Процеси і апарати харчових виробництв

Електронний підручник

Головна

Теоретичні відомості

Лабораторні та практичні роботи

Тести

Додатки

Список використаних джерел

Лабораторне заняття №1

Тема роботи: Вивчення будови та принципу дії сепаратора

Мета роботи: ознайомитись з будовою і принципом роботи тарілкового роздільного сепаратора, визначити фактор роздільної здатності сепаратора, обчислити його дійсну продуктивність сепаратора і співставити це значення з паспортними даними.

Матеріали та обладнання

1. Інструктивна картка виконання лабораторного заняття №1.

2. Моделі, макети або схеми сепаратора, барабан сепаратора, лінійка, транспортир.

Література

Гулий У.С. та інші. Обладнання підприємств переробної і харчової промисловості. – Вінниця.:Нова книга, 2001. – с. 173-184.

Малежик І.Ф., Циганков П.С. Процеси і апарати харчових виробництв. – К.: НУХТ, 2003. – с. 68-75.

Поперечний А. М., Черевко О.І., Гаркуша В.Б., Кирпеченко Н.В., Ласкіна Н.А. Процеси і апарати харчових виробництв. – К.: Центр учбової літератури, 2007. – с. 72-77.

Шалугін В.С., Шмандій В.М. Процеси та апарати промислових технологій. Навчальний посібник. – К.: Центр учбової літератури, 2008. – с. 59-69.

Знати: призначення, класифікацію, будову та принцип роботи сепаратрорів.

Вміти: проводити регулювання сепаратора.

Короткі відомості з теоретичної частини роботи

До відстійних надцентрифуг безперервної дії відносяться сепаратори, які призначені для розділення емульсій та тонкодисперсних малоконцентрованих суспензій. Сепаратори широко використовуються для виділення вершків з молока, дріжджів із дріжджового молока, освітлення пива, видалення води і забруднень із харчових жирів, розділення крові на плазму і форменні елементи.. У промисловості використовують два типи сепараторів: камерні та тарілчасті.

На рис.2 представлена схема тарілчастого сепаратора для розділення емульсії. Вихідна емульсія надходить у корпус барабана 1 через центральну трубу і потрапляє в робочу зону барабана. Барабан заповнений встановленими одна над одною конічними вставками - тарілками 5, відстань між якими дуже незначна 0,4—1,5мм). Пакет конічних тарілок виконує роль відстійних поверхонь, па яких відбувається розшарування емульсії під дією відцентрової сили. Під час руху рідини тонким шаром зберігається ламінарний режим руху при великих швидкостях, скорочується шлях руху частинок до поверхні осадження. Це дає змогу скоротити тривалість перебування суспензії або емульсії в зоні осадження, а отже, збільшити продуктивність сепаратора. Важка фаза відкидається на внутрішню поверхню конічних тарілок, переміщується в периферійну частину ротора, проходить над верхньою конічною перегородкою 4 і відводиться крізь отвір 2. Легка фаза витісняється до центра ротора і відводиться через канал 3.

Рис 1. Схема тарілчастого сепаратора

За технологічним призначенням серед тарілчастих сепараторів розрізняють прояснювальні (освітлювальні), роздільні та згущувальні. Прояснювальні тарілчасті сепаратори застосовуються для відокремлення від рідини завислих частинок, яких у цій суміші дуже мало (до 0,1%). Роздільні сепаратори використовують для розділення фаз, а згущувальні - для збільшення концентрації однієї із фаз. У даний час харчові підприємства оснащуються універсальними сепараторами, які виконують одночасно всі перераховані вище операції, їх продуктивність досягає 150 м³ в годину. Фактор розділення становить 6000-9000. Такі сепаратори мають барабани, частота обертання яких становить до 19 000 за 1 хв. Широко використовуються ультрацентрифуги, ротор яких здійснює 100 і більше тисяч об/хв. Такі високі швидкості дають можливість осаджувати з рідини бактерії (бактофуги), пастеризувати і стерилізувати молоко та інші продукти.

Основною частиною сепаратора є барабан.

Він складається з таких основних частин (рис.2.)

