Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный аграрный университет»

Кафедра: «Технологии производства и переработки продукции животноводства»

Курсовой проект

По дисциплине «Оборудование и автоматизация перерабатывающих производств»

На тему: «Разработка и обоснование устройства для очистки молокопровода на молочнотоварной ферме»

Выполнил:

Есенькин А.А.

Проверил:

Зенков П.М.

ОРЕНБУРГ 2019



Содержание

Введение

1. Конструктивная часть

1.1 Анализ оборудования для промывки молокопроводов

1.2 Основные закономерности процесса очистки молокопровода отзагрязнений

1.3 Приспособление для обслуживания вакуумомолокопроводных систем доильных установок и агрегатов

Заключение

Литература

Приложение



Введение

В последние годы сельское хозяйство в России претерпело серьезные изменения. За счет сокращения поголовья животных, несовершенства материально-технической базы и недостатков в использовании технологического оборудования значительно уменьшились темпы производства всех видов животноводческой продукции, в том числе и молочной. В связи с этим в настоящее время принимаются соответствующие меры по реконструкции агропромышленного комплекса, обеспечению развития его отраслей, механизации и автоматизации производственных процессов.

Наряду с увеличением производства молока необходимо предусматривать повышение его качества. Качество получаемого молока, являющегося одним из объектов окружающей среды, и повышение его чистоты, в том числе снижение бактериальной загрязненности, не может не сказаться на благополучии состояния и здоровья человека. Кроме того, в условиях рыночной экономики фактор качества является одним из основных в сбыте молока. Это обусловлено, прежде всего, более высокими закупочными ценами на молоко высшего сорта, используемого при производстве детского питания, йогуртов, сыров и других продуктов. Наметилась явная тяга потребителей к высококачественной отечественной молочной продукции.

В современных условиях производства молока решающее значение на его качественные показатели оказывает санитарное состояние доильного оборудования. В процессе эксплуатации доильных установок на внутренних поверхностях их трубопроводов образуются разнообразные по составу, свойствам, толщине, прочности сцепления с очищаемой поверхностью отложения, наличие которых приводит к загрязнению молока, в результате чего происходит снижение его сортности и цены за реализацию. Основная доля микробиальных и механических загрязнений молока при соблюдении всех необходимых условий содержания животноводческих помещений формируется за счет недостаточно промытого доильно-молочного оборудования [4, 5, 7].

Поэтому процесс промывки его является одной из важнейших технологических операций, от эффективности выполнения которой зависит уровень первичной загрязненности молока. Применение способов эффективной очистки молокопроводящих путей доильных установок -это важный путь улучшения качества молока и повышения производительности труда в молочном животноводстве.

В нашей стране около 50% всех молочных ферм оснащены доильными установками с молокопроводом. Обеспечить удовлетворительное санитарно- гигиеническое состояние данного оборудования представляется крайне затруднительным. Большое количество стыков между трубами молокопроводов, их малый диаметр, удаленность молокоприемника от доильных аппаратов в цепи транспортирования молока, резкие изгибы профиля молокопровода, применение пластиковых и резиновых соединительных труб в этих местах, доступ воздуха в замкнутую систему доения и транспортировки сырья, недостаточный объем приемной камеры коллектора, сильное гидродинамическое воздействие на молоко в процессе транспортировки по молокопроводу и многие другие факторы способствуют образованию трудноудаляемых липидопротеиновых загрязнений, адсорбционно-связанных с поверхностью оборудования и приводящих к потерям структурных элементов молока (белка и жира) при производстве. Наиболее совершенным на данный момент является оборудование западных фирм («Альфа-ЛавальАгри», «Вестфалия», «ГасконьеМелотт» и др.). Однако оно довольно дорогое, и немногие хозяйства могут его приобрести. Поэтому необходимо разрабатывать эффективные средства удаления загрязнений и поддержания хорошего санитарно-гигиенического состояния доильной системы с учетом специфики отечественного оборудования.

Однако система циркуляционной промывки молочной линии не доработана и не обеспечивает качественную очистку молокопровода, так как с увеличением площади внутренней поверхности его происходит лишь частичное отмывание верхней части трубопровода. Эффективность промывки зависит от комплексного воздействия таких факторов как температура, скорость течения моющего раствора, его концентрация, продолжительность циркуляции и др.

На качество промывки молочной линии большое влияние оказывают режимы течения моющего раствора (скорость и турбулентность потока) [7, 13, 16,]. В поле скоростей турбулентного потока образуются вихри (возмущения), которые активно воздействуют на стенки молокопровода, смывая с него остатки молока и жира. Чем выше степень турбулентности потока жидкости, тем больше сила воздействия его на стенки молокопровода, а следовательно, и лучше качество промывки.

Повышение производительности труда и обеспечение высокого качества получаемого молока путем совершенствования технологического процесса циркуляционной мойки молокопровода этой доильной установки составляет один из актуальных вопросов молочного животноводства, решению которого посвящена настоящая работа. Этот вопрос является важной составной частью проблемы повышения качества молока и устранения потерь сельскохозяйственной продукции.



1. Конструктивная часть

1.1 Анализ оборудования для промывки молокопроводов

В настоящее время существуют различные системы и способы мойки доильно-молочного оборудования, которые можно классифицировать по способу подготовки доильных аппаратов и молочного оборудования к проведению работ по их очистке, по приводу или способу подачи моющей жидкости в систему мойки, по степени автоматизации процессов и по другим признакам.

Мойку и дезинфекцию доильно-молочного оборудования можно осуществлять с полной и частичной его разборкой, а также без разборки. По кратности пропускания моющее - дезинфицирующих средств различают проточные и циркуляционные системы мойки. Последние обеспечивают снижение удельных затрат воды, пара, электроэнергии, расхода моющих и дезинфицирующих средств.

