Применение насосного оборудования в пищевой промышленности

Оздоровление и интенсификация экономики России в целом не могли не сказаться благоприятно на состоянии ведущих отраслей промышленности. Особенно наглядно эта тенденция заметна в пищевой индустрии, где ежегодный прирост составляет в среднем 5-6%.

     Сегодня этот стратегически важный для страны сегмент рынка насчитывает свыше 30 отраслей с более чем 60 подотраслями и видами производства и объединяет тысячи предприятий различных форм собственности.  Доля индустрии в общем промышленном производстве страны приближается к 20%.

     Но на фоне впечатляющего роста отрасли становятся очевидны и проблемы. Главная из них – несоответствие технического оснащения ряда предприятий, особенно старых, современным требованиям пищевого производства. Устаревшее оборудование, низкая энергоэффективность – все это повышает издержки, негативно влияет на качество и снижает конкурентоспособность продукции. Поэтому вопрос модернизации стоит чрезвычайно остро.

      Среди прочего оснащения предприятий пищепрома особое место отводится насосному оборудованию. С учетом того, что именно оно требует более 20% потребляемой электроэнергии, важность применения современных агрегатов становится очевидной.

Виды насосного оборудования для пищевых производств

 Необходимо отметить, что особенностью перекачиваемых жидких пищевых  продуктов является широкий диапазон по вязкости: от маловязких до высоковязких и труднотекучих жидкостей. Очевидно, что от качества насосного оборудования  и его правильной работы зависит весь технологический процесс.

Рассмотрим подробнее различные виды пищевого насосного оборудования. Все насосы, в том числе и пищевые, бывают двух типов: динамическими и объемными. Динамические насосы используются, если необходимо обеспечить большой расход перекачиваемой жидкости при небольшом давлении нагнетания. Такие насосы применяют при производстве мало- и средневязких пищевых жидкостей - например, молока, пива и других напитков. Объемные же насосы нужны, если необходимо обеспечить высокое давление нагнетания при относительно небольших расходах перекачиваемой жидкости. Насосы этого типа оптимальны для вязких жидкостей - например,  сметаны, творога, майонеза, мороженого.

Самым распространённым видом динамических насосов на производстве являются центробежные насосы, которые составляют до 80% всех пищевых насосов. На следующем месте по распространённости находятся роторные насосы, относящиеся к объёмному типу насосов. В настоящее время всё более широкое распространение получают одновинтовые, вихревые, шнековые и поршневые насосы.

Начнем с центробежных насосов. Перекачивание жидкости в такого типа насосах производится вращением одного или нескольких рабочих колес. Необходимое давление на выходе из насоса обеспечивается посредством передачи энергии от рабочего колеса жидкости.

По количеству рабочих колёс такие  насосы бывают одно- и многоступенчатые. Одноступенчатые насосы (насосы с одним рабочим колесом) способны обеспечивать небольшой напор. Если необходим высокий напор, то следует использовать многоступенчатый агрегат с расположенным последовательно рядом рабочих колес.

Исполнение насоса может быть с открытым и закрытым рабочим колесом. Использование насоса с открытым рабочим колесом исключает образование застойных зон и обеспечивает хорошую промываемость, а также даёт возможность перекачивать жидкости с содержанием взвешенных частиц.

Центробежные насосы используются, как правило, при производстве мало- и средневязких продуктов -  молока и молочных продуктов, пивобезалкогольной продукции и т.д. Например, в технологических линиях по производству мороженого компании «Нестле-Кубань» на подаче продукта из емкостей на этапе созревания далее во фризер и на фасовку используются одноступенчатые центробежные насосы Hilge серий Euro-Hygia S-II/25А  и S-II/60В. Всего на этом заводе их установлено несколько десятков. Оборудование обеспечивает бесперебойную круглосуточную работу трех технологических линий производительностью 500-1000 л/час каждая (в зависимости от заказа). Каждые двое суток, по графику, осуществляется CIP-мойка всего оборудования.      

Не менее часто центробежные насосы применяются на линиях подачи и проталкивания жидкостей через теплообменные аппараты, фильтры и сепараторы, в установках для циркуляционной безразборной промывки и безразборной стерилизации (SIP).

