Модернизация сепаратора для получения высокожирных сливок марки Г9-ОСК (дипломный проект)

Содержание

Аннотация
Введение
1. Состояние вопроса. Обзор существующих конструкций.
2. Описание конструкции и принципа действия.
3. Расчетная часть.
3.1 Расчет производительности.
3.2. Расчет мощности.
3.3. Кинематический расчет.

4. Правила монтажа, ремонта и эксплуатации.
Заключение.
Список использованной литературы.
Приложения.

1. Состояние вопроса. Литературный обзор

Технологический процесс сепарирования заключается в механическом разделении молока на фракции под действием центробежной силы. Сепарирование используется на различных этапах переработки молока и производства молочных продуктов. Так. сепарирование обеспечивает разделение молока на сливки и обезжиренное молоко (обрат): очистку его от механических и естественных (слизь, кровь и т. п.) примесей; выделение белков из сыворотки; получение высокожирных сливок и др. Молоко под действием центробежной силы разделяется благодаря различной величине плотности фракций.
Классификация сепараторов. Сепарирование молока осуществляется на специальных машинах - сепараторах. Сепараторы, применяемые в молочной промышленности, можно классифицировать по различным характерным признакам: по технологическому назначению, по конструктивным особенностям подачи в сепаратор молока (или жидких молочных продуктов: сыворотки, сливок и др.) и отвода из него фракций сепарирования; по способу выгрузки осадка.
Так, по технологическому назначению сепараторы подразделяются на четыре основные группы:
• сепараторы-осветлители, к ним относятся сепараторы-молокоочистители (для теплого и холодного молока). В машинах этой группы происходит центробежная очистка молока от загрязнений и механических примесей. К этой же группе относятся технологические сепараторы для обезвоживания творожного сгустка при производстве мягкого творога, а также - бактофуги - сепараторы-отделители бактерий. Характеристика работы сепараторов - плотность дисперсной фазы больше плотности дисперсионной фазы . (Дисперсная фаза - фаза фракции меньшего объема - шлама или творога, или бактерий в зависимости от вида сепараторов; дисперсионная - фаза фракции большего объема - цельного молока или сыворотки);
сепараторы-разделители, к ним относятся сепараторы-сливкоотделители. В машинах этой группы происходит центробежное разделение цельного молока на обезжиренное молоко и сливки. Некоторые сепараторы снабжены устройством нормализации, что обеспечивает получение в потоке нормализованного по жиру молока. К этой же группе относятся сепараторы для обезжиривания сыворотки, а также для получения высокожирных сливок (разделение сливок на высокожирные и пахту). Характеристика работы сепараторов — (p1 < р2) дисперсная фаза - сливки или высокожирные сливки, дисперсионная фаза - обезжиренное молоко, или пахта, или подсырные сливки;
комбинированные сепараторы. В машинах этой группы одновременно происходит отделение механических или иных твердых примесей (например, казеиновая пыль) и разделение жидкости на фракции (сыворотки - на обезжиренную сыворотку и подсырные сливки). К ним относится сепаратор Ж5-ОХ2-С для очистки творожной и подсырной сыворотки от казеиновой пыли и жира. Условно к этой группе можно отнести сепараторы-сливкоотделители, обеспечивающие одновременно очистку молока;
сепараторы-кларификсаторы для очистки и гомогенизации молока. Эти сепараторы в настоящее время не получили широкого развития и применения. Характеристика работы сепараторов — (P1> P2)
Все сепараторы работают на сверхкритических числах оборотов, т. е. действительное число оборотов рабочего органа (барабана) больше его критического числа оборотов (в пределах 6000-12000 об/мин при диаметрах барабана 550-150 мм). Соотношение высоты барабана к диаметру 1:1 или близко к нему.
По конструктивным особенностям сепараторы подразделяют на три группы
Открытые сепараторы, в которых ввод молока и вывод его жидких фракций происходит в виде свободной струи (не герметизированы) и имеют контакт с окружающей средой (воздухом). К этой группе относятся бытовые разделители и некоторые модели промышленных разделителей.
Полузакрытые (полугерметичные) - ввод молока может быть открытым через поплавковую камеру с поплавком и неподвижную трубку или закрытым, но без напора, свободной струей, а выход отсепарированных фракций - закрытым (герметизирован), под давлением, создаваемым в сепараторе напорными дисками под действием центробежных сил. Создаваемый напор (2н-2,5)-105 Н/м2. К этой группе относятся некоторые модели осветлителей и разделителей.
Закрытые (герметичные) — ввод исходного продукта в сепаратор и отвод отсепарированных фракций осуществляются под давлением (герметизированы): в первом случае — за счет насоса подачи, во втором - под действием избыточного давления на выходе из сепаратора или дополнительного напора, создаваемого напорным диском под действием центробежных сил. К этой группе относятся
модели осветлителей и разделителей.
Вывод твердого осадка может быть:
периодическим при полной разборке сепарирующего устройства (барабана);
пульсирующим, обеспечивающим выброс осадка в течение долей секунды на ходу даже без существенного снижения частоты вращения, путем раскрытия барабана;
непрерывным через сопла в стенках барабана;
комбинированным: выброс твердого осадка непрерывный через сопла уменьшенного размера и путем раскрытия барабана.
Табл.1.Технологическая характеристика Ж5-ОВРП-0,15; Ж5-ОСД-500; Г9-ОСК

