Гомогенизатор для чего он нужен. Принцип работы гомогенизатора высокого давления. I. Определение скорости отстаивания сливок

Гомогенизатор

Предназначены для дробления и равномерного распределения жировых шариков в молоке и жидких молочных продуктах. Гомогенизаторы представляют собой многоплунжерные насосы высокого давления с гомогенизирующей головкой. Гомогенизаторы состоят из следующих основных узлов: кривошипно-шатунного механизма с системой смазки и охлаждения, плунжерного блока с гомогенизирующей (одной или двумя ступенями) и манометрическими головками и предохранительным клапаном, станины с приводом. Привод осуществляется от электродвигателя с помощью клиноременной передачи. Гомогенизация осуществляется путем прохода продукта под высоким давлением, с большой скоростью через гомогенизирующую головку, представляющую собой две (одну) ступени щели между притертыми клапаном и седлом, соединенные между собой каналом. Давление в гомогенизаторе регулируется вращением винтов (от 0 до 200 атм.), изменяющих размер щели между клапаном и седлом.

В гомогенизаторах применяется принудительная система смазки наиболее нагруженных, трущихся пар в сочетании с разбрызгиванием масла внутри корпуса. Все детали, соприкасающиеся с продуктом выполнены из пищевой нержавеющей стали.

Рисунок 8 - Гомогенизатор А1 -ОГМ

Гомогенизатор для двухступенчатой гомогенизации: 1 - змеевиковый охладитель; 2 - трубопровод для подачи мела; 3 - кривошипно-шатунный механизм; 4 - гомогенизирующий клапан; 5 - блок цилиндров; 6 - муфта; 7 - станина; 8 - устройство для выдвижения электродвигателя

Упаковка молока

Рисунок 9 – Схема упаковки молока в полиэтиленовые пакеты

Автомат для упаковки молока в пакеты (мешочки): 1-рулон; 2-механизм для нанесения даты; 3-бактерицидная лампа; -формующая труба; 5-дозатор; 6 - механизм продольной сварки; 7-механизм поперечной сварки и резки пакетов; 8 -заваренный и отрезанный пакет; 9-транспортер пактов; 10- бункер; 11-фотоэлемент счетного устройства. Упаковочная бумажная лента сначала подается с рулона 1 в емкость химической обработки, которая наполнена перекисью водорода, а затем огибает направляющий ролик и проходит в зоне бактерицидной лампы 3. В формующем колесе лента свертывается в трубу 4. Бумажная труба проходит через электронагреватель, в котором быстро нагревается до 300-400°С, в результате чего мгновенно разлагается перекись водорода, и тем самым достигается надежная стерилизация пакетов. После стерилизации пакетов в бумажную трубу непрерывным потоком поступает стерилизованное и охлажденное молоко. При этом ценообразование полностью исключается. В нижней части транспортера находится механизм 7 для поштучной резки пакетов, наполненных молоком. Отрезанные пакеты подают в ковши подъемного механизма укладчика, который укреплен в основании автомата. Пакеты автоматически укладываются в специальные корзины шестигранной формы.

2. Обзор литературных источников

В настоящее время существует большое разнообразие машин для гомогенизации молочных продуктов российского и иностранного производства. К ним относятся гомогенизаторы, с одно- и двухступенчатой гомогенизирующей головкой, а также клапанные и плунжерные, с высоким и низким давлением гомогенизации. Рассмотрим некоторые варианты оборудования для гомогенизации.

Гомогенизаторы предназначены для дробления и равномерного распределения жировых шариков в молоке и жидких молочных продуктах. Гомогенизаторы представляют собой многоплунжерные насосы высокого давления с гомогенизирующей головкой. Привод их осуществляется от электродвигателей с помощью клиноременной передачи.

Гомогенизация осуществляется путем прохода продукта под высоким давлением с большой скоростью через гомогенизирующую головку, представляющую собой две ступени – щели между притертыми клапаном и седлом, соединенные между собой каналом. Давление в гомогенизаторе регулируется вращением винтов, изменяющих размер щели между клапаном и седлом. При этом на первой ступени устанавливают ѕ необходимого для конкретного продукта давления гомогенизации, на второй – рабочее давление.

Гомогенизаторы состоят из следующих основных узлов: кривошипно-шатунного механизма с системой смазки и охлаждения, плунжерного блока с гомогенизирующей и манометрической головками и предохранительным клапаном, станины с приводом. Привод гомогенизатора осуществляется от электродвигателя с помощью клиноременной передачи. Кривошипно-шатунный механизм гомогенизатора предназначен для преобразования вращательного движения, передаваемого клиноременной передачей от электродвигателя, в возвратно-поступательное движение плунжеров, которые посредством манжетных уплотнений входят в рабочие камеры плунжерного блока и, совершая всасывающие и нагнетательные ходы, создают в нем необходимое давление гомогенизирующей жидкости.

Кривошипно-шатунный механизм состоит из корпуса; коленчатого вала, установленного на двух конических роликоподшипниках; крышек подшипников; шатунов с крышками и вкладышами; ползунов, шарнирно-соединенных с шатунами при помощи пальцев; стаканов; уплотнений; крышки корпуса и ведомого шкива, консольно закрепленного на конце коленчатого вала. Внутренняя полость корпуса кривошипно-шатунного механизма является масляной ванной. В задней стенке корпуса смонтированы маспоуказатель и сливная пробка.

2.1 Гомогенизатор ОГБ-М

Рисунок 10 – Гомогенизатор ОГБ – М

а – общий вид: 1 – станина; 2 – электродвигатель; 3 – клиновые ремни; 4 – натяжной винт; 5 – шкив; 6 – коленчатый вал; 7 – гомогенизирующая головка; 12 – смывное приспособление; б – разрез блока цилиндров и гомогенизирующей головки: 1 – всасывающий канал; 2 – всасывающий клапан; 4 – нагнетательный канал; 5 – манометр; 6 – винт; 7 – пружина; 8 – стержень; 9 – клапан; 10 – седло.

