«ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ (ф СИСТЕМЫ МОЙКИ МОЛОКОПРОВОДА доильных УСТАНОВОК для ДОЕНИЯ КОРОВ в СТОЙЛАХ ...»

из ФОНДОВ РОССИЙСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ БИБЛИОТЕКИ

Жмырко, Андрей Микайлович

1. ОБоснобание параметров и режимов работы

системы мойки молокопровода доильнык установок

для доения коров в стойлак

1.1. Российская государственная Библиотека

diss.rsl.ru

2005

Жмырко, Андрей Микайлович

ОБоснование параметров и режимов работы

системы мойки молокопровода доильнык

установок для доения коров в стойлак [Электронный ресурс]: Дис.... канд. теки, наук

: 05.20.01.-М.: РГБ, 2005 (Из фондов Российской Государственной Библиотеки) Сельское козяйство — Меканизация сельского козяиства — Тракторы, сельскокозяйственные машины U орудия — Доильные машины — Доильные установки, доильные площадки и залы — Промывка доильнык машин. Текнологии и средства меканизации сельского козяиства Полный текст:

http://diss.rsl.ru/diss/05/0616/050616018.pdf Текст воспроизводится по экземпляру, накодятцемуся в фонде РГБ:

Жмырко, Андрей Микайлович Обоснование параметров и режимов работы системы мойки молокопровода доильнык установок для доения коров в стойлак Зерног рад Российская государственная библиотека, год (электронный текст).

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Федеральное агентство по сельскому хозяйству Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Азово-Черноморская государственная агроинженерная академия»

На правах рукописи

Жмырко Андрей Михайлович

ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ И РЕЖИМОВ РАБОТЫ

(ф СИСТЕМЫ МОЙКИ МОЛОКОПРОВОДА доильных УСТАНОВОК для ДОЕНИЯ КОРОВ в СТОЙЛАХ Специальность 05. 20. 01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства (по техническим наукам) Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук, профессор И.Н. Краснов Зерноград -

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ

1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Роль очистки доильно-молочного оборудования в повышении 1.2. Анализ технологических линий мойки доильно-молочного 1.3. Режимы процесса промывки молокопроводов и основные 1.4. Анализ работ, направленных на повышение качества очистки 1.5. Анализ системы мойки доильной установки АДМ-8А

2. АНАЛИЗ ПРОЦЕССА РАБОТЫ СИСТЕМЫ ЦИРКУЛЯЦИОННОЙ

МОЙКИ МОЛОКОПРОВОДА И ЕЕ ЭЛЕМЕНТОВ

2.1. Основные закономерности процесса очистки молокопровода от 2.3. Динамика пневмопривода пульсоусилителя для подачи воздуха 2.4. Основные закономерности очистки молокопровода при подаче

3. ПРОГРАММА И МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

3.2. Описание приборов и экспериментальной установки 3.3. Частные методики экспериментальных исследований 3.3.1. Методика оптимизации режимов мойки молокопровода 3.3.2. Методика определения качества мойки молокопровода 3.3.3. Методика исследований температурного режима мойки 3.3.4. Методика определения межфазной энергии на границе разных 3.3.6. Методика определения кажущейся плотности упругой 3.3.7. Методика испытания материала упругой пробки на сжатие 3.3.8. Методика определения удельного сопротивления соскабливания 3.3.9. Методика определения коэффициентов трения упругой пробки

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

СИСТЕМЫ МОЙКИ МОЛОКОПРОВОДА

4.1. Анализ загрязнений внутренних поверхностей деталей 4.2. Исследование режимов течения моющей жидкости 4.3. Качество очистки деталей молокопровода от загрязнений при его 4.4. Исследование процесса работы пульсоусилителя для подачи ф 4.5. Динамика изменения температуры жидкости при ее циркуляции 4.6. Результаты исследования физико-механических свойств материала 4.7. Обоснование режимов очистки молокопровода от загрязнений

5. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРОВЕРКА СИСТЕМЫ МОЙКИ

МОЛОКОПРОВОДА И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ

5.1. Результаты производственной проверки функционирования 5.2. Экономическая эффективность внедрения результатов

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы сельское хозяйство в России претерпело серьезные изменения. За счет сокращения поголовья животных, несовершенства мате­ риально-технической базы и недостатков в использовании технологического оборудования значительно уменьшились темпы производства всех видов жи­ вотноводческой продукции, в том числе и молочной. В связи с этим в на­ стоящее время принимаются соответствующие меры по реконструкции агро­ промышленного комплекса, обеспечению развития его отраслей, механиза­ ции и автоматизации производственных процессов.

Задачи дальнейшего развития молочного животноводства связаны с дополнительными вложениями частных и государственных инвестиций на селекцию животных, совершенствование форм организации производства и труда, применение новых и усовершенствованных технологий и техники.

Наряду с увеличением производства молока необходимо предусматри­ вать повышение его качества. Качество получаемого молока, являющегося одним из объектов окружающей среды, и повышение его чистоты, в том чис­ ле снижение бактериальной загрязненности, не может не сказаться на благо­ получии 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 высокока­ чественной отечественной молочной продукции.

Санитарно-гигиеническое качество производимого молока — комплекс­ ная проблема, определяемая рядом факторов, которые объединяются поняти­ ем «технология и культура производства». Средства и методы контролирова­ ния этих факторов регламентируются такими документами, как «Санитарные правила и нормы производства молока», ГОСТ Р 52054-2003 «Молоко нату­ ральное коровье - сырье. Технические условия» и «Ветеринарное законодательство». В современных условиях производства молока решающее значе­ ние на его качественные показатели оказывает санитарное состояние доиль­ ного оборудования. В процессе эксплуатации доильных установок на внут­ ренних поверхностях их трубопроводов образуются разнообразные по соста­ ву, 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 фор­ мируется за счет недостаточно промытого доильно-молочного оборудования [18, 19, 21, 26, 37, 47 и др.]. Поэтому процесс промывки его является одной из важнейших технологических операций, от эффективности выполнения ко­ торой зависит уровень первичной загрязненности молока. Применение спо­ собов эффективной очистки молокопроводящих путей доильных установок это важный путь улучшения качества молока и повышения производительно­ сти труда в молочном животноводстве.

В нашей стране около 50% всех молочных ферм оснащены доильными установками АДМ-8 с молокопроводом. Обеспечить удовлетворительное са­ нитарно-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 транспортиров­ ки сырья, недостаточный объем приемной камеры коллектора, сильное гид­ родинамическое воздействие на молоко в процессе транспортировки по молокопроводу и многие другие факторы способствуют образованию трудноудаляемых липидопротеиновых загрязнений, адсорбционно-связанных с по­ верхностью оборудования и приводящих к потерям структурных элементов молока (белка и жира) при производстве. Наиболее совершенным на данный момент является оборудование западных фирм («Альфа-Лаваль Агри», «Вестфалия», «Гасконье Мелотт» и др.). Однако оно довольно дорогое, и не­ многие хозяйства могут его приобрести. Поэтому необходимо разрабатывать эффективные средства удаления загрязнений и поддержания хорошего сани­ тарно-гигиенического состояния доильной системы с учетом специфики оте­ чественного оборудования.

С 1999 г. разработаны и поставляются на рынок новые отечественные доильные установки УДМ-200, предназначенные для замены устаревших АДМ-8 и как альтернатива импортному оборудованию [37, 84]. Доильная ус­ тановка УДМ-200 снабжена молокопроводом из нержавеющей стали с уве­ личенным до 52 мм диаметром. В ее конструкции использована новая эле­ ментная база, существенно упрощен механизм подъемного устройства молокопроводной арки и тем самым повышена его надежность. По сравнению с серийными установками в три раза сокращено количество стыков, что по­ зволило увеличить расход молока. Обеспечен стабильный вакуумный режим, повышена надежность и сокращена трудоемкость обслуживания и ремонта.

Однако система циркуляционной промывки молочной линии УДМ- не доработана и не обеспечивает качественную очистку молокопровода, так как с увеличением площади внутренней поверхности его происходит лишь частичное отмывание верхней части трубопровода. Эффективность промыв­ ки зависит от комплексного воздействия таких факторов как температура, скорость течения моющего раствора, его концентрация, продолжительность циркуляции и др. Проведенные исследования данных показателей техноло­ гического режима промывки неоднозначны, при этом ряд рекомендуемых значений параметров или не могут быть получены, или неприемлемы при об­ служивании доильной установки УДМ-200. Поэтому режимы мойки молокопровода и параметры оборудования для этой цели требуют обоснования.

На качество промывки молочной линии большое влияние оказывают режимы течения моющего раствора (скорость и турбулентность потока) [26, 27, 46, 115]. 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 сле­ довательно, и лучше качество промывки.

Тем не менее, в последнее время зарубежные и отечественные специа­ листы считают наиболее эффективным режимом промывки молокопроводов «пробковый», обеспечивающий повышение качества промывки и снижение расхода воды и моющих средств [6, 8, 65, 86, 104]. Однако на практике его сложно обеспечить, поскольку для того, чтобы заполнить трубу большого диаметра (38...52 мм) потребовался бы значительный расход воды, неизбеж­ но повлекший за собой увеличение емкости молокоприемника. Поэтому не­ обходимо найти другие технические решения эффективной очистки молоч­ ной линии установки УДМ-200.

Повышение производительности труда и обеспечение высокого качест­ ва получаемого на УДМ-200 молока путем совершенствования технологиче­ ского процесса циркуляционной мойки молокопровода этой доильной уста­ новки составляет один из актуальных вопросов молочного животноводства, решению которого посвящена настоящая работа. Этот вопрос является важ­ ной составной частью проблемы повышения качества молока и устранения потерь сельскохозяйственной продукции.

В задачи наших исследований входили разработка основ расчета и про­ ектирования системы циркуляционной мойки молокопровода УДМ-200, со­ вершенствование технологического процесса очистки его от механических и бактериальных загрязнений, обоснование системы мойки и ее отдельных узлов, определение рациональных режимов мойки молокопровода, а также оценка работы доильной установки в усовершенствованном варианте в усло­ виях опытного производства.

По результатам выполненного исследования на защиту выносятся:

обоснование параметров основных фаз и операций технологического процесса промывки молокопровода доильной установки, их набора и по­ следовательности;

усовершенствованная конструкция системы циркуляционной мойки молокопровода УДМ-200;

рациональные режимы работы усовершенствованной системы мойки мо­ локопровода с учетом взаимосвязи показателей технологического про­ цесса промывки с конструктивными, технологическими и эксплуатацион­ ными параметрами работы оборудования;

результаты производственной проверки системы промывки и оценки ее экономической эффективности.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАРШЯ

1.1. Роль очистки доильно-молочного оборудования в повышении Для повышения качества молока разработан и внедрен Государствен­ ный стандарт на заготавливаемое молоко - ГОСТ Р 52054-2003 «Молоко нату­ ральное коровье - сырье. Технические условия» [35], согласно которому сда­ ваемое хозяйствами молоко подразделяется на сорта в зависимости от физикохимических и бактериологических показателей, представленных в табл. 1.1.