Для санитарной обработки технологического оборудования и молокопроводов применяют многоканальные централизованные и цеховые системы, а также локальные установки, работающие по принципу децентрализации системы мойки

Известны устройства для циркуляционной промывки молокопроводов доильных установок, содержащие емкость для горячей воды с выведенными из нее патрубками для подключения концов молочной линии и с отводной трубой и устройство для транспортировки горячей воды из емкости по трубопроводам.

В устройстве фирмы «Альфа-Лаваль АБ»(Швеция), с целью автоматического вывода первых, наиболее загрязненных порций горячей воды из циркуляционного контура, отводная трубка подсоединена к патрубку вывода отработанной воды обратно в емкость через кран, управляемый термочувствительным элементом, реагирующим на температуру моющего

раствора и подключающим отводную трубку при малой температуре его и расположенным около входа в резервуар для моющего раствора.

На рисунке 1 показано устройство промывки, соединенное с доильной установкой.

Рис. 1.1. Устройство промывки.

1 - молокопровод; 2 - крана для подключения доильных аппаратов, 3- воздухоотделителъ, 4 - трубка, 5 - центробежный насос, 6 - патрубок, 7 - резервуар, 8- входной патрубок, 9 - выходной патрубок, 10, 11,13 - соединительные шланги, 12 - входной патрубок, 14 -- краном, 15 - нагревательный блок, 16,17 - лоток, 18 - трехходовой кран, 19 - отводная трубка, 20 - прибору, реагирующему на температуру моющего раствора, проходящего по молокопроводу, 21 - отверстие для подсоса воздуха.

Устройство работает следующим образом.

Через кран 14 резервуар заполняют холодной водой, лоток 17 загружают дезинфекционным средством, а лоток 16 моющим средством. Вода в резервуаре 7 автоматически нагревается блоком 15 до заданной температуры. В этот блок встроен термостат, который отключает его при достижении заданной температуры воды. Вода, находящаяся над блоком 15,имеет более высокую температуру, чем вода находящаяся под ним. Затем включают вакуумный насос, подключенный к воздухоотделителю 3, и теплая вода из нижней части резервуара 7 отсасывается через патрубок 9 и далее в молокопровод. В результате подсоса воздуха через отверстие 21 в шланге 11 образуются водяные пробки, которые продвигаются по молокопроводу и очищают его. В воздухоотделителе воздух отделяется от воды, которая вместе с остатками молока по трубке 4 откачивается насосом 5 к патрубку 8 резервуара 7 и далее через кран 18 и трубку 19 наружу. После того, как вода в резервуаре 7 нагревается до заданной температуры, в результате пропускания этой воды по молокопроводу 1 последний тоже прогреется до необходимой для его промывки температуры посредством прибора 20, содержащего термочувствительный элемент. Произойдет переключение крана 18 и соединение патрубка 8 с трубкой 4, вода из которой поступит в лоток 16, смешается с находящимся в нем моющим средством, стечет в резервуар 7 и через молокопровод и трубку 4 снова в него возвратятся. После удовлетворительной очистки молокопровода кран 18 посредством часового механизма переключается, соединяя трубку 4 с отводной трубкой 19, через которую моющий раствор выливается наружу. После слива всего моющего раствора из молокопровода 1 и резервуара 7 в него через кран 14 наливают свежую воду. Затем дезинфицирующее средство из лотка 17 вводят в резервуар 7, в котором оно перемешивается со свежей водой. Образованный таким образом дезинфицирующий раствор циркулирует через резервуар 7 по молокопроводу и затем выводится через трубку 19 наружу. После циркуляции моющего и дезинфицирующего растворов устройство просушивают посредством пропускания через него воздуха. За исключением перехода от предварительного ополаскивания молокопровода теплой водой и циркуляции моющего раствора переходы от одних стадий операции промывки к другим осуществляются посредством часового механизма.

Недостатком этого устройства является то, что он не обеспечивает полногоудаления молока после окончания доения, а также раствора моющей

жидкости из молокопровода.

Шарабурин О.Е.и Кузьмин А.Е.(Иркутский сельскохозяйственный институт) предлагают устройство для очистки молокопроводов, содержащее направляющие пластины с патрубками, задвижку с наклонными и дополнительными каналами, установленную с возможностью перемещения для сообщения соответствующих патрубков пластин посредством каналов задвижки, имеющей углубление с калибровочным отверстием для сообщения с атмосферой, в котором, согласно изобретению, дополнительные каналы выполнены параллельными с расстоянием между ними, равным соответствующему расстоянию между осями патрубков.

Особенностью устройства является наличие параллельных каналов вместо прежних сообщающихся, что не требует извлечения задвижки из направляющих, ее перестановки на 180° и тем самым предотвращается полная разгерметизация молокопроводной системы.

Рис. 1.2. Схема работы устройства промывки.

1 - направляющие пластины, 2 - задвижка, 3, 10, 11, 12 и 13 - цилиндрические сквозные каналы, 4, 6, 14, 15, 16 - патрубки, 7 - калибровочные отверстия, 8 - молокопровод.

Устройство для очистки молокопровода реализовано следующим образом. Для очистки молокопровода от остатков молока после окончания доения открывают разделитель 9 на молокопроводе 8, в канал 11 заправляют поролоновую пробку. Задвижку 2 задвигают до совпадения каналов 13 и 12 с патрубком 4 и с другой стороны с патрубками 15 и 16, также канала 11с патрубками 6 и 14. При совпадении каналов поролоновая пробка за счет силы разности остаточного давления в патрубке 6 и атмосферного давления в патрубке 14 движется по молокопроводу 8, эвакуируя остатки молока через патрубки 4, 15 и 16 в дозаторы молока. Завершив движение по контуру справа налево, пробка останавливается у ограничителя 5 в патрубке 4. Перемещением задвижки 2 до совпадения канала 13 с патрубками 6 и 15 калибровочного отверстия 7 с патрубком 4 пробка из патрубка 4 движется по контуру слева направо за счет разности остаточного давления в патрубке 4 и атмосферного давления, поступающего через калибровочное отверстие 7, проводя сбор молока со стенок молокопровода и стыков с дальнейшей его транспортировкой через патрубки 6 и 15 и канал 13 в дозатор молока. В канал 11 заправляют следующую пробку, вынув пробку из канала 13.

