Проектно-конструкторская часть с расчетом сепаратора

1.Аннотация.

Оглавление

Введение. 5

1. Литературный обзор. 7

1.1. Сепарирование  молока. 7

1.2. Классификация  и основные части сепараторов. 11

1.3. Разделение  молока на фракции. 14

1.4. Сепараторы-молокоочистители. 16

1.5. Сепараторы-сливкоотделители. 30

2.Описание  технологической схемы получения  молока с расчетом материального  баланса. 41

2.1. Описание  линии производства пастеризованного  молока. 41

2.2. Расчет  материального баланса. 41

3. Основы расчета сепарирования. 44

3.1. Предельный  размер дисперсных частиц. 44

3.1.1. Предельный  размер жирового шарика, совершающего I стадию движения: 44

3.1.2. Предельный  размер жирового шарика, совершающего II стадию движения: 44

3.2. Разделяющий фактор сепаратора и разделяемость молока. 45

4. Проектно-конструкторская часть  с расчетом сепаратора. 47

4.1. Обоснование  выбора материалов для изготовления  оборудования. 47

4.2. Определение  толщины стенок ротора. 48

4.2.1. Корпус  ротора. 48

4.2.2. Крышка  ротора. 50

4.3. Расчет  соединительного кольца. 51

4.4. Расчет  вертикального вала сепаратора. 53

4.5. Определение  мощности выбор стандартного  электродвигателя. 56

4.6. Расчет  червячной передачи. 60

5. Ремонт сепаратора. 63

Литература. 64

Введение.

Молоко - натуральный, высокопитательный  продукт, включающий все вещества, необходимые  для поддержания жизни и развития организма в течение длительного  времени.

Пастеризованное молоко - питьевое молоко, подвергнутое термической обработке  в целях соблюдения установленных  требований к микробиологическим показателям  безопасности.

Пастеризованное молоко имеет меньший  срок хранения по сравнению со стерилизованным, так как обработка сырья ведется  под воздействием более низких температур. Соответственно, данный продукт сохраняет  больше витаминов. Пастеризация также  бывает нескольких видов:

длительная пастеризация: температура 65°C, время 30 минут;

кратковременная пастеризация: температура 71-74°C, время 40 секунд;

мгновенная пастеризация: температура 85°C, время 8-10 секунд;

ультрапастеризация: температура 125°C, время 0,5 секунды.

Также надо добавить, что чем выше температура пастеризации, тем дольше срок годности продукта, но меньше остаток  витаминов.

Пастеризованное коровье молоко заслуживает  звание самого здорового. По пищевой  ценности и вкусовым качествам оно  почти не уступает парному молоку.

При производстве цельного пастеризованного молока производят его очистку, нормализацию, гомогенизацию, пастеризацию, розлив.

В зависимости от жирности исходного  сырья и вида вырабатываемого  молока для нормализации по содержанию жира используют обезжиренное молоко или сливки, по содержанию сухих  веществ - сухое обезжиренное молоко. На практике, как правило, приходится уменьшать жирность исходного молока.

На предприятиях небольшой мощности молоко обычно нормализуют смешиванием  в резервуарах. Для этого к  определенному количеству цельного молока при тщательном перемешивании  добавляют нужное количество обезжиренного  молока или сливок, рассчитанное по материальному балансу или путем  использования специальных таблиц, составленных с учетом различной  жирности исходного молока. А на предприятиях средней и большой производительности молоко полностью разделяется на сливки и обрат с очисткой в сепараторах.

Готовый продукт на предприятии  подвергается технологическому и микробиологическому  контролю. В соответствии с требованиями стандарта пастеризованное молоко должно иметь вкус и запах, свойственные свежему молоку, без посторонних  привкусов и запахов; белый цвет со слегка желтоватым оттенком (для  цельного молока); однородную консистенцию; не иметь осадка, белковых сгустков; массовая доля жира должна соответствовать  стандарту.

1. Литературный обзор.

1.1. Сепарирование молока.

Процесс сепарирования представляет собой  механическое разделение молока на фракции  под действием центробежной силы. Сепарирование применяют для  разделения молока на сливки и обезжиренное молоко, а также для его очистки  от механических и естественных (кровь, слизь и т. п.) примесей. Кроме этого при сепарировании из сыворотки выделяют белки, получают высокожирные сливки, отделяют микроорганизмы от молока (бактериоотделение) и др. Под действием центробежной силы молоко разделяется благодаря различию плотностей фракций: плотность дисперсной фазы (жира) меньше, чем дисперсионной среды (плазмы молока), или плотность дисперсионной среды (плазмы молока) меньше, чем дисперсной фазы (частиц механических и естественных примесей).

