Анализ методов осветления сыворотки при производстве сывороточных напитков

Вязкость и плотность коллоидных растворов хитозана возрастает с увеличением концентрации хитозана в растворе. Отмечено изменение вязкости растворов хитозана в процессе длительного хранения, при понижении или повышении температуры раствора.

В зависимости от вида растворителя изменяется кислотность готового раствора от 3,2 (молочная кислота) до 4,6 (кислая молочная сыворотка).

Коллоидные растворы хитозана в зависимости от растворителя меняют также и органолептические свойства.

При использовании в качестве растворителя 1% уксусной кислоты, получены однородные прозрачные коллоидные растворы, однако практически во всех представленных образцах ощущается запах уксусной кислоты. Невысокие органолептические характеристики имеют и растворы хитозана в янтарной кислоте. Наиболее приемлемым кислотным растворителем является молочная кислота (растворы прозрачные, однородные, янтарного цвета, без резкого запаха).

Альтернативным растворителем хитозана может выступать и молочная сыворотка. Растворы хитозана, приготовленные на кислой молочной сыворотке менее вязкие, полупрозрачные, имеют характерный для сыворотки вкус и запах. На основе проведенных исследований можно сделать выводы, что все представленные образцы хитозана образуют устойчивые коллоидные растворы, а для применения в пищевой отрасли наибольший интерес представляют коллоидные растворы хитозана в молочной кислоте и кислой сыворотке [1].

Готовят гель-хитозан для использования в осветлении подсырной сыворотки следующим образом. В эмалированный резервуар на 1000 кг заливают 500 л 2% раствора кислоты и вносят в нее 10 кг сухого хитозана, тщательно перемешивают и оставляют для набухания на 24 ч. Затем раствор нейтрализуют насыщенным раствором двууглекислого натрия до нейтральной реакции. Полученный гель-хитозан хранят при 10°С до 10 суток.

Однако разделения на фракции творожной сыворотки добиться при таких условиях нельзя. Это связано с тем, что показатель ее активной кислотности намного ниже подсырной, поэтому при использовании для разделения гелей хитозана, приготовленных на кислоте, величина рН системы а ниже 5,25.

Анализ современных направлений в технологии хитозана показал, что для осветления творожной сыворотки необходимы особые его виды, а именно водорастворимые производные, получаемые путем снижения молекулярной массы ферментативным гидролизом. Водные растворы хитозана имеют отличительные свойства (рН, вязкость и др.) от гелей, приготовленных на кислоте.

Были проведены исследования по осветлению творожной сыворотки кислотностью 70°Т водными растворами хитозана, активная кислотность которых близка к нейтральной. Для этого использовали 3, 5 и 7% водные растворы, различающиеся вязкостью. Следует отметить, что в отличие от гелей хитозана, приготовленных на кислоте, водорастворимые гели имеют более высокую концентрацию. Так как процесс разделения сыворотки на фракции в значительной степени зависит от рН системы сыворотка: гель-хитозан, то при внесении в творожную сыворотку различных доз водных растворов хитозана контролировали рН системы. И была определена графическая зависимость рН системы от дозы и концентрации водных растворов хитозана (рис. 10) [6].

Рис. 10. Зависимость рН системы творожная сыворотка - хитозан от дозы растворов хитозана

Установлено, что при увеличении концентрации и дозы водных растворов хитозана показатель активной кислотности системы увеличивается. Это влияет на органолептические свойств сыворотки, улучшая ее вкус. Так, при малых дозах и концентрациях хитозана чувствуется кислый сывороточный вкус, что плохо воспринимается дегустаторами и потребителями. При увеличении его дозы и концентрации водных растворов органолептические свойства сыворотки улучшаются. Все это влияет на вкус и запах освеженной сыворотки - отсутствуют характерные сывороточные привкус и запах. Что позволяет использовать ее в качестве основы для производства разлитых напитков. Но дальнейшее увеличение концентрации и дозы растворов хитозана может привести к возникновению вяжущего привкуса. Поэтому оптимальным является разделение творожной сыворотки на фракции при соотношении сыворотка: гель-хитозан от 100:2,5 до 100:10 и в пределах активной кислотности от 4,1 до 4,5 в зависимости от концентрации водного раствора хитозана.

Предлагаемая технология разделения - энергосберегающая, т. к. процесс фракционирования осуществляется при температуре от 15 до 25°С. Белковый осадок представляет взвесь хлопьев белка рыхлой структуры, а осветленная сыворотка - прозрачная, слегка желтовата жидкость (сухих веществ около 5,5%).

Аналогичная серия экспериментов проведена с сывороткой кислотностью 50, 60, 80 и 90°Т. Процесс ее разделения на фракции водными растворами хитозана протекает аналогично опыту с сывороткой кислотностью 70°Т. Наиболее эффективно процесс проходил при кислотности сыворотки от 70 до 90°Т [6].

Таким образом, установлено, что применение низкомолекулярного водорастворимого хитозана позволяет добиться фракционирования творожной сыворотки кислотностью от 70 до 90°Т. С точки зрения комплексной переработки вторичного молочного сырья полученный белковый осадок может быть использован при производстве любых творожных изделий, а осветленная сыворотка - при изготовлении напитков.

Наиболее простым и целесообразным способом переработки осветленной таким образом творожной сыворотки является производство напитков. Это обусловлено в первую очередь исчезновением характерного сывороточного запаха и во вторую - широким ассортиментом напитков. Предложенные напитки включают в себя комплекс биологически активных веществ, обладают высоким качеством и хорошими органолептическими характеристиками.

Оптимальная схема осветления творожной сыворотки имеет следующий вид. В сыворотку вносят приготовленный раствор гель-хитозана в количестве от 0,25 до 1,0% от массы сыворотки. Температуру осаждения белков поддерживают в интервале от 15 до 20°С. Смесь тщательно перемешивают и выдерживают около 30 мин. Образовавшиеся хлопья белка, представляющие собой комплекс белок - хитозан, отделяют любым из известных способов.

При использовании хитозана полнота извлечения белка составляет 95%, показатель прозрачности 0,3 усл. ед., а массовая доля белковых веществ в осветленной сыворотке составляет менее 0,03%.

2.5 Выделение коагулированных белков из сыворотки

Коагуляция сывороточных белков не решает полностью вопроса их удаления из сыворотки.

Сыворотка после проведения коагуляции белков представляет собой грубодисперсную суспензию, состоящую из дисперсной среды (собственно сыворотки) и дисперсной фазы (агломератов денатурированного белка с включенными частицами жира, минеральных солей и других компонентов).

