СИСТЕМА ОЧИСТКИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ
FOOD PRODUCT TREATMENT SYSTEM

Область техники
Заявляемое изобретение относится к высокоэффективным системам очистки пищевых продуктов.
Предпосылки к созданию изобретения
На сегодняшний день устройства очистки имеют недостатки, связанные с недостаточной эффективностью и экологичностью. Так, например, в патенте №200620085117.5 описывается небольшой прибор, который относится к классу стерилизаторов, состоящий из камеры стерилизации и основания. Основание расположено под камерой. Сверху камеру накрывает крышка. Емкость для пищевых продуктов находится внутри стерилизационной камеры. Выходы для озона расположены на передней и задней стенках емкости. Такие выходы подсоединены к генератору озона внутри основания. По сравнению с предыдущими решениями такой небольшой очиститель имеет преимущество простой и практичной структуры, небольшой себестоимости, а также простоты и удобства управления. Более того, эффективность стерилизации продуктов достаточно высока без риска повторного загрязнения.
Краткое описание изобретения
Технической задачей настоящего изобретения является создание экологически чистой системы очистки пищевых продуктов с хорошими показателями эффективности. Данная система отличается наличием промывочной ванны, водяного насоса, генератора электролизованной воды, ультразвуковой системы, гидро- и фотокатализаторов. Генератор электролизованной воды, промывочная ванна и водяной насос оснащены подводом и отводом воды, соединенными трубами в замкнутый цикл. Ультразвуковая система, гидро- и фотокатализаторы установлены внутри промывочной ванны. Гидрокатализатор выполнен из диоксида титана и нержавеющей стали. Фотокатализатор представляет собой нанодиоксид титана, равномерно распыленный на поверхности промывочной ванны с источником флуоресцентного излучения.
Состав покрытия с нанодиоксидом титана:
0.7%-3.5% нанодиоксид титана,
0.002%-0.13% гексаметафосфат натрия,
28%-42% силикаты в виде жидкого стекла,
1.2%-6.3% неорганический вулканизирующий реагент,
вода.
Генератор электролизованной воды состоит из гальванического элемента и наноразмерных платиновых электродов. Ультразвуковая система включает в себя колебательный контур, усилитель и ультразвуковой преобразователь.
Материал промывочной ванны - полиэтилентерефталат нанопластик (ПЭТ нанопластик). Материал панели - АБС-пластик, (акрилонитрилбутадиенстирол). Панель управления подключена ко входу PLC контроллера, управляющего генератором электролизованной воды, ультразвуковой системой и водяным насосом. Различные типы пищевых продуктов подвергаются различному периоду обработки, а также различным ультразвуковым частотам.
2
Под воздействием света фотокатализатор вступает в реакцию, подобную фотосинтезу, в результате которой образуется свободный гидроксильный и активный кислород с сильной способностью окислять и разлагать различные виды органических соединений и некоторые неорганические вещества, разрушать клеточные оболочки бактерий, вызывать отвердение белка вируса, убивать бактерии, разлагать органические загрязнители до экологически чистой воды (НО) и углекислого газа. Таким образом, фотокатализатор выполняет мощную функцию стерилизации, дезодорирования, очистки воздуха и самоочистки, оставаясь стойким к появлению плесени и гнили. Фотокатализатор характеризуется тем, что он использует молекулы кислорода и воды в воздухе, чтобы конвертировать органические вещества, подвергающиеся воздействию, в углекислый газ и воду без собственного изменения, усиливая химические реакции. Теоретически срок его действия достаточно продолжителен вместе с незначительными расходами на обслуживание. Диоксид титана является нетоксичным и безвредным материалом. Механизм действия фотокатализатора в большей степени заключается в двух аспектах.