Г.П. Дегтерев и A.M. Рекин [40] отмечают, что молоко из соска вымени выходит практически стерильным (за исключением первых струек, состав­ ляющих «микробную пробку», которые нужно сдаивать в отдельную посу­ ду). По мере продвижения по доильной системе происходит бактериальное обсеменение молока и к тому времени, когда оно попадает в молокоприемник, в нем уже формируется определенная микрофлора. Ее количественный и качественный состав, изменяясь и развиваясь со временем в зависимости от условий хранения и транспортировки молока, определяет санитарногигиенические показатели сырья при сдаче на переработку.

Большое влияние бактериальной обсемененности на качество молока отмечается в опубликованных работах отечественных и зарубежных иссле­ дователей.

Примерная динамика бактериальной обсемененности молока в доильно-молочной линии на основании данных И.И. Архангельского [16], И.П. Даниленко [36], Г.П. Дегтерева [37, 38], И.С. Загаевского [55], К.В. Марковой [80], П.А. Обухова [91] и других отечественных исследователей [20, 26, 99, 115, 116] представлена на рис. 1.1, согласно которому можно отметить рост бактериальной обсемененности молока по мере продвижения его по технологической линии.

На всем пути от производства до потребителя происходит микробное обсеменение молока. Быстрота накопления и динамика развития определен­ ных видов микроорганизмов зависит от санитарного состояния потенциаль­ ных источников контаминизации молока, условий его хранения и, прежде всего, от температурного фактора. Поэтому требования к молоку с введением ГОСТа Р 52054-2003 повысились по сравнению с прошлым ГОСТом 13264-88.

Требования к качеству заготавливаемого молока по ГОСТ Р 52054- Наименование Степень чистоты по эталону, не ниже группы Бактериальная обсемененность, тыс/см-' замерзания, °С В случае недостаточной очистки и дезинфекции поверхности доильномолочного оборудования, как отмечают В.Д. Яблочкин и И.П. Даниленко [16], а также Г.П. Дегтерев [37, 38], на ней в течение короткого периода вре­ мени накапливаются молочные остатки, которые являются хорошей средой для развития микроорганизмов. Так, молочнокислые бактерии на подобных средах удваивают свою численность в среднем за 40 мин., бактерии группы кишечной палочки - за 20 мин при 30°С [47], т.е. в идеальных условиях в пе­ риод между дойками (9 ч при двукратном доении) численность микрофлоры возрастает приблизительно в 16400 раз. Бактерии, остающиеся после дезинфекции в количестве 2% в среде липидопротеиновых загрязнений могут вос­ становить свою численность примерно за 3,5 ч.

Примерная динамика бактериальной обсемененности молока 1 И 2 - при нормальном и неудовлетворительном состоянии Согласно В.И. Березуцкому [26], СВ. Харькову [115], Г.П. Дегтереву [40, 41, 43], Г.П. Шамановой [117], В.М. Карташовой [63] и др. [16, 18, 85, 92] качество молока и безопасность его потребления в значительной степени за­ висят от чистоты и стерильности доильно-молочного оборудования.

Изменения в составе молока, обусловленные метаболической активно­ стью микроорганизмов, как отмечает О.Н. Якубчак [124] характеризуется по­ явлением вкусовых и ароматических веществ, сдвигом рН, уменьшением стабильности казеинов (пониженная стабильность к теплу, спонтанное свер­ тывание), влиянием на закваски.

Согласно их исследованиям изменение исходных свойств молока в ре­ зультате бактериальных процессов возможно только при числе микроорганизмов свыше 200 тыс. в 1 см^ и отчетливо проявляются при числе микроор­ ганизмов более 1 млн. в 1 см^. Следовательно, большое значение имеет до­ пустимый уровень разных групп микроорганизмов в молоке.

Свежевыдоенное молоко - исключительно благоприятная среда для развития микроорганизмов, поэтому все узлы и механизмы доильной уста­ новки нужно периодически промывать специальным раствором, а доильную установку содержать в исправном состоянии. С этой целью правилами тех­ нического обслуживания в России [15, 58, 60, 94] предусмотрены ежедневное техническое обслуживание доильных установок ЕТО (перед доением, во время доения и по окончанию доения), техническое обслуживание ТО № (через 180...200 часов работы) и ТО №2 (через 2000.,.2500 часов работы).

Наиболее важной операцией по уходу за доильной аппаратурой и мо­ лочным оборудованием является его промывка. Основная задача промывки доильного оборудования - удаление с его внутренней поверхности, соприка­ сающейся с молоком, различного рода загрязнений (молочных остатков, гря­ зи, бактериальных скоплений и других частиц и веществ). Причем, молочная пленка и жир являются не только благоприятной средой для быстрого раз­ множения бактерий, но и причиной преждевременного износа резиновых де­ талей.

В понятие «санитарная обработка», как отмечают В. Моор [89], входит комплекс манипуляций, направленных на уничтожение патогенных и сниже­ ние количества непатогенных микроорганизмов до такого уровня, когда они не оказывают существенного влияния на качество молока при повторном ис­ пользовании оборудования.

Существует три основные стадии санитарной обработки молочного оборудования: предварительное ополаскивание холодной или подогретой во­ дой от остатков молока и наружных загрязнений; мойка горячим раствором моющего средства; заключительное ополаскивание от остатков раствора.

При наличии моюще-дезинфицирующего средства мойка и дезинфек­ ция объединяются в одном процессе.

В случае недостаточно тщательного соблюдения режима санитарной обработки или выбора несоответствующего средства для нее в молокопроводящих путях в течение короткого периода времени происходит накопление молочных остатков, что создает благоприятную среду для размножения мик­ роорганизмов и защищает от губительного действия на нее моющеедезинфицирующих средств.

По данным В.Д. Яблочкина, И.П. Даниленко [16] можно отметить осо­ бое значение качества очистки молочной линии от остатков синтетических моющих средств в связи с тем, что они вызывают разрушение дезрастворов, а по мнению других исследователей [57, 89, ПО] могут быть причиной вто­ ричного загрязнения молока микрофлорой.

Высокие требования, как отмечают В.В. Молочников [86], П.А. Обухов [91] и др. [18, 46, 57, 65, 89], предъявляются и к операции смыва остатков дезрастворов с поверхности молочной линии, так как их наличие в молоке не допускается.

1.2. Анализ технологических линий мойки доильно-молочного оборудования доильных установок и агрегатов В настоящее время существуют различные системы и способы мойки доильно-молочного оборудования [26, 46, 48, 94, 107], которые можно клас­ сифицировать по способу подготовки доильных аппаратов и молочного обо­ рудования к проведению работ по их очистке, по приводу или способу пода­ чи моющей жидкости в систему мойки, по степени автоматизации процессов и по другим признакам (рис. 1.2).

Мойку и дезинфекцию доильно-молочного оборудования можно осу­ ществлять с полной и частичной его разборкой, а также без разборки. По кратности пропускания моюще-дезинфицирующих средств различают про­ точные и циркуляционные системы мойки. Последние обеспечивают снижение удельных затрат воды, пара, электроэнергии, расхода моющих и дезин­ фицирующих средств.

Для санитарной обработки технологического оборудования и молокопроводов применяют многоканальные централизованные и цеховые системы, а также локальные установки, работающие по принципу децентрализации системы мойки [48].

Классификационная схема систем и способов мойки Системы мойки доильно-молочного оборудования Полуавтоматизированные Автоматизированные С ручным управлением В зависимости от вида используемого для доения оборудования, а так­ же оснащенности подсобными техническими средствами санитарную обра­ ботку осуществляют, вручную, полуавтоматически и автоматически.

Вручную санитарную обработку проводят при периодическом уходе за доильными аппаратами, а также при повседневной очистке посуды и различ­ ного инвентаря, механизировать обработку которых либо невозможно, либо экономически нецелесообразно.

Полуавтоматический способ промывки применяют исключительно для обработки переносных доильных аппаратов, заключается он в просасывании под действием вакуума моющих и дезинфицирующих растворов.

Автоматический же способ применяют для обработки переносных до­ ильных аппаратов и различных доильных установок. Обработку производят посредством специальных устройств, обеспечивающих циркуляцию раство­ ров санитарных средств в течение необходимого отрезка времени.

По месту установки, системы мойки могут выполняться стационарны­ ми или передвижными. Они могут также отличаться степенью унификации, видом выполняемых операций и другими показателями.

Промывка переносных доильных аппаратов «Волга» и «Майга» на ус­ тановках АД-100, АД-100А, ДАС-2 осуществляется после каждой дойки обычным или циркуляционным способом [15, 30, 60, 113] (рис. 1.3).

При обычной промывке перед каждым доением аппараты ополаскива­ ют горячей водой (70...80°С) для их дезинфекции и подогрева доильных ста­ канов.

Схема мойки доильных аппаратов в стационарных доильных афегатах 5 - коллектор; 6 - доильный стакан; 7 - ведро для воды После каждой дойки промывают доильные аппараты, сначала теплой водой (25...30°С), чтобы смыть остатки молока, а затем горячим моющим раствором (60...70°С) с последующим ополаскиванием горячей водой.

Аппараты промывают путем просасывания через них воды и моющего раствора с помощью вакуума. Для этого воду (раствор) наливают в ведро и, держа коллектор молочными патрубками вниз, опускают доильные стака­ ны в ведро с водой (раствором). Под действием вакуума вода (раствор) из ведра засасывается в стаканы и через коллектор и молочный шланг проходит в доильное ведро.

Коллектор после каждой дойки нужно разбирать и дополнительно про­ мывать раствором, а затем горячей водой.

Доильные ведра и другую посуду промывают волосяными щетками или ершами в таком же порядке, как и аппарат (теплой водой, горячим мою­ щим раствором и горячей водой).

На промывку одного доильного аппарата требуется 5 л теплой воды для ополаскивания, 8 л моющего раствора и 5 л горячей воды для смыва ос­ татков раствора.

При таком способе промывки один раз в неделю доильные аппараты разбирают и все детали тщательно промывают ершами и щетками в горячем моющем растворе, приготовленном в тазу или ведре.

После промывки аппараты собирают и через каждый из них пропуска­ ют 8 л теплого дезинфицирующего раствора, а затем ополаскивают горячей водой.

В промежутках между дойками доильные аппараты следует хранить в чистом помещении, крышку с коллектором и доильными стаканами подве­ сить на крюках, а ведра поставить, опрокинув на полку.

Этот способ мойки доильных аппаратов весьма трудоемок и требует больших затрат времени. Качество мойки полностью зависит от добросове­ стности работы доярки.

Начиная с 1967 г., доильные установки АД-100А и ДАС-2Б комплек­ туются устройствами для их циркуляционной промывки, которая дает воз­ можность использовать аппараты без разборки в течение 20...30 дней.

Установка для циркуляционной промывки аппаратов (моечный стенд) (рис. 1.4) состоит из следующих основных узлов и деталей: ванны 1, коллек­ торной трубы 2 с воронками 4 для крепления крышек 5 доильных ведер, опорожнителя 6 и пульсоусилителя 11. Пульсоусилитель 11 с блоком резиновых клапанов 9 и 10 и опорожнитель 6 с откидными клапанами 7 и 8 образуют насос для прокачки моющего раствора через доильные аппараты 3.

