Регенерация (восстановление) тепла

Во время первичной обработки молоко подвергают охлаждению и пастеризации, при этом расходуется большое количество энергии на работу холодильных установок и на нагревание молока при его пастеризации.

Чтобы уменьшить затраты энергии, применяют специальные аппараты регенераторы, в которых встречаются два потока молока – холодный и горячий (рис. 29).

Расчет регенератора сводится к определению его рабочей поверхности

Рис. 29 Схема включения прямоточного регенератора в молочную линию: 1 – регенератор, 2 – охладитель, 3 – пастеризатор.

где Е – коэффициент регенерации тепла, равный 0,6…0,7.

Разность температур процесса можно посчитать по формуле

t_рег = (1 – Е)(t_паст - t_рег),

а

Регенератор, смонтированный в технологической линии первичной обработки молока, экономит следующее количество тепла

кДж/час

Молочные сепараторы

Сущность разделения молока заключается в том, что вследствие разницы плотностей молочного жира и так называемой молочной плазмы (т.е. обрата), происходит всплывание жировых частиц. Эта разница составляет 0,11 г/см³ (плотность жира 0,92 г/см³, а плазмы – 1,03 г/см³). Именно за счет этого происходит отстаивание молока в естественных условиях, но это процесс, требующий длительного времени (около суток). В этом случае жировые шарики всплывают со скоростью

(формула Стокса),

где g – ускорение свободного падения тела м/сек²,

σ_П – плотность плазмы (обрата),

σ_ж – плотность жира,

r – радиус жирового шарика (r = 1,5…5,0 мкм),

η – вязкость молока в пуазах.

В середине XIX века стали пытаться использовать центробежное отделение жира, но эти попытки успешными не были. Дело в том (как мы увидим дальше), что производительность сепаратора Q в наибольшей степени зависит от квадрата числа оборотов барабана Q = f(n²). Однако, во время работы аппарата при определенных оборотах (их называют критическими) наступает явление резонанса, при котором собственные колебания барабана совпадают с вынужденными. Это приводит к тому, что ось вращения барабана отклоняется от вертикали на недопустимую величину, при которой происходит поломка вала барабана. К тому же эти критические обороты не очень велики (1000…1500 об/мин), следовательно, рабочие обороты барабана были ещё меньше. Такие сепараторы имели очень небольшую производительность и были экономически не выгодными.

Выход из создавшегося положения нашел известный шведский инженер Карл Густав Лаваль (1845 – 1913г.г.). В 1878 г. он создал сепаратор, в котором барабан вращался со скоростью до 10000…12000 об/мин. В этом сепараторе вал барабана состоит из двух половин, соединенных между собой упругой муфтой. При достижении критических оборотов, амплитуда колебаний барабана резко возрастает, но она гасится упругой муфтой, а барабан легко преодолевает эти обороты и нормально работает в диапазоне сверхкритических оборотов.

Молочные сепараторы разделяются на сливкоотделители, очистители и нормализаторы. Выпускают также универсальные сепараторы.

Рассмотрим основы теории молочного сепаратора, которую предложил Г.И. Бремер.

На рис. 30 показана схема расположения тарелок барабана сепаратора (межтарелочное пространство), жировой шарик и основные параметры пространства. Под действием сил потока молока шарик увлекается этим потоком со скоростью всплывания V_П и одновременно двигается к поверхности тарелки со скоростью V_с (определяется по формуле Стокса). Обозначим Т – время, в течение которого жировой шарик должен достичь поверхности тарелки, чтобы начать движение вверх вместе с другими шариками.

На схеме видно, что

(1)

(2)

Разделим уравнение (1) на уравнение (2), получим

(3)

Определим значения υ_п.ср. и υ_с.ср. Скорость υ_с.ср находится по формуле Стокса. Заменим g на ω²R – центростремительное ускорение – а R примем средним. Тогда

В межтарелочном пространстве жировые шарики движутся вместе с потоком молока с постоянно уменьшающейся скоростью V_П. На каждом элементарном участке она будет иной, поэтому можно определить среднюю скорость в диапазоне R_max – R_min

или

Зная производительность сепаратора Q и сечение, через которое проходит молоко в процессе обработки, определим

,

отсюда

Рис. 30а – Выделение жирового шарика при движении молока в межтарелочном пространстве

Рис. 30б – К определению расчетного объема барабана сепаратора

или

Подставим значения V_п.ср. и V_с.ср. в уравнение (1):

Упростим это выражение и окончательно получим

Величина в первых квадратных скобках характеризует физические свойства молока и называется разделяемостью молока (она обозначается через τ).