2
2
2
2
Во-первых, механизм фотокаталитического разложения органического загрязнителя: наноразмерный TiO под воздействием УФ-облучения поглощает световую энергию и, таким образом, создает электронно-дырочные пары. Такие пары (фотовозбужденные носители заряда) быстро мигрируют на поверхность, активируя НО и О, и производят гидроксильный (-ОН) и активный кислород (-О). Два сильных окислителя быстро реагируют с бактериями, вирусами и углеводородными соединениями с высоким молекулярным весом на поверхности катализатора, производя безвредный СО и воду. Такой механизм широко используется в настоящее время в сфере очистки воздуха и обеззараживании воды. Комбинация сети фотокатализаторов и УФ-лампы может быть использована в очитке наружного воздуха, системах кондиционирования, очистке сточных вод и т.п.с преимуществом энергоэффективной, долгосрочной эксплуатации без угрозы повторного загрязнения.
2
Во-вторых, гидрофильный и самоочищающийся механизм фотокатализатора: фотокатализатор под воздействием УФ-света способен эффективно разрушать органические загрязнители, создавая чистую поверхность. Гидроксильные группы (-ОН), полученные таким образом, вступают в соединение с НО воздуха и делают поверхность катализатора гидрофильной. Так как стены зданий, где применяют такого вида технологию, остаются гидрофильными, твердые отложения на таких поверхностях (к примеру, пыль), будут легко удалены, сохраняя фасады зданий чистыми, сводя к минимуму ручной труд по их очистке. Такой вид фотокаталитического материала, нанесенного на фасады зданий, возможно использовать за счет УФ-излучения солнечного света. Такое решение требует относительно высокого уровня УФ-энергии, поэтому при первом исполнении необходимо использовать высокоинтенсивную УФ-лампу. УФ-лампа как источник УФ-света крайне важна для работы фотокаталитической технологии.
Электроды выполняются из наноматериалов, они имеют невероятно высокую активность, ускоряя, таким образом, реакцию молекул воды и значительно улучшая показатели электролитического очищения.
Так как промывочная ванна выполнена из нанопластика, она обладает характеристиками высокой прочности и экологичности. Полиэтилентерефталат нанопластик (ПЭТ нанопластик) изготавливается по композитной технологии полимеризации и интеркаляции полиэтилентерефталата (ПЭТ), где органический монтмориллонит и мономеры полиэтилентерефталата (ПЭТ) одновременно добавляются в камеру полимеризации. АБС (акрилонитрилбутадиенстирол) смола - одна из 5 основных синтетических смол с отличными показателями сопротивления удару, нагреву, низким температурам, химическому воздействию, а также хорошими электрическими характеристиками. АБС (акрилонитрилбутадиенстирол) смолы отличает хорошая обрабатываемость, размерная стабильность и высокий уровень блеска продуктов, выполненных из таких материалов. Изделия из АБС (акрилонитрилбутадиенстирол) смолы легко поддаются покраске, а также вторичной обработке, как, например, металлическое напыление на поверхность, нанесение гальванических покрытий, пайка, термокомпрессия и адгезия. АБС смолы (акрилонитрилбутадиенстирол) широко используются в промышленных сферах, как машиностроение, автомобилестроение, электронных и электрических сферах, КИП, текстиле, строительстве и т.д. Выполняет функции многозадачного термопластика и технического пластика.
Основные свойства АБС смол (акрилонитрилбутадиенстирол):
1. АБС (акрилонитрилбутадиенстирол) представлена в виде непрозрачных гранул цвета слоновой кости. Продукты, изготовленные из такого материала, могут быть разнообразных цветов с большой степенью блеска.
2. Относительная плотность АБС (акрилонитрилбутадиенстирол) составляет 1,05 с низким уровнем гигроскопичности.
3. АБС (акрилонитрилбутадиенстирол) имеет хорошую сцепляемость с другими материалами: на нее легко наносить печать, покрывать и облицовывать поверхность.