Промывка и дезинфекция молокопровода производится перемещением задвижки 2 до совпадения каналов 12 и 13 с патрубками 4, 15 и 16 и канала 11 с патрубками 6 и 14 и дальше производится в соответствии с инструкцией по эксплуатации доильной установки по заданию и программе командного прибора и циклограмме.

Завершающей стадией очистки молокопровода от моющих растворов и взвесей является пропускание поролоновой пробки по всему контуру с ее движением справа налево и слева направо.

Устройство позволяет снизить остаточное количество молока, затраты на восстановление вакуумметрического давления в молокопроводной системе, повысить его качество за счет повышения эффективности очистки от остатков молока и моющих растворов.

Установку для мойки доильной аппаратуры (рис. 1.3.) предложили Я.А.Квелде, Л.И.Киренков, А.Ф.Баркан и Я.Д. Вовер.



Рис. 1.3. Установка для мойки доильной аппаратуры.

а - схема установки для мойки доильной аппаратуры; б - устройство пульсатора. 1 - ванна для моющей жидкости, 2 - погруженные в нее доильные аппараты, 3 - впускной патрубок, 4 - пульсатор, 5 - трубопровод, 6 - насос-опорожнитель, 7 - вакуум-провод, 8 - корпуса, 9 - выпускной патрубок, 10 - основание, 11 - прерыватель жидкости, выполненный в виде вращающегося диска 11с дугообразными щелями 12, 13 - отражатели, 14 -- стенкой.

Под действием вакуума промывочная жидкость из ванны 1 через доильные аппараты 2, впускные патрубки 3, основание 10 и щели 12 диска 11 поступает в полость желобообразных отражателей 13, откуда струей выбрасывается во внутрь пульсатора 4 и через выпускной патрубок 9 по трубопроводу 5 поступает в насос опорожнитель 6, а, затем возвращается в ванну 1. Таким образом, происходит циркуляция моющей жидкости. Реактивная сила выбрасываемой из полости отражателей жидкости приводит диск 11 во вращательное движение, который при вращении поочередно открывает и закрывает отверстия впускных патрубков 3, тем самым обеспечивая пульсирующую подачу моющей жидкости.

Использование предлагаемой установки позволяет сократить время и улучшить качество промывки доильной аппаратуры. Однако имеются и недостатки, к ним можно отнести большие потери вакуума и не возможность А. А. Беринын, К. К. Бейнерт, Я. Я. Розенберг и X. Э. Гремзе, решая проблему санитарной обработки молочных линий предлагают систему промывки доильной установки (рис.1.4).

Рис. 1.4. Схема доильной установки в режиме а) доения, б) режиме мойки.

После окончания доения выключается подача хладоносителя в охладитель, доильные аппараты 2 подсоединяются к патрубкам 13 и опускаются в ванну 11 вместе с концом молокоотводящего шланга 14. Шланг 15 снимается с устройства 5 для перекачки жидкости и соединяется с патрубком 16 воздухо разделителя 3. К устройству для перекачки жидкости подсоединяется шланг 17 и конец его опускается в ванну 11. Кран 4, который во время доения был закрыт, открывается. После включения вакуум-насоса 6 жидкость из ванны 11 засасывается в воздухоразделитель двумя параллельными потоками через молокопровод 1 и охладитель 10. Из воздухо разделителя жидкость выводится при помощи устройства 5 в ванну 11.

Улучшения качества промывки предполагается за счет того, что молокопровод и охладитель соединены параллельно с воздухоразделителем и моечным устройством, причем охладитель подсоединен к верхней части воздухоразделителя.

Следующее устройство для промывки доильных аппаратов было разработано О. Я.Стенгревиц, В. А. Дриго и Л. Ф. Розенбергом. В известных устройствах промывка аппаратов осуществляется перемещением жидкости лишь под действием вакуума или небольшого давления. Поэтому при пользовании такими устройствами на промывку доильных аппаратов затрачивается много времени. При повышении же давления моечной жидкости в трубопроводной системе известных устройств доильные стаканы спадают с моечных головок, и процесс промывки нарушается. Для повышения эксплуатационной надежности и улучшения промывки доильных аппаратов моечная головка в нижней части выполнена в виде конусообразного выступа и надетого на подводящий трубопровод подвижного колпачка, совместно зажимающих присосок доильного стакана.

Рисунок 1.5.Устройство для промывки доильных аппаратов

а - схема устройства для промывки доильных аппаратов; б - моечная головка; 1 - трубопровода; 2 - моечное устройство молокопровода; 3 - бачок; 4 - насос; 5 - трехходовой кран; 6- шланги; 7 - распределитель; 8 - патрубки; 9 - моечная головка; 10 - щели для разбрызгивания жидкости; 11 -- патрубок; 12 - подвижной колпачок; 13 - сосковая резина; 14 - молочный патрубок; 15 - коллектору доильного аппарата; 16 - шланг; 17 -- вакуумпровод; 18 - трубопровод; 19 - кран; 20 - патрубок; 21 - напорная труба.

