Молоко попадает в межтарелочное пространство через отверстия в тарелках. Там оно распределяется тонким слоем. На находящиеся в нем жировые шарики действует центробежная сила и гидростатическая. Под действием центробежной силы шарики вместе с потоком молока участвуют в переносном движении vп , направленном параллельно образующей тарелки. Под действием гидравлической силы шарики всплывают в потоке молока со скоростью vс , направленной перпендикулярно оси вращения.
Переносная скорость определяется, исходя из подачи молока и поперечного сечения межтарелочного пространства:
(2.51)
где: Qм – производительность сепаратора, м3 /с;
R – радиус расположения жирового шарика, м;
h - расстояние между тарелками по вертикали, м;
- s – толщина слоя сливок, м;
α – угол конуса тарелок;
z – количество межтарелочных пространств в барабане.
Скорость движения шариков под действием гидростатической силы определяется уравнением:
(2.52)
где: d – диаметр жировых шариков.
Абсолютная скорость движения жировых шариков будет равна
геометрической сумме скоростей
vж = vn + vc (2.53)
По мере удаления жирового шарика от оси вращения переносная скорость его уменьшается, так как увеличивается кольцевая площадь поперечного сечения потока молока. Радиальная скорость, наоборот, будет увеличиваться, так как увеличивается радиус вращения R. Все это приводит к изменению величины и направления абсолютной скорости движения жирового шарика. Вследствие этого
они осаждаются на верхних поверхностях тарелок и продвигаются к оси вращения.
Жировые шарики имеют размеры, отличающиеся в 10 раз (1...10 мкм). Как следует из формулы, скорость их радиального, а, следовательно, и абсолютного движения будет различной. Наиболее крупные шарики быстро почти у входа в межтарелочное пространство достигнут поверхности нижней тарелки и начнут продвижение к оси барабана (траектория I). Наиболее мелкие достигнут нижней тарелки у ее периферии (траектория IV). Ну, а некоторые из них вообще не успеют отделиться в межтарелочном пространстве и будут унесены потоком обезжиренного молока (траектория V) (рис 2.24).
Определим производительность сепаратора. Рассмотрим путь движения жирового шарика в межтарелочном пространстве.
Предположим, что жировой шарик определенного диаметра начнет отделяться от потока молока на радиусе R . Тогда, чтобы достичь поверхности потока сливок, если движение началось от нижней поверхности верхней тарелки, он должен пройти путь:
(2.54)
где: t – время движения.
За это же время он вместе с потоком молока пройдет путь вдоль тарелки:
(2.55)
где: Н — высота тарелки от края входного отверстия до основания тарелки. Откуда:
(2.56) или (2.57)
Подставим значения переносной и относительной скоростей:
(2.58)
Откуда:
(2.59)
т.е. производительность сепаратора не зависит от зазора между тарелками и угла их конуса.
2.9. Технологические расчеты линии первичной обработки молока
Линия первичной обработки молока рассчитывается, исходя из производительности линии доения коров. Производительность отдельных аппаратов выбирается в соответствии с потребностью по системе машин. Количество, как правило, берется по одному данного назначения аппарату, за исключением емкостей, количество которых рассчитывается по величине удоя от стада коров и графика перевозки молока на перерабатывающий завод. Технологический расчет в данном случае сводится к определению продолжительности работы каждого из аппаратов для переработки заданного количества продукции и определению расхода воды, пара, электроэнергии и т.п. Продолжительность работы сепаратора-очистителя до остановки для очистки от скопившихся примесей:
