CC BY
86
166
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 10 (19), 2015 | ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
топочной камере, что в свою очередь не оказывает вредоносного воздействия на котел. Подача топлива в топку осуществляется по такой же технологии, что и загрузка каменного угля [3, с. 139].
Обработка результатов экспериментальных исследований предполагает два этапа- на первом производится первичный анализ полученных результатов измерений с целью проведения их оценок с позиций математической статистики, таких как среднее квадратическое отклонение показателей или их дисперсия в рамках проведения нескольких повторений одного эксперимента, что позволяет произвести оценку разброса показателей соответствующим образом определить возможные погрешности и минимизировать количество повторений эксперимента.
На втором этапе производится непосредственно обработка экспериментальных данных с целью вычисления экспериментальных значений для показателей, характеризующих исследуемые технологические процессы.
Как было рассмотрено выше, технологический процесс горения является достаточно сложным и многофакторным, поэтому его оптимизация может быть выполнена только после подробного анализа всех измеренных показателей. Ввиду сложности математических зависимостей и громоздкости обработки результатов измерений было принято решение производить обработку экспериментальных данных в программном комплексе MathCAD. Это также позволит по результатам исследований внести соответствующие коррективы в синтезированную ранее в той же программе расчетную модель для поиска оптимального состава брикета.
Обработка результатов измерений производится в табличной форме с использованием встроенных функций выбранного программного комплекса. Анализ результатов измерений выполняется на следующем этапе исследования,
после чего производится формулировка рекомендаций для оптимизации параметров и возможных повторных экспериментальных исследований после внесения соответствующих корректив в методику планирования, подготовки или проведения натурного эксперимента.
В ходе исследования были выявлены оптимальные условия и режимы для сжигания топливных брикетов, свидетельством которых являются полнота сгорания топлива и соответствующее повышение коэффициента полезного действия топки. Выявление температурного графика уходящих газов также являлось неотъемлемой часть исследования, соблюдение которого позволяет увеличить срок эксплуатации топки и сопутствующего оборудования.
Список литературы:
1. Царев А.С. Оптимизация топливных брикетов. // Молодые исследователи - регионам: материалы всероссийской научной конференции. Сборник статей магистрантов. - Вологда, 2011 - Выпуск 2. - с. 161162.
2. Царев А.С., Синицын А.А. Разработка оптимального способа изготовления топливного брикета из древесных отходов. // Материалы IV ежегодных смотров - сессий аспирантов и молодых ученых по отраслям наук: Технические науки. Экономические науки. -Вологда: ВоГТУ, 2010 - с.158-163.
3. Петренчик В.А, Царев А.С, Узков В.В. Проблемы использования топливных брикетов в коммунальной теплоэнергетике малых населенных пунктов. // Известия высших учебных заведений - «Лесной журнал». №3. - Архангельск, 2014. - с. 139-144.
ПУТИ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ СЕПАРИРОВАНИЯ
МОЛОЧНОГО СЫРЬЯ
Чеботарев Евгений Алексеевич
Д-р техн. наук, профессор Северо-Кавказского федерального университета,
г. Ставрополь
Малсугенов Александр Владимирович
Канд. техн. наук, доцент Технологического института сервиса (филиал) Донского государственного технического университета, г. Ставрополь,
Борисов Александр Тимофеевич
Канд. техн наук, вед. научн. сотр. Всероссийского научно-исследовательского института молочной промышленности, г.
Москва
АННОТАЦИЯ
На основе проведенных исследований разработана классификация процессов сепарирования молочного сырья, дана характеристика каждого из них и предложены пути их совершенствования.
ABSTRACT
There was developed a classification of raw milk separation processes and did characteristics each of them and the ways of their improvement on the basis of this research.
Ключевые слова: процессы сепарирования, классификация, характеристика, повышение эффективности, совершенствование.
Keywords: the separation processes, classification, characteristics, the increase of the efficiency, perfection.
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 10 (19), 2015 | ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
167
Анализируя используемые в настоящее время процессы центробежного разделения молочного сырья, можно подразделить эти процессы на:
• традиционные (обезжиривание молока, центробежная очистка теплого молока, бактофугирование молока, получение высокожирных сливок, обезжиривание и отделение казеиновых частиц из молочной сыворотки);
• традиционные редкие (центробежная очистка холодного молока, нормализация и кларификсация молока, отделение творожного сгустка, отделение сывороточных белков из обезжиренной сыворотки);
• новые (обезжиривание пахты, центробежная очистка восстановленного молока);
• оригинальные (сепарирование сгущенного молока, обезжиривание и (или) отделение сывороточных белков из концентрированной молочной сыворотки, обезвоживание водно-жировой эмульсии, регенерация рассола).