Параметры Ж5-ОВРП-0,15 Ж5-ОСД-500 Г9-ОСК
Производительность по высокожирным сливкам, кг/ч.   
для масла: слалкосливочного 100 350 700 900
любительского - 600 1200-1600
крестьянского - 1100 1700-2200
бутербродного 200 1800 2000-2700
Мощность линии, комплектуемой сепаратором, кг/ч 500-1000 500 1000 1000
Частота вращения барабана, об/мин - 6500 5580
Максимальный диаметр барабана, мм -  520
Количество тарелок н барабане, шт. - - 108-115
Угол наклона образующей тарелки. ° - - 55
Межтарелочный зазор, мм -  0.6
Установленная мощность, кВт 1,5 5.5 11
Потребляемая мощность. кВт-ч - 6,1 9
Объем шламового пространства, м - — 0.01
Продолжительность непрерывной работы сепаратора 2 2 4-6
до заполнения всего объема грязевого пространства, ч   
Давление пахты на ни ходе из сепаратора. МПа не более 0.2 0.2 0.2
Время разгона (набора барабаном рабочего числа   
оборотов) сепаратора, мин - 5-8 -
Температура сепарирования, "С 75-95 75-95 80-90
Исходные сливки: массовая доля жира, % 30-40 30-40 30-40
кислотность. "I" 18 18 18
Массовая доля влаги в высокожирных сливках.   
%. для масла: слалкосливочного 15,3 15.3 15.3
любительского 19.3 19.3 19.4
крестьянского 24.3 24.3 24.4
бутербродного 34.4 34,4 34.4
Массовая доля жира в пахте. %, для масла не более 0,3  не более 0.3
слалкосливочного - 0,3 -
любительского - 0.2 -
крестьянского - 0.15 
бутербродного - 0.15 -
Массовая доля жира, в высокожирных сливках, %.   
для масла: слалкосливочного 83.5±0,5 83.5+0.5 83,5±0,5
любительского 79,5±0.5 79.5±0.5 79.5±0.5
крестьянского 76±0.5 76±0,5 76±0.5
бутербродного 63,5+0,5 63.510.5 63.5±0.5
Габаритные размеры, мм: длина 780 855 1010
ширина 455 655 962
высота 900 1343 1420
Масса, кг 120 450 955
Изготовитель ОАО «Плавский машинострои- Махачкалин-
 тельный завод «Смычка» ский завод
   сепараторов





































Разделители специального назначения.
К ним относятся сепараторы для высокожирных сливок Ж5-ОВРП-0,15; Ж5-ОС2Д-500 и Г9-ОСК. Предназначены для разделения сливок с массовой долей жира 30-40% на высокожирные сливки различной концентрации и пахту с одновременной очисткой их от механических примесей в линиях производства сливочного масла поточным способом. Используются на предприятиях молочной промышленности, вырабатывающих сливочное масло методом преобразования высокожирных сливок. Техническая характеристика сепараторов приведена в табл.1. Отличительной особенностью сепараторов является разделение продукта с повышенной температурой (до 95 °С) и высоким содержанием жира (30-10%).