2.2 Гомогенизатор А1-ОГМ-2,5

Рисунок 11 - Гомогенизатор А1-ОГМ-2,5

1 - станина; 2 - предохранительный клапан; 3 - манометрическая головка; 4 - плунжерный блок; 5 - манометр системы смазки; В - амперметр; 7 - гомогенизирующая головка.

Технические характеристики гомогенизатора А1-ОГМ-2,5

Производительность, л/ч 1250

Максимальное давление гомогенизации, МПа 18

Количество ступеней гомогенизации, шт 2

Количество плунжеров, шт 3

Установленная мощность двигателя, кВт 12

Габаритные размеры, мм 970×860×1400

Гомогенизаторы марки А1-ОГМ-2,5 имеют принудительную систему смазки наиболее нагруженных трущихся пар, которая применяется в сочетании с разбрызгиванием масла внутри корпуса, что увеличивает теплоотдачу. Охлаждение масла у этих гомогенизаторов производится водопроводной водой посредством змеевика, охлаждающего устройства, уложенного на дне корпуса, а плунжеры охлаждаются водопроводной водой, попадающей на них через отверстия в трубе. В системе охлаждения установлено реле протока, предназначенное для контроля за протеканием воды. В состав принудительной системы смазки входят сетчатый фильтр, маслонасос с индивидуальным приводом, распределительная коробка, предохранительный клапан и манометр для контроля давления в масляной системе. К корпусу кривошипно-шатунного механизма при помощи двух шпилек крепится плунжерный блок, который предназначен для всасывания продукта из подающей магистрали и нагнетания его под высоким давлением в гомогенизирующую головку. Плунжерный блок включает в себя блок, плунжеры, манжетные уплотнения, нижние, верхние и передние крышки, гайки, всасывающие и нагнетательные клапаны, седла клапанов, прокладки, втулки, пружины, фланец, штуцер и фильтр, который устанавливается во всасывающем канапе блока, К торцовой плоскости плунжерного блока крепится гомогенизирующая головка, предназначенная для выполнения двухступенчатой гомогенизации продукта за счет прохода его под высоким давлением через щель между клапаном и седлом клапана в каждой ступени. Гомогенизирующая головка представляет собой две одноступенчатые головки аналогичной конструкции, соединенные вместе и связанные каналом, позволяющим продукту переходить последовательно от первой ступени ко второй. Каждая из ступеней двухступенчатой гомогенизирующей головки состоит из корпуса, клапана, седла клапана и нажимного устройства, включающего стакан, шток, пружину и нажимной винт с рукояткой.

Регулировка давления гомогенизации производится вращением винтов. При установлении режима гомогенизации продукта на первой ступени устанавливают 3/4 необходимого давления гомогенизации, а затем на второй ступени вращением нажимного винта повышают давление до рабочего. На верхней плоскости плунжерного блока крепится манометрическая головка, которая предназначена для осуществления контроля давления гомогенизации, т.е. давления на нагнетательном коллекторе плунжерного блока. Манометрическая головка имеет дросселирующее устройство, дающее возможность эффективно уменьшить амплитуду колебания стрелки манометра. Манометрическая головка состоит из корпуса, иглы, уплотнения, гайки, поджимающей уплотнение, шайбы и манометра с мембранным разделителем. К торцовой плоскости плунжерного блока со стороны, противоположной креплению гомогенизирующей головки, крепится предохранительный клапан, который предотвращает повышение давления гомогенизации выше номинального. Предохранительный клапан состоит из винта, контргайки, пяты, пружины, клапана и седла клапана. На максимальное давление гомогенизации предохранительный клапан настраивается вращением нажимного винта, который передает усилие нажатия на клапан посредством пружины. Станина представляет собой сварную конструкцию из швеллеров, обшитых листовой сталью. На верхней плоскости станины устанавливается кривошипно-шатунный механизм. Внутри станины на двух кронштейнах шарнирно крепится плита, на которой устанавливается электродвигатель. С другой стороны плита поддерживается винтами, регулирующими натяжение клиновых ремней. Станина гомогенизаторов марки А1-ОГМ-2,5 устанавливается на четырех регулируемых по.высоте опорах. Боковые окна станины закрываются съемными крышками. Верхняя часть станины закрыта кожухом, предназначенным для ограждения механизмов от повреждений и придания гомогенизатору необходимой эстетической формы. Молоко или молочный продукт подается при помощи насоса во всасывающий канал плунжерного блока. Из рабочей полости блока продукт под давлением подается через нагнетательный канал в гомогенизирующую головку и с большой скоростью проходит через кольцевой зазор, образующийся между притертыми поверхностями гомогенизирующего клапана и его седла. При этом происходит диспергирование жировой фазы продукта.

В дальнейшем продукт из гомогенизирующей головки направляется по трубопроводу на дальнейшую обработку или хранение.

2.3 Гомогенизатор ГМ-0,5/20

Рисунок 12 - Гомогенизатор ГМ-0,5/20

Техническая характеристика

Производительность, л/час 500

Мощность, кВт 4

Число ступеней гомогенизации, шт 2

Давление гомогенизации, МПа 20

2.4 Вакуумный миксер-гомогенизатор

Рисунок13 - Вакуумный миксер-гомогенизатор

Установка представляет собой вакуумный реактор, с перемешивающим устройством, к которому на рециркуляцию подсоединен гомогенизатор. После загрузки основных компонентов в емкость реактора, из системы откачивается воздух, и установку включают в режим рециркуляции, в процессе которой происходит измельчение и смешивание загруженных компонентов. Встроенная в систему воронка позволяет дозагружать необходимые компоненты в процессе гомогенизации.

