Nauka o powierzchni separacji: zwiększenie wydajności lub efektywności bez konieczności stosowania dodatkowego wyposażenia
Dzisiejsze zakłady mleczarskie znajdują się pod coraz większą presją, aby zwiększać uzysk, jednocześnie podnosząc jakość produktów i optymalizując efektywność procesów. W pewnym stopniu rozwój technologii przetwórczych pomaga sprostać tym wymaganiom. Jednak szczególnie w kontekście wydajności jednym z elementów wyposażenia, który stał się ograniczeniem całej linii technologicznej, jest separator.
Tradycyjnym rozwiązaniem tego problemu było projektowanie linii technologicznych z wykorzystaniem wielu separatorów. Takie podejście ma jednak szereg oczywistych wad – od rosnących nakładów inwestycyjnych i większego zapotrzebowania na ograniczoną powierzchnię zakładu po zwiększone zużycie energii i wody, co przekłada się zarówno na wyższe koszty operacyjne, jak i większy ślad środowiskowy. W rezultacie zapotrzebowanie na rozwiązania umożliwiające osiąganie wyższej wydajności w ramach jednego separatora jest dziś większe niż kiedykolwiek.
Co ogranicza wydajność separacji?
Maksymalną możliwą wydajność danego separatora określa wiele czynników, ale jednym z kluczowych jest całkowita dostępna powierzchnia separacji wewnątrz misy. Aby lepiej to zrozumieć, warto przyjrzeć się pierwszym separatorom mleczarskim produkowanym w latach 80. XIX wieku. W tych podstawowych urządzeniach wirująca misa wytwarzała siłę odśrodkową, która umożliwiała oddzielenie śmietanki od mleka odtłuszczonego. Powierzchnia separacji była jednak ograniczona do powierzchni samej misy, dlatego możliwa była produkcja jedynie niewielkich partii.
Przełom nastąpił dekadę później wraz z pojawieniem się stosu talerzy. Każdy stożkowy metalowy talerz zwiększa powierzchnię dostępną do separacji wewnątrz misy. Więcej talerzy = większa powierzchnia separacji. Stosy talerzy umożliwiły tym samym osiąganie wyższych wydajności, co ostatecznie przyczyniło się do przejścia na ciągłe przetwarzanie produktów mlecznych. To właśnie dlatego technologia stosu talerzy pozostaje sercem separacji w przemyśle mleczarskim od ponad stulecia.
Stos talerzy ma kluczowe znaczenie dla uzyskania odpowiedniej powierzchni separacji wewnątrz misy. Więcej talerzy = większa powierzchnia separacji.
Większy nie zawsze znaczy lepszy
Rozwiązanie wydaje się proste, prawda? Jeśli większa powierzchnia separacji jest kluczem do zwiększenia wydajności, wystarczy zastosować większe stosy talerzy. Niestety rzeczywistość jest bardziej złożona.
Historycznie zwiększenie rozmiaru stosu talerzy oznaczało oczywiście zwiększenie rozmiaru samego separatora, ale istnieje granica tego, jak duże może być pojedyncze urządzenie. Większe i cięższe maszyny zajmują więcej miejsca, a ich produkcja i instalacja są droższe. Do ich pracy z taką samą prędkością jak w przypadku mniejszych modeli potrzeba również więcej energii, a ich czyszczenie wymaga większej ilości wody i środków chemicznych. Wracamy więc do punktu wyjścia i stajemy przed podobnymi wyzwaniami jak w przypadku projektowania linii z dodatkowymi separatorami.
Zadawanie właściwych pytań
Aby sprostać rosnącym wymaganiom dotyczącym wydajności i jakości produktów, trzeba zatem zwiększyć całkowitą powierzchnię separacji, nie zwiększając przy tym rozmiaru samego separatora. Innymi słowy, musimy sprawić, aby wnętrze separatora było większe niż jego zewnętrzne gabaryty. Na pierwszy rzut oka wydaje się to fizycznie niemożliwe.
A jednak? W Tetra Pak podeszliśmy do tego problemu z innej strony, zadając sobie pytanie: „Jak możemy zwiększyć liczbę talerzy w stosie bez zmiany gabarytów urządzenia ani znaczącego zwiększania rozmiaru misy separatora?” Aby odpowiedzieć na to pytanie, należy uwzględnić dwa kluczowe czynniki. Najważniejszym z nich jest odstęp między poszczególnymi talerzami w stosie, a drugim – kształt misy separatora.
Aby sprostać rosnącym wymaganiom dotyczącym wydajności i jakości produktów, musimy w praktyce sprawić, aby wnętrze separatora było większe niż jego zewnętrzne gabaryty.