Сепарирование молока осуществляется в специальных  машинах -сепараторах. Сепараторы, предназначенныедляразделениямолоканасливкииобезжиренноемолоко, называютсепараторами-сливкоотделителями, адляочисткимолока-        сепараторами-молокоочистителями. Сепараторы-сливкоотделители с устройствами нормализации молока называются сепараторами- нормализаторами.

Механизм  сепарирования очень сложен. Его  основная сущность заключается в том, что под действием центробежной силы из потока молока выделяется жировая фаза. Скорость выделения жировых шариков (м/с) из молока можно определить по формуле Стокса

где -угловаяскоростьбарабанасепаратора, рад/с; R-среднийрадиусрабочейчастиразделительнойтарелкисепаратора, м; r-радиусжирового шарика, м; - плотностьсоответственномолокаижира, кг/м³; - динамическаявязкостьмолока, Пас.

Действительную  производительность сепаратора (м³/с) можно определить по формуле Г. И. Бремера с учетом технологического КПД сепаратора:

где -технологическийКПДсепаратора (0,5—0,7); Z- число тарелок в барабане; - уголподъемаобразующейконусатарелки, град; R_тах, R_min-максимальныйиминимальныйрадиусытарелки, м; d—диаметр жирового шарика, м.

Технологический КПД сепаратора называют еще степенью или эффективностью сепарирования. Чем меньше жира остается в обезжиренном молоке, тем выше эффект сепарирования. Нормами определена допустимая массовая доля жира в обезжиренном молоке не более 0,05 %. При правильном сепарировании массовая доля жира в обезжиренном молоке может составлять до 0,03—0,01 %. Эффективностьсепарированияопределяюттакжеследующимобразом:

где- масса молока и обезжиренного молока, кг;-массоваядоляжиравмолокеиобезжиренноммолоке, %.

Скорость  выделения жировой фазы из молока зависит от конструктивных особенностей сепаратора (угловой скорости барабана, числа и размеров разделительных тарелок), размеров жировых шариков и степени их дисперсности, плотности разделяемых фракций и вязкости молока. Кроме этого на эффективность выделения жировой фазы из молока влияют его чистота, кислотность, особенности количественного и качественного состава молока коров различных пород и другие свойства.

Увеличение  угловой скорости вращения барабана сепаратора очень эффективно для  повышения скорости выделения жировой  фазы из молока. Однако требования прочности  конструкции, надежности, безопасности, а также соображения износа, увеличения потерь на трение, конструктивные трудности ограничиваютвозрастание угловой скорости вращения барабана сепаратора. Все современные сепараторы работают на сверхкритической частоте вращения барабана –100-150с^-1. Изменить частоту вращения барабана сепаратора можно только на заводе-изготовителе. Сепарирование молока на предприятиях начинают при поступлении молока в количестве, обеспечивающем непрерывную работу сепаратора в течение 20-30мин, идостижениибарабаномрабочейчастотывращения. Продолжительностьразгона для сепараторов производительностью 1000-2000л/чсоставляет 3-5 мин, адлясепараторовбольшейпроизводительности- 6-10 мин.

Эффективность сепарирования зависит от содержания жира в молоке, размеров и дисперсности жировых шариков. Чем крупнее шарики, тем быстрее они выделяются. Механическое и тепловое воздействия на молоко приводят к перераспределению в нем жировых шариков. Часть шариков агрегируется, образуя комочки, а крупные шарики дробятся на множество мелких. Поэтому необходимо сохранять исходные размеры жировых шариков и избегать больших механических воздействий на молоко до сепарирования при транспортировании его насосами, перемешивании, встряхивании, охлаждении, подогреве, пастеризации и т. п. Наименьшие потери жира с обезжиренным молоком наблюдаются при сепарировании парного молока, не подвергшегося механическому или тепловому воздействию.

Скорость  выделения жировых шариков обратно  пропорциональна вязкости молока, зависящей от температуры. Рекомендуемая температура молока при сепарировании составляет 35-45°Сисоответствуеттемпературеподогревамолокавсекциирекуперациипластинчатыхпастеризационно-охладительныхустановок. Молокосмассовойдолейжира 4 % и выше сепарируют с дополнительным подогревом и уменьшением подачи его в сепаратор.

Наряду  с этим температурным режимом  применяют и более жесткий- 60-90 "С. Высокотемпературноесепарированиецелесообразнодляполучениявысокожирныхсливоксмассовойдолей жира до 82 %, так как сепарируют сливки 30-40%-нойжирности. Кромеэтогосепарированиепривысокойтемпературеупрощаеттехнологическуюсхемупереработкимолока. Получаемыесливкииобезжиренноемолокоможноиспользоватьдлядальнейшейпереработки без пастеризации. Однако при высокотемпературном сепарировании усиливается дробление жировых шариков, образуется большое количество молочной слизи, резко повышается вспенивание молока, сливок и обезжиренного молока. Как следствие этого, возрастают потери жира за счет увеличения массовой доли жира в обезжиренном молоке и в пахте при выработке сливочного масла методом сбивания сливок, а также потери сухих веществ при выработке белковых продуктов (творог и др.) за счет необратимой коагуляции белковых веществ, содержащихся в пене. Пена в молоке, обезжиренном молоке и сливках отрицательно сказывается на их дальнейшей тепловой обработке. Большой объем пены в продукте уменьшает его теплопроводность, что снижает эффективность работы теплового оборудования. Пена прогревается хуже, чем основная масса продукта. Разница в температуре прогрева пены и продукта может составлять до 10-15°Сипривестиктому, чтововспененномпастеризованномпродуктесохранитсябольшемикроорганизмов, втомчислепатогенныхформ. Вспененное обезжиренное молоко труднее охладить до температуры заквашивания. В связи с этим возникают дополнительные затруднения при выработке обезжиренного творога. Поэтому не рекомендуется сепарировать молоко при повышенных температурах.

На  практике применяют также сепарирование  холодного молока температурой 4-20 °С. При сепарировании холодного молока на обычных сепараторах их производительность снижается до 50 %. Сливки, полученные при холодном сепарировании молока, имеют большую вязкость, чем после обычного сепарирования. Максимальную вязкость имеют сливки, полученные из сырого холодного молока. При сепарировании холодного молока жировые шарики дробятся меньше. Для холодной очистки молока применяют сепараторы марки АХО. При холодной очистке исключается разбивание колоний бактерий и вследствие этого уменьшается бактериальная обсемененность, экономится энергия, сохраняются нативные свойства молока и поддерживается температура, неблагоприятная для развития микрофлоры.

Чистота и кислотность молока существенно  влияют на эффективность его обезжиривания. Сепарирование загрязненного молока с повышенной кислотностью приводит к быстрому заполнению шламом грязевого пространства барабана сепаратора, периферийной части тарелок и частично межтарелочного пространства. Нарушается движение молока между разделительными тарелками и ухудшается его обезжиривание. Длительное хранение молока приводит к нарастанию его кислотности, что также уменьшает эффективность обезжиривания. При сепарировании молока после хранения в течение суток массовая доля жира в обезжиренном молоке увеличивается на 15-20 %. Дляизбежанияповышениякислотностимолоконеобходимосразусепарировать, аполучаемыесливкииобезжиренноемолоконадоперерабатыватьилиохлаждатьвслучаерезервирования. Для сепарирования необходимо использовать очищенное молоко кислотностью не более 20 Т.

1.2. Классификация и основные части сепараторов.

По  технологическому назначению это оборудование подразделяют на две основные группы: сепараторы-молокоочистители и сепараторы-сливкоотделители. В сепараторах-молокоочистителях происходит центробежная очистка молока от механических и естественных примесей. К этой группе относят также отделители белка от сыворотки, сепараторы для обезвоживания творожного сгустка и сепараторы-бактериоотделители. В сепараторах-сливкоотделителях молоко разделяется на сливки и обезжиренное молоко, происходят нормализация молока по жиру (при применении дополнительного устройства), обезжиривание сыворотки и получение высокожирных сливок.

По  конструктивным особенностям сепараторы подразделяют на открытые, полузакрытые, закрытые. В открытых сепараторах  ввод молока и вывод его фракций  не герметизированы, т. е. сливки и обезжиренное молоко контактируют с воздухом окружающей среды. В полузакрытых ввод молока может быть открытым или закрытым, но без напора, а вывод продукта- закрытым, поддавлением, создаваемымвсепараторе. Взакрытыхсепараторахвводмолока, разделениенафракциииихвыходгерметизированы. Поступлениемолокаиотведениефракцийосуществляютподдавлением.

Сепараторы  классифицируют также по способу  удаления осадка из барабана: с ручной выгрузкой осадка после их полной остановки и разборки барабана, центробежной периодической и непрерывной  выгрузкой при непрерывной работе сепаратора.

Сепараторы  состоят из следующих основных частей: станины в виде чаши, барабана, приемно-выводного  устройства и приводного механизма.

На станине смонтированы все части и узлы сепаратора, в нижней ее части расположен приводной механизм. В чаше станины укреплены тормоза, стопоры, удерживающие барабан от произвольного вращения при сборке и разборке, а также приемно-выводное устройство. Внутренняя часть станины (картер) одновременно является масляной ванной.

