Научное обоснование и разработка технологического потока фасов ки и укупоривания плодоовощных консервов и его аппаратурное оформление
На правах рукописи
Алкаев Дмитрий Сергеевич НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПОТОКА ФАСОВ КИ И УКУПОРИВАНИЯ ПЛОДООВОЩНЫХ КОНСЕРВОВ И ЕГО АППАРАТУРНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ Специальность: 05.18.01 – технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Москва 2013
Работа выполнена во Всероcсийском научно-исследовательском институте консервной и овощесушильной промышленности
Научный консультант: доктор технических наук, профессор, Гореньков Эдуард Семенович
Официальные оппоненты: Чернов Мишель Евгеньевич доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г.Разумовского» профессор кафедры «Пищевые машины» Доронин Алексей Федорович кандидат технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств», заведующий кафедрой «Технология продуктов функционального назначения, спортивного пи тания и длительного хранения»
Ведущая организация: ГНУ Научно-исследовательский институт пищеконцентратной промышленности и специальной пищевой технологии
Защита состоится «28» июня 2013 года в 1100 часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.122.02 при ФГБОУ ВПО «Москов ский государственный университет технологий и управления имени К.Г.Разумовского» по адресу: 109029 г. Москва ул. Талалихина 31, ауд.36.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО МГУТУ имени К.Г. Разумовского Отзывы высылать по адресу: 109004 г. Москва, ул. Земляной вал, д.
Автореферат разослан «28» мая 2013 года
Ученый секретарь Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.122.02, кандидат технических наук, доцент Конотоп Н.С.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследований. В настоящее время отечественная плодо овощная консервная промышленность России нуждается в создании перспектив ных технологических процессов для обеспечения поточного выпуска консервиро ванной продукции. Предприятия малой и средней мощности сейчас пользуются нормативными документами преимущественно основанных на использовании от дельных технологических решений.
Проведение работы осуществлялось по научно-технической программе Со юзного государства (Россия – Р. Беларусь) «Повышение эффективности производ ства и переработки плодоовощной продукции на основе прогрессивных технологий и техники».
Необходимость разработки новых технологий основывается на расширении функций технологических процессов, что является основой создания универсаль ных технологических потоков.
Интенсификация производства без существенного изменения технологии и техники может рассматриваться как изыскание резервов именно в разности свойств целого и составляющих его частей. Поскольку эта разность конечна, то интенси фикация процессов в линии имеет определенный предел, за которым искажаются элементы и связи, присущие данной системе, что ведет к ее распаду. Последнее выражается в резком возрастании количества дефектной продукции.
Целостность технологической системы проявляется в следующем. Освоение новой поточной технологии представляет собой раскрытие и использование в ин тересах производства интегральных закономерностей и качеств технологической системы. Возникновение качественно новых свойств при агрегировании элементов есть частное, но яркое проявление всеобщего закона диалектического материализ ма — закона перехода количества в качество. Чем больше отличаются свойства со вокупности элементов от их суммы, тем выше организованность самой системы [акад. Панфилов В.А.]. Основой решения этой проблемы является выявление зако номерности организации, построения и функционирования технологического про цесса фасовки и укупоривания одно- и многокомпонентных продуктов, предназна ченных для производства стерильных плодоовощных консервов в стеклянной и ме таллической таре. При этом желательно создавать технологический процесс совме стно с необходимым для его реализации оборудованием. Системное единство пре дусматривает совместимость элементов и составных частей внутренней структуры системы, обеспечение условий их взаимодействия между собой и системой в це лом. При разработке технологии и создании на ее основе продовольственного обо рудования возникла необходимость обновления различных взаимосвязанных тех нологических и технических объектов пищевых, перерабатывающих и машино строительных производств. Вследствие этого, несомненна актуальность выбранно го направления исследований по созданию технологического потока фасовки и укупоривания плодоовощных консервов в потребительскую тару.
Процесс для производства плодоовощных консервов в различных видах по требительской тары весьма сложен, что и определяет сложность его технологиче ского и аппаратурного оформления. Все эти вопросы должны знать создатели тех нологической линии – технологи-исследователи, конструкторы и изготовители технологических линий для перерабатывающих предприятий.
Целью исследований являлось научное обоснование и разработка техноло гического потока фасовки и укупоривания плодоовощных консервов в стеклянной и металлической таре и его аппаратурное оформление.
Для реализации поставленной цели были определены следующие задачи:
- определить технологические параметры (вакуум, температура продукта, момент завинчивания крышек) для обеспечения герметичности укупоривания при фасовке жидких и пюреобразных плодоовощных продуктов в стеклянную тару.
