Гомогенизаторы

Кривошипно-шатунный механизм крепится при помощи шпилек к станине 13. На станине имеется съемная крышка 17, предназначенная для ограждения вращающихся и перемещающихся механизмов. В нижней части станины 13 установлена клеммная коробка 18.Станина устанавливается на четырех регулируемых по высоте опорах 19. К корпусу кривошипно-шатунного механизма при помощи двух шпилек крепится плунжерный блок 9, состоящий из блока, плунжеров 6, полых цилиндрических стаканов.

Гомогенизирующее  устройство 8 состоит из корпуса, прокладок, нагнетательных клапанов, седел клапанов, пружин, гомогенизирующего клапана  с седлом, стакана, рукоятки.Сверху на гомогенизирующем устройстве расположен предохранительный клапан 7, предназначенный  для ограничения повышения давления выше заданного. Он состоит из стакана, фланца, клапана. Седла клапана, пружины, нажимного винта и колпака.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гомогенизаторы-пластификаторы

 

Устройство  и действие гомогенизаторов-пластификаторов  не отличаются в принципе от устройства и действия гомогенизаторов клапанного типа.

Гомогенизатор-пластификатор  для сырной массы (рис. 42) представляет собой трехплунжерный насос высокого давления с гомогенизирующим устройством, который состоит из станины литой конструкции, привода кривошипно-шатунного механизма с коленчатым валом и загрузочным бункером. Плунжеры совершают возвратно-поступательные движения от коленчатого вала через кривошипно-шатунный механизм.

При движении плунжера в сторону коленчатого  вала сырная масса засасывается в бронзовую втулку через окна. При движении плунжера в противоположном направлении сырная масса нагнетается к гомогенизирующему клапану.

В состав гомогенизирующего устройства входят три нагнетательных клапана с  пружинами сжатия, гомогенизирующий клапан и манометр с разделителем и дросселем.

При выталкивании плунжером сырной массы нагнетательный клапан поднимается давлением, создаваемым  поршнем, и она перемещается к  гомогенизирующему клапану. Нагнетательный клапан опускается силой прижатия пружины.

На рис. 43 показан гомогенизатор-пластификатор, предназначенный для обработки  сливочного масла перед его фасовкой. Аппарат состоит из загрузочного бункера и одной пары шнеков для  подачи масла в камеру обработки.

На станине  смонтированы корпус гомогенизатора-пластификатора, электродвигатели, регулятор вариатора, редуктор, вал со шкивами, электромагнитной муфтой и эксцентриком для натяжения  ремней. На корпусе размещены механизмы  подачи масла в ротор (шнек) и его  обработки (ротор), кран с диафрагмой для регулирования давления масла  в роторной камере, а также бункер для масла.

Сначала масло подается в бункер. Затем  двумя шнеками, вращающимися в противоположные  стороны, оно продавливается через  ротор и обрабатывается. Через  кран с диафрагмой масло выходит  в тару или бункер фасовочного  автомата. Все части, соприкасающиеся  с маслом, перед работой и после  нее покрываются специальным  горячим раствором. Предварительная  обработка необходима для предотвращения прилипания масла к рабочим поверхностям.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Формулы для расчета основных параметров гомогенизатора

 

Эффективность гомогенизации зависит от гидравлических условий в зоне клапанной щели. Эти условия в основном определяются давлением гомогенизации, от которого зависит скорость движения жидкости в щели и высота клапанной щели. В радиально расходящейся клапанной  щели скорость потока V₁ имеет наибольшее значение в начале щели на радиусе r. По мере расширения потока к выходу скорость уменьшается до величины V₂. Наибольшая теоретическая скорость С зависит от давления гомогенизации и может быть вычислена по формуле Торричелли:

 

;(1)

 

где ΔР =Р₀-Р₂ –давление гомогенизации Н/м²;

Y- объемный вес жидкости Н/м³.

Действительная  скорость истечения V₁ меньше теоретической, причем величина отклонения зависит от вязкости жидкости и высоты клапанной щели.

Несмотря  на изменение скорости под клапаном и высоты клапанной щели при изменении  давления гомогенизации, число Re для потока жидкости не зависит от давления гомогенизации и при работе с данным продуктом остается постоянным при любых режимах работы:

(2)

где V-кинематическая вязкость м/с².

Следовательно, число R_e для потока в клапанной щели зависит от производительность машины, размеров клапана и вязкости жидкости. Обычно при работе гомогенизаторов число R_e =25000….35000. Из формулы (2) можно найти внутренний диаметр клапанной щели по формуле:

_{; м}

Высота  клапанной щели h при работе гомогенизатора нестабильна, а изменяется в широком диапазоне в зависимости от расхода жидкости через клапан, размеров клапана, давления гомогенизации и вязкости жидкости. Ее можно определить по формуле (2):

_;

Толщина тарелки клапана:

; (3)

где р- давление гомогенизации, Па;

[σ]=24·10⁷ Па –допускаемое напряжение для материала клапана;

d_k –диаметр клапана, м.