Барабан (сепарирующее устройство)- исполнительный орган сепаратора, где молоко разделяется на фракции. Сепарирующее устройство бывает с верхним и нижним вводом молока. Наибольшее применение получили сепарирующие устройства с верхним вводом молока. Конструкция сепарирующего устройства молокоочистителей и сливкоотделителей имеет следующие различия: в сливкоотделителе молоко в межтарелочное пространство поступает через отверстия в тарелках, а в молокоочистителях-спериферии, таккаквтарелкахмолокоочистителяотсутствуютотверстия; приемно-выводноеустройствомолокоочистителя имеет один отводной патрубок (для очищенного молока), а сливкоотделителя-два (длясливокиобезжиренногомолока); межтарелочныйзазорумолокоочистителябольше (2-5мм), чемусливкоотделителя (0,6-0,8 мм); периферийное (грязевое) пространствомолокоочистителя больше, чем сливкоотделителя.

Основные  детали барабана (крышка, основание, затяжные кольца-гайки) изготовляют из поковок  или штамповок из нержавеющей стали. Затяжные кольца имеют левую резьбу, что исключает возможность их самоотвинчивания при вращении барабана по часовой стрелке. Листы для изготовления тарелок барабана должны иметь маркировку завода- поставщикаметалла. Торцевыеуплотнительныекольцабарабанадолжныбытьизготовленыизупругихполимерныхматериалов, резиновыеуплотнениябарабана-изпищевойрезинытолькоформованием. Всеуплотнениябарабана (полимерныеирезиновые) должныбытьстойкимикдезинфицирующимимоющимрастворамиобладатьследующимисвойствами: теплостойкостьюнеменее 80 °С; нетоксичностьюиотсутствиемпостороннего запаха; стойкостью в 20%-ных растворах азотной кислоты и едкого натра; работоспособностью в условиях давления 20-30МПа.

Приемно-выводные устройства, закрепленные в верхней части сепаратора, обеспечивают подачу молока в барабан и отвод из него фракций молока (сливок, обезжиренного молока, а также очищенного молока). Герметичность всех соединений создается резиновыми уплотнительными кольцами. Конструкции приемно-выводных устройств различны. Однако у всех имеются приемник для сливок и обезжиренного молока и диски напора для каждой фракции. Приемник состоит из двух изолированных камер для сливок и обезжиренного молока. Сливки как более легкая фракция выходят из барабана по нижнему патрубку, а обезжиренное молоко-поверхнему. Навыходномпатрубке сливок установлены регулировочный винт, позволяющий регулировать жирность сливок, и ротаметр для определения количества сливок. Приемно-выводные устройства могут быть снабжены устройствами для нормализации молока по жиру.

Все промышленные сепараторы имеют электрический привод. Основными его частями являются электродвигатель; центробежная муфта, состоящая из ведущей и ведомой полумуфт; зубчатое ведущее колесо; ведомое колесо мультипликатора, вертикальный вал (веретено). В приводной механизм могут входить также и другие детали и узлы, усложняющие его конструкцию и обеспечивающие заданную частоту вращения барабана сепаратора. Передача движения от электродвигателя к барабану следующая. Вращение от вала электродвигателя передается ведущей центробежной полумуфте, затем после соприкосновения с ведомой центробежной полумуфтой вращение передается на горизонтальный вал. Ведущее зубчатое колесо на горизонтальном валу входит в зацепление с зубчатым колесом мультипликатора и передает вращение на вертикальный вал, а вместе с ним и на барабан. Этот способ передачи движения от электродвигателя на барабан сепаратора наиболее распространен, но известны и другие способы передачи вращения, обеспечивающие заданную частоту вращения барабана.

1.3. Разделение молока на фракции.

Процесс происходит в сепарирующем устройстве (барабане), состоящем из основания (дна), кожуха (крышки) обтекаемой формы, тарелкодержателя и пакета конических промежуточных и разделительных тарелок. Последние имеют приваренные на внешней стороне шипики, образующие заданныймежтарелочный зазор. Молоко может поступать в барабан сверху и снизу. При этом молоко должно равномерно распределиться в нижней части барабана между тарелками. На рис.1 показана схема движения фракций молока в барабане сепаратора-молокоочистителя и сливкоотделителя. Молоко из приемной камеры сепаратора-молокоочистителя поступает в барабан и через каналы тарелкодержателя отбрасывается на периферию барабана. Оттуда оно поступает в межтарелочное пространство. Под действием центробежной силы посторонние примеси, плотность которых больше плотности молока, при прохождении через барабан как более тяжелая фракция осаждаются на внутренней поверхности барабана в грязевом (шламовом) пространстве. После его заполнения сепаратор останавливают и барабан промывают. Продолжительность непрерывной работы сепаратора зависит от объема грязевого пространства и загрязненности молока и составляет 2-2,5 ч.