VI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Удивительное изобретение - сепаратор для молока
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Введение
Каждое лето на летних каникулах я гощу у бабушки в деревне. В деревне очень хорошо! Свежий воздух, натуральные продукты, много интересных дел, с которыми не заскучаешь. Я всегда помогаю бабушке, и с детства наблюдал за удивительным прибором, с помощью которого из молока получаются вкусные сливки. В этом году меня очень заинтересовало что же находится внутри этого прибора, и как так быстро происходит переработка молока, зачем был изобретен данный прибор и насколько он необходим.
Цель проекта: Изучить сепаратор, исследовать процесс сепарирования молока.
Задачи проекта: изучить литературу о изобретении сепаратора, о его устройстве, изучить свойства молока, влияющие на процесс сепарирования, узнать где еще использую принцип сепарирования, делать фотосьемку деталей сепаратора, процесса сборки и сепарирования молока, обобщить полученные знания.
Предмет исследования: сепаратора для молока.
Сепаратор для молока – история изобретения, принцип работы.
Изучив литературу, я узнал что цельное молоко, которое еще не проходило какой-либо обработки, содержит в себе множество компонентов, среди которых одно из важнейших значений имеет жир. И этот жир можно выделить из молока с минимальными затратами.
В древности люди просто собирали густой слой, образовавшийся на поверхности цельного молока, которое уже отстоялось. И сейчас если банку с молоком просто поставить в холодильник, и уже через один-два дня в ее верхней части образуется белый слой нежных сливок, которые являются ничем иным, как жиром. Однако выделение сливок из молока можно провести гораздо быстрее и проще, для этого нужно использовать центробежный сепаратор для молока.
Слово «сепарация» произошло от латинского «separatio», что в переводе означает: отделение. Применительно к сепаратору это означает разделение жидкостей с разной плотностью, эмульсий и т.д. на их составляющие. В отношении молока в этом случае отделяются более легкие частицы, а именно, жир.
Первый центробежный сепаратор появился в далеком 1878 году, он был изобретен шведским ученым Густавом де Лавалем ( Carl Gustaf Patrik de Laval), его фотография представлена в Приложении1.
Это устройство оказалось очень удобным и эффективным, поэтому в короткие сроки получило самое широкое распространение, как он выглядел в период своего создания можно увидеть на рисунке, представленном в Приложении 2.
В наше время молочные сепараторы центробежного типа активно применяются и в пищевой промышленности, и в домашнем хозяйстве. Важную роль в этом сыграли несложное устройство, разумная стоимость и крайне простая эксплуатация сепараторов, особенно бытовых. Поэтому сегодня практически каждый фермер, содержащий даже одну корову, может без проблем получать из молока сливки, производить масло и многие другие продукты.
Изучение свойств молока, влияющих на процесс сепарирования
Молоко́ — питательная жидкость, вырабатываемая молочными железами самок млекопитающих. Естественное предназначение молока — вскармливание потомства (в том числе и у человека), которые ещё не способны переваривать другую пищу. В настоящее время молоко входит в состав многих продуктов, используемых человеком, а его производство стало крупной отраслью промышленности.
По богатству и разнообразию своего химического состава коровье молоко превосходит любые другие продукты питания. Не существует другого продукта питания, который мог бы конкурировать с молоком. В молоке содержатся много компонентов, которые необходимы для нормальной жизнедеятельности организма. В состав коровьего молока входят около 50 различных микро- и макроэлементов. Основными минеральными веществами, содержащимися в коровьем молоке, являются магний, кальций, фосфор, калий, сера и хлор.
Жир и белок, содержащиеся в коровьем молоке, являются источником энергии для организма, а также строительным материалом для клеток.
Молоко очень хорошо усваивается детьми, так как жир присутствует в нем в виде мельчайших жировых капелек. Именно наличие в составе молока шариков жира позволяет провести процесс сепарации. Фотографию молока под микроскопом можно увидеть в приложении 3.
Принцип работы бытового сепаратора для молока.
Сепаратор состоит из следующих основных частей (см. Приложение 4): электропривод, барабан, ёмкость с краником и приемником – распределителем.
Электропривод состоит из пластмассового корпуса 1, в котором на упругих опорах установлен бесконтактный электродвигатель 2 питаемый от электронной платы управления 3. Для включения в электросеть электропривод имеет соединительный шнур 4 и выключатель 5. На передней части электропривода расположен регулятор 6 частоты вращения барабана.
Барабан (смотри Приложение 5) - основной узел сепаратора, в котором под действием центробежных сил происходит процесс разделения молока на сливки и обезжиренное молоко. Барабан состоит из основания 1, кольца уплотнителя 5, фиксатора 2, тарелок 3 и 4 (11 тарелок), тарелки верхней 6 с регулировочным винтом 7, крышки барабана 8 и гайки 9.