- установить влияние свойств уплотнительной прокладки из пластизоля и па раметров сопряжения элементов банок и крышек при укупоривании винтовым спо собом;
- определить возможность контроля герметичности наполненных банок в по токе;
- разработать операторную модель технологической системы фасовки одно фазных продуктов в стеклянную тару с исключением возможности выпуска брако ванной продукции;
- разработать операторную модель технологической системы фасовки двух фазных продуктов в металлическую тару;
- создать отечественные технологии по фасовке продуктов в стеклянную и металлическую тару и соответствующее оборудование с целью замещения импорт ных поставок для отечественного потребителя.
Научные положения, выносимые на защиту.
1. Технологические параметры процесса фасовки (температура продукта, степень наполнения, моменты завинчивания и др.), для обеспечения гарантирован ной герметизации при укупоривании стеклянных банок с жидкими и пюреобраз ными продуктами;
2. Способ гарантированного контроля герметичности укупоренных стеклян ных банок с продукцией.
3. Операторные модели технологических потоков фасовки плодоовощных консервов в металлическую и стеклянную тару.
Научная концепция. В основу решения проблемы создания технологиче ского потока фасовки и укупоривания положен комплексный подход, предусмат ривающий изучение взаимозависимостей технологических параметров фасовки, определение влияния свойств исходных материалов на технологию производства продукции и использование новых технологий для исключения выпуска бракован ной продукции.
Научная новизна работы заключается в установлении особенностей систе мы фасовки и укупоривания в технологии производства одно- и двухфазных пло доовощных консервов с целью исключения выпуска бракованной продукции и снижения трудовых затрат.
Впервые получены данные о комплексном влиянии значений величины ва куума в банке, температуры продукта и момента завинчивания крышек на герме тичность укупоривания.
Определено влияние свойств уплотнительной прокладки из пластизоля, а также параметров сопряжения элементов банок и крышек для гарантированного укупоривания.
Впервые разработаны операторные модели для создания технологического потока фасовки и укупоривания плодоовощных консервов, позволяющие опреде лить целостность технологических систем.
Практическая значимость. Создана технология фасовки, разработаны опе раторные модели и отечественные технологические линии. которые внедрены на многих промышленных предприятиях отрасли (ООО «ТД «Богучарово-Маркет» область), ЗАО «Орёлпродукт» (г.Мценск), ООО «Оригинал-С» (Тульская (г.Павловский Посад), СПК «Продрегион» (г.Курган), СП «Санта Бремор» (Р. Бе ларусь), ООО «Промконсервы» (г.Рудня) и др., всего около 30 предприятий раз личной мощности производства).
Впервые разработан автоматизированный способ контроля герметичности укупоренных стеклянных банок в потоке. Апробация в промышленных условиях показала работоспособность этих технологий, что подтверждено актами внедрения на предприятиях.
Полученные технологии позволяют отказаться от поставок аналогичного им портного оборудования, что приведет к экономии валютных средств отечествен ных производителей.
Новизна технических решений подтверждена двумя патентами Российской Федерации.
Апробация работы. Основные результаты исследований были представлены на Международной научно-практической конференции «Технологические и мик робиологические проблемы консервирования и хранения плодов и овощей» (Моск ва, 2007г.), на Научно-практической конференции «Интеграция фундаментальных и прикладных исследований – основа развития современных аграрно-пищевых технологий» (г.Углич, 2007 г.), на IX Международной научно-практической кон ференции «Инновационные технологии в пищевой промышленности», (Р.Беларусь, г.Минск, 2010 г.), на VIII Международной научно-практической конференции «Техника и технология пищевых производств», (Р.Беларусь, г.Могилёв, 2011 г.).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 12 печатных ра бот, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК – 3. Получено два патента.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы по теории целостности технологического потока в производстве пищевых продуктов, анализа информационных материалов по технологии фасовки и укупоривания консервированных продуктов, описания методов исследований, экспериментальной части, выводов, заключения, списка использованной литерату ры и приложений. Результаты исследований изложены на 174 страницах. Работа содержит 26 рисунков, 4 таблицы и 8 приложений. Список использованной литера туры включает 104 источника.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
1. Обзор литературы Обзор литературы посвящен рассмотрению вопросов теории технологического потока в пищевой отрасли, анализу информационных материалов по технологии и оборудованию для фасовки жидких и комбинированных плодоовощных продуктов, герметизации стеклянных и металлических наполненных банок.
2. Объекты и методы исследований Исследования проводили во Всероссийском научно-исследовательском ин ституте консервной и овощесушильной промышленности, опытные работы в цехе промышленного предприятия ООО«Торговый дом «Богучарово-Маркет» в Туль ской области и на предприятии ОАО«Конструкторское бюро автоматических ли ний им. Л.Н.Кошкина» (г.Климовск).