4. Кислородный индекс АБС (акрилонитрилбутадиенстирол) - 18-20, что относит ее к воспламеняющимся полимерам. Горит желтым пламенем с черным дымом и специфическим запахом.
5. Отличные механические показатели, превосходная ударопрочность (может использоваться при экстремально низких температурах), хорошее сопротивление истиранию, размерная стабильность, а также сопротивление воздействию масел. Сопротивление ползучести АБС (акрилонитрилбутадиенстирол) больше, чем аналогичный показатель полюсульфонов и поликарбонатов, однако ниже, чем ПА(полиамида) и полиоксиметилена. Прочность при изгибе и сжатии у АБС (акрилонитрилбутадиенстирол) меньше показателей других пластиков. Механические свойства АБС (акрилонитрилбутадиенстирола) существенно подвержены влиянию температуры.
6. Термические свойства АБС (акрилонитрилбутадиенстирола). Температура деформации 93-118°С. Для продуктов, изготовленных из АБС смол, подверженных закаливанию, температура увеличивается на 10 градусов. АБС (акрилонитрилбутадиенстирол) может демонстрировать определенный уровень прочности при -40°С, таким образом, он может быть использован при температурах от -40°С до 100°С.
7. Электрические свойства АБС смолы (акрилонитрилбутадиенстирола): хорошая электрическая изоляция.
8. Практически не подвержена влиянию температур, влажности и частоты, таким образом, могут быть использованы практически в любых условиях.
9. Экологические свойства АБС смол: не подвержены влиянию со стороны воды, неорганических солей, щелочей и различных кислот. Тем не менее, АБС (акрилонитрилбутадиенстирол) растворяются в кетонах, альдегидах и хлоруглеводородах. Подвержены эрозии в присутствии ледяной уксусной кислоты и растительных масел, что приводит к растрескиванию. АБС (акрилонитрилбутадиенстирол) плохо устойчивы к атмосферным явлениям, легко разрушаются под УФ-излучением. Если АБС (акрилонитрилбутадиенстирол) держать вне помещения в течение полугода, их свойства по сопротивление удару уменьшатся наполовину.
10. Технологические свойства АБС пластиков (акрилонитрилбутадиенстирол) схожи с полистиролом. АБС также отличный термпопластик с хорошей обрабатываемостью. Летучесть АБС расплава лучше, чем у ПВХ (поливинилхлорида) и поликарбоната, но хуже, чем у ПЭ (полиэтилена), ПА (полиамида) и полистирола, аналогична полиформальдегиду и ударопрочному полистиролу.
По характеристикам текучести АБС отнесены к неньютоновским жидкостям. Вязкость расплава АБС связана с температурой обработки и скоростью поперечных волн (более чувствительны к последним). АБС обладают отличной термостабильностью и достаточно высоким уровнем гигроскопичности (требуется сушка перед обработкой). Для обычных продуктов сушка должна проводиться при температурах 80-85°С в течение 2-4 часов. Для продуктов со специальными требованиями (как продукты с гальваническими покрытиями) сушка проводится при температурах 70-80°С в течение 18 часов. Продукты из АБС (акрилонитрилбутадиенстирола) легко генерируют внутреннее напряжение при обработке, сила которого может быть протестирована погружением в ледяную уксусную кислоту. Чрезмерная нагрузка и растрескивание продуктов воспрещены (требуется медленная обработка, в частности цикл горячего обдува при температуре 70°С до 80°С в течение 2-4 часов, охлаждение до комнатной температуры).
Методы производства АБС (акрилонитрилбутадиенстирола) могут быть разделены на метод перемешивания и прививки. Большинство производителей в мире прибегают к методу прививки с последующим перемешиванием (перемешивание суспензии с прививкой эмульсии сополимера стирола и акрилонитрила и перемешивание сухих компонентов с прививкой эмульсии сополимера стирола и акрилонитрила).
