Основные правила сепарирования молока – Устройство сепаратора

До конца XIX в. сливки для выработки масла и сметаны получали длительным методом отстоя. В 1877 г. шведский ученый де Лаваль изобрел сепаратор непрерывного действия для разделения молока под действием центробежной силы на сливки и обезжиренное молоко.

С 1882 г. сепаратор был завезен в ряд европейских стран. Конструкция сепаратора многие годы совершенствовалась. В настоящее время различные конструкции сепараторов используются не только для получения сливок средней (20-35%), но и высокой жирности (65-83%); для нормализации молока (сепаратор-кларификсатор), для очистки молока (сепаратор-молокоочиститель), появились саморазгружающиеся центробежные молокоочистители, бактериофуги и универсальные сепараторы для переработки подогретого и холодного молока трех (сливкоотделение, нормализация и очистка) и четырех (сливкоотделение, нормализация, очистка и гомогенизация) назначений. Сейчас применяются сепараторы с программным управлением, а также сепараторы специального назначения для сепарирования пахты, сыворотки, творожной массы, получения рафинированного молочного сахара, для рафинирования масла.

Процесс разделения молока на сливки и обезжиренное молоко под действием центробежной силы моделируется уравнением Стокса:

уравнением Стокса

Из формулы следует, что скорость выделения жировых шариков из молока находится в прямой зависимости от их размера, от разности плотностей плазмы и жира, от скорости вращения барабана сепаратора, радиуса тарелки сепаратора и обратно пропорциональна вязкости молока. Нагревание молока улучшает условия сепарирования и повышает его эффективность. Оптимальная температура сепарирования 35—45 °С.

При нагревании вязкость молока снижается; радиус жировых шариков увеличивается; разность р„ — рж возрастает, так как коэффициент расширения жира больше, чем плазмы, и плотность жира при нагревании понижается больше и быстрее, чем плотность плазмы.

Повышение температуры сепарирования выше 45 °С нецелесообразно, так как степень обезжиривания молока повышается незначительно, а энергетические затраты требуются большие.

Предельный размер мелких жировых шариков должен составлять приблизительно 0,8-1 мкм: плотность более мелких шариков за счет липопротеиновой оболочки приближается к плотности плазмы, вследствие чего выделить их при обычных скоростях вращения барабана практически невозможно.

Положительно влияет на отделение сливок увеличение частоты вращения барабана сепаратора (п) и среднего радиуса рабочей части тарелки (R): чем больше внутренний диаметр барабана, тем интенсивнее обезжиривание. Этими факторами пользовались для разработки новых конструкций сепараторов.

Наименьший отход жира в обезжиренное молоко происходит при сепарировании парного молока, имеющего наименьшую кислотность, не подвергавшегося ни тепловой (нагревание, охлаждение), ни механической обработке.

Практикой установлено, что при сепарировании молока, подогретого до 35-40 °С, большая степень обезжиривания достигается при получении сливок пониженной жирности 20-30%, меньшая — при жирности 35-15% и выше.

При сепарировании холодного молока на сепараторе обычной конструкции высокая эффективность обезжиривания возможна лишь при значительном снижении производительности. Так, при температуре молока 5 °С производительность сепаратора следует понизить на 50%, при 10 °С — на 30%, при 15 °С — на 20%. С понижением температуры жирность сливок увеличивается. Это связано с тем, что вязкость холодных сливок выше, поэтому они медленнее вытекают из сепаратора и дольше подвергаются воздействию центробежной силы.

Повышение жирности сливок достигается также уменьшением подачи подогретого молока в сепаратор, вследствие более длительного воздействия на молоко центробежной силы.

Наряду с указанным (оптимальным) температурным режимом возможно применение и более высоких температур сепарирования в пределах 60-85 °С. Исследования показали, что при температурах сепарирования выше 40 °С возрастает дробление жировых шариков, увеличивается пенообразование в сливках и обезжиренном молоке, происходит частичная денатурация сывороточных белков и белков оболочек жировых шариков. Эти процессы сопровождаются накоплением большого количества сепараторной слизи. В итоге больше жира отходит в обезжиренное молоко и в пахту при сбивании сливок в масло, больше накапливается сепараторной слизи и чаще приходится останавливать и мыть сепаратор. В то же время повышение температуры позволяет несколько увеличить производительность сепаратора, упростить технологическую схему, так как сливки и обезжиренное молоко получают пастеризованными. Высокие температуры сепарирования (85-90 °С) необходимы лишь при получении высокожирных сливок (с содержанием жира до 83%) для снижения их вязкости и вытекания из сепаратора при производстве масла поточным методом сепарирования.

Перед сепарированием нежелательно подвергать молоко значительному механическому воздействию — перемешиванию, перекачиванию насосами, встряхиванию, так как при этом происходит дробление жировых шариков и повышение отхода жира в обезжиренное молоко. При длительном хранении молока (до 20 ч) на ферме в охлажденном состоянии возрастает кислотность, вязкость и плотность, что снижает степень обезжиривания молока на 12-17%.