Рисунок 1- Сепаратор Ж5-ОВРП-0,15 для высокожирных сливок: 1 - приемная воронка; 2 регулировочный вентиль; 3 - крышка; 4 - прижим; 5 - тормоз; 6 - вертикальный вал; 7 -станина; 8 - пробка для слива масла; 9 - ука-затель уровня; 10 — горизонтальный вал; II-тахометр; 12 — чаша станины; 13 упорный винт; 14 - планка прижимная; 15 - барабан; 16 — приемник пахты; 17 — приемник высокожирных сливок; 18 - уплотнительное кольцо; б - барабан сепаратора Ж5-ОС2Д-500: 1 -патрубок выхода высокожирных сливок; 2 -винт для регулировки отвода пахты; 3 - разделительная тарелка; 4 - тарелкодержатель; 5 - пакет тарелок; б - крышка барабана; 7 -шпонки; 8 —уплотнительное кольцо; 9 — шпонка; 10 - затяжное кольцо; 11 - основание; 12-штифт; 13 - нижняя тарелка; 14 - регулировочный винт; в - внешний вид сепаратора

Сепаратор Ж5-ОВРП-0,15 - тарельчатый разделитель полугерметичного типа с ручной выгрузкой осадка. Предназначен для применения в линиях поточного производства сливочного масла в условиях малых молокоперерабатывающих предприятий, фермерских хозяйств при наличии в них 40-50 коров.
Сепаратор Ж5-ОС2Д-500 - разделитель тарельчатый с ручной выгрузкой осадка полузакрытого типа. Модификация сепаратора Ж5-ОС2Д-500Н снабжена устройством нормализации.
Конструкция. Сепаратор состоит (рис. 6.70, а) из станины 7 с приводным механизмом; барабана 15; приемно-отводящего устройства и тахометра Внутри станины смонтирован приводной механизм, состоящий из электродвигателя с фрикционно-центробежной муфтой, горизонтального 10 и вертикального 6 валов. От фланцевого электродвигателя через центробежную (упругую) муфту вращательное движение передается горизонтальному валу и далее через пару винтовых зубчатых колес -вертикальному с установленным на нем барабаном. Фрикционно-центробежная муфта обеспечивает плавную и постепенную передачу вращения барабану при его разгоне.
Горизонтальный вал свободно вращается в шарикоподшипниковых опорах. Кроме ведущей шестерни быстроходной пары на горизонтальном валу установлена шестерня, связанная зубчатым зацеплением с механизмами тахометра и пульсатора.
Вертикальный вал вращается в верхнем радиально-сферическом и нижнем радиально-упорном шарикоподшипниках. Верхняя опора вертикального вала выполнена упругой, что позволяет барабану сепаратора при разгоне и остановке плавно переходить критическое число оборотов и сохранять устойчивый, спокойный ход при рабочей чистоте вращения. Упругость горловой опоры достигается тем. что обойма с подшипником и веретеном заключены между шестью радиально расположенными цилиндрическими пружинами, установленными в направляющих втулках, которые находятся в гнездах корпуса горловой опоры. Вертикальная нагрузка от массы барабана и веретена воспринимается радиально-упорным подшипником, опирающимся через упор на цилиндрическую пружину. Нижняя часть станины - масляная ванна, из которой разбрызгиванием осуществляется смазка всех трущихся частей. Приемно-отводящее устройство служит для исходных молочных сливок и их подачи в барабан и свободного отвода высокожирных сливок, а пахты - под давлением. Подвод сливок осуществляется через приемную камеру, питающую трубку, входящую в центральную полость тарелкодержателя. Для регулирования притока сепарируемых сливок в сепаратор и приемную воронку / имеется кран 2. Отводная коммуникация пахты снабжена дросселем, с помощью которого регулируется давление напора по манометру с целью получения высокожирных сливок различной жирности в зависимости от вида вырабатываемого масло. Приемник высокожирных сливок /7 и патрубок их отвода имеют большой уклон.
Барабан является основным рабочим органом сепаратора, в котором осуществляется разделение молочных сливок на высокожирные сливки и пахту. Барабан (рис. 6.70, б) состоит из основания 11 и крышки 6, соединенных затяжным кольцом 10 с трапециевидной резьбой. Герметичность соединения основания с крышкой достигается за счет резинового уплотнительного кольца 8, а фиксация их расположения - шпонкой 9. Внутри размещен тарелкодержатель 4 со шпонками 7. фиксированный на основании штифтом 12, пакет тарелок 5, нижняя 13, верхняя и разделительная 3 тарелки. Отверстия тарелок образуют в пакете тарелок вертикальные каналы, совпадающие с отверстиями конической части тарелкодержателя. На каждой тарелке выбит свой порядковый номер для удобства сборки пакета. В отличие от обычных сепараторов-сливкоотделителей в сепараторе Ж5-ОС2Д-500 увеличены расстояния между тарелками, а также между тарелками и тарелкодержателем. В верхней части барабана расположены винты для регулирования жирности получаемых высокожирных сливок.
Принцип действия. Молочные сливки после пастеризации самотеком подаются в приемную камеру, откуда они через центральную трубу и отверстия тарелкодержателя проходят по вертикальным каналам комплекта тарелок и равномерно распределяются в межтарелочных пространствах где и происходит процесс разделения исходных сливок на высокожирные сливки и пахту. Под действием центробежной силы пахта, как более тяже лая фракция, но нижним поверхностям конусных тарелок отбрасывается к периферии ба-рабана, а сливки оттесняются по верхним поверхностям тарелок к оси вращения барабана. Поток пахты под давлением проходит между наружной поверхностью разделительной тарелки и внутренней поверхностью крышки барабана и поступает в приемную камеру, где захватывается напорным диском и через отводящий патрубок выводятся в технологические коммуникации дая сбора в резервуаре. Высокожирные сливки проходят между ребрами тарелкодержателя и тарелками и выбрасываются через два отверстия вставки в приемник высокожирных сливок, откуда выводятся в ванны нормализации по жиру.
Схема классификации современных сепараторов приведена на рисунке 2. Принципы классификации следующие: - по общему технологическому назначению; - по способу выгрузки осадка; - по типу центробежной выгрузки осадка; - по конкретному технологическому назначению. По конструкции приемно-отводящего устройства различают сепараторы открытого, полузакрытого и герметичного типа. [2]