Каждый из этих процессов можно охарактеризовать следующим образом.
Обезжиривание молока - выделение легкой дисперсной фазы (молочного жира) в виде концентрата с целью максимально возможного извлечения её из цельного молока. Традиционно под сепарированием молока понимают процесс его обезжиривания. Используют сепараторы-сливкоотде-
лители. Продукты сепарирования: сливки и обезжиренное молоко.
Для повышения эффективности обезжиривания молока необходимо строго учитывать температуру сепарирования, правильно устанавливать производительность сепаратора и жирность получаемых сливок, цикл сепарирования сепаратора с ручной периодической выгрузкой осадка и время между разгрузками сепаратора с центробежной непрерывной выгрузкой осадка.
Корректировку производительности сепаратора-сливкоотделителя в зависимости от температуры сепарирования можно произвести на основе графика, приведенного на рисунке 1, который построен на основе изменения разделяе-мости системы «жир - плазма» в молоке и где производительность сепаратора при температуре равной 40 оС принята за единицу.
Следует учитывать, что на эффективность обезжиривания непосредственное влияние оказывает предварительное (предсепарационное) воздействие на молоко: качество транспортировки; режимы предварительного хранения, включая интенсивность перемешивания; перекачивание молока по трубам и т.п. В целом это влияние можно сформулировать как, чем меньше механическое воздействие и продолжительность выдержки перед сепарированием, тем более полно оно будет обезжириваться.
оч
Я
Я
и
X
со
Я
сЗ
СЯ
О
ё
&
я
о CJ
н я
о Я Я'
я
о
£> ВД О
со
я
О ан
я
1,8
1,6
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
Т етт гте
с зпарир овани е
Холо, зпарир цное овани Г оря зпарир нее овани
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70
Температура сепарирования, °С
Рисунок 1. Изменение производительности сепаратора-сливкоотделителя в зависимости от температуры сепарирования
Тепловая обработка отрицательно сказывается на качестве обезжиривания, как охлаждение, так и нагревание. Это объясняется изменением физико-химических свойств молока. Особенно заметно снижение качества сепарирования при разделении молока, подвергнутого высокотемпературной пастеризации или кипячению.
Центробежную очистку принимаемого молока следует рассматривать в первую очередь как способ сохранения качества этого продукта в период его переработки, причем в свое время практикой была доказана не только возможность, но и эффективность холодной очистки молока.
Однако использование сепараторов-молокоочистителей, не предназначенных для этой цели, как правило, приводит к неудаче. Поэтому для холодной очистки молока должны использоваться специальные сепараторы, отличающиеся гидродинамическими параметрами течения продукта.
Бактофугирование (бактериофугирование) можно рассматривать как частный случай центробежной очистки. Оно применяется в качестве дополнительной операции при тепловой обработке молока (пастеризации). Это особенно эффективно при удалении спорообразующих бактерий, которые оказываются наиболее стойкими при пастеризации.
168
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 10 (19), 2015 | ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Для нормализации молока в потоке используются, как правило, сепараторы-сливкоотделители полугерметичного типа. Нормализация осуществляется путем смешения потоков обезжиренного молока и сливок в определённом соотношении после выхода продуктов сепарирования из сепаратора. Однако такая схема не соответствует современному уровню и необходимо переходить на системы автоматического управления нормализацией молока в потоке.
Кларификсация или гомогенизация молока в барабане сепаратора является альтернативой дробления жировых шариков в плунжерном гомогенизаторе. Заслуживает внимания сама идея кларификсации: после разделения молока в барабане, снабженном разделительными тарелками, сливки попадают в специальную гомогенизирующую камеру, где идет дробление жировых шариков, потом смешиваются с потоком исходного молока и вновь попадают на разделение.
После этого мелкие жировые шарики уже не отделяются в центробежном поле и выходят из барабана сепаратора с обезжиренным молоком, а крупные со сливками вновь попадают в гомогенизирующую камеру.
В отечественной практике сепарирования выпускался лишь один сепаратор-гомогенизатор, который так и не получил широкого распространения. Однако, несмотря на несколько меньший эффект гомогенизации, следует обратить внимание на меньшую энергоемкость процесса, по сравнению с обработкой в плунжерном гомогенизаторе.
