Работа 2. 7 сепаратор-сливкоотделитель

Технологическая задача: разделение молока на сливки и обезжиренное молоко.

Цель работы: Оценить технический уровень (состояние) сепаратора-сливкоотделителя и дать предложения по развитию его конструкции для повышения эффективности процесса просеивания.

Задачи работы:

1. Изучить устройство и принцип работы сепаратора-сливкоотделителя и регулируемого привода.

2. Рассмотреть особенности процесса разделения молока.

3. Определить теоретическую и экспериментальную производительности, а также мощности привода сепаратора-сливко-отделителя при различных скоростях вращения рабочего вала и обработать результаты испытаний.

4. Дать предложения по техническому обслуживанию сепаратора-сливкоотделителя.

5. Усвоить правила безопасной эксплуатации и наладки сепаратора-сливкоотделителя.

Оборудование, инструменты и инвентарь: испытательный стенд с сепаратором "Сатурн-2", ключ комбинированный, ключ для регулирования винта сливок, ерш для мытья посуды, два мерных стакана вместимостью 1 л, деревянная подставка, кастрюля, плита электрическая, спиртовой термометр, полотенце.

Продукты: молоко пастеризованное - 15,0 л; содовый раствор с массовой долей 0,5 % - 2 л.

 

 

Изучение устройства и принципа работы

Сепаратор-сливкоотделитель предназначен для разделения цельного молока на обезжиренное молоко и сливки регулируемой жирности.

Электросепаратор "Сатурн-2" состоит из электропривода, барабана, приемно-выводного устройства и корпуса. Корпус представляет собой пластмассовую отливку, внутри которой вертикально смонтирован электродвигатель на упругих резиновых опорах - верхней и нижней. В электросепараторе используется специальный однофазный коллекторный электродвигатель. Основание сепаратора имеет три резиновых амортизатора, винт для регулирования барабана по высоте и крепится к корпусу тремя винтами. Приемно-выводное устройство (посуда) служит для подачи молока в барабан, вывода сливок и обезжиренного молока.

Барабан сепаратора"Сатурн-2" (рис.2.7.1) состоит из основания 10, фиксатора тарелок 9, резинового уплотнительного кольца 8, тарелок 6 и 7, тарелки верхней 5, регулировочного динта 3, крышки барабана 4. гайки 1. Для установки барабана на вал электродвигателя основание снабжено втулкой 11 с поперечной перегородкой.

Разделение цельного молока на сливки и обезжиренное молоко осуществляется в барабане работающего электросепаратора следующим образом. Молоко через краник приемника молока стекает в поплавковую камеру, из которой поступает в питающую трубку основания барабана 10 и далее - в фиксатор 9. Из фиксатора 9 молоко по вертикальным каналам пакета конических тарелок распределяется в межтарелочных зазорах, где под действием центробежных сил разделяется на две фракции -сливки и обезжиренное молоко. Сливки, как более легкая фракция, направляются к оси вращения барабана, поднимаются до верхней тарелки 5 и через отверстие регулировочного винта 3 выводятся в приемник сливок, а оттуда - в приемную емкость. Обезжиренное молоко, как тяжелая фракция, под действием центробежной силы отбрасывается к периферии барабана. Под давлением поступающего молока оно поднимается в горловину барабана и через паз вытекает в приемник обезжиренного молока, а затем в приемную емкость.

 

Рис.2.7.1 Общий вид барабана сепаратора "Сатурн-2":

1 - гайка специальная; 2 - фиксатор; 3 - винт регулировочный; 4 -крышка барабана; 5 - тарелка верхняя; 6 - тарелка промежуточная; 7 -нижняя тарелка; 8 - кольцо уплотнительное; 9 - фиксатор; 10 – основание барабана; 11 - втулка с поперечной перегородкой.

 

На щите управления стенда для испытания электросепаратора установлены общий выключатель, секундомер, вольтметр, амперметр, лабораторный автотрансформатор для регулирования напряжения питания сепаратора, сигнальные лампочки, тахометр.