Объектами исследований являлись технологии фасовки плодоовощной про дукции в стеклянную и металлическую тару. Методами исследований явились об щепринятые приемы оценки целостности технологических потоков производства пищевых продуктов в различных видах тары.
В разделе изложены особенности технологии фасовки жидких и пюреобраз ных продуктов в стеклянную тару и двухфазных продуктов в металлическую тару.
3. Результаты исследований 3.1 Влияние свойств уплотнительной прокладки и параметров сопряжения элементов банок и крышек на герметичность при укупоривании винтовым способом Суть укупоривания винтовым способом заключается в том, что благодаря ва кууму в банке торец венчика горловины стеклянной банки врезается в эластичную прокладку в крышке, а крышки удерживаются кулачками на винтовых элементах венчика горловины стеклянной банки. Такой способ укупоривания предъявляет ряд жестких технических требований к стеклянной банке и металлической крышке, эластичной прокладке на металлической крышке и к условиям укупоривания. При этом необходимо учитывать то обстоятельство, что укупоренные банки с консер вами должны выдерживать условия стерилизации (подъем температуры до 120°С и соответствующая по длительности выдержка), охлаждение со снижением темпера туры до 15-20°С, перепады давления, условия складирования и транспортирования, т.е. воздействие транспортных нагрузок.
В настоящее время уплотнительная прокладка на крышке типа «Твист-офф» изготавливается из пластизолей на основе ПВХ, который представляет собой дис персию поливинилхлорида в пластификаторе с добавками наполнителя, стабилиза тора, вспенивателя, скользящих добавок и других компонентов.
Поскольку уплотнительная прокладка подвергается воздействию повышен ных температур при укупоривании за счет впрыскивания пара под крышку и, осо бенно, в процессе стерилизации, целесообразно было изучить изменения физико механических свойств прокладки от воздействия этих температур. Эти знания не обходимы для определения максимального значения нагрузок, которые может вы держивать уплотнительная прокладка в процессе стерилизации консервов, т.е. для определения максимально возможных перепадов давления внутри и снаружи банки во время стерилизации при условии сохранения герметичности укупорки.
Нами были проведены многочисленные эксперименты по определению фи зико-механических свойств прокладки на крышках типа «Твист-офф» при повы шенных температурах.
Для проведения испытаний была разработана специальная методика.
Для имитирования нагрузок, которым подвергается уплотнительная проклад ка на крышках во время стерилизации, на подготовленные пластинки с нанесенным покрытием пластизоля (марки 951/33F фирмы ATF, Германия) устанавливались стеклянные банки венчиком горловины к покрытию с дополнительной нагрузкой.
Площадь контакта составляла 6 см2. Испытания проводились в течение 1 часа при температурах 80 - 1300С через каждые 100С. Продолжительность - один час уста новлена из соображений, чтобы были завершены все релаксационные процессы, протекающие при деформации термопластичного эластополимера.
По окончании испытаний снималась нагрузка и на пластинках замерялась глубина образовавшейся канавки.
На рисунке 1 показаны усредненные результаты этих экспериментов.
Устойчивость уплот нительной прокладки на крышках «твист-офф» к продавливанию зависит от величины нагрузки. При повышении нагрузки ус тойчивость к продавлива нию уменьшается при всех температурах. При нагруз Рисунок 1 – Зависимость глубины продавли- ке 5 кг (0,83 кг/см2 ) про вания прокладки из пластизоля от нагрузки и кладка полностью прореза температуры.
ется уже при температуре 110°С, а при нагрузке 1 кг (0,17 кг/см2 ) при температурах 110-130°С глубина де формации составляет 40%, т.е. соответствует нормативной.
Установленные закономерности следует учитывать при разработке режимов стерилизации консервов в банках с укупоркой типа «твист-офф» при определении величины противодавления в автоклаве на этапах подъема температуры, стерили зации и охлаждения во избежание разрушения уплотнительной прокладки на крышках.
В процессе укупоривания уплотнительная прокладка должна иметь такую твердость, чтобы при моменте завинчивания крышки порядка 30 - 40 кг·см, про кладка деформировалась венчиком горловины стеклянной банки на 40 - 50 % своей толщины, т.е. в этом месте имела толщину порядка 0,5 - 0,8 мм. Такое свойство прокладки можно получить только при условии предварительного нагревания крышки до определенной температуры.
Серия экспериментов, проведенных с крышками различного диаметра и с прокладками из пластизолей различных марок, показала, что для получения необ ходимой твердости прокладки крышки необходимо предварительно нагревать ее до температуры 70 - 80°С.
