Pivovarennaya_inzheneria_ / Глава 7

Оба коэффициента показывают, какая часть общей продолжительности пребывания бутылок в машине используется непосредственно для мойки.

Коэффициент использования самих бутылконосителей

где В — общее количество бутылконосителей в бутылкомоечной машине.

Расход теплоты в бутылкомоечной машине определяют из уравнения внешнего теплового баланса, при составлении которого учитывают лишь потоки теплоты, вводимые и выводимые из контура машины при стационарной работе в течение 1 ч. При этом сложные теплообменные процессы, происходящие внутри самой машины, в расчет не принимают.

Составление баланса затрудняется также тем, что в бутылкомоечных машинах воду в целях экономии используют рационально — после шприцевания направляют в ванны и т. д.

Баланс складывается из прихода и расхода теплоты:

приход теплоты:

а) с бутылками, поступающими на мойку, Мб сс tбн б) с водой, подаваемой на мойку, W cв tвн

в) с паром для подогрева воды и щелочного раствора, DI;

расход теплоты:

а) с бутылками, выходящими из машины, Мб сс tбк б) с водой, удаляемой в канализацию, W cв tвк

в) с конденсатом пара при нагревании через поверхность теплопередачи, DIк г) потери в окружающую среду, Qп.

Уравнение теплового баланса машины

где Мб — масса бутылок, поступающих в машину в течении одного часа, кг; (Мб = Пmб кг; где mб — средняя масса одной бутылки, кг); W — расход воды, кг/ч; сс, cв — удельная теплоемкость стекла и воды [сс = 0,84 кДж/(кг · К), а cв = 4,1868 кДж/(кг·К)]; tбн, tбк — соответственно начальная и конечная температуры бутылок, °С; D — расход пара, кг/ч; I, Iк — энтальпия соответственно пара и конденсата, кДж/кг; Qп — потери теплоты машины при лучеиспускании, конвекции и испарении воды, кДж/ч; tвн, tвк — начальная и конечная температуры воды, °С.

Из уравнения теплового баланса находим расход пара (кг/ч):

Это уравнение позволяет получить расход пара за 1 ч работы бутылкомоечной машины в установившемся режиме. Количество потерь теплоты в окружающую среду принимают обычно 10–15% количества теплоты, необходимой для мойки бутылок.

Расход пара за весь период эксплуатации (за одну смену или другой отрезок времени) определяют с учетом расхода пара на предпусковой подогрев машины и моющих средств, остывших в течение простоя.

На практике принято ориентировочно считать, что на каждую 1000 бутылок вместимостью 0,5 л в современных бутылкомоечных машинах средний расход пара составляет не более 80 кг.

В соответствии с другой методикой общее количество теплоты (Вт), необходимое для работы бутылкомоечной машины, определяют по формуле

На основании полученного значения Q определяют расход теплоносителя. Из уравнений теплопередачи находят необходимые площади поверхности нагрева в ваннах и конструктивные размеры нагревательных элементов. C этой целью для каждой ванны составляют тепловой баланс в условиях установившегося режима:

где Qв — количество теплоты, необходимое для поддержания заданного температурного режима в ванне и получаемое от нагревательного элемента, Вт; Qб — расход теплоты на нагрев бутылок, Вт; Qм — расход теплоты на нагрев металла цепи бутылконосителей, Вт; Qр — расход теплоты на нагрев моющего раствора в ванне, Вт; Qп — потери теплоты через стенки ванны в окружающую среду, Вт; Dв — расход пара, подводимого к нагревательному элементу, расположенному в ванне, кг/ч.

Расходы теплоты Qб, Qм и Qр определяют по общепринятой методике, а величину потерь также принимают равной 10–15%.

Расход водопроводной воды при работе бутылкомоечных машин складывается из расхода на приготовление раствора для первоначальной загрузки ванн и фильтров, а также расхода на окончательное шприцевание и ополаскивание бутылок.

