Устройство для получения рабочего раствора в напорном трубопроводе
DEVICE FOR OBTAINING A WORKING SOLUTION IN A PRESSURE PIPELINE

Изобретение относится к устройствам для санитарной обработки технологического оборудования на предприятиях молочной отрасли, в частности для получения рабочего раствора непосредственным впрыскиванием маточного раствора высокой концентрации в напорный трубопровод подачи воды к форсункам (они же разбрызгивающие моющие головки, вращающиеся головки), установленным в обрабатываемом резервуаре.
Качество молока и молочной продукции и их эпидемиологическая безопасность в значительной мере зависят от санитарного состояния технологического оборудования, инвентаря и тары и обработка последних должна осуществляться в соответствии с нормативным документом «Инструкция по санитарной обработке оборудования, инвентаря и тары на предприятиях молочной промышленности». [1, 2, 3]
Микроорганизмы хорошо развиваются в молочной среде, поэтому оборудование по окончании технологического процесса необходимо тщательно вымыть, а затем продезинфицировать для инактивации бактерий. Инактиви-рование микроорганизмов выполняют химическим путем (дезинфицирующие растворы химических веществ с последующим ополаскиванием), либо физическими средствами (обработка горячей водой, кипящей водой, паром, ультрафиолетовыми лучами и т.д.). Моющие растворы растворяют и удаляют органические и неорганические вещества, которые представляют собой сложные белково-жиро-минеральные соединения, и для растворения всех составляющие загрязнений применяют щелочные и кислотные вещества. Белки и жиры гидролизуются и смываются щелочами, а минеральные вещества растворяются и удаляются с поверхности оборудования кислотами. Рабочие растворы как моющие, так и дезинфицирующие имеют сравнительно малую концентрацию - 0,5…2,5% щелочные и 0,5…1,5% кислотные.
Для приготовления моющих и дезинфицирующих растворов, а также ополаскивания используют водопроводную воду, соответствующую требованиям СанПиН 2.1.4.559-96 "Питьевая вода" и ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством". После завершения основного технологического цикла, каждого цикла обработки различными моющими растворами и после дезинфекции химическими веществами оборудование необходимо ополаскивать водой для того, чтобы остатки этих веществ не попали в молоко и молочные продукты. Ополаскивание оборудования осуществляется в основном холодной водой (смывание остатков молока и молочных продуктов), а ополаскивание после различных видов мойки и дезинфекции - теплой водой температурой 25…40°С или горячей водой температурой 40…70°С и выше.
Санитарную обработку резервуаров для хранения сырого и пастеризованного молока, а также других молочных продуктов проводят после каждого опорожнения в определенной последовательности [2, 3], при этом имеет место сочетание как ручных операций, так и механизированных, в том числе связанных с подготовкой рабочих моющих и дезинфицирующих растворов.
Известны схемы, когда рабочий раствор готовят непосредственным смешиванием маточных растворов высокой концентрации с водой в отдельных емкостях с применением различных смесителей [4] и эжекторов [5], а затем применяют для мойки вручную с помощью щеток, губок, ткани.
При механизированной санитарной обработке резервуаров с применением форсунок все моющие и дезинфицирующие растворы, а также воду для промывания готовят в одном месте и подают по системе трубопроводов по всему предприятию. Скорость движения моющих растворов в системе обеспечивается центробежными насосами, при этом скорость течения растворов на выходе составляет 1,5…3,0 м/с и поток жидкости сильно турбулентен, в результате чего создается эффективное очищающее воздействие на поверхность оборудования. Вариант применяется на крупных предприятиях с большими объемами переработки продукции, где возможно получение в большом количестве рабочего раствора относительно малой концентрации с приемлемым объемом промежуточных емкостей. Однако большая протяженность трубопроводов приводит к значительным остаткам жидкости в трубах после промывания, что может привести при последующей мойке к разбавлению моющих растворов и снижению эффективности мойки. [1]
В то же время достаточно высокая скорость движения жидкости в трубопроводе подачи ее к моющим головкам обеспечивает турбулентный режим течения. Это дает возможность упростить технологический процесс механизированной санитарной обработки молочного оборудования использованием способности турбулентного движения жидкости к самоперемешиванию и исключить отдельное приготовление рабочего раствора с применением промежуточных емкостей, насосов, смесителей, трубопроводов и гидравлической арматуры для отдельного приготовления, размещения и использования рабочих растворов при механизированной санитарной обработке резервуаров через форсунки.
Для этого предлагается впрыскивать маточный раствор высокой концентрации непосредственно в водный поток трубопровода форсунок через калиброванное отверстие под постоянным давлением, превышающем давление воды в трубопроводе (последнее зависит от применяемых форсунок и его величина ограничивается установкой перепускного клапана на линии), применяя нижеописанное устройство.
Схема работы и составляющие устройства показаны на фиг. 1.