Основным преимуществом данной конструкции является то, что она позволяет смешивать между собой такие компоненты, которые при смешивании на открытом воздухе затвердевают еще в процессе смешивания.

2.5 Гомогенизатор СВА - 3

Рисунок 14-Гомогенизатор СВА - 3

Гомогенизатор модели СВА - 3 используется для получения мелкодисперсной, равноперемешанной, устойчивой структуры вязких продуктов, получаемых из нескольких ингредиентов. Продукт, попадая в гомогенизатор, проходит путь через узкие, постоянно меняющиеся зазоры между ротором и статором. В результате осуществляется измельчение продукта до мелкодисперсного состояния и одновременная его перекачка. Гомогенизатор применяется в пищевой, косметической, химической, фармацевтической промышленностях.

Технические характеристики гомогенизатора СВА - 3

2.6 Гомогенизаторы производства компании Bertoli Srl H5150

Рисунок 15 - Гомогенизаторы производства компании Bertoli Srl

Технические характеристики H5150.

Производительность л/час 22000

Количество плунжеров, шт. 5

Потребление энергии, кВт 160

Габаритные размеры, мм 1440х1680х2660

Технические достоинства

1. Высокая эффективность гомогенизации молока. При давлении 200 бар и температуре 65...70С эффективность гомогенизации составляет 90...95%, что на 10...15% лучше отечественных аналогов. Средний размер жировых шариков после гомогенизации - 0.85мкм.

2. Отсутствие вибраций и шумов. Опоры гомогенизатора крепятся к станине через вибропоглащающие соединения, что на практике исключает вибрации при работе. Тестовый уровень вибраций в пределах 0.45...3.0 мм/сек (для различных точек измерения), соответствует требованиям ЕС.

3. Износоустойчивость клапанной группы. Гомогенизирующая головка изготовлена из никель-хром-молибденового сплава специально для применений при высоких давлениях. Самоцентрирующиеся нержавеющие поршни. Клапаны и седла выполнены из высококачественного износоустойчивого нержавеющего сплава.

4. Фиксированная и регулируемая производительность. Гомогенизатор может быть укомплектован шкафом управления для фиксированной производительности или шкафом управления для регулируемой производительности.

3. Конструкторская разработка

В настоящее время существует большое разнообразие машин для гомогенизации молочных продуктов российского и иностранного производства. К ним относятся гомогенизаторы, с одно- и двухступенчатой гомогенизирующей головкой, а также клапанные и плунжерные, с высоким и низким давлением гомогенизации.

Гомогенизация осуществляется путем прохода продукта под высоким давлением с большой скоростью через гомогенизирующую головку, представляющую собой две ступени – щели между притертыми клапаном и седлом, соединенные между собой каналом. Давление в гомогенизаторе регулируется вращением винтов, изменяющих размер щели между клапаном и седлом. При этом на первой ступени устанавливают ѕ необходимого для конкретного продукта давления гомогенизации, на второй – рабочее давление. В данном курсовом проекте рассмотрена модернизация гомогенизирующей головки, для повышения производительности которой применяется вихревой эффект. Рассмотрим конструкцию модернизируемой гомогенизирующей головки подробнее.

3.1 Гомогенизирующая головка

содержащая седло и клапан с расположенным между ними щелью, образованной концентрическими кольцевыми проточками седла и клапана, с разгрузочной камерой, расположенной в щели, проточками для подвода продукта к щели, расположенной в верхней части головки, демпфирующей полостью, встроенной в седло или клапан, отличающаяся тем, что седло и клапан выполнены с возможностью вращения в противоположные стороны под действием движущегося потока молока и установлены в подшипниках, расположенных в неподвижном корпусе, содержащем штуцер для вывода гомогенизированного продукта, при этом проточки для подвода продукта к лабиринтной щели выполнены в виде конфузора, получаемого путем растачивания седла клапана с образованием конических поверхностей, причем вершины их конусов направлены в противоположные стороны, а по всей длине конических поверхностей седла и клапана под углом к образующим выполнены круглые канавки, направленные в разные стороны у седла и клапана.

Гомогенизирующая головка работает следующим образом:

Поток продукта, например молока, под давлением подается в проточки и, двигаясь к лабиринтной щели 3, заставляет вращаться в разные стороны седло и клапан за счет расположенных на их конических поверхностях круглых канавок. Этот способствует избежанию облитерации щели, дает возможность легко регулировать размер щели в процессе гомогенизации. При протекании на большой скорости по щели поток продукта гомогенизируется, т.е. происходит измельчение грубых взвесей и крупных частиц продукта, например жировых шариков. Эффективности гомогенизации продукта способствует не только наличие щели огибаемых препятствий и поворотов, но и вращение седла и клапана в противоположные стороны. Гомогенизированный продукт выводится через патрубок.

Предложенная гомогенизируемая головка позволяет повысить качество гомогенизации за счет дополнительной турбулизации потока, обусловленной вращением седла и клапана в противоположные стороны. В результате этого значительно снижается облитерация щели, что положительно влияет на качество гомогенизации и, как следствие этого, увеличивается производительность процесса гомогенизации.

3.2 Инженерные расчеты

Производительность гомогенизатора равна подаче его насоса. Для плунжерных насосов подача зависит от диаметра плунжеров и величины хода, количества плунжеров и числа оборотов коленчатого вала. При заданных параметрах машины производительность V сек ее можно рассчитать по формуле

V сек = м 3 / сек, (2.6)

где d ‑ диаметр плунжера, м;

S – ход плунжера, м;

п – угловая скорость вращения коленчатого вала, об/сек;

φ – объемный к. п. д. насоса (для молока = 0,85; для вязкого продукта значительно меньше);

z – количество плунжеров.