Для промывки доильных аппаратов через кран 19 открываемый моечным автоматом или вручную в бачок 3 засасывают определенное количество моечной жидкости. Кран 19 закрывают. После заполнения емкости жидкостью включают насос 4, который, перекачивает моечную жидкость из бачка 3 по трубе 21 через кран 5 в моечный трубопровод. 1. Из моечной линии жидкость поступает через шланги 6, распределитель 7 ипатрубки 8 в моечные головки, а через щели 10 жидкость разбрызгивается, промывая внутренние карманы 22 сосковой резины 13 и обмывая верхнюю торцовую часть резины. Затем жидкость через сосковую резину 13, молочный патрубок 14, коллектор 15 и шланг 16 поступает в молокопровод 2, и цикл циркуляционной промывки повторяется. Закрепление сосковой резины к моечной головку осуществляют с помощью кольцеобразного выступа моечной головки, вводимого в верхнюю часть сосковой г резины под буртик 23. Сверху на буртик 23 надевают подвижный колпачок 12, который зажимает резину по буртику и не позволяет извлечь моечную головку, не подняв предварительно подвижной колпачок. Надежное крепление сосковой резины (быстро демонтируемое) позволяет избежать спадания промываемых доильных стаканов и увеличить эксплуатационную надежность во время промывки, позволяет проводить промывку как под вакуумом, так и под давлением в магистрали, что ускоряет процесс мойки. Отсутствие автоматического контроля над процессом промывки является существенным недостатком данной конструкции.

С целью повышения качества промывки молокопровода А.И.Зелепукик, О.Н.Ухов, М.В.Гуряков и А.И.Трофимов предлагают устройство представленное на рис.6, оно позволяет улучшить эксплуатационные свойства устройства и повысить эффективность промывки. Поставленная цель достигается за счет того, что электролизер содержит дополнительно камеру, соединенную входом и выходом с одной из рабочих камер электролизера, при этом другая из рабочих камер электролизера соединена с магистралями нагнетания и слива моющей жидкости.

Рисунок 1.6. Устройство для промывки молокопровода.

1 -- молокопровод; 2 - воздухоотделитель; 3 - предохранительный клапан; 4 и 5 - трубопроводы; 6 и 7 -- клапаны; 8 - тройники; 9 - мембранный электролизер, 10 и 11 - отрезки трубы; 12 - трехходовой клапан, 15 и 13 - насос; 14 - дополнительный клапан.

Устройство для промывки молокопровода работает следующим образом, трезок трубы 11 опускается в одну из камер мембранного электролизера 20 9, заполненную католитом. В результате разрежения в воздухоотделителе 2 католит засасывается из мембранного электролизера, пройдя через трехходовой клапан 12, тройник 8, трубопровод 5, клапан 6 и ветви молокопровода 1, сливается и воздухоотделитель 2, заполняя трубопровод 4 до обратного клапана 7. По заполнении воздухоотделителя 2 необходимым количеством католита трехходовой клапан 12 закрывается и открывается клапан, затем при помощи насоса 13 производят циркуляцию католита в ветвях молокопровода 1, после чего открывают дополнительный клапан 1 и через отрезок трубы 10 сливают отработанный раствор в электролизер 9.

После слива католита дополнительный клапан 14 закрывается, а отрезок трубы 11 опускают в другую камеру мембранного электролизера 9. Далее процесс повторяется.

Изобретение позволяет обеспечить промывку молокопровопа в двух режимах, циркуляцией католитом и ополаскиванием анолитом, и позволяет отказаться от необходимости повторной очистки и использования минеральных кислот.

Повышение эффективности промывки молокопроводов увеличенного диаметра современных доильных установок путем обеспечения пробкового режима течения моющей жидкости можно достичь с помощью устройства (рис. 1.7.) предложенного Красновым И.Н. и Жмырко А.М.

Рисунок 1.7. Схема промывки молокопроводов доильных установок

Устройство для промывки молокопроводов доильных установок работает следующим образом.

При отсасывании воздуха вакуумным насосом 10 в системе создается вакуум (рис. 1.7.), под действием которого моечная жидкость из моечной ванны 5 засасывается в промывочный трубопровод 3 и далее, проходя через доильные аппараты 4 и молокопровод 2, попадает в бак 1. Из бака 1 жидкость откачивается через трубопровод 6 объемным насосом 7 в моечную ванну 5.

Во время процесса промывки пульсатор подачи газа 13 обеспечивает в управляющей камере 18 пульсоусилителя 14 вакуум (рис.1.8.). Двойной клапан 23 закрывает камеру постоянного атмосферного давления 17 и открывает отверстие, соединяющее камеру переменного вакуума 16 с вакуум-проводом 9. При этом клапан 24 прерывателя подачи атмосферного воздуха 15 закрыт.

Рисунок 1.8. Схема устройства для промывки молокопроводов доильных установок в режиме прерывания подачи атмосферного воздуха.

В следующую фазу от пульсатора подачи газа 13 в управляющую камеру 18 пульсоусилителя 14 поступает воздух атмосферного давления. В определенный момент сила, действующая на мембрану 20 вверх, становится меньше силы, действующей на двойной клапан 23 вниз, и двойной клапан 23 опускается. При этом отверстие, сообщающее камеру переменного вакуума 16 и камеру постоянного атмосферного давления 17, открывается, а отверстие, соединяющее камеру переменного вакуума 16 с вакуум-проводом 9, закрывается. В результате в приемный патрубок 27 прерывателя подачи атмосферного воздуха 15 поступает воздух, под действием которого клапан 24 поднимается. Атмосферный воздух через патрубок увеличенного поперечного сечения 28 проходит в промываемый молокопровод 2.

