Сепарирование молока — это разделение его на две фракции различной плотности: высокожирную (сливки) и низкожирную (обезжиренное молоко). Процесс сепарирования осуществляется под действием центробежной силы в барабане ce­паратора. Молоко, распределяясь в барабане между тарелками в виде тонких слоев, перемещается с небольшой скоростью, что создает благоприятные условия для наиболее полного отделения высокожирной фракции (жировых шариков) за короткое время.

Процесс сепарирования молока подчиняется закону Стокса:

где υ — скорость выделения жировых шариков, см/с;
      n — частота вращения барабана сепаратора, с^-1;
      R — средний радиус рабочей части тарелки сепаратора, см;³
      r — радиус жирового шарика, см;
      р, р₁ — плотность плазмы и жира, кг/м ;
      μ — вязкость, Па-с.

В соответствии с этим законом скорость выделения жировой фракции из молока находится в прямой зависимости от размеров и плотности жировых шариков, габаритов и скорости вращения барабана и в обратно пропорциональной зависимости от вязкости молока. С увеличением размеров жировых шариков и плотности молока ускоряется процесс сепарирования и отделения сливок. Однако повышение вязкости молока приводит к снижению скорости выделения жировой фракции.

Кроме того, существенное влияние на процесс сепарирования оказывают кислотность и температура молока. Повышение кислотности молока приводит к изменению коллоидного состояния его белков, сопровождающемуся иногда выпадением хлопьев, в результате нарастает вязкость, что затрудняет сепарирование. Изменение температуры молока также обусловливает изменение его вязкости.

При повышенной температуре жировые шарики молока переходят в жидкое состояние, что способствует улучшению процесса сепарирования. Оптимальной температурой сепарирования является 35—45°С. Нагревание молока до этой температуры обеспечивает хорошее обезжиривание.

Наряду с сепарированием при температуре 35—45 °С иногда применяют высокотемпературное сепарирование при температуре 60—85°С. Советские исследователи установили, что при увеличении температуры сепарирования повышаются производительность сепаратора и качество обезжиривания. Однако высокотемпературное сепарирование имеет и ряд недостатков: увеличение содержания жира в обезжиренном молоке вследствие частичного выпадения альбумина, препятствующего выделению жира; сильное вспенивание сливок и обезжиренного молока; возрастание раздробления жировых шариков.

Большое внимание уделяется сепарированию при низких температурах, так называемому сепарированию холодного молока. Однако сепарирование при низкой температуре на обычных сепараторах приводит к снижению их производительности почти в 2 раза из-за повышения вязкости и частичной кристаллизации жира.

Процесс сепарирования в сепараторе осуществляется в следующей последовательности (см. рис. 1, б). Цельное молоко по центральной трубке поступает в тарелкодержатель, из которого по каналам, образованным отверстиями в тарелках, поднимается в верхнюю часть комплекта тарелок и растекается между ними. В межтарелочном пространстве жировые шарики как более легкая фракция молока движутся к центру барабана, далее по зазору между кромкой тарелки и тарелкодержателем поднимаются вверх и поступают в камеру для сливок. Затем под напором сливки поступают в патрубок, на котором установлены измеритель количества сливок (ротаметр) и регулировочный вентиль. Обезжиренное молоко как более тяжелая фракция направляется к периферии барабана (в грязевое пространство), поднимается вверх и поступает в патрубок, на котором установлены манометр и регулировочный вентиль (кран).

Регулировочный вентиль предназначен для регулирования жирности получаемых сливок, которая изменяется в зависимости от количества сливок и обезжиренного молока. При постоянных количестве и массовой доле жира в поступающем молоке уменьшение количества выходящих сливок приводит к повышению массовой доли жира в них и, наоборот, увеличение количества сливок снижает в них массовую долю жира.

Исходя из массового соотношения сливок и обезжиренного молока можно определить требуемую жирность сливок. Опре­делив расчетным путем соотношение между массами сливок и обезжиренного молока, устанавливают это соотношение при помощи регулировочного устройства.

На молочные предприятия молоко поступает с разным содержанием жира и сухого обезжиренного молочного остатка (СОМО), а в готовом продукте жир и СОМО должны содержаться в определенном количестве или соотношении. В этой связи необходима нормализация сырья.

Нормализация —это процесс регулирования состава сырья для получения готового продукта, отвечающего требованиям стандарта.

При нормализации исходного (цельного) молока по жиру могут быть два варианта: жира в цельном молоке больше, чем требуется в производстве, и жира в цельном молоке меньше, чем требуется. В первом варианте жир частично отбирают путем сепарирования или к исходному молоку добавляют обезжиренное молоко. Во втором варианте для повышения жирно-ти исходного молока добавляют к нему сливки. Массы сливок и обезжиренного молока, необходимых для добавления к ис­ходному молоку, рассчитываются по уравнениям материального баланса, который можно составить для любой составной части молока.

Рис. 2. Схема процесса нормализации с применением сепаратора-сливкоотделителя, снабженного нормализующим устройством: а — при Ж_и>Ж_ни; б — при Ж_М<Ж_нм

Одним из простейших способов нормализации по жиру является нормализация путем смешивания в емкости рассчитанных количеств нормализуемого молока и нормализующего компонента (сливок или обезжиренного молока). Добавление нормализующего компонента осуществляется при тщательно» перемешивании смеси в емкости.

Нормализацию смешиванием можно осуществить в потоке (рис. 2, а), когда непрерывный поток нормализуемого молока смешивается в определенном соотношении с потоком нормализующего продукта.

Нормализация молока с использованием сепаратора-сливкоотделителя осуществляется в следующем порядке: нормализуемое молоко подается на сепаратор-сливкоотделитель, где разделяется на сливки и обезжиренное молоко. Затем полученные сливки и обезжиренное молоко смешиваются в потоке в требуемом соотношении, а часть сливок (при Ж_и>Ж_ни) или обезжиренного молока (при Ж_м<Ж_нм) отводится как избыточный продукт (рис. 2, б).

Массовая доля жира нормализованного в потоке молока регулируется автоматически с помощью систем управления УНП (управление нормализацией а потоке) и УНС (управление нормализацией в потоке с применением сепаратора-сливкоотделителя). Основная задача систем управления процессом нормализации заключается в получении стабильных заданных значений массовой доли жира или другого параметра нормализованного молока.