При укупоривании консервов винтовым способом также большое значение имеет сопрягаемость диаметров внутренних выступов винтовой крышки с диамет ром венчика горловины стеклянной банки.
Нами были проведены измерения диаметров венчика стеклянных банок и за цепов металлических крышек к этой таре, используемых промышленными пред приятиями при производстве консервированной продукции.
Рисунок 2 – Результаты замеров диаметров выступов крышек и диаметров венчиков горловины стеклянных банок Для проведения таких замеров были использованы стеклянные банки вме стимостью 350 см3с венчиком горловины типа III диаметром 66 мм и крышки 66/4С, предназначенные для стерилизуемой продукции, выпускаемой Георгиев ским консервным заводом. Кроме этого замерялись крышки типа III, применяемые Московским жировым комбинатом. В качестве контроля использовались стеклян ные банки с венчиком горловины типа III, изготовленные по ГОСТ 5717.2-2003. На рисунке 2 приведены результаты этих измерений. Нами были проведены измере ния размеров элементов этого соединения и на других промышленных предпри ятиях. Большая часть измерений показала, что полученные данные соответствуют требованиям соблюдения герметичности укупоривания.
Для банок и крышек по ГОСТ размеры соответствуют кривой распределения Гаусса, характеризующей нормальное распределение исследуемых объектов по ко личеству самих предметов в пределах отклонения значений от номинала. Однако, достаточно часто, встречаются случаи с размерами, не позволяющими осуществить герметичное укупоривание. На рисунке 2 отображены результаты, полученные на одном из заводов, где в заштрихованной части диаграммы диаметры венчиков гор ловины банок больше диаметров выступов на крышках. Применение банок и кры шек в этом случае не может быть использовано для укупоривания при автоматиче ских процессах герметизации, так как это с большой вероятностью приведет к вы пуску бракованной продукции.
3.2 Определение технологических параметров для обеспечения герме тичности укупоривания при фасовке жидких и пюреобразных плодоовощных продуктов в стеклянную тару.
Одним из важнейших параметров в технологии укупоривания банок винто вым способом является образование необходимого строго постоянного значения вакуума внутри банок. Вакуум создаётся за счёт впрыска под крышку определён ной дозы перегретого пара, который при охлаждении конденсируется, а также за счёт охлаждения продукта при горячей фасовке.
Величина вакуума, создаваемая в банке при укупоривании, зависит от сле дующих факторов - температуры продукта, от температуры пара, подаваемого в подкрышечное пространство, от величины свободного пространства в банке, т.е. от степени наполнения продуктом, от типа продукта, следует учитывать, имеется ли в продукте воздух или нет.
Необходимая величина вакуума в укупоренных банках с продукцией при 200С должна быть в пределах 0,2 – 0,6 атмосферы.
Для экспериментальных работ нами был исполь зован способ создания вакуума с применением одно патронного укупорочного полуавтомата (рисунок 3) Нами проводились эксперименты по замеру зна чений вакуума в наполненных банках при остывании, в зависимости от температуры пара, подаваемого в подкрышечное пространство при укупоривании. Из мерения проводились методом прокола крышек ваку умметром. Например, на предприятии ООО«ТД«Богучарово-Маркет» получены данные при производстве яблочного повидла при разных темпера турах. Результаты приведены на рисунке 4. Аналогич ные результаты мы получили и на других предприяти Рисунок 3 – Укупорочный ях.
полуавтомат Из полученной зависимости видно, что величина вакуума в укупоренных банках зависит от температуры пара, подаваемого в под крышечное пространство. Чем выше температура, тем выше величина вакуума.
0, Значение вакуума, бар 0, 0, 0, 0, 0, 0, 100 110 120 130 ОС Температура, Рисунок 4 – Зависимость величины вакуума от температуры пара.
На технологический процесс фасовки оказывает влияние величина свободно го пространства в банке.
На рисунке 5 показаны графики внутреннего давления в банке, образующе гося в процессе стерилизации консервов с различным свободным пространством для двух типов продуктов. Верхний график для однофазного продукта, нижний – для двухфазного.
Рисунок 5 – Графики зависимостей внутреннего давления в банке от свободного пространства при стерилизации На графиках хорошо видно, как увеличение свободного пространства при одном и том же начальном вакууме повышает внутреннее давление в банке. От этого зависит в дальнейшем необходимая величина противодавления в автоклаве для предупреждения срыва крышки со стеклянной банки.