 

Техническая характеристика

Производительность - не менее 55 л/ч

Вместимость приемника молока - 5,5 л

Частота вращения барабана - до 12000 об/мин

Жирность обезжиренного молока - 0,05 %
Предел регулирования отношения сливок

к обезжиренному молоку - от 1:4 до 1:10

Температура сепарируемого молока - 40...45 °С

Номинальная потребляемая мощность - 60 Вт

Номинальное переменное напряжение - 220 В

Габаритные размеры - 330х300х500 мм

Масса - 3,85 кг

Правила эксплуатации

Перед началом испытаний убедитесь, что стенд выключен из сети, рукоятка выключателя на щите управления находится в положении ВЫКЛЮЧЕНО.

Молочную посуду тщательно промойте горячим содовым раствором с массовой долей 0,5...0,2 %, ополосните чистой водой и досуха протрите полотенцем.

Разберите барабан и промойте его детали в горячем содовом растворе, ополосните чистой горячей водой, просушите и соберите. При снятии крышки барабана и пакета тарелок следует легко ударять резьбовой частью основания барабана о деревянную подставку.

Сборку барабана производите в следующем порядке. Вложите в канавку основания 10 уплотнительное кольцо 8, наденьте на питающую трубку фиксатор 2 так, чтобы штифт основания барабана 10 вошел в отверстие в следующем порядке: первая тарелка - с выдавками, следующая - гладкая и т.д., причем последняя тарелка с выдавками, а затем верхнюю тарелку 5 и крышку барабана 4. При этом фиксатор 2 с регулировочным винтом 3 на верхней тарелке 5 должен войти в паз крышки барабана, а выступ в крышке барабана в паз основания барабана 10. Наверните на питающую трубку основания барабана 10 гайку специальную 1 и затяните ее усилием руки.

Разборку барабана производите в обратной последовательности.

В процессе эксплуатации электросепаратора запрещается работать без его закрепления в рабочем месте; производить снятие приемно-выводного устройства и разборку сепаратора без полного отключения от сети; устанавливать барабан на вал электродвигателя и приводить его во вращение с незатянутой до конца гайкой 1; тормозить барабан рукой или салфеткой; работать на сепараторе при задевании барабаном приемно-выводного устройства.

 

Методика выполнения работы

1. Убедитесь, что стенд и сепаратор отключены от сети.

2. Снимите приемно-выводное устройство, разберите барабан.

3. Измерьте геометрические параметры элементов барабана:

– малый r (м) и большой R (м) радиусы тарелки;

– количество тарелок Z;

– угол подъема образующей тарелки ,...°;

– расстояние от оси барабана до торца отверстия

регулировочного винта R_вт (м);

– наружный радиус цилиндрической части

барабана R_б (м).

Занесите результаты измерений в протокол наблюдений (табл.2.7.1).

Таблица 2.7.1 Протокол наблюдений

Большой радиус тарелки R,м

Малый радиус тарелки r, м

Количество тарелок Z, шт.

Угол подъема образующей тарелки ,

Расстояние Rвт, м

Наружный радиус барабана Rб, м

 

4. Соберите барабан.

5. Установите на верхнюю часть электропривода последовательно

– барабан,

– приемник обезжиренного молока,

– приемник сливок,

– камеру поплавковую,

– приемник молока,

– краник.

6. Включите электродвигатель сепаратора и зафиксируйте величину напряжения U_х, (В), силу тока I_х, (А) при установившемся холостом режиме различных частотах вращения ротора в интервале 7000...12000 об/мин.

7. Дождитесь момента полной остановки электродвигателя сепаратора и включите его.

8. Повторите измерения.

9. Нагрейте молоко до 40...45 °С и измерьте его температуру спиртовым термометром.

10. Включите сепаратор и через 1...2 мин после его запуска пропустите через него не менее 1,0 л воды с температурой 40...50 °С.

11. Закройте краник и залейте 5,0 л подогретого молока в приемник.

12. Поставьте под рожки приемников продуктов мерные стаканы.

13. Выставьте регулятором частоту вращения барабана 8000 об/мин.

14. Откройте краник в молокоприемнике.

14. Зафиксируйте напряжение U_р, (В) и силу тока I_p (А) в установившийся период работы.