Мощность N, необходимую для работы гомогенизатора, определяют по формуле для расчета мощности насосов

где р 0 – давление, развиваемое плунжерами гомогенизатора (давление перед клапаном), Н/м 2 ;

η – механический к. п. д. гомогенизатора (= 0,75).

В результате затрат большого количества механической энергии, которая превращается в теплоту, при клапанной гомогенизации заметно нагревается продукт.

Повышение температуры продукта в гомогенизаторе можно рассчитать по формуле:

∆t = град, (2.8)

где N ‑ потребная мощность, Вт;

V сек – объемная производительность гомогенизатора, м 3 /ceк;

ρ – плотность продукта, кг/м 3 ;

С–массовая теплоемкость продукта, Дж/(кг∙ град).

Расчет и выбор конструктивных параметров гомогенизирующей головки.

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 V 1 имеет наибольшее значение в начале щели на радиусе r. По мере расширения потока к выходу скорость уменьшается до величины V 2 . Наибольшая теоретическая скорость V 1 зависит от давления гомогенизации и может быть вычислена по формуле Торричелли:

где – давление гомогенизации, Па;

Все цены указаны с учетом шкафа управления гомогенизатором.

Условия оплаты:

50% аванс после подписания договора поставки,

50% доплата по факту готовности оборудования к отгрузке.

Срок изготовления - 45 рабочих дней.

Гарантия - 12 месяцев.

Гомогенизатор для молока - это установка, которая позволяет дробить жировые шарики молока, молочной продукции и смесей, предназначенных для производства мороженного. Их используют в разнообразных молочных производственных линиях. Также гомогенизировать молочные смеси можно с помощью других установок (эмульгаторов, эмульсоров, вибраторов и т.п.), но они не так эффективны.

В наше время чаще всего производители молочной продукции применяют гомогенизатор для молока клапанного типа , который является многоплунжерным насосом высокого давления, оснащенным гомогенизирующими головками. В состав гомогенизаторов входят: кривошипно-шатунные устройства с системами смазывания и охлаждения; плунжерные устройства, имеющие гомогенизирующую головку и несколько манометрических; предохранительные клапаны; станина. Работает установка от электрического двигателя при помощи клиноременных передач.

Работа кривошипно-шатунного механизма позволяет преобразовывать вращательные движения от клиноременной передачи и электрического двигателя, в возвратно-поступательные движения плунжера. Плунжеры, благодаря манжетным уплотнителям, входят в рабочую камеру и совершают всасывающее и нагнетающее влияние, создавая, тем самым, определенное давление, позволяющее гомогенизировать молочную смесь. В состав кривошипно-шатунного механизма гомогенизатора для молока входит коленчатый вал (имеющий два конусных роликоподшипника), крышка подшипников, шатун (оснащенный крышкой вкладышами), ползун (который соединяется шарнирами с шатуном), стаканы, уплотнители, крышка корпуса и ведомый шкив (закрепленный на конце коленовала). Внутренней полостью кривошипно-шатунных механизмов являются масляные ванны, оснащенные маслоуказателем и сливными пробками. В молочных гомогенизаторах смазывание трущихся частей кривошипно-шатунных механизмов происходит благодаря разбрызгиванию масла в процессе вращения коленовала. Масло, находящееся во внутренней полости, охлаждается с помощью теплового обмена с окружающей средой. Водопроводная вода идет для охлаждения плунжеров.

Некоторые гомогенизаторы для молока оснащают принудительной системой смазывания некоторых, более подверженных воздействию трения, частей. Охлаждающие агрегаты таких гомогенизаторов имеют змеевик, в который поступает теплопроводная вода, охлаждающая масло. Они укладываются на дно корпуса. В таких установках обязательно наличие специального реле протока, обеспечивающего контроль подачи воды. Плунжерный блок гомогенизатора прикреплен двумя шпильками к корпусу кривошипно-шатунного механизма. Он обеспечивает всасывание молочной смеси из направляющей магистрали и нагнетает ее под давлением к гомогенизирующей головке.

Плунжерные блоки состоят из корпуса, плунжерных манжетных уплотнителей, крышек (нижней, верхней и передней), всасывающих и нагнетательных клапанов, седел клапанов, прокладок, втулок, пружин, фланца, штуцера, фильтровального устройства. Торцевая плоскость плунжерных блоков имеет гомогенизирующую головку, предназначенную для двухступенчатого процесса гомогенизации молочной смеси, который происходит благодаря прохождению смеси через отверстие между клапанами и седлами клапанов под высоким давлением.

Манометрическую головку, обеспечивающую контроль давления при гомогенизации, закрепляют на верхнюю плоскость плунжерных блоков. Манометрические головки включают в себя дросселирующие устройства, которые позволяют уменьшить колебания стрелки. Они состоят из корпуса, игл, уплотнителей, поджимающих гаек, шайб и манометров, оснащаемых мембранными разделителями. Предохранительные клапаны, располагаемые напротив гомогенизирующих головок, исключают резкое повышение давления выше необходимого. Предохранительные клапаны состоят из винта, контргайки, пяты, пружины, клапана и седла клапана. Для настройки номинального давления используют прижимные винты предохранительного клапана. Станины гомогенизаторов для молока - это литые или сварные конструкции из швеллеров или из облитых листовых сталей. Кривошипно-шатунный механизм располагается в верхней части станины, а внутри двумя кронштейнами с шарнирными креплениями прикреплена плита с электродвигателем. Эту плиту поддерживают винты, которые регулируют клиновые ремни. Станину оснащают четырьмя регулируемыми по высоте опорами. Бока станины можно закрыть съемной крышкой.

