УСТРОЙСТВО ОСУШКИ И СТЕРИЛИЗАЦИИ ЗЕРНОПРОДУКТОВ

Полезная модель относится к пищевой промышленности, в частности, пивоваренной отрасли и относится к устройствам осушки и стерилизации зернового пивоваренного сырья.
Известно устройство для газовой стерилизации [Патент R.U 2074007, опубликован 27.02.1997 г.], содержащее камеру, соединенную трубопроводами с компрессором, генератором озона и фильтром нейтрализатором в газовую магистраль, образующую замкнутый контур для многократного прокачивания газовой среды. Для целей осушки зернопродуктов устройство неприменимо, поскольку невозможно повторно использовать газовую смесь с вовлеченными в нее после продувки пылевыми частицами и избыточной влагой.
Сам факт использования озона в пищевой промышленности в настоящее время не вызывает споров. В воздухе озон уже при концентрациях 0,08-0,2 мг/л уничтожает бактерии, вызывающие гниение продуктов, препятствует образованию плесени и слизистых отложений [Алагезян Р.Г. Мойка и дезинфекция молочного оборудования. М.: ЦИНТИПищепром, 1996 - 32 с.]. Эта же концентрация ингибирует развитие плесневых грибков на упаковках для хранения фруктов [Кудрявцева А.А. Влияние озона на микроорганизмы, вызывающие порчу пищевых продуктов // Товароведение пищевых продуктов. М.: 1980, вып.9, С.49-57].
Наиболее близким к заявляемой полезной модели по существенным признакам технического решения является «Способ и устройство для непрерывной озоновой стерилизации мелких предметов» [Заявка 2004104186/12, опубликована 20.07.2005, БИ №20]. Устройство озоновой стерилизации мелких предметов, содержащее стерилизационную камеру в виде накопительного бункера, ресивер, состоящий из двух сообщающихся емкостей, соединенных газовой магистралью с компрессором и генератором озоновоздушной смеси и функционально взаимосвязанных с блоком управления, обладающим датчиками временных параметров процесса каждого этапа стерилизации, причем газовая магистраль имеет автоматически запирающиеся шиберы и патрубки входа и выхода озоновоздушной смеси и сжатого воздуха.
Устройство предназначено для стерилизации мелких предметов, например, бутылочных пробок, что существенно отличается от назначения заявляемой полезной модели. Кроме того, устройство - наиболее близкий аналог - не обеспечивает «перелопачивания» сыпучих материалов и не обеспечивают осушки зернопродуктов, что строго обязательно для всех устройств данного предназначения.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является создание единой системы осушки и стерилизации зернопродуктов на этапах хранения в силосах-зернохранилищах пивоваренных предприятий.
Техническая задача решается тем, что в известном устройстве осушки и стерилизации зернопродуктов, содержащем стерилизационную камеру, ресивер, состоящий из двух сообщающихся емкостей, соединенных газовой магистралью с компрессором и генератором озоновоздушной смеси и функционально взаимосвязанных с блоком управления, обладающим датчиками временных параметров процесса каждого этапа стерилизации, причем газовая магистраль имеет автоматически запирающиеся шиберы патрубков входа и выхода озоновоздушной смеси и сжатого воздуха, согласно полезной модели устройство включает блок осушки атмосферного воздуха, а стерилизационная камера оснащена расположенным под ее дном спиралевидным распределительным устройством с соплами ввода озоновоздушной смеси, соединенными с генератором озоновоздушной смеси и блоком управления режимом поочередного включения сопел.
На чертеже показана разработанная полезная модель устройства осушки и стерилизации зернопродуктов, представляющая систему периодического воздействия на микробиоты зернопродуктов, например, пивоваренного солода, осушенной озоновоздушной смесью. Устройство осушки и стерилизации зернопродуктов принципиально состоит из четырех функционально взаимосвязанных блоков: блок воздухоподготовки, блок подготовки озоновоздушной смеси, блок осушки и стерилизации зернопродуктов и блок управления процессом.
А. Блок воздухоподготовки представлен линией, включающей крышное воздухозаборное устройство 1; отделение тонкой очистки воздуха 2, например фильтрами ФПП; двойным контейнером осушки воздуха 3, например, гранулами селикогеля в контейнерах, один из которых постоянно находится в состоянии термической регенерации; устройство охлаждения потока засасываемого воздуха 4, например, термоэлектрического типа; побудитель тяги 5, например, в виде компрессора, засасывающий подготовленный воздух в ресивер 6, который выполняет функцию хранения охлажденного и осушенного воздуха. При этом блок воздухоподготовки оснащен датчиками температуры 7 и влажности 8 забираемого воздуха и подаваемого компрессором 5 в ресивер 6 - сборник подготовленного воздуха. При этом на входе в ресивер 6 и на выходе из него в блок озонирования расположены управляемые электромагнитные клапаны 9-10. При этом ресивер 6 оснащен клапаном сброса давления 11, датчиком давления 12, датчиком относительной влажности осушенного воздуха 13 и датчиком температуры воздуха 14 в ресивере 6.
