Совершенствование технологии и технических средств мойки и дезинфекции емкостей сбора, хранения и транспортирования молока

Во введении обоснована актуальность выполненной работы, сформулиро- ваны цель, задачи, объект и предмет диссертационного исследования, научная новизна, практическая значимость, основные положения, выносимые на защиту.
В первой главе «Анализ технологий мойки и дезинфекции молочного оборудования» приведен анализ литературных источников по вопросам процес- сов мойки и дезинфекции внутренних поверхностей емкостей сбора, хранения и транспортирования в условиях сельскохозяйственного производства молока. Анализируются структурный состав молока, его химические и физические свой- ства. Приведен обзор существующих моющих и дезинфицирующих систем, поз- воляющий произвести параметрический подбор необходимого технологиче- ского оборудования для процессов мойки и дезинфекции, определить основные направления совершенствования их конструкций.
На основе проведенного анализа сформулированы цель и задачи научных исследований.
Во второй главе «Теоретическое исследование рабочего процесса мойки и дезинфекции внутренних поверхностей емкостей сбора, хранения и транспортирования молока» приведены теоретические исследования меха- низма загрязнения поверхностей компонентами молока, его адгезионные свой- ства при различных режимах давления и температуры, взаимодействие с поверх- ностно-активными веществами (ПАВ), механизм отмывания жирового загрязне- ния на плоской поверхности.
Механизм оседания твердых частиц на поверхностях оборудования осно- вывается на силах Ван-дер-Ваальса, когда частицы находятся в жидкой фазе. В пограничном слое к указанной силе добавляется электростатическое воздействие поверхности, выраженное через электростатический потенциал. После оседания частицы на поверхности проявляются ее адгезионные свойства с материалом по- верхности.
Проблема адгезии загрязнения поверхности и последующий процесс ее мойки объединяется с другими проблемами технического характера: смачивание и склеивание. Процесс удаления загрязнений со стенок емкостей состоит из двух этапов: 1) набухание и пептизация; 2) сдвиг пленки.
Энергия распыления раствора затрачивается на образование новой поверх- ности капли и преодоление сил вязкости при изменении формы. Кроме того, мо- гут происходить потеря энергии в результате неэффективной ее передачи жид- кости. Необходимая для образования капли радиусом r энергия определяется из следующего соотношения, Дж:
E  300    m , (1) r
где ρ – плотность жидкости, г/см3; m – масса жидкости, г; r – радиус капли, см; γ – поверхностное натяжение, Н/см.
Минимальную энергию рассеивания для капли заданного радиуса можно рассчитать по формуле, Дж:
8d2 V
E 1 п 105, (2)
3d2 L
где d1 и d2 – диаметры начала и конца конической переходной области, см; L – длина переходной области, см; Vп – объемная скорость жидкости, см3/с; η – вязкость, г/(см ∙ с).
Ультразвуковой способ генерации тумана характеризуется воздействием на поверхность жидкости сфокусированной энергии вогнутого рефлектора (излуча- теля) мощных ультразвуковых волн. При достаточно высокой интенсивности в фокальной области образуются над поверхностью струя жидкости, а у ее основа- ния туман высокой концентрации. Концентрация и равномерность распределения тумана по заданному объему выше при малой высоте струи, что согласуется с ми- нимизацией потерь энергии (данное обстоятельство было подтверждено в ходе проведенных экспериментов). Образуемые капли жидкости имеют определенных размером рефлектора диапазон радиусов. По Мак-Кабину, дисперсный состав ге- нерируемого тумана имеет преимущественно капли диаметром 0,04-0,05 мкм.
Регулирование концентрации тумана осуществляется путем изменения акустической мощности излучателя, а также с помощью скорости газа над по- верхностью жидкости. Форма капель тумана сферическая. При слиянии данных капель также образуется сферическая капля большего радиуса. В связи с чем, основным размерным параметром капли являются радиус или диаметр капли.
Согласно теории Ланга, средний диаметр капель может быть рассчитан по следующей зависимости:
d0.343 8, (3)   2
где v – частота ультразвуковых колебаний, Гц.