Суспензия «сыворотка - хлопья белка» характеризуется концентрацией (табл. 16), гранулометрическим составом частиц, плотностью и вязкостью.

Количество взвешенного осадка, несколько изменяясь в зависимости от способа коагуляции, не превышает 1%. При этом кислотно-щелочной способ коагуляции позволяет выделить примерно на 20% больше взвешенного осадка, чем кислотный.

Таблица 16 Концентрация суспензии

Способ коагуляции (после тепловой денатурации)	Содержание взвешенного осадка, мг/л
	Пределы колебаний	Среднее значение
Кислотный	54·102 - 76·102	66·102
Кислотно-щелочной	76·102 - 99·102	86·102

Объемное количество выделившихся хлопьев белка, определенное в различных моделях отстойников и ёмкостях для отваривания альбумина, составляет от 10 до 15% общего объема сыворотки. Денатурированные глобулы белка, обладая минимальной устойчивостью, имеют склонность к агрегации.

Дисперсность белковых хлопьев в осадке отличается от их дисперсности в исходной сыворотке. Частицы осадка имеют меньший размер. Линейные размеры хлопьев белка в тщательно перемешанной сыворотке составляют от 50 (тепловая коагуляция) до 150 мкм (кислотно-щелочная коагуляция).

Плотность сыворотки, определенная опытным путем, при 20°С составляет от 1022 до 1026 кг/м³. При температуре денатурации 90°С плотность очищенной от белков сыворотки равна 1005 кг/м³, т. е. значительно ниже, чем при 20°С. При влажности осадка от 80 до 85% плотность выделившихся хлопьев белка составляет от 1045 до 1060 кг/м³. Динамическая вязкость очищенной от белков сыворотки, составляет 12,5·10^-4 Па·с при 20°С, изменяется при повышении температуры и в диапазоне от 85 до 90°С равна 5,3·10^-4 Па·с.

Разделение суспензии «сыворотка - хлопья белка» основано на разности плотностей дисперсионной среды и дисперсной фазы. Самый простой способ разделения суспензии - это самопроизвольный или управляемый отстой.

Отстой белковых хлопьев осуществляется за счет разности плотностей сыворотки и белка. В связи с ортокинетической коагуляцией белковых хлопьев скорость осаждения их рассчитать нельзя, т. к. диаметр хлопьев белка непостоянен.

Наиболее быстро хлопья белка оседают после коагуляции хлор-кальциевым способом, а наиболее медленно - после тепловой денатурации, что обусловлено размером и плотностью белковых частиц.

Производительность отстойников зависит от площади осаждения и скорости осаждения взвешенных частиц суспензии. Средняя скорость оседания хлопьев белка в молочной сыворотке, установленная экспериментально, составляет 0,0004 м/с [27].

Следовательно, для резервуара высотой 3 м. необходимая продолжительность отстоя, рассчитанная по скорости оседания белка, составит около 2 ч.

После декантации (слива) верхнего слоя осветленной сыворотки остается масса, содержащая отстоявшийся белок, называемая «альбуминное молоко». В нем содержится от 6 до 10% сухих веществ, в том числе до 5% белка.

Несмотря на распространение в промышленности, данный способ выделения белков из сыворотки является наименее эффективным. При этом удаляется около 85% коагулировавшегося сывороточного белка. Кроме того, с осадком теряется до 15% сыворотки. Процесс длителен, ёмкости для отстоя занимают до половины площади производственных цехов.

Следовательно, метод отстоя можно рекомендовать только для предварительного грубого выделения белковых хлопьев, с последующим использованием других методов. Наиболее качественного выделения белковых хлопьев можно добиться, используя фильтрацию через перегородку, проницаемую для дисперсионной среды или разделением при помощи центробежных методов, а также при помощи ультрафильтрации.

2.6 Метод фильтрации

2.6.1 Основы фильтрации

Движущей силой фильтрации является разность давлений на входе в фильтр, состоящем из фильтрующей перегородки и слоя осадка, и на выходе из него.

Для создания разности давлений на одной стороне фильтрующего слоя должно быть избыточное давление или вакуум, т. е. фильтрат (очищенная жидкость) поступает только в сторону пониженного давления.

В качестве фильтрующих перегородок используют ткани (хлопчатобумажные, бязь, лавсан, бельтинг, капроновые, нейлоновые), ацетатцеллюлозу, полисульфон, листовой картон, металлокерамику, намывные фильтры (диатомитовые, керамические, гравиевые) и металлические сита.

Высокая степень очистки достигается при комбинации металлического сита и холста (на 1 см² до 100 ячеек), а также при использовании полимерных материалов - тканей из энанта и лавсана (на 1 см² до 255 ячеек).

Процесс фильтрации основан на задержании взвешенных частиц фильтрующими перегородками, способными пропускать только жидкость и задерживать частицы белка. При прохождении суспензии через пористую перегородку за счет разности давлений до и после перегородки жидкая фаза проходит через поры перегородки и собирается в виде освобожденного от примесей фильтрата, а взвешенные частицы задерживаются на поверхности фильтрующей перегородки, образуя слой осадка. Образующийся на поверхности перегородки слой осадка используется как фильтрующая среда: исходная суспензия, проходя через пористые каналы слоя осадка, частично освобождается от примесей. Для уменьшения его гидравлического сопротивления необходимо периодически удалять большую часть осадка с фильтрующей перегородки.

Характер и толщина слоя осадка, отлагающегося на поверхности фильтрующей перегородки, являются важными параметрами, определяющими эффективность фильтрации.

При образовании сжимаемых осадков с повышением давления осадок сжимается, поры его уменьшаются и скорость фильтрации снижается. Следовательно, в этом случае скорость фильтрации растет не пропорционально разности давлений, а имеет некоторое отставание. Более того, скорость фильтрации при некоторой разности давлений не только не увеличивается, а, наоборот, уменьшается вследствие сжатия осадка.

Таким образом, на скорость фильтрации влияют следующие факторы: перепад давления, действующего на суспензию, толщина слоя осадка на фильтре, структура и характер осадка, состав, вязкость и температура суспензии.

При фильтровании предварительно отстоявшейся сыворотки через фильтровальную ткань типа бельтинг с намывом слоя тонкоразмолотого диатомита (наполнитель) был получен прозрачный фильтрат с содержанием взвешенного осадка не более 100 мг в 100 мл.