Работает сепаратор просто. Молоко из чаши через поплавковую камеру поступает в верхнюю часть барабана, где через полость в стакане стекает вниз, под пакет тарелок. Под воздействием центробежных сил молоко поступает в вертикальные каналы пакета тарелок и распределяется в межтарельчатом пространстве. Здесь оно разделяется на две фракции – сливки, которые движутся в сторону оси барабана, и обрата, который собирается на периферии барабана. Потоки сливок и обрата поднимаются в верхнюю часть барабана, и через отводные отверстия в верхней тарелке поступают в приемники сливок и обрата, а через них – в отводные рожки и в подставленные емкости.
Изменение жирности сливок достигается поворотом винта в верхней тарелке. При установке винта в то или иное положение производится плавное или ступенчатое изменение соотношения количество сливок и обрата. В современных бытовых сепараторах это соотношение может изменяться от 1:4 до 1:10, иногда встречаются аппараты с максимальным отношением 1:12. Жирность сливок растет с увеличением отношения количества сливок и обрата, однако на максимальную жирность продуктов сепарации в конечном итоге влияет жирность используемого молока.
Принцип, заложенный в регулировки жирности, очень прост. По оси винта проходит отверстие, через которое осуществляется отбор сливок из барабана и подача их в приемник сливок. При ввинчивании винта сливки отбираются из наиболее близкого к оси вращения барабана слоя, где они имеют максимальную жирность – в этом случае выход сливок уменьшается, но их жирность растет. При вывинчивании винта отбор сливок производится из слоев, более удаленных от оси барабана, а значит, и менее жирных. В этом случае выход сливок растет, но их жирность падает.
5. Практическая работа – сепарирование молока
Главный принцип, которым следует руководствоваться при использовании сепаратора, очень прост – нужно следовать тем рекомендациям, которые даны производителем аппарата в инструкции по эксплуатации. Однако есть несколько общих приемов работы с сепаратором, которые подходят для аппаратов всех типов.
Перед работой сепаратор нужно собрать. Сепаратор моей бабушки в разобранном виде занимает почти весь стол, что видно на фотографии в Приложении 6.
Для того чтобы собрать барабан нужно вложить в канавку основания 1 уплотнительное кольцо 2, затем установить фиксатор 3 так, чтобы штифт основания вошел в отверстие фиксатора; (Приложение 7)
- надеть последовательно все тарелки 4, 5, причем следует начинать с установки тарелки с выштамповками, следующая – гладкая, и так далее с чередованием тарелок с выштамповками и гладких; (Приложение 8 )
- установить тарелку верхнюю 6 и крышку 8. При этом выступ с винтом регулировочным 7 на тарелке верхней должен войти в паз крышки барабана, а выступ крышки барабана – в паз основания барабана; (Приложение 9)
- завинтить на втулку основания барабана гайку 9 и затянуть ее специальным ключом. (Приложение 10)
На вал электропривода надеть собранный барабан так, чтобы штифт во втулке барабана вошел в паз вала, предварительно протерев посадочные поверхности сухой и чистой салфеткой. (Приложение 11).
На корпус электропривода установить приемник обезжиренного молока и приемник сливок (Приложение 12), и установить молочную чашу (Приложение 13).
Затем нужно налить подогретое до температуры 35 - 45°C молоко (Приложение 14), включить сепаратор, отрегулировать поток сливок и обрата, и произвести сепарацию, обезжиренное молоки и сливки будут вытекать через рожки в подставленные емкости (Приложение 15 ).
При нормальной работе сепаратор должен издавать ровный звук, в нем не должны возникать вибрации, удары и т.д.
Важно отметить, что в электрический сепаратор нельзя наливать молоко сразу после включения – обычно требуется от 4 до 10 минут на «разгон» барабана. Связано это с наличием муфты, которая предотвращает поломку редуктора и мотора при резком включении. Электродвигатель сразу после включения начинает вращаться со значительной скоростью, но благодаря муфте редуктор и барабан сначала вращаются довольно медленно, и только через несколько минут выходят на рабочий режим.
После переработки молока сепаратор разбирается, все его детали тщательно промываются, и обязательно очищается грязевая полость верхней тарелки. Затем все детали просушиваются и кладутся на хранение.
В целом, молочный сепаратор – простое, надежное и эффективное устройство, которое помогает на дому организовать переработку молока и получать различные молочные продукты без значительных затрат времени, сил и средств.
Где еще используют сепарирование.
