Операция «Сепарация»

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.

Густаф де Лаваль. wikipedia.orgРеклама продукции заводов де Лаваля, 1899 год. wikipedia.org

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.

Автоматизированное доение коров. Фото: Jean Joseph Weber, flickr.com

Несколько лет спустя после сепаратора де Лаваль запатентовал доильный аппарат и сопло для подачи пара в турбину, которое сейчас используется в реактивных двигателях. Всего на счету инженера 93 изобретения.

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.

Шведский инженер Густаф де Лаваль запатентовал первый центробежный сепаратор, freepng.ru

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.