Через определенное время подача атмосферного воздуха в управляющую камеру 18 пульсоусилителя 14 прекращается, и в ней постепенно увеличивается вакуум. При этом двойной клапан 23 закрывает отверстие, сообщающее камеру переменного вакуума 16 и камеру постоянного атмосферного давления 17, а отверстие, соединяющее камеру переменного вакуума 16 с вакуум-проводом 9, открывается, клапан 24 прерывателя подачи атмосферного воздуха 15 опускается, и подача атмосферного воздуха в промываемый молокопровод 2 прекращается. Далее процессы работы устройства повторяются с частотой, заданной пульсатором подачи газа 13. молокопровод доильный агрегат промывка

При такой работе устройства атмосферный воздух поступает в промываемый молокопровод 2 и, разрывая сплошной поток моющей жидкости на отдельные поршни, перемещается воздушными пробками. При данном режиме течения, за счет большой скорости течения жидкости вблизи стенок, частицы загрязнений отрываются и перемещаются вдоль стенок. При этом перемещении между частицей и стенкой трубы образуется пленка жидкости, силы адгезии (прилипания) частицы к стенке снижаются, и частицы загрязнений более эффективно выносятся из промываемого молокопровода 2.

Таким образом, устройство для промывки молокопроводов доильных установок позволяет повысить эффективность промывки путем обеспечения пробкового режима течения моющей жидкости и газа.

1.2 Основные закономерности процесса очистки молокопровода отзагрязнений

При образовании загрязнений важную роль играют микроструктурные изменения, которые возникают в результате воздействия различных физических и технологических факторов.

Молоко представляет собой сложную полидисперсную систему, состоящую из жировых шариков, диаметром до 2 мкм, молочных телец, белков, в основе которых лежат субмицелы казеина, и казеиновые частицы размером более 0,2 мкм, частиц коллоидной размерности и растворенных молекул и атомов, взаимосвязанных между собой [6]. Кроме того, возможно присутствие отдельных частичек и капелек грязи, попавших в молокопровод.

По данным В.В. Молочникова и Л.М. Пинчука на поверхности оборудования после контакта с молоком остаётся плёнка загрязнений, в ко-торой содержится молочный жир, белки и незначительная доля минеральных солей-2...4%.

Наибольшую сложность очистки молокопровода после доения представляет удаление жировых отложений. В 1 см3 натурального молока содержится около 2-4 млрд, жировых шариков, окруженных водной фазой. Они имеют белково-липоидную оболочку, представляющую собой поверхностный абсорбционный слой. Наружная сторона пленки жировых шариков, обращенная к водной фазе, состоит из белкового слоя, который в свою очередь образует гидратную оболочку[5]. Подобное строение оболочки жирового шарика активно препятствует процессам слияния молочного жира и осаждения его на поверхности молокопровода, которые вызваны стремлением дисперсионной системы занять, наиболее выгодное энергетическое состояние.

Однако данные оболочки не обладают достаточной прочностью. В результате теплового движения возможно взаимное проникновение гидратных слоев жировых шариков с образованием крупных конгломератов. При машинном доении неизбежны различного рода механические воздействия, в результате чего происходит повышение энергии движения, и жировые шарики с гидрофобизированной поверхностью, смешиваясь в значительной степени со стабилизирующей их белковогидратной оболочкой, легко оседают на поверхности оборудования.

Процесс загрязнений поверхности протекает поэтапно. При движении молока и воздуха по молокопроводу образуется воздушно-молочная эмульсия и возникают сильно развитые поверхности раздела фаз плазмажировые шарики и плазма-воздух, что вызывает перераспределение концентрации белково-липоидной оболочки в пограничных слоях контактирующих фаз. При столкновении частиц происходит разрушение защитного слоя вокруг жировых шариков, они становятся более гидрофобными и притягиваются поверхностью воздушного пузырька. Жидкая фракция жира на поверхности воздушного пузырька, да и сами жировые шарики, лишившись защитной гидрофильно-липоидной оболочки, активно способствуют зарождению и росту определенной части кристаллов жира, как на этих поверхностях, так и на стенках молокопровода. На последнем этапе соли кальция, входящие в состав молока, создают армирующий скелет высокой прочности и прочно закрепляют загрязнения на поверхности оборудования, образуя твёрдые отложения в виде молочного камня.

В зависимости от физико-химических процессов формирования загрязнений и их связей с очищаемой поверхностью Г.П. Дегтерев разделяет все загрязнения, встречающиеся на молочном оборудовании на три группы (рис. 1.9):

1) адгезионные (в виде остатков молока и устойчивых частиц молочного жира);

2) поверхностно-адсорбционно связанные (в виде макрочастиц, жира и гелеобразных отложений);

3) прочно (глубинно) связанные (в виде «молочного камня»).

Рис. 1.9. Классификация загрязнений, образующихся на поверхности молочного оборудования

а -- адгезионно связанные; б - поверхностно-адсорбционно связанные; в - прочно (глубинно) связанные; 1 -- поверхность оборудования; 2 - жировые шарики; 3 - молочные тельца; 4 - липоидная оболочка; 5 - макрозерна масла; 6 - молочный камень

С.В. Харьков представил общую структуру пленки молочных загрязнений в виде следующей модели (рис. 1.10).

Рис. 1.10.Модель структуры пленки молочных загрязнений по С.В. Харькову

1 - жировые шарики; 2 - частички казеина; 3 -- молочная плазма

К поверхности оборудования за счет сил адгезии примыкают жировые шарики и масленичные зерна с поврежденной оболочкой. Растеканию молочного жира препятствует смачивание поверхности молочной плазмой, содержащей частички казеина, молекулы лактозы и другие составные части молока.

П.Н. Белянин и В.М. Данилов отмечают, что в процессе очистки можно выделить три стадии:

- отделение частиц загрязнений от поверхности молокопровода;

- перевод этих частиц в моющий раствор;

- удержание взвешенных частиц в моющем растворе до его слива без повторного осаждения на поверхность.

Однако данное представление не учитывает необходимость разрушения довольно сильных связей между соседними жировыми шариками, особенно в загрязнениях в виде подсохших поверхностных плёнок.