Исследованиями показано, что оптимальная величина свободного простран ства в банках с продукцией с винтовым способом укупоривания должна быть рав ной 6 – 7%. На это значение должно быть настроено дозирующее устройство на полнительного автомата.
Важным параметром укупоривания является величина момента завинчива ния крышек. При правильно выполненном укупоривании момент замыкания банки крышкой фиксируется по положению кулачка на резьбовом элементе венчика гор ловины стеклянной банки. Кулачок крышки должен находиться на участке резьбо вого элемента в зоне от 1/3 до 1/2 длины резьбового элемента. Опытным путем ус тановлены значения этого параметра в зависимости от диаметра крышек: для кры шек 30…48 мм момент завинчивания должен быть 15…20 кг·см, для крышек 53…77 мм – 20…30 кг·см, для крышки 82 мм – 30…40 кг·см и для крышек 89… мм должен быть 50…70 кг·см. Указанные моменты завинчивания справедливы для крышек и стеклянных банок, у которых резьбовые элементы соответствуют требо ваниям ГОСТ.
На рисунке 6 отображены полученные данные замеров глубины отпечатка в зависимости от момента завинчивания и температуры подаваемого пара.
Глубина отпечатка, мм 0, 0,8- 0, 0,6-0, 0, 0,4-0, 0, 0,2-0, 0-0, 135 0, 120 0, 115 Момент 0, ОС Температура, завинчивания, Нм Рисунок 6 – Глубина отпечатка в зависимости от величины момента завинчивания и температуры подаваемого пара.
Таким образом, при проведении процесса фасовки продукта и укупоривания стеклянных банок винтовым способом необходимо комплексное рассмотрение технологических параметров для обеспечения сохранности продукции.
3.3 Контроль герметичности укупоренных банок в потоке Создание вакуума при укупоривании банок паровакуумным способом осуще ствляется путем подачи перегретого пара в подкрышечное пространство в момент сборки крышки с банкой. При охлаждении паровоздушная смесь конденсируется, что приводит к образованию вакуума внутри банки, при этом происходит прогиб крышки или втягивание «контрольной» мембранной кнопки (при ее наличии). При вскрытии банок за счет снятия вакуума наблюдается характерный щелчок и мем бранная кнопка приподнимается. Втянутая мембранная кнопка свидетельствует о наличие вакуума в банке и о доброкачественности консервной продукции.
Нами были проведены эксперименты по замеру величины прогиба крышек в зависимости от величины вакуума в банках. Полученные данные отображены на рисунке 7. Следует отметить, что величина прогиба крышек зависит от конструк ции крышек, от толщины и твердости жести и от диаметра крышек.
1, 1, Прогиб крышки, мм 0, 0, 0, 0, 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0, Величина вакуума, бар Рисунок 7 – Зависимость прогиба крышек от величины вакуума.
Результаты экспериментов позволили сделать вывод о возможности контроля герметичности банок в потоке, без прокола крышек, а значит и без нарушения упа ковки.
Впервые в российской практике консервирования на основе проведённых ис следований процесса для контроля герметичности укупоренных стеклянных банок с продукцией нами был создан специальный автомат. Задачей работы автомата яв ляется отбраковка банок по индикации величины прогиба крышек типа «Твист офф».
В настоящее время на многих предприятиях консервной промышленности отсутствие герметичности укупоривания банок с продукцией выявляется визуально работниками, стоящими вдоль отводящего транспортёра. Применение автомата ис ключает этот ручной процесс.
3.4 Операторная модель технологической системы фасовки однофазных продуктов в стеклянную тару с контролем герметичности укупоренных банок Полученные результаты исследований позволили приступить к разработке технологического потока производства консервов в стеклянных банках с винтовой крышкой. На рисунке 8 показана разработанная операторная модель участка фа совки жидких продуктов, укупоривания наполненных банок винтовыми крышками и контроля герметичности укупоренных банок. Данная операторная модель техно логического потока исключает попадание бракованных банок на стерилизацию.
Рисунок 8 - Операторная модель технологии фасовки и укупоривания жидких и пюреобразных продуктов Этот поток предусматривает следующие операции:
Подготовка и подача тары к узлу наполнения (С2), дозирование фасуемого продукта, наполнение тары продуктом (С1). Ориентирование крышек (В2), подача крышек в зону укупоривания, прогрев пластизоля крышек, подача пара в подкры шечное пространство, с одновременным надеванием крышки на горлышко банки и завинчивание с автоматическим приложением усилия ранее указанных величин (В1). При остывании паровоздушной смеси в банке, происходит втягивание крыш ки. Далее автоматически осуществляется операция контроля герметичности укупо ривания (А). При отсутствии прогиба крышки банка автоматически отводится с конвейера. Нормальные банки продолжают движение на последующие операции – стерилизацию, осушку, этикетирование и т.д.
