В этом практическом примере разработка эффективной технологии очистки силосного хранилища для муки включала применение различных доступных инструментов и методов для очистки, чтобы обеспечить оптимизированный уровень чистоты.

Сегодня в мире проживает около 7 миллиардов человек, а к 2050 году ожидается, что их количество увеличится до 9 миллиардов. Около 50% людей, которые будут населять нашу планету в 2050 году, уже родились. Это стало возможным благодаря современным технологиям производства, которые помогают людям вести более качественный и здоровый образ жизни. В частности, развитие технологий пищевой промышленности внесло значительный вклад в повышение качества, функциональности и безопасности продуктов питания.

Несмотря на то, что такие значительные технологические достижения открывают огромные возможности, они также создают серьезные трудности. Для удовлетворения потребностей быстрорастущего населения планеты необходимо эффективное и рентабельное производство продуктов питания, качество которых обеспечивается новыми технологиями обработки. Тем не менее, эффективность и рентабельность производства не могут быть повышены за счет невыполнения строгих требований к чистоте и безопасности производства продуктов питания. Обеспечение выполнения всех этих требований возможно при наличии очень подробного и всеохватывающего процесса. Поэтому системные экспертные знания инженеров о процессе сегодня должны соответствовать требованиям перерабатывающей отрасли, чтобы гарантировать, что продукты питания производятся с высочайшим уровнем эффективности, соблюдения санитарных норм и требований безопасности.

Оптимизация процессов очистки на перерабатывающем предприятии является важным способом достижения этих целей. Например, инженеры компании GEA работали в тесном сотрудничестве с известным производителем хлебобулочных изделий, чтобы найти эффективные решения проблемы очистки силосных хранилищ для муки.

Силосное хранилище для муки: Проблема очистки

Силосное хранилище для муки
Компоненты для очистки: алюминиевое силосное хранилище для муки, диаметр 3,5 м, высота 33 м.

Хлебобулочные изделия производятся с соблюдением самых высоких стандартов качества и в соответствии с многочисленными экологическими и экономическими требованиями. Санитарные требования для перерабатывающего предприятия делают обязательным очистку всех систем и компонентов оборудования, используемых для данного типа производства, до полного устранения всех остатков. Для таких циклически повторяющихся процессов производства сотрудники отдела качества клиента искали современную систему очистки для внутренней очистки своих силосных хранилищ для муки.

Цилиндрические силосные хранилища, примерно 3,5 м в диаметре и 33 м в высоту, которые были представлены инженерам для оценки и рекомендаций по очистке, не имеют никаких внутренних элементов конструкции. Стены силосного хранилища выполнены из неизолированного алюминия; на каждой стене имеется конусообразный выпуск и плоская крышка силосного хранилища с эксцентрическим люком. Цилиндрические накопители, расположенные снаружи, рядом с производственным зданием, объединены в силосное хранилище.

Мука высыпается из силосного хранилища на винтовой конвейер, а для дальнейшей транспортировки по ходу движения используется сжатый воздух. Производство осуществляется круглосуточно без выходных. Соответственно, каждое силосное хранилище периодически полностью заполняется мукой, а затем непрерывно или время от времени опустошается, в зависимости от требований к процессу. В результате, внутренняя поверхность резервуара загрязняется остатками отложений продуктов.

Эти загрязнения накапливаются в разных местах и на разных уровнях. В частности, комки муки образуются на разной высоте на стене силосного хранилища и после повышения уровня до определенной точки бесконтрольно падают вниз и вызывают периодические закупорки с последующей остановкой конвейера, по которому транспортируется мука, и всего производства. Это приводит к дорогостоящему простою производства, необходимому для устранения проблемы. Тип, плотность, а также способность загрязняющих компонентов к прилипанию в значительной мере зависят от качества муки, ее сыпучести в соответствии с пропускной способностью, влажности воздуха в силосном хранилище поставщика при перевозке и в самом силосном хранилище, а также сезонных колебаний температуры и других параметров.

