CC BY
1Влияние факторов очистки на качество промывки консервных банок в моечной машине погружного типа
1Л
I
ей
2 ©
Майоров Андрей Валерьевич,
кандидат технических наук, доцент, кафедра Механизация производства и переработки сельскохозяйственной продукции, Марийский государственный университет, ao_maiorov@mail.ru
В рамках настоящей статьи приведены результаты экспериментальных исследований, по определению уровня качества очистки поверхностей консервных металлических банок. В соответствии с результатами однофакторных экспериментов в рамках осуществления двухступенчатой промывки поверхностей консервных банок определён ряд зависимостей уровня качества очистки поверхности банок от показателя концентрации моющего средства при разных температурах моющего раствора, а также зависимости уровня качества очистки поверхности банок от температуры моющего раствора при разных значениях концентрации раствора, при фиксации частоты вращения ведущего колеса моечного аппарата. На основании результатов проведенных исследований было доказано, что показатели качества очистки интенсивно возрастают в случае при концентрации моющего раствора от 1 до 3 г/л, оптимальной температурой, обеспечивающей высококачественную очистку поверхности банок, удовлетворяющей требования стандарта, является такое ее значение, которое располагается в интервале от 65 до 85 °С, а оптимальное значение частоты вращения ведущего колеса моечного аппарата колеблется в пределах 20-35 мин.-1. Ключевые слова: Моечная машина, процесс мойки, консервные банки, факторы.
ВВЕДЕНИЕ
В РФ одну из лидирующих позиций в зависимости от объема потребления занимают консервы. Благодаря консервированию, продукты питания могут сохраняться в герметичной таре продолжительный период времени, по этой причине сектору консервной промышленности отводится ключевая роль в процессе обеспечения жителей страны продуктами питания.
Организации и компании агропромышленного комплекса России выступают в роли крупных потребителей топливных и энергетических ресурсов, что указывает на то, что даже в случае сравнительно небольшого повышения уровня эффективности эксплуатации технологического оборудования появляются огромные возможности для обеспечения в масштабах отрасли экономии немалых объемов энергоресурсов.
По этой причине исследования, призванные обеспечивать совершенствование процесса промывания наполненных банок цилиндрической формы в рамках изготовления консервов достаточно актуальны и играют немаловажную роль в секторе пищевой промышленности. Значение такого рода работ подтверждает, к примеру, тот факт, что стоимость энергоносителей стремительно повышается и оказывает существенное отрицательное влияние на себестоимость готового продукта [7].
В зависимости от критерия удельных затрат энергии на единицу подвергаемой очистке поверхности доказано, что они могут составлять при высоконапорной струйной очистке 0,1...0,3 кВт-ч/м2, при низконапорной струйной очистке 2,2...6 кВт-ч/м2, для погружной очистки 0,2.1,8 кВт-ч/м2. Большие перспективы можно увидеть в использовании методов высоконапорной и погружной очистки как способов с минимальным уровнем энергоемкости [4,6,7].
В рамках сектора консервной промышленности активно распространяются струйные банкомоечные аппараты, которые в неполной мере применяют высокоэффективные моющие средства с повышенным уровнем содержания ПАВ; отмечается ограничение в рабочей температуре в силу наличия кавитационных явлений в устройствах перекачивающих и напорных насосов; они весьма сложны по своей конструкции и в рамках обслуживания; практически не используют методы интенсификации [1].
Существующие сегодня аппараты погружного типа, используемые как правило в рамках деятельности ремонтных предприятий в целях устранения трудновыводимых загрязнений с деталей, имеющих сложную конфигурацию, имеют сложную конструкцию и обслуживание и представляют собой аппараты периодического действия [5].
Применение названных выше моечных машин в рамках сектора пищевой промышленности в целях осуществления мойки наружной поверхности консервных металлических банок является невыгодным, в силу того, что в рамках их использования отмечается высокие показатели энергоемкости, металлоемкости и себестоимости очистки.
При создании возмущения жидкости установкой, в виду действия множества разнообразных органов вокруг очищаемого объекта усложняется конструкция машин, увеличивается энергоемкость и значение себестоимости очистки изделий. Тем не менее, подобные потоки моющей жидкости могут быть созданы гораздо более простым и эффективным способом, при сообщении самому объекту очистки планетарного движения и произведении активации жидкости при помощи осуществления воздушного барботирования с их наружной стороны [3]. В соответствии с данным принципом организована деятельность погружного моечного аппарата, разработанного на базе Марийского государственного университета [2].