Таким образом, анализ операторной модели позволил определить состав сис темы технологических процессов – подсистемы С, В и А, имеющие соответствую щие операторы, границы которых совпадают с границами автоматов разработан ной линии.
Работоспособность такой линии определяется тем, как в ней организован и функционирует непрерывный технологический поток.
Уровень целостности технологического потока данной операторной модели можно определить по формуле:
где – условная стабильность соответствующей подсистемы.
3.5 Операторная модель технологической системы фасовки двухфазных продуктов в металлическую тару Для производства двухфазных продуктов (бобы, горошек и фасоль в заливке, мелкие плоды в сахарном сиропе, резаные плоды и овощи в заливке и т.п.) вопрос о факторах целостности технологического потока является одним из важных.
На рисунке 9 показана разработанная операторная модель участка фасовки двухфазных плодоовощных консервов в металлические банки. Разработанный тех нологический поток состоит их трех операций.
Этот поток предусматривает следующие операции:
Первая операция (C) – фасовка твердой фазы консервов, вторая (B) – напол нение жидкой фазой, третья (A) – герметизация металлических банок методом за катывания с формированием двойного закаточного шва. Далее происходит переда ча закатанных банок на следующий процесс – стерилизацию.
Работоспособность такой линии определяется тем, как в ней организован и функционирует непрерывный технологический поток.
Рисунок 9 - Операторная модель технологической системы линии фасовки двух фазных плодоовощных консервов в металлические банки.
Уровень целостности технологического потока данной операторной модели можно определить по формуле:
где – условная стабильность соответствующей подсистемы.
3.6 Создание технологии и комплекса оборудования для фасовки продуктов в стеклянную и металлическую тару.
На основании полученных данных, нами разработана технологическая ма шинно-аппаратурная схема участка линии фасовки продукта и укупоривания стек лянных банок винтовыми крышками (рисунок 10) и выполнена конструкторская работа по созданию технологической линии концевых операций. Созданное с на шим участием оборудование (автоматы фасовочный, укупорочный и контроля гер метичности укупоренных банок с продукцией) позволило разработанный техноло гический поток превратить в комплектную линию фасовки, укупоривания и кон троля герметичности стеклянной тары (рисунок 11). На этом рисунке приведена комплектная линия для фасовки и укупоривания, установленная в технологическом цехе предприятия ООО «ТД«Богучарово-Маркет» в Тульской области. Производи тельность линии 6000 банок в час.
Рисунок 10 - Технологическая схема линии производства жидких и пюреобразных плодовых консервов, где поз. 20 - автомат наполнительный, 21 – укупорочный автомат 22 – автомат контроля герметичности укупорки наполненных банок.
Рисунок 11 – Линия фасовки и укупоривания жидких и пюреобразных продуктов В целом автоматическая система может считаться линией с операциями III класса. Входящие в линию автоматы фасовки и укупоривания являются автомата ми роторного типа. Передача продукции с одного автомата на другой осуществля ется с помощью конвейерных устройств.
На наполнительном автомате выполняются следующие операции. Транс портным устройством осуществляется съем банок с подающего конвейера и далее шнеком происходит деление потока банок по шагу, равному размещению дозиро вочных патронов на роторе автомата. Посредством распределительной звезды бан ки передаются на позиции ротора наполнения. Объемное дозирование продукта осуществляется при постоянном вращении ротора и с дальнейшим перемещением наполненных банок звездой выдачи на отводящий транспортер. Ротором наполне ния за один оборот дозируется и наполняется двенадцать банок. Уровень продукта в баке ротора наполнения контролируется датчиком уровня.
Аналогичным приемным устройством банки подаются в ротор укупорочного автомата. Крышки из бункера специальным транспортером поступают в направ ляющее устройство подачи крышек к горловине банок. При перемещении крышек в этом устройстве удаляются неправильно сориентированные крышки. Перед наде ванием крышки на банку проводится разогрев ее, и соответственно, прокладки из пластизоля. В момент надевания крышки на горловину банки в подкрышечное пространство впрыскивается перегретый пар, после чего банка поступает в узел укупоривания. При движении укупоренной банки паровоздушная смесь в банке конденсируется, что способствует созданию вакуума. Количество и температура пара может регулироваться. Укупоренные банки транспортным конвейером пода ются в автомат контроля герметичности. Герметичность контролируется электрон ным датчиком по величине прогиба крышки. При отсутствии такого прогиба банка специальным устройством снимается с отводящего транспортера, как бракованная продукция.