Эффективность удаления взвешенных частиц при фильтрации через ткань типа бельтинг зависит от скорости фильтрации (табл. 17).

Таблица 17 Средняя скорость фильтрации и эффективность удаления взвешенных частиц

Способ фильтрации	Средняя скорость фильтрации, л/(мин·м2)	Эффективность удаления осадка, %
Без предварительного отстоя	0,3	77
То же, с наполнителем	1,0	90
С предварительным отстоем	2,2	88
То же, с наполнителем	5,0	94

Отделение белков из сыворотки без предварительного отстоя и наполнителей (жесткий каркас) малоэффективно. Фильтрация при использовании первых трех способов прекращалась при толщине осадка от 1 до 1,5 мм, что показывает большую его сжимаемость. Коэффициент сжимаемости денатурированных сывороточных белков приближается, по-видимому, к 1 [19].

2.6.2 Фильтрующие установки

В молочной промышленности для осветления сыворотки применяются в основном фильтр-прессы, однако известен и специализированный фильтр для выделения белковых частиц.

Если рассмотреть принцип работы фильтра для выделения белковых частиц (рис. 11), то мы увидим, что он имеет два цилиндрических стакана, которые смонтированы на стойке 4. К ней фильтры прикреплены хомутами.

Рис. 11. Фильтр для выделения белковых частиц: 1, 2 - фундаментный болт и стойка; 3, 4 - фильтр (левый и правый); 5 - трехходовой кран; 6 - манометр; 7, 17 - болт; 8 - крышка; 9 - винт; 10, 19 - прокладки; 11 - крышка каркаса; 12 - ручка; 13 - корпус фильтра; 14 - каркас; 15 - сетка; 16 - планка; 18 - хомут; 20 - выходной патрубок; 21 - входной патрубок; 22 - гайка; 23 - заглушка.

На внутренней стороне корпуса 13 расположен каркас, к которому планками 16 и болтами 7, 17 прикреплена металлическая сетка. Крышка, прижатая к фланцу корпуса винтами, закрывает корпус фильтра 13. Герметичность зазора между крышкой и фланцем обеспечивается прокладкой.

Крышка прижимает каркас с сеткой к прокладке. Входной 21 и выходной 20 патрубки фильтров соединены попарно двумя трехходовыми кранами, что позволяет осуществлять попеременно включение фильтров.

На входном патрубке 21 фильтра установлен манометр. Давление выше 15·10⁴ Па предупреждает о том, что фильтр «забит», и его выключают.

Продукт поступает внутрь каркаса, проходит через сетку в пространство между каркасом и корпусом, выходит через патрубок и трёхходовый кран 5.

Продолжительность непрерывной работы фильтра от 1,5 до 2 ч.

Рабочими элементами фильтр-прессов являются рамы и плиты, которые размещаются поочередно. Плиты покрывают фильтровальной тканью. В одном фильтр-прессе находится от 10 до 60 рам. При сборке отверстия в рамах и плитах должны совпадать, в результате чего образуются каналы Из такого канала исходная жидкость через отверстия поступает внутрь рамы. Осадок задерживается тканью, а фильтрат проходит через нее и стекает по рифленой поверхности плиты. Через отверстия в плитах фильтрат попадает в сборный желоб.

Плиты 2 и рамы 3 фильтр-пресса (рис. 12) изготовляют из чугуна. Сжатие плит и рам осуществляется винтовым гидравлическим или электромеханическим зажимом.

Фильтр-прессы работают при давлении до 4·10⁵ Па. По мере заполнения рам осадком скорость фильтрации уменьшается. В течение некоторого времени скорость фильтрации может оставаться постоянной вследствие увеличения давления. Когда давление достигает постоянного предельного значения, скорость фильтрации замедляется.



Рис. 12. Фильтр-пресс: 1, 4 - неподвижная и подвижная концевые плиты; 2 - плиты; 3 - рамы; 5 - станина; 6 - гидравлический зажим; 7 - штуцер ввода суспензии, промывной воды и сжатого воздуха; 8 - кран для вывода фильтрата и промывной воды.

Производственные испытания по фильтрации предварительно отстоявшейся сыворотки на рамном фильтр-прессе при давлении 2,9·10⁵ Па показали, что средняя скорость фильтрации составляет 5,7 л/(мин·м²), остаточное количество взвешенных частиц не превышает 1 г/л, фильтр-пресс непрерывно работает до 2,5 ч, влажность осадка от 40 до 60%.

2.7 Метод сепарирования

2.7.1 Основы центробежного разделения

Центробежными методами выделения коагулированных сывороточных белков являются сепарирование и центрифугирование. Рабочим органом сепаратора, в котором происходит процесс разделения, является барабан.

Принцип действия сепаратора-осветлителя (рис. 13) заключается в следующем. Продукт, подвергаемый очистке, по центральной трубке поступает в тарелкодержатель, из которого направляется в шламовое пространство между кромками пакета тарелок и крышкой. Затем жидкость поступает в межтарелочные пространства. По зазору между тарелкодержателем и верхними кромками тарелок поднимается вверх и через прорезь выходит из барабана. Процесс очистки начинается в шламовом пространстве и завершается в межтарелочных.

Рис. 13. Схема барабана сепаратора-осветлителя: 1 - исходный продукт; 2 - легкая фракция; 3 - тяжелая фракция; 4 - осадок

Процесс разделения гетерогенных систем осуществляется главным образом в межтарелочном пространстве. При этом траектория частиц дисперсной фазы состоит из двух стадий. Легкая фракция дисперсной фазы движется к оси вращения, а тяжелая - к периферии (рис. 14).

Рис. 14. Схема движения частиц дисперсной фазы в межтарелочном пространстве сепаратора - осветлителя

Для осуществления центробежного метода осветления необходимо определить разделяемость суспензии «сыворотка - хлопья белка».

Средняя величина разделяемости суспензии «сыворотка - хлопья белка» при кислотно-щелочном способе коагуляции белка и температуре центрифугирования от 85 до 90°С составляет 0,100·10^-6 усл. ед.

Современные сепараторы и очистители имеют фактор разделения от 0,09·10⁸ до 0,26·10⁸, что значительно превышает разделяемость суспензии «сыворотка - хлопья белка». Поэтому с этой точки зрения центробежная очистка сыворотки возможна.

Сепарируют сыворотку, как правило, при температуре от 85 до 95^oС (температура коагуляции).

2.7.2 Сепарирующие устройства

Для осуществления процесса выделения белковых хлопьев из сыворотки в потоке необходимы сепараторы с механическим удалением осадка.

