Обоснование параметров и режимов работы системы мойки молокопровода доильных установок для доения коров в стойлах

молокопровода

Для определения структуры и свойств загрязнений внутренних поверхностей молокопровода принято решение: отбор проб для этого производить в худший для очистки труб период года - летне-осенний период, когда больше вероятность поступления в трубопровод частиц пыли из атмосферы, навоза и частиц корма с поверхности сосков и вымени, бактерий, больше вероятность увеличения кислотности остатков молока на трубах, его подсыхания под действием высоких летних температур окружающего воздуха, образования достаточно прочных белково-жировых конгломератов грязи.

Отбор проб загрязнений производился с различных участков молокопровода в торцах и в середине коровника ОПХ «Экспериментальное» Ростовской области на 200 голов красной степной породы. Молокопровод был смонтирован по кольцевой схеме с расположением молочной в боковом тамбуре. Каждая ветвь его обслуживала 25 коров. Доение двукратное, каждая доярка работала с двумя, реже с тремя доильными аппаратами. Длина участков молокопровода из нержавеющей стали, с поверхности которых снимались загрязнения, составляла от 0,25 до 1 метра. Загрязнения и остатки молока и жира снимались сразу после доения, а также через 0,5 и 1 час после выдаивания последней коровы. Загрязнения соскребались со стенок молочных труб специальным пластмассовым поршнем, один из торцов которого был оснащен кольцевым пружинным скребком.

Образцы загрязнений использовались для определения их физико-механических свойств и состава. Далее они подвергались сушке в сушильном шкафу по общепринятой методике, а сухое вещество взвешивалось. Полученные данные использовались для определения влажности их и степени за-

 

90

грязнения труб, определяемой массой на единицу площади внутренней поверхности молокопровода.

Результаты опытов показали, что состав загрязнений молокопровода после доения зависит от времени, прошедшего после выдаивания последней коровы до начала работы системы его мойки (табл. 4.1).

Таблица 4.1. Химический состав загрязнений внутренних поверхностей молокопровода диаметром 52 мм

 

Исследуемый материал	Состав в %
		вода	сухое вещество
			всего	в том числе
				жир	белок	молоч. сахар	минерал, вещ-ва
Молоко	87,5	12,5	3,8	3,3	4,7	0,7
Загрязнения молоко-
провода при варианте
сбора их после доения:
1 — сразу после доения	73,5	26,5	10,2	6,8	5,2	4,3
2 - через 0,5 часа	64,2	35,8	16,5	9,0	5,7	4,6
3 — через 1 час	59,5	40,5	18,2	11,4	6,1	4,8

Содержание воды в загрязнениях молокопровода сразу после дойки в сравнении с содержанием её в молоке снижается с 87,5% до 73,5% или на 16%. С увеличением промежутка времени после окончания доения последней коровы и до начала мойки молокопровода влажность его загрязнений снижается сначала достаточно интенсивно, а затем медленнее. При часовой выдержке до мойки содержание влаги в загрязнениях находится около 60%.

Данные таблицы 4 Л показывают, что в сухом веществе загрязнений уже через час промедления с очисткой молокопровода увеличивается почти вдвое содержание жира и белков. По содержанию жира (18,2%) они сравнимы со сливками (20%), но имеют в своем составе 11,4% белков, свыше 6%

 

91

Сахаров и около 5% минеральных веществ (в основном привнесенных загрязнений в процессе доения коров). Более продолжительная выдержка их на поверхностях молокопровода ведет к повышению их плотности и прочности сцепления с поверхностью молокопровода, образованию подсохших конгломератов грязи. То же происходит и при плохой очистке молокопровода от загрязнений, при этом развиваются очаги загрязнений в различных переходах, сужениях молокопровода, стыках и поворотах.

Данные об изменении свойств загрязнений по времени их «хранения» или выдержки на поверхности молокопровода диаметром 52 мм приведены в таблице 4.2.