На рисунке 12 показана технологическая линия фасовки двухфазных продук тов, например, фасоль, горошек или бобы в заливке или в томатном соусе в метал лические банки. Нами выполнена конструкторская работа по созданию технологи ческой линии концевых операций. Созданное с нашим участием оборудование (ав томаты фасовочные, закаточный) позволило разработанный технологический по ток превратить комплектную линию производства двухфазных консервов в метал лических банках.
Рисунок 12 - Технологическая схема производства двухфазных консервов в металлических банках поз.7 – фасовка твердой фазы;
8 – заливка жидкой фазы;
9 – закатывание крышками металлических банок На рисунке 13 показан комплект оборудования, обеспечивающий выполне ние разработанного технологического потока производства двухфазных плодо овощных консервов в металлических банках, установленный в цехе предприятия ООО «ТД «Богучарово-Маркет» в Тульской области. Производительность линии 7200 банок в час.
Одной из задач системного ис следования является анализ функцио нальных связей процессов в системе и, прежде всего, отыскание среди них причинно-следственных зависимо стей. Технологическая система про низана сложным переплетением при чинных связей, взаимодействий ее элементов. Причем это переплетение усложняется к концу линии. Прежде всего, положительное воздействие на Рисунок 13 - Линия фасовки и укупо- целостность технологического потока ривания двухфазных продуктов оказывает идентичность конструкций используемых элементов – в нашем случае, фасовочного и закаточного автоматов.
Все они являются автоматами карусельного типа, что облегчает создание произ водственного комплекта оборудования.
В целом автоматическая линия фасовки продукта и герметизации металличе ских банок может считаться линией с операциями III класса. Входящие в линию автоматы фасовки и герметизации банок являются автоматами роторного типа. Пе редача продукции с одного автомата на другой осуществляется с помощью конвей ерных устройств. Для приготовления жидкой фазы в комплект оборудования вхо дит станция приготовления соусов и заливы.
Изготовление комплекта оборудования осуществлено при нашем участии в ОАО «Конструкторское бюро автоматических линий им.Л.Н.Кошкина» (г.Климовск, Московской области) и ОАО НПО «Рыбтехцентр» (г.Калининград).
Нами были разработаны технологические требования к создаваемому технологиче скому оборудованию.
Испытания всего комплекта оборудования проходили на консервном заводе ОАО«ТД «Богучарово-Маркет» в Тульской области.
Рисунок 14 – Награды, полученные на выставках.
По результатам Государственных приёмочных испытаний на консервном предприятии, проведенных комиссией с нашим участием было установлено соот ветствие опытных образцов оборудования требованиям исходных данных техниче ского задания и было принято решение о постановке комплекта оборудования на серийное производство.
Созданное при участии автора технологическое оборудование отмечено на градами на международных выставках («Золотая осень 2006», «Агропродмаш 2008», «Агропродмаш-2009» и др.) (рисунок 15).
4. Промышленная апробация 1) Разработанные технологии и оборудование внедрены на ряде промышлен ных предприятий: ООО «ТД «Богучарово-Маркет» (Тульская область), ЗАО «Орёлпродукт» (г. Мценск), ООО «Оригинал-С» (г.Павловский Посад), СПК «Продрегион» (г. Курган), ГТП «УП Белрыба» (г.Браслав, Р. Беларусь), ООО «Бал тийские морепродукты», СП «Санта Бремор» (Р. Беларусь), и на других предпри ятиях.
2) Утверждены соответствующие технологические инструкции: технологиче ская инструкция по наполнению стеклянных банок жидкими пищевыми продукта ми, в т.ч. для детского питания;
технологическая инструкция по укупориванию на полненных стеклянных банок металлическими винтовыми крышками и контролю герметичности их укупоривания;
технологическая инструкция по наполнению пло доовощной продукцией жестяных и алюминиевых банок.
3) Новизна технических решений подтверждена двумя полученными патен тами Российской Федерации.
Экономический эффект заключается в организации отечественными пред приятиями выпуска технологического оборудования по фасовке и укупориванию плодоовощных консервов с целью исключения импорта аналогичного оборудова ния из других стран.
ВЫВОДЫ 1. Определены параметры герметизации стеклянных банок винтовыми крышками при разной температуре фасуемого продукта, величина момента завин чивания и необходимое значение вакуума.
2. Для обеспечения герметичности наполненных банок определена устойчи вость уплотнительной прокладки в зависимости от температуры фасуемого про дукта.
3. Разработан эффективный способ для контроля герметичности укупорен ных банок в потоке.
4. Разработана операторная модель технологического потока фасовки жидких и пюреобразных продуктов в стеклянную тару с исключением возможности вы пуска бракованной продукции.