Молочная смесь направляется насосом во всасывающие каналы плунжерных блоков. Далее продукция под высоким давлением через нагнетательные клапана направляется к гомогенизирующим головкам и на большой скорости проходит через отверстие между поверхностью гомогенизирующих клапанов и их седел. В процессе такого воздействия происходит гомогенизация смеси и она становится однородной. Далее молочная смесь поступает на хранение или для переработки.

Задумывались ли вы над тем, почему вкус домашнего молока, майонеза, кетчупа, сока, сливок или овощного пюре настолько отличается от магазинного? Думаете дело только в красителях, консервантах и других пищевых добавках, которые делают вкус данных продуктов более насыщенным? Ошибаетесь, все дело в технологии производства этих продуктов, которая не обходится без использования гомогенизатора.

В целом, гомогенизатор являет собой механический аппарат, предназначенный для перемешивания продуктов жидкой консистенции. Главная особенность заключается в том, что аппарат не просто перемешивает продукты как обычный миксер, а делает это настолько тщательно, что все компоненты, входящие в жидкую основу, образуют единую однородную массу. Это увеличивает срок годности пищи и делает ее более вкусной.

Если вы мечтаете о приобретении лабораторного гомогенизатора, вам будет полезно почитать подробности на сайте http://labfarma.ru о его технических возможностях. В домашних условиях такое устройство тоже будет полезным, и из этой статьи вы узнаете о том, каким может быть аппарат, идеально для этого подходящий.

Особенности работы

Для начала, хотелось бы немного рассказать об особенностях работы гомогенизатора:

1. Прибор состоит из поршневого насоса в который через штуцер подаются исходные компоненты.
2. Процесс измельчения происходит посредством выдавливания продукта через узкое сопло, диаметр которого можно контролировать вручную. При этом, контролируется и степень измельченности составляющих продукта.
3. Помимо измельчения происходит еще и равномерное смешивание, которое может происходить как в газовой, так и жидкой среде.

В технических условиях, после проведения этапа измельчения и перемешивания в гомогенизаторе, продукт пастеризуют.

Как выбрать прибор для дома

По принципу действия гомогенизаторы бывают двух видов: погружные и планетарные. При выборе прибора для домашнего использования следует знать следующее:

1. Погружной гомогенизатор подойдет идеально. Модели, работающие только в импульсном режиме являются самыми простыми, но их будет достаточно для того, чтобы измельчить небольшое количество пищи.
2. Желательно, чтобы модель прибора была дополнена антиразбрызгивающей насадкой. Наличие вариатора позволит контролировать скорость вращения насадки.
3. Модель с прорезиненной ручкой более удобна для использования. Важно также, чтобы вентиляционные отверстия были расположены в верхней части прибора.

И особое внимание следует уделить материалам. Насадки лучше выбирать из нержавейки, а корпус – из качественной стали.

Химическая, пищевая, строительная и многие другие отрасли промышленности немыслимы без использования разнообразных суспензий, эмульсий и коллоидных растворов, которые помогает готовить .

В качестве примера можно упомянуть смазочные машиностроительные эмульсии, топливные эмульсии, модифицированный полимерами битум, а так же широкий спектр пищевых жировых эмульсий, всевозможные гели, кремы, пасты – список поистине бесконечен. Для получения качественных гомогенных многокомпонентных смесей и коллоидных растворов на предприятиях устанавливают специальные линии смешивания, в состав которых обязательно входят устройства для диспергирования – тончайшего измельчения твердых или жидких компонентов.

Если перед производственниками стоит задача дробления исключительно жидкой фракции и равномерного ее распределения в жидкой основе (дисперсной среде), или требуется суспензия с небольшим объемом твердой фазы – в качестве рабочего агрегата используют гомогенизатор. Стойкость эмульсий к расслоению определяется в первую очередь размером дисперсной фазы. Например, в стабильной водно-жировой эмульсии, размер капель жира не должен превышать 5 микрон. И современные центробежные (роторные) гомогенизаторы легко обеспечивают данное условие. Роторный гомогенизатор применяется также при необходимости уменьшения размеров капель готовой эмульсии до 1-2 микрон – так называемая вторичная гомогенизация.

Роторный и клапанный гомогенизатор

Если недавно наиболее распространенным типом гомогенизаторов были , то в настоящее время предпочтение отдается центробежным (роторным) гомогенизаторам , что обусловлено их органическими преимуществами: небольшой массой, компактными размерами, низким энергопотреблением и простой конструкцией, а следовательно – высокой надежностью.

В зависимости от модели, скорость вращения ротора гомогенизатора варьируется от 2000 до 18000 об/мин. Возникающие при этом интенсивные завихрения и микрокавитационные процессы гарантированно обеспечивают достижение заданной однородности смеси и ее стабильность.

Если технологическим процессом предусматривается изготовление суспензии с большим содержанием твердой фазы (до 40%) или необходимо получить высокоустойчивую эмульсию, либо тонкую суспензию – прибегают к процессу смешивания твердых и жидких веществ в коллоидной мельнице (диспергаторе). Коллоидная мельница позволяет не только интенсивно перемешивать частицы и капли в суспензии или густой эмульсии, но и дополнительно дробит твердую фракцию суспензии (капли эмульсии) до размера 1-2 микрона, производя чрезвычайно качественные суспензии и эмульсии.

Гомогенизатор коллоидная мельница

Конструктивно напоминают роторные (центробежные) гомогенизаторы. Измельчение твердой фракции в коллоидной мельнице происходит, так называемым, мокрым способом. Основным рабочим органом коллоидной мельницы, как и гомогенизатора, является пара рабочих дисков, снабженных выступами сложной формы. Один из дисков выступает в роли статора, другой – ротора. При этом линейная скорость поверхности вращающегося диска может достигать 125 м/с, что обеспечивает интенсивные турбулентные и ударно-кавитационные процессы в междисковом пространстве, способствующие эффективному измельчению дисперсной фазы и ее равномерному распределению в дисперсной среде.