Движение капель тумана в воздушной среде аналогично движению моле- кул газа и подчинены общим принципам теории диффузии и броуновскому дви- жению. Среднее смещение частиц вдоль оси x может быть определено как:
2 2Dt, (4) x
где D – коэффициент диффузии, см/с; t – время, с.
Осаждение частиц также сопровождается ударом о поверхность и связыва- ние с ней. Для данных процессов введен соответствующий термин броуновская диффузия аэрозолей. Термин подразумевает перенос частиц из областей с боль- шей концентрацией в области с меньшей.
Совместное оседания и диффузии для случая тумана в неподвижном воздухе емкости (между ее поверхностями) обусловлено предположением, что все капли, приходящиеся в соприкосновение с поверхностью, прилипают к ней. Общее урав- нение, описывающее скорость увеличения концентрации капель в некоторой точке:
C lD2C VC, (5) T X2 X
где C – концентрация капель на расстоянии X от нижней плоскости, г/см3; T – время, с; D – коэффициент диффузии капель, см/с; V – стационарная скорость оседания капель, см/с; l – расстояние между поверхностями, см.
8

Осаждение капель на поверхность емкости в немалой степени зависит от ее свойств: смачиваемости и шероховатости. Смачиваемость определяется в большей степени материалом поверхности, ее гидрофильности, шероховатость – способом ее обработки. В связи с тем, что основной компонент молока, моющего и дезинфицирующего раствора является вода, то загрязняемость и очищаемость поверхности в равной степени зависят от данных параметров.
Повышение угла смачиваемости достигается путем подбора концентрации ПАВ в растворе в существующих конструкциях моек поверхностей. В большей степени регулирование смачиваемости происходит в рамках физико-химических процессах.
Для шероховатости поверхности, на основании вышеизложенного стано- вится допустимо следующее неравенство:
dк Radж(б), (6)
где dк – средний диаметр капли, мкм; Ra – средняя шероховатость, мкм; dж(б) – средний диаметр частицы жира (белка), мкм.
Это неравенство обусловлено тем, что частицам жира (белка) с большим ра- диусом, чем размеры впадин шероховатости, труднее прилипнуть к поверхности в виду наличия собственного поверхностного натяжения. В результате, под частицей жира (белка) формируется пространство, которое при достаточно малых размерах капли, заполняется моющим раствором, с последующим отмыванием. В связи с чем, целесообразно, чтобы частица капли была меньше размеров шероховатости. В результате справедливо следующее неравенство, определяющее параметры шеро- ховатости поверхности при обработке туманом, сгенерированным ультразвуком:
Ra0.343 8, (7)   2
Исходя из неравенства, определяются характеристики ультразвукового ту- маногенератора в соответствии с применяемым моющим и дезинфицирующим раствором. Процесс дезинфекции характеризуется доставкой дезинфектанта до клетки (споры) микробиоты, в связи с чем достаточно иметь приближенное ра- венство указанного соотношения.
Эффективность дезинфекции можно оценить:
K1logN0 , (8)
tN
где K – константа скорости гибели клеток, мин.-1; N0 – начальное число жи- вых клеток, шт.; N – число живых клеток, шт., в момент времени t, мин.
Взаимосвязь концентрации биоцида C, г/см3, и экспозиции t выражается: lnNlnN0 kC t, (10)
где k – константа для определенного микроорганизма и биоцида при опреде- ленных значениях pH и температуре, см3/г∙мин; θ – коэффициент разбавления био- цида; t – время, необходимое для снижения микробной контаминации на 99%, мин.
На основании проведенного теоретического анализа была разработана ме- тодика расчета параметров процессов мойки и дезинфекции распылением уль- трамалого объема раствора ультразвуковым генератором (рисунок 1), а также об- щая технология мойки ультрамалым объемом реагента.
