Влияние активации моющей жидкости барботированием на качество очистки консервных банок в моечной машине погружного типа Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

Влияние активации моющей жидкости барботированием на качество очистки консервных банок в моечной машине погружного типа

о ы

а

а

«

а б

Майоров Андрей Валерьевич,

кандидат технических наук, доцент, кафедра Механизация производства и переработки сельскохозяйственной продукции, Марийский государственный университет, ao_maiorov@mail.ru

В процессе мойки наружной поверхности консервных банок в существующей ныне промышленности применяются специальные моечные машины, которые бывают струйными, погружными и комбинированными. Указанные моечные машины достаточно энергоёмкие и металлоемкие. На базе Марийского государственного университета была спроектирована моечная машина, где объектам очистки задано планетарное движение и создан барботаж со стороны цилиндрических банок. В целях выявления зависимости показателей качества очистки банок от активации жидкости при помощи использования метода воздушного барботирования, с наружной стороны омываемых объектов был осуществлен ряд однофакторных экспериментов с трехкратным показателем повторяемости. Для выявления пределов значений частоты вращения ведущего колеса были осуществлены специальные теоретические расчеты, направленные на исследование кинематических параметров. Определен также вид гиперболической зависимости диаметра колеса от показателя его частоты.

Ключевые слова: Моечная машина, процесс мойки, консервные банки, активация.

ВВЕДЕНИЕ

Консервированные продукты - уже достаточно давно являются наиболее востребованными продуктами питания, и объемы спроса на них увеличиваются год от года. Ассортимент законсервированных продуктов также постоянно расширяется. Причиной высокого уровня востребованности является асептичность, удобное хранение и транспортировка, возможность быстрого применения в процессе приготовления пищи. Высокий уровень спроса на законсервированные продукты питания требует осуществления мероприятий для последующего усовершенствования процесса производства данной категории пищевой продукции. Объёмы реализации в условиях жесткой конкурентной борьбы между изготовителями находятся в прямой зависимости от товарного вида консервной банки и полноты сведений, представленных на этикетке. Вместе с функцией информирования покупателей, этикетка должна также выполнять рекламную функцию, по этой причине она должна удовлетворять условиям чистоты, целостности, плотности и аккуратно покрывающей весь корпус банки. Для качественного наклеивания этикетки банки должны быть чистыми, сухими и обезжиренными. В силу указанных условий складывается необходимость во включении в рамки технологической линии по изготовлению консервов операцию промывки наполненных консервных банок [1-2].

В процессе мойки наружной поверхности консервных банок в существующей ныне промышленности применяются специальные моечные машины, которые бывают струйными, погружными и комбинированными. Указанные моечные машины достаточно энергоёмкие и металлоемкие, в силу чего их эксплуатация в секторе пищевой промышленности требует больших объемов затрат. По этой причине проектирование и запуск инновационных и высокоэффективных моечных установок в промышленности по изготовлению консервов представляет собой достаточный резерв, который позволяет достаточно снизить энерго- и материалозатра-ты, а также себестоимость процесса изготовления консервов [3-4].

На базе Марийского государственного университета была спроектирована моечная машина, где объектам очистки задано планетарное движение и создан барботаж со стороны цилиндрических банок [2].

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В целях определения зависимости между показателями качества очистки банок от активации жидкости при помощи воздушного барботирова-ния с наружных сторон омываемых объектов был проведен ряд однофакторных экспериментов с трехкратной повторяемостью с использованием концентрации моющего раствора 2 г/л (как рекомендовано разработчиком моющего средства «Ника-2»). Вид моющего раствора при использовании механизированного способа мойки отобран в соответствии с рекомендациями СанПиН 2.3.4.050-96 и инструкцией по санобработке узлов оборудования, инвентаря и тары в рамках предприятий пищевого сектора промышленности. В целях выявления пределов значений частоты вращения ведущего колеса был использован ряд теоретических расчетов для анализа кинематических параметров, а также были использованы рекомендации других ученых-исследователей [6]. В соответствии с ними значение оптимальной скорости для перемещения объектов очистки в растворе варьируется от 0,3 до 0,85 м/с.

Значение скорости перемещения банки (м/с) в спроектированной моечной машине в первой и второй секциях рассчитывалось путем подстановки исходных данных в выражение (1):

V =

Л ■ е• Я2■ак ■ (1 -щ)

е й 3 (е+о )4

2■Зк V й2 ■Ь

(1)

где /1 - к-т трения резинки обода колеса с банкой;

Q - показатель давления колеса на банку, Н; R - значение радиуса колес, м; ак - показатель угловой скорости вращения ведущего колеса, рад/с;

щ - коэффициент буксования ведущего колеса;

е - значение поправочного коэффициента; d - Значение диаметра консервной банки, м; k - Значение коэффициента объемного смятия материала направляющей, Н/м3;

Q - значение давления колеса на банку, Н; Оь - значение веса наполненной консервной банки, Н;

Ь - значение ширины консервной банки, м; d - значение диаметра консервной банки, м. На основе выражения (2) был выяснен диаметр колеса моечной машины

Б = 2Я =

30

е 3 (е+оь )4

12^к ^ й2 ■Ь

(2)

где W - значение производительности машины, шт./ч.;

т - к-т использования;

а - к-т, который учитывает число секций в машине;

Соответственно, наиболее рациональный диаметр колес обусловлен производительностью моечной машины, частотой вращения ведущего колеса, показателем давления обода колеса на банку, значениями веса и габаритов консервных банок, значениями коэффициента трения между ободом колеса и банкой, физико-механическими свойствами направляющих и моющего раствора.

