Сепаратор-сливкоотделитель ОСН-С

Сепаратор-сливкоотделитель ОСН-С

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

.     Литературный обзор и патентный поиск

2.       Сепаратор-сливкоотделитель осн-с

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

.     Функциональное назначение сепаратора-сливкоотделителя в технологической схеме производства

4.       Расчётная часть

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

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.

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.

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).

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР И ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК

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.

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.

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.

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 1 - Устройство приводного ме­ханизма сепаратора:

- рукоятка; 2 - верхний валик; 3 - большое зубчатое колесо; 4 - нижний валик; 5 - червячное колесо; 6 - вере­тено; 7 - стопорный болт; 8 - горловая пружина; 9 - винт подпятника; 10 - шариковый подшипник; 11 - барабан.

В барабане различают следующие части: 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.

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.

2. СЕПАРАТОР-СЛИВКООТДЕЛИТЕЛЬ ОСН-С

.1 Описание конструкции и принципа работы, техническая 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.

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.

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.

3. 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 "скоагулированный 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)

-Сепаратор  сливкоотделитель <#"700589.files/image002.gif">

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 таблицВ.М.Брадиса1,4826);

Rmax,Rmin- максимальный и минимальный расчётные радиусы тарелок, м;

рс, рч- плотность дисперсионной среды (плазмы) и жировых частиц, кг/м3, при 30ºС- рс = 1030,6 кг/м3,рч = 911,9 кг/м3;

- вязкость дисперсионной среды (плазмы молока), Па · с,

при 30ºС-  = 0,00133Па · с;

По графику (рис. 3.1) определим жирность обратаСоб(%):

Рисунок 3.1 - Зависимость между максимально предельным диаметром жировых частиц в обрате и его жирностью

. Построим график зависимости действительной объёмной производи-тельности сепаратора Vgот жирности обрата Соб (рис. 3.2):

Рисунок 3.2 - Зависимость действительной объёмной производительности сепаратора от жирности обрата

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

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

где Cм-жирность молока, примем Cм = 4,2 %;

Соб- жирность обрата, примем Cоб = 0,05 %;

Ссл- жирность сливок, примем Cсл = 20 %;

Vg- действительная объёмная производительность сепаратора при жирности обрата Cоб = 0,05 %.

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

. Рассчитаем степень обезжиривания молокаσ (%) сепаратором-сливкоот-делителем:

. Рассчитаем мощность, затрачиваемую на привод барабана открытого сепаратора Nб (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;

рв-плотность воздуха, кг/м3, примем рв = 1,23 кг/м3;

Rб- наружный радиус барабана, м.

N3 - мощность на преодоление трения в уплотнительных манжетах и опорных узлах (подшипниках), кВт; для расчетов примем N30,020 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

. Рассчитаем мощностьэлектродвигателя с учетом пускового момента N0 (кВт):

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

сепаратор сливкоотделитель молоко переработка

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подводя итог обзору процессов сепарирования в молочной промышленности можно заключить следующее. Рассмотренные процессы не только могут, но и должны использоваться при производстве молочных продуктов, а их эффективность может быть обеспечена, в первую очередь, на основании правильного выбора параметров работы сепараторов.

Сепараторы - сливкоотделители помогают людям быстро получить сливки и обрат и сохранить скоропортящиеся молочные продукты, особенно в жаркое время года. Сливки малой жирности сразу используют в пищу, а из сливок, жирность которых составляет 30-40%, путем сбивания получают сливочное масло, доводя концентрацию жира до 83%. Однако жир содержится в молоке в сравнительно небольших количествах, в виде мельчайших шариков, имеющих размеры в несколько микрон, и отделить их от общей массы непросто. Если из одного литра молока выделить все жировые шарики, то мы получим всего около 30-50 г, что будет соответствовать 100% жирности.

Качество любого сепаратора определяется обеспечением выделения из молока требуемого количества жировых шариков в течение всего периода эксплуатации, что может быть достигнуто только за счет стабильности частоты вращения барабана и возможности его регулировки.

Я считаю, что справился с назначенной перед написанием курсового проекта целью, решил поставленные задачи: изучил конструкции и рабочий процесс машин и аппаратов по первичной обработке и переработке молока, в частности сепаратора-сливкоотделителя ОСН-С, научился эксплуатировать и обслуживать это технологическое оборудование.

сПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ведишев С.М. Технологии и механизация первичной обработки и переработки молока: Учеб.пособие / С.М. Ведищев, А.В. Милованов. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2005 - 152 с.

2.       Волчков И.И. Сепараторы для молока и молочных продуктов, 1975 - 234 с.

3.       Диланян З.Х. Молочное дело. - Изд. 3-е, перераб. и доп. - М.: Колос, 1979. - 368 с.

4.       Дьяченко П.Ф., Коваленко М.С, Чеботарев А.И.Технология молока и молочных продуктов.- М.: Пищевая промышленность, 1974.- 447 с.

5.       Житенко П.В. Переработка и хранение продуктов животноводства. - 2-е изд., перераб. и доп., М.: Россельхозиздат, 1985. - 71 с.

6.       Золотин Ю.П. и др. Оборудование предприятий молочной промышленности / Золотин Ю. П., Френклах М. Б., Лашутина Н. Г. - М.: Агропромиздат, 1985 - 270 с.

7.       Крусь Г.Н., Тиняков В.Г., Феофанов Ю.Ф. Технология молока и оборудование предприятий молочной промышленности. - М.: Агропромиздат, 1986 - 280 с.

8.       Притыко В.П., Лунгрен В.Г.Машины и аппараты молочной промышленности.- М.: Пищевая промышленность, 1979.- 319 с.

9.       Сурков В.Д. и др. Технологическое оборудование предприятий молочной промышленности / Сурков В. Д., Липатов Н. Н., Золотин Ю. П. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983 - 432 с.

10.     Твердохлеб Г.В., Сажинов Г.Ю., Раманаускас Р.И. Технология молока и молочных продуктов - М.: ДеЛипринт, 2006 - 616 с.

11.     Шалыгина А.М., Калинина Л.В. Общая технология молока и молочных продуктов - М.: КолосС, 2004 - 200 с.