Практика показала, что на сегодняшний день, коллоидные мельницы способны обеспечить высочайшую степень диспергирования и эмульгирования, удовлетворяющую требованиям подавляющего большинства промышленных технологических процессов.

Гомогенизатор это устройство для получения гомогенных (однородных) дисперсных систем. Системы могут быть одно- или многофазными, т.е. в дисперсной среде, которой обычно является жидкость, находятся частицы (обычно – нерастворимые) одного или нескольких твердых либо жидких веществ, которые называются дисперсными фазами. Термин «гомогенный» значит, что фазы распределены равномерно, с одинаковой концентрацией в любом произвольно взятом единичном объеме среды. Полученная система должна быть относительно устойчивой. Для этого при гомогенизации, в подавляющем большинстве случаев, проводят диспергирование, то есть, измельчение частиц фазы.

Применение гомогенизаторов в молочной промышленности

Гомогенизатор для молока дробит жировые шарики. Скорость, с которой они всплывают на поверхность, зависит от квадрата их радиуса. Таким образом, после уменьшения в 10 раз, скорость падает в 100 раз. Благодаря этому, продукт не отстаивается, не разделяется на сливки и обрат. Срок его хранения значительно возрастает.

Кроме того, после гомогенизации:

• При изготовлении маргарина или сливочного масла, в жировой среде равномерно распределяются вода и прочие компоненты. А в майонезах и салатных заправках – жиры в водной среде.
• Сливки и пастеризованное молоко делаются однородными по цвету, вкусу и жирности.
• У сгущенных молочных консервов, во время длительного хранения, не выделяется жировая фаза.
• Кефир, сметана и другие кисломолочные продукты стабилизируются. Консистенция белковых сгустков улучшается. На поверхности не образуется жировая пробка.
• В сухом цельном молоке уменьшается количество не защищенного белковой оболочкой свободного жира. За счет этого исключается его быстрое окисление под влиянием атмосферного воздуха.
• У молока с какао или другим наполнителем улучшается вкус, оно становится более вязким. Снижается вероятность выпадения осадка.
• У восстановленных кисломолочных напитков, сливок и молока нет водянистого привкуса. Естественный вкус становится более насыщенным.

Физические методы процесса и основные типы гомогенизаторов

• Продавливание через узкую щель. Используются агрегаты клапанного типа, с плунжерными насосами высокого давления. Такие устройства в молочной промышленности - самые распространенные.
• Механическое перемешивание. Применяются миксеры с ножами или лопаточными венчиками, в том числе, высоко оборотистые. Простейший пример – кофемолка или мясорубка с электроприводом. Сюда же можно отнести роторно-пульсационные аппараты (РПА). Хотя в них действие на комочки фазы более сложное, оно не ограничивается лишь ударными и истирающими нагрузками.
• Воздействие ультразвуком. Здесь работают УЗ-установки, возбуждающие в дисперсной среде кавитацию, за счет которой фаза измельчается.

Плунжерный гомогенизатор

Устройство

Устройство гомогенизатора показано на рис. 1. Плунжерный цилиндр 1 соединяется с входным патрубком через всасывающий клапан 3, а с камерой высокого давления – через нагнетательный клапан 4. От камеры идет канал к гомогенизирующей головке 5, которая имеет седло 6, клапан 7, пружину 8 и регулировочный винт 11. Для контроля давления, к камере подключен манометр 10. Канал имеет ответвление на предохранительный клапан 9. Плунжер приводится в движение насосом 2.

В укрупненном виде гомогенизирующая головка показана на рис.2. В ней имеется калиброванное отверстие (канал) 1 в седле 5, пружина 2, клапан 4 со стержнем 3 и регулировочный винт 6. Седло и клапан притерты друг к другу.

Клапан имеет плоскую, конусную с небольшим углом или тарельчатую форму рабочей поверхности. В первом случае, на ней могут быть рифли (проточки). Если они есть, то на седле делаются такие же. Это повышает степень дробления фазы.

Встречаются модели, в которых клапан и седло расположены в подшипниках, установленных в неподвижном корпусе. В этом случае они, под напором струи продукта, вращаются в разные стороны.

Поскольку проходящая с большой скоростью жидкость достаточно сильно действует на клапан и седло, то они быстро изнашиваются. Поэтому указанные элементы делают из особо прочных сталей. Кроме того, их форма симметричная. При заметном износе, достаточно перевернуть их на другую сторону, тем самым увеличив срок службы в два раза.

Насос применяется не обязательно плунжерный, можно выбрать винтовой или роторный. Главное, чтобы он создавал высокое давление. Поскольку плунжерный механизм не обеспечивает равномерную подачу, то в гомогенизаторы ставят их по несколько штук, с разнесением начала циклов по времени. Самыми популярными являются трехплунжерные агрегаты. В них на валу колена повернуты на 120 град, чтобы цилиндры работали поочередно. В этом случае коэффициент неравномерности подачи, то есть, отношение ее максимального значения к среднему, равен 1,047.

Близкий к единице показатель значит, что поток, идущий через гомогенизирующую головку, с небольшой погрешностью может считаться стабильным. Таким образом, в процессе гомогенизации клапан находится все время во взвешенном (открытом) положении. Между ним и седлом имеется щель для прохода жидкости. Размер ее тоже можно принимать постоянным, не учитывая незначительного отклонения от среднего уровня. У многих современных аппаратов поток с каждого плунжера идет на «свою» головку. После дробления фазы они соединяются в выходном коллекторе.

Манометр оборудован дросселирующим устройством. Это уменьшает колебания стрелки прибора.

Принцип действия

Принцип работы гомогенизатора следующий. Когда плунжер работает на всасывание (на рисунке – движется влево), молоко поступает в цилиндр 1 через клапан 3. Затем плунжер работает на нагнетание (перемещается вправо) и проталкивает продукт в камеру через клапан 4. После этого жидкость по каналу попадает из камеры в гомогенизирующую головку 5.