Таблица 4.2. Свойства загрязнений молокопровода доильных установок

 

Исследуемый материал	Кислотность, градусов Тернера	S о и Гч О. Л н У о я н о &	Удельный объём D, СМ3/Ч	»ч О И   о >я -г 5 -и S Б п >	Вязкость		Удельная теплоёмкость С, Дж/кг-К	Микробная загрязненность, тыс/см3
						=1 а ~ ЕҐ    о Я    і, 2 ^ Л Е-< я я			<ц   О Я     О s s я   > я и
Молоко	18	1,03	0,97	1,01	1,8	1,75	3500	63
Загрязнения молокопровода при варианте сбора их после доения: 1- сразу после доения 2- через 0,5 часа 3- через 1 час	22 26 30	1,06 1,08 1,09	0,94 0,93 0,92	1,08 1,1 1,11	2,71 6,61 9,05	2,56 6,12 8,31	3500 3620 3700	ПО 154 210

Несмотря на то, что загрязнения молокопровода в этот период находятся в закрытой ёмкости, их свойства значительно варьируют. Постепенно увеличивается их плотность и особенно вязкость, что увеличивает силы адгезии их к поверхности молокопровода и ухудшает его очистку. Данные таблицы 4.2 показывают, что кинематическая вязкость загрязнений за первые 0,5 часа

 

92

увеличивается в 2 раза, а после часовой выдержки - в 3 раза. Теплоёмкость их также увеличивается, а кислотность через час достигает 30 градусов Тернера и превышает кислотность молока в 1,7 раза. Резко увеличивается и микробная загрязненность молока. К концу первого часа выдержки их в молоко-проводе до мойки микробная загрязненность достигала 210 тыс/см , что почти в 2 раза больше, чем в конце дойки.

Полученные данные служили основой для приготовления искусственных загрязнителей участков молокопровода для производства лабораторных исследований, когда натурных образцов в виде вставок в действующий мо-локопровод было недостаточно для экспериментов. Загрязнители приготавливали смешиванием сливок с белками и молочным сахаром производства Семикаракорского молочного завода Ростовской области с добавлением 5% минеральных веществ (в основном песчано-глинистого состава). Состав их подбирался согласно данных таблицы 4.1.

Таблица 4.3. Краевые углы смачивания поверхностей молочной линии доильной установки различными загрязнителями

 

Материал смачиваемой поверхности	Краевой угол смачивания 0, градусов при покрытии загрязнителем состава (по табл. 4.1)
		1	2 (0,5 часа)	3 (1час)
Сталь нержавеющая	107	128	135
Алюминий	61	66	72
Резина	10	12	15
Стекло	75	79	84
Пластмассы: капрон полиэтилен полипропилен	38 29 20	42 34 26	46 38 32

Важной  характеристикой  загрязнений является  смачиваемость  ими внутренних поверхностей молокопровода. Универсальной характеристикой

 

93

этого показателя является краевой угол смачивания. Величины его для деталей молочной линии из различных пищевых материалов приведены в таблице 4.3.

По этим данным почти все материалы деталей молокопровода хорошо смачиваются белково-жировыми загрязнителями. К ним относятся, в первую очередь, детали из стекла и пластмасс, а также из алюминия и пищевой резины. Эта группа материалов относится к гидрофильным, краевой угол смачивания их поверхности загрязнителем острый (менее 90°), что даёт основание предположить о достаточно сложной очистке их при мойке молокопровода.

Нержавеющая сталь имеет краевой угол смачивания загрязнителем 107...135° и относится к материалам гидрофобным по отношению к жидкому загрязнителю, плохо смачиваемым им.

Повышение вязкости загрязнителя увеличивает краевой угол смачивания деталей молокопровода, однако увеличение выдержки его на поверхности молокопровода до мойки ведёт к подсыханию загрязнителя, более прочному «прилипанию» к его поверхности, образованию подсохших конгломератов грязи.

