Под воздействием центробежной силы в быстровращающемся барабане тяжелая фракция – обрат или механические примеси – отбрасываются к периферии или так называемому грязевому пространству, а более легкая - жировые шарики – всплывают к оси барабана. Разделение потоков обеспечивает верхняя разделительная тарелка.
В настоящие время наибольшее распространение в животноводстве получили следующие марки сепараторов СОМ – 600, СОМ – 7 – 600М. (открытие) СОМ – 3 – 1000М; СПМФ – 2000; ОСП – 3М (закрытого типа, полузакрытые); ОМА – 3М (очиститель молока).
Все эти марки сепараторов снабжены электроприводом.
При естественном отстое сливок жировые шарики всплывают к свободной поверхности сосуда со скоростью
(1)
где, g - ускорение силы тяжести, м/с2;
τ - фактор, характеризующий свойства молока (способность к разделению), с.
Величина τ определяется по формуле:
,с (2)
где, - разность плотностей плазмы молока и жировых шариков, кг/м3;
- динамическая вязкость молока, Н×с/м2;
d - средний диаметр жировых шариков, м.
Медленный процесс разделения молока при естественном отстое убыстряется в молочных сепараторах.
Скорость движения жирового потока между тарелками будет равна:
(3)
где, - центростремительное ускорение, развиваемое во вращающемся барабане, м/с2.
- угловая скорость барабана, рад/с.
R – радиус рассматриваемого сечения.
Если взять отношение скоростей V0 и Vс, то получим:
(4)
Отсюда (5)
Интенсивность сепарирования во столько раз выше процесса отстоя, во сколько раз центростремительное ускорение, соответствующие данной угловой скорости барабана, выше величины ускорения силы тяжести.
На физико-механические свойства молока влияние оказывает температурный режим. Экспериментально установлено, что в диапазоне температур от 283 – 3430К (10-700С)
(6)
Для уяснения сущности процесса сепарирования, рассмотрим схему движения молока в межтарелочном пространстве барабана.
Молоко поступает межтарелочное пространство по вертикальным каналам пакета тарелок. Здесь жировые шарики участвуют в переносном движение потока молока со скоростью VП и под действием центростремительного ускорения в относительном движении со скоростью VС.
Скорость потока молока в меж тарелочном пространстве:
,м/с. (7)
где, Q - объемный расход молока, м3/с;
R - радиус рассматриваемого сечения, м;
h - расстояние между тарелками, м;
z - число межтарелочных пространств в барабане.
Относительная скорость жирового шарика будет равна:
, (8)
где, а – центростремительное ускорение, развиваемое во вращающемся барабане.
,
тогда (9)
Анализируя зависимости (7) и (9) можно заключить, что с увеличением R, величина VП уменьшается, а величина VС - увеличивается. Следовательно, изменяется величина и направление абсолютной скорости жирового шарика, они осаждаются на верхних поверхностях тарелок и непрерывно двигаются к оси вращения барабана. Потоки обрата и сливок разделяет верхняя разделительная тарелка.
Чем меньше шарик, тем ближе к периферии тарелки он опускается. Часть самых мелких жировых шариков не успеет опуститься на тарелку, и будет захвачена, и вынесена вместе потоком обрата.
3. Основы технологического и энергетического расчета молочных сепараторов. Технологический расчет ставит целью определение пропускной способности сепаратора, которая всецело определяется пропускной способностью барабана: |
или
, м3/с.
где, - к.п.д. барабана ( =0,6-0,7);
- приведенный радиус тарелок, м;
– высота тарелки, м.
Приведенный радиус тарелок:
.
Энергетический расчет.
При выборе привода сепаратора необходимо учитывать следующие режимы работы – пусковой (разгон до рабочих оборотов), рабочий ход и холостой ход сепаратора.
При выборе типа и мощности электрического двигателя для привода сепараторов основным режимом является пусковой, так как пусковая мощность в 1,5 –2 раза больше потребной для рабочего хода.
В период рабочего хода мощность распределяется следующим образом:
- на трение в приводном механизме – 25%;
- на трение барабана о воздух – 50%;
- на сообщение кинетической энергии выбрасываемой жидкости – 25%.
Пусковая мощность определяется по формуле:
, Вт.
где, - момент инерции барабана относительно оси вращения, кг•м2;
- угловая скорость барабана, 1/с;
- механический к.п.д. передачи ();
- время разгона барабана (t=100 - 300с).
механическая характеристика барабана сепаратора выражается формулой (получена П.А. Рубцовым) (МС=f(n)):
где, М0 – начальный момент трогания (М0=0,2-1,0 Н•м);
n – частота вращения барабана, об/мин;
а1 – коэффициент, зависящий от качества обработки элементов привода и барабана, массы барабана.