PLC (программируемый логический контроллер) - компьютер, специально используемый для промышленного управления. Структура PLC в целом идентична микрокомпьютеру:
1. Питание: питание PLC играет важнейшую роль в целой системе. Без надежного питания система не может функционировать нормально. Таким образом, производители PLC придают огромное значение проектированию и подводу электропитания. Колебание переменного напряжения должно оставаться в рамках +10% (+15%). PLC может подсоединяться к сети переменного тока.
2. Центральный процессор (CPU): центр контроля PLC. Центральный процессор (CPU) способен получать и хранить пользовательскую программу и данные, введенные с PLC, проверять статус питания, памяти, устройства ввода/вывода и таймер аварийных сигналов, а так же диагностировать грамматические ошибки в пользовательской программе. Перед началом работы PLC считывает статус и данные каждого устройства ввода путем сканирования, сохраняя их в область изображения. Затем последовательно считывает пользовательские программы из программной памяти и отправляет результат логических или арифметических операций, которые исполняются в соответствии с требованиями, основанными на интерпретации команд, в область ввода/вывода изображений или реестр данных. После этого выполняется пользовательская программа. В итоге, центральный процессор (CPU) передает каждый статус области ввода/вывода изображений или данных в реестр вывода соответствующего устройства. Такие цепи операций повторяются до остановки. В целях дальнейшего увеличения надежности в крупных PLC применяются двойные CPU для создания резервной системы либо избирательные системы с 3-мя CPU. Таким образом, даже если возникает какой-либо сбой в определенном CPU, система в целом по-прежнему продолжает работать в нормальном режиме.
3. Память, которая хранит системное ПО называется программной (для приложений - пользовательская программная память).
4. Интерфейс ввода/вывода. 1. Входная интерфейсная схема представлена схемой оптической связи и входным интерфейсом ПК. Она функционирует как канал ввода между PLC и интерфейсом системы управления. 2. Выводная интерфейсная схема представлена реестром выводных данных, стробирующей схемой и цепью прерывания запроса. Через специальный интерфейс PLC выводит соответствующий контрольный сигнал к исполняющему узлу на площадке.
5. Функциональный модуль - счетные модули и модули положения.
6. Коммуникационный модуль.
Рабочий процесс PLC может быть разделен на 3 фазы: входной импульс, исполнение пользовательской программы и обновление. Завершение трех фаз называется циклом сканирования. Во время всего периода операции CPU, PLC будет повторять выполнение этих 3-х фаз при определенной скорости сканирования.
Первая фаза, входной импульс. На данной стадии PLC считывает все входные статусы и данные один за одним путем сканирования с последующим сохранением в соответствующий раздел области ввода/вывода изображений. По завершении первой фазы вступают в силу фазы выполнения пользовательской программы и обновления. Даже если вводной статус и данные изменены, соответствующие разделы области ввода/вывода изображения не будут изменены. Таким образом, если ввод является импульсным сигналом, ширина импульсного сигнала должна быть больше, чем сканирующий цикл, чтобы гарантировать, что ввод будет считан при любых обстоятельствах.
Вторая фаза - исполнение пользовательской программы. PLC сканирует пользовательские программы (многоступенчатая схема) одну за одной сверху вниз. При сканировании каждой многоступенчатой схемы он всегда будет сканировать схему управления, состоящую из каждого контакта слева диаграммы, и исполнять логические операции в отношении указанной схемы управления слева направо и сверху вниз, а затем, основываясь на результате логической операции, обновлять статус соответствующего бита логического витка в системном ОЗУ(оперативное запоминающее устройство или оперативная память) либо обновлять содержимое области вводы/вывода изображений; либо подтверждать, если необходимо, выполнение специальной функциональной команды, отданной многоступенчатой схемой. Во время исполнения пользовательской программы только статус и данные контакта в области ввода/вывода изображения останутся неизменными, в то время как данные другого контакта и ПО (программное обеспечение) в области ввода/вывода изображения или системной ОЗУ (оперативное запоминающее устройство или оперативная память), вероятно, изменятся. Результат исполнения программы от верхней диаграммы будет иметь эффект на любые нижние диаграммы, которые используют виток или данные. Таким образом, обновленный статус или данные логического витка с нижней диаграммы не могут иметь эффект на верхнюю программу до начала следующего сканирующего цикла. Во время исполнения программы точка ввода/вывода может быть достигнута напрямую, если используется моментальная команда ввода/вывода. Таким образом, при использовании команды ввода/вывода, значение процесса ввода реестра изображений не будет обновлено, пока программа считывает данные напрямую с модуля ввода/вывода, а процесс вывода реестра изображений будет обновлен мгновенно.