Odstęp między talerzami
Aby zapewnić sprawny i efektywny proces separacji produktów mlecznych, należy zadbać o równomierny odstęp między poszczególnymi talerzami. Tradycyjnie osiąga się to poprzez przyspawanie metalowych elementów do talerzy. Elementy te od ponad wieku stanowią niezawodny i skuteczny sposób zapewnienia równomiernych odstępów między talerzami, a podstawowa zasada ich konstrukcji pozostaje niezmieniona.
Odstęp między talerzami ma zatem kluczowe znaczenie dla pracy separatora, ale stanowi również wyzwanie pod względem wydajności. Im większy odstęp między talerzami, tym mniej talerzy można umieścić, co zmniejsza potencjalną powierzchnię separacji. Z czasem wprowadzano niewielkie udoskonalenia mające na celu rozwiązanie tego problemu, jednak sama metoda spawania z natury ogranicza możliwość zwiększenia liczby talerzy.
Rozwiązaniem jest całkowite wyeliminowanie spawanych elementów dystansowych. Zastosowanie jednoczęściowej konstrukcji, w której elementy dystansowe są mikrotłoczone bezpośrednio w talerzu, pozwala zminimalizować odstęp między poszczególnymi talerzami przy jednoczesnym zachowaniu jego równomierności. W połączeniu z możliwością produkcji cieńszych talerzy pozwala to wygospodarować dodatkowe miejsce na kolejne talerze bez konieczności stosowania większego urządzenia.
Odstęp między talerzami ma kluczowe znaczenie dla pracy separatora, ale stanowi również wyzwanie pod względem wydajności. Im większy odstęp, tym mniej talerzy można umieścić w stosie.
Konstrukcja misy
Kształt misy separatora to kolejny element konstrukcyjny, który przez dziesięciolecia ulegał niewielkim zmianom. Tradycyjnie pokrywa misy jest wykonana pod kątem 15°. Choć może się to wydawać nieistotnym szczegółem, taki kąt ogranicza dostępną przestrzeń wewnątrz misy, a tym samym dodatkowo ogranicza liczbę talerzy, które można umieścić w stosie. Zmiana kąta pokrywy misy na 13° pozwala uzyskać dodatkową przestrzeń na zwiększenie powierzchni separacji – bez znaczącej zmiany ogólnych wymiarów urządzenia.
Zmiana kształtu pokrywy misy pozwala uzyskać dodatkową przestrzeń na zwiększenie powierzchni separacji bez zwiększania gabarytów urządzenia.
Większa wydajność to coś więcej niż tylko większa wydajność
Powierzchnia separacji ma znaczenie nie tylko z punktu widzenia wydajności. Jest również istotnym czynnikiem wpływającym na poprawę skuteczności separacji.
W zastosowaniach, w których wymagana jest wysoka jakość produktu, takich jak produkcja mleka w proszku, zwiększenie liczby talerzy pozwala znacząco poprawić skuteczność odtłuszczania przy zachowaniu dotychczasowej wydajności. Pozwala to również lepiej dostosować prędkość separatora do wymagań dotyczących skuteczności separacji i wydajności, a praca przy niższych prędkościach umożliwia ograniczenie zużycia energii, a tym samym obniżenie kosztów mediów w przeliczeniu na litr sprzedanego produktu.
Innymi słowy, wydajność to coś więcej niż moce produkcyjne. Większa powierzchnia separacji zapewnia większą elastyczność w zakresie doboru optymalnej konfiguracji urządzenia do konkretnych wymagań procesu. Produkuj więcej niż dotychczas, zachowując ten sam poziom skuteczności separacji – lub zwiększ efektywność, utrzymując obecną wydajność. Oznacza to większą elastyczność w produkcji różnych produktów na jednej linii technologicznej, ponieważ separator można w razie potrzeby dostosować do wymaganych parametrów procesu.
Większa powierzchnia separacji zapewnia większą elastyczność w zakresie optymalnej konfiguracji urządzenia zgodnie z konkretnymi wymaganiami procesu.
Wykorzystaj pełny potencjał technologii separacji.
Pełne wykorzystanie tej elastyczności wymaga jednak czegoś więcej niż tylko odpowiedniej powierzchni separacji.
W tym przypadku należy wziąć pod uwagę konstrukcję całego urządzenia. Kluczowe znaczenie ma w pełni zamknięta konstrukcja separatora z uszczelnieniami hermetycznymi, które zapobiegają przedostawaniu się powietrza do wnętrza podczas procesu. Hermetyczna technologia separacji umożliwia łatwe dostosowanie prędkości urządzenia do aktualnych potrzeb bez ryzyka wystąpienia takich problemów jak przepełnienie. W przypadku urządzeń półotwartych takie zmiany wymagają natomiast czasochłonnych ręcznych modyfikacji, obejmujących odłączenie instalacji rurowej i otwarcie urządzenia.
Aby dowiedzieć się więcej o tym, jak hermetyczna technologia separacji pomaga w pełni wykorzystać możliwości urządzenia, zapoznaj się z dwoma poniższymi artykułami.