Когда клапан находится в нерабочем положении, пружина 8 плотно прижимает его к седлу. Поступающее под давлением молоко приподнимает клапан так, что между ним и седлом образуется небольшая щель. Проходя через нее, жировые шарики измельчаются, продукт гомогенизируется, после чего уходит в выпускной патрубок.

Щель обычно имеет размер не более 0,1 мм. Частицы молока движутся в этой зоне со скоростью около 200 м/с (в нагнетательной камере - всего 9 м/с). Размер жировых комочков уменьшается с 3,5-4,0 мкм до 0,7-0,8 мкм.

Давление, создаваемое плунжерным насосом, очень большое. Поэтому засорение канала в седле может привести к разрушению деталей. Чтобы избежать поломки, ставится предохранительный клапан 9.

Регулируют агрегат винтом 11. Одной из основных характеристик гомогенизации является давление. При затягивании винта, пружина сильнее прижимает клапан к седлу. Из-за этого уменьшается размер щели, так как возрастает гидравлическое сопротивление. Настройку аппарата проводят по показаниям манометра 10.

Согласно инструкции к гомогенизатору, температура молока должна быть в пределах от 50 до 65 град С. Если она окажется ниже этого диапазона, ускорится процесс отстаивания жировых комочков. Если выше – начнут осаждаться сывороточные белки.

Повышение кислотности продукта отрицательно влияет на эффективность процесса, так как в этом случае стабильность белков снижается. Образуются агломераты, дробление жировых комочков затрудняется.

В момент прохождения жидкости через клапанную щель, из-за резкого сужения поперечного сечения канала, наблюдается эффект дросселирования. Скорость потока многократно увеличивается, а давление падает из-за того, что потенциальная энергия преобразуется в кинетическую.

После прохождения молока через головку, какая-то часть раздробленных частиц опять слипается в более крупные конгломераты. Эффективность процесса падает. Для борьбы с этим явлением, используют двухступенчатую гомогенизацию. Устройство показано на рис. 3. Принципиальное отличие от одноступенчатой заключается в наличии двух пар рабочих органов, первой ступени 4 и второй – 12. У каждой есть своя прижимная пружина с регулирующим вентилем 6.

Вторая ступень, вспомогательная, еще более повышает степень дробления фазы. Она предназначена для создания управляемого и постоянного противодавления в головке первой ступени, которая является основной. Это оптимизирует условия процесса. А также для разрушения относительно неустойчивых образований. Давление в ней устанавливается меньшее, чем в первой.

Одноступенчатая гомогенизация предназначена для продуктов с низкой жирностью или высокой вязкостью. Двухступенчатая – при высоком содержании жира либо сухих веществ и малой вязкости. А также в тех случаях, когда надо обеспечить максимально возможное дробление фазы.

Раздельная технология

В молочной промышленности гомогенизация может быть полной или раздельной. В первом случае все имеющееся сырье пропускают через агрегат. Во втором, его сначала сепарируют. Полученные сливки 16-20% жирности гомогенизируют, после чего смешивают с обратом. И отправляют на следующий этап переработки. Этот способ дает значительную экономию энергии.

Механизм процесса диспергирования фазы в аппарате клапанного типа

По Н. В. Барановскому, на основании изучения гидравлических факторов, влияющих на дробление жировых комочков при гомогенизации молока на аппарате клапанного типа, предложена следующая схема процесса (рис. 4).

В точке перехода потока из канала седла в щель, между седлом и клапаном резко снижается площадь сечения потока. А значит, согласно одному из основных законов гидравлики, также быстро возрастает скорость его движения U. Если более конкретно, то U0 на подходе составляет несколько метров в секунду. А U1 на входе в щель – на 2 порядка выше, несколько сотен м/с.

Жировая капля не переходит из зоны малых в зону больших скоростей одномоментно «вся сразу». В поток, двигающийся в щели с огромной скоростью, входит сначала передняя часть шарика. Под действием быстро текущей жидкости, она вытягивается (задняя часть – все еще движется медленно) и отрывается. Оставшийся комок продолжает неторопливо (разумеется, понятие «неторопливо» в данном случае относительное, так как весь цикл прохождения капли сквозь щель занимает 50 микросекунд) продвигаться к границе раздела скоростей, и часть, теперь оказавшаяся передней, вытягивается так же, как и предыдущая, и тоже отрывается. Таким образом, вся жировая капля постепенно разрывается на кусочки, проходя через пограничное сечение. Это происходит при достаточно большой разности скоростей U0 и U1.

Если указанная разность окажется меньше определенного порога, то, перед отрывом частиц, имеет место промежуточный этап – капля сначала растягивается в шнур. Если разность будет еще меньше, то жировой комочек пройдет через границу раздела скоростей без разрушения. Но воздействие большой скорости потока все равно приведет его в неустойчивое состояние, вследствие образования внутренних деформаций. Поэтому, из-за сил поверхностного натяжения и механических ударов струй потока, шарик все равно распадется на более мелкие фракции.

Гомогенизатор для масла

Для получения однородной консистенции сливочного масла или плавленых сыров, используют гомогенизатор пластификатор. В процессе обработки, водная фаза диспергируется и равномерно распределяется по всему объему. В итоге, продукт дольше хранится, его вкусовые качества улучшаются. Кроме того, сокращаются затраты времени на размораживание, при упаковке снижаются потери воды.

Устройство аппарата можно рассмотреть на примере одной из наиболее популярных моделей М6-ОГА (рис. 5). Он состоит из корпуса и станины (рис. 6), приемного бункера, под которым расположены подающие шнеки, и ротора с 12-ю, 16-ю или 24-мя лопастями. В качестве привода используется электродвигатель. Частота вращения шнеков регулируется вариатором. Угловая скорость ротора – постоянна.