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
В целях анализа процесса мойки консервных банок разработан экспериментальный моечный аппарат, выполняющий рабочий процесс в зависимости от двухступенчатого цикла.
Спроектированная конструктивно-технологическая схема моечного аппарата для осуществления промывки наполненных металлических консервных банок цилиндрической формы представлена на рис. 1 а, б.
Рисунок 1 - Общий вид аппарата для промывки консервных банок: а - общий вид; б - машина в работе; 1, 2 - ванны моечные; 3 - перегородка; 4, 5 - направляющие; 6 - валы; 7 - колесо ведущее; 8 - мотор-редуктор; 9 - муфта; 10 - ступица; 11 - колесо ведомое; 12 - клиноременная передача; 13 - корпус подшипника; 14 - барботер; 15 - патрубок перелива; 16 - патрубки сливные
Все указанные выше гидромеханические эффекты при сочетании их с физико-химическими параметрами моющих растворов позволяют обеспечить процесс интенсивной, равномерной и качественной очистки наружной поверхности консервных банок, цилиндрической формы.
Реализация кинематической связи между колесами 1 и 2 ванн в форме процесса клиноременной передачи 12 с передаточным числом 0,86 позволяется обеспечить более высокий уровень производительности ванны 2, чем первой 1, таким образом, исключаются заторы банок и бесперебойная работа технологической линии.
В целях обеспечения плавного бесступенчатого процесса урегулирования скорости вращения вала электродвигателя моечного аппарата, настраиваемого на производительность линии, в мотор-редуктор вмонтирован преобразователь частоты АИмаг 31 торговой марки Те!етесаг^ие.
По результатам исследований было установлено, что на параметры качества очистки и на уровень интенсивности процесса в спроектированном моечном аппарате значительный уровень влияния может оказать ряд факторов, в частности сюда нужно включить: температуру, моющий раствор (вид и концентрацию), частоту вращения ведущего колеса (с данным фактором взаимосвязаны кинематические параметры - линейные и угловые скорости и ускорения объекта очистки), показатель продолжительности процесса, активацию жидкости при помощи осуществления воздушного барботирования с наружной стороны омываемых объектов, кинематическую и динамическую вязкость моющей жидкости, форму и размеры ванны для данной жидкости, тип,
состав, уровень и степень прочности загрязнений. Тем не менее, в ходе исследования процесса отмывания поверхностей жестяных цилиндрических консервных банок в двухступенчатом погружном моечном аппарате при планетарном движении объекта очистки более всего интересны факторы, которые не зависят друг от друга, и в максимальной степени, воздействующие на процесс, в частности температура и показатель концентрации моющего раствора, значение частоты вращения ведущего колеса, которые мы исследовали при проведении технологических испытаний машины. Все иные факторы или находятся в зависимости от представленных трех, или несущественны, а в определенных ситуациях и вовсе не оказывают влияния на процесс отмывания.
В целях исследования характера влияния по отдельности показателей частоты вращения ведущего колеса, температуры и концентрации на уровень качества очистки наружной поверхности консервных банок реализованы однофактор-ные эксперименты, в которых в случаях фиксированных частот вращения ведущего колеса моечного аппарата изменялась температура и концентрация моющего раствора.
Экспериментальные исследования реализовывались при барботировании моющего раствора. Одинаковое давление в рамках системы подачи воздуха в целях барботирования поддерживалось на постоянном уровне со средним значением 0,5 МПа. В данном случае диаметр отверстий на дугообразном барботере достигал 2,5 мм. Опыты реализовывались с условием трехкратной повторности.
Она входит в категорию машин непрерывного действия. В данном случае объект очистки направляется по направ-
ляющим 4 и 5 секций ванны 1 и 2, совершает при этом планетарное движение в рамках моющего раствора в силу действия приводных колес, имеющих эластичный обод 7 и 11 диаметром D = 0,71 м [3]. В ходе осуществления такого движения объект испытывает как силу трения о жидкость, так и силу ее давления.