- в пищевой промышленности при производстве спирта и пива для отделения твердых фракций от жидких;
- в горном деле и добыче полезных ископаемых для обогащения и очищения руды от пустой и ненужной породы используются различные сепараторы. Для металлической руды подходит электрическая, магнитная и химическая сепарации.
- в сельском хозяйстве при сборе зерна получается смесь из зёрен, шелухи, стеблей, листьев и различного природного и андрогенного мусора. Для очистки производимого продукта (например, муки) применяется воздушные, центробежные и вибрационные сепараторы;
- в медицине при изготовлении фармакологических препаратов применяются разнообразные аппараты для очищения от побочных продуктов производства, также сепарация используется для разделения биологического материала (крови, лимфы и др.) на различные фракции.
- в холодильных системах маслоотделители и охладители жидкости. Масло в холодильных системах постоянно находится в контакте с хладагентом, уносится с ним из компрессора в нагнетательный трубопровод и разносится по всей системе. Если масло растворяется в хладагенте, то, прежде всего, необходимо предотвращать его попадание в теплообменные аппараты. Для этой цели на нагнетательной линии компрессора устанавливают маслоотделитель, в нижней части которого оседают капельки масла.
Отделители жидкости. Главная задача отделителя жидкости состоит в том, чтобы хладагент в компрессор попадал только в виде паров. Этот узел необходим не только во всех установках с затопленными испарителями, но и в установках, снабженных испарителями с перегревом, для предотвращения накопления хладагента в жидкой фазе на линии всасывания. Кроме функции разделения жидкой и паровой фаз отделитель жидкости обеспечивает возврат масла в компрессор. Таким образом, применение отделителя жидкости обеспечивает защиту от влажного хода компрессора и гидроударов, гарантирует механическую исправность компрессора и бесперебойную работу всей холодильной установки.
Выводы.
Вывод моей работы - сепаратор для молока очень облегчил переработку молока и получение сливок, значительно сэкономил время и усилия людей, улучшил качество получаемого продукта переработки, и его количество в связи с механизацией этого процесса. Этот факт так же подтверждает то, что этот прибор в короткие сроки получил очень широкое распространение во всем мире, а так же что принцип сепарации используют в других областях производства. Процесс сепарирования, то есть отделения жидкостей разной плотности друг от друга, который мне казался очень сложным, после изучения стал мне понятен. Я очень рад тому, что меня заинтересовала работа данного прибора и я изучил принцип его работы, убедился в том, что это удивительное изобретение, полезное и актуальное доже спустя столько лет после его изобретения.
Задачи исследования выполнены – я изучил литературу о изобретении сепаратора, о его устройстве, изучил свойства молока, влияющие на процесс сепарирования, узнал где еще использую принцип сепарирования, сделал фотосьемку деталей сепаратора, процесса сборки и сепарирования молока, сделал выводы и обобщил полученные знания в виде данной работы.
Поставив перед собой определенные задачи и выполнив их, считаю, что цель моей работы достигнута.
Литература:
Электронный ресурс удаленного доступа https://www.russkayaferma.ru/stati/kak_rabotaet_separator_dlya_moloka (дата обращения 25.10.2018).
2 . Электронный ресурс удаленного доступа http://promf.com/reference-equipment-food-ru/327-separator-how-work-ru.html (дата обращения 25.10.2018).
3. Электронный ресурс удаленного доступа https://ru.wikipedia.org/wiki/Молочный_сепаратор (дата обращения 20.10.218)
4. Электронный ресурс удаленного доступа https://ru.wikipedia.org/wiki/Сепаратор (дата обращения 15.10.2018).
5. Электронный ресурс удаленного доступа https://www.xn--d1afok.xn--p1ai/node/2020 (дата обращения 30.09.2018).
6. Электронный ресурс удаленного доступа https://agronomu.com/bok/7890-separator-dlya-moloka-tipy-princip-raboty-pravila-ekspluatacii.html#h-id-13 (дата обращения 15.10.2018).
7. Электронный ресурс удаленного доступа https://ru.wikipedia.org/wiki/Молоко (дата обращения 20.10.2018).
8. Электронный ресурс удаленного доступа https://lady.mail.ru/product/moloko-korove (дата обращения 15.10.2018).
9. Электронный ресурс удаленного доступа http://xcook.info/product/slivki.html (дата обращения 30.09.2018).
Приложение 1.
ГуставдеЛаваль ( Carl Gustaf Patrik de Laval)
Приложение 2.
Приложение 3.
Приложение 4.
Приложение 5.
Приложение 6.
Приложение 7.
Приложение 8.
Приложение 9.
Приложение 10.
Приложение 11.
Приложение 12.
Приложение 13.
Приложение 14.
Приложение 15.