Схемы мойки доильных аппаратов в доильных агрегатах а и б - схемы предварительного ополаскивания от молочных остатков и циркуляционной мойки; 1 - ванна; 2 - коллекторная труба; 3 - доильный аппарат; 4 - воронка; 5 - крышка ведра; 6 - опорожнитель; 7 и 8 - клапаны;

9 и 10 - клапаны пульсоусилителя; 11 - пульсоусилитель; 12 - пульсатор;

13 и 14-краны; 15-вакуумпровод; 16-палец-заглушка; 17-шланг подачи воды После окончания доения каждая доярка устанавливает свои аппараты на моечном стенде, предварительно обмыв их горячей водой. Крышки 5 ве­ дер вставляют в воронки 4, доильные стаканы опускают в ванну, а свободный конец вакуумного шланга надевают на заглушку под воронкой 4.

В ванну 1 заливают 40...5О л теплой воды температурой 30...35°С (и устанавливают лоток для слива воды). После этого включают вакуум, под действием которого крышки присасываются к воронкам, при этом происхо­ дит ополаскивание аппаратов 3. Загрязненная вода сливается в канализацию.

Затем в ванну 1 заливают 30...40 л 0,5-процентного моющего раствора температурой 70...80°С, открывают зажимы на молочных шлангах или мо­ лочные клапаны коллекторов (АДУ-1 и ДА-2М), включают краны 13 и подачи вакуума из вакуумпровода в пульсатор 12 и опорожнитель. Начинает­ ся циркуляционная промывка, которая продолжается 10 мин. После циркуля­ ционной мойки аппаратов загрязненный раствор выпускают, а в ванну зали­ вают 40...50 л горячей воды, которая во время 3...5 минутной циркуляции ополаскивает аппараты от остатков моющего раствора. После слива загрязнен­ ной воды отключается стенд от вакуумпровода, и выключают вакуумный насос.

Дезинфекцию проводят один раз в день в течение 5...6 минут циркуля­ ционным способом дезинфицирующим раствором температурой 50...60°С.

Если дезинфекция проводится сразу после дойки, то промывать аппараты {• моющим раствором не нужно.

В современных доильных агрегатах для доения коров в стойлах стенд для циркуляционной мойки оборудован дополнительно шкафом управления с командным электропневматическим прибором и распределителем воды [58, 60, 94]. Это обеспечивает автоматическую смену фаз прополаскивания, мойки и дезинфекции, а в конце промывки доильных аппаратов слив воды и отключение вакуумных насосов.

Время цикла полной промывки составляет 30...40 мин.

В стационарных доильных установках с молокопроводом для доения коров в стойлах коровников, широкое распространение для мойки молочной линии получили схемы с релизерами (рис. 1,5).

где р — плотность моющего раствора, кг/м ;

1з - площадь трения моющего раствора о жировой шарик на стенке по­ верхности молокопровода, м^;

Аг - относительная шероховатость поверхности молокопровода, Аг = A/d;

d и А - внутренний диаметр и высота выступов поверхности молокопро­ Однако Б.А. Доронин в своих исследованиях пренебрег силами взаи­ модействия жировых шариков между собой, а их влияние существенно.

В.И. Березуцким предложено учитывать данные силы в виде коэффи­ циента а [26], пределы варьирования которого определялись в процессе экс­ периментальных исследований.

Тогда скорость отрыва частиц загрязнений определяется условием Общая энергия жировых шариков находится по зависимости [115]:

где \д - энергия притяжения Ван-дер-Ваальса - Лондона или энергия дис­ Wju - энергия электрического отталкивания, Дж.

Энергия дисперсии определяется по формуле Гамакера [115]:

где Аг - константа Гамакера, Дж;

сж - диаметр жирового шарика, м;

1 - расстояние между поверхностями жировых шариков, м.

Константа Гамакера может быть рассчитана по выражению где Y i - критический градиент сдвига, при котором происходит разделение пар шарообразных частиц;

hoo - кажущаяся вязкость при высоких градиентах сдвига;

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

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

Для расчета электрической энергии отталкивания Б.Ф. Дерягин и Л.Д. Ландау [115] предложили приближенное уравнение где X ~ распределение ионов в диффузионном двойном электрическом слое (величина, обратная радиусу ионного облака), 1/мкм;

\\) - поверхностный потенциал частицы, мВ;

с - относительная электрическая постоянная, Ф/м.

Суммарную энергию взаимодействия лучше определять по диаграмме Wo=f(l)(pHC.2.4)[115].

Следовательно, условие, при котором произойдёт отделение жировой частицы от поверхности молокопровода под действием энергии потока моющего раствора, можно представить в виде Не умаляя значения физико-химических факторов, обусловленных ак­ тивностью моющей среды, многие исследователи [22, 24, 26, 27, 46] склоны считать процесс механического воздействия одним из основных условий, оп­ ределяющих эффективность очистки.

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

В исследованиях СВ. Харькова [115] рассмотрена модель установив­ шегося движения жидкости в трубах, имеющая турбулентное ядро и погра­ ничный слой, который может иметь непосредственно у стенки вязкий лами­ нарный подслой (рис. 2.5).

Согласно [115] пограничный слой имеет ламинарные области течения до где Vp - средняя скорость движения потока, м/с;

D - внутренний диаметр молокопровода, м;

Vp - кинематическая вязкость слоя загрязнений, м7с.

Толщина ламинарного подслоя определяется по формуле [115]:

где 5л.п. - толщина ламинарного подслоя, м;

X — коэффициент гидравлического трения:

Распределение сил, действующих на жировую частицу загрязнений со стороны потока моющего раствора в ламинарном подслое Vpmax - максимальная скорость движения потока в молокопроводе; Vp - сред­ няя по живому сечению скорость; Un» - скорость на границе ламинарного подслоя; Ул п — скорость потока в пределах ламинарного подслоя; Fn - подъ­ емная сила; FTP - сила касательного трения; Fлд - сила лобового давления;

Ротр - сила отрыва; 5лп - толщина ламинарного подслоя; D — диаметр молокопровода; А1ж — элементарное перемещение частицы под действием силы от­ рыва; А8ж.р - приращение площади контакта молочный жир — моющий рас­ твор при перемещении частицы При рассмотрении процесса удаления остаточных загрязнений прини­ маем, 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 со­ ставляющую главного вектора гидродинамического воздействия жидкости на частицу, сила лобового давления Рдд, которая является составляющей того же вектора воздействия жидкости на частицу, совпадающая с направлением век­ тора скорости потока, сила касательного трения Ртр, обусловленная вязко­ стью жидкости.

Результирующее воздействие всех выщеперечисленных сил принима­ ется за силу отрыва частицы от очищаемой поверхности:

Под действием силы лобового давления Рдц и силы касательного трения Ртр частица смещается (сдвигается) относительно поверхности контакта, при этом сила Рдц вынуждает жировую частицу катиться или скользить по по­ верхности трубы молокопровода.

При анализе работы пульсоусилителя считаем, что в камерах I и IV создаваемые максимальные давления равны (рис. 2.6).

В первый момент (рис. 2.6, а) в камеру IV от пульсатора подается ваку­ ум. Так как под мембраной атмосферное давление, то под действием разно­ сти сил, действующих на нее вверх, верхний клапан пульсоусилителя закро­ ется, а нижний откроется. Через открытый нижний клапан из камеры II в молокопровод поступает воздух атмосферного давления. Количество его зави­ сит от времени такта до нового переключения клапанов и определяется конструкцией и регулировками пульсатора, управляющего работой пульсоуси­ лителя. За время этого такта воздух постепенно поступает в камеру IV. Абсо­ лютное давление в ней увеличивается и сила, действующая на мембрану вверх, постепенно уменьшается и через некоторый промежуток времени ста­ новится меньше силы, действующей на верхний клапан пульсоусилителя вниз, после чего произойдет переключение клапанов. Верхний клапан откро­ ется, а нижний закроется. Подача воздуха в молокопровод прекращается (рис. 2.6, б).

а - в режиме подачи воздуха; б - в режиме прерывания подачи воздуха Обозначим давление, при котором наступает равновесии всех сил на подвижном блоке пульсоусилителя, через р. В этот момент сумма проекций всех сил на вертикальную ось равна нулю:

где Р„ = — - - площадь мембраны, м^;

G - вес подвижного блока, G = mg, Н;

Тм - сила упругости мембраны, Н;

Ра - атмосферное давление кПа;

р - абсолютное давление воздуха при рабочей глубине вакуума, кПа.

После переключения клапанов пульсатора из камеры IV пульсоусилителя начинает отсасываться воздух. Абсолютное давление в камере уменьша­ ется, появляется сила, действующая на мембрану вверх, так как под мембра­ ной воздух атмосферного давления. Эта сила увеличивается до тех пор, пока не станет больше силы, действующей на нижний клапан вниз, так как над ним атмосферное давление, а под ним — вакуум. Произойдет новое переклю­ чение клапанов - нижний клапан пульсоусилителя откроется, а верхний за­ кроется.

В момент переключения клапанов х = р, а сумма всех сил, действую­ щих на подвижный блок, снова равна нулю. Сила нормального давления нижнего клапана на корпус также равна нулю, тогда Пренебрегая весом клапанов и силой упругости мембраны, которые малы по сравнению с другими силами, получим 2.3. Динамика пневмопривода пульсоусилителя для подачи воздуха Существенное влияние на работу пневмоустройства оказывают дли­ тельности переходных процессов истечения и наполнения воздухом управ­ ляющей камеры пульсоусилителя, поэтому они представляют определенный интерес.

При работе пневмоустройства (рис.2.7) управляющая камера пульсоусилителя на протяжении времени tin заполняется воздухом, давление в ней поднимается до тех пор, пока не достигнет рат- Некоторое время оно остается постоянным, а далее начинает уменьшаться в связи с истечением воздуха из нее. Истечение происходит за время t2n до тех пор, пока абсолютное давление в этой камере достигнет рабочей величины р. Далее оно некоторое время ос­ тается постоянным, а потом снова увеличивается в связи с наполнением управляющей камеры воздухом. Рассмотрим эти процессы и определим зна­ чение величин tinH t2n.

Циклограмма пневмопривода пульсоусилителя Истечение воздуха из управляющей камеры пульсоусилителя происхо­ дит через шланг, соединяющий пульсоусилитель с рабочей камерой пере­ менного вакуума пульсатора. По мере истечения объем управляющей камеры несколько уменьшается. Следовательно, истечение происходит из камеры переменного объема через трубу (шланг) относительно большой длины в ка­ меру с большим объемом (вакуум-провод доильной установки), в которой поддерживается постоянное давление. Для такого процесса дифференциаль­ ное уравнение истечения имеет вид [70, 122]:

где Vi - объем камер и трубок переменного давления пульсоусилителя в ли­ нии подачи воздуха в его управляющую камеру при абсолютном 12 - коэффициент расхода воздуха отводящей линии пневмоустройства;

f - площадь сечения шланга, по которому происходит истечение воздуха, м^;

Ua - удельный объем воздуха при давлении ра, м7кг;

\|/ - функция расхода воздуха:

р - абсолютное давление среды, в которую происходит истечение возду­ к - показатель адиабаты, к = 1,41.

При работе пульсоусилителя температура окружающей среды и темпе­ ратура воздуха в его управляющей камере отличаются сравнительно мало, время же процессов истечения и наполнения сравнительно велико, поэтому процесс движения воздуха по шлангу будем считать изотермическим и т = 1, тогда В общем случае процесс истечения начинается в надкритической об­ ласти и заканчивается в подкритической. С достаточной степенью точности можно предположить, что объем системы истечения изменяется в пределах от V до Vo пропорционально отношению давлений —^, т.е.