В соответствии с выражением (2) сформированы графики зависимости диаметра колес от показателя частоты вращения в условиях разного значения производительности моечной машины (рис. 1).

1 0 =ВД /

/ 0=1 |(п)

1>=1 Ни) О! СИ 1(0)

^-

10

30

70

90

50 п. <)Г)/\|ин

Рисунок 1 - Зависимость диаметра колеса от его частоты вращения

при различной производительности моечной машины: где, D=f1(n) - производительность 2 000 шт./ч.; D=f2(n) - производительность 6 000 шт./ч.; D=f3(n) - производительность 10 000 шт./ч.; D=f4(n) - производительность 14 000 шт./ч.; D=f5(n) - производительность 18 000 шт./ч.

Проанализировав данные рис. 1, можно заключить, что характер зависимости диаметра колеса от его частоты гиперболический. В случае повышения показателя производительности моечной машины диаметр колеса будет выше при этом частота вращения останется прежней. Чем более высокой будет производительность машины, тем большее значение имеет его частота вращения в сравнении со значением диаметра колеса.

В границах частот вращения 0-60 мин-1 в случае получения любого значения требующейся производительности до 18 000 шт./ч. нужно резко повысить диаметр колеса. В случае частот

О 55 I» £

55 т П Н

о ы

а

вращения свыше 60 об./мин. снижение требующегося диаметра колеса несущественно. Минимальное значение диаметра колеса, получаемого при показателе частоты вращения 60 об./мин., при минимальном уровне производительности 6 000 шт./ч будет составлять 0,5 м. Любая производительность до 18 000 шт./ч. может быть получена, если диаметр колеса будет составлять от 0,71 м, при этом потребуется изменять частоту вращения.

При увеличении диаметра колеса объекты очистки более продолжительно находятся в моющем растворе, а также увеличиваются габаритные размеры самой машины, а в случае увеличения частоты вращения увеличивается мощность привода, соответственно, диаметр колес должен варьироваться в пределах от 0,5 до 0,8 м. Для спроектированной моечной машины диаметры колес были приняты равными 0,71 м.

На рис. 2 продемонстрированы графики значений скорости передвижения банки в зависимости от показателя частоты вращения ведущего и ведомого колеса. При этом, приведены рекомендованные значения [5] скорости передвижения очищаемых объектов в моющем растворе. По данным рис. 2 можно заключить, что границы значений фактора частоты вращения колес, которые будут соответствовать рекомендациям, колеблются от пт|П « 15 мин до Птах ~ 35 мин-1.

1,20-

ч\\\ ш 1

р ^ \\у

■\\\Ч ч\\\

' Пм - - 11 >

15

20

30

35

а

«

а б

25

п, об/мин

Рисунок 2 - Графики значений скорости перемещения банки в зависимости

от частоты вращения ведущего (----) и ведомого

(-) колес

В целях измерения показателей анализируемых факторов были применены такие приборы, как: частоты вращения ведущего колеса были заданы путем использования преобразователя частоты АТУ31НШ5Ы4, объем моющего вещества рассчитывался при использовании лабораторных весов ВЛКТ - 500 г, температуру моющей жидкости в резервуаре определяли с использованием измерительного регулятора Ме-такон-512-Р-ТС100-1.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Результаты проведенных однофакторных экспериментов продемонстрированы на рис. 3. Анализируя данные результаты можно заключить, что показатели качества очистки возрастают в случае увеличения показателей температуры, частот вращения ведущего колеса и в случае использования метода активации жидкости заключающемся в воздушном барботирова-нии с наружной стороны омываемых объектов.

Показатели мойки в случае увеличения частоты вращения ведущего колеса до значения в п=35 мин-1 повышаются. Такая ситуация складывается в силу того, что в случае повышения частоты вращения колес, повышаются значения поверхностных гидродинамических сил (сил лобового сопротивления и касательных сил сопротивления трению жидкости), которые призваны для очистки поверхности объекта.