Нельзя не учитывать и тот факт, что попутно молоко подвергается и центробежной очистке, что также снижает затраты на его обработку. Все это должно в конечном итоге вызвать новый интерес к процессу кларификсации.
Процесс получения высокожирных сливок может рассматриваться как центробежное прессование, т.е. «выдавливание» влаги (плазмы) из жировой фракции или как уплотнение жировой фазы в результате деформации жировых шариков.
Совершенствование процесса сепарирования сливок следует вести с учетом влияния на него жирности исходных сливок, степени дестабилизации жира в них, кислотности плазмы, а также температуры сепарирования и продолжительности работы сепаратора.
Для отделения творожного сгустка от сыворотки используют специальные «творожные» сепараторы с центробежной непрерывной выгрузкой осадка через периферийные сопла, причем эффективность работы таких сепараторов зависит как от правильного выбора количества и диаметра сопел, от производительности сепаратора, так и температуры пастеризации и сквашивания молока.
Обезжиривать молочную сыворотку целесообразно при её жирности не менее 0,2 %. Для выделения из молочной сыворотки жира и казеиновой пыли используются специальные сепараторы комбинированного типа. Использование для этой цели сепараторов-сливкоотделителей с ручной периодической выгрузкой осадка нецелесообразно.
Для осветления сыворотки некоторое время применяли специальный сепаратор марки ОТС с двухэтапной периодической центробежной выгрузкой осадка. Не исключается возможность использования для этой цели саморазгружающихся сепараторов-молокоочистителей.
Предложен способ выделения белков из молочной сыворотки [2, с. 1-4], включающий коагуляцию их одним из известных способов и разделение образовавшейся суспензии в сепараторе с центробежной выгрузкой осадка, отличаю-
щийся тем, что разделение суспензии «хлопья белка - сыворотка» осуществляют в две стадии: сначала гидроциклони-рованием, затем сепарированием.
Пахту сепарируют непосредственно, в смеси с молоком или обезжиренным молоком. Эффективность непосредственного сепарирования пахты зависит от её жирности, температуры процесса и производительности сепаратора. Чем выше исходная жирность пахты, тем, естественно, процесс более эффективен, поскольку возрастает количество получаемых сливок. Причем, жирность сливок в этом случае должна быть сравнительно небольшой, т.е. не выше 20 %.
Предложен способ обезжиривания пахты полученной от производства масла методом непрерывного сбивания [3, с. 166], нагрев пахты осуществляют сначала до температуры 20±5 оС, а затем до температуры 40±5 оС, а между нагреваниями пахту подвергают вакуумированию с интенсивным перемешиванием или в тонком слое, в результате чего из пахты удаляется воздух, которым она насыщалась в процессе непрерывного сбивания сливок.
Несмотря на вариантность технологических схем производства восстановленного молока, в них всегда присутствует операция центробежной очистки продукта, необходимая перед окончательный контролем его качества. Это обусловлено тем, что растворимость сухого молока не может быть полной, причем количество нерастворенного осадка может быть достаточно большим и превышающим объем сепараторной слизи, образующейся при сепарировании молока.
К тому же свойства осадка, образующегося при центробежной очистке восстановленного молока очень специфичны: плохая текучесть и сравнительно высокие адгезионные свойства, что затрудняет его центробежную выгрузку.
Учесть два отмеченных факта можно, во-первых, используя для очистки восстановленного молока только сепараторы-молокоочистители с центробежной периодической выгрузкой осадка, во-вторых, точно устанавливая время между разгрузками, и в-третьих, несколько завышая время самой центробежной разгрузки.
В качестве альтернативы можно периодически в ходе смены прекращать подачу молока и производить промывку барабана водой с полной разгрузкой барабана.
Принципиальная возможность сепарирования сгущенного молока была доказана отечественными учеными ещё в 60-х годах прошлого века [1, с. 383]. Причем решался вопрос не просто об обезжиривании сгущенного молока, а об увеличении ассортимента сгущенных молочных продуктов путем перераспределения в продуктах сепарирования, в первую очередь, молочного жира, а также сухих веществ в целом. В дальнейшем данное направление не получило развития, но тем не менее представляет интерес хотя бы потому, что может быть менее энергоемким по сравнению с сепарированием натурального молока.
Перспективность использования процесса сгущения для коагуляции белков в молочной сыворотке обусловлена также тем, что наряду с созданием условий для коагуляции повышается концентрация другой дисперсной фазы - молочного жира. Это в свою очередь создаёт новое направление выделения дисперсных фаз из молочной сыворотки - сепарирование сывороточных концентратов.
