Процесс сепарирования представляет собой механическое разделение молока на фракции под действием центробежной силы. Сепарирование применяют для разделения молока на сливки и обезжиренное молоко, а также для его очистки от меха­нических и естественных (кровь, слизь и т. п.) примесей. Кроме этого при сепарировании из сыворотки выделяют белки, получа­ют высокожирные сливки, отделяют микроорганизмы от молока (бактериоотделение) и др. Под действием центробежной силы молоко разделяется благодаря различию плотностей фракций: плотность дисперсной фазы (жира) меньше, чем дисперсионной среды (плазмы молока), или плотность дисперсионной среды (плазмы молока) меньше, чем дисперсной фазы (частиц механи­ческих и естественных примесей).

       Сепарирование молока осуществляется в специальных маши­нах — сепараторах. Сепараторы, предназначенные для разделе­ния молока на сливки и обезжиренное молоко, называют сепара­торами-сливкоотделителями, а для очистки молока — сепарато — рами-молокоочистителями. Сепараторы-сливкоотделители с уст­ройствами нормализации молока называются сепараторами — нормализаторами.

       Механизм сепарирования очень сложен. Его основная сущ­ность заключается в том, что под действием центробежной силы из потока молока выделяется жировая фаза. Скорость выделения жировых шариков (м/с) из молока можно определить по форму­ле Стокса

У =(2со2Яг2) (рм-рж)/9ц,

Где ш — угловая скорость барабана сепаратора, рад/с; Л — средний радиус рабочей части разделительной тарелки сепаратора, м; г—радиус жирового шарика, м; рм, рж —плотность соответственно молока и жира, кг/м3; ц—динамическая вязкость молока, Па с.

Действительную производительность сепаратора (м3/с) можно определить по формуле Г. И. Бремера с учетом технологического КПД сепаратора:

О = (3(о,11бсо^гЕа) (^ах — ) (рм — рж) </2/и,

Где р — технологический КПД сепаратора (0,5—0,7); 2— число тарелок в барабане; а —угол подъема образующей конуса тарелки, град; Лтах, /^¡„ — максимальный и минимальный радиусы тарелки, м; ¿ — диаметр жирового шарика, м.

   Технологический КПД сепаратора называют еще степенью или эффективностью сепарирования. Чем меньше жира остается в обезжиренном молоке, тем выше эффект сепарирования. Нор­мами определена допустимая массовая доля жира в обезжирен­ном молоке не более 0,05 %. При правильном сепарировании массовая доля жира в обезжиренном молоке может составлять до 0,03—0,01 %. Эффективность сепарирования определяют также следующим образом:

Р = (МиЖи — М0Ж0) 100 / (МмЖм),

Где Мм, Ма — масса молока и обезжиренного молока, кг; Жа — массовая доля жира в молоке и обезжиренном молоке, %.

     Скорость выделения жировой фазы из молока зависит от конструктивных особенностей сепаратора (угловой скорости ба­рабана, числа и размеров разделительных тарелок), размеров жи­ровых шариков и степени их дисперсности, плотности разделяе­мых фракций и вязкости молока. Кроме этого на эффективность выделения жировой фазы из молока влияют его чистота, кислот­ность, особенности количественного и качественного состава молока коров различных пород и другие свойства.

     Увеличение угловой скорости вращения барабана сепаратора очень эффективно для повышения скорости выделения жировой фазы из молока. Однако требования прочности конструкции, на­дежности, безопасности, а также соображения износа, увеличе­ния потерь на трение, конструктивные трудности ограничивают возрастание угловой скорости вращения барабана сепаратора. Все современные сепараторы работают на сверхкритической час­тоте вращения барабана — 100—150 с-1. Изменить частоту враще­ния барабана сепаратора можно только на заводе-изготовителе. Сепарирование молока на предприятиях начинают при поступ­лении молока в количестве, обеспечивающем непрерывную ра­боту сепаратора в течение 20—30 мин, и достижении барабаном рабочей частоты вращения. Продолжительность разгона для се­параторов производительностью 1000—2000 л/ч составляет 3— 5 мин, а для сепараторов большей производительности — 6— 10 мин.

Массу сливок (кг), полученных при сепарировании, можно определить по формуле

Мся = Мм (Жм — Ж0) (100 — П)/{ 100 (Жся — Ж0)\,

Где Я— потери при сепарировании, %; Ж, м — массовая доля жира в сливках, %.

      Если требуется установить массу молока, необходимую для получения определенного количества сливок с заданной массо­вой долей жира, то предыдущая формула видоизменяется:

Мм = 100 МСЛ(ЖСЛ — Жа)/[(ЖМ - Ж>) (100 - 77)].

