Утро у всех начинается по-разному. У одних – с ароматного кофе со сливками, у других – с горячего хлеба с маслом, у третьих – с сырников со сметаной. Спонсором наших завтраков (да и обедов и ужинов) часто выступает молочный сепаратор – достаточно примитивное устройство. Но без него промышленность не успевала бы производить молочные продукты не только для страны, но даже для одного города.
Млечный путь
Несмотря на «разгул прогресса», до конца XIX века молоко обрабатывали дедовским способом: отстаивали, а потом жирные сливки, поднявшиеся на поверхность, сливали в отдельную емкость. Такой способ имел несколько минусов: все длилось один-два дня, молоко занимало много места в погребах и могло прокиснуть до момента «отслоения», а сливки получались недостаточно жирными, потому что смешивались с молоком при сливании.
Ситуацию изменил шведский инженер Густаф де Лаваль (Karl Gustaf Patrik de Laval). В 1879 году он создал сепаратор непрерывного действия, разделяющий молоко на составляющие с помощью центробежной силы. Хотя справедливо будет отметить и того, кем вдохновился де Лаваль. Сначала, в 1864 году, немец Антонин Прандль механизировал процесс отделения сливок, создав центрифугу, которая отделяла их от молока. Однако сливки по-прежнему приходилось снимать вручную, и фермерам нужно было каждый раз останавливать машину. Де Лаваль модернизировал конструкцию и сделал так, что центрифугу можно было опорожнять и заполнять прямо во время ее работы. Для этого он добавил в устройство краны для слива и турбины. Это нововведение стало ключом к производительности молочных ферм, и теперь де Лаваля знают как изобретателя высокоскоростного сепаратора.
Сепаратор немыслим без физики, а точнее – центробежной силы. При вращении она заставляет все перемещаться от центра к краям. И когда молоко непрерывно поступает в емкость, сила вращения действует одинаково и на сливки, и на обрат (обезжиренное молоко). А дальше более тяжелая жидкость вытесняет более легкую, оттесняя ее от краев. В итоге сливки оказываются ближе к центру и стекают в свой приемник, а обрат – в свой.
Сепарация молока возможна благодаря тому, что молоко – не однородная система, а дисперсная смесь. Проще говоря, это раствор, в котором «плавают» вещества, разные по своим характеристикам (плотность, масса). Чем мощнее мотор и сильнее вращение, тем быстрее отделяются сливки. Поэтому уже первые эксперименты повысили скорость разделения жидкости на 400 %, а сепарацию можно было начинать сразу после доения. Чтобы повысить КПД процесса, де Лаваль также уменьшил вязкость молока, нагрев его до температуры 37–40 °C – в менее вязкой жидкости шарики жира уже не так сильно «удерживаются» и поэтому быстрее отделяются. Густота сливок увеличилась с 12–15 до 24–28 %.
Первые сепараторы были ручными – так называемый «дедушкин» вариант подразумевает ручку, которую нужно крутить в определенном темпе. После уже их сделали электрическими и приспособили для крупных промышленных предприятий, и компания де Лаваля играла в этих изменениях основную роль – ей принадлежат все основные прорывы в этой сфере. Современные сепараторы не ограничиваются отделением жира от сыворотки. Так, например, с помощью бактофуги, агрегата для удаления споровых микроорганизмов и бактерий из молока, удалось увеличить его срок годности.
Где наша не бывала
«Дайте мне точку опоры, – твердил Архимед, – и я переверну мир». Густаф де Лаваль не был таким оптимистом, но его детище на пару с центробежной силой упростило работу людей во многих сферах. В сельском хозяйстве применяют воздушную сепарацию, в процессе которой сельхозпродукты очищаются от листьев, стеблей, шелухи, природного и антропогенного мусора. Аналогичным способом удаляют примеси из муки перед фасовкой. В животноводстве используют прессо-шнековый сепаратор для разделения навоза на жидкую и твердую фракции, чтобы исключить брожение и выделение метана в атмосферу.
Не обошли сепаратор и в медицине – с его помощью фармакологические препараты очищаются от побочных продуктов, а биологические материалы (кровь, лимфа и т. д.) разделяются на фракции. Список «заслуг» сепаратора можно продолжать долго, ведь уже сейчас освоена электрическая, магнитная, химическая сепарация, открывающая безграничные возможности для разделения субстанций. А все началось с желания шведского изобретателя помочь промышленности. И ему это, однозначно, удалось.
Это новость от журнала ММ «Машины и механизмы». Не знаете такого? Приглашаем прямо сейчас познакомиться с этим удивительным журналом.