5

! 3 1 -п,=15 об' МП 1

2 3 п,=20 об 1 мин п,=25 об 1 мин

5 -п,=35 об 1 мн н

-- - -

45

55

65 1.-С

75

85

Г* \ ^4

Г /

N 2 - п, =20 об / мин

4 - п,=30 об / мин

45 55 65 75 85

б

Рисунок 3 - Зависимости качества очистки поверхности банок от температуры моющего раствора при различных значениях частоты вращения ведущего колеса моечной машины (а - без барботирования; б - с барботированием)

В рамках анализа зависимости качественных параметров показателей очистки поверхности банок от значений температуры моющего раствора при разных частотах вращения ведущего колеса можно заключить, что качественные параметры очистки в случае использования бар-

а

ботирования стремительно повышаются, при пониженных значениях температур и минимальных оборотах. В частности, при 1 = 45 °С и п = 15 мин-1 качественные параметры очистки достигают 65 % при барботировании, если барботи-рование не использования данный показатель составляет всего 14 %. Соответственно, таким образом, можно обеспечить качественную очистку поверхности и сэкономит моющие средства и электроэнергию, которая требуется для вращения колес.

ВЫВОДЫ

По результатам наблюдений, в рамках эксплуатации моечной машины, использование метода активации жидкости при помощи воздушного барботирования с наружных сторон омываемых объектов провоцирует явление кавитации -попадание в мощные турбулентные потоки жидкостей пузырьков воздуха. Такие воздушные пузырьки смешиваются с жидкостью и, при ударе об объекты очистки, они лопаются, при этом создаются дополнительные объемы давления на загрязненные участки. По этой причине качественные параметры очистки в случае использования барботера намного более высокие.

Литература

1. Майоров, А.В. Сравнительный анализ режимов мойки жестяных банок в моечных машинах струйного и погружного типов / А.В. Майоров, Д.А. Михеева // Вестник Марийского государственного университета. - 2014. - № 1 (13). С.48-53.

2. Майоров, А.В. Моечная машина погружного типа с активацией жидкости путем воздушного барботирования с наружной стороны отмываемых объектов / А.В. Майоров, Д.А. Михеева // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. - 2015. - № 2 (30). С. 165-169.

3. Смелик В.А. Определение энергетических показателей моечной машины / В.А. Смелик, Г.С. Юнусов, А.В. Майоров // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2009. - № 17. С. 205-210.

4. Юнусов, Г.С. Обзор существующих погружных моечных машин / Г.С. Юнусов, А. В. Майоров, Д. А. Дудова // Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства: Материалы международной научно-практической конференции. - Мар. гос. ун-т. -Йошкар-Ола, 2008. - Вып. 10. - С. 337-342.

5. Юнусов Г.С. Результаты экспериментальных исследований по определению рациональных режимов мойки консервных банок в моечной машине погружного типа/ Г.С. Юнусов Г.С., А.В. Майоров // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. -

2010. - № 2 (17). С. 68-72.

6. Юнусов, Г.С. Технологии и технические средства процесса мойки наружной поверхности цилиндрических банок: монография / Мар. гос. ун-т; Г.С. Юнусов, А.В. Майоров.- Йошкар-Ола,

2011. - 120с.

Influence of activation of the washing liquid a barbotiro-vaniye on quality of cleaning of cans in jet washer of the sinking type Mayorov A.V.

Mari State University

In order to determine the dependence of the quality of cleaning the cans on liquid activation by using the air bubbling method, a number of one-factor experiments with a triple repeatability were performed on the outside of the washed objects. To determine the limits of the values of the speed of the driving wheel, special theoretical calculations were made aimed at studying the kinematic parameters. The form of the hyperbolic dependence of the diameter of the wheel on its frequency index is also determined. Keywords: Jet washer, washing process, cans, activation. References

1. Majors, A.V. The comparative analysis of the modes of a sink

of cans in jet washers of jet and submersible types / A.V. Mayorov, D.A. Mikheyeva//the Messenger of the Mari state university. - 2014. - No. 1 (13). Page 48-53.

2. Majors, A.V. The jet washer of submersible type with activation of liquid by an air barbotirovaniye from the outer side of the washed objects / A.V. Mayorov, D.A. Mikheyeva//the Messenger of the Ulyanovsk state agricultural academy. - 2015. - No. 2 (30). Page 165-169.

3. Smelik V. A. Definition of power indicators of the jet washer/VA. Smelik, G.S. Yunusov, A.V. Mayorov//News of the St. Petersburg state agricultural university. - 2009. - No. 17. Page 205-210.

4. Yunusov, G.S. The review of the existing submersible jet washers / G.S. Yunusov, A.V. Mayorov, D.A. Dudova//Topical issues of improvement of the production technology and processing of production of agriculture: Materials of the international scientific and practical conference. - Mar. state. un-t. - Yoshkar-Ola, 2008. - Issue 10. - Page 337-342.

5. Yunusov G.S. Results of pilot studies on definition of the

rational modes of a sink of cans in the jet washer of submersible type / G.S. Yunusov G.S., A.V. Mayorov//Agrarian science of Euro Northeast. - 2010. - No. 2 (17). Page 68-72.

6. Yunusov, G.S. Technologies and technical means of process

of a sink of an external surface of cylindrical cans: monograph / Mar. state. un-t; G.S. Yunusov, A.V. Mayorov. -Yoshkar-Ola, 2011. - 120 pages.

О R U

£

R

n