Рисунок 3.1 - Схема классификации современнРисунок 2 - Схема классификации современных молочных сепараторов.

Сепаратор Г9-КОВ (рисунок 4) полузакрытого типа с пульсирующим центробежным выходом осадка. В барабане сепаратора расположен тарелкодержатель с пакетом тарелок, в средней части основания имеется 12 диаметрально расположенных разгрузочных щелей, перекрываемых верхней кромкой поршня перед подачей продукта в барабан. Производительность сепаратора до 10 м3/ч, диаметр барабана 0,6 м, зазор между тарелками 0,5 мм, частота вращения ротора 5000 мин-1, мощность электродвигателя 13 кВт.
















Рисунок 3 - Сепаратор для молока
1—станина, 2 — электродвигатель, 3 - корпус, 4 — питательно-разгрузочная камера; 5 — крышка, 6 — второй диск, 7 — неподвижная крыльчатка; 5 — цилиндры, 9 — барабан, 10 — первый диск.

В саморазгружающихся тарельчатых сепараторах молоко входит в сепаратор через отверстие вблизи нижнего конца диска и под действием перепада давлений течет в каналы, образованные между тарелками, наклонно снизу вверх к внутреннему краю тарелки. Тарелки (40—150 шт.) с тонкими стенками (0,35—0,75 мм) выполнены в виде боковой поверхности конуса (угол наклона 35—45°) и отделены одна от другой ребрами высотой 0,4—2 мм. Под действием центробежной силы взвешенные частицы, имеющие большую плотность, чем сок, прижимаются к коническим тарелкам и непрерывно соскальзывают с нижней части тарелок в сборник осадка, а очищенный сок выходит из верхней части канала между тарелками. В саморазгружающихся тарельчатых сепараторах, работающих периодически, взвешенные частицы собираются в камеру для осадка с двойным конусом и через определенные промежутки времени без остановки сепаратора автоматически выбрасываются.

Рисунок 4 - Сепаратор Г9-КОВ:
1—станина; 2—горизонтальный вал; 3—плавающая опора; 4—гидроузел; 5—приемник шлама; 6—барабан; 7—приемно-выводное устройство; 8—крышка; 9—ванна; 10—вертикальный вал.

