с помощью регулировочных устройств, принцип действия которых основан либо на изменении скорости истечения сливок или обезжиренного молока путем изменения напора, либо на изменение сечения выходного отверстия.

При первом способе регулировочный винт с отверстием неизменного сечения ввертывают внутрь. Скорость истечения сливок снижается, так как центробежная сила по мере приближения винта к оси вращения уменьшается, а с ней уменьшается и напор. Сливок при этом будет выходить меньше» но они будут более вязкими и содержать больше жира.

Второй способ регулирования жирности сливок реализован в полузакрытых сепараторах - сливкоотделителях. Отличительной особенностью барабана сепаратора такого типа является конструкция разделительной тарелки, в верхней части которой размещены две напорные камеры. В одной камере находится напорный диск сливок приемно-выводного устройства сепаратора. В камере, расположенной в горловине крышки барабана, размещен напорный диск обезжиренного молока. В таких сепараторах соотношение количества сливок и обезжиренного молока регулируется вентилями (дросселями), установленными на патрубках приемно-выводного устройства. Более сложное устройство имеют барабаны сепараторов с периодической выгрузкой сепараторной слизи (осадка). В основании барабана (рис. 3) расположено подвижное днище (поршень). Уплотнение между основанием, а также крышкой барабана и поршнем обеспечивают уплотнительные кольца. На уровне стыка между поршнем и крышкой барабана размещены окна для выгрузки осадка. В верхнем положении поршня окна закрыты, при его опускании садок выгружается через окна в приемник.

Рис. 3 - Барабан сепаратора-сливкоотделителя с периодической выгрузкой осадка: 1 -- основание барабана; 2-- подвижное днище (поршень); 3,5-- уплотнительные кольца; 4 окно для выгрузки осадка; 6 -- затяжное кольцо; 7-- крышка барабана; 8-- клапан разгрузки; 9-- жиклер; 10-- распределительное кольцо буферной воды

Принцип работы барабана сепаратора-сливкоотделителя с периодической выгрузкой осадка основан на создании определенного перепада давления между молоком в барабане и жидкостью (буферной водой) под подвижным днищем (поршнем). Разгрузкой управляют с помощью гидравлической системы в ручном и автоматическом режимах. Основные элементы системы -- гидроузел и пульт управления.

В состав гидроузла (рис.4) входят фильтр, редуктор для регулирования давления воды в системе разгрузки барабана (буферной воды), манометры, электромагнитный вентиль для подачи размывочной воды в приемник осадка, ручные вентили для управления работой сепаратора вручную, а также трехходовой кран для подпитки водой полости под подвижным днищем (поршнем) барабана в закрытом положении.

Рис. 4 - Схема подключения гидроузла саморазгружающегося сепаратора: 7-фильтр; 2,6 --вентили ручного управления; 3 -- электромагнитный вентиль подачи раз-мывочной воды: 4-- трехходовой кран режимов работы; 5 -- электромагнитный вентиль подачи буферной воды;7,9-- манометры; S-- редуктор давления; РВ~ реле времени

Пульт управления включает в себя три реле времени, кнопки включения пульта и ручной разгрузки, сигнальные лампы и предохранители. Программное реле времени служит для установки интервала между разгрузками (30... 100 мин), а также управления работой двух других реле. Одно из них необходимо для управления работой электромагнитным вентилем подачи размывочной воды, второе - для регулирования времени разгрузки (0,2...0,5 с) барабана сепаратора.

Гидравлическая система управления разгрузкой сепаратора воздействует на подвижное днище (поршень) барабана с помощью двух клапанов разгрузки, расположенных в корпусе барабана под углом 180". Клапана соединены высверленными в теле основания каналами с полостью под поршнем и устройством подачи буферной воды под основанием барабана. Они отрываются в пространство между вертикальной стенкой барабана и кожухом сепаратора.

Приемно-выводные устройства сепараторов предназначены для ввода молока в сепаратор и отвода продуктов сепарирования управления. Как правило, для таких систем также необходимо исключительно высокое давление подачи, что является одним из недостатков при включении таких сепараторов в линию пастеризации. Для преодоления этого недостатка была разработана система плавного потока подачи, благодаря которой обеспечивается постоянное заполнение распределителя, не требующее механических уплотнений. Цель разработки системы «плавного потока» подачи состояла в том, чтобы гарантировать мягкий режим обработки продукта и максимальную эффективность. Схема системы плавного потока:

Рис. 5 - 1 -- питающий патрубок; 2 -- впускная камера; 3 -- выпускные отверстия; 4 -- кольцевая камера; 5 -- питающие каналы; 6 -- отверстие; 7 -- камера; 8 - отверстие; 9 -- пакет тарелок; 10- система «плавного потока» подачи; 11 -- восходящие каналы

Поток продукта движется с определённой скоростью через центральный питающий патрубок 1 во впускную камеру 2, вращающуюся со скоростью барабана. Внутренний диаметр впускной камеры 2 примерно в 1,4 раза больше внутреннего диаметра питающего патрубка 7. Общее сечение выпускных отверстий 3, меньше сечения впускной камеры 2. Благодаря такой конструкции впускная камера полностью заполняется продуктом почти до уровня кольцевой камеры 4. Когда впускная камера 2 заполнена, перед выпускными отверстиями 3 создается давление, и продукт плавно перетекает в питающие каналы 5, которые одновременно действуют как дроссели. В питающих каналах продукт находится под давлением, и резкое падение давления приведет к разрушению агломератов жировых шариков. Чтобы не допустить этого, питающие каналы 5 выполнены как выпускные патрубки дросселей. Газ, выходящий из молока, например, при нагревании в ходе пастеризации, выпускается через отверстие 6 в камере 7. Далее он циркулирует через отверстие 8 в кольцевую камеру 4. Оттуда газ или подается в сливки или снова вводится в поток жидкости во впускной камере 2. Такой внутренний контур циркуляции газа защищает межтарелочные области пакета тарелок 9 от попадания больших пузырьков газа, которые могут нарушить процесс сепарации. Система «плавного потока» подачи 10 обеспечивает ровное невозмущенное течение продукта прямо в восходящие каналы II пакета тарелок 9.

Конструкция сепараторов для холодного молока отличается от конструкции сепараторов для тёплого молока. Сепараторы для холодного молока являются, в основном, полугерметическими.

Современные саморазгружающиеся сепараторы с оснащены гидравлической системой автоматической разгрузки барабана. Сепараторы с саморазгружающимся барабаном удаляют извлеченные твердые частицы автоматически с установленной периодичностью на полной скорости барабана. При частичных выгрузках подача продукта в сепаратор не прерывается. В таком рабочем режиме процесс сепарации может выполняться 24 часа в сутки.

В зависимости от условий технологического процесса и свойств молока или молочных продуктов, саморазгружающиеся сепараторы могут быть настроены для выполнения частичной или полной выгрузки. При частичной выгрузке разгрузочные отверстия барабана открываются лишь на короткое время, чтобы было выгружено заранее определенное количество осадка. Жидкая фаза остается в барабане. При полной выгрузке разгрузочные отверстия полностью открываются и остаются открытыми, пока не будет выгружено все содержимое барабана. В этом случае поток продукта в сепаратор должен быть перекрыт. Параметры течения должны оставаться неизменными. В этом отношении следует обратить внимание на механизм выгрузки, по скольку, каждая разгрузка барабана вызывает турбулентность.

Необходимость очень быстрых, но точно воспроизводимых операций частичной выгрузки привела к разработке двойного поршневого клапана с системой дозирования, работающего вместе с выдвижным поршнем с оптимальным приводом. Максимально возможное открытие отверстий в течение самого короткого времени позволяет выполнить полную выгрузку за время всего нескольких оборотов барабана. Это также позволяет точно выполнять операции с минимальным выгружаемым объемом. Конечно, в результате ухудшаются параметры течения, однако, если рассматривать всю линию сепарации, то такие возмущения имеют небольшую продолжительность и минимальный эффект.

Схема работы гидравлической системы открытия и закрытия барабана:

Рис. 6 - 1 -- шламовое пространство; 2 -- соленоидный клапан для воздуха контура управления; 3 - соленоидный клапан для заполняющей воды; 4 -- дозирующее устройство; 5 - камера дозатора; 6 -- соленоидный клапан для открывающей воды; 7 -- соленоидный клапан для закрывающей воды

При выполнении частичной выгрузки открывается клапан открывающей воды б, и определенное количество воды, находящееся в дозирующей камере 5, мгновенно подается под давлением в отрывающую камеру барабана. Операция закрытия начинается автоматически, когда необходимое количество открывающей воды вытекает через поршневые клапаны. Закрывающая вода 7 подается постоянно во время процесса. Перед выгрузкой дозирующая камера заполняется при открытии соленоидного клапана 3 с заданной периодичностью. В завершение, при открытии клапана 2 давление воздуха действует на поршень дозирующего устройства, и вода для следующей операции частичной выгрузки подается при определенном давлении.

Номинальная производительность современных сепараторов для тёплого молока от 3000 до 55000 л/ч, производительность нормализации - от 5000 до 60000 л/ч; номинальная производительность сепараторов для холодного молока от 10000 до 30000 л/ч.

2. Современный высокоэффективный сепаратор-сливкоотделитель марки Ж5 - ОС2 - НС