Степень обезжиривания молока при сепарировании зависит от величины жировых шариков: чем они крупнее, тем выше степень обезжиривания. Величина жировых шариков изменяется в зависимости от вида молочного скота (в молоке буйволиц, ячих жировые шарики крупнее), породы коров, периода их лактации, возраста животного и других факторов.

Процесс сепарирования молока основывается на разности плотностей жировых шариков (930 кг/м3) и плазмы (1036 кг/м3). Молоко поступает в центральную трубку барабана сепаратора (рис. 2.2). Через отверстия в трубке оно попадает в канальцы тарелкодержателя, затем в отверстия пакета тарелок и далее движется вверх. По мере подъема оно растекается тонкими слоями между тарелками, где под действием центробежной силы жировые шарики, как более легкие, отбрасываются на меньший радиус и собираются на наружной поверхности нижележащей тарелки у оси вращения барабана. Более крупный жировой шарик достигает поверхности нижележащей тарелки быстрее, чем шарик диаметром 2-1,5 мкм. Мелкие шарики не успевают приблизиться к поверхности тарелки и уносятся потоком обезжиренного молока, ухудшается степень обезжиривания. Обезжиренное молоко, как более тяжелая фракция, отбрасывается на больший радиус и устремляется к периферии в грязевое пространство. Во время вращения барабана благодаря одновременному осаждению на стенках тарелок жировые шарики слипаются более быстро, образуя скопления. Скорость сепарирования скоплений жировых шариков значительно выше, улучшаются и результаты сепарирования.

В процессе сепарирования из молока выделяются механические включения. Они откладываются на внутренней поверхности барабана, постепенно заполняя грязевое, а затем и межтарелочное пространство. Проход обезжиренного молока к периферии в этом случае затрудняется, оно поднимается между тарелками и частично выходит через канал для сливок, резко понижая их жирность. Поэтому для сепарирования необходимо использовать предварительно очищенное молоко кислотностью не выше 20 °Т. А при сепарировании загрязненного молока с ручной выгрузкой осадка из грязевого пространства, необходимо через 1-1,5 ч останавливать сепаратор и мыть или заменять грязный барабан чистым.

Сепаратор-сливкоотделитель рисунок

1 — станина сепаратора; 2 — трубопровод гидросистемы; 3 — приемник для белкового фугата; 4 — корпус барабана; 5 — подвижное днище барабана; 6- разгрузочное сопло; 7 — тарелкодержатель; 8 — конус барабана; 9 — кожух сепарирующего устройства; 10 — приемно-отводное устройство; 11 — тарелки сливкоотделителя; 12 — тарелки отделителя казеиновой пыли; 13 — граничная тарелка, разделяющая верхний и нижний пакеты тарелок; 14 — клапан гидросистемы

Применение саморазгружающихся сепараторов позволяет значительно увеличить продолжительность безостановочной работы сепаратора (до 10 ч и более) и сократить трудовые затраты.

С помощью специального винта регулируют величину потоков обезжиренного молока и сливок на выходе из сепаратора, задавая определенную жирность последних.

О результатах сепарирования судят по степени обезжиривания. Допустимое содержание жира в обезжиренном молоке, предусмотренное нормами, составляет не более 0,05%. При использовании современных закрытых сепараторов содержание жира в обезжиренном молоке можно понизить до 0,03-0,01%.

Количество сливок, получаемых при сепарировании, определяется но формуле:

Количество сливок, получаемых при сепарировании формула

Разработана конструкция универсального сепаратора (США) для сепарирования холодного молока. Работа его основана на физико-химических изменениях жировой фазы при охлаждении (М. М. Казанский). При охлаждении молока до 3 °С с выдержкой 10 мин повышается вязкость молока, снижающая скорость передвижения жировых шариков. В жировых шариках происходит отвердевание фосфолипидов в оболочках и более высокоплавких глицеридов в поверхностных слоях глицеридного ядра. В связи с этим уменьшается связь глицеридного ядра с оболочкой, снижается заряд жирового шарика, часть оболочечного вещества переходит в плазму. Создаются условия для образования кучек, скоплений в виде гроздьев, куда вовлекаются и мелкие жировые шарики. Гроздья жировых шариков достигают максимальной величины при температуре молока от 3 до 19 °С. Это обусловливает достижение высокой степени обезжиривания холодного молока до 0,02%. Если молоко охладить до (3± 1) °С с выдержкой 10 мин, а затем при мягком режиме поднять температуру до (22±3) °С, то степень обезжиривания доходит до 0,01%.

Установлено, что под воздействием электрического тока высокой частоты мельчайшие жировые шарики молока собираются в гранулы, размеры которых допускают использование сепараторов обычного типа. Чтобы добиться максимального выделения жира из молока, установки снабжают устройством для агрегирования шариков молочного жира. Скорость движения молока в устройстве составляет 14 см/с, длительность прохождения — около 5 с. Спустя 60 с от момента выхода молока из установки цепочки шариков молочного жира разрушаются. Применение такой установки позволяет снизить содержание жира в обезжиренном молоке в пять раз.

 

 

 

Ссылка на основную публикацию