Другим типом динамических насосов является вихревой насос. Рабочее колесо вихревого насоса аналогично колесу центробежного насоса засасывает жидкость из внутренней части канала и нагнетает её во внешнюю, в результате чего возникает продольный вихрь. Как правило, такое колесо имеет радиальные или наклонные лопатки. Особенностью данного типа насосов являются относительно низкий КПД (не более 45% в рабочем режиме) и непригодность для транспортировки жидкости, содержащей абразивные примеси. Таким образом, вихревые насосы используют при необходимости создания большого напора при малой подаче и для перекачивания продуктов малой вязкости, которые могут содержать газы. Подобный тип насосов применяют для разгрузки молока, пива, спирта и прочих жидкостей из автомобильных цистерн, а также для CIP-мойки.

К объёмным насосам, используемым в пищевой промышленности, относятся винтовые, шестерённые и роторные насосы.

Винтовые насосы достаточно хорошо известны российскому потребителю. Характерными чертами данного типа являются низкая чувствительность к абразивным свойствам перекачиваемой жидкости и наличию в ней твердых и волокнистых включений, а также способность перекачивать среды с высоким уровнем вязкости без нарушения структуры среды и без заметного снижения производительности насоса. Таким образом, основной областью применения одновинтовых насосов становятся перекачивание высоковязких и труднотекучих жидкостей, таких как паштет, творог, пасты, фарш. При правильном подборе технических параметров вихревые насосы не оказывают механического воздействия на перекачиваемую среду. Данные насосы обладают высокой самовсасывающей способностью. Они широко используются для подачи начинок в конфеты, мороженое, глазированные сырки.

Ещё одним типом объёмных насосов являются роторные насосы. Данный вид не заменяет винтовые  устройства, а дополняет их. Они также способны бережно перекачивать продукт без нарушения структуры. Их преимуществами перед другими объёмными типами механизмов являются соотношение габаритных размеров и производительности, а также тихоходность при эксплуатации. Конструкция роторных насосов допускает их изготовление с рубашкой обогрева или охлаждения, в зависимости от требований технологии перекачиваемого продукта.

Гигиенические и технические требования к насосному оборудованию

В связи со спецификой отрасли к пищевым насосам предъявляются крайне строгие критерии выбора.  Во-первых, это жесткие гигиенические требования к материалу, из которого изготовлен насос. Качественное насосное оборудование для пищевых производств должно удовлетворять международным нормам и стандартам, таким как, например, Руководству по машиностроению Евросоюза, Правилам и нормам GMP, Нормам FDA, Санитарным нормам 3A, Гигиеническим нормативам пищевой промышленности, стандартам DIN EN 12462 Биотехнологии, рекомендациям EHEDG (European Hygienic Equipment Design Group — Еврокомиссия по проектированию и производству санитарно-технического оборудования) и QHD (Qualified Hygienic Design — проектирование с соблюдением правил гигиены). В российской пищевой отрасли оборудование в обязательном порядке должно проходить  сертификацию с оформлением сертификата соответствия, поэтому от продавца следует требовать гигиеническое заключение, положительный отчёт и заключение от испытательной лаборатории, разрешение Госгортехнадзора РФ.

Во-вторых, это высокогигиеничная конструкция проточной части насоса (без застойных зон и микротрещин), полностью разборная.

В-третьих, возможность быстрого доступа к проточной части насоса и промывки рабочих органов дезинфицирующими средствами, а также пригодность для автоматической CIP-мойки и стерилизации. И, наконец, минимальное воздействие на перекачиваемый продукт с точки зрения изменения его структуры, следовательно, и качества.

Основной вопрос при выборе всех пищевых насосов - это их качество: качество конструкции, качество изготовления и, соответственно, качество эксплуатации. Одной из главных проблем для производителей пищевых насосов является вопрос создания надежного, недорогого, удобного в эксплуатации узла уплотнения насоса. Он позволяет минимизировать потери дорогого пищевого продукта, а главное - уменьшить убытки от простоя пищевого оборудования, связанного с ремонтом насосов.