Для осветления сыворотки некоторое время применяли специальный сепаратор марки А1-ОТС с двухэтапной периодической центробежной выгрузкой осадка (рис. 15).

Управление выгрузкой осадка в этом сепараторе - ручное, с учетом визуального контроля результатов осветления. Выгрузку осадка из барабана осуществляли, как только помутнеет осветленная сыворотка в специальном смотровом окне на трубопроводе отвода просепарированного продукта. После перекрытия крана на линии поступления исходного продукта, поворотом крана на гидросистеме сепаратора производится выброс из барабана межтарелочной жидкости (сыворотки), а затем уже поворотом того же крана осуществляли центробежную выгрузку осадка.

Таким образом, двухэтапная выгрузка осадка позволяет получить более высокое содержание сухих веществ (не ниже 20%) в белковом концентрате (белковой массе).



Рис. 15. Сепаратор А1-ОТС: 1 -коммуникации; 2 - крышка сепаратора; 3 - барабан; 4 - приемник осадка; 5 - станина; 6 - гидроузел

Этот сепаратор имеет следующие технические характеристики: производительность - 5000 л/ч; скорость вращения барабана - 4400 об/мин; мощность электродвигателя - 13 кВт.

В настоящее время для очистки сыворотки от хлопьев коагулированного белка выпускают специальный саморазгружающийся сепаратор марки Ж5-ОТС (рис. 16).



Рис. 16. Сепаратор Ж5-ОТС: 1 - станина с приводным механизмом; 2 - тахометр; 3 - гидроузел; 4 - пакет конических тарелок; 5 - барабан; 6 - вертикальный вал; 7 - пробка отверстия для спуска масла; 8 - указатель уровня масла; 9 - пробка отверстия для залива масла; 10 - корпус; 11 - поршень; 12 - тарелкодержатель; 13 - крышка барабана; 14 - питающая трубка; 15 - напорный диск; 16 - колпак; 17 - приемник шлама; 18 - клапан

В данном сепараторе процесс разгрузки полностью автоматизирован. После заполнения шламового пространства белковой массой, что фиксируется по помутнению фугата в смотровых окнах, подача сыворотки на очистку прекращается. При помощи гидравлического устройства поршень клапанного механизма перемещается к центру сепаратора, открывая каналы для удаления жидкой сыворотки из межтарелочного пространства. Затем при помощи того же устройства буферная жидкость (вода) открывает разгрузочные щели барабана. Белковая масса (осадок) под действием центробежной силы выбрасывается из шламового пространства в приемник. После прекращения подачи буферной жидкости поршни клапана и барабана возвращаются в исходное положение и процесс сепарирования продолжается.

Производительность сепаратора Ж5-ОТС является достаточной для получения сыворотки необходимой степени осветления, что было доказано по результатам производственных испытаний (табл. 18) [27].

Таблица 18 Результаты производственных испытаний

Производительность по сыворотке, л/ч	Эффективность выделения взвешенного осадка, %	Влажность осадка, %
5400	98,1	75,2
5200	94,3	78,1
5000	97,8	77,9
5000	96,7	76,4
4800	97,5	78,2
4700	95,5	78

Процесс получения белковой массы на саморазгружающемся сепараторе происходит непрерывно (отстойники и фильтр-прессы не используются). Мойка машины - безразборная.

Опыт внедрения сепараторов марки Ж5-ОТС показал высокую эффективность процесса центрифугирования.

Однако сепаратор модели ОТС можно усовершенствовать за счет пружинной упругой вставки в барабан, что позволит улучшить процесс разгрузки белковой массы и повысить содержание сухих веществ в ней.

Процесс отделения денатурированных хлопьев белка из сыворотки с использованием сепаратора-очистителя достаточно эффективен и технологичен.

Эффективность очистки сыворотки на саморазгружающемся сепараторе (составляет 97,8%) не уступает эффективности фильтрации и значительно превосходит способ отстоя. Количество взвешенного осадка в очищенной сыворотке не превышает 0,06% (может быть 0,01%). Влажность белковой массы не превышает 80%.

Следует отметить, что некоторые сложности могут возникнуть в тех случаях, когда после коагуляции белков сыворотка некоторое время отстаивается в ванне для отваривания альбумина. В этом случае в сепаратор поступает суспензия со значительно повышенным содержанием дисперсной фазы, идет быстрое заполнение, а затем и переполнение шламового пространства, т.е. осадком заполняются даже межтарелочные пространства. Как правило, это приводит к «зависанию» осадка при его выгрузке, барабан начинает усиленно вибрировать, что и небезопасно и отрицательно сказывается на работоспособности сепаратора, особенно приводного механизма.

Избежать указанного явления можно только за счет своевременной подачи исходного продукта на сепарирования, а именно - сразу же после появления хлопьев белка при его коагуляции.

Также следует отметить, что не исключается возможность использования для осветления молочной сыворотки саморазгружающихся сепараторов-молокоочистителей. В этом случае содержание сухих веществ в белковой массе будет несколько ниже, но на уровне 15%. Необходимо только правильно подобрать время между разгрузками или снабдить отводной трубопровод смотровым окном. Время между разгрузками должно быть установлено таким образом, чтобы к моменту центробежной выгрузки осадка шламовое пространство барабана было бы заполнено осадком примерно на 80%.

2.8 Метод ультрафильтрации

2.8.1 Мембранные методы разделения

Кроме уже описанных способов осветления молочной сыворотки возможно использование метода ультрафильтрации.

Данный метод необходимо рассматривать обособлено, т. к. при его осуществлении нет необходимости в предварительной коагуляции белков сыворотки, а происходит отделение нативного белка.

Ультрафильтрация является мембранным методом обработки. Она основана на свойствах молочной сыворотки как гетерогенной системы с четко выраженной селективностью компонентов по молекулярной массе, размерам и ионной силе.

Основной деталью мембранных установок являются специальные полупроницаемые мембраны с различным диаметром пор, соизмеримых с молекулами находящихся в растворе компонентов. В зависимости от диаметра пор мембраны происходит разделение находящихся в растворе компонентов: компоненты с размерами менее диаметра пор проходят через мембрану, а компоненты с большими размерами задерживаются. Получаются два раствора с различными компонентами (рис. 17).