Расход жидкости Gс (м3/с), поступающей в бутылку через одно сопло, определяют по формуле

где µ — коэффициент расхода (ориентировочно 0,65); d — диаметр сопла, м; ∆р — давление жидкости в шприцевой трубке, Па, ∆р = (2 – 3) · 105 Па; ρ — плотность жидкости, кг/м3.

Общее количество жидкости, поступающей в бутылку, зависит от числа отверстий и сопел n, что учитывают подстановкой для его определения в формулу (7.29) множителя n. Кроме этого, следует учесть продолжительность шприцевания.

Расход воды при работе бутылкомоечной машины зависит от вместимости бутылок. Удельный расход холодной воды ориентировочно принимают несколько меньшим, чем вместимость бутылки.

Ориентировочно можно считать, что на каждую 1000 бутылок вместимостью 0,5 л в современных бутылкомоечных машинах средний расход воды составляет не более 1,1 м3.

Энергию в бутылкомоечных машинах расходуют в основном на подачу жидкости к шприцам, т. е. на работу насосов и непосредственно на привод механизмов машины. Общая мощность (кВт), необходимая для привода бутылкомоечной машины,

где Nц — мощность, необходимая для привода двухцепного конвейера с бутылконосителями, кВт; Nак — мощность, необходимая для привода аккумулятора загрузки, кВт; η1η2 ... ηn — КПД передачи;

где Wп — полное тяговое усилие, Н; v — скорость цепи, м/с; η— КПД промежуточных передач от электродвигателя до ведущей звездочки цепного конвейера с бутылконосителями.

Поскольку конвейер в периоды между остановками движется неравномерно, то для ориентировочных расчетов в формуле (7.31) значение средней скорости можно увеличить на 20–25%.

Мощность Nц привода двухцепного конвейера зависит от производительности бутылкомоечной машины.

Полное тяговое усилие определяют по методу расчета цепного конвейера. Для одной цепи

где Sнаб и Sсб — соответственно наибольшее (в набегающей) и наименьшее (в сбегающей) натяжения в ветвях цепи, Н; Wпр — сопротивление при огибании приводной звездочки, Н;

где g0 и gгр — соответственно сила тяжести ненагруженной и нагруженной частей конвейера длиной в 1 м, Н;

где gц — сила тяжести участка цепи длиной 1 м, Н; mб — масса бутылки, кг; g — ускорение свободного падения, м/с2; b — количество бутылок в носителе, шт.; a — шаг между кассетами, м; р — масса жидкости в бутылке, кг.

Наибольшее натяжение в ветвях цепи (Н)

где Sполн — полное натяжение тягового органа на приводной звездочке (рассчитывают методом последовательного определения натяжений во всех точках контура), Н; Wи — сопротивление движению цепи от сил инерции, Н;

где Lц — общая длина цепи, м; nо — частота вращения ведущей звездочки, с-1; t — шаг цепи, м;

где v — скорость цепи, м/с (v = a/τд; τд — часть кинематического цикла, необходимого для перемещения цепи, см. формулу 7.11); z — число зубьев звездочки, шт.

Сопротивление при огибании приводной звездочки

где K1 — коэффициент, учитывающий количество звеньев, одновременно охватывающих звездочку (при числе звеньев равном или большем 7, K1 = 2,1); µ и µ1 — соответственно коэффициенты трения в цапфах валов и шарнирах цепи (µ = 0,1–0,25 и µ1 = 0,2–0,4); δ — диаметр валика цепи, м; d и D — соответственно диаметры вала звездочки и самой звездочки, м; α — угол обхвата звездочки цепью, град.