Рис.2. Схема барабана тарілкового сепаратора

1 – гайка, 2 – верхня розподільна тарілка, 3 – корпус, 4 – пакет тарілок, 5 – основа корпусу, 6 – тарілкотримач, 7 – корок, 8 – гумове

Рідина, наприклад, молоко подається зверху з приймально-відвідного пристрою в канал через отвори, попадає під тарілкотримач і заповнює весь між тарілковий простір. При обертанні барабана сепаратора на кожну точку молока діє відцентрова сила. Також вона діє і на жирові кульки. Під дією цієї сили жирові кульки, як легша фракція (Л.Ф.) прямують до центру. Знежирене молоко, як важча фракція (В.Ф.) під дією відцентрових сил прямує до периферії. Знежирене молоко виходить із щілини і попадає на розподільну тарілку, а вершки попадають під розподільну тарілку. Розподільна тарілка ділить дві фракції на легку й важку.

Розрахунок продуктивності сепаратора

1. Елементарний об’єм сепаруючого простору dW = 2πrdrhz (1)

2. Шлях, який пройде кулька dl=dτ (2)

3. Час осадження жирової кульки dτ= (3.)

4. Швидкість осадження жирової кульки (4.)

5. Виділимо на відстані r від осі обертання переріз (Рис.3.)

Рис.3. Схема руху жирової кульки в між тарілковому просторі сепаратора.

Шлях, який пройде кулька з пункту 2

dl = (5)

Після інтегрування :

l=

6. Секундна теоретична продуктивність сепаратора

W_τ = (6)

де - кутова швидкість обертання барабана сепаратора, с^-1;

7. Секундна дійсна продуктивність сепаратора

W (7)

де h – відстань між тарілками по вертикалі, м;

l – відстань між тарілками по горизонталі, м;

d – діаметр жирової кульки м;

густина кульки і молока відповідно , кг/м³;

- динамічна в’язкість молока,Пас;

- швидкість осадження жирової кульки,м/с.

W – елементарний об’єм сепаруючого простору,м³;

секундна об’ємна продуктивність сепаратора,м³;

- кут підйому тарілок сепаратора = 20º);

г- змінний радіус тарілки сепаратора,м;

Rв, Rм – великий та малий радіуси тарілки відповідно,м;

- кількість тарілок сепаратора;

Фізичні властивості молока:

1. густина знежиреного молока °С)

2. густина жиру =950 кгм³

3. в’язкість молока = 10^-3Пас

4. діаметр жирової кульки в молоці d жир.кульк 5:10мкм

5. частота обертання барабана n=5000:6000 об хв.

6. радіус барабана сепаратора R= 0,2 м

Для цих параметрів молока визначається модифікований критерій Архімеда:

Ar^M= (8)

Значення модифікованого критерію Архімеда вказує на Л режим осадження жирових кульок молока в полі відцентрових сил.

(Ламінарний режим осадження – Аr^м<33

Оскільки режим осадження в промислових апаратах є як правило ламінарний, то швидкість осадження розраховується за формулою Стокса.

Порядок виконання роботи

1. Рахуємо кількість тарілок барабана сепаратора z.

2. Вимірюємо кут підйому тарілки,.

3. Вимірюємо малий і великий радіуси тарілок сепаратора, R_м,R_в.

4. Задаємось в’язкістю молока при температурі сепарування,.

5. Задаємось середнім діаметром d, жирової кульки в молоці.

6. Задаємося частотою обертання барабана сепаратора, .

7. Задаємося густиною плазми і жиру молока,.

8. Розраховуємо коефіцієнт роздільної здатності сепаратора, Ку.

9. За вихідною формулою розраховуємо продуктивність барабана сепаратора.

10. Вивчити будову тарілчастого сепаратора.

11. Вивчити принцип роботи тарілчастого сепаратора.

12. Дані заносимо у звітну таблицю.

13. Дайте письмово відповіді на контрольні питання.

Таблиця 1.

Фактор роздільної здатності	Об’ємна секундна продуктивність (теор.)	Об’ємна секундна продуктивність (дійсна)	Об’ємна секундна продуктивність (дійсна)	Продуктивність сепараторного паспорту
Ку	Wτ,м^3/с	Wτ,м^3/с	л/ год	л/ год

Контрольні питання

1. З чого складається барабан тарілкового сепаратора?

2. Який принцип роботи сепаратора?

3. Як розраховується продуктивність сепаратора?

4. Від яких основних факторів залежить продуктивність сепаратора?

5. Чому рівна секундна теоретична продуктивність сепаратора?

6. Чому рівна секундна дійсна продуктивність сепаратора?