Сепаратор: принцип работы, конструкция и применение в молочной промышленности
История создания сепаратора
Слово «сепарация» произошло от латинского «separatio», что в переводе означает: отделение. Применительно к сепаратору это означает разделение жидкостей с разной плотностью, эмульсий и т.д. на их составляющие. В отношении молока в этом случае отделяются более легкие частицы, а именно, жир. В более широких масштабах, на производстве получают такие продукты питания, как масло, сливки.
Процесс разделение цельного молока на сливки и обезжиренное молоко впервые изобрел швед Лаваль. Для этого он изобрел специальную центрифугу, которую он назвал сепаратором.
Суть процесса сепарирования молока при помощи центрифуга состоит в том, что жировые шарики имеют меньшую плотность, чем вода, в которой они эмульсированы, поэтому они стремятся всплыть на поверхность. Когда молоко в барабане сепаратора попадает в поле центробежных сил, жировые шарики выделяются в отдельную фракцию значительно быстрее.
В процессе работы сепаратора не возникает какого-либо химического состава разделяемых веществ. В результате, в исходной смеси не могут быть абсолютно чистые фракции разделяемых компонентов, только продукты с преобладающим содержанием одного из них.
Принцип работы сепаратора, особенности конструкции
Принцип работы сепараторов для молока, как бытовых так и промышленных заключается в действии центрифуги. Молока заливается в чашу, которая раскручивается с большой скоростью. Водянистая часть молока является более тяжелой частью, в отличие от жира. Таким образом, эта водянистая часть прижимается к боковым стенкам, занимая свободное пространство. Жир также отклоняется от центра к стенкам, но вода его вытесняет, вследствие чего большая часть жира собирается у центра, после чего они стекают в специальную емкость.
Помимо центробежных сил на эффективность сепарирования влияют температура жидких молочных продуктов, их вязкость и величина потока проходящих через сепаратор жидкостей. С повышением температуры снижается вязкость молока и разделение его на фракции происходит эффективнее. В таком же направлении действует и снижение поступления молока в барабан сепаратора.
С помощью регулирующего винта регулируют объем потока обезжиренного молока и сливок на выходе из сепаратора, задавая, таким образом, определенную жирность. Качество обезжиривания молока в сепараторе-сливкоотделителе оценивают по величине жировых шариков, оставшихся в обезжиренном молоке, и по массовой доле жира в последнем. Чем меньше средний диаметр жировых шариков в обезжиренном молоке, тем эффективность сепарирования выше.
Фракционирование молока и молочных продуктов в центробежном поле в настоящее время вышло далеко за границы выделения сливок.
На сегодняшний день сепараторы изготавливаются из пластика или же металла. Первые гораздо легче и дешевле вторых, но используются в основном в небольших подсобных хозяйствах или в домашних условиях. Металлические, конечно же, считаются более прочными и долговечными, широко распространены среди предприятий молочной промышленности, но срок эксплуатации зависит от того, насколько аккуратно и корректно пользоваться техникой.
Кроме сепараторов сливкоотделителей существуют еще и сепараторы маслобойки, которые можно использовать для приготовления масла. Принцип работы маслобоек тот же, что и в первых, только вместо молока заливаются отстоявшиеся сливки. Также, в таких сепараторах сливаются обезжиренные сливки, а масло взбивается до тех пор, пока не образуется плотный ком.
Весьма разнообразны стали и конструктивные исполнения сепараторов. Например, в малых машинах ввод молока и вывод фракций осуществляется свободной струей (открытый тип). В крупные сепараторы молоко поступает под давлением, с напором отводятся и разделенные фракции (закрытый тип). Средние по размерам модели сепараторов занимают промежуточное положение. Молоко вводится свободной струей, а готовые фракции отводятся под напором (полузакрытый тип).
Достаточно разнообразны и способы выделения осадка (фугата) из периферийной части сепарирующего устройства. В простейшем случае увеличивается объем периферийной части, из которой во время остановок вручную удаляется осадок. В крупных агрегатах отвод осадочной фракции осуществляется во время работы сепаратора: периодически, через регулируемые промежутки времени или непрерывно. Гидравлической системой переключения клапанов, открывающих или закрывающих отвод осадка, можно управлять вручную или автоматически.
Основной функцией сепаратора-молокоочистителя является выделение различного рода загрязнений молока: механических примесей, сгустков белка и крови, соматических клеток и т. д. В этом случае молоко подводится в периферийную часть сепарирующего устройства и агрегат снабжается специальной системой для периодического отвода осадка.
Периферийный подвод молока осуществляется и в сепараторах-нормализаторах. Внешняя часть пакета разделительных тарелок в таких агрегатах выполняет функции молокоочистителей, а центральная — от вертикальных каналов в пакете до вала — предназначена для частичного отделения сливок.
Примером сочетания в одном агрегате различных типовых конструктивных решений может служить также сепаратор-сливкоотделитель. Агрегат выполняет технологические операции по выделению из сыворотки мелких частиц казеина и молочного жира одновременно. В сепарирующем устройстве машины пакет разделительных тарелок выполнен комбинированным.
К агрегатам с узкой технологической специализацией можно отнести сепаратор-творогоотделитель, который выделяет творог из смеси сыворотки и творожного сгустка.
К сепараторам узкого профиля относится и агрегат для выделения кристаллов лактозы из маточного раствора. Принцип действия сепаратора адгезионно-инерционный. Отделение кристаллов и в этом случае происходит в центробежном поле, однако для разделения потоков фугата (кристаллов лактозы и мелассы) дополнительно используются адгезионные свойства маточного раствора.
Центрифуги для повторного сепарирования сливок при производстве масла методом преобразования высокожирных сливок отличаются увеличенным расстоянием между разделительными тарелками, выходом высокожирных сливок свободной струей, способностью работать при высоких температурах.
Созданы также специальные сепараторы-бактериоотделители. Работают они по тому же принципу, что и молокоочистители, но в этом случае в виде фугата отделяется биомасса бактерий, находящихся в молоке. Помимо трудностей с промышленным использованием бактофугата возникают определенные затруднения в протекании технологических процессов изготовления сыров.