Тогда Интегрируя это выражение в пределах от Ра до рр, где Р - критическое отношение давлений, Р = —^ (для воздуха Р = 1,89), получим Откуда время истечения воздуха из управляющей камеры пульсоусилителя в надкритической области истечения будет где \j/max - функция расхода в надкритической области (для воздуха \\fmax— 0,685).

В подкритической области истечения Заменим в этом выражении - ^ на —, как и в выражении (2.20) для i(/:

Поэтому При - ^ < 0, При — > 0, Наполнение управляющей камеры пульсоусилителя происходит из ка­ меры с большим объемом через тот же шланг относительно большой длины сечением f. Для такого процесса дифференциальное уравнение наполнения имеет вид [70, 122] Принимаем при наполнении тогда Подставляя значения У-, и dVj в формулу (2.28), получим Vo-(V„-V)i^ Тогда в надкритической области наполнения где |Lii - коэффициент наполнения воздухом управляющей камеры пульсоусилителя.

В под критической области наполнения Полное время наполнения воздухом управляющей камеры пульсоуси­ лителя будет:

При -^>0, При расчете длительности переходных процессов в управляющей ка­ мере пульсоусилителя значения интегралов, входящих в эти выражения, оп­ ределяются в зависимости от отношения —по табличным данным [70].

Полученные закономерности позволяют определить длительность пе­ реходных процессов в управляющей камере пульсоусилителя и их зависи­ мость от конструктивных размеров пульсоусилителя, диаметров его мембра­ ны и клапанов.

Подача воздуха в молокопровод в виде пульсирующих «зарядовпробок» позволяет усилить воздействие газожидкостной моющей смеси на стенки молокопровода и улучшить процесс их очистки от загрязнений. Одна­ ко течение этой смеси по-прежнему более мощное и интенсивное в нижней части молокопровода по сечению его трубы. Верхняя часть стенки трубы мо­ локопровода омывается хуже и для ее очистки требуется периодически пропускать через молокопровод в процессе его циркуляционной промывки упру­ гие пробки, выполняющие роль механических скребков.

2.4. Основные закономерности очистки молокопровода при При промывке молокопровода с целью повышения эффективности очистки от загрязнений специальным устройством обеспечивается периоди­ ческая подача упругих пробок в газожидкостный поток [54, ПО]. Диаметр упругой пробки больше внутреннего диаметра очищаемого молокопровода.

Упругая пробка, введенная в трубопровод, обеспечивает перекрытие его се­ чения. Под действием давления газожидкостного потока происходит некото­ рое сжатие упругой пробки, и ее боковая поверхность с большей силой при­ жимается к очищаемой поверхности. Продвигаясь по молокопроводу, упру­ гая пробка удаляет слой загрязнений, тем самым, осуществляя устойчивую и полную очистку молокопровода.

1 - очищаемый молокопровод; 2 - упругая пробка; 3 — слой загрязнений Кроме того, при перемещении упругой пробки срывается ламинарная пленка с очищаемой стенки, поверхностное натяжение на разделах двух фаз — раствора и воздуха - в концах «снарядов» создает увеличенное сопротив­ ление, которое усиливает трение, в результате чего повышается воздействие на внутреннюю поверхность трубопровода.

Рассмотрим процесс очистки молокопровода от загрязнений с помо­ щью упругой пробки. Для этого составим уравнение равновесия сил, действующих на нее в молокопроводе (рис. 2.8):

где Лр - величина перепада давления, необходимого для движения пробки, S - площадь сечения трубопровода, м^, S = 7iD^ / 4;

D - внутренний диаметр трубопровода, м;

Fc - общее сопротивление резанию пленки загрязнений, Н;

Ртр - сила трения, обусловленная силой упругости пробки Fynp:

где fip - коэффициент трения пробки о стенки трубы.

Сила упругости пробки имеет две составляющие:

где Fynpi - сила упругости, обусловленная воздействием на упругую пробку с - относительная жесткость материала упругой пробки, Н/м^;

ао - абсолютная деформация упругой пробки, м:

Dn - диаметр упругой пробки, м;

Fynp2 - сила упругости, возникающая под действием осевого давления на q — коэффициент бокового распора:

( - коэффициент Пуассона.

Подставляя выражения (2.36), (2.37), (2.38) и (2.39) в формулу (2.35), Следовательно, сила трения Ртр будет равна Величину общего сопротивления срезанию пленки загрязнений опре­ деляем по рациональной формуле акад. В.П. Горячкина:

где Fo- некоторое постоянное сопротивление резанию, Н;

Рд - сопротивление деформации срезаемого слоя загрязнений, Н;

Рц- сила, необходимая для отбрасывания стружки, Н.

Величину Ро можно рассчитать по формуле где В - коэффициент, зависящий от механической прочности материала, b — длина режущей кромки пыжа, участвующая в работе, м;

tp - толщина режущей кромки пыжа, м;

5 - отношение величины пути сжатия к длине элемента стружки.

Сопротивление деформации удаляемого слоя пленки загрязнений и тре­ нию о грани режущей кромки Рд определим по формуле где h — толщина удаляемого слоя загрязнений, м;

к - предельное напряжение скалывания.

Напряжение скалывания к зависит от напряжения растяжения К] и на­ пряжения сжатия К2 и определяется формулой Для расчета силы Fy известна формула [90]:

где 8 - размерный коэффициент, Н/с^м'';

1) - скорость резания, м/с.

Таким образом, общее выражение для определения средней силы среза загрязнений на внутренней поверхности молокопровода будет Подставляя в выражение (2.33) значения силы трения Р^р и общего со­ противления резанию Рс по формулам (2.41) и (2.47), получим Отсюда диаметр упругой пробки, обеспечивающий достаточно полное удаление слоя загрязнений на внутренней стенке молокопровода, будет Загрязнения молокопровода при варианте сбора их после доения:

Несмотря на то, что загрязнения молокопровода в этот период находят­ ся в закрытой ёмкости, их свойства значительно варьируют. Постепенно уве­ личивается их плотность и особенно вязкость, что увеличивает силы адгезии их к поверхности молокопровода и ухудшает его очистку. Данные таблицы 4. показывают, что кинематическая вязкость загрязнений за первые 0,5 часа увеличивается в 2 раза, а после часовой выдержки - в 3 раза. Теплоёмкость их также увеличивается, а кислотность через час достигает 30 градусов Тер­ нера и превышает кислотность молока в 1,7 раза. Резко увеличивается и мик­ робная загрязненность молока. К концу первого часа выдержки их в молокопроводе до мойки микробная загрязненность достигала 210 тыс./см, что поч­ ти в 2 раза больше, чем в конце дойки.

Полученные данные служили основой для приготовления искусствен­ ных загрязнителей участков молокопровода для производства лабораторных исследований, когда натурных образцов в виде вставок в действующий молокопровод было недостаточно для экспериментов. Загрязнители приготав­ ливали смешиванием сливок с белками и молочным сахаром производства Семикаракорского молочного завода Ростовской области с добавлением 5% минеральных веществ (в основном песчано-глинистого состава). Состав их подбирался согласно данных таблицы 4.1.

Краевые углы смачивания поверхностей молочной линии доильной Материал смачиваемой при покрытии загрязнителем состава Важной характеристикой загрязнений является смачиваемость ими внутренних поверхностей молокопровода. Универсальной характеристикой этого показателя является краевой угол смачивания. Величины его для дета­ лей молочной линии из различных пищевых материалов приведены в таб­ лице 4.3.

По этим данным почти все материалы деталей молокопровода хорошо смачиваются белково-жировыми загрязнителями. К ним относятся, в первую очередь, детали из стекла и пластмасс, а также из алюминия и пищевой рези­ ны. Эта группа материалов относится к гидрофильным, краевой угол смачи­ вания их поверхности загрязнителем острый (менее 90°), что даёт основание предположить о достаточно сложной очистке их при мойке молокопровода.

Нержавеющая сталь имеет краевой угол смачивания загрязнителем 107...135° и относится к материалам гидрофобным по отношению к жидкому загрязнителю, плохо смачиваемым им.

Повышение вязкости загрязнителя увеличивает краевой угол смачива­ ния деталей молокопровода, однако увеличение выдержки его на поверхно­ сти молокопровода до мойки ведёт к подсыханию загрязнителя, более проч­ ному «прилипанию» к его поверхности, образованию подсохших конгломе­ ратов грязи.

Влияние времени выдержки (Т) плёнки загрязнений на воздухе на величину краевого угла смачивания (0) деталей молокопровода В реальных условиях молочно-товарных ферм возможны варианты очистки молокопровода со значительной выдержкой загрязнителей в нём по­ сле доения коров из-за неисправностей системы мойки, отсутствия электроэнергии, нерасторопности обслуживающего персонала и по другим причи­ нам. Краевые углы смачивания после такой выдержки на воздухе существен­ но изменяются (рис 4.1).

Выдержка белково-жировых загрязнений молокопровода в воздушной среде до мойки уже в первый час после доения увеличивает свойства прили­ пания их к поверхности молокопровода, что ухудшает процесс очистки дета­ лей молочной линии и может увеличивать затраты времени на её осуществ­ ление.

Повышение температуры деталей молокопровода и загрязнителя в пре­ делах 20.,.30°С (реальных при транспортировке молока во время доения ко­ ров) практически не изменяет величины краевых углов смачивания, что объ­ ясняется тем, что взаимодействие между белково-жировым загрязнителем и поверхностями исследованных материалов молочной линии доильных ус­ тановок обусловлено преимущественно межмолекулярными силами, завися­ щими от межфазной энергии на границе этих поверхностей, загрязнителя и воздуха (или заменяющего его моющего раствора и воды при очистке мо­ локопровода).

В таблице 4.4 приведены значения удельной межфазной энергии на границах поверхности молокопровода из нержавеющей стали, загрязнителя и воды.

Эти данные показывают, что при одной и той же температуре (30°С) контактирующих сред наибольшее значение межфазной энергии наблюдает­ ся на границе сред "загрязнитель — воздух", "вода - воздух" и "0,5%-ный рас­ твор моющего порошка типа А — воздух". Межфазная энергия для жидких сред "загрязнитель - вода", "загрязнитель - моющие растворы" на порядок ниже, чем в контакте с атмосферным воздухом. С увеличением температуры моющего раствора на основе синтетического порошка А от 20 до 70°С межфазная энергия на границе с загрязнителем снижается от 5,7-10'^ до 3,1-10"^ Дж/м^. Это объясняется уменьшением межмолекулярных сил в за­ грязнителе и моющем растворе при повышении температуры.

Значения удельной межфазной энергии на границе контакта сред загрязненного молокопровода из нержавеющей стали Загрязнитель 1 - 0,5%-ный раствор порошка А Загрязнитель 1 - 0,5%-ный раствор "Дезмол" 0,5%-ный раствор порошка А - воздух Всё это свидетельствует о возможности снижения затрат энергии и вре­ мени на очистку молокопровода обоснованием режима течения моющего раствора и его температуры.