Фильтры. Основным рабочим органом любого фильтра является фильтрующая перегородка. Она может быть одинарной из различных тканей (бельтинг, лавсан и др.), керамические и металлические материалы — или состоять из двух слоев — один слой ткани и другой слой осадка из уплотненных взвешенных частиц. Уплотненный слой, или осадок, образующийся в большинстве случаев при фильтровании полидисперсных суспензий, частицы взвесей которых тиксотропны, является основным рабочим органом фильтра.
Существуют различные конструкции фильтров, работающих периодически и непрерывно. В пищевой промышленности используются в основном фильтры периодического действия. Наиболее распространен в пищевой промышленности фильтр-пресс, который используется для окончательной очистки при производстве осветленных соков.
Фильтр-пресс (рисунок 5) смонтирован на передвижной станине 1, на которой расположены задняя упорная плита 5, передняя нажимная плита 9 и 95 плит 6, 8, своими приливами установленные на два горизонтальных стальных стержня 7. Для облегчения конструкции плиты изготовляют из алюминия.

Рисунок 5 – Фильтр-пресс

Насос 2, нагнетающий суспензию в канал 4, приводится в движение электродвигателем 3. Нажимная плита 9 перемещается винтом 10 при помощи штурвала 11. Уплотнение плит 8 производится винтом 10 с помощью рычага 12 или механическим приводом. Собранные в пакет плиты с размещенными между ними фильтрующими пластинами (асбестовыми или асбестоцеллюлозно-диатомитовыми) плотно сжимаются. При этом фильтрующие пластины делят зазор между двумя плитами на две части, что достигается благодаря ребристой поверхности плит. Поэтому различают четные и нечетные отсеки. Если исходная суспензия поступает в четный отсек, осветленный сок будет выходить из нечетного отсека.
При работе фильтра фильтруемая суспензия нагнетается в каналы четных плит, затем через отверстия в них поступает в отсеки для исходной суспензии и под давлением проходит через фильтрующие пластины, при этом частицы взвесей задерживаются, а осветленный сок попадает в отсеки для конечного осветленного сока, затем по двум каналам нечетных пластин выходит из фильтра в сборник для осветленного молока.
Сепаратор Ж5-ОС2-НС (рис 6.) - сливкоотделитель с центробежной автоматической периодической выгрузкой осадка, предназначен для разделения цельного молока на сливки и обрат с одновременной очисткой их от загрязнений
Применяется в молочной промышленности.
техническая характеристика
Производительность по исходному продукту, дм3 /ч, не менее 10000
Частота вращения барабана, с"1 (об/мин) u 83(5000)
Потребляемая электроэнергия, В 380
Электродвигатель:
Тип……………………………………………………………4AM160S4
частота вращения (синхронная), с-1 (об/мин) 25(1500)
потребляемая мощность, кВт • ч 13,2
Габаритные размеры, мм:
длина 1200
ширина 850
высота 1780
Масса, кг 1390
Температура сепарирования, °С 35...40
Кислотность молока, °Т, не более 20
Регулирование отношения сливок к обрату 1:4—1 Л 2
Содержание жира в обрате, % г 0,03
Удельная масса изделия, кг/(дм3/ч) 0,139
Средняя наработка на отказ, ч 1000
Ресурс, установленный до первого
капитального ремонта, ч, не менее 15000
Удельная суммарная продолжительность
технического обслуживания……………………………… 0,034
Описание конструкции
Общий вид сепаратора Ж5-ОС2-НС представлен на рис.6.
Сепаратор (рис. 6) состоит из станины 1 с приводным механизмом, барабана 2, приемно-выводного устройства 3, тахометра 4, гидросистемы 5 (рис. 4), электропульта 6.
Составные узлы и детали сепаратора, кроме гидросистемы и электропульта, смонтированы на станине.
Приводной механизм с электродвигателем 7 необходим идя сообщения барабану необходимой частоты вращения. Состоит из фланцевого электродвигателя, центробежно-фрикционной муфты, горизонтального 8, (см. рис. 3) и вертикального 9 валов
Горизонтальный вал получает вращение от электродвигателя через упругую муфту. Вращение от горизонтального вала на вертикальный передается через фрикционно-центробежную муфту которая обеспечивает плавную и постепенную передачу вращения барабану при его разгоне
Вертикальный вал вращается в верхних радиальном и радиально-упорном подшипниках и нижнем радиально-сферическом подшипнике. Верхняя (горловая) опора 10 вертикального вала выполнена упругой, что позволяет барабану сепаратора при разгоне и остановке плавно переходить критическое число оборотов и сохранять устойчивый ход при рабочей частоте вращения.
Барабан, устанавливаемый на конусной части веретена вертикального вала, является основным рабочим узлом, в котором под действием центробежной силы происходит разделение цельного молока на слизки и обрат, а также очистка его от загрязнений.
Контроль частоты вращения барабана осуществляется циферблатным тахометром.
На крышке 11 крепится приемно-выводное устройство, служащее для приема цельного молока и вывода сливок и обрата.
Отдельно от сепаратора устанавливаются гидросистема н электропульт, предназначенные для управления как ручной, так и автоматической выгрузкой шлама из барабана.
Молоко подается через питающую трубу в барабан, проходит через отверстия тарелкодержателя в вертикальные каналы пакета тарелок, распределяется в межтарелочных зазорах, где происходит процесс разделения молока на сливки и обрат. Под действием центробежной силы обрат, как более тяжелая часть брасывается к периферии барабана, а сливки оттесняются к оси барабана.
Из барабана обрат и сливки захватываются дисками обрата и сливок и направляются по соответствующим каналам в приемники обрата и сливок, а затем по трубопроводам для дальнейшей технологической обработки.