Раньше процесс очистки выглядел так: наемные рабочие/промышленные альпинисты с ручным подъемным оборудованием и под контролем инспектора по безопасности входили в силосное хранилище для очистки. Остатки муки, начиная от легкой пыли и заканчивая трудно поддающимися покрытыми корками или липкими остатками, удалялись при помощи щеток для небольшого загрязнения или при помощи лопаток и скребков в случае сложно удаляемых остатков. Основным недостатком этого решения является не только значительный уровень умственного и физического напряжения для работников, для которых необходимо обеспечить воздух для дыхания, но и то, что чистка занимала несколько часов или даже целый день.

Кроме того, эффективность очистки и результаты зависели от конкретных работников и не могли быть воспроизведены. Из-за эксцентрического расположения люка размещение средств индивидуальной защиты и подъемного оборудования для сотрудников, осуществляющих очистку, было сложным и занимало много времени. Чтобы максимально снизить затраченное время и усилия, описанные выше, и решить существующие проблемы, компания нашла более совершенный процесс очистки, основанный на использовании воды и обеспечивающий воспроизводимые результаты. Важным условием было безоговорочное соблюдение всех требований клиента в отношении правил пищевой гигиены.

Рентабельность, сокращение времени очистки, затрат на чистящие материалы, инструменты и вспомогательные материалы, а также ресурсосбалансированность системы были самыми важными аспектами для производителя хлебобулочных изделий. Во время посещения объекта были записаны все требования, технические детали и условия объекта. Эти первоначальные инженерные факторы были переработаны в концепцию системы очистки, которая затем прошла практическое испытание (например, базовый инжиниринг).

Ключевым начальным этапом во время подготовки было разъяснение основного подхода, в частности, какой метод очистки будет использоваться: под низким, средним или высоким давлением.

Была произведена оценка следующих методов:

  • Очистка под низким давлением основана на действии химического состава чистящего агента, температуре и объемном расходе чистящего средства и соответствующей скорости очистки. Это идеальная область применения для статических моющих головок и роторных форсунок.
  • Очистка под средним давлением основана на действии химического состава чистящего агента, температуре и сниженном объемном расходе чистящего средства при повышении давления очистки и соответствующей скорости очистки. Это идеальная область применения для статических поворотных распылителей и роторных форсунок.
  • Очистка под высоким давлением основана на эффекте механической очистки, который достигается за счет сильной прямонаправленной струйной очистки. Это обычная область применения для орбитальных очистительных насадок.

На следующем этапе были выбраны подходящие для выбранного метода очистки схемы распыления и очистки из следующих систем распыления в соответствии с типом загрязнения:

Статические очистительные насадки для очистки цистерн, резервуаров и контейнеров, таких как резервуары для хранения и резервуары для циркуляционной промывки, спроектированы для работы под низким давлением. Статические моющие головки распыляют чистящее средство на поверхность, которую требуется очистить. Очистка осуществляется за счет промывания или потока воды на стене резервуара. Добавление соответствующих чистящих агентов позволяет повысить эффект очистки и сократить ее время. Расход составляет от 2,4 до 42 м3/ч, при разнице давлений 1 бар. Диаметр очистки: 0,8 - 8,0 м.

Роторные форсунки используются для очистки резервуаров, цистерн и контейнеров с трудно поддающимися покрытыми корками остатками продукта (например, более объемные резервуары для хранения, бродильные чаны, резервуары с устройствами для перемешивания). Эти очистительные устройства спроектированы для работы под низким давлением. Механизм контроля потока генерирует веерообразную струю, которая медленно вращается в одной плоскости, обеспечивая смачивание всей поверхности. Расход составляет от 7,1 до 28 м3/ч при давлении подачи от 2,3 до 4,3 бар. Диаметр очистки составляет от 2 до 10 м. В зависимости от материала, возможны рабочие температуры в диапазоне от 80°C до 100°C.

Орбитальные очистительные насадки для очистки резервуаров, цистерн и контейнеров, для которых требуется специальная механическая обработка внутренней поверхности при помощи усиленной струи (например, автомобильные цистерны, резервуары и чаны с продуктом). Спроектированы для работы под низким, средним или высоким давлением. Механизм контроля потока генерирует высокоинтенсивную струю для очистки, которая вращается в двух плоскостях. Идеальная геометрия струи обеспечивается соплами со специальной цилиндрической струей и конической передачей, которая регулирует плотную орбитальную схему очистки, охватывающую всю поверхность, которую требуется очистить. Расход составляет от 1,8 до 27 м3/ч при давлении подачи от 4,5 до 80 бар. Диаметр очистки: 2 - 14 м.

