Технологический расчет оборудования для механической обработки молока и молочных продуктов

Эффективность работы сепаратора-сливкоотделителя оценивается путем сравнения скорости отстаивания молочного жира в естественных условиях и в поле центробежных сил барабана сепаратора.

Скорость выделения жировых шариков из плазмы молока при отстое (v_B) определяют следующим образом.

На частицу жира диаметром d, содержащуюся в молоке, действуют сила тяжести G, выталкивающая сила А и сила сопротивления среды (плазмы молока) движению частицы F:

При равномерном движении силу сопротивления среды можно определить как разность сил:

или.

откуда скорость разделения

где р_ы и р_ж — соответственно плотность плазмы молока и молочного жира, кг/м³; р — динамическая вязкость плазмы молока, Па • с; g — ускорение свободного падения, м/с².

Показатель, характеризующий разделяемость молока на молочный жир и обезжиренное молоко, с,.

Скорость выделения жировых шариков из плазмы молока при сепарировании (v_c) может быть получена, если в формуле (3.4) ускорение свободного падения g заменить на центростремительное ускорение RW². Тогда.

где со — угловая скорость вращения барабана, с^-1; R — средний радиус тарелки барабана, м.

Таким образом, по сравнению с естественным отстаиванием при разделении молочного жира и обезжиренного молока в поле центробежных сил скорость этого процесса возрастет во столько раз, во сколько раз v_c больше v_B:

Показатель Fr называется фактором разделения и представляет собой отношение ускорений в полях центробежных и гравитационных сил.

Выразим угловую скорость (рад/с) барабана сепаратора через его частоту вращения (сг¹): со = 2лп и примем л² ~ g. Тогда уравнение (3.7) примет вид.

Таким образом, фактор разделения сепаратора в большей степени зависит от частоты вращения барабана и в меньшей — от размеров его тарелок.

Сепараторы различного типа и гомогенизаторы подбирают по часовой производительности с учетом производительности другого оборудования, составляющего проектируемую технологическую линию.

Производительность сепараторов-сливкоотделителей, л/ч,

где Р — коэффициент, учитывающий использование объема барабана (Р = 0,7…0,8); п — частота вращения барабана, с^-1; Z — число тарелок в барабане; а — угол наклона образующей тарелки, град; R₂ — больший радиус тарелки, см; R, — меньший радиус тарелки, см; с1_ж — диаметр жирового шарика, см; t — температура сепарируемого молока,°С.

При использовании сепараторов с ручной выгрузкой осадка учитывают длительность их непрерывной работы (2…3 ч). По технической характеристике сепаратора определяют объем грязевого пространства барабана и сравнивают время работы технологической линии с допустимой длительностью Г_доп (ч) непрерывной работы сепаратора-молокоочистителя:

где V_rp — объем грязевого пространства барабана сепаратора, м³; р_п — плотность продукта, кг/м³; Р — загрязненность молока, % (Р = = 0,03…0,06%); Q_Jl — часовая производительность технологической линии, кг/ч.

Если время работы технологической линии значительно дольше времени допустимой непрерывной работы сепаратора-молокоочистителя, то для очистки молока применяют два сепаратора с периодическим их включением и мойкой или один с большим размером грязевого пространства барабана. При незначительной разнице указанных значений в технологической линии возможна установка проточного фильтра, позволяющего уменьшить загрязненность молока перед его поступлением на центробежную очистку.

Производительность гомогенизаторов, м³/с,.

где d — диаметр плунжера, м; S — ход плунжера, м; п — частота вращения коленчатого вала, с^-1; z — число плунжеров; ср — объемный КПД.

Рабочее давление в головке гомогенизатора связано с размерами жировых шариков соотношением.

где d_cp — средний диаметр жировых шариков после гомогенизации, м; р — давление гомогенизации, Па.

Рекомендуемое давление гомогенизации для молока и сливок соответственно равно 15…17 и 5…7,5 МПа.

В некоторых случаях следует учитывать повышение температуры продукта в процессе гомогенизации. Изменение температуры молока в процессе его гомогенизации,°С,.

где с_ы — удельная теплоемкость молока при температуре гомогенизации, Дж (кг -°С).