Рис. 17. Принцип разделения молекул при ультрафильтрации: 1 - мембрана; 2 - макромолекулы; 3 - вода; 4 - минеральные вещества

Проницаемость всех видов мембран во время работы снижается, что обусловлено концентрационной поляризацией (образованием на поверхности фильтра слоя раствора с повышенной концентрацией), вследствие чего осмотическое давление и гидродинамическое сопротивление увеличиваются. Для уменьшения этого эффекта раствор необходимо энергично перемешивать или резко увеличить скорость его прохождения через мембрану.

Мембраны изготовляют из различных материалов: полимерных пленок, стекла, металлической фольги и т. д. Наиболее распространены мембраны из полимерных пленок.

Мембраны должны обладать следующими свойствами: высокой разделяющей способностью (селективностью), высокой удельной производительностью (проницаемостью), постоянством своих характеристик в процессе эксплуатации, химической стойкостью в разделяющей среде, механической прочностью.

Полупроницаемые мембраны бывают пористыми и непористыми. Для проведения процесса ультрафильтрации применяют пористые мембраны, изготовляемые в основном из полимерных материалов. Они имеют тонкий (около 0,25 мкм) поверхностный слой (так называемый «активный слой») и микропористую подложку (матрицу) из того же полимера толщиной примерно 50 мкм. Для придания повышенной механической прочности мембрану дополнительно армируют нетканой подложкой из пористого полимера (рис. 18).

Рис. 18. Анизотропная мембрана: а - без армирующей подложки; б - с подложкой; 1 - полупроницаемый слой; 2 - дренажный слой; 3 - армирующая подложка

В промышленности применяют следующие полимерные мембраны: целлюлозные, на основе эфиров целлюлозы, акрилонитриловые, нейлоновые, поливинилхлоридные, изготовленные на основании поликарбонатов и полисульфонов. Эти мембраны, изготовленные из различных полимеров, имеют ряд преимуществ: достаточную механическую прочность, равномерность размеров пор, высокую химическую стойкость.

Фильтрующая перегородка из полимерных мембран может иметь любую форму. Изготовляют полимерные мембраны в виде плоских пленок и лент, цилиндрических пленок на пористой цилиндрической основе и полых волокон.

Для ультрафильтрации молочного сырья созданы два типа полупроницаемых мембран: ацетатцеллюлозные (первое поколение) и поли-сульфонамидные на подложке из электроизоляционной бумаги (второе поколение) (табл. 19).

Таблица 19 Техническая характеристика мембран

Показатель	Мембраны
	ацетатцеллюлозные типа (УАМ)	полисульфонамидные типа (УМП-II)
рН среды	3-8	1-13
Температура среды, °С	0-55	0-90
Давление, МПа	до 0,7	до 0,74
Проницаемость при обработке молочного сырья (Р=0,3 МПа), л/м2/ч:
Т=50°С	35-40	0-45
Т=10°С	8-10	8-10
Селективность по белку, %	90-92	92-95
Гарантийный срок, мес.	6	12

Ацетатцеллюлозные мембраны имеют низкую механическую прочность (изготавливают без армирующей подложки) и недостаточную термохимическую стойкость. При их мойке предусмотрено использование дорогостоящих ферментных препаратов.

В последнее время появились высокопрочные мембраны третьего поколения, изготовленные на основе металлокерамики, которые выдерживают температуру до 400°С, допустимый интервал рН от 1 до 14 и не имеют ограничений по концентрации ионов металлов в промывочной воде.

Применительно к молочной сыворотке главными достоинствами мембранного способа разделения является:

ь возможность направленного регулирования ее состава и свойств при сравнительно небольших энергетических затратах;

ь создание на этой основе новых молочных продуктов с пониженной калорийностью и высокой биологической ценностью;

ь рациональное использование молочной сыворотки на основе малоотходных и безотходных технологических процессов.

При использовании мембраны в необходимом количестве собираются в узлах, которые называют ультрафильтрационными модулями.

Для проведения ультрафильтрации молочной сыворотки используют полупроницаемые мембраны диаметром пор от 10 до 100 нм, способные задерживать компоненты с молекулярной массой от 10 и выше. Необходимое давление для осуществления процесса ультрафильтрации находится на уровне от 0,1 до 1 МПа (от 1 до 10 атм).

Производительность мембран зависит, помимо размеров пор, также от давления фильтрации и температуры продукта (рис. 19, 20).

Из приведенных диаграмм видно, что с повышением рабочего давления производительность мембран возрастает, но по достижении определенного уровня (максимально допустимого давления фильтрации) рост ее прекращается. Производительность мембран типа УАМ при дальнейшем повышении давления до некоторой величины (критической величины давления фильтрации) резко снижается.



Рис. 19. Зависимость проницаемости мембран по творожной сыворотке при температуре 20°С от давления

Рис. 20. Зависимость проницаемости мембран по творожной сыворотке при давлении 0,4 МПа от температуры

Многими исследователями отмечено, кроме того, что даже при давлении в пределах максимального (0,4 МПа) мембраны типа УАМ снижают производительность до 50% в течение 2 ч работы. За это время происходит их усадка, и только по истечении его эти мембраны приобретают свои стабильные характеристики (производительность и селективность). Мембраны типа УМП не имеют критических давлений фильтрации, т. к. они отличаются более жесткой крупнозернистой структурой. Однако и эти мембраны на первоначальной стадии работы дают усадку (коэффициент усадки от 0,35 до 0,40) [15].

Повышение температуры фильтрации от 20 до 50°С способствует увеличению производительности мембран на 90% (за счет уменьшения вязкости и интенсификации броуновской диффузии молекул раствора), поэтому процесс ультрафильтрации эффективнее вести при более высоких температурах.

С точки зрения сохранности нативных свойств молочного сырья, а также получения концентратов и фильтратов с хорошими микробиологическими показателями температуру 50-55°С можно рекомендовать как наиболее оптимальную при ультрафильтрации молочной сыворотки.

Метод ультрафильтрации принципиально отличается от обычного фильтрования, т. к. образуются два раствора: концентрированный и разбавленный, тогда как при фильтровании осадок откладывается на фильтровальной перегородке.

В результате ультрафильтрации получается белковый концентрат, содержащий высокомолекулярные соединения молочной сыворотки, и фильтрат (пермеат) - раствор лактозы, минеральных солей и других низкомолекулярных соединений, аналогичный по составу молочной сыворотке.

Основной задачей управления процессом ультрафильтрации является поддержание заданных технологических режимов с получением белкового концентрата и фильтрата с необходимым составом (табл. 20, 21).