4.2. Обоснование режимов течения моющей жидкости в молокопроводе Наиболее существенное влияние на качество промывки молокопрово­ да увеличенного диаметра на доильной установке типа АДМ-8А (модель УДМ-200) оказывают скорость и режим течения моющего раствора. Эффек­ тивная промывка возможна при скорости его течения, достаточной для отры­ ва и уноса потоком частиц загрязнений. Кроме того, важным моментом мой­ ки является равномерное распределение моющего вещества по всей поверх­ ности, подлежащей очистке.

В результате исследований, проведенных нами на фрагменте горизон­ тального стеклянного молокопровода диаметром 52 мм, было установлено.

что в пределах изученных границ газосодержания потока (Р = 0,05...0,95) и рабочем разрежении 50 кПа вся совокупность форм течения газожидкост­ ного потока сводится к следующим видам течения (рис. 4.2):

- со сплошным наполнением - пробковое с пенообразованием Течение со сплошным наполнением трубопровода (рис. 4.2, а) наблю­ дается только без подачи воздуха в систему мойки. При этом на внутренних стенках образуется ламинарная пленка, отрицательно действующая на про­ цесс мойки. При низких скоростях потока с небольшим газосодержанием его происходит разделенное течение (рис. 4.2, б). Данный вид течения не обеспечивает отмывание верхней части трубопровода при его очистке от за­ грязнений.

При увеличении скорости смеси разделенное течение переходит в вол­ новое (рис. 4.2, в). Волновое течение моющего раствора осуществляет пе­ риодически смачивание всего периметра трубопровода, однако скорость по­ тока в этом случае ещё не достаточна для эффективного отрыва частиц за­ грязнений.

С дальнейшим нарастанием скорости смеси волновое течение перехо­ дит в пробковое, когда по трубопроводу протекают поочередно в определен­ ной последовательности «пробки» жидкости, а затем воздуха (рис. 4.2, г).

При этом виде движения жидкость практически равномерно заполняет все сечение трубопровода и движется по нему переменно с большими пузырями воздуха. При пробковом движении газожидкостной смеси ламинарная плен­ ка, образующаяся на стенках трубопровода, периодически частично срывает­ ся, и поверхностное натяжение на разделах двух фаз раствор - воздух в концах пробок создает увеличенное сопротивление, которое усиливает трение, в результате чего увеличивается воздействие потока на стенки молокопровода.

сг) а - сплошное наполнение; б - разделенное течение; в - волновое течение;

г - пробковое течение; д - пробковое течение с пенообразованием за пу­ зырем; е - пробковое течение с пенообразованием вдоль всей пробки;

ж - эмульсионное течение При повышении скорости смеси наблюдается пробковое течение с пе­ нообразованием за пузырем (рис. 4.2, д), а затем распределение пенообразования на всей границе раздела (рис. 4.2, е).

При больших газосодержаниях и высоких скоростях потока пробковое течение разбивается и переходит в эмульсионное со значительной неравно­ мерностью распределения фаз по высоте (рис.4.2, ж).

В таблице 4.5 приведены основные данные, характеризуюш;ие формы течения газожидкостной смеси в молокопроводе диаметром 52 мм.

Зависимость формы течения смеси в трубопроводе диаметром 52 мм от величины ее объемного газосодержания Пробковое течение с пенообразованием за пузырем 0,95...1,5 0,7...0, Пробковое течение с пенообразованием вдоль всей пробки 0,8...0, Указанные в таблице 4.5 значения скорости и объемного газосодержа­ ния потока весьма широки, так как зоны форм течения газожидкостной смеси в какой-то степени перекрываются, что наглядно представлено на графике зависимости Р от скорости смеси (рис. 4.3) с логарифмической шкалой оси абсцисс.

Таким образом, в технологии мойки молокопровода доильной установ­ ки целесообразно использовать пробковый режим течения газожидкостной смеси. Он осуществляет смачивание всего периметра трубопровода и доста­ точно интенсивный скоростной напор жидкости и газа, способствующие от­ мыванию частиц загрязнений в общий поток и дальнейшему дроблению этих загрязнений. Определению рациональных параметров пневмоустройства, обеспечивающего необходимый вид течения моющей жидкости и усиление воздействия потока на загрязнения посвящены следующие разделы настоя­ щей работы.

Режимы течения моющей смеси в молокопроводе 1 - зона разделенного течения; 2 - зона волнового течения; 3 - зона пробко­ вого течения; 4 - зона пробкового течения с пенообразованием за пузырем;

5 - зона пробкового течения с пенообразованием вдоль всей пробки; 6 — зона эмульсионного течения Для обеспечения пробкового режима течения газожидкостной смеси в молокопроводе диаметром 52 мм требуется поддержание объемного газо­ содержания моющего потока в пределах Р = 0,4...0,85 (табл.4.5), то есть в по­ ток жидкости необходимо подавать 1...5 объемов газа по отношению к про­ ходящему в единицу времени объему моющего раствора. Это достаточно широкие пределы, которые позволяют расширить и выбор необходимых час­ тот пульсаций, и соотношения между тактами устройства для ввода в молокопровод воздуха атмосферного давления.

Установлено, что в таком режиме расстояние между соседними пробка­ ми в молокопроводе составляет 1...2 м при скорости течения газо-жидкостной смеси 0,5... 1,6 м/с. При этом за одну волну пробкового течения через каждое сечение молокопровода проходит в среднем 0,5... 1,6 л раствора.

Таким образом, при пульсирующей подаче воздуха в молокопровод по предлагаемой нами схеме согласно рис. 1.11 частота разовых подач его (или частота пульсов устройства для ввода воздуха в молокопровод) должна быть не ниже 0,33...0,5 Гц (20...30 пульсов в минуту). Расход воздуха за каждый цикл должен составить 1...5 расходов жидкости, т.е. от 0,5 до 8 литров.

Длительность впуска воздуха в молокопровод зависит от применяемого пульсатора. По схеме рис. 1.11 предложено использовать для этой цели мем­ бранный пульсатор от доильного аппарата «Волга». По данным И.Н. Красно­ ва [70] при числе пульсов 20...30 в минуту он имеет соотношение тактов обеспечивает подачу воздуха в молокопровод на протяжении 62% времени одной пульсации, а длительность циркуляции без впуска возду­ ха в молокопровод 38% от времени одной пульсации. По этим данным про­ должительность периодов подачи воздуха должна находиться в пределах 1,86...1,24 с в зависимости от числа пульсаций (20...30 в минуту), а продол­ жительность периода цикла без подачи воздуха в молокопровод в пределах 1,14...1,76 с.

На основе этих данных последующие эксперименты по обоснованию качества очистки молокопровода проведены в пробковом режиме течения га­ зожидкостной смеси с прерывистой подачей воздуха в молокопровод с час­ тотой 0,33 Гц и соотношением тактов впуска воздуха в молокопровод к такту прекращения подачи его 62%:38%.

Расход воздуха за один цикл работы устройства ввода его в молоко­ провод с помощью пульсоусилителя составлял в среднем 3 л. Секундный расход его за время такта впуска составлял 1 л/с, что обеспечивалось регули­ ровкой крана 12 (рис. 1.11) по показаниям газового счетчика, установленного перед ним, или установкой в патрубок 10 шайбы с калибровочным отверсти­ ем диаметром 8,7 мм при диаметре клапана пульсоусилителя 15 мм.

4.3. Качество очистки деталей молокопровода от загрязнений Чистота деталей и узлов молочной линии доильной установки после её циркуляционной мойки зависит как от степени их загрязнения, так и применяемых материалов для её изготовления, параметров моющего и дезинфици­ рующего растворов, скорости их течения в молокопроводе, длительности от­ дельных фаз мойки и многих других факторов интенсификации процесса.

В опытах по оценке качества очистки деталей молокопровода использован, как уже отмечалось ранее, пробковый режим течения газожидкостной смеси, а качество очистки определялось косвенно по показателям светопропускания раствора оставшихся на стенках молокопровода жировых и белковых загряз­ нений в специальных составах: смеси Блюра или серной кислоты.

По данным В.И. Березуцкого [26] и Б.А. Доронина [46] хорошей очист­ ке соответствует максимальная загрязненность поверхности молокопровода порядка 200 бактерий/см^, ей соответствует коэффициент светопропускания кислотных смывов I >88%, а смеси Блюра х >84%. Зона удовлетворительной очистки, по их данным, находится в области бактериальной загрязненности (2...4)-10'' бактерий/см^, а зона неудовлетворительной очистки - в области бактериальной загрязненности более 40000 бактерий/см^.

При использовании загрязнителя состава 2 (табл. 4.1) в опытах по каче­ ству очистки вставки в молокопровод диаметром 52 мм из различных мате­ риалов лучшие показатели циркуляционной мойки в общепринятом заво­ дскими инструкциями режиме очистки (5 минут предварительное ополаскива­ ние + 15 минут циркуляционной мойки раствором моющего порошка А + 5 ми­ нут заключительного ополаскивания) получены для стекла и нержавеющей стали, хуже для алюминия и резинового шланга (рис.4.4).

По результатам обработки данных фафиков получены следующие уравнения регрессии:

- нерж. сталь: tM = 0,583t^ - 10,367t + 96,589, R^ = 0, стекло: tM = 0,4759t^ - 8,817t + 91,805, полимеры: U = 0,6468t^ - 11,505t + 105,92, R^ = 0, резина: tM = 0,7067t^ - 13,509t+ 121,16, где R^ — величина достоверности аппроксимации.

Молокопровод из любого материала лучше очищается при любой мой­ ке более горячим моющим раствором, чем холодным. Так при увеличении температуры 0,5%-го раствора моющего порошка типа А от 60°С до 85°С время очистки молокопровода сокращается с 9,5 минут до 1,5 минуты или в 6 раз.

Хуже всего в наших опытах очищались участки молокопровода (а сле­ довательно, и детали молочной линии) из алюминия пищевого, даже при достаточно высоких скоростях газожидкостной смеси в пробковом режиме её течения.

Зависимость продолжительности очистки молокопровода диаметром 52 мм из различных материалов от температуры моющего раствора В процессе мойки молокопровода белковые и минеральные составные части загрязнителя отмываются достаточно быстро, труднее удаляются жи­ ровые составляющие, особенно в подсохших конгломератах. Под действием моющего раствора жировые загрязнители гидролизуются более интенсивно с увеличением температуры раствора и времени его циркуляции в молокопроводе. Подсохшие участки загрязнений и пленка из них удаляются, в ос­ новном, скоростным напором потока раствора с дальнейшим дроблением в процессе транспортировки.

По данным рисунка 4.5 увеличение скорости циркуляции моющего раствора в молокопроводе диаметром 52 мм способствует сокращению длительности его очистки до зоотехнических норм чистоты внутренней поверх­ ности. При этом по-прежнему участки его, выполненные из алюминия и ре­ зины, очищаются значительно дольше. Это объясняется не только значитель­ ной шероховатостью их внутренних поверхностей, но и более сильными ад­ гезионными свойствами, что дает основание рекомендовать использовать их в качестве деталей молочной линии лишь в крайних случаях, как, например, сосковая резина доильных аппаратов, когда замена ее на другие материалы практически не возможна.