Наиболее полно механизм очистки загрязнений отражен в исследованиях Г.П. Дегтерева. Так, процесс удаления адгезионносвязанных загрязнений он разделяет ещё на два этапа: уменьшение толщины слоя и удаление тонкого пристенного граничного слоя [4].

При удалении загрязнений с поверхности молокопровода в первую очередь происходит взаимное проникновение и смешивание дисперсионной среды молочной плёнки и моющей жидкости, что обусловлено их химической однородностью.

В результате движения моющей жидкости происходит удаление адгезионых загрязнений, так как в этом случае нет действительного прилипания, а имеет место лишь тесное соприкосновение загрязнений с поверхностью, либо с загрязнениями другого вида. В данном случае силы аутогезии (силы связи внутри загрязнений) превышают силы адгезии (связь между загрязнениями и поверхностью).

Основная часть загрязнений представлена второй группой по классификации Г.П. Дегтерева - поверхностно-адсорбционно связанные. Эти загрязнения образуются в результате физико-механического воздействия на молоко при доении и транспортировке. Их макромолекулярный слой, содержащий нестабильный молочный жир, активно адсорбируется поверхностью и не удаляется водой. Особенностью загрязнений этого вида является то, что силы аутогезии в данном случае ниже адгезионных, и они увеличиваются по мере приближения к поверхности. Для удаления второй группы загрязнений необходимы горячие моющие растворы с поверхностно активными веществами (ПАВ). При удалении высокой молочной плёнки, состоящей из молочного жира, а также белковых соединений, на первом этапе происходит смачивание моющей жидкостью поверхности оборудования и молочного жира, при этом на них налипают молекулы ПАВ, уменьшающие межфазное натяжение на границах моющий раствор - загрязнение, моющий раствор -- очищаемая поверхность. Вследствие этого, кинетической энергии потока моющей жидкости становится достаточно для преодоления этих сил сцепления, и слой жира под действием механического воздействия в некоторых местах сдвигается, образуя жировые сегменты, которые затем переходят в шарообразные капельки, удерживаемые на поверхности силами адгезии.

Рис. 1.11. Схема отделения жирового шарика загрязнений от поверхности молокопровода при его мойке

1- жировой шарик; 2 - поверхность оборудования; 3 - моющий раствор

Наиболее трудно удалимыми являются прочно (глубинно) связанные загрязнения в виде молочного камня. Удалить их можно путём химического разрушения агрессивными средами (обычно растворами кислот), либо способом механической очистки с применением высокоэффективных моющихимоюще-дезинфицирующих средств.

В пленке загрязнений, содержащей жир, белок, бактерии и другие вещества, можно выделить пристенный и основной слои загрязнений.

Толщина пристенного слоя, определяемая размерами конгломератов, которые образуют жировые шарики между собой, может достигать 400 мкм.

С целью определения условий разрушения и удаления пристенного слоя молочного жира необходимо рассмотреть силы, обуславливающие его прочность.

Прочность пристенного слоя характеризуется силами сцепления жировых частиц между собой и силами прилипания их к поверхности оборудования.

На рис. 1.11. представлена схема отделения жирового шарика пристенного слоя загрязнений от поверхности оборудования, предложенная В.И. Березуцким.

По Б.А. Доронину условие, при котором произойдёт отделение жировой частицы от поверхности молокопровода под действием энергии потока моющего раствора, имеет вид

F аG1-3(l+ cos)f

где F - касательная сила трения, действующая на шарик со стороны потока жидкости, Н;

а - путь сдвига жирового шарика, м;

G1-3- межфазная энергия на границе «молочный жир - моющий раствор», Дж/м2;

- краевой угол смачивания (между вектором G1-3по касательной к жировому шарику и поверхностью молочного оборудования), град.;

f - приращение площади контакта жирового шарика с поверхностью молочного оборудования на пути сдвига а, м2 .

Уменьшить энергию сцепления жировых шариков с очищаемой поверхностью можно за счет снижения межфазного натяжения на границе моющий раствор - молочный жир G1-3и увеличения краевого угла смачивания . Тогда по [46] скорость потока, необходимая для удаления пленки загрязнений в области квадратичных сопротивлений шероховатых поверхностей труб, должна быть

где р - плотность моющего раствора, кг/м3;

f - площадь трения моющего раствора о жировой шарик на стенке поверхности молокопровода, м2;

? f-относительная шероховатость поверхности молокопровода;

dи ? - внутренний диаметр и высота выступов поверхности молокопровода, м.

Однако Б.А. Доронин в своих исследованиях пренебрег силами взаимодействия жировых шариков между собой, а их влияние существенно.

В.И. Березуцким предложено учитывать данные силы в виде коэффициента а, пределы варьирования которого определялись в процессе экспериментальных исследований.

Тогда скорость отрыва частиц загрязнений определяется условием

Общая энергия жировых шариков находится по зависимости:

W0 = Wд + Wэл (4)

где Wд - энергия притяжения Ван-дер-Ваальса - Лондона или энергия дисперсии, Дж;

Wэл - энергия электрического отталкивания, Дж.

Энергия дисперсии определяется по формуле Гамакера [15]:

где А -- константа Гамакера, Дж;

dж - диаметр жирового шарика, м;

lж - расстояние между поверхностями жировых шариков, м.

Константа Гамакера может быть рассчитана по выражению



A= 18dжyminh00sin(2)

ymin- критический градиент сдвига, при котором происходит разделение пар шарообразных частиц;

hoo- кажущаяся вязкость при высоких градиентах сдвига;

б - критический угол (б =30°) между линией, соединяющей центры частиц и направлением усилий сдвига в момент разделения пары частиц.