Таблица 20 Состав белкового концентрата

Продукт	Содержание, %
	сухих веществ	белка	лактозы	минеральных солей	молочной кислоты	воды
Исходная сыворотка	6,5	0,7	4,5	0,6	0,6	93,5
Концентрат	18	12,5	4,5	0,6	0,6	82

Таблица 21 Состав фильтрата сыворотки

Показатель	Фильтрат
	подсырной сыворотки	творожной сыворотки
Сухие вещества, %	5,1-5,4	5,2-5,6
лактоза	4,2-4,8	4,2-4,8
белок	0,20-0,24	0,20-0,24
зола	0,50-0,75	0,6-0,9
Макроэлементы, мг на 100 г.
кальций	55-70	85-120
фосфор	40-65	65-80
калий	120-180	150-280
натрий	61-90	45-75
Микроэлементы, мг на 100 г.
медь	2,7 1,0	-
цинк	11,5-20,5	-
железо	63-80	-
марганец	5,2-5,5	4,6-4,8
Активная кислотность, рН	5,2-5,8	4,7-5,1
Титруемая кислотность, °Т	8-18	80-100
Плотность, кг/м3	1012-1018	1016-1018
Вязкость, Па·с	1,135-1,15	1,130-1,155

Перед проведением ультрафильтрации молочную сыворотку желательно (не обязательно) подвергать предварительной обработке для предотвращения загрязнения мембран и увеличения их срока службы.

Оптимальным режимом подготовки подсырной сыворотки является тепловая обработка при температуре от 58 до 62°С с последующей выдержкой около часа и доведение рН обрабатываемого продукта до 5,5.

Творожную сыворотку нагревают до 90°С и выдерживают от 15 до 20 мин, после этого охлаждают до 50°С и направляют в мембранную обработку.

Такая обработка способствует инактивации фосфата кальция, который сильно засоряет мембраны.

2.8.2 Ультрафильтрационная установка А1-ОУС

Для выделения белков из молочной сыворотки предназначена ультрафильтрационная установка А1-ОУС (рис. 21), имеющая следующие технические характеристики (табл. 22).

Рис. 21. Схема ультрафильтрационной установки А1-ОУС: 1,2 - резервуары исходного продукта, 3, 11, 13, 17 - трубопроводы; 4 - отвод; 5 - манометр; 6, 15 - расширители; 10, 12, 14 - секции модулей; 7 - фильтр; 8 - соединитель; 9 - ротаметр; 16 - клапан; 18 - теплообменник; 19 - резервуар фильтрата; 20 - предохранительный клапан; 21 - установка пластинчатая нагревательная 21; 22 - насос.

Таблица 22 Техническая характеристика ультрафильтрационной установки А1-ОУС

Техническая характеристика	Значение показателя
Производительность, л/ч	5000
Общая рабочая поверхность мембран, м2	152
Давление сжатого воздуха, МПа	0,6
Установленная мощность, кВт	77,8
Температура воды, К	353
Расход горячей воды, м3/ч	17
Температура ледяной воды, К	273,5 - 274,5
Расход холода, кВт	45,5
Температура горячей умягченной воды, К	313 - 318
Расход горячей воды, м3/ч	3
Температура холодной умягченной воды, К	291 - 293
Расход холодной воды, м3/ч	25
Габаритные размеры, мм	16500x3005x1828
Площадь установки, м2	80
Масса, кг	16000

Ультрафильтрационная установка состоит из шести ультрафильтрационных секций, соединенных последовательно. Каждая ультрафильтрационная секция состоит из параллельно соединенных модулей 10, 12 и 14.

Мембранный модуль - это основной элемент ультрафильтрационного аппарата. В установке А1-ОУС используют модули двух типоразмеров с рабочей поверхностью 7,7 и 3,6 м². Первый из них содержит 53 фильтрующих элемента и 54 эластичные прокладки, второй - соответственно 25 и 26. В аппарате первые четыре секции компонуют из модулей первого типоразмера, две последние - из второго.

Конструкция модуля (рис. 22) представляет собой плоскорамный фильтр-пресс с плоскими фильтрующими элементами.

Рис. 22. Модуль ультрафильтрационной установки

Модуль состоит из нижней 1 и верхней 4 несущих плит, между которыми расположен пакет 8 фильтрующих элементов, содержащий опорную пластину, дренажный материал и полупроницаемую мембрану 11. Плиты стягиваются с помощью шпилек 2 и 10, гаек 3 и 6 и шайб 5. Фильтрующие элементы в пакете разделяются между собой эластичными прокладками 9.

Опорные пластины имеют отверстия в виде щели, длина которой равна ширине полупроницаемой мембраны 11. Мембрана выполнена в виде полосы, продетой через щель, а эластичная прокладка 9 - в виде рамки, перекрывающей полупроницаемую мембрану по всем ее кромкам.

Модуль комплектуется мембранами типа УАМ-450 с и лавсановой фильтровальной тканью. На верхней плите 4 имеется рым-болт 7 для удобства монтажа и обслуживания.

Каждая секция содержит циркуляционный насос и теплообменник. Насос обеспечивает многократную циркуляцию продукта по контуру секции. Производительность насоса подобрана из условий обеспечения скорости жидкости над мембраной от 1,5 до 2,0 м/с. Теплообменник 18 предназначен для охлаждения циркулирующего продукта (см. рис 21).

Подающий насос подает подсырную сыворотку в установку. Пластинчатая установка 21 предназначена для нагрева подсырной сыворотки перед подачей в первую секцию ультрафильтрационной установки.

Резервуары 1 и 2 служат для накапливания сыворотки перед ультрафильтрацией. Фильтр 7 предназначен для фильтрации подсырной сыворотки перед ее поступлением в первую секцию ультрафильтрационной установки. Контрольно-измерительные и регулирующие приборы, а также элементы управления технологическим процессом сосредоточены на щите контроля и управления.

Установка снабжена прессом, который используется при сборке модулей и предназначен для сжатия пластин модуля в пакет, обеспечивая тем самым его герметичность.

Работа установки осуществляется следующим образом.

При прохождении молочной сыворотки через модули шести секций ультрафильтрационной установки происходит наращивание ее концентрации за счет отбора фильтрата, проходящего через полупроницаемые мембраны.

Фильтрат со всех шести секций установки отводится в промежуточный резервуар фильтрата, откуда он поступает в приемные ёмкости для дальнейшего использования.