9

Рисунок 1 – Блок-схема методики расчета параметров распыления ультрамалого объема реагента
В соответствии с предлагаемой методикой разработана технология мойки и дезинфекции с использованием распыления ультрамалого объема раствора (УМО). Технология состоит из следующих этапов:
1. Распыление ультрамалого объема моющего раствора. В ходе данного процесса происходит заполнение объема мелкодисперсной средой, смачивание поверхности, набухание загрязнений, моющее действие реагентов. Время этапа составляет 0,4-4 мин.;
2. Механическое воздействие центробежных механических щеток для удаления сложных загрязнений. Данный этап проводится опциально, при необходимости (например, при достаточно застарелых загрязнениях). Время – 0,5 мин.;
3. Ополаскивание гидромеханической моющей головкой. Время – 0,5 мин.;
4. Дезинфекция. В качестве дезинфектанта применяются озонированная среда (газ или диспергированная УМО озонированная вода или растительное средство). Время экспозиции 2,4-12 мин.;
5. Повторное ополаскивание. Опционально, в зависимости от вида дезин- фектанта. Время – 0,5 мин.
Для емкостей с продолжительным простаиванием (3 ч и более) предусмот- рено применение этапа дезинфекции без предшествующих этапов.
В третьей главе «Программа и методика экспериментальных иссле- дований мойки и дезинфекции емкостей сбора, хранения и транспортиро- вания молока» приводится описание экспериментов и применяемых устано- вок для определения оптимальных параметров мойки и дезинфекции поверх- ностей, количества и нагрева моющего раствора, давления, времени воздей- ствия, определения рабочих параметров комбинированной моечной уста- новки. Представлены методики проведения эксперимента и обработки опыт- ных данных.
Экспериментальная лабораторная установка для определения степени за- ражения внутренних поверхностей емкостей состоит из чашек Петри диаметром 50 и 100 мм, набора стеклянных пробирок, стерильных ватных палочек для за- бора материала, лабораторного шкафа.
Экспериментальная лабораторная установка для определения влияния сте- пени шероховатости и пространственного расположения поверхности на степень ее загрязнения молоком состоит из набора наклонных поверхностей с углами наклона 30°, 45° и 60°, масштабных линеек со шкалой 5 мм, фотоаппарат на шта- тиве, шприц объемом 2,5 мм3, электронные весы.
Экспериментальная установка предназначена для многорежимных иссле- дований процессов мойки и дезинфекции внутренних поверхностей емкостей из различных материалов.
Установка, рисунок 2, содержит парогенератор 1, представляющего собой герметичную емкость с установленным в ней нагревательным элементом 3, по- груженный в жидкость и подключенный через ПИД-регулятор 6 к электросети. Емкость имеет два соединения через шаровые клапаны с атмосферой и сменяе- мым элементом 2. К сменяемому элементу подключается электронный вакуум- метр 4 и через шаровой клапан магистрального трубопровода насоса 5.
а) Технологическая схема:
1 – парогенератор; 2 – сменный элемент (емкость или часть трубопро- вода), подвергаемый процессам;
3 – нагревательный элемент;
4 – вакуумметр; 5 – насос;
6 – ПИД-регулятор с термопарой
б) Общий вид:
1 – электродвигатель; 2 – насос;
3 – парогенератор; 4 – ПИД-регулятор с термопарой; 5 – сменяемая емкость; 6 – электронный вакуумметр; 7 – анало- говый вакуумметр; 8 – магистральный трубопровод; 9 – ТЭН
Рисунок 2 – Экспериментальная установка для процессов мойки и дезинфекции
Экспериментальная установка предназначена для многорежимного иссле- дования степени бактериологического обеззараживания внутренних поверхно- стей емкостей. Установка, рисунок 3, состоит из трех алюминиевых емкостей, соединенных последовательно системой гибких шлангов и трубопроводов. В ем- кости 1 установлен озонатор, в емкости 2 – нагревательный элемент с ПИД-ре- гулятором, а также ультразвуковой генератор для создания распыления ультра- малого объема жидкости, в емкости 3 – вакуумметр. Для создания вакуума уста- новка подключалась к насосу. Управление установкой осуществлялось в ручном и автоматическом режимах (система автоматизации 4). На основании проведен- ных экспериментов были определены оптимальные параметры комплексной мо- ечной установки. Диапазон частот ультразвукового генератора составлял 20 кГц- 1 МГц, концентрация озона для воздуха 1,5-4 мг/м3, для озонированной воды – 10-16 мг/м3, время обработки ультрамалым объемом моющего раствора – 2,5-4 мин., время дезинфекции – 4-12 мин. Для емкостей объемом до 20 л потреб- ляемая мощность составляет от 24 до 300 Вт.