Третья фаза - обновление. При завершении сканирования пользовательской программы PLC введет фазу обновления. Во время этой фазы CPU обновит все выводные триггерные схемы в соответствии со статусом и данными в области ввода/вывода изображений и запустит соответствующие внешние устройства с помощью схемы вывода. PLC имеет следующие отличительные черты: - во-первых, система обладает гибкой структурой, которую легко расширить (в сравнении с коммутационным управлением). Он может также исполнять цикл ПИД-регулирования и формировать сложную систему управления как DDC и DSC с верхним компьютером, реализовать интегрированную автоматизацию производственного процесса.
- во-вторых, его легко использовать и программировать (простые языки программирования: ступенчатые и логические диаграммы, список команд), цикл системы краткосрочен и его легко отладить. Программа может быть скорректирована он-лайн, решение контрольных задач может быть выполнено без изъятия средств технического обеспечения,
- в-третьих, с такой высокой помехозащищенностью интерфейса и надежностью, намного превышающими любые иные типы контроллеров, система может адаптироваться к различным неблагоприятным условиям работы.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 иллюстрирует структуру высокоэффективной системы очистки пищевых продуктов.
Детальное описание предпочтительных исполнений
Фиг. 1: 1 - гидрокатализатор; 2 - фотокатализатор 3 - генератор электролизованной воды; 4 - источник флуоресцентного освещения; 5 - водяной насос; 6 - ультразвуковой передатчик. Данная система отличается наличием промывочной ванны, водяного насоса, генератора эликтролизованной воды, ультразвуковой системой, гидро- и фотокатализатором. Генератор электролизованной воды, промывочная ванна и водяной насос оснащены подводом и отводом воды, соединенными трубами в замкнутый цикл. Ультразвуковая система, гидро- и фотокатализаторы установлены внутри промывочной ванны. Гидрокатализатор выполнен из диоксида титана и нержавеющей стали. Фотокатализатор представляет собой нанодиоксид титана, равномерно распыленный на поверхности промывочной ванны с источником флуоресцентного излучения.
Состав покрытия с нанодиоксидом титана: 0.7%-3.5% нанодиоксид титана, 0.002%-0.13% гексаметафосфат натрия, 28%-42% силикаты в виде жидкого стекла, 1.2%-6.3% неорганический вулканизирующий реагент, вода. Нанодиоксид титана (в основном в форме анатаза) с добавлением гексаметафосфата натрия в качестве диспергирующего агента равномерно перемешивается с жидким стеклом, диспергированным с помощью измельчителя, далее добавляется неорганический вулканизирующий агент. Вся смесь равномерно перемешивается для приготовления покрытия. Генератор электролизованной воды состоит из гальванического элемента и наноразмерных электродов из титаната стронция. Ультразвуковая система включает в себя колебательный контур, усилитель и ультразвуковой преобразователь. Материал промывочной ванны - ПВХ нанопластик. Материал панели - АБС-пластик. Панель управления подключена ко входу PLC контроллера, управляющего генератором электролизованной воды, ультразвуковой системой и водяным насосом. Различные типы пищевых продуктов подвергаются различному периоду обработки, а также различным ультразвуковым частотам.