Работа гомогенизатора выглядит следующим образом. Сливочное масло большими кусками кладется в бункер. Шнеки вращаются в разных направлениях, если смотреть сверху – один навстречу другому. С их помощью масло продавливается через ротор, после чего, через насадку прямоугольного сечения, выходит в приемный бункер (на рисунке не показан). Чтобы масло не налипало на рабочие органы, их смазывают горячим раствором.Роторно-пульсационный аппарат

В последнее время для обработки молока все чаще используют роторно-пульсационные аппараты (РПА). Такой гомогенизатор по конструкции и принципу действия похож на центробежный насос. Главное отличие – в рабочих органах.

РПА устроен следующим образом. В качестве привода служит электродвигатель. На его удлиненном валу жестко закреплен ротор в виде перфорированного цилиндра. С торца цилиндра, со стороны крышки, может стоять крыльчатка. Перфорация на ней не обязательна. Внутри крышки имеется аналогичный цилиндр, неподвижный, он играет роль статора.

Молоко подается через осевой патрубок на крышке и попадает на крыльчатку. Эта деталь производит первичное дробление фазы и придает рабочей смеси ускорение. Последняя затем проходит сквозь перфорацию подвижного цилиндра, снова частично диспергируется, под действием срезающих и истирающих нагрузок, и оказывается в гомогенизирующей полости между ротором и статором. Здесь, кроме ударных, на жировые шарики действуют еще и другие силы.

В турбулентном потоке, движущемся с большой скоростью (именно такой наблюдается в рабочей зоне РПА), возникают микровихревые течения. Если небольшой сферический водоворот сталкивается с каплей жира, он ее разрушает. Также имеет место гидроакустическое воздействие. Интенсивная кавитация, приводящая к схлопыванию пузырьков воздуха, порождает ударные волны, против которых комочки фазы тоже не могут устоять.

Максимальное воздействие аппарата на частицы достигается в тот момент, когда между ротором и статором возникают резонансные колебания. Чтобы обеспечить данный эффект, надо рассчитать диаметр подвижного цилиндра, скорость его вращения, а также зазор между ним и статором.

После рабочей зоны молоко проходит сквозь отверстия статора и, уже гомогенизированное, выводится через тангенциальный выпускной патрубок, направленный обычно вверх, чтобы проще было подключать трубопроводы для повторной загрузки бункера в рециркуляционной системе.

Для повышения степени дробления, в аппарате может быть несколько пар «ротор-статор» . После установки крышки, они располагаются поочередно. Есть модели, в которых, вместо крыльчатки, ставится перфорированный диск. Гомогенизаторы РПА также могут быть погружными. Опционально агрегат комплектуется следующими приспособлениями:

• Защита от сухого пуска.
• Взрывозащищенный двигатель.
• Корпус с рубашкой нагрева / охлаждения.
• Регулятор плавного изменения частоты вращения мотора.
• Загрузочное устройство (шнековый питатель), для вязких, плохо растворимых, неоднородных эмульсий и суспензий или сыпучих компонентов.
• Разгрузочный узел, для слива в стороннюю емкость при работе по циркуляционной схеме.
• Торцевое сильфонное уплотнение вала из карбидо-кремниевой керамики – увеличивает срок службы агрегата, даже при работе с жидкостями агрессивными или содержащими абразивные включения.

РПА бывают одно- или трехфазные. Все детали, вступающие в контакт с продуктами питания, сделаны из пищевой нержавеющей стали AISI 304, AISI 316 или их отечественных аналогов. Поскольку диспергированная жидкость выходит из аппарата под давлением, то гомогенизатор РПА одновременно работает как центробежный насос.

Ультразвуковые гомогенизаторы

Устройство (на примере BANDELIN). УЗ гомогенизатор состоит из (на рис. 15 – сверху вниз) ВЧ-генератора, УЗ-преобразователя, «рогов» и зондов (волноводов). ВЧ-генератор включают в бытовую сеть с током частотой 50 или 60 Гц. Он усиливает этот параметр до 20 кГц. УЗ-преобразователь, оборудованный осциллирующей схемой с измерительным пьезоэлектрическим элементом, трансформирует вырабатываемую генератором энергию тока в колебания УЗ волн той же частоты. Генерируемая амплитуда остается постоянной. Ультразвуковая – увеличивается, за счет использования «рогов» специальной формы. В них вставляются зонды, передающие колебания в сосуд с жидкостью. В зависимости от объема рабочей среды, они могут быть плоскими, в виде конусов или «микро», диаметром от 2 до 25 мм.

Отечественная промышленность также выпускает УЗ гомогенизаторы. Из последних моделей можно отметить разработку 2015 года И100-6/840 (рис. 16). Аппарат имеет цифровое управление, импульсный режим, контроль амплитуды и набор зондов.

Принцип действия. Когда УЗ волны проходят через жидкость, они попеременно, 20 000 раз в секунду, создают в ней, то высокое, то низкое давление. Последнее практически равно внутреннему давлению паров жидкости, в результате чего в ней появляются пузырьки, наполненные паром, жидкость закипает. Когда пустоты схлопываются, возникает перепад давлений, образовываются быстротекущие турбулентные микропотоки, разрушающие жировые капли.

Некоторые специалисты считают, что, при УЗ воздействии, комочки диспергируют не от кавитации, а из-за того, что волна, проходя через жировую каплю в разных точках, вызывает различные по величине и направлению ускорения. В результате возникают разнонаправленные силы, старающиеся разорвать шарик.

Гомогенизация – важный этап процесса переработки молока и других продуктов. С ее помощью улучшается структура и увеличивается срок хранения, а вкусовые качества становятся более насыщенными.