Сепаратор-сливкоотделитель

Сепаратор-сливкоотделитель — это устройство, предназначенное для разделения (сепарирования) цельного молока на сливки и обезжиренное молоко (обрат) под действием центробежной силы. Относится к классу молочных сепараторов и широко применяется в пищевой промышленности, сельском хозяйстве и домашнем хозяйстве. Основной принцип работы основан на разнице плотностей жировой фракции и плазмы молока.

История

Первые попытки механизировать процесс отделения сливок от молока предпринимались в XIX веке. До этого сливки получали методом отстаивания — молоко оставляли в широких сосудах на несколько часов, и жир всплывал на поверхность. Этот процесс был длительным и неэффективным.

В 1878 году шведский инженер Густав де Лаваль (Gustaf de Laval) изобрёл первый непрерывно действующий сепаратор-сливкоотделитель. Его конструкция использовала вращающийся барабан, в котором под действием центробежной силы молоко разделялось на фракции. Изобретение было запатентовано в 1879 году и положило начало промышленной переработке молока. В 1890-х годах сепараторы начали активно внедряться в молочной промышленности Европы и США.

В России первые сепараторы появились в конце XIX века. В 1894 году в Москве была открыта первая сепараторная станция, обслуживавшая окрестные хозяйства. В советский период производство сепараторов было налажено на нескольких заводах, в том числе на Рязанском станкостроительном заводе и на заводе «Молмаш» в Кирове. К середине XX века сепараторы стали обязательным оборудованием на всех молокозаводах.

Устройство и принцип действия

Основные компоненты

Сепаратор-сливкоотделитель состоит из следующих основных узлов:

• Барабан (ротор) — главный рабочий элемент, в котором происходит разделение. Внутри барабана установлены тарелки (пакет тарелок) — конические диски с отверстиями, увеличивающие площадь разделения.
• Приводной механизм — электродвигатель или ручной привод (в старых моделях), передающий вращение барабану через ременную или зубчатую передачу.
• Приёмная камера — ёмкость для подачи цельного молока.
• Патрубки вывода — трубки для отвода сливок и обезжиренного молока.
• Корпус — защитный кожух, часто с крышкой для доступа к барабану.
• Тормозное устройство — для быстрой остановки барабана после завершения работы.

Принцип работы

Цельное молоко подаётся в центр вращающегося барабана. Под действием центробежной силы, которая может превышать силу тяжести в тысячи раз, частицы молока распределяются по радиусу:

• Более лёгкие жировые шарики (сливки) перемещаются к оси вращения.
• Более тяжёлая плазма молока (обезжиренное молоко) отбрасывается к периферии барабана.

Тарелки внутри барабана создают тонкие слои жидкости, что ускоряет процесс разделения. Сливки и обрат выводятся через разные патрубки. Процесс происходит непрерывно: молоко поступает, а продукты разделения выходят одновременно.

Регулировка жирности

Жирность получаемых сливок можно регулировать, изменяя положение винта или крана на патрубке вывода сливок. Чем сильнее приоткрыт кран, тем больше обезжиренного молока попадает в сливки, снижая их жирность, и наоборот.

Классификация

Сепараторы-сливкоотделители классифицируются по нескольким признакам:

По назначению

• Промышленные — высокой производительности (от 500 до 50 000 л/ч), используются на молокозаводах. Часто оснащены автоматической выгрузкой осадка (механической или гидравлической).
• Фермерские — средней производительности (50–500 л/ч), предназначены для небольших хозяйств.
• Бытовые — малой производительности (10–50 л/ч), для домашнего использования. Обычно имеют ручной или электрический привод.

По конструкции привода

• Ручные — барабан вращается вручную через редуктор. Требуют физических усилий, но не зависят от электросети.
• Электрические — наиболее распространённый тип в XX–XXI веках. Привод осуществляется от электродвигателя.

По способу удаления осадка

• С ручной выгрузкой — после работы барабан разбирают и промывают вручную.
• С автоматической выгрузкой — осадок (белково-минеральная фракция) удаляется без остановки сепаратора через специальные клапаны.

Применение

Основное применение сепараторов-сливкоотделителей — получение сливок заданной жирности (обычно от 10% до 35% и выше) и обезжиренного молока. Сливки используются для производства:

• сметаны,
• сливочного масла,
• мороженого,
• кондитерских кремов,
• сыров (в некоторых технологиях).

Обезжиренное молоко (обрат) применяется:

• для нормализации молока (снижения жирности),
• в производстве творога и сыра,
• как корм для сельскохозяйственных животных,
• в хлебопекарной и кондитерской промышленности.

Кроме того, сепараторы используются для очистки молока от механических примесей и бактерий (бактериофугирование), а также для разделения других жидкостей (например, в масложировой промышленности).

Характеристики

Основные технические характеристики сепараторов-сливкоотделителей:

• Производительность — количество молока, перерабатываемого за час (л/ч).
• Частота вращения барабана — обычно от 5000 до 12 000 об/мин для промышленных моделей, до 8000 об/мин для бытовых.
• Коэффициент разделения — степень обезжиривания обрата (остаточная жирность). В хороших моделях составляет 0,05–0,1%.
• Мощность электродвигателя — от 0,1 кВт (бытовые) до 10 кВт (промышленные).
• Масса — от 5 кг (ручные бытовые) до 500 кг (промышленные).

Интересные факты

• Изобретение сепаратора Густавом де Лавалем привело к созданию первой в мире непрерывной центрифуги, принцип которой позже был использован в других отраслях (например, в химической и нефтяной промышленности).
• В СССР сепараторы выпускались под марками «Мотор-Сич», «Сатурн», «Ротор» и «Электра». Модель «Электра-2» была одной из самых популярных бытовых сепараторов в 1960–1980-х годах.
• В современных промышленных сепараторах для герметизации барабана используются специальные уплотнения, позволяющие работать под давлением без потери продукта.
• Существуют сепараторы-молокоочистители, которые не разделяют молоко на фракции, а только очищают его от механических примесей и соматических клеток.

Критика и ограничения

Основные недостатки сепараторов-сливкоотделителей:

• Необходимость регулярной очистки — барабан и тарелки требуют тщательной промывки после каждого использования, иначе остатки молока закисают и забивают каналы.
• Шум и вибрация — особенно у старых моделей с ручным приводом или неуравновешенным барабаном.
• Чувствительность к качеству молока — сепаратор плохо работает с кислым, загрязнённым или слишком холодным молоком (ниже 10 °C).
• Энергопотребление — электрические модели потребляют значительную мощность, особенно при высоких оборотах.

В бытовых условиях сепараторы постепенно вытесняются компактными центрифугами для приготовления сливок, однако в промышленности и фермерских хозяйствах они остаются незаменимым оборудованием.

Источники

• Бредихин С. А., Космодемьянский Ю. В., Юрин В. Н. Технология и техника переработки молока. — М.: Колос, 2001.
• Горбатова К. К. Физико-химические и биохимические основы производства молочных продуктов. — СПб.: ГИОРД, 2004.
• Твердохлеб Г. В., Сажинов Г. Ю., Раманаускас Р. И. Технология молока и молочных продуктов. — М.: ДеЛи принт, 2006.
• Патент США № 247,804 (1879) — G. de Laval, Centrifugal cream separator.
• Каталог оборудования ОАО «Молмаш» (г. Киров), 1985.