Во вторых квадратных скобках нас интересует

Эта величина, разделенная на , называется приведенным или расчетным объёмом барабана сепаратора

Она оказывает существенное влияние на производительность сепаратора (схему V_p можно видеть на рисунке 30б)

Окончательно см³/сек

Для практических расчетов

Рис. 31 – Схема к определению физического смысла регулирования жирности сливок

л/час

где β – технологический КПД сепаратора.

Кстати, (при t = 10…70ºС),

где t – температура молока, подверженного сепарированию.

Поскольку эта величина является важной составляющей разделяемости молока τ и значительно влияет на производительность сепаратора, молоко перед сепарированием нагревают до 40…50ºС (больший нагрев экономически невыгоден).

Теперь рассмотрим физический смысл регулирования жирности сливок. Для этого барабан сепаратора разместим горизонтально (рис. 31). Видно, что он разделен верхней тарелкой на два сообщающихся сосуда: в первом находится смесь(γ_см), состоящая из молока и сливок, во втором – обрат (γ_о).

Для нормальной работы сепаратора должно быть обеспечено неравенство r_т – r_c > r_т – r_о, а в соответствии с законом сообщающихся сосудов

Иными словами, удельный вес (плотность) смеси будет зависеть от расположения отверстий, или

Учитывая действие громадных центробежных сил, эта формула будет иметь вид

Пользуясь этим выражением, можно подсчитать величину r_с для получения сливок разной жирности

.

1. 6 Лекция № 10 (2 часа).

Тема: «Механизация стрижки овец и первичной обработки шерсти»

1.6.1 Вопросы лекции:

1.Общие сведения о стригальных пунктах.

2.Технологическое оборудование стригальных пунктов

3.Организация труда на стригальных пунктах.

1.6.2 Краткое содержание вопросов: (тезисно изложить основное содержание рассматриваемых вопросов)

1.Общие сведения о стригальных пунктах.

Стрижка овец и первичная обработка шерсти относятся к наиболее трудоемким и ответственным технологическим операциям в овцеводстве. Непременное условие получения высококачественной шерсти – проведение стрижки в сжатые сроки: в течении не более 1 месяца. Это может быть достигнуто только благодаря внедрению машинной стрижки овец. В настоящее время стрижка механизирована на 95%.

Машинная стрижка овец и первичная обработка шерсти осуществляется, как правило, на стригальных пунктах. Такие пункты располагают в помещениях длиной 50…80 м и шириной 8…11 м, где устанавливают оборудование в один или два ряда. Они имеют отделения стрижки и упаковки рун. Все помещения должны быть светлыми, чистыми, выбеленными и продезинфицированными. Полы в помещениях стационарных пунктов деревянные. В отделении стрижки монтируют стригальные и точильные агрегаты, транспортеры для шерсти. В отделении упаковки устанавливают весы, столы для классировки шерсти и пресс.

Стрижка овец в хозяйствах должна проходить по заранее разработанному общему плану, в соответствии с которым составляют планы работы отдельных бригад на каждый день, а также графики подгона отар и маршруты их движения к стригальным пунктам. Время на перегон от места выпасов до пункта стрижки устанавливают в зависимости от местных условий, принимая скорость продвижения отары не больше 15 км в день. При этом овец на пункт стрижки подгоняют заранее, чтобы перед стрижкой их можно было выдержать без корма 15…20 ч и без воды 8…10 ч. Стричь овец с влажным руном нельзя, так как такая шерсть в кипах самонагревается и портится.

При организации труда на стригальных пунктах особенно тщательно продумывают распорядок рабочего дня и одежду стригаля. Затачивает режущие пары специально подготовленный работник.

Стрижка овец включает в себя подгон отары к стригальному пункту, подготовку ее к стрижке, непосредственно стрижку, классировку и прессование шерсти.