Орбитальное очистительное устройство для танков Tempest
Орбитальное очистительное устройство для танков Tempest

Когда инженерные факторы для выбранного метода были согласованы с требованиями клиента, относительно недорогие статические моющие головки были исключены с самого начала из-за степени загрязнения, которая иногда может быть очень высокой. Роторные струйные форсунки могли бы справиться с верхней частью силосного хранилища, но было бы невозможно реализовать оптимальный уровень очистки у дна 33-метрового силосного хранилища. Чтобы избежать дополнительных вложений для установки насосов со стороны клиента, было принято решение не использовать методы очистки под средним и высоким давлением.

С учетом условий объекта, типа загрязнения и геометрической формы силосного хранилища был выбран метод низкого давления для оптимизированной очистки с использованием холодной воды, который, как правило, требует подачи насоса 8-9 бар. Так как на куполе силосного хранилища отсутствовали внешние коммуникации, для испытаний был выбран турбинный агрегат для очистки. В целях экономии затрат в процессе очистки не использовались чистящие химикаты и тепловая поддержка.

Учитывая, что высота установки превышает 33 метра, была выбрана орбитальная насадка с четырьмя соплами по 7 мм каждый, которая сбрасывает примерно 12 м3/ч промывочной воды под рабочим давлением насадки приблизительно 5 бар. Инженеры ожидали короткую продолжительность цикла очистки при первой оценке результатов очистки, поэтому было принято решение сбрасывать промывочную воду в систему сточных вод объекта.

Для тестирования выбранной орбитальной насадки в указанных условиях насадка была подсоединена при помощи напорного шланга к центробежному насосу, расположенному на дне силосного хранилища и затем введена внецентренно в силосное хранилище и размещена на глубине погружения 2500 мм и на расстоянии от стены в 500 мм.

После размещения насадки был начат процесс очистки, который тщательно контролировался. После остановки процесса через три минуты большая часть прилипших, даже критичных, остатков уже была удалена с той поверхности силосного хранилища, которая была охвачена интенсивными очищающими струями. Такой результат очистки, достигнутый всего через несколько минут, подтвердил, что был выбран верный путь. После чистки в течение 15 минут все загрязнение, особенно трудно поддающиеся покрытые корками остатки муки, было удалено. Несмотря на эксцентрическое положение очищающей насадки, она работала без каких-либо колебательных движений в силосном хранилище, в то же время генерируя схему струй, охватывающую всю поверхность силосного хранилища, даже в самых глубоких зонах.

После завершения водной очистки силосного хранилища требовалось рассмотреть варианты сушки, так как это неотъемлемый этап с точки зрения организации процесса.

В связи с идеальными сезонными условиями для описанного процесса очистки и расположением силосного хранилищ вне помещений было принято решение удалять оставшуюся влагу конвекцией. Прямые солнечные лучи на поверхности силосного хранилища обеспечивали достаточную сушку с технической и экономической точки зрения. Для быстрого испарения оставшейся воды были открыты верхний люк и соединительный разъем в нижней части выходного конуса силосного хранилища, чтобы обеспечить оптимальное проветривание и сток влаги.

В похожих областях применения, где нет возможности проводить сушку силосного хранилища при помощи солнечного излучения, дополнительным решением может стать использование горячей воды в качестве средства очистки. Горячая вода нагревает силосное хранилище во время очистки, а после нее высыхает на внутренней поверхности силосного хранилища путем конвекции.

Если горячая вода не может быть использована для очистки, другим возможным решением для надежной сушки контактных поверхностей силосного хранилища является продув резервуара фильтрованным горячим воздухом через отверстия сверху и на дне. Необходимо уделять внимание выбору достаточной скорости подачи воздуха.

Для достижения результата очистки было использовано примерно 3000 литров воды, которая затем была сброшена в систему сбора и отведения сточных вод предприятия вместе с удаленной мукой.

Назад