Зависимость продолжительности мойки молокопровода диаметром 52 мм от скорости моющего раствора в нем а - смывы серной кислоты; б - смывы раствора Блюра Уравнения регрессии зависимости скорости моющего раствора от про­ должительности его циркуляции имеют вид:

- нерж. сталь: V = 0,1039t^ - l,1822t + 3,8789, R^ = 0, По результатам данных исследований рациональные режимы мойки деталей молокопровода диаметром 52 мм из различных материалов находят­ ся в пределах, указанных в таблице 4.6.

Рациональные режимы мойки молокопровода диаметром 52 мм, Материал участка молокопровода Это рациональные параметры, они все еще не учитывают то обстоя­ тельство, что верхняя часть молокопровода омывается потоком моющей жидкости слабее, чем нижняя, и очищается от загрязнений в связи с этим ху­ же. Устранение этого возможно путем усиления пульсации потока моющей жидкости в пробковом режиме течения периодической подачей в молокопровод воздуха атмосферного давления с помощью пневмоклапана, управляемо­ го пульсоусилителем, а также механической очисткой внутренней поверхно­ сти труб с помощью упругих пробок, вводимых автоматически в молокопровод через определенные промежутки времени.

4.4. Исследование процесса работы пульсоусилителя для подачи В работе пульсоусилителя для подачи воздуха в молокопровод наи­ больший интерес представляет установление характера изменения давлений в управляющей камере и определение длительности процессов между пере­ ключениями клапанов, которые оказывают непосредственное влияние на со­ отношение между тактами пневмоустройства и расход воздуха в молокопроводе. Характер изменения давлений в управляющей камере пульсоусилителя определялся с помощью тензозвена, расположенного в расточке этой камеры.

На рис. 4.6 дан общий вид осциллограммы изменения давления в управляю­ щей камере пульсоусилителя, а на рис 4.7 фрагмент ее обработки.

Осциллограмма изменения давлений в управляющих камерах пульсоусилителя (1) и пульсатора (2) при 20 пульсациях В опытах использован пульсоусилитель на базе коллектора доильного аппарата «Волга» с диаметрами мембраны 40 мм, верхнего клапана 20 мм и нижнего — 15 мм.

По рис. 4.7 видно, что в управляющей камере пульсатора при его рабо­ те давление не достигает рабочей величины вакуума и атмосферного, а пуль­ сирует в пределах, близких к ним. При переключении клапанов пульсатора в точках тип наблюдается некоторый «скачок» давлений за счет сравни­ тельно резкого изменения вместимости управляющей камеры пульсатора.

Откачка воздуха из управляющей камеры пульсоусилителя и наполнение ее воздухом атмосферного давления происходит синхронно с управляющей ка­ мерой пульсатора. Начало и конец этих процессов в пневмоприводе пульсо­ усилителя совпадают с моментами переключения клапанов пульсатора пит.

В точке а начинается процесс истечения воздуха из управляющей камеры пульсоусилителя. В точке b клапаны пульсоусилителя переключаются: верх­ ний закрывается, а нижний открывается и начинается подача воздуха в промывочный молокопровод для поддержания необходимого режима течения газожидкостной смеси.

В этот момент, входящий в молокопровод из пульсоусилителя воздух атмосферного давления существенно изменяет величину вакуума в нем, в свя­ зи с чем на осциллограммах записи давлений в исследуемых камерах пульса­ тора и пульсоусилителя наблюдаются колебания давлений, продолжающиеся до точки к.

Постепенно воздух истекает из управляющей камеры пульсоусилителя и в точке с этот процесс завершается. В общей совокупности длительность его занимает время t2n.

В точке d клапаны пульсатора снова переключаются, и в управляющую камеру пульсоусилителя начинает поступать воздух атмосферного давления.

При наполнении воздухом давление в ней увеличивается, и в точке е клапаны пульсоусилителя переключаются, подача воздуха в молокопровод из пульсо­ усилителя прекращается. Такт подачи его в молокопровод длится в течение времени Хг- Наполнение управляющей камеры пульсоусилителя продолжается до точки f, когда давление в ней достигает атмосферного.

В точке g, как и точке а, клапаны пульсатора снова переключаются, воздух истекает из управляющей камеры пульсоусилителя, и процессы по­ вторяются. В течение времени ti воздух атмосферного давления в молоко­ провод не подается, образуя тем самым временные интервалы между сосед­ ними «пробками» газа в нем.

В ходе исследований процесса работы пульсоусилителя (рис. 4.8) по­ лучены зависимости времени истечения и наполнения его управляющей ка­ меры от её вместимости. С увеличением объёма данной камеры пульсоуси­ лителя абсолютные значения времени истечения и наполнения её воздухом увеличиваются.

Зависимость времени истечения и наполнения воздухом управляющей По данным рис. 4.8 видно, что увеличение времени переходных про­ цессов прямо пропорционально увеличению объёма управляющей камеры при одном и том же диаметре шланга (5 мм) ее пневмопривода и длине его (30 см). Значительное уменьшение объёма вызывает сокращение длительно­ сти переходных процессов, и некоторое перераспределение их соотношения из-за различной степени уменьшения промежутков времени 1з и t4 между мо­ ментами переключения клапанов пульсатора и клапанов пульсоусилителя.

Целесообразно объем управляющей камеры пульсоусилителя принимать не более 45 см-' с целью экономии расхода воздуха на ее привод.

С увеличением частоты пульсаций длительность переходных процес­ сов в управляющей камере пульсоусилителя остается постоянной, однако их относительная длительность в пределах одного цикла работы пульсоусили­ теля различна (рис.4.9).

Рост частоты пульсов ведет к снижению относительной длительности времени истечения воздуха из управляющей камеры пульсоусилителя. При этом относительная длительность времени наполнения ее воздухом атмо­ сферного давления увеличивается.

Зависимость относительной длительности переходных процессов в управляющей камере пульсоусилителя от частоты пульсаций Так как повышение частоты пульсаций сокращает длительность тактов ti и t2 в пневмоприводе клапанов пульсоусилителя, то при частотах более 2 Гц воздух не успевает полностью истекать из управляющей камеры пуль­ соусилителя, клапаны его не переключаются и процесс подачи воздуха в промываемый трубопровод нарушается, а, следовательно, скорость газо­ жидкостного потока уменьшается, и режим его течения изменяется, что от­ рицательно сказывается на качестве промывки молокопровода.

Наряду с частотой пульсаций существенное влияние на длительность переходных процессов в пневмоприводе пульсоусилителя оказывает расход­ ная характеристика линии его привода — произведение |j,f, характеризующая пропускную способность шланга и патрубков, соединяющих пульсатор с управляющей камерой пульсоусилителя.

С увеличением расходной характеристики линии отсоса воздуха из пульсоусилителя, как видно из графика по рис. 4.10, происходит снижение длительности переходных процессов. Это снижение особенно заметно в пре­ f делах (j,f =(0,13...0,25)-10'^м^ При низких значениях длительности переход­ ных процессов возможно достаточно резкое динамическое воздействие на мембранно-клапанный механизм пульсоусилителя, а конструкция системы пневмопривода его становится неэффективной из-за увеличения диаметра воздуховодов.

Зависимость длительности переходных процессов в управляющей Полученные данные по динамике пневмопривода пульсоусилителя достаточно близки к теоретическим, что свидетельствует о достоверности принятых допущений.

4.5. Динамика изменения температуры жидкости при ее циркуляции Процесс мойки молокопровода включает в себя два температурных ре­ жима. Первый режим — в начальной и конечной фазе мойки при прополаски­ вании молокопровода для смыва остатков молока сразу после доения и после его мойки моющими и дезинфицирующими растворами, а другой — в фазе мойки и дезинфекции с пульсирующей подачей воздуха в него.

Во время процесса прополаскивания температура жидкости в конце мо­ локопровода зависит в основном от длительности прополаскивания (табл. 4.7).

Влияние времени прополаскивания молокопровода в первой фазе мойки на температуру сливаемой из него жидкости при температуре окружающей среды 20°С (начальная температура воды 40°С, Продолжительность прополаскивания, с системы после прополаскивания, °С По данным таблицы 4.7. видно, что при сокращении продолжительно­ сти прополаскивания молокопровода температура воды на выходе из систе­ мы уменьшается почти в 1,5 раза. При этом значительная часть тепла расхо­ дуется на нагрев деталей молочной линии. При дальнейшем увеличении дли­ тельности прополаскивания до 5 минут температура воды на сливе повыша­ ется до 35°С.

Такая закономерность изменения температуры промывочной воды на­ блюдалась при различных температурах воды: 20, 30, 40°С. Вода с большей температурой в начальной фазе мойки не использовалась, так как это отрица­ тельно сказывается на качестве процесса прополаскивания и смыва белковых составляющих загрязнений.

Уменьшение температуры воды во время прополаскивания после цир­ куляционной мойки менее значительно. Это связано с тем, что снижаются потери тепла на нагрев деталей системы.

Для качественного проведения фазы мойки и дезинфекции необходимо сохранение стабильности температурного режима в течение циркуляции рас­ твора по всей длине молокопровода.

В опытах использовался моющий раствор, составленный на основе се­ рийного синтетического порошка типа А. Исходная температура раствора принималась равной 60, 70, и 80°С, температура в помещении - 20°С. В пер­ вой серии опытов моющий раствор в исследуемой системе не подогревался.

Результаты измерений при начальной температуре 70°С представлены на рис. 4.11.

Закономерности изменения температуры моющего раствора в процессе За время фазы мойки молокопровода происходит значительное умень­ шение температуры моющего раствора (примерно на 30%), что снижает эф­ фективность очистки деталей системы. Поэтому возникает необходимость поддержания температуры в определенных пределах с целью повышения ка­ чества промывки. Это можно осуществлять с помощью электронагревателей, вмонтированных в ванну для моющего раствора.

В дальнейших опытах обеспечивался подогрев моющего раствора с по­ мощью электронагревателей в заборной емкости до температуры 70°С. При использовании электронагревателей температура моющего раствора на сливе в ванну несколько выше, чем в первых опытах без подогрева раствора. Это позволяет более интенсивно осуществлять промывку молокопровода, однако режимы его мойки могут быть различными как по длительности мойки, так и по показателям скорости потока и его температуры, тем более отличающи­ мися от общепринятых заводских.

4.6. Результаты исследований физико-механических свойств материала упругих пробок и режимов их движения в молокопроводе Возможность использования конкретной марки материала для изготов­ ления упругих пробок, используемых при очистке молокопровода, определя­ ется совокупностью ее физико-механических свойств и показателей долго­ вечности.

Ключевым показателем, во многом обуславливающим остальные свой­ ства материала, является кажущаяся удельная плотность - масса единицы объема материала (рп). Не менее важной характеристикой является жесткость его, характеризуемая величиной относительного сжатия (8d).

Плотность и жесткость материала пробки не связаны однозначно. Так, разные марки поролона одинаковой плотности в зависимости от химического состава и ряда особенностей структуры могут иметь отличающуюся жест­ кость. Тем не менее, плотность определяет нижнюю и верхнюю границы же­ сткости поролона, которые могут быть достигнуты для данного значения плотности в пределах одного класса пен. При этом граничные значения жест­ кости возрастают с увеличением плотности пены. Это же относится и к дру­ гим гибким материалам.