В результате проведенных исследований и технологической схемы комби- нированной моечной установки была разработана конструкция полупромышлен- ной комплексной моечной установки, рисунок 4.
Комбинированная моечная установка предназначена для осуществления процессов мойки и дезинфекции внутренних поверхностей емкостей различных профилей. Перечень отмываемых загрязнений установкой ограничивается
температурными режимами эксплуатации моющих и дезинфицирующих средств (20-60°С), габаритами емкостей сбора, хранения и транспортирования молока, допустимыми высоким и пониженным давлением оборудования.
аб Рисунок 3 – Экспериментальная установка исследования
бактериологического обеззараживания (обсеменения):
а) Общий вид; б) Рабочий процесс
Рисунок 4 – Образец комплексной моечной установки:
1 – защитный экран; 2 – форсунки для внешней мойки емкостей;
3 – многопозиционная моющая головка; 4 – ультразвуковой туманогенератор;
5 – щетки; 6 – электродвигатель; 7 – шкаф автоматики; 8 – емкость подготовки моющего (дезинфицирующего) раствора; 9 – емкость озонатора;
10 – терморегулятор; 11 – система слива; 12 – вращательные элементы
13

Работа установки заключается в последовательной обработки емкостей пу- тем создания мелкодисперсной среды на этапе подготовки с возможностью ме- ханической очистки (левая часть), последующей очистки и ополаскиванием гид- родинамическим способом на этапе основной мойки (правая часть) и созданием дезинфицирующей среды в емкости на завершающем этапе для стерилизации (также в левой части).
Ультразвуковой генератор располагается в углублении корпуса, опреде- ленной минимальным и максимальным уровнем жидкости над рефлектором или фокусирующим излучателем генератора, работающего в диапазоне частот 20-800 кГц. При этом уровень жидкости с различными вязкостью и поверхност- ным натяжением подбирается таким образом, чтобы высота струи была мини- мальной или отсутствовала, что обеспечивает максимальную концентрацию ту- мана. Корпус закреплен на подъемном механизме, высота расположения в рабо- чем состоянии определяется 2/3 высоты емкости, объемом до 300 л, диапазон высот 0-1,2 м. При обработке емкость устанавливается горловиной вниз на вра- щающийся диск с отверстием для хода корпуса с ультразвуковым генератором, механических центробежных щеток и ополаскивающей головки. Внешняя по- верхность емкости, вращаясь на диске, омывается форсунками. Внутренняя по- верхность обрабатывается согласно разработанной технологии.
Сбор и отвод отработанных жидкостей осуществляется принудительно с помощью насоса в емкость сбора для последующей утилизации, при этом преду- смотрено ее обеззараживание озоном, создаваемого имеющимся в конструкции озонатором.
В четвертой главе «Экспериментальные исследования процессов мойки и дезинфекции внутренних поверхностей емкостей сбора, хранения и транспортирования молока» представлены полученные результаты исследова- ний и дан их анализ.
В таблице 1 представлены результаты экспериментов определения влия- ния шероховатости поверхности на степень ее загрязняемости (Ra – шерохова- тость образцов, mуд – удельная масса загрязнения на пластинах). Качественный показатель загрязняемости определялся по косвенным количественным парамет- рам остаточной массы продукта на поверхности и скорости протекания продукта по поверхности. В качестве загрязнителя рассматривалось молоко жирностью 2-6%, как наиболее распространенный продукт сельского хозяйства.
Таблица 1 – Сводные данные по массовому загрязнению материалов
Параметры Ra, мкм
mуд, г∙10-5
0 0,1 1,23 1,27
Значения
0,15 0,2 0,4 0,8 2,00 2,22 2,24 2,41
В результате исследования можно сделать следующие выводы: количество загрязнителя (в массовом выражении) растет прямо пропорционально увеличе- нию шероховатости; скорость имеет слабую обратную зависимость от степени шероховатости поверхности; зависимость скорости от шероховатости обратно пропорциональна с изменением пространственного положения поверхности.
Было проведено исследование, целью которого является определение за- висимости коэффициента смачиваемости на границе раздела фаз жидкость–по- верхность–воздух от температурных режимов жидкости.
