Процессы мойки бытовых изделий и посуды

Мойка посуды в бытовых условиях является одной из наиболее трудоемких операций и составляет 12– 15 % общих затрат времени на домашние работы. Внедрение в быт посудомоечных машин значительно облегчает труд и освобождает время, а также эффективнее используются вода и моющее средство. Кроме этого, мойка посуды в машине более гигиенична, чем ручная. Технология мойки посуды по физическим явлениям аналогична стирке белья, однако процесс мойки проще. Во-первых, ассортимент моющихся изделий меньше, чем изделий для стирки. Для мойки в быту количество изделий едва превышает десяти, включая фарфор, керамику, деревянные, пластмассовые, металлические и эмалированные изделия. Во-вторых, хотя загрязнения имеют разнообразный характер, но они, как правило, имеют небольшую адгезию и легко удаляются с моющихся изделий. В-третьих, моющиеся изделия находятся в статическом состоянии, что значительно упрощает создание оптимальных гидродинамических полей в камере посудомоечной машины.

При мытье посуды под воздействием струи воды (гидродинамическое воздействие) уменьшается адгезия загрязнителя к посуде и удаляются загрязнения с посуды. Для уменьшения адгезии в струю воды добавляют моющее средство (поверхностно-активное вещество – ПАВ), которое уменьшает силу сцепления загрязнителя с обрабатываемой поверхностью. Молекулы ПАВ обладают особым строением – они дифильны, т. е. состоят из двух частей: гидрофильной группы (легко взаимодействующей с водой) и гидрофобного углеродистого радикала (не взаимодействующего с водой). Поэтому одна часть молекул ПАВ взаимодействует с водой, а другая – с обрабатываемой поверхностью. Снижая поверхностное натяжение на границе раздела фаз, ПАВ проникают в виде молекулярной пленки между поверхностью и загрязнением, разделяя их. Кроме этого, при взаимодействии ПАВ с жирами происходит гидролиз жиров. Активность гидролиза зависит от температуры моющего раствора, которая должна быть в пределах 75– 80 . Современные ПАВ позволяют значительно снизить температуру моющего раствора (50 ).

В бытовых посудомоечных машинах применяют механический, погружной и водоструйный способы мойки.

Механический способ мойки, основанный на применении щеток различного типа, был применен в посудомоечных машинах ранних образцов. Из-за сложности конфигурации бытовой посуды и приборов механический способ нашел применение только для мытья однотипной посуды массового производства, например, бутылок, используемых в пищевой промышленности.

Погружной способ мойки аналогичен активаторному способу, применяемому в стиральных машинах: посуда погружается в бак с моющим раствором, а активатор усиливает действие раствора. Пневматические активаторы применяют в машинах с баком, разделенным на две камеры.

Камеры соединены между собой через трехходовой клапан с вакуум-насосом. При переключении клапана в камерах поочередно создается разрежение, что приводит к перетеканию раствора из одной камеры в другую и наоборот. При этом смываются загрязнения с находящейся в камере посуды. Ультразвуковые вибраторы или комбинацию активатора и ультразвукового вибратора применяют в посудомоечных машинах для получения возвратно-поступательного перемещения частиц моющего раствора под действием кавитации, возникшей при направленном прохождении через раствор ультразвуковых колебаний. Однако машины с ультразвуковым вибратором имеют увеличенные размеры и сложны в изготовлении. Также недостатком погружного способа являются значительные расходы электроэнергии и воды.

Водоструйный способ мойки основан на физико-химическом и гидравлическом воздействии струи моющего раствора на поверхность посуды. В машинах с водоструйным способом моечный бак заполняется водой частично; посуду размещают выше уровня воды в корзинах. Моющий раствор через вращающиеся разбрызгиватели или импеллеры подается на посуду циркуляционным насосом под давлением. Водоструйный способ, обеспечивающий лучшие показатели качества мытья по сравнению с другими способами мойки посуды, конструктивно прост, легко поддается автоматизации и дает наименьшие затраты воды, электроэнергии и моющих средств. В настоящее время этот способ является традиционным для бытовых автоматических посудомоечных машин. Эффективность водоструйного способа зависит от давления на выходе из разбрызгивателей, их конструкции и размеров, вида смываемого загрязнения, температуры моющего раствора, расстояния от разбрызгивателей до посуды, угла между струей и смываемой поверхностью, а также от времени мойки. Из графиков на рис. 73 видно, что при повышении температуры раствора до 60 смываемость резко увеличивается, однако при дальнейшем подогреве раствора интенсивность смываемости замедляется [22]. Основная масса (60– 90%) загрязнений смывается в течение 3 мин, полный смыв загрязнений происходит за 5 мин. Удельная энергия размыва представляет собой отношение энергии, израсходованной на размыв определенного количества загрязнений, к соответствующей размытой площади:

,

где – расход моющего раствора; – давление у выхода в насадок; – площадь, размываемая струей.