Рис. 1.12. Энергия взаимодействия как функция расстояния, рассчитанная для жировых шариков молока различного диаметра:

1-3 мкм; 2-0,7 мкм; 3-0,3 мкм

Следовательно, условие, при котором произойдёт отделение жировой частицы от поверхности молокопровода под действием энергии потока моющего раствора, можно представить в виде

F? бG1-3(l+ cos) ? f + Wo,

Не умаляя значения физико-химических факторов, обусловленных активностью моющей среды, многие исследователи склоны считать процесс механического воздействия одним из основных условий, определяющих эффективность очистки.

Таким образом, для определения условий удаления молочных загрязнений необходимо рассмотреть процесс воздействия потока моющей жидкости на отдельные частицы молочного жира при заданных значениях скорости движения моющей жидкости, её концентрации и температуры.

В исследованиях С.В. Харькова рассмотрена модель установившегося движения жидкости в трубах, имеющая турбулентное ядро и пограничный слой, который может иметь непосредственно у стенки вязкий ламинарный подслой (рис. 1.13.).

где Vp- средняя скорость движения потока, м/с;

D-внутренний диаметр молокопровода, м;

vp- кинематическая вязкость слоя загрязнений, м2/с.

Толщина ламинарного подслоя определяется по формуле:

где л.п - толщина ламинарного подслоя, м;

- коэффициент гидравлического трения.

Рис. 1.13. Распределение сил, действующих на жировую частицу загрязнений со стороны потока моющего раствора в ламинарном подслое



Vpmax- максимальная скорость движения потока в молокопроводе; Vp- средняя по живому сечению скорость; Urp- скорость на границе ламинарного подслоя; илп - скорость потока в пределах ламинарного подслоя; Fn- подъемная сила; FTp- сила касательного трения; Рдц - сила лобового давления; F0tp- сила отрыва; 8Лп - толщина ламинарного подслоя; D- диаметр молокопровода; 1ж - элементарное перемещение частицы под действием силы отрыва; Sж-р - приращение площади контакта молочный жир - моющий раствор при перемещении частицы.

При рассмотрении процесса удаления остаточных загрязнений принимаем, что жировые частички имеют форму шара, удерживаются на гладкой поверхности силами адгезии и взаимодействуют между собой силами адгезии.

Отдельная жировая частица, лежащая на поверхности молокопровода, испытывает со стороны потока моющей жидкости силовое воздействие. На нее действуют: подъемная сила Fn, представляющая собой вертикальную составляющую главного вектора гидродинамического воздействия жидкости на частицу, сила лобового давления Ґт, которая является составляющей того же вектора воздействия жидкости на частицу, совпадающая с направлением вектора скорости потока, сила касательного трения FTp, обусловленная вязкостью жидкости.

Результирующее воздействие всех вышеперечисленных сил принимается за силу отрыва частицы от очищаемой поверхности:

Foтp=Ftp+ Fлд+ Fn

Под действием силы лобового давления Fлди силы касательного трения FTpчастица смещается (сдвигается) относительно поверхности контакта, при этом сила Fлд, вынуждает жировую частицу катиться или скользить по поверхности трубы молокопровода.



1.3 Приспособление для обслуживания вакуумомолокопроводных систем доильных установок и агрегатов

В традиционных схемах промывки оборудования (молокопровод, доильные аппараты, оборудование молочного отделения) во всех без исключения отечественных доильных установках проводятся по традиционной схеме: прополаскивание, циркуляционная мойка, вторичноепрополаскивание. В основном, режим движения моющих жидкостей ламинарный с небольшим впуском воздуха вколлектора доильных аппаратов (давление снижается до 10....35 кПа). С одной стороны, такой характер движения как моющего раствора (дезсредетва), так и воды в молокопроводе значительно увеличивает продолжительность технологического процесса, с другой, оснащение доильных установок, рассчитанных на небольшое поголовье (фермерское хозяйство), такими автоматами промывки не всегда экономически оправдывается.

Нами разработано оригинальное, простое по конструкции, многофункциональное техническое решение, позволяющее обеспечивать без изменения конструктивных характеристик серийного доильного оборудования выполнение следующих операций: динамическая промывка молокопроводных систем щелочными или кислотными моющими средствами; нанесение методом распыления гидрофобных покрытий на внутреннюю поверхность вакуум-проводов (например, тетрополифтор-етиленом - "Тефлоном"-3 и "Тефлоном"- 4). При правильном нанесении эти покрытия способны предохранять поверхности, на которые они нанесены, от воздействия щелочей, кислот и других веществ, а также выдерживать продолжительный срок эксплуатации.

Предложенное устройство (рис. 1.14.) включает в себя: ручку доильномолочного крана 1, пульсатор 2, пневмокамеру 3 с дросселем 4 и сетчатым фильтром о, трехходовой кран б, обеспечивающий режимы (прополаскивание, мойка щелочным или кислотным раствором), вентиль с распылителем для подключения и нанесения защитных покрытий вакуумопроводных систем.

Установка на корпусе 7 вентиля 8 и специального завихрителя-рассекателя 9 позволяет получить интенсивный вихреподобный характер движения аэрозольных компонентов как "Тефлона" при нанесении защитных покрытий вакуумопроводов, так и комплектовать им доильные агрегаты для малых ферм и фермерских хозяйств с целью замены дорогостоящего оборудования по промывке молокопроводных систем.

Рис. 1.14. Структурная схема приспособления

1 - ручка доильного крана; 2 - пульсатор; 3 - пневмокамера; 4 - дроссель; 5 - фильтр; 6 - кран трехходовой; 7 - корпус; 8 - вентиль; 9 - завихрителъ; 10 - молокопровод; 11 - вакуум-провод

Предложенное устройство многофункционально. Основное предназначение - создание динамического пробкового движения моющее- дезинфекционного раствора в молокопроводных системах в двух режимах:

- циркуляционная промывка щелочным раствором (Щ);

- циркуляционная промывка кислотным раствором (К).