Особенно важно влияние плотности на долговечность (срок эксплуата­ ции) материала. Долговечность его можно охарактеризовать изменением на­ чальных размеров и жесткости изделия в ходе эксплуатации. Чем меньше эти изменения, тем больше срок службы этого материала. Более плотные марки материалов пробки обладают большим сроком эксплуатации, они лучше со­ противляются «усталости» при статических и динамических нагрузках.

Одним из параметров, качественно характеризующих срок службы гибкого материала пробок, является остаточная деформация (б d), которая по­ казывает насколько уменьшилась толщина образца после деформации под статической нагрузкой. Чем меньше значение остаточной деформации, тем меньше деформируется материал при эксплуатации, тем дольше срок службы упругих пробок. Это важно в связи с тем, что такие пробки подвергаются на­ грузке сжатия в молокопроводе циклично: один раз за доение в течение 2...5 минут с перерывом на «отдых» на 6... 12 часов до следующего доения.

Наибольшее распространение в качестве материала для пробок в прак­ тике машинного доения получили поролон и пористая резина [10, 45, 99, 126]. Первый более доступен и предпочтителен, однако свойства его иссле­ дованы недостаточно.

Параметром, характеризующим способность поролона к растяжению, является относительное удлинение (в %) при разрыве. Оно показывает, на­ сколько увеличится длина образца поролона при приложении к нему растя­ гивающего усилия. В целом, чем выше значение относительного удлинения, тем выше качество поролона, однако данный параметр не так важен при ис­ пользовании упругих пробок для очистки молокопровода.

Для экспериментальных исследований были выбраны стандартные (ST), мягкие (S) и высокоэластичные марки поролона: ST 2025, ST 2532, ST 3040, S 4040, S 4040, ST 5050, HR 4035.

Результаты исследований их свойств приведены в таблице 4.8.

Физико-механические свойства поролона, используемого для изготовления упругих пробок для чистки молокопровода Марка поролона Данные этой таблицы показывают, что наибольшей плотностью и же­ сткостью при сжатии обладают пробки поролона марки ST 5050, меньшей — из поролона марки ST 2025.

Однако коэффициенты трения по нержавеющей стали и стеклу (табл. 4.9) у пробок из поролона ST 2025 в среднем на 20...25% ниже, чем у поролона ST 5050, что снижает затраты энергии на их движение в молокопроводе.

Отметим, что коэффициенты трения движения поролона по смоченным водой поверхностям выше коэффициентов трения покоя на 15...70% для не­ ржавеющей стали и на 16...30% для стекла. Это объясняется, в основном, увеличением сил адгезии между контактирующими материалами в присутст­ вии воды или моющего раствора.

Марка поролона Движение пробки в молокопроводе сопровождается трением её о смо­ ченную поверхность молокопровода и затратами энергии на перемещение Ж Д О Т перед пробкой. Перепад давлений на торцах пробки в молокопро­ воде должен быть достаточным для преодоления этих сил сопротивления без потери средней скорости течения газожидкостной смеси. Это достигается дросселированием впуска воздуха в молокопровод во время движения проб­ ки отверстиями камеры III атмосферного давления пульсатора 1, управляю­ щего работой автомата подачи упругих пробок (рис. 1.12).

Продолжительность движения упругой пробки совместно с газо­ жидкостным моющим раствором зависит от длины молокопровода. Для ко­ ровников на 200 голов согласно типовым проектам с центральным располо­ жением молочной эта длина не превышает 125 метров. При рекомендуемых скоростях мойки молокопровода 2...3 м/с длительность движения пробки в нём должна составлять 40...60 с, т.е. примерно один раз в минуту.

Подача упругих пробок в молокопровод целесообразна в первые мину­ ты мойки его, когда на его поверхности находятся загрязнители. В после­ дующем их подача может быть отключена, например, перекрытием молокопровода в месте ввода воздуха атмосферного давления поршнем, роль кото­ рого может выполнять прижимная пластина 6 по рис. 1.12.

Зависимость качества мойки молокопровода диаметром 52 мм от количества циклов движения в нём упругих поролоновых пробок (загрязнитель 1, пробковое течение моющей смеси, ввод воздуха Условия очистки молокопровода продолжительность, Проверка интенсивности очистки молокопровода с применением упру­ гих пробок из поролона приведена на фрагменте молокопровода при скоро­ сти их движения 2 м/с. При одной и той же степени загрязнения (загрязни­ тель 1, табл. 4.1) молокопровод разбирался для определения качества мойки изучаемого участка его (1м) после прохождения 1 пробки, 2-ой, 3-ей,..., 9-ой и 10-ой пробок с интервалами движения их на этом участке 60 с. Результаты экспериментов по качеству очистки молокопровода при этом приведены в таблице 4.10 при мойке его 0,5 %-ным раствором порошка типа А.

Данные этой таблицы показывают, что очистку молокопровода из не­ ржавеющей стали следует считать хорошей уже после прохождения через не­ го четырёх упругих пробок с интервалом между ними в одну минуту, а из стекла - через 5 пробок. Коэффициент светопропускания при этом составлял соответственно 88% для стальных труб и 84% для труб из стекла.

Это позволяет рекомендовать ёмкость магазина для упругих пробок в автомате их ввода в молокопровод равной 5-ти, цикличность их пуска - од­ на в минуту, а скорость перемещения 2...3 м/с. Пульсатор пневмопривода ав­ томата должен быть настроен на эту частоту - 0,017 Гц.

4.7. Обоснование режимов очистки молокопровода от загрязнений Процесс очистки исследуемого молокопровода от загрязнений включа­ ет фазы предварительного прополаскивания холодной водой для смыва ос­ татков молока, циркуляционной очистки (дезинфекции) растворами моющих синтетических порошков и дезсредств и окончательного прополаскивания от остатков моющего раствора.

Для определения длительности фазы предварительного прополаскива­ ния молокопровода образцы деталей молокопровода после доения коров или предварительного загрязнения (загрязнитель №1) промывались водой темпе­ ратурой 20°С. Продолжительность прополаскивания со сливом воды в кана­ лизацию фиксировалась секундомером. Далее проверялось содержание бел­ ков в оставшихся загрязнениях. Хорошему качеству прополаскивания соот­ ветствовало содержание белков в загрязнениях в пределах 2,5...2,6%.

Установлено, что длительность фазы прополаскивания молокопровода диаметром 52 мм в наибольшей мере зависит от материала деталей и узлов молокопроводной линии, температуры воды и ее скорости (табл. 4.11).

С увеличением температуры воды значительных изменений в продол­ жительности прополаскивания молокопровода до хорошего качества удале­ ния белков без их разрушения не наблюдалось. Рационально верхнюю гра­ ницу температуры воды, используемой для смыва остатков молока, ограни­ чить 30°С.

Зависимость продолжительности фазы предварительного прополаскивания молокопровода от вида используемого материала деталей его, Резина (СКН) Скорость ее потока в молокопроводе с учетом подсоса воздуха через коллекторы доильных аппаратов и неплотности молочной линии оказывает большое влияние на длительность фазы прополаскивания. Увеличение ее со­ кращает эту фазу, но повышает расход холодной водопроводной воды.

Хуже прополаскиваются детали и узлы молокопровода из резины типа СКН (сосковая резина доильных аппаратов и молочные шланги их) и пище­ вого алюминия (молочная камера коллектора, детали средств учета надоя молока и др.). Однако, как правило, они имеют поперечное сечение значи­ тельно меньшее, чем сам молокопровод. В связи с этим, скорость течения во­ ды при промывке в деталях из этих материалов всегда выше скорости ее в молокопроводе в реальных условиях очистки его от загрязнений. Это по­ зволяет выбор режимов предварительного прополаскивания осуществлять, исходя из используемых материалов для молокопровода: для молокопровода из нержавеющей стали при скорости потока равной 2 м/с время промывки 2...2,6 мин, а расход воды 46...52 л. К этому времени необходимо добавить 1...1,5 мин для освобождения труб от жидкости при переходе к следующей фазе.

Второй фазой очистки молокопровода от загрязнений является его циркуляционная мойка и дезинфекция. В связи с наличием в нем значитель­ ного количества деталей из резины, алюминия и полимеров рациональная продолжительность этой фазы определяется длительностью их очистки. Дан­ ные таблицы 4.6 позволяют сделать заключение о том, что продолжитель­ ность этой фазы должна быть не менее 9... 12 мин. При пробковом режиме течения газожидкостной смеси со скоростью 2 м/с и среднем объемном газо­ содержании ее Р = 0,8...0,9 расход воды за время этой фазы составит 100... 130 л в комплектации доильной установки на 100 коров.

После мойки и дезинфекции молокопровода производят очистку его от остатков моющего и дезинфицирующих растворов прополаскиванием мо­ лочной линии холодной водой. Это третья, заключительная, фаза очистки молокопровода.

Так как прочность сцепления пленки моющего раствора с поверхно­ стью молокопровода в несколько раз ниже, чем пленки молока, то и время смыва остатков моющего или дезинфицирующего раствора меньще, чем смыва молочных остатков. Однако для унификации операций этих фаз целе­ сообразно длительность окончательной промывки и режим ее сохранить та­ кими же, как и в фазе предварительного прополаскивания.

Расходные характеристики фаз мойки молокопровода стационарного доильного агрегата варианта комплектации на 100 коров молокопровода от или моющего рас­ Предварительное прополаскивание Циркуляционная мойка и дезинфекция Прополаскивание для моющего раствора Таким образом, общая продолжительность очистки молокопровода из нержавеющей стали диаметром 52 мм должна составлять в среднем 20 мин, а режимы отдельных фаз с учетом разнородности материалов деталей и узлов молокопровода соответствовать данным, приведенным в таблице 4.12.

Энергетические затраты на очистку молокопровода зависят от адгезии белково-жировых загрязнений к его внутренней поверхности. Удельная энер­ гия адгезии, как уже отмечалось нами ранее, в используемой молочной линии находится в прямой зависимости от материала деталей этой линии, свойств загрязнителей, состава моющего раствора и его температуры и определяется на основе полученных о них данных по зависимости, приведенной в работах С.С. Воюцкого и СМ. Липатова [33]:

где a - межфазная энергия на границе «загрязнитель — моющий раствор», 0 - краевой угол смачивания, град.

Влияние температуры моющего раствора на удельную энергию адгезии белково-жировых загрязнений молокопровода деталей молокопровода Зависимость удельной энергии мойки молокопровода от времени выдержки его в загрязненном состоянии до начала очистки 1 и 2 - для деталей молокопровода из нержавеющей стали и резины Приведенные в таблице 4.13 расчётные величины удельной энергии адгезии белково-жировых загрязнений к молокопроводу из различных мате­ риалов показывают, что её величина с повышением температуры раствора синтетических моющих порошков снижается. Это снижение составляет в сред­ нем 13% на каждые 10°С повышения температуры раствора.

Удельная энергия адгезии загрязнителя в воде почти в 2 раза выше, чем в моющем растворе, чем объясняется плохая отмываемость молокопроводов чистой водой.

С увеличением промежутка времени после окончания доения коров до на­ чала мойки молокопровода удельная энергия его очистки повышается (рис. 4.11).