15. Измерьте секундомером время сепарирования 5,0 л молока и с помощью мерного стакана объемное количество полученных сливок и обезжиренного молока.

16. Повторите вышеприведенные измерения при различных частотах вращения барабана в интервале п = 8000... 12000 об/мин.

17. По окончании сепарирования пропустите 2,0 л обезжиренного молока для удаления сливок, оставшихся в барабане.

18. После прекращения сепарирования пластмассовую посуду и все детали барабана промойте в горячем содовом растворе, ополосните в чистой горячей воде, протрите досуха полотенцем и просушите.

Расчетная часть

Расчетная производительность сепаратора М_m (м³/с) при различной частоте вращения барабана определяется по формуле

, (2.7.1)

где n – частота вращения барабана, об/с; z – число тарелок; - угол наклона образующей тарелки, …°; R, r – большой и малый расчетные радиусы тарелки, м; d – диаметр жирового шарика, м; d = (3…5) × 10^{-6 м;} t – температура молока, °С.

Рассчитайте фактическую производительность сепаратора M_ф (м³/с)

, (2.7.2)

Сравните расчетную и фактическую производительности сепаратора при различной частоте вращения и в случае несоответствия объясните причину.

Определите расчетную мощность, затрачиваемую на привод барабана N_б (Вт) в период установившегося режима

, (2.7.3)

где N₁ – мощность, затрачиваемая на придание кинетической энергии выводимым фракциям молока, Вт; N₂ – мощность, затрачиваемая на преодоление трения о воздух, Вт; N₃ - мощность, затрачиваемая на трение в приводном механизме и уплотнительной манжете, Вт (N₃ =3 Вт); N₄ – мощность, затрачиваемая на встроенные насос и напорный диск, Вт (N₄ =0);

, (2.7.4)

где - экспериментальный коэффициент, ( = 1,1... 1,2);

- плотность молока, кг/м³ ( = 1020 кг/м³); - угловая скорость вращения барабана, рад/с; R_вт - расстояние от оси барабана до торца отверстия регулировочного винта, м;

, (2.7.5)

где - экспериментальный коэффициент ( = 0,15); - плотность воздуха ( = 1,3 кг/³); п – частота вращения барабана, об/с; r_б – наружный радиус барабана, м.

Определите мощность на привод в период холостого установившегося режима N_х (Вт)

, (2.7.6)

При работе сепаратора в режиме сепарирования N_p (Вт) мощность на привод определяется зависимостью

(2.7.7)

Фактическую мощность N_ф (Вт) определите по формуле

, (2.7.8)

где U и I - напряжение и сила тока.

Сравните расчетную и фактическую мощности на привод сепаратора при холостом и рабочем ходе и в случае несоответствия объясните причину.

Графическая часть

Представьте в виде графиков зависимости теоретической M_m, и теоретической M_ф производительности, а также мощностей N_х, N_р, N_ф от скорости вращения барабана сепаратора п и получите аналитические зависимости M_m=f(n), М_ф=f(n); N_х=f(n); N_р=f(n); N_ф=f(n).

Выполните чертеж сборочной единицы, входящей в состав сепаратора (барабан, поплавковая камера, приемно выводное устройство) и составьте спецификацию в соответствии с требованиями ЕСКД.

Проверь себя

1. Что такое сепарирование?

а) разделение неоднородных жидких сред;

б) соединение неоднородных жидких сред;

в) перемешивание жидких сред;

г) комбинированное воздействие на жидкие среды.

2. Объясните физический смысл фактора разделения?

а) во сколько раз центробежная меньше силы тяжести?

б) во сколько раз центробежная больше силы тяжести;

в) на сколько меньше центробежная сила;

г) на сколько больше силы тяжести.

3. Какие факторы влияют на величину производительности сепаратора?

а) частота вращения барабана, число тарелок, радиус тарелок, угол наклона тарелок;

б) диаметр барабана, размер корпуса, число тарелок;

в) длина барабана, размер тарелок, угол наклона тарелок;

г) частота вращения барабана, размер барабана.

4. Какое влияние оказывает поплавковая камера на пропускную способность сепаратора-сливкоотделителя?

а) никакого; б) повышает; в) снижает.