При этом, также формируются неустановившиеся турбулентные потоки высокой мощности жидкости вокруг объекта, они оказывают гидромеханическое влияние на загрязненные поверхности. Протекает процесс сложного совместного воздействия совокупности поверхностных касательных и лобовых сил сопротивления жидкости на имеющиеся загрязнения. По результатам гидродинамических исследований было установлено, что поверхностным касательным и лобовым силам присущ сложный характер, в сиу того, что они являются переменными как в зависимости от величины, так и в зависимости от направления.
Соответственно, загрязнения объекта очистки подвергаются со стороны моющего раствора, весьма сложному «расшатывающему» и «соскабливающему» механическому воздействию. При этом, такого рода высокоэффективное механическое воздействие усиливает степень влияния термо-физических и химических качеств моющих жидкостей.
При установлении перфорированных трубопроводных систем 14 в целях обеспечения подвода воздуха (барботеров) к направляющим с двух боковых сторон обеспечивается активация моющего раствора у поверхности банок. В ходе движения моющего раствора у подвергаемых очистке поверхностей ускоряется процесс физико-химического взаимодействия. В рамках указанной зоны происходит процесс образования многочисленных пузырьков, которые в случае встречи с объектом очистки начинают лопаться, и тем самым создают высокие давления на загрязненные поверхности, и таким образом обеспечивают интенсификацию процесса очищения.
Количество отверстий в барботере, размеры их диаметра и расстояния между их центрами определяются в зависимости от условий степени интенсивности перемешивания. Число отверстий в рамках дугообразного барботера обосновано и составляет - 36 шт. и таким образом диаметр отверстий 2,5 мм, а расстояние между их центрами 21,5 мм. Минимальный показатель давление в рамках системы подачи воздуха для барботирования, в котором задействованы все от-
© £
В
3
№ 2
1Л
I
ей
2 ©
верстия дугообразного барботера, составляет 0,5 МПа.
В процессе выхода в выпуклый дугообразный сектор Д перехода из одной ванны в другую (рис. 1 б) с банок начинает стекать отработавший моющий раствор первой ванны 1 и при этом уносятся частицы загрязнения. При этом, на поверхности выносимых объектов происходит формирование пленочных течений, характеризующихся повышенными значениями касательных напряжений трения, способствующих обеспечению интенсификации процесса очищения.
В целях подогрева моющего раствора струями горячего пара ванны снабжены радиаторами, связанными с коммуникацией пара.
Результаты исследований
В соответствии с результатами од-нофакторных экспериментов в ходе осуществления двухступенчатой промывки поверхностей консервных банок определены характерные зависимости показателей качества очистки поверхности банок от показателей концентрации моющего раствора в случае использования различных значений температуры моющего раствора, а также характерные зависимости показателей качества очистки поверхности банок от значения температуры моющего раствора в случае разных значений концентрации раствора, при этом фиксировалась частота вращения ведущего колеса моечной машины. На рис. штриховой горизонтальной линией продемонстрирован уровень качества очистки, соответствующий требованиям стандарта К?93 % [7].
По результатам анализа полученных графиков (рис. 2 и 3) можно выявить следующие зависимости:
1) в случае увеличения частоты вращения ведущего колеса моечного аппарата с условием использования постоянной температуры моющего раствора сокращается уровень его концентрации, в рамках которого достигается требуемое качество очистки, которое удовлетворяет также требования стандарта (рис. 2). В случае частоты 15 мин-1 значение концентрации моющего раствора - 3,5 г/л с температурой 85 °С. Аналогичное качество очистки может быть достигнуто в случае концентрации моющего раствора 1 г/л и с температурой 85 °С и частотой в 35 мин-1.
2) при увеличении частоты вращения гласного колеса моечного аппарата с постоянным значением концентрации моющего раствора снижается температур-
е, Ф
Рис 2 - Зависимости качества очистки поверхности банок от концентрации моющего раствора при различных температурных режимах Г (а -частота вращения ведущего колеса моечной машины п=15 мин1; б - п=20 мин-1; в - п=25 мин1; г - п.=30 мин1; д - п.=35 мин): 1 -1=45 'С; 2 4=55 'С; 3 - Г=65 С; 4 - =75 'С; 5 -Г=85 'С.