Мощность, необходимая для привода аккумулятора загрузки, относительно невелика. Ее рассчитывают по формуле

где Мтр — момент трения в подшипниках, Н·м; n — частота вращения валиков аккумулятора, с–1; z — количество валиков, шт.; η — КПД передачи (η = 0,8);

где Ртр = Nf — сила трения в подшипниках, Н; dв — диаметр валика, м; N = mбgZ1 — сила давления на опоры, Н; f = 0,1 — коэффициент трения в подшипниках скольжения; mб — масса одной бутылки, кг; Z1 — количество бутылок, приходящееся на один валик, шт.

Количество концентрированного моющего раствора Р (м3), которое надо добавлять в машину вследствие уменьшения концентрации рабочего раствора в процессе работы

где a — необходимая концентрация раствора, %; b — концентрация разбавленного раствора, %; с — концентрация свежего более концентрированного раствора, %; V — вместимость ванны, м3.

Концентрация добавляемого раствора (при известном его количестве)

7.3.5.3.6. Основные проблемы и тенденции развития бутылкомоечных машин

Анализ современного состояния мойки стеклянных бутылок позволяет отметить, что современные бутылкомоечные машины технически весьма совершенны, тем не менее их эксплуатация сопряжена с рядом технических проблем, к которым следует отнести:

•возможность боя бутылок в процессе мойки;

•повышенный уровень шума;

•значительные энергозатраты на мойку бутылок;

•необходимость затрат на применение моющих сред;

•наличие затрат ручного труда (удаление этикеток, стеклобоя, мойка и дезинфекция машины, очистка сопел и фильтров и т. п.);

•значительные капитальные затраты и эксплуатационные расходы.

Серьезной проблемой при мойке большого количества бутылок с остатками алюминиевой фольги является возникновение опасности образования гремучего газа, который может привести к взрыву. Это обусловлено тем, что при взаимодействии алюминия с щелочью образуется алюминат натрия и высвобождается водород, который при соединении

скислородом воздуха может образовывать гремучий газ.

Вэтой связи совершенствование бутылкомоечных машин, очевидно, будет направлено

прежде всего на:

• снижение уровня шума;

• сокращение энергозатрат;

• повышение степени механизации при обслуживании машины;

• гарантированное обеспечение физической и микробиологической чистоты буты-

лок;

• снижение боя бутылок;

• повышение степени автоматизации на основе компьютеризации и программируемо-

сти процессов;

• обеспечение эффективной вытяжки испарений и образующихся газов;

• сокращение капитальных и эксплуатационных затрат за счет снижения металлоемкости, унификации основных узлов и механизмов, создания модульных конструкций

иагрегатирования бутылкомоечных машин со смежными видами оборудования.

Снижение механического боя бутылок достигается благодаря совершенствованию рабочих органов машины и применением полимерных материалов для их изготовления. Снижение термического боя бутылок обеспечивается за счет увеличения количества температурных перепадов и их величины.

Применение унифицированных основных конструктивных элементов и узлов (механизмов загрузки и выгрузки бутылок, шприцевальных устройств, бутылконосителей и пр.) позволяет удешевить изготовление бутылкомоечных машин.

Перспективным направлением является создание модульных (секционированных) бутылкомоечных машин, когда в зависимости от конкретных условий производства можно компоновать различные варианты сборки машины. На рис. 7.32 проиллюстрирован принцип создания различных модификаций бутылкомоечных машин KES фирмы Krones на основе типовых функциональных модулей.

7.3.5.4. Машины для ополаскивания бутылок

Поскольку при использовании исключительно новых одноразовых стеклянных бутылок не требуется столь тщательная обработка, как при использовании оборотной посуды, то вместо бутылкомоечной машины линию упаковывания комплектуют машиной для ополаскивания бутылок. При ополаскивании бутылок из них удаляют пыль и прочие небольшие загрязнения, попавшие в них при хранении и транспортировке. Аналогичные машины применяют в линиях упаковывания напитков в ПЭТ-бутыли.

Ополаскивающие машины предназначены для внутренней и наружной обработки новых одноразовых бутылок в целях обеспечения их физической и микробиологической чистоты.

