КейсыСегодня кейсов в Базе - 66

Сохранение сельскохозяйственной продукции не менее важно, чем расширение площадей посева или увеличение поголовья скота…Свежее молоко вкусно и полезно, но быстро портится. Термообработанное и консервированное молоко долго не портится, но заметно теряет вкусовые и полезные качества. Ученые нашли выход: нужно молоко эмульгировать – оно долго не портится, сохраняет полезные свойства без консервантов и термообработок и даже вкуснее натурального молока. Но разработанная для этого технология дала несколько сбоев. Мне предложили попробовать «что-то с этим сделать»…

 

ИСХОДНАЯ ПРОБЛЕМА

 

Эмульгирование молока – это дробление каждой частички жира в молоке на мельчайшие капельки с помощью эффекта кавитации (см. врезку). Для этого пропускают молоко через центробежный насос-эмульгатор. Крыльчатка насоса устроена так, что образует в молоке кавитационные пузырьки, которые и разрывают крупные капли жира на множество мельчайших.

Условия эмульгирования молока таковы:

•  каждая капля жира должна пройти через насосэмульгатор не менее четырех раз;

•  молоко в процессе эмульгирования не должно иметь контакта с воздухом.

 

И еще: заказчик сразу пояснил, что увеличивать количество насосов-эмульгаторов в установке невозможно – это очень дорогое импортное оборудование.

При проектировании завода эмульгированного молока, работающего по приведенной ниже схеме (см. рис. 1), проектировщики встретились с «неразрешимыми» проблемами.

 

 

Насос-эмульгатор забирает по нижней трубе молоко из бака емкостью пять кубометров, эмульгирует его и затем возвращает в бак по верхней трубе. Длина труб по антисептическим требованиям не должна превышать 20 метров (при внутреннем диаметре 100 миллиметров). Вся система герметизирована и полностью заполнена молоком, чтобы не было контакта с воздухом. После четырехкратного пропускания каждой капли молока через эмульгатор продукт готов к расфасовке в герметичную тару.

Но как узнать, что абсолютно каждая капелька молока четыре раза прошла через эмульгатор? Ведь после эмульгатора молоко выливается обратно в бак и смешивается с неэмульгированным! Из некоторых «застойных» уголков бака молоко вообще может не попасть в эмульгатор… А капля неэмульгированного молока может стать очагом порчи всего эмульгированного!

Как слить пять тонн эмульгированного молока из бака? Ведь контакт молока с воздухом недопустим, для слива нужно разгерметизировать бак, впустить воздух.

Кроме того, как из загерметизированного бака удалять воздух, который выделяется из молока при эмульгировании?

И еще масса подобных проблем…

 

ТРАДИЦИОННЫЙ ПУТЬ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ

 

Бывалых проектировщиков проблемы ничуть не смутили.

Нужно проверять каждую капельку молока? Установим зарубежный лазерный анализатор с обработкой данных на ЭВМ! Да, стоит дорого, ничего не поделаешь...

Нужно отделить эмульгированные капельки от необработанных? Установим электростатический сепаратор, набитый электроникой и автоматикой! Нужно сливать молоко без доступа воздуха? Вместо воздуха впустим в бак азот!

Понадобится много азота? Установим специальное устройство для получения азота из сжиженного воздуха!

И т. д., и т. п.

Естественно, при таком «широком подходе» проектировщиков проектная стоимость молзавода оказалась на порядок выше планируемой заказчиком. И этот проект, как «чрезвычайно неэффективный и дорогостоящий», заказчик «зарубил на корню».

Население чуть было не осталось беззамечательного продукта...

 

КАК МЫ РЕШИЛИ ПРОБЛЕМЫ С ПОМОЩЬЮ ТРИЗ

 

Если теоретически все пять тонн молока поместить в одну замкнутую в кольцо трубу с внутренним диаметром 100 миллиметров, подключенную к насосу-эмульгатору, то каждая капелька молока обязательно пройдет обработку один раз. Эту операцию можно повторить четыре раза – и продукт готов. Но для этого длина трубы должна быть более 160 метров. А для молзаводов обязательны требования санэпидемнадзора: максимальная суммарная длина трубы не должна превышать 20 метров. Выходит, труба («емкость для молока») должна быть «длинная» (160 метров), чтобы поместилось 5 тонн молока, и должна быть «короткая» (20 метров), чтобы соблюдались правила санитарии. Такая постановка задачи часто кажется трудной, неразрешимой, а для специалистов по ТРИЗ это подсказка – до решения «рукой подать».

Противоречивые требования задачи разрешаем в пространстве и времени: в одном месте и времени емкость «длинная, объемная», вмещающая 5 тонн молока для хранения; в другом месте и времени – емкость «короткая, необъемная», в которой производится эмульгирование.

Получилась простая схема работы завода эмульгированного молока (см. рис. 2).

 

 

Молоко в короткой трубе на некоторое время «отсекается» от основной массы,  герметизируется и четыре раза прогоняется по двадцатиметровому кольцу трубы через эмульгатор. Затем эмульгированное молоко поступает в сосуд-накопитель, а новая партия необработанного молока поступает в кольцо. И цикл повторяется.

Переключение трехходовых кранов-переключателей производят через время чуть большее, чем нужно для четырехкратного прогона молока через эмульгатор.

Эмульгированное молоко хранят в баке с «плавающим» поршнем, предохраняющим молоко от контакта с воздухом.

Если в герметично замкнутой системе из молока при эмульгации выделился воздух, он «сам себя» немедленно удаляет в атмосферу с помощью перепускного клапана, установленного в самой верхней точке труб (см. рис. 3). В то же время избыточное давление внутри системы не позволит воздуху снаружи попасть в систему.

 

РЕЗУЛЬТАТ

 

В результате схема завода эмульгированного молока получилась настолько простой, что заказчик внедрил ее даже без разработки специального дорогостоящего проекта, прямо от эскизных набросков перешел к изготовлению и монтажу оборудования.

Стоимость проекта была снижена на порядок, вес – в несколько раз, а срок запуска – в два раза.  Подана заявка и идет процесс патентования данного технологического процесса эмульгирования молока с помощью кавитации.

 

 

 

КАВИТАЦИЯ (от лат. cavitas – пустота) – образование в жидкости полостей (кавитационных пузырьков, или каверн), заполненных газом, паром или их смесью. Кавитация возникает в результате местного понижения давления в жидкости, которое может происходить либо при увеличении ее скорости (гидродинамическая кавитация), либо при прохождении акустической волны большой интенсивности во время полупериода разрежения (акустическая кавитация). Перемещаясь с потоком в область более высокого давления или во время полупериода сжатия, кавитационный пузырек захлопывается, излучая при этом ударную волну.