Влияние времени выдержки (Т) плёнки загрязнений на воздухе на величину краевого угла смачивания (0) деталей молокопровода

1 — из нержавеющей стали; 2 - из алюминия

Рис. 4.1. В реальных условиях молочно-товарных ферм возможны варианты очистки молокопровода со значительной выдержкой загрязнителей в нём после доения коров из-за неисправностей системы мойки, отсутствия электро-

 

94

энергии, нерасторопности обслуживающего персонала и по другим причинам. Краевые углы смачивания после такой выдержки на воздухе существенно изменяются (рис 4.1).

Выдержка белково-жировых загрязнений молокопровода в воздушной среде до мойки уже в первый час после доения увеличивает свойства прилипания их к поверхности молокопровода, что ухудшает процесс очистки деталей молочной линии и может увеличивать затраты времени на её осуществление.

Повышение температуры деталей молокопровода и загрязнителя в пределах 20...30°С (реальных при транспортировке молока во время доения коров) практически не изменяет величины краевых углов смачивания, что объясняется тем, что взаимодействие между белково-жировым загрязнителем и поверхностями исследованных материалов молочной линии доильных установок обусловлено преимущественно межмолекулярными силами, зависящими от межфазной энергии на границе этих поверхностей, загрязнителя и воздуха (или заменяющего его моющего раствора и воды при очистке молокопровода).

В таблице 4.4 приведены значения удельной межфазной энергии на границах поверхности молокопровода из нержавеющей стали, загрязнителя и воды.

Эти данные показывают, что при одной и той же температуре (30°С) контактирующих сред наибольшее значение межфазной энергии наблюдается на границе сред "загрязнитель — воздух", "вода - воздух" и "0,5%-ный раствор моющего порошка типа А — воздух". Межфазная энергия для жидких сред "загрязнитель - вода", "загрязнитель — моющие растворы" на порядок ниже, чем в контакте с атмосферным воздухом. С увеличением температуры моющего раствора на основе синтетического порошка А от 20 до 70°С межфазная энергия на границе с загрязнителем снижается от 5,7-10"³ до 3,1-10"³ Дж/м². Это объясняется уменьшением межмолекулярных сил в загрязнителе и моющем растворе при повышении температуры.

 

95

Таблица 4.4. Значения удельной межфазной энергии на границе контакта сред

загрязненного молокопровода из нержавеющей стали

 

Контактируемые среды	Межфазная энергия а-10'3 Дж/м2 при температуре сред в °С
		20	30	40	50	60	70
Загрязнитель 1 - воздух	91,6	90,0	81,1	75,4	69,3	65,2
Загрязнитель 1 - вода	7,5	7,1	6,3	5,2	4,4	3,6
Загрязнитель 1 - 0,5%-ный раствор порошка А	5,7	5,5	5,0	4,6	3,8	3,1
Загрязнитель 1 - 0,5%-ный раствор "Дезмол"	4,0	3,8	3,5	3,0	2,5	2,1
Вода-воздух	75,7	73,2	70,6	68,1	65,9	63,4
0,5%-ный раствор порошка А - воздух	48,3	45,6	42,2	39,1	37,4	36,7

Всё это свидетельствует о возможности снижения затрат энергии и времени на очистку молокопровода обоснованием режима течения моющего раствора и его температуры.

4.2. Обоснование режимов течения моющей жидкости в молокопроводе

Наиболее существенное влияние на качество промывки молокопровода увеличенного диаметра на доильной установке типа АДМ-8А (модель УДМ-200) оказывают скорость и режим течения моющего раствора. Эффективная промывка возможна при скорости его течения, достаточной для отрыва и уноса потоком частиц загрязнений. Кроме того, важным моментом мойки является равномерное распределение моющего вещества по всей поверхности, подлежащей очистке.

В результате исследований, проведенных нами на фрагменте горизонтального стеклянного молокопровода диаметром 52 мм, было установлено,