Б. Блок подготовки озоновоздушной смеси включает генератор озона 15, с водоохлаждаемыми электродами 16 и датчиком температуры отводящей воды 17, а также электроуправляемым краном 18 подачи озона в ресивер хранения озоновоздушной смеси 19, причем последний оснащен датчиком контроля концентраций озона 20, датчиком давления 21 и автоматическим клапаном сброса избытка давления 22 с выводной линией под конек крыши 23 здания. При этом ресивер 19 соединен управляемым электромагнитным краном 24 с компрессором 25 стерилизационной камеры 27.
В. Блок осушки и стерилизации зернопродуктов включает компрессор 25, нагнетающий озоновоздушную смесь через управляемый кран 26 в стерилизационную камеру 27 (производственные термины: «силос - бункер хранения зернопродуктов»), последняя имеет входной 28 и выходной 29 шлюзы для пневмоперемещения зернопродуктов «в» или «из» хранилища (в цех дробления) а также вытяжную вентиляционную линию 30, оснащенную вентилятором 31 и пылеуловителем 32; при этом стерилизационная камера 27 оснащена датчиками температуры 33, влажности 34 и концентрации озона 35, расположенными над поверхностью зернопродукта; при этом электроуправляемый кран 26 входа озоновоз душной смеси в стерилизационную камеру 27 скоммутирован с блоком включения 36 сопел ввода озоновоздушной смеси 37 (1+n), расположенных на спиралевидном распределительном устройстве 38, расположенном под днищем силоса 27 и поочередно включаемых по команде блока управления (управляющего процессора) 39 (на чертеже не показан) по принципу бегущей волны.
Г. Блок управления процессом включает: блок управления (микропроцессор) 39, систему датчиков и исполнительных механизмов, функционирующих по определенной программе и обеспечивающих подготовку воздуха, подготовку озоновоздушной смеси и создание состояния кипящего слоя хранящемуся зернопродукту при поступлении сигналов с датчиков 34-33 стерилизационной камеры 27 о повышении температуры и влажности воздуха или по специально заданной программе в целях периодической стерилизации всего хранящегося объема зернопродукта.
Разработанное нами устройство полезной модели действует следующим образом. Компрессор 5 активно засасывает через воздухозаборное устройство 1 и блок воздухоподготовки (фильтр 2, осушитель 3 и охладитель 4) порцию наружного воздуха и нагнетает воздух в ресивер 6; при этом предусмотрена возможность рециркуляции воздуха для придания воздуху оптимальных свойств: температуры не более 10°С при относительной влажности - φ не более 10% (на чертеже рециркуляция не показана).
3
Линия подготовки озоновоздушной смеси включается непосредственно в период необходимости воздействия на зернопродукт командами с блока управления 39, инициированными датчиками температуры 33 и влажности 34 стерилизационной камеры 27, сигнализирующих о превышении заданных параметров или по команде на включение через заданный промежуток времени. При этом генератор озона 15 подает озон непосредственно в линию подачи подготовленного воздуха из ресивера 6 в ресивер 19 до тех пор, пока концентрация озона в озоновоздушной смеси ресивера 19 не достигнет концентрации 10,0-15,0 мг/м по показаниям датчика 20 и заданной величины давления озоновоздушной смеси - датчик 21. Непосредственная осушка и стерилизация зернопродукта в стерилизационной камере 27 осуществляется нагнетанием компрессором 25 озоновоздушной смеси из ресивера 19 в систему сопел 37(1+n), расположенных под дном стерилизационной камеры 27. Расположение сопел 37 под дном стерилизационной камеры 27 существенно упрощает их эксплуатационное обслуживание. Поочередное включение сопел 37(1+n) блоком управления 36 по принципу бегущей волны вызывает спиралевидное смещение столбов зерен зернопродукта струей сжатой озоновоздушной смеси, создавая эффект кипящего слоя. Время работы каждого сопла 37 не превышает 3-5 минут. Отработанная озоновоздушная смесь, уносящая избытки влаги и пылевые частицы, активно аспирируется вытяжной вентиляционной линией 30, оснащенной вентилятором 31 и пылеуловителем 32. Команда на окончание продувки подается блоком управления 39 по показаниям датчиков температуры 33 и влажности 34, установленных над поверхностью зернопродукта в верхней части стерилизационной камеры 27, и свидетельствует о нормализации параметров хранения зернопродукта или по временной команде.
При этом периодическое воздействие на зернопродукты (солод) проводили при факте обнаружения повышенной относительной влажности солода свыше критической точки (влажность φ свыше 20%) и температуры хранящегося зерна (свыше +20°С) путем кратковременного (не более 20 минут) придания свойств кипящего слоя солоду, хранящемуся в стерилизационной камере, (при высоте слоя не более 3 метров), но без перемещения всей зерновой массы из одной стерилизационной камеры в другую. При этом концентрацию озона в озоновоздушной смеси предлагаем не превышать 1,0 мг на каждый кубический метр емкости стерилизационной камеры (хранилища зернопродукта), а отработанный воздух с остаточным озоном выбрасывать в окружающую среду через фильтр-пылеуловитель. Подачу стерилизующей смеси под избыточным давлением осуществляли через группу сопел, стационарно расположенных под дном стерилизационной камеры, но соединенных гибким шланговым соединением с генератором смеси и рабочим компрессором. Последний факт позволил при необходимости переключать компрессор 25 для других целей.