Удельная энергия размыва зависит от температуры раствора и времени воздействия струи (рис. 74). Анализ графика показывает, что минимальной энергией размыва в исследуемом диапазоне давлений (0,1– 0,5 МПа) обладает струя воды (моющего раствора) давлением 0,1 МПа. Во время эксперимента отверстие в насадке имело диаметр 2,5 мм. На рис. 75 показаны зависимости смываемости яичного желтка (наиболее трудно смываемое загрязнение) от температуры моющей струи при различных давлениях. Из графиков следует, что для достижения 100% смываемости температура должна быть 80 , а давление в насадке 0,4– 0,5 МПа.

 

Рис. 73. Зависимость смываемости от времени воздействия струи

при давлении (р = 0,5 МПа) и температуры моющего раствора:

1 – 40 ; 2 – 50 ; 3 – 60 ; 4 – 70 ; 5 – 80

 

Рис. 74. Зависимость удельной энергии размыва от времени размыва,

давления струи и температуры моющего раствора:

1 – ; 2 – ;

3 – ; 4 – ;

5 – ; 6 –

Рис. 75. Зависимость смываемости яичного желтка:

а – от температуры моющего раствора при времени размыва 3 мин при различном давлении струи воды (моющего раствора):

1 – = 0,1 МПа; 2 – = 0,2 МПа; 3 – = 0,3 МПа; 4 – = 0,4 МПа; 5 – = 0,5 МПа;

б – от давления у входа в насадок за 1 мин обработки посуды:

6 – = 40 ; 7 – = 50 ; 8 – = 60 ; 9 – = 70 ; 10 – = 80

Качество мойки посуды во многом определяется правильным выбором параметров потокообразования моющего раствора, давления струи раствора, количеством и эффективностью моющих средств, автоматически выдаваемых дозатором, а также температурой моющего раствора.

Механическое воздействие при мойке должно быть по возможности максимальным. При выборе параметров струи необходимо, чтобы в конкретном моющем устройстве на поверхность объекта мойки воздействовал сплошной участок струи. Известно, что струя состоит из двух основных участков: сплошного и распадающегося. При переходе от первого участка ко второму происходит резкое падение энергии струи, так как она расходуется на разрыв струи и образование капель. Эффективность мойки увеличивается в том случае, если струя направлена перпендикулярно обрабатываемой поверхности объекта. Сила воздействия струи на стенки в этом случае может быть определена по формулам - [Липатов Н.Н. Процессы и аппараты пищевых производств, 1986].

 

 

Рис. 76. Схема воздействия жидкости на стену:

а – плоскую; б – выпуклую; в – вогнутую

 

Воздействие жидкостной струи на стенку сосуда зависит от плотности жидкости, ее расхода и скорости ее движения. Наибольший практический интерес представляет воздействие струи жидкости на стенки разного профиля (рис. 76).

Сила воздействия струи жидкости на плоскую стенку (рис. 76, а) определяется по формуле:

где — плотность жидкости, кг/м3; — расход жидкости, ; v — скорость жидкости, м/с.

Сила воздействия струи на выпуклую стенку (рис. 76, б) может быть определена по формуле:

В случае вогнутой стенки (рис. 76) () сила воздействия будет равна:

 

Во многих моечных машинах для мойки посуды, инвентаря, оборудования струя моющей жидкости действительно направлена перпендикулярно поверхности. Однако в этом случае воздействию струи подвергается только небольшой участок поверхности посуды, а остальная ее поверхность лишь омывается жидкостной пленкой. В связи с этим можно применять вращающиеся сопла для подачи моющих жидкостей (рис. 77). В этом случае жидкость воздействует на всю поверхность посуды.