_ . 5
--- --- --- __— —'^Т
2
Г-1
1-е-] вЛ 2 - с=2 - ^ ■ с=3 8/1
4 - с""- ^
5 - с=5 С1'] -V—1-
45
55
65
75
Я5
1,°С
--- —
-ГЧ"2
1 -с 1 ¡11
2 с=2 »1 с=Э с=4 ((/[
у 4
1 ¡/1
I, "С
Рис. 3 - Зависимости качества очистки поверхности банок от температуры моющего раствора при различных значениях концентрации раствора с (а - частота вращения ведущего колеса моечной машины п1=15 мин1; б - п=20 мин^в -п,=25 мин1; г - п.=30 мин1; д - п,=35 мин1): 1 - с=1 г/л; 2 - с=2 г/л; 3 - с=3 г/л; 4 - с=4 г/л; 5 - с=5 г/л.
д
д
ный режим, в случае которого обеспечивается достижение качества очистки, выполняющее требования стандарта (рис. 3). В случае частоты 30 мин-1 минимальное значение температурного режима составит 60 °С в случае концентрации 5 г/л. Аналогичное качество очистки может быть достигнуто в рамках температурного режима 48 °С с показателем концентрации в 5 г/л и частотой 35 мин-1.
3) показатели качества очистки интенсивно возрастает в случае концентрации от 1 до 3 г/л. В рамках дальнейшего повышения концентрации моющего раствора свыше 3 г/л показатели качества очистки улучшаются весьма несущественно;
4) оптимальной температурой, обеспечивающей высококачественную очистку поверхности банок, выполняющей требования стандарта, является ее значение в интервале 65.85 °С вне зависимости от частоты вращения ведущего колеса моечного аппарата.
Выводы
В соответствии с результатами реализованных исследований были выявлены следующие оптимальные параметры:
- показатели качества очистки интенсивно возрастают в случае концентрации от 1 до 3 г/л. В рамках дальнейшего повышения концентрации моющего раствора свыше 3 г/л показатели качества очистки улучшаются несущественно;
- оптимальной температурой, обеспечивающей высококачественную очистку поверхности банок, выполняющей требования стандарта, является ее значение в интервале 65.85 °С;
- как следует из результатов проведенных исследований, оптимальное значение частоты вращения ведущего колеса моечной машины может составлять от 20 до 35 мин-1.
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 /
A.В. Майоров, Д.А. Михеева // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. - 2015. - № 2 (30). С. 165-169.
3. Майоров А.В. Влияние активации моющей жидкости барботированием на качество очистки консервных банок в моечной машине погружного типа / А.В. Майоров // Инновации и инвестиции. -2018. - № 4. С. 274-277.
4. Смелик В.А. Определение энергетических показателей моечной машины /
B.А. Смелик, Г.С. Юнусов, А.В. Майоров / / Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. -2009. - № 17. С. 205-210.
5. 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.
6. 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.
7. 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 cleaning factors on the quality of washing cans in jet washer of the sinking type Mayorov A.V.
Mari State University
Within the framework of the present article, the results of experimental studies on the level of quality of cleaning of the surfaces of cans of
their metal are presented. In accordance with the results of single-factor experiments, a series of dependencies of the quality of cleaning the can surface on the detergent concentration index at different temperatures of the washing solution were determined in the framework of the two-stage washing of the canner surfaces, and also the dependence of the quality of cleaning the can surface on the temperature of the washing solution at different concentrations of the solution , when fixing the rotation frequency of the driving wheel of the washing machine. On the basis of the results of the conducted studies, it was proved that the quality parameters of cleaning intensively increase in the case of a concentration of the cleaning solution from 1 to 3 g/l, the optimum temperature providing a high-quality cleaning of the cans satisfying the requirements of the standard is the value that lies in the interval from 65 to 85°C, and the optimum value of the speed of the driving wheel of the washing machine varies within 20-35 min-1.
Keywords: Jet washer, washing process, cans, factors.
References
1. Mayorov 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. Mayorov A.V. Influence of activation of the
washing liquid a barbotirovaniye on quality of cleaning of cans in the jet washer of submersible type / A.V. Mayorov//Innovations and investments. - 2018. - No. 4. Page 274277.
4. 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.
5. 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 337342.
6. 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.
7. 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
5
2