При реализации процесса сепарирования концентрированной выпариванием сыворотки следует исходить из того, что количество скоагулировавшегося белка возрастает про-
Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 10 (19), 2015 | ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
169
порционально степени сгущения, но при этом снижается разделяемость системы. Наибольший эффект коагуляции и выделения сывороточных белков наблюдается при сгущении в 4...5 раз. А при отсутствии необходимости осветлять сыворотку можно сепарировать её после сгущения приблизительно в 2 раза, что также менее затратно, чем при сепарировании неконцентрированной сыворотки.
Обезвоживание водно-жировой эмульсии используется в технологии производства топленого масла, когда добавлением воды обеспечивается его промывка. При этом из плазмы в результате коагуляции белков формируется тяжелая дисперсная фаза, образующая осадок в шламовом пространстве барабана, а процесс разделения аналогичен сепарированию сливок и может реализовываться в сепараторе для высокожирных сливок.
Параметры процесса следует подбирать в зависимости от качества сырья, а также, от количества добавляемой промывной воды.
При тепловой пластификации чеддеризованной сырной массы в циркулирующем рассоле (широко используется при выработке сыров типа «сулугуни») вместе с сывороткой из сырной массы в рассол переходит и часть молочного жира, а также частицы белка (сырной массы).
Причем содержание жира в рассоле может достигать значения 5 % [3, с. 171], что предполагает необходимость его регенерации путем извлечения этого жира и белковых частиц сепарированием. Но при этом следует учитывать два фактора, влияющих на эффективность центробежного разделения: негативный - возможность дестабилизации жира в рассоле (отсутствие белковых веществ, формирующих там оболочку жировых шариков) и позитивный - более высокую разность плотностей жира и плазмы за счет наличия соли в растворе. Хотя влияние этих факторов, впрочем, как
и процесса обезжиривания рассола требует серьезных исследований.
Изложенные рекомендации являются основой для реализации и совершенствования процессов центробежного разделения молочного сырья.
Всероссийским научно-исследовательским институтом молочной промышленности разработана технология извлечения р-лактоглобулина из очищенной от жира и казеиновой пыли молочной сыворотки с целью обеспечения её гипоаллергенности. В основу технологии положено осаждение белков хитозаном с последующим разделением полученной суспензии в сепараторе-осветлителе. Сепаратор-осветлитель используется и для регенерации хитозана из белкового осадка после его разведения водой.
Эти процессы центробежного разделения можно отнести как к новым, так и к оригинальным.
Список литературы:
1. Липатов, Н.Н. Сепарирование в молочной промышленности [Текст]/ Н.Н.Липатов. - М.: Пищевая промышленность, 1971. - 400 с.
2. Способ выделения белков из молочной сыворотки [Текст]: пат. 2348167 Рос. Федерация: МПК А 23 J 1/20, А 23 С 21/00 / Чеботарев Е.А., Василисин С.В.; заявитель и патентообладатель Северо-Кавказский государственный технический университет. - № 2007140103/13; заявл. 29.10.2007; опубл. 10.03.2009, Бюл. № 7. - 4 с.: ил.
3. Чеботарев, Е.А. Сепарирование молока и молочного сырья: История, теория, практика [Текст]/ Е.А.Чебо-тарев. - Ставрополь: Изд-во СКФУ, 2012. - 299 с.
ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД С ПРИМЕНЕНИЕМ ИННОВАЦИОННЫХ МЕТОДОВ
Шамсутдинова Зухра Разифовна
студентка Инженерного института Казанского (Приволжского) федерального университета, г. Казань
Хафизов Ильдар Ильсурович
доцент, к. т. н., заместитель директора по образовательной деятельности, Инженерный институт К(П)ФУ, г. Казань
Каратаев Оскар Робиндарович
к. т. н., доцент кафедры машиноведения Казанского национального исследовательского технологического университета,
г. Казань
АННОТАЦИЯ:
В работе обсуждаются новые и инновационные методы очистки сточных производственных вод. Предлагаются технология регенерационной очистки сточных вод, загрязненных нефтепродуктами, сочетанием экстракционных и адсорбционных процессов и электрокоагуляция с применением наночастиц.
ABSTRACT
In work the new and innovative methods of industrial wastewater treatment are discussed. The technology regeneration wastewater contaminated with oil products, a combination of extraction and adsorption processes and electrocoagulation using nanoparticles are proposed.
Ключевые слова: сточные воды, очистка, наноочистка, инновация
Keywords: waste water, cleaning, nano cleaning, innovation.