Кроме этого, предлагаемое техническое решение может использоваться для нанесения гидрофобных покрытий на стальные молоко - вакуумные трубопроводы.

Устройство содержит пневматический преобразователь постоянного вакуума в пульсирующий с соответствующей частотой и соотношением фаз: активной Т[ и пассивной Т2. Пульсоуселитель выполняет роль пневмоклапана с регулируемым дебетом воздуха, поступающего в молокопровод через фильтр. Для выбора режима промывки (щелочной или кислотный) имеется трех ходовой кран. Для регулирования расхода концентрированных моющих растворов в конструкции предусмотрены шаровые краны 31 и 32.

Камера переменного вакуума пульсатора соединяется с камерой пульсоуселителя посредством шланга. Регулировка хода клапана пульсоуселите ля обеспечивается винтом ограничителем 27.

Подключая ручку 17 к основанию доильного крана обеспечиваем работу пульсатора от вакуумметрического давления в вакуумпроводе (стандартная величина 46 кПа). При подключении клапана 25 через шток 12 мембрана 8 осуществляет проход воздуха через фильтр 22. В это время через вентиль 32 за счет вакуумметрического давления, в молокопровод будет подаваться определенная порция концентрата моющего раствора.

Для регулирования соотношения структуры гетерогенной моющей среды (жидкость-воздух) в фильтр устанавливается диафрагменная заслонка.

Испытание в лабораторных и производственных условиях совхоза- техникума (агроколледжа) Покровского Оренбургской области предложенного технического решения подтвердили его работоспособность, высокую надежность и технологическую эффективность конструктивных решений. Регистрация параметров движения жидкости в молокопроводе свидетельствует о ее динамическом характере (турбулентный режим). Обследование качества промывки по остаточной загрязненности стенок молокопроводов и бактериальной обсемененности первых порций молока подтвердило целесообразность и эффективность применения предложенной конструкции. Большая часть деталей - стандартные. Нестандартные детали без особого труда можно изготовить в условиях специализированных мастерских.



Заключение

Таким образом, повышение производительности труда и обеспечение высокого качества получаемого молока путем совершенствования технологического процесса циркуляционной мойки молокопровода этой доильной установки составляет один из актуальных вопросов молочного животноводства, решению которого посвящена настоящая работа. Этот вопрос является важной составной частью проблемы повышения качества молока и устранения потерь сельскохозяйственной продукции.



Литература

1. Алышуль А.Д Гидравлические потери на трение в трубопроводах / АД Альтшуль. -М. - Л.: Госэнершиздат, 1981. - 256 с.

2. Андреев П.В. Техническое обслуживание маптин и оборудования животноводческих ферм / ЛВ. Андреев. - Л: Колос, 1977. - 272 с.

3. Архангельский И.И. Санитария производства молока / И.И. Архангельский.-М.: Колос, 1976.-312 с.

4. Дегтерёв Г.П. Механизм образования и классификация молочных загрязнений / Г.П. Дегтерёв // Молочная промышленность. -1999. - № 6. - С. 30-31.

5. Жмырко А.М. Обоснование режимов очистки молокопровода увеличенного диаметра от загрязнений / А.М. Жмырко // Совершенствование процессов и технических средств в АПК. - Зерноград, 2005. - Вып. 6. - С. 59- 62.

6. Загаевский И.С. Гигиена получения высококачественного молока на товарных фермах / ИС. Загаевский. - Кишинев: Карга молдовеняска, 1971.-116с.

7. Золотил ЮЛ. Циркуляционная мойка молочного оборудования / ЮЛ Золотил. - М: Пшцепромиздат, 1963. - 90 с.

8. Идельчик ЛЕ. Справочник по гидравлическим сопротивлениям /И.Е. Идельчик. - 2-е изд., перераб. и доп. - М: Машиностроение, 1975.-559 с.

9. Карташов Л.П. Машинное доение коров / Л.П. Карташов, Ю.Ф. Куранов - 3-с изд., перераб. и доп. - М: Высшая школа, 1980. - 223 с.

10. Карташов Л.П. Машинное доение коров / Л.П. Карташов, Ю.Ф. Куранов. - М: Высшая школа, 1969. -207 с.

11. Карташова В.М. Производство высокосортного молока / В.М. Карташова//Повышение качества продуктов животноводства. -М., 1978. - С.

12. Краснов ИЛ Динамика пневмопривода клапанов пульсатора Краснов И.Н. Исследование течений газожидкостных смесей по могокопроводу доильных установок в процессе его мойки / И.Н. Краснов, А.М. Жмырко // Совершенствование процессов и технических средств в АПК. - Зерноград, 2004. -Выл. 5.-С. 25-29.

13. Кутателадзе С.С. Гидравлика газо-жидкостных систем / С.С. Кута-теладзе, МА Стырикович. - М.: Энергия, 1958. - 232 с.

14. Уитглстоун УГ. Принципы машинного доения: Пер. с англ. / УГ. Уитглстоун. - М: Колос, 1964.- 197 с.

15. Якубчак О.Н. Проблемы контроля качества молока / ОН. Якубчак // Молочная промышленность. -1995. - № 7. - С. 13-14.

16. Молочников В.В. Применение новых моющих средств в молочной промышленности /В.В. Молочников, Л.М. Пинчук // Молочная промышленность.-1976.-№ 8-С 17-21.

17. Моор В. Мойка и дезинфекция в молочном деле: Пер. с нем. / В. Моор, М. Вольтер. - М.: Пищепромиздат, 1957. - 163 с.

18. Санитарные правила по уходу за доильными установками и молочной посудой, контролю их санитарного состояния и санитарного качества молока. - М.: Колос, 1986. - 33 с.

19. Современные системы и средства для промывки доильного оборудования: Аналитическая справка (обзор). - М.: Росинформагротех, 2001, -9 с.



Приложение

Размещено на Allbest.ru

...