Выход установки на режим осуществляется при закрытом регулирующем клапане. При достижении заданного значения содержания сухих веществ в шестой секции клапан открывается и производится выход концентрата. В процессе работы установки содержание сухих веществ в концентрате поддерживается автоматически регулирующим клапаном.

Подпитка системы в связи с непрерывным отбором фильтрата и выпуском готового концентрата при достижении заданного содержания сухих веществ обеспечивается непрерывной подачей выворотки из резервуаров насосом 22. Подпитка системы обеспечивает заданную производительность по фильтрату и концентрату.

2.9 Сравнительная характеристика методов осветления сыворотки

Рассмотренные в данной работе различные способы денатурации сывороточных белков молочной сыворотки имеют свои достоинства и недостатки. Проведя их сравнение можно выбрать наиболее выгодный вариант коагуляции белков (табл. 23), который позволит получать продукт необходимой степени осветления, а также использовать денатурированные белки для дальнейшей переработки в других отраслях пищевой промышленности.

Как мы видим, наиболее качественный способ - это использование биополимера хитозана. Его использование выгодно не только из-за самого высокого процента выделения белка (93%), но и вследствие его многофункциональности в физиологическом отношении, как биологически активной добавки.

Таблица 23 Степень коагуляции белков молочной сыворотки при различных способах

Способ коагуляции	Реагент-коагулянт	Расход реагента на 1 т сыворотки, л	Выделение белка, %
			пределы колебаний	среднее значение
Тепловой	-	-	20 - 34	27
Кислотный	Соляная кислота	1,5 - 2	37 - 63	48
	Молочная кислота	4 - 4,5	39 - 57	47
	Уксусная кислота	1 - 1,5	39 - 55	48
	Кислая сыворотка	130 - 150	38 - 45	41,5
Хлоркальциевый	Хлористый кальций	9 - 10	39 - 55	54,3
Кислотно-щелочной	Соляная кислота + питьевая сода	75 - 80	45 - 63	54,3
Комплексообразование	Полиакриловая кислота	10	50 - 70	65
	Железосодержащая полиакриловая кислота	3 - 10	75 - 85	80
	Хитозан	2,5 - 10	90 - 95	93

Применение хитозана позволяет получить продукт с уникальными лечебными свойствами, что является дополнительным преимуществом. Но хитин (панцири ракообразных), из которого и получают хитозан, очень дорогостоящий продукт, поэтому и использование хитозана требует больших затрат.

Поэтому с экономической точки зрения наиболее выгодным становится использование полиакриловой кислоты, либо кислотно-щелочного способа, однако они сильно уступают в качестве выделения белков.

В настоящее время в молочной промышленности наиболее широко применяется кислотно-щелочной способ коагуляции при значениях рН, близких к изоэлектрической точке. Но этот способ не является достаточно надежным и технологичным.

Таким образом, для выделения белков из молочной сыворотки следует применять метод комплексообразования с использованием раствора хитозана. Это метод позволяется получить высокую степень выделения белков (до 93%) и приносит дополнительные уникальные свойства продукту.

Однако следует отметить, что необходимо проводить исследования по получению биополимера хитозана из новых источников (мелкие ракообразные и пчелы), чтобы обеспечить большую экономическую выгоду.

После коагуляции белки необходимо выделить из сыворотки. Для этого применяются различные аппараты и установки (табл. 22).

Таблица 22 Эффективность различных способов выделения белковых хлопьев из молочной сыворотки

Сыворотка	Способ очистки	Содержание белка, %	Удалено белка, %
			всего	коагули-рованного
Исходная	-	0,84	-	-
Очищенная	Отстой в течение 1,5ч	0,43	49	85
	Фильтрация через ткань (без предварительного отстоя)	0,45	48	77
	Фильтрация через ткань (без отстоя, с наполнителем)	0,375	59	90
	Фильтрация через ткань (с предварительным отстоем)	0,38	58,6	88
	Фильтрация через ткань (с отстоем, с наполнителем)	0,32	62	94
	Фильтрация через бумагу (контроль)	0,31	63,5	95
	Сепарирование	0,315	62,5	97,8
	Ультрафильтрация	0,2 - 0,24	70 - 75	-

Как мы видим, наиболее эффективное разделение суспензии коагулированных белков для промышленного использования можно добиться центробежным способом на специальных сепараторах.

Эффективность очистки сыворотки на саморазгружающемся сепараторе несколько превышает эффективность фильтрации и значительно превосходит способ отстоя.

Способ коагуляции в определенной мере влияет на последующее центробежное разделение образовавшейся суспензии, поскольку способы отличаются и по степени коагуляции белков и по степени дисперсности образовавшейся системы. Предпочтение по этим показателем за кислотно-щелочным способом и использованием комплексообразователей.

Отдельно следует рассмотреть метод ультрафильтрации, который не требует предварительной коагуляции белков сыворотки, и проводится выделение нативного белка.

Преимуществом мембранного способа разделения является возможность направленного регулирования состава и свойств получаемого продукта и рациональное использование молочной сыворотки на основе малоотходных и безотходных непрерывных технологических процессов. Однако применяемые ацетатцеллюлозные мембраны имеют низкую химическую и микробиальную стойкость, что влияет на продолжительность их работы и как следствие на стоимость производства, также данные мембраны требуют частой дезинфекции и сложной очистки. Только дальнейшее совершенствование мембран позволит использовать ультрафильтрационные установки повсеместно.

Таким образом, по результатам анализа различных методов осветления молочной сыворотки при производстве напитков, мы можем сделать вывод, что наиболее качественное осветление происходит после денатурации белков сыворотки при помощи комплексообразователя - хитозана, с последующим отделением осадка на специализированном сепараторе. В следующем разделе мы рассмотрим принцип работы такого сепаратора и рассчитаем его характеристики.

3. конструкторский раздел

3.1 Сепаратор-осветлитель Ж5-ОТС

В настоящее время для очистки сыворотки от хлопьев коагулировавшегося белка выпускают специальный саморазгружающийся сепаратор марки Ж5-ОТС (рис. 23), а его технические характеристики следующие (табл. 23).

Таблица 23 Техническая характеристика сепаратора Ж5-ОТС

Техническая характеристика	Значение показателя
Производительность по исходной сыворотке, л/ч	5000
Рабочая частота вращения барабана, с-1	83
Количество тарелок, шт.	158
Межтарелочный зазор, мм	0,5
Диаметр образующей тарелки, мм:
максимальный	400
минимальный	120
Угол наклона образующей тарелки, град.	50
Размер белковых хлопьев в исходной сыворотке, мм, не более	0,5
Давление буферной жидкости, МПа	0,15
Температура сепарирования, оС	90 - 95
Вместимость шламового пространства, л	19
Мощность электродвигателя, кВт	15
Габариты, мм	1450х1040х1580
Масса сепаратора, кг	1488

Сепаратор состоит из литой чугунной станины 1, гидроузла 3, приемника шлама 17, барабана 5 и колпака 16.