Другим преимуществом разработанного нами устройства осушки и стерилизации является возможность его использования для финишной дезинфекции продуктопроводов и емкостей пивоваренного производства. Однако при этом в блок управления (управляющий микропроцессор) 39 закладывается программа увеличения концентрации озона до 20 мг на каждый кубический метр дезинфицируемой емкости при экспозиции не менее 10 мин. При разработке программы мы учли результаты специализированных исследований [Строчева В.Ф. Ионизация и озонирование воздушной среды. - М. изд-во МГУПП. - 2003 - 169 с.; Болога М.К. Литинский Г.А. Дезинфекция озоном технологических резервуаров в пищевой промышленности // Экспресс-информация. Кишинев: - Молд НИИНТИ, 1985. - 16 с.].
Таблица
Режимы озонирования, обеспечивающие полное подавление микробиот (продолжительность обработки, минут)
Тест-культура
Концентрация озона, мг/м
15
25
35
45
Кишечная палочка E.coli
30 мин
10 мин
10 мин
5 мин
Дизентерия Sh.sonnei
20
10
7,5
7,5
Сальмонелла S.java
20
20
10
10
Антракоид B.cereus
30
20
15
10
Стафилококк St.aureus
30
20
7,5
7,5
Дикие дрожжи, Saccharomyces, Candida, Молочно-кислые и уксусно-кислые бактерии Lactobacillus, Sarcinia Micrococus,
30
20
10
7,5
3
Мировой опыт показывает, что эффективное обеззараживание пивных емкостей достигается при концентрации озона 40 мг/м и при экспозиции 7,5 минут. С целью предотвращения возможного влияния озона на персонал нами принято решение снизить его действующую концентрацию до 20 мг на каждый кубический метр емкости при увеличении экспозиции соответственно в два раза (до 20 мин), что обеспечит естественную дезактивацию озона при его контакте с поверхностями емкостей.
Устройство позволяет осуществлять автоматизированный контроль состояния зернопродуктов и подавать управляющий сигнал для реализации корректирующих мероприятий.
В качестве примера конкретного применения мы рекомендуем следующий комплект оборудования для автоматизированного управления процессом.
3
1. Генератор озона ОГВК 04 фирмы «Техновация»: - производительность по озону 20,0 г/час; диапазон концентраций озона 20,0-50,0 мг/м; потребляемая мощность 1,2 кВт; масса - не более 45 кг при габаритах 300*670*500 мм;
2. Микроконтроллер (процессор) фирмы Siemens S7-226-2DP AC/DC/Realay с модулями расширения и программным обеспечением Step 7 MicroWin, необходимым для программирования контроллера.
3. Система контроля, включающая: преобразователь частоты Siemens Micromaster 440 мощностью 2 кВт; термопреобразователи сопротивления ТСП-100-2; датчики влажности модели 7023 фирмы «Jomo»; датчики концентрации озона Циклон-5.51; датчики давления S10 фирмы «Wika»;
4. SKADA - пакеты и операционная система WinCC как наиболее подготовленные для работы с другими компонентами Windows 2000 и ХР, что дает большие возможности для создания интерфейса пользователя, и решения проблемы визуализации процесса. В качестве базовой операционной системы была выбрана ОС Windows ХР Professional SP1.
5. Для обработки данных и визуализации процесса выбран ПК фирмы Siemens: SINATIC Panel PC - компактный компьютер промышленного исполнения, предназначенный для встраивания в технологические установки, при этом лицевая панель ПК имеет степень защиты IP 65, что делает их пригодными для использования в загрязненной промышленной среде. При этом рекомендуем параметры ПК: материнская плата: Intel 815 ЕВН с интегрированной видеокартой объемом видеопамяти 32 Мбайт и платой СР 5611; память 256 Мбайт; жесткий диск объемом 40 Гбайт; процессор: Pentium 4 с внутренней тактовой частотой 2,4 ГГц и активной системой охлаждения; дисплей встроенный TFT 12 дюймов с функцией Touch-screen.
Предложенная полезная модель осушки и стерилизации зернопродуктов обеспечивает лишь временный эффект, так как известно о существовании микробиот «складов хранения зерна», неизбежно повторно заражающих зерно, как только относительная влажность зернохранилища превысит минимальный критический уровень (например, для солода 12%). Вопрос о полной стерилизации зернохранилищ в настоящее время еще не поднимается. Это делает неизбежным повторную стерилизацию солода. Критерием мы считаем автоматизированный контроль величин влажности и температуры зерна, вместо ретроспективных анализов на наличие плесневых контаминантов.
Устройство может использоваться для осушки и стерилизации любого зернового сырья в маломерных зернохранилищах.