По результатам эксперимента был сделан вывод: полимерный материал подвержен меньшей загрязняемости, что характеризуется меньшими затратами моющего реагента в процессе мойки.
Экспериментальное исследование влияния шероховатости поверхностей металлических и полимерных материалов, распространенных в мировой практике сельского хозяйства, на их биологическую активность и локальную коррозию по- верхности проводилось по отношению к бактериям, питательной средой которых является молоко. Исследовались стали марок 15 и 20Х13, а также полимерные ма- териалы: полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) и поливинилхлорид (ПВХ). Проводилось измерение возможной неравномерности структуры и свойств пла- стин из стали по изменению магнитного поля «малым» зондом измерителя маг- нитной индукции ИМИ–3. При этом неравномерность магнитного поля на всех образцах составляла не более 0,1 Гс, находясь в пределах погрешности измерения.
В ходе экспериментального исследования бактериологического загрязне- ния емкостей из нержавеющей стали фторосодержащего полимера на поверхно- сти из двух материалов наносилось молоко с процентным содержание жира 2-6% по всей площади (100 см2). После чего производился смыв молока с по- верхностей. Пластины помещались на сутки в вентилируемые боксы, предотвра- щающие от попадания на них механических загрязнений, но позволяющие быть зараженными через атмосферу окружающей среды. Затем с пластин ватными па- лочками были сделаны смывы и произведен посев в чашки Петри. На рисунке 5 представлены результаты культивирования.
аб
Рисунок 5 – Бактериологическое загрязнение пластин: а) Нержавеющая сталь AISI 304; б) Фторопласт-3
Для исследования методов дезинфекции поверхностей был поставлен экс- перимент, целью которого является оценка эффективности обеззараживания на разных режимах поверхности сельскохозяйственного оборудования молочных ферм после длительного простаивания без мойки (более 3 ч). В качестве объекта исследования выступал показатель колониеобразующих единиц бактерий группы кишечных палочек и стафилококки. Предметом исследования выступали пластины из пищевой нержавеющей стали AISI 316.
Десять пластин с площадью исследуемой поверхности 25 см2 погружались в молоко, жирностью 4%, с массовой долей белка не менее 2,8%, кислотностью 18°Т, плотностью не менее 1028 кг/м3 и предварительно загрязненное патоген- ными бактериями. Затем излишки молока с пластин удалялись самотеком. Пла- стины оставлялись в помещении, имитирующим цех по сбору и хранению мо- лочного сырья с соответствующей окружающей воздушной средой, на сутки. В результате бактериологически загрязненное молоко на пластине высохло, что позволяло смоделировать процесс простоя оборудования.
Испытания методов и режимов дезинфекции проводилось по однотипному алгоритму для каждой пластины. В алюминиевую флягу, объемом 5 л с вмонти- рованным электронагревателем (ТЭН 01.102 D13 R30, мощностью 1 кВт), на подставку, изменяющую высоту в пределах 40-150 мм, помещалась пластина, с последующим на нее воздействием заданного метода и режима дезинфицирова- ния. Время воздействия каждого режима составляло 15±0,5 минут. В качестве моющего дезинфицирующего средства применялся водный раствор хлора и кау- стической соды в пропорциях 3 и 0,5% соответственно.
После обработки пластин соответствующим методом и режимом дезинфек- ции со всей площади ее поверхности брался смыв алюминиевым стержнем со стерильной ватой. Все образцы смывов передавались для анализа в Испытатель- ный лабораторный центр ФБУ здравоохранения «Центр гигиены и эпидемиоло- гии в Тамбовской области» Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека в соответствии с МУК 4.2.2942-11.
Сравнительный анализ метода обработки паром и УМО 65°C показал, что за- траты электроэнергии на подогрев и удержание температурных режимов оказались выше для пара, 0,24 против 0,16 кВт. Наибольший расход воды и моющего реагента оказался у метода мойки горячей водой, так как остальные методы либо не исполь- зовали данные ресурсы (обработка вакуумом и озоном), либо в силу замкнутости системы расход был минимален (в пределах погрешности, связанной с утечкой га- зообразной жидкости). Результаты эксперимента представлены в таблице 2. Близ- кие значения у методов озонирования и обработки ультрамалым объемом моющего раствора с температурным режимами 45 и 55°C, представлены на рисунке 6.
Таблица 2 – Результаты эксперимента дезинфекции
Метод и режим
1 Контрольный образец 2 Вакуумирование
3 Мойка горячей водой 4 Озонирование
5 Пропаривание 6 УМО, 35° C
7 УМО, 45° C
8 УМО, 55° C
9 УМО, 65° C 10 УМО, 75° C
БГКП, КОЕ/см3 473
134
Результаты
Стафилококки, КОЕ/см3
121 93 21
14 8
не обнаружено не обнаружено 21 13
16 4
не обнаружено не обнаружено не обнаружено
не обнаружено не обнаружено
16

Рисунок 6 – Изменение эффективности метода распыления ультрамалого объема раствора
Эксперимент по определению эффективности рецептур моющих и дезин- фицирующих растворов проводился с целью сравнения эффективности рецептур моющих средств для дезинфекции внутренних поверхностей емкостей сбора, хранения и транспортирования молока. Ход эксперимента аналогичен предыду- щему эксперименту.
Сравнивались рецептуры моющих дезинфицирующих средств: озониро- ванная питьевая вода, барбатированная в течение 5 мин.; 1%-й водный раствор азотистой кислоты; 1%-й водный раствор ортофосфорной кислоты; 1%-й водный раствор щелочи; рецепт моющего средства по Г.Г. Русаковой (Пат. 2127753 РФ Моющее средство); 2,1%-й водный экстракт горчичного порошка; 2,2%-й вод- ный экстракт горчичного порошка; 5,2%-й водный экстракт горчичного по- рошка.
Водные растворы кислот, щелочи и по рецепту Г.Г. Русаковой изготавли- вались смешиванием моющих средств с водой в рекомендуемых изготовителями пропорциях и по патенту 2127753 РФ Моющее средство (10%-й водный раствор). Водные экстракты горчицы приготовлялись путем вакуумного экстрагирования на установке (патент 2738938 РФ Универсальная вакуумная экстрактно-выпар- ная установка). Экстрагирование горчичного порошка осуществлялось в гидро- модулях 1:12,5; 1:25; 1:50 при вакууме 0,6 кПа и температуре 56°C в течение 40 мин. В результате получились водные экстракты горчицы с содержанием су- хих растворенных веществ 2,1, 2,2 и 5,2% (по рефрактометру 1,334; 1,335 и 1,3425). Данные экстракты применялись как готовые моющие средства. Резуль- таты представлены в таблице 3.
Общая степень чистоты проводилась при испытаниях комбинированной мо- ечной установки путем определения удельной электропроводности смывов с внутренней поверхности емкости. Смывы проводились путем взятия мазков с поверхности площадью 25 см2 при обработке УМО в течение 6 минут с шагом в минуту. Мазки брались стерильными ватными стержнями, после чего взятая
проба помещалась в дистиллированную воду (1 см3). Растворенные молочные жиры и белки изменяли начальную электропроводность дистиллированной воды, начальные свойства которой: pH 5,4-6,2, удельная электропроводность σ = 0,005∙10-4 мСм/м.
Таблица 3 – Результаты эксперимента по определению эффективности рецептур моющих и дезинфицирующих растворов
Дезинфицирующее моющее средство
1 Контрольный образец 2 Озонированная среда 3 Озонированная вода 4 Азотистая кислота
5 Ортофосфорная кислота 6 Щелочь
7 Раствор Русаковой
8 2,1 % экстракт горчицы 9 2,2 % экстракт горчицы 10 5,2 % экстракт горчицы
БГКП, КОЕ/см3 386
не обнаружено не обнаружено не обнаружено не обнаружено не обнаружено 4
не обнаружено не обнаружено
Результаты
Стафилококки, КОЕ/см3
74
не обнаружено не обнаружено не обнаружено не обнаружено не обнаружено не обнаружено не обнаружено не обнаружено
В качестве загрязнителя применялось молоко жирностью 4,8% с удельной электропроводность σ = 0,4∙10-4 мСм/м. Испытания проводились при темпера- туре окружающей среды 20°C. Результаты испытаний представлены на графике, рисунок 8.
Рисунок 8 – График зависимости удельной электропроводности от времени процесса мойки ρ(t)
В пятой главе «Технико-экономическое обоснование процессов мойки и дезинфекции поверхностей ультрамалым объемом» представлен анализ экономической эффективности от внедрения оборудования для реализации по- ставленной цели, а также предложен качественный оценочный показатель эф- фективности мойки и дезинфекции.
Разработанная технологическая схема комбинированной моечной уста- новки имеет производительность 2409,6 л/ч (23807 шт./год, емкостей объемом до 300 л), позволяющая снизить ресурсозатраты в общем на 62,5-80% и энерго- затраты на 25,2-37,8%. Экономическая эффективность использования установки (130065,6-234740,5 руб.) и срок окупаемости капиталовложений на его приобре- тение и ввод в эксплуатацию 0,4-0,8 года (5-10 месяцев).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. Анализ теоретических исследований мойки и дезинфекции внутренних поверхностей емкостей сбора, хранения и транспортирования молока показал, что применение технологий ультрамалого объема обработки и озонирования позволяют снизить ресурсо- и энергозатраты.
2. Результаты теоретических исследований и экспериментов обосновы- вают экономию ресурсов и электроэнергии при использовании метода ультрама- лого объема распыления частиц диаметром 0,04-0,05 мкм в процессе мойки по- верхности с шероховатостью 0,15-0,8 мкм: воды на 22 л/мин., моющего и дезин- фицирующего средства на 18,4 г/мин., электроэнергия на 1,12 кВт·ч. Установ- лено, что при среднем диаметре капли 0,04-0,05 мкм и температуре 60°C проис- ходит стерилизация внутреннего объема емкости до 20 л при экспозиции 6 мин., используя в качестве дезинфектанта озонированную воду, с концентрацией озона 10-16 мг/м3.
3. Разработанная методика расчета процесса мойки ультрамалым объемом моющего раствора и озонирования позволяет определить конструктивные пара- метры комбинированной моечной установки, параметры и режимы процесса мойки и дезинфекции (частота ультразвука 0,02-2,5 МГц, время предобработки 0,4-4 мин. и экспозиции 2,4-12 мин.).
4. Исследованы физико-химические свойства частиц тумана моющих и дезинфицирующих растворов. Установлено, что распыление озонированной воды в виде тумана обладает более высокой эффективностью дезинфекции по сравнению с вакуумом на 85, горячей водой (60°C) на 28, озоном (концентрация 0,3-0,5 мг/м3) на 72%.
5. Разработаны конструктивно-технологические схемы эксперименталь- ной и производственной комбинированной моечной установки для осуществле- ния мойки и дезинфекции внутренних поверхностей емкостей сбора, хранения и транспортирования молока. Диапазон частот ультразвукового генератора состав- ляет 20 кГц – 2,5 МГц, средний диаметр капель тумана 0,05-0,1 мкм, концентра- ция озона для воздуха 1,5-4 мг/м3, для озонированной воды – 10-16 мг/м3, время обработки ультрамалым объемом моющего раствора – 0,4-4 мин., время
дезинфекции – 2,4-12 мин. Для емкостей объемом до 300 л потребляемая мощ- ность составляет от 24 до 300 Вт, расход воды 8 л/ч. Производительность про- мышленной установки позволяет снизить ресурсозатраты в общем на 62,5-80% и энергозатраты на 25,2-37,8%. Срок окупаемости капиталовложений на ее про- изводство и ввод в эксплуатацию 0,4-0,8 года (5-10 месяцев).
Рекомендации предприятиям. С целью снижения ресурсо- и энергоза- трат моечных и дезинфицирующих установок при обработке поверхностей мо- лочного оборудования рекомендуется применять комбинированную моечную установку (патент РФ на комбинированную моечную установку No 2728147).
Перспективы дальнейшей разработки темы. Тематикой дальнейших ис- следований будет являться электризация частиц моющих и дезинфицирующих растворов при ультрамалом распылении, осаждение мелкодисперсной среды при течении через канал и в электрическом поле, оптимизация конструкции уста- новки и автоматизация системы управления.