5. Разработана операторная модель технологического потока фасовки двух фазных продуктов в металлическую тару, 6. Созданы отечественные технологии по фасовке и герметизации наполнен ной тары однофазной и двухфазной плодоовощной продукцией в стеклянную и ме таллическую тару и соответствующее оборудование, позволяющие заместить им портные поставки для отечественного потребителя.
Список работ, опубликованных по теме диссертации Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ 1. Гореньков, Э.С. Отечественная технология и оборудование для наполнения и укупоривания плодоовощных консервов / Э.С. Гореньков, Ю.К. Туркин, А.Н. Го ренькова, Н.С. Товстокора, Я.В. Чукина, В.Ф. Толкачев, Д.С. Алкаев // Пищевая промышленность. – 2009. - №3. – С.38–40.
2. Гореньков, Э.С. Технологический поток фасовки и укупоривания двухфазных плодоовощных консервов / Э.С. Гореньков, Ю.К. Туркин, Д.С. Алкаев, В.Ф. Тол качев // Пищевая промышленность. – 2011. - №10. – С.12–13.
3. Гореньков, Э.С. Создание технологического потока, фасовочного и укупороч ного оборудования для стеклянных банок с винтовыми крышками / Э.С. Горень ков, Д.С. Алкаев // Пищевая промышленность. – 2012. - №6. – С.20–21.
Публикации в других изданиях 4. Алкаев, Д.С. Укупоривание и контроль герметичности стеклянной тары с вен чиком горловины типа III / Д.С Алкаев, Э.С. Гореньков // Продукты длительного хранения. – 2007. – №2. – С.16–17.
5. Гореньков, Э.С. Принципы комбинаторики при создании технологических по токов фасовки и укупоривания плодоовощных консервов / Э.С. Гореньков, А.Н..
Горенькова., Д.С. Алкаев, В.Ф. Толкачев // Консервная промышленность сегодня. – 2011. - №12. С.14 – 19.
Патенты 6. Патент РФ 122072, МПК В65В31/02 Устройство вакуумной укупорки банок винтовой крышкой / Толкачев В.Ф., Масляев Н.М., Алкаев Д.С., Дубчинский А.В., Захаркин О.М. – № 201227745, заявлен 04.07.2012;
опубл. 20.11.2012. – 7с.
7. Патент РФ 125989, МПК В67В3/00 Автоматическое устройство для пароваку умного укупоривания стеклянной тары винтовыми крышками / Алкаев Д.С., Тол качев В.Ф, Дубчинский А.В., Захаркин О.М. – № 2012148203/12;
заявлен 14.11.2012;
опубл. 20.03.2012. -12с.
Научные труды институтов и материалы конференций 8. Алкаев, Д.С. Об автоматизированном контроле герметичности наполненных стеклянных банок с винтовыми крышками типов RTB и RTS / Д.С. Алкаев, В.Ф.
Толкачев, Э.С. Гореньков // Международная научно-практическая конференция «Технологические и микробиологические проблемы консервирования и хранения плодов и овощей», Москва – Видное. – 2007. – С.26–29.
9. Робсман, Г.И. О требованиях к процессу укупоривания стеклянных банок вин товыми крышками типа ТО по ГОСТ 25749-2005 / Г.И. Робсман, А.Н. Горенькова, Ю.К. Туркин, Д.С. Алкаев, В.Ф. Толкачев // Международная научно-практическая конференция «Технологические и микробиологические проблемы консервирова ния и хранения плодов и овощей», Москва – Видное. – 2007. – С.255–260.
10. Гореньков, Э.С. О создании технологического потока и линии фасования соков и укупоривания стеклянных банок винтовыми крышками / Э.С. Гореньков, Д.С Алкаев // Научно-практическая конференция «Интеграция фундаментальных и прикладных исследований – основа развития современных аграрно-пищевых тех нологий» - Углич – 2007. – С.76–77.
11. Гореньков, Э.С. Новые технологии и отечественное оборудование по наполне нию, укупориванию и контролю герметичности стеклянной тары с винтовой уку поркой / Э.С. Гореньков, А.Н. Горенькова, Д.С. Алкаев // IX Международная науч но-практическая конференция «Инновационные технологии в пищевой промыш ленности», Р.Беларусь, г.Минск, 2010. – С.510–513.
12. Гореньков, Э.С. О создании технологического потока фасовки консервирован ной продукции и укупоривания стеклянных банок винтовыми крышками / Э.С. Го реньков, А.Н. Горенькова, Д.С. Алкаев // VIII Международная научно практическая конференция, Р.Беларусь, г. Могилев, 2011. – С.44–45.