 

 

; (4)

где π- производительность гомогенизатора, м/с;

V_d- допускаемая скорость жидкости в седле, м/с;

ΔS- площадь сечения хвостовика, м².

^{; (5)}

где r_n –радиус хвостовика, м².

Из уравнений (3),(4),(5) вычисляем толщину тарелки, клапана и диаметр клапана.

При гомогенизации  часть механической энергии превращается в теплоту, вследствие чего происходит повышении температуры гомогенизации  продукта Δ t:

(6)

где Р- давление гомогенизации, Па;

С=3850Дж/(кг·К)- удельная теплоемкость молока;

р=1011кг/м³ -плотность молока, кг/м³.

Средний диаметр жировых шариков, м в  диапазоне изменения давления от 2 до 20МПа определяется по формуле  Барановского:

 (7)

где Р- давление гомогенизации, МПа.

Расчет  предохранительных клапанов можно  свести к определению проходного сечения седла клапана с учетом вязкости обрабатываемой жидкости. Для  маловязких жидкостей (молоко, соки) диаметр  проходного сечения седла определяется по формуле:

 

где р_в –давление всасывания, МПа;

δ_в – отношение массы перекачиваемой жидкости к массе воды.

Высокое давление гомогенизации является причиной того, что клапанные гомогенизаторы поглощают много электроэнергии и отличаются большой металлоемкостью. Чтобы уменьшить расход энергии и облегчить конструкцию, за рубежом созданы гомогенизаторы «низкого давления». Режим их работы позволяет получить эффект гомогенизации, достаточный при выработке цельного гомогенизированного молока. Пружина гомогенизирующей головки должна быть достаточно жесткой, чтобы обеспечить необходимое давление гомогенизации, зависящее от усилия Р, с которым пружина действует на клапан. Связь между этим усилием, параметрами пружины и возникающим в пружине наибольшим касательным напряжением τ_мак выражается формулой:

; (9)

где Р- усилие, действующее на пружину, Н;

D-средний диаметр витков пружины, м;

d-диаметр проволоки, м;

К- поправочный  коэффициент.

Поправочный коэффициент зависит от индекса  пружины:

(10)

 

К = ; (11)

Пружина должна удовлетворять условию τ_мак <[τ]. Допускаемые напряжения на кручение [τ] , которые зависят от механических свойств материала, колеблется в широких приделах (300-600Н/м²).

При расчете  задаемся индексом пружины С_п =4..5. Это дает возможность на основании формулы (9) определить диаметр проволоки:

 

По формуле (10) рассчитывают средний диаметр  витков пружины.

Количество  витков пружины гомогенизатора n=4..6.

Усилие  затяжки Р определяется по формуле:

Р=f·ΔP;

где f –площадь сечения канала перед клапаном,м²;

ΔP- рабочее давление гомогенизатора, Н/м².

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

Таким образом, гомогенизация это – раздробление (диспергирование) жировых шариков путем воздействия на молоко или сливки значительных внешних усилий. Гомогенизация сырья способствует: 1) при производстве пастеризованного молока и сливок – приобретению однородности (вкуса, цвета, жирности); 2) стерилизованного молока и сливок – повышению стойкости при хранении; 3) кисломолочных продуктов (сметаны, кефира, йогурты и др.) – повышению прочности и улучшении консистенции белковых сгустков и исключения образования жировой пробки на поверхности продукта; 4) сгущенных молочных консервов – предотвращения выделения жировой фазы при длительном хранении; 5) сухого цельного молока – снижению качества свободного молочного жира, не защищенного белковыми оболочками, что приводит к быстрому его окислению под действием кислорода атмосферного воздуха; 6) восстановленных молока, сливок и кисломолочных напитков – созданию наполненности вкуса продукта и предупреждению появлению водянистого привкуса; 7) молока с наполнителями (какао и др.) – улучшению вкуса, повышению вязкости и снижению вероятности образования осадка.

Итак, наиболее эффективными и распространенными  в промышленности являются гомогенизаторы клапанного типа, дающие необходимую  степень диспергирования продукта не оказывая каких-либо значительных негативных изменений его свойств. Эти гомогенизаторы применяются при переработке  сырья, идущего на выработку всевозможных кисломолочных напитков и сметаны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список  использованной литературы

 

1. «Машины и аппараты пищевых производств» . В 2 кн. Кн. 1: Учеб. Для вузов/ С. Т. Антипов, И. Т. Кретов, А. Н. Остриков и др.; Под ред. акад. РАСХН В. А. Панфилова. – М. : Высш. шк., 2001. – 703с.; (стр. 464-469).
2. Журнал: « Молочная промышленность», №2, 2012 г. (стр. 30-32).
3. «Технологическое оборудование предприятий молочной промышленности»./ Сурков В. Д., Липатов Н. Н., Золотин Ю. П. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1983. – 432 с.

( стр. 57-67).

4. Пат. 2170504 РФ, МПК 7 А 01 J 11/16. Гомогенизирующая головка /     А.А. Шевцов, В.В. Горяйнов, О.Н. Федорова; Воронежская государственная технологическая академия.
5. С.А. Бредихин « Технология и техника переработки молока»