     Эффективность сепарирования зависит от содержания жира в молоке, размеров и дисперсности жировых шариков. Чем круп­нее шарики, тем быстрее они выделяются. Механическое и теп­ловое воздействия на молоко приводят к перераспределению в нем жировых шариков. Часть шариков агрегируется, образуя ко­мочки, а крупные шарики дробятся на множество мелких. По­этому необходимо сохранять исходные размеры жировых шари­ков и избегать больших механических воздействий на молоко до сепарирования при транспортировании его насосами, переме­шивании, встряхивании, охлаждении, подогреве, пастеризации и т. п. Наименьшие потери жира с обезжиренным молоком наблю­даются при сепарировании парного молока, не подвергшегося механическому или тепловому воздействию.

    Скорость выделения жировых шариков обратно пропорцио­нальна вязкости молока, зависящей от температуры. Рекоменду­емая температура молока при сепарировании составляет 35— 45 °С и соответствует температуре подогрева молока в секции ре­куперации пластинчатых пастеризационно-охладительных уста­новок. Молоко с массовой долей жира 4 % и выше сепарируют с дополнительным подогревом и уменьшением подачи его в сепа­ратор.

    Наряду с этим температурным режимом применяют и более жесткий — 60—90 "С. Высокотемпературное сепарирование целе­сообразно для получения высокожирных сливок с массовой до­лей жира до 82 %, так как сепарируют сливки 30—40%-ной жир­ности. Кроме этого сепарирование при высокой температуре уп­рощает технологическую схему переработки молока. Получаемые сливки и обезжиренное молоко можно использовать для даль­нейшей переработки без пастеризации. Однако при высокотем­пературном сепарировании усиливается дробление жировых ша­риков, образуется большое количество молочной слизи, резко повышается вспенивание молока, сливок и обезжиренного моло­ка. Как следствие этого, возрастают потери жира за счет увеличе­ния массовой доли жира в обезжиренном молоке и в пахте при выработке сливочного масла методом сбивания сливок, а также потери сухих веществ при выработке белковых продуктов (творог и др.) за счет необратимой коагуляции белковых веществ, содер­жащихся в пене. Пена в молоке, обезжиренном молоке и сливках отрицательно сказывается на их дальнейшей тепловой обработке. Большой объем пены в продукте уменьшает его теплопровод­ность, что снижает эффективность работы теплового оборудова­ния. Пена прогревается хуже, чем основная масса продукта. Раз­ница в температуре прогрева пены и продукта может составлять до 10—15 °С и привести к тому, что во вспененном пастеризован­ном продукте сохранится больше микроорганизмов, в том числе патогенных форм. Вспененное обезжиренное молоко труднее ох­ладить до температуры заквашивания. В связи с этим возникают дополнительные затруднения при выработке обезжиренного тво­рога. Поэтому не рекомендуется сепарировать молоко при повы­шенных температурах.

     На практике применяют также сепарирование холодного мо­лока температурой 4—20 "С. При сепарировании холодного мо­лока на обычных сепараторах их производительность снижается до 50 %. Сливки, полученные при холодном сепарировании мо­лока, имеют большую вязкость, чем после обычного сепарирова­ния. Максимальную вязкость имеют сливки, полученные из сы­рого холодного молока. При сепарировании холодного молока жировые шарики дробятся меньше. Для холодной очистки моло­ка применяют сепараторы марки АХО. При холодной очистке исключается разбивание колоний бактерий и вследствие этого уменьшается бактериальная обсемененность, экономится энер­гия, сохраняются нативные свойства молока и поддерживается температура, неблагоприятная для развития микрофлоры.

     Чистота и кислотность молока существенно влияют на эф­фективность его обезжиривания. Сепарирование загрязненного молока с повышенной кислотностью приводит к быстрому за­полнению шламом грязевого пространства барабана сепаратора, периферийной части тарелок и частично межтарелочного про­странства. Нарушается движение молока между разделительны­ми тарелками и ухудшается его обезжиривание. Длительное хра­нение молока приводит к нарастанию его кислотности, что так­же уменьшает эффективность обезжиривания. При сепарирова­нии молока после хранения в течение суток массовая доля жира в обезжиренном молоке увеличивается на 15—20 %. Для избежа­ния повышения кислотности молоко необходимо сразу сепари­ровать, а получаемые сливки и обезжиренное молоко надо пере­рабатывать или охлаждать в случае резервирования. Для сепари­рования необходимо использовать очищенное молоко кислотно­стью не более 20 "Т.