Рисунок 6- Сепаратор Ж5-ОС2-НС
3. Технико-экономическое обоснование проекта

При эксплуатации, монтаже, сборке и других проводимых мероприятий по обслуживанию сепараторов рабочие сталкивались с несколькими трудностями. В процессе нашей модернизации удалось устранить некоторые недостатки конструкции, усложнявшие ранее разборку и сборку.
При съеме вертикального вала (рисунок7) возникали сложности при демонтаже. До разработки данного проекта модернизации вал изготавливался цилиндрической формы. После проведения модернизации вал стали изготавливать конической формы, что во много раз облегчило снятие вертикального вала.
Также модернизация привела к прочности посадки вала на колесо червячной передачи, Сила тяжести оказывает давление вала на колесо, чего ранее не наблюдалось. Коническую червячную передачу, т.е колесо и червяк приходилось крепить к валу сепаратора различного типа клиньями.
Кроме модернизации вертикального вала была проведена следующая операция:
Ранее на вертикальном валу сепаратора устанавливались два подшипника. Один из них в верхней части вертикального вала сепаратора, второй- в нижней части вертикального вала сепаратора. Под нижним подшипником вертикального вала сепаратора устанавливалась поддерживающая пружина. Данная деталь сепаратора (пружина) постоянно выходила из строя, тем самым останавливая процесс производства.
В модернизированном сепараторе устанавливается на вертикальном валу три подшипника. Нижний подшипник остается на прежнем месте, а вместо верхнего устанавливаем два новых подшипника. Таким образом необходимость в установке пружины под нижний подшипник вертикального вала сепаратора пропала.
Выше указанные изменения привели к облегчению эксплуатации и ремонта сепаратора.
В таблице 1 указана характеристика конструкторских изменений произошедших в процессе модернизации сепаратора
Таблица1- Характеристика конструкторских изменений

Изменение конструкции Преимущества  Влияние экономического эффекта
В базовом варианте В новом варианте  На его промежуточные показатели Непосредственно на его размер
Цилиндричес-кий вертикальный вал Конический вертикальный вал Простота конструкции Снижение трудоемкости ремонта Уменьшение по сравнению с базовым расходов на поведение текущих ремонтов
   Более прочная посадка червячного колеса на вал Облегчение сборки сепаратора при проведении ремонтов
На вертикальном валу два подшипника, под нижним подшипником пружина На вертикальном валу три подшипника, под нижним подшипником пружина отсутствует Продление срока эксплуатации между ремонтами Снижение трудоемкости ремонта Уменьшение по сравнению с базовым расходов на поведение текущих ремонтов