7.3.5.4.1. Классификация ополаскивающих машин

Применяемые в настоящее время ополаскивающие машины можно классифицировать по следующим морфологическим признакам:

•по производительности;

•по кинематическому устройству;

•по числу ступеней обработки;

•по принципу обработки бутылок;

•по количеству ополаскивающих и продувочных устройств;

•по конструктивному исполнению;

•по степени механизации процесса;

•по степени подвижности сопел;

•по типу системы управления.

Варианты основных морфологических признаков ополаскивающих машин приведены в табл. 7.5.

Ополаскивающие машины выпускают в различном конструктивном исполнении: индивидуальные, в блоке с фасовочной и укупорочной машинами, в виде агрегата, включающего перечисленные машины.

7.3.5.4.2.Конструктивное устройство и принцип действия ополаскивающих машин

7.3.5.4.2.1.Ополаскивающие машины конвейерного типа

Конструкция и принцип действия ополаскивающей машины конвейерного типа во многом сходны с устройством и работой бутылкомоечной машины. В машинах этой

конструкции бутылки подвергают отмачиванию, орошению и шприцеванию. В машинах одного типа бутылки ополаскивают только холодной водой, а другого — последовательно холодной, теплой и горячей водой, поэтому эти машины оснащают дополнительно теплообменниками-нагревателями (рис. 7.33). В таких машинах бутылки не только ополаскивают, но и подогревают перед горячим фасованием напитков.

Ополаскивающая машина, устройство которой приведено на рисунке, работает следующим образом. Новые бутылки поступают по подводящему пластинчатому конвейеру к роликовому столу, загружаются в бутылконосители цепным загрузочным устройством

иперемещаются в отмочную водяную ванну. После отмачивания загрязнений бутылки перемещаются в верхнюю часть машины, где подвергаются шприцеванию и орошению последовательно теплой и горячей водой. После опорожнения бутылки поступают к механизму выгрузки, с помощью которого они перемещаются на отводящий пластинчатый конвейер.

Основные узлы и механизмы таких ополаскивающих машин идентичны узлам

имеханизмам аналогичного назначения бутылкомоечных машин, конструкции которых описаны в разделе 7.3.4.3.3.

7.3.5.4.2.2. Ополаскивающие машины карусельного типа

Устройство ополаскивающей машины карусельного типа фирмы Krones показано на рис. 7.34.

Рис. 7.33. Ополаскивающая машина конвейерного типа фирмы Krones

Принцип действия ополаскивающей машины карусельного типа заключается в следующем. Бутылки с подводящего конвейера поступают в машину, в месте загрузки захватываются специальными зажимами (ПЭТ — за горлышко, а стеклянные бутылки — за горлышко и верхнюю цилиндрическую часть корпуса) и совершают движение по окружности по часовой стрелке. Во время движения бутылки переворачиваются на 180° и в этом положении в них из специальных сопел подают моющие и дезинфицирующие среды. После опорожнения бутылки переворачиваются в исходное положение и выгружаются из машины на отводящий пластинчатый конвейер. Вытекающая из бутылок вода стекает в ванны-уловители, а из них выводится через специальные патрубки. Продолжительность обработки бутылок

вкарусельной ополаскивающей машине составляет от 8 до 12 с.

Вополаскивающих машинах карусельного типа загрязнения из бутылок удаляют методом ополаскивания или продувания.

Бутылки ополаскивают водой (холодной или горячей), озонированной водой, дезинфицирующим раствором или фасуемой продукцией (с последующим возвратом ее после фильтрования). Продувку бутылок осуществляют сжатым, ионизированным и стерильным воздухом или стерилизующим газом, паром. В некоторых конструкциях ополаскивающих машин осуществляют последовательную обработку бутылок моющим раствором и водой, водой и диоксидом серы, водой и озонированием, моющим раствором, горячей водой и паром и т. д. в различных сочетаниях.