Во внутренней части станины находится масляная ванна для смазки частей механизма. Уровень масла контролируется визуально посредством указателя 8. Масло заливается в станину через специальное отверстие для залива 9. Выпускное отверстие с пробкой 7 служит для смены масла и слива моющих средств.



Рис. 23. Сепаратор Ж5-ОТС: 1 - станина с приводным механизмом; 2 - тахометр; 3 - гидроузел; 4 - пакет конических тарелок; 5 - барабан; 6 - вертикальный вал; 7 - пробка отверстия для спуска масла; 8 - указатель уровня масла; 9 - пробка отверстия для залива масла; 10 - корпус; 11 - поршень; 12 - тарелкодержатель; 13 - крышка барабана; 14 - питающая трубка; 15 - напорный диск; 16 - колпак; 17 - приемник шлама; 18 - клапан

Также внутри станины размещены горизонтальный вал, вертикальный вал 6 и тахометр 2. Она закрывается крышкой, на которой монтируется тахометр для контроля числа оборотов горизонтального вала. Горизонтальный вал соединен с валом электродвигателя муфтой. В его средней части имеются две шестерни. Одна нарезана на валу и входит в зацепление с шестерней вала тахометра. Вторая крепится с помощью шпонки и входит в зацепление с винтовой шестерней на вертикальном валу 6. Вертикальный вал устанавливается в верхней и нижней опорах.

На валу 6 крепится барабан 5, который является основным рабочим узлом сепаратора. В нем происходит очистка молочной сыворотки от примесей под действием центробежных сил. Барабан сепаратора состоит из корпуса 10, крышки 13 и тарелкодержателя 12 с пакетом тарелок 4. В пакете 158 тарелок с расстояниями между ними 0,5 мм.

Молочная сыворотка поступает в барабан по питательной трубке 14. Внутри камеры барабана размещается также диск 15 напора сыворотки, надетый на центральную трубку.

К станине крепится приемник шлама, имеющий сборники шлама и буферной воды. Приемник шлама предназначен для отвода осадка, выбрасываемого из барабана.

Принцип работы сепаратора марки Ж5-ОТС следующий: сыворотка с хлопьями скоагулировавших белков по центральной трубе поступает в барабан, где под действием центробежной силы происходит выделение белковых хлопьев, которые скапливаются в приемнике шлама. Очищенная сыворотка выводится под напором из сепаратора.

После заполнения шламового пространства белковой массой, что фиксируется по помутнению фугата в смотровых окнах, подача сыворотки на очистку прекращается. При помощи гидравлического устройства поршень 11 клапанного механизма 18 перемещается к центру сепаратора открывая каналы для удаления жидкой сыворотки из межтарелочного пространства. Затем при помощи того же устройства буферная жидкость (вода) открывает разгрузочные щели барабана. Белковая масса (осадок) под действием центробежной силы выбрасывается из шламового пространства в приемник. После прекращения подачи буферной жидкости поршни клапана и барабана возвращаются в исходное положение и процесс сепарирования продолжается.

Сепаратор укомплектован электродвигателем типа - 4А160S4-УЗ, с исполнением - МЗ01.

3.2 Основные расчеты сепараторов

Выполним расчеты сепаратора, используя следующие исходные данные: число тарелок , высота тарелки , частота вращения барабана , максимальный радиус тарелки , минимальный радиус тарелки , вязкость сыворотки , плотность белковой частицы , плотность молочной сыворотки , угловая скорость вращения барабана , угол образующей тарелки , радиус отделяемой частицы , расстояние между тарелками по вертикали , толщина тарелки , высота пакета тарелок , концентрация взвешенных частиц в сепарируемом продукте а=80%, высота барабана , максимальный наружный радиус барабана , масса барабана , расстояние между верхним и нижним подшипником , расстояние от верхнего подшипника до центра тяжести , диаметр вертикального вала , частота вращения ротора сепаратора .

1. Важнейшая характеристика сепаратора - его разделяющий фактор Ф, под действием которого осуществляется технологический процесс. Разделяющий фактор определяют по комплексу параметров сепаратора [8]:



где - число тарелок, шт; - высота тарелки, м; - частота вращения барабана, с^-1; - производительность сепаратора, м³/с; - максимальный радиус тарелки, м; - минимальный радиус тарелки, м.

Также можно определить фактор разделения для суспензии «сыворотка - хлопья белка» по формуле [27]:

где - вязкость сыворотки, Па; - плотность белковой частицы, кг/м³; - плотность молочной сыворотки, кг/м³; - эквивалентный размер частицы, подлежащей выделению, м^-2.

Как мы видим фактор разделения рассматриваемого сепаратора удовлетворяет необходимому значению этого показателя для суспензии «сыворотка - хлопья белка», поэтому сепаратор Ж5-ОТС можно использовать для осветления сыворотки.

2. Необходимо знать основные конструктивные факторы, оказывающие существенное влияние на эффективность процесса сепарирования. Их можно определить следующим образом.

1) Производительность сепаратора определяется по формуле [9]:



где - угловая скорость вращения барабана, рад/с; - разность плотности частицы и сыворотки, кг/м³; - угол образующей тарелки, град; - радиус отделяемой частицы, м; - расстояние между тарелками по вертикали, м; - толщина тарелки, м.

В большинстве случаев в технических характеристиках производительность сепараторов приводится в единицах - л/ч, поэтому проведем перевод полученного результата:

2) Объём осадка, удаляемого из сепарируемого устройства определяется по формуле [8]:

где - высота пакета тарелок, м.

3) Время непрерывной работы сепаратора между разгрузками равно [9]:

где а - концентрация взвешенных частиц в сепарируемом продукте, %.

4) Температура сепарирования определяется по формуле [8]:

5) Мощность электродвигателя привода сепаратора равна [8]:

где - коэффициент, (К ? 0,015); - высота барабана, м; - максимальный наружный радиус барабана, м.

6) Критическая частота вращения вала, т. е. скорость, при которой происходит разрушение вала равна [9]:

(1)

где - сила, вызывающая прогиб вала на 1м, Н/м; - масса барабана, кг.