Рис. 77. Схема воздействия на поверхность посуды

струй моющих жидкостей, подаваемых:

а – из неподвижных сопел; б – вращающихся сопел

 

Как правило, проектирование начинается с анализа уже известных конструкций, выбора типа разбрызгивателя, определения вместимости моечной камеры при различных формах выходных отверстий разбрызгивателя и исследования ряда зависимостей, которые позволяют оптимизировать элементы конструкции. Определяют минимальное количество воды, способное обеспечить нормальную циркуляцию и стабильную работу циркуляционного насоса. Исследования проводят при холодном и горячем водоснабжении с фильтром и без него, с чистой и загрязненной посудой. Зависимость давления от количества раствора в моечной камере приведена на рис. 78. Исходя из полученных результатов выбирают частоту вращения циркуляционного насоса и давление. После этого при выбранном давлении определяют зависимость качества мытья от количества воды в моющей камере (рис. 79, а), давления воды в магистрали (рис. 79, б) и температуры моющего раствора (рис. 79, в). Затем анализируют результаты и выбирают конструкцию с соответствующими метрами. Данные анализа показали, что для принятой конструкции достаточным является 7 л моющего раствора; аналогичная зарубежная машина, например модель А1208 фирмы «Кенвуд» (Kenwood, США) использует 10 л раствора.

 

Рис. 78. Зависимость давления от количества моющего раствора при различной частоте вращения насоса:

1 – = 1420 об/мин; 2 – = 2160 об/мин; 3 – я = 2700 об/мин

нестабильная работа насоса; ------------- стабильная работа насоса

 

Рис. 79. Зависимость качества мойки :

a – от количества раствора в моечной камере; б – от давления в магистрали;

в – от температуры моющего раствора

 

Созданная на основе проведенных исследований конструкция посудомоечной машины позволила снизить потребление воды на 30 % и, соответственно, расход электроэнергии на ее подогрев, а также расход моющих и ополаскивающих средств и времени на мытье посуды.

Увеличение воды в моечной камере с 7 до 10 л (см. рис. 79, а) практически не повышает качества мытья, а расход электроэнергии, необходимый на подогрев моющего раствора, увеличивается на 18 %, т. е. увеличение количества воды не повышает качества мытья. На качество мытья значительно влияет давление в напорной магистрали (см. рис. 79, б). Однако давление воды ограничивается массой и конструкцией корзин: нельзя допустить колебание (дрожание) посуды в процессе мытья, особенно тонкого хрусталя и других хрупких изделий во избежание их повреждения. Для принятой конструкции машин оптимальной температурой подогрева моющего раствора и воды следует считать 65 , так как дальнейшее повышение температуры незначительно повышает качество мытья. Концентрацию моющих средств также не следует увеличивать более 0,004 весовых частей.

 

 

Загрязненную посуду загружают в машину. Посуда, столовые приборы, отобранные для испытаний, должны быть первого сорта, причем столовая посуда должна быть без украшений, средней толщины и из белого глазурованного фарфора. Стеклянные изделия должны иметь прямые края, быть прозрачными и не иметь украшений. Принадлежности для сервировки и приема пищи должны быть из нержавеющей стали, гладкими, без гравировки, не иметь режущих острых краев. Затем засыпают моющие и ополаскивающие вещества и проводят один цикл мойки.

Оценку производят по трехбальной системе. Предметы осматривают в течение 10 с при освещении рассеянным светом 1000–1500 лк. После проведения цикла высокую оценку (два балла) получает совершенно не загрязненное изделие; один балл получает изделие, имеющее загрязненную площадь не более 4 мм, а ноль баллов получает неприемлемое изделие с загрязнением более 4 мм. Показатель рассчитывают для каждой номенклатуры столовой посуды по формуле:

,

где – общая сумма баллов при оценке мытья всего комплекта; – максимально возможное число баллов по общему числу изделий.

Показатели качества сушки Кс измеряют одновременно с показателями качества мытья или независимо от них. Метод измерения показателей Кс аналогичен методу определения показателей /С„. В том случае, если измерения показателей Кс проводятся вместе с определением показателей Кк, то вначале измеряют показатели /Сс, а затем Км-Показатели Кс определяют спустя 30 мин после окончания цикла, по трехбальной системе. «Сухим» считается изделие, на котором нет признаков влаги, причем не учитывается влага, находящаяся на участках сложной формы. Такое изделие оценивается в два балла. «Посредственное» изделие, имеющее каплю влаги или влажный след, оценивается в один балл. «Влажным» считается изделие, на поверхности которого имеется более двух капель воды или влажный след и одна капля, или два влажных следа. Время оценки каждого изделия не должно превышать 3 с. Показатель Кс определяют по формуле

Кс = В/2А,

где В – общее число баллов при оценке всего комплекта; 2Д – максимально возможное число баллов по общему числу изделий.