Электродвигатель 2 приводит в действие насос 3, подключенный к водопроводу с холодной и горячей водой через трехходовой кран 1. Насос 3 в сочетании с перепускным (напорным) клапаном 4 обеспечивают по производительности и напору рабочий режим форсунки 12 (возможна установка нескольких форсунок), при этом на всем протяжении трубопровода имеет место турбулентный режим течения воды.
Устройство (фиг. 1) включает герметично закрывающуюся емкость 14, в которую предварительно заливается маточный раствор высокой концентрации. В ее верхней части предусмотрен штуцер для подачи сжатого воздуха от газового редуктора 15, а в нижней - штуцер для подачи маточного раствора в трубопровод 10, соединенный с тройником 6 трубопровода 5 и его продолжения трубопровода 11 подачи воды под заданным напором к форсунке 12, установленной в обрабатываемом резервуаре 18. Предусмотрена установка запорного крана 9, перекрывающего, при необходимости, доступ маточного раствора к штуцеру 7 тройника 6, а в конечном итоге - в трубопровод 5 и далее. Маточный раствор высокой концентрации в герметичной емкости 14 находится под постоянным давлением сжатого воздуха (от сети предприятия, компрессора или воздушного баллона), при этом заданная величина давления воздуха в верхней части емкости 14 обеспечивается газовым редуктором 15 [6] при открытом кране 16. Между штуцером 7 и тройником 6 расположена пластина 8 с калиброванным отверстием, через которое маточный раствор в необходимом количестве непрерывно под давлением впрыскивается в турбулентный поток воды. Сочетание малой высоты столба маточного раствора в емкости 14 (менее 1 м) и поддержание газовым редуктором 15 постоянного относительно высокого давления сжатого воздуха в верхнем пространстве порядка 4…5 атм. (40…50 м водяного столба) дает незначительное снижение величины скорости впрыскивания маточного раствора через калиброванное отверстие в трубопровод 5 подачи воды к форсунке 12 (в нем давление зависит от параметров форсунки и составляет 20…30 м водяного столба) в конце цикла по сравнению с началом - то есть снижение концентрации получаемого рабочего раствора несущественно и практически не сказывается на качестве обработки. Турбулентный поток в трубопроводе 11 подачи воды к форсунке 12 обеспечивает полное перемешивание воды и поступающего через калиброванное отверстие маточного раствора на относительно коротком расстоянии - несколько диаметров трубы [7], и к форсунке 12 подается требуемый рабочий раствор.
В зависимости от технологии можно применить два устройства - одно для щелочной группы средств, второе для кислотной. Вода до насоса 3 может быть холодной или горячей, при необходимости возможен дополнительный подогрев проточным нагревателем 17 на участке перед форсункой.
Работа устройства протекает следующим образом: проверяется закрытие кранов запорного 9 и сливного 13; в емкость 14 заливается маточный раствор, она герметически закрывается; открывается кран 16 сжатого воздуха и газовый редуктор 15 устанавливается на заданное давление на выходе; устройство осматривается на недопущение утечек; ополаскивание водой -кран запорный 9 закрыт, насос 3 начинает работу и вода по трубопроводу 5 и его продолжению 11 под заданным напором поступает к форсунке 12; промывание щелочным раствором - кран запорный 9 открывается и маточный раствор по трубопроводу 10 под постоянным давлением, поддерживаемым газовым редуктором 15, непрерывно впрыскивается через калиброванное отверстие в пластине 8 в тройник 6 трубопровода 5 и по мере движения воды происходит ее интенсивное перемешивание с маточным раствором и образование на протяжении трубопровода 11 рабочего раствора, который и подается к форсунке 12, установленной в обрабатываемом резервуаре 18; ополаскивание водой - кран запорный 9 закрывается, а остатки щелочного раствора полностью вымываются из полости тройника 6 и штуцера 7 за счет турбулентности потока воды в трубопроводе 5 под заданным напором.
Устройство для получения рабочего раствора непосредственным впрыскиванием маточного раствора высокой концентрации в напорный трубопровод подачи воды к форсункам исключает применение промежуточных емкостей, насосов, смесителей, трубопроводов и гидравлической арматуры для отдельного приготовления, размещения и использования рабочих растворов при механизированной санитарной обработке резервуаров через форсунки.
Источники информации
1. Силантьева Л.А. Санитарная обработка технологического оборудования на предприятиях молочной отрасли. - СПб.: Университет ИТМО, 2017. -38 с.
2. Инструкция по санитарной обработке оборудования, инвентаря и тары на предприятиях молочной промышленности. Технический комитет по стандартизации №186 "Молоко и молочные продукты" М.: ВНИМИ, 1998 (официальное издание).
3. https://sbbjpriozersk./files/instrukciya-po-san-obrabotke-oborudov-na-predpri-moloch-prom-ti.pdf.
4. http://kinetrapro.ni/himicheskoej-Ith.
5. https://npm74.ru/ezhektomye-nasosy/.
6. https://stankiexpeit.ru/spravochnik/svarka/kislorodnyjj-reduktor.html.
7. Теория внутреннего турбулентного движения Ф.Г. Галимзянов, Р.Ф. Галимзянов. - Уфа, Эксперт, 1999. - 352 с.