Это увеличение весьма существенно при больших промежутках време­ ни до начала мойки молокопровода и, особенно, для его участков, выполнен­ ных из трудно отмываемых материалов, что свидетельствует о недопустимо­ сти значительных отсрочек в уходе за молочной линией доильной установки после доения коров.

1. Выдержка загрязнений на поверхности молокопровода ведет к изме­ нению их свойств: кинетическая вязкость через час до мойки повышается в 3 раза, кислотность - в 1,7 раза, микробная загрязненность — почти в 2 раза, поэтому силы адгезии возрастают, и ухудшается процесс очистки.

2. Взаимодействие между белково-жировым загрязнителем и поверх­ ностями исследованных материалов молочной линии доильных установок обусловлено преимущественно межмолекулярными силами сцепления, зави­ сящими от межфазной энергии соприкасающихся сред. Наибольшее значение межфазной энергии наблюдается на границе сред "загрязнитель - воздух", "вода - воздух" и "0,5%-ный раствор моющего порошка типа А — воздух".

С увеличением температуры моющего раствора на основе синтетического порошка А от 20 до 70°С межфазная энергия снижается от 5,7-10"^ до 3,МО-зДж/м^ 3. В технологии мойки молокопровода доильной установки целесооб­ разно использовать пробковый режим течения газожидкостной смеси с объ­ емным газосодержанием 0,8...0,9 при скорости потока 1,2...2 м/с. При этом необходимо обеспечить прерывистую подачу воздуха в молокопровод с час­ тотой 0,33 Гц и соотношением тактов впуска воздуха в молокопровод к такту прекращения подачи его 62%:38%.

4. Молокопровод из любого материала лучше очищается более горячим моющим раствором, чем холодным. Так при увеличении температуры 0,5%-го раствора моющего порошка типа А от 60°С до 85°С время очистки молокопровода сокращается с 9,5 минут до 1,5 минуты или в 6 раз.

5. Качество мойки деталей молочной линии существенно зависит от их материала и режимов мойки. Хуже всего очищаются детали из алюминия пищевого и резины, даже при достаточно высоких скоростях газожидкостной смеси в пробковом режиме её течения, лучше из нержавеющей стали и стекла.

6. Увеличение времени переходных процессов в управляющей камере пульсоусилителя для подачи воздуха в молокопровод прямо пропорциональ­ но увеличению ее объема при одном и том же диаметре шланга (5 мм) пнев­ мопривода и его длине (30 см). Повышение частоты пульсаций сокращает длительность тактов ti и t2 в пневмоприводе клапанов пульсоусилителя. Пре­ дельная частота пульсаций, при которой процесс подачи воздуха в промы­ ваемый трубопровод не нарушается, составляет 2 Гц.

7. Периодическая подача упругих пробок в молокопровод при мойке повышает качество его очистки от загрязнений. В качестве материала упру­ гих пробок, используемых при очистке молокопровода, рекомендуется поро­ лон марки ST 5050 и ST 2025. Емкость магазина для упругих пробок в авто­ мате их ввода в молокопровод должна быть равной 5-ти, цикличность их пуска - одна в минуту, а скорость перемещения 2...3 м/с. Частота пульсатора пневмопривода автомата - 0,017 Гц.

8. Процесс мойки молокопровода содержит фазы предварительного прополаскивания после доения, циркуляционной мойки и дезинфекции и за­ ключительного прополаскивания для удаления остатков моющего раствора.

Предварительное прополаскивание молокопровода доильной установки необходимо осуществлять теплой водой температурой 25...30°С в течение 4,5...5 мин. Расход воды при этом находится в пределах 46...52 л.

Продолжительность фазы циркуляционной мойки и дезинфекции моло­ копровода при наличии значительного количества деталей и узлов из пище­ вого алюминия должна быть не менее 9... 12 мин при температуре моющего раствора 70...80°С. При пробковом режиме течения газожидкостной смеси со скоростью 1,6 м/с и среднем объемном газосодержании ее Р = 0,7...0, расход воды за время этой фазы составит 100... 130 л.

Заключительное прополаскивание молочной линии должно осуществ­ ляться водой температурой 25...30°С в течение 4,5...5 мин. Расход воды на эту операцию составляет 40...45 л.

9. За время фазы мойки молокопровода происходит значительное уменьшение температуры моющего раствора (примерно на 30%), что снижа­ ет эффективность очистки деталей системы. Поэтому возникает необходи­ мость поддержания температуры его с помощью электронагревателей, вмон­ тированных в ванну для моющего раствора.

10. Удельная энергия адгезии загрязнителя в воде почти в 2 раза выше, чем в моющем растворе. С повышением температуры раствора на каждые 10°С снижение удельной энергии адгезии загрязнений составляет в среднем 13%. С увеличением промежутка времени после окончания доения коров до начала мойки молокопровода удельная энергия его очистки повышается. Это увеличение весьма существенно при больших промежутках времени до нача­ ла мойки молокопровода и, особенно, для участков его, выполненных из трудно отмываемых материалов.

11. Полученные данные по динамике пневмопривода исследуемой сис­ темы близки к теоретическим и в совокупности с расходными ее характери­ стиками, а также характеристиками и свойствами используемых в ней мате­ риалов могут быть положены в основу расчета и проектирования новых и со­ вершенствуемых технологических линий циркуляционной мойки молокопроводов увеличенного диаметра.

5. ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ ПРОВЕРКА СИСТЕМЫ МОЙКИ

МОЛОКОПРОВОДА И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТРШНОСТЬ ЕЕ

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

5.1. Результаты производственной проверки функционирования Производственная проверка работы системы мойки молокопровода проведена на молочной ферме АОЗТ «СКВО» Зерноградского района Рос­ товской области в коровнике на 200 коров привязного содержания. Одна из групп этого коровника - 100 голов в первых двух рядах здания обслужива­ лась переоборудованной молочной линией по результатам наших исследова­ ний, а другая - 100 голов в третьем и четвертом рядах стойл коровника об­ служивалась молочной линией в серийном, заводском исполнении. Молокопроводы выполнены из нержавеющей стали. Обе группы животных были красной степной породы, масса коров колебалась от 450 до 500 кг. Продук­ тивность их за лактацию была выше 3000 кг. Доение трехкратное. Получае­ мое молоко сдавалось в переработку на собственный молочный завод.

Работы по оценки качества очистки сравниваемых молокопроводов проводились в молочном отделении коровника с использованием приспособ­ ления и приборов, предложенных В.И. Березуцким [26], Для проверки чистоты мойки деталей и узлов молочных линий приме­ нялось его приспособление (на базе доработанного устройства Б.А. Доронина [46]) для нанесения на поверхности контролируемых деталей молокопровода специальной индикаторной жидкости. Оно было выполнено в виде поршне­ вого дозатора, осуществляющего разбрызгивание индикаторной жидкости на поверхность деталей из расчета 0,033 см^ её на 1см^ поверхности. Индика­ торной жидкостью служил раствор 0,2 г измельченного порошка краски «Су­ дан - Ш» и 0,05 г метиловой синьки в 70 см^ 96%-ного этилового спирта, нагретого до 60°С. В такой раствор добавляли 10 мл 25%-ного раствора аммиа­ ка и 20 мг дистиллированной воды [26].

По цвету окрашенной в индикаторной жидкости плёнки на поверхно­ сти контролируемой детали определяли качество мойки её, пользуясь дан­ ными тарировочной таблицы 5.1.

Тарировочные показатели оценки качества мойки и дезинфекции контролируемых деталей молокопровода Состояние поверхности контролируемой детали очищаемой детали дезинфицируемой детали цвета отсутствуют Имеются слабо окрашен­ ные жёлтые пятна малого Бледно-бурый или синий Удовлетворительное Вся поверхность детали интенсивно окрашена Применяемые материалы безвредны и легко смываются с поверхности деталей струей теплой воды.

Для проверки качества дезинфекции детали после циркуляционной мойки молокопровода использовалось другое приспособление Б.А. Доронина [46], несколько усовершенствованное В.И. Березуцким [26] для более равно­ мерного нанесения на детали индикаторного раствора и выполненное в виде пульверизатора на базе паяльной лампы. Индикаторной жидкостью в нём был водный раствор 3%-ного йодистого калия и 3%-ного крахмального клей­ стера, наносимый тонким слоем на поверхность контролируемой детали.

Оценка качества дезинфекции производилась также по показателям тариро­ вочной таблицы 5.1. Цветное окрашивание с поверхности деталей снималось тампоном, смоченным 3%-ным раствором гипосульфита.

Очистка молочных линий доильной установки производилась с за­ держкой времени после доения коров не более 5 минут. Режим очистки мо­ локопровода серийного исполнения соответствовал заводской инструкции:

продолжительной предварительно прополаскивания 5 минут, циркуляцион­ ной мойки и дезинфекции — 15 минут и окончательного прополаскивания минут. С учётом затрат времени на переходные режимы, операции слива, продувки молокопровода воздухом и отключения вакуумного насоса весь цикл ухода за молочной линией составлял 40 минут. Очистка эксперимен­ тальной молочной линии производилась в режиме, указанном в таблице 4.14.

Для мойки использовался 0,5%-ый раствор синтетического порошка типа А.

Температура холодной воды для прополаскивания была в пределах 25...30°С, а моющего раствора 60...70°С.

Данные по оценке качества мойки молокопровода из нержавеющей стали в сравниваемых вариантах их конструкции и режима очистки приведе­ ны в таблице 5.2.

Сравнительные данные оценки качества мойки молокопроводов Бактериальная обсемененность по­ верхности молокопровода, бакт./см^:

Они показывают, что степень очистки молокопровода от загрязнений в заводской доильной установке удовлетворительная, коэффициент светопро­ пускания смывов контрольных участков молочной линии не превышает 83%.

Это объясняется недостаточной очисткой, в основном, верхней части внут­ ренней поверхности труб из-за слабого динамического воздействия на нее моющего раствора.

Экспериментальное исполнение системы мойки молокопровода позво­ ляет уменьшить его бактериальную загрязненность и довести коэффициент светопропускания смывов Блюра до 88%, что соответствует по санитарным требованиям хорошей очистке молокопровода.

Данные по качеству мойки и дезинфекции отдельных деталей и состав­ ных частей молочной линии доильной установки при этом, полученные экс­ пресс-методами с использованием указанных выше приборов и приспособле­ ний, представлены в таблице 5.3.

Показатели качества мойки и дезинфекции составных частей молочной линии доильной установки (Н, У и X - соответственно неудовлетворительная, Контролируемые молочной линии мойка дезинфекция мойка дезинфекция Молокоприемник По данным этой таблицы качество мойки и дезинфекции доильной ап­ паратуры при использовании общепринятой заводской технологии циркуля­ ционной мойки молокопровода недостаточное, особенно резиновых деталей.

На них в процессе эксплуатации постоянно увеличивается остаточная плёнка и очаги загрязнения, что создаёт питательную среду для развития микроор­ ганизмов. Из-за этого возникает необходимость периодической механиче­ ской чистки их специальными ершами.

Степень очистки составных частей молочной линии при внедрении экспериментальной системы циркуляционной мойки выше, чем серийной.

Она даёт возможность повысить и качество получаемого на ферме молока.

Хронометражные данные продолжительности отдельных операций технологии циркуляционной мойки молокопровода в исследуемых вариан­ тах конструкции системы даны в таблице 5.4.