Основы теории и расчет сепараторов - Механизация первичной обработки 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 = 6-р-м-r-э,
Где
М - коэффициент вязкости жидкости, н-с/м2;
R - радиус шарика, м;
- cкорость движения шарика м/с.
Запишем Закон Стокса в следующем виде
, (1)
Где
R - радиус частицы от оси вращения или радиус кольца жидкости, м;
T - продолжительность процесса, с.
В общем виде скорость движения жирового шарика к центру барабана будет
,
С другой стороны на жировой шарик при сепарировании действует центробежная сила, величину которой можно определить по формуле
(2)
Где
Сп, сж - плотность соответственно плазмы и молочного жира, г/см3;
- угловая скорость вращения барабана, с-1.
Следовательно, в центробежном поле дисперсная частица (жировой шарик) будет двигаться только при условии, когда F ? W.
Приравняем правые части уравнений (1) и (2):
=
Сокращая и преобразуя данное равенство, получим скорость движения жирового шарика в центробежном поле
(3)
Заменяя в уравнении (3) радиус (r) на диаметр (d), получаем на основании Закона Стокса формулу для определения скорости всплытия (выделения) жировых шариков из плазмы молока при сепарировании
, м/с.
Скорость выделения жировых шариков из плазмы молока при отстое будет
, м/с,
Где g - ускорение свободного падения.
В спокойно стоящем молоке жировые шарики, как менее плотные, всплывают на поверхность. Окружающая их плазма оказывает сопротивление всплытию.
Сравним центробежную силу Iц с силой земного тяготения Iт
Iц = т-; .
Разделим первое на второе
.
Полученную величину Г. И. Бремер назвал фактором разделения. Этот фактор показывает, во сколько раз действие центробежной силы эффективнее силы тяжести. Чем больше фактор разделения, тем выше разделяющая способность сепаратора. Фактор разделения целесообразнее увеличивать за счет угловой скорости барабана сепаратора, так как она входит в формулу в квадрате.
Для примера определим фактор разделения при n = 8000 мин-1 и R = 0,1м.
В молочной промышленности используют сепараторы с фактором разделения 600...1200.
Скорость выделения жировых шариков можно повысить также нагреванием молока. Если при этом плотность плазмы и жировых шариков уменьшаются пропорционально и незначительно, то вязкость плазмы уменьшается существенно. Экспериментально установлено, что отношение разности плотности плазмы и жира к вязкости плазмы изменяется прямо пропорционально температуре в диапазоне t = 15...180С и выражается зависимостью
.
Рассмотрим движение молока в межтарелочном пространстве барабана сепаратора.
Молоко попадает в межтарелочное пространство через отверстия в тарелках. Там оно распределяется тонким слоем. На находящиеся в нем жировые шарики действует центробежная сила и гидростатическая. Под действием центробежной силы шарики вместе с потоком молока участвуют в переносном движении п, направленном параллельно образующей тарелки. Под действием гидравлической силы шарики всплывают в потоке молока со скоростью с, направленной перпендикулярно оси вращения.
Переносная скорость определяется, исходя из подачи молока и поперечного сечения межтарелочного пространства
,
Где
Qм - производительность сепаратора, м3/с;
R - радиус расположения жирового шарика, м;
H - расстояние между тарелками по вертикали, м;
S - толщина слоя сливок, м;
Б - угол конуса тарелок;
Z - количество межтарелочных пространств в барабане.
Скорость движения шариков под действием гидростатической силы определяется уравнением
, (4)
Где d - диаметр жировых шариков.
Абсолютная скорость движения жировых шариков будет равна геометрической сумме скоростей
.
По мере удаления жирового шарика от оси вращения переносная скорость его уменьшается, так как увеличивается кольцевая площадь поперечного сечения потока молока. Радиальная скорость хc, наоборот, будет увеличиваться, так как увеличивается радиус вращения R. Все это приводит к изменению величины и направления абсолютной скорости движения жирового шарика. Вследствие этого они осаждаются на верхних поверхностях тарелок и продвигаются к оси вращения.
Жировые шарики имеют размеры, отличающиеся в 10 раз (1...10 мкм). Как следует из формулы, скорость их радиального, а, следовательно, и абсоютного движения будет различной. Наиболее крупные шарики быстро почти у входа в межтарелочное пространство достигнут поверхности нижней тарелки и начнут продвижение к оси барабана (траектория I).
Наиболее мелкие достигнут нижней тарелки у ее периферии (траектория IV). Ну, а некоторые из них вообще не успеют отделиться в межтарелочном пространстве и будут унесены потоком обезжиренного молока (траектория V).
Определим производительность сепаратора. Рассмотрим путь движения жирового шарика в межтарелочном пространстве.
Предположим, что жировой шарик определенного диаметра начнет отделяться от потока молока на радиусе R. Тогда, чтобы достичь поверхности потока сливок, если движение началось от нижней поверхности верхней тарелки, он должен пройти путь
Где t - время движения.
За это же время он вместе с потоком молока пройдет путь вдоль тарелки
Где Н - высота тарелки от края входного отверстия до основания тарелки.
Откуда
Или
.
Подставим значения переносной и относительной скоростей
Откуда
,
Т. е. производительность сепаратора не зависит от зазора между тарелками и угла их конуса.
Похожие статьи
-
Типы сепараторов и принцип их работы - Механизация первичной обработки молока
Операциями первичной обработки молока являются очистка от посторонних примесей и отделение сливок от молока. Молоко, как известно, представляет смесь...
-
Расчет пастеризаторов - Механизация первичной обработки молока
Механизация первичный обработка молоко Основы теории пастеризации молока разработал советский ученый Г. А. Кук. Теория основывается на том, что гибельно...
-
Пастеризаторы молока, их классификация и принцип работы - Механизация первичной обработки молока
С целью уничтожения находящихся в молоке бактерий его подвергают нагреванию до определенной температуры. Факт обеззараживания различных материалов, в том...
-
Качество молока и молочных продуктов во многом зависит от своевременности их обработки и переработки, так как молоко является скоропортящимся продуктом....
-
Расчет регенеративных теплообменников - Механизация первичной обработки молока
После пастеризации молоко охлаждают до температуры, обеспечивающей его сохранность (5...80С). Чтобы снизить расход холода, на первой ступени его...
-
Тепловой баланс процесса охлаждения и расчет охладителей - Механизация первичной обработки молока
Тепловой поток, отбираемый хладоносителем от молока, определяется по формуле: , (1) Где Qм - подача молока, кг/с; См - теплоемкость молока, Дж/ кг-град;...
-
Охладители молока и принцип их работы - Механизация первичной обработки молока
Как отмечалось, молоко является скоропортящимся продуктом, поэтому охлаждение его является обязательной операцией при первичной обработке. Охлаждение...
-
Производительность горизонтального шнекового смесителя определяется, как и обычного шнека, с той лишь разницей, что заполнение смесителя должно быть...
-
Первичная обработка состоит из приемки, фильтрования и охлаждения молока. Приемку и хранение молока производят в специальных молочных помещениях. Вода,...
-
Для предотвращения бактериального загрязнения сырья необходимо не только соблюдать санитарные и ветеринарные правила получения молока, но и подвергать...
-
Молоко является полноценным и незаменимым продуктом питания человека, так как содержит все необходимые для его жизнедеятельности вещества и витамины....
-
Первичная обработка молока в хозяйстве - Обработка и хранение молока
Обработка молока непосредственно на фермах называется первичной. Она включает приемку молока, очистку его от механических примесей и охлаждение, а в...
-
На комплексе хозяйства установлено доильное оборудование фирмы ДеЛаваль. Контроль доения осуществляется с помощью компьютерной программы ALPROTM Windows....
-
Силовым электрооборудованием зерноочистительно-сушильного комплекса является электродвигатели, которые используются в приводах технологического...
-
Заключение - Механизация процесса доения с разработкой линии сепарации
Сепараторы - сливкоотделители помогают быстро получить сливки и обрат и сохранить скоропортящиеся молочные продукты, особенно в жаркое время года. Сливки...
-
В цехе первичной переработки скота осуществляются убой и первичная переработка скота. Продукция цеха является сырьем для других цехов: холодильника,...
-
Сущность производства и классификация молочных продуктов - Обработка и хранение молока
Продукты, получаемые из молока в результате молочнокислого брожения (иногда с участием спиртового брожения), называются кисломолочными. Различают...
-
Составляем таблицу отклонений и потерь в линиях напряжением 10-0.38 кВ. системы электроснабжения, если норма отклонений напряжения у потребителей Vнор= ....
-
Выбор распределительных устройств Распределительные устройства предназначены для приема и распределения электрической энергии внутри помещения. С этой...
-
Назначение и сущность линии Интенсификация производства продуктов животноводства на современных сельскохозяйственных предприятиях сопровождается выходом...
-
Зона хранения навоза. Площадь хранилища определяется по формуле: Где: - суточный выход кала от 1 гол., кг - суточный выход мочи от 1 гол., кг - норма...
-
Расчет технико-экономических показателей - Механизация процесса доения с разработкой линии сепарации
Основными технико-экономическими показателями, характеризующими эффективность комплексной механизации животноводства являются затраты живого труда на...
-
Молоко представляет идеальную питательную среду для микробов. При благоприятных условиях микробы в молоке быстро размножаются, вызывая его порчу. Очень...
-
Энергетический расчет - Механизация процесса доения с разработкой линии сепарации
Энергетический расчет проводим при условии, что все оборудование работает при оптимальной загрузке в указанное расчетное время. Рассчитаем общую...
-
Структурная рабочая диаграмма процесса сепарирования молока представлена на рисунке 2. Приняты следующие исходные данные: Ферма крупного рогатого скота с...
-
Расчет технологии Примерное количество Qcyт (кг) навоза, получаемое на комплексе за сутки, может быть определено по формуле Годовой выход Qгод навоза...
-
Расчет наружного освещения - Электрификация и механизация зерноочистительно-сушильных пунктов
Определяем периметр хозяйства по генплану (лист 6 )по формуле : П = 2 ( А + В ) (54) Где А-ширина хозяйства В - длина хозяйства П =2 Определяем...
-
Расчет экономической эффективности автоматизации процесса сушки зерна Контроль влажности зерна, проводимый на зернопунктах колхозов и совхозов,...
-
Основные элементы промышленной технологии производства свинины. В основу работы свиноводческих комплексов и крупных промышленных ферм положена система...
-
Исходя из поголовья согласно заданию, рассчитаем структуру поголовья фермы (таблица 1.2.1) . Таблица 1.2.1 Структура поголовья фермы КРС, % Группы...
-
Расчет мощности трансформатора - Электрификация и механизация зерноочистительно-сушильных пунктов
Условия для выбора ТП служит выражение : , (52) Где и - соответственно нижняя и верхняя границы интервалов нагрузки для трансформатора принятой...
-
Факторы, влияющие на состав и свойства молока - Основы технологии животноводства
1*Порода и возраст животных. От породы и возраста животного зависит молочная продуктивность, состав, физико-химические и технические свойства молока....
-
Предшественники и система обработки почвы - Агротехника гороха. Расчет величины урожая
Сельскохозяйственные культуры и технология их возделывания оказывает большое и разнообразное влияние на физические, химические и биологические показатели...
-
Площадь рассчитывается по хозяйственным отделениям отдельно по каждой породе по формуле: Р = N*a*S / n*S1 (2.1) Где Р - площадь, необходимая для...
-
Технологический расчет доильных установок - Механизация доения коров
Технологический расчет машинного доения коров сводится к определению потребного количества аппаратов на оператора, количества операторов для обслуживания...
-
Расчет показателей эффективности производства молока С целью определения экономической целесообразности проекта, выгодности его использования,...
-
Качественную оценку процесса смешивания дают по степени однородности полученной смеси. А. А. Лапшин предлагает оценивать степень однородности по формуле:...
-
Расчет электрического освещения - Электрификация и механизация зерноочистительно-сушильных пунктов
Электрическое освещение - важнейший фактор, от которого зависит комфортность пребывания и работы людей. Основные показатели искусственного освещения...
-
Как следует из приведенного выше описания работы предлагаемого переносного манипулятора линейной доильной установки, доильный аппарат снабжен датчиками...
-
Установлено, что с удалением от источника запаха количество получаемой запаховой информации уменьшается пропорционально квадрату расстояния. Но не...
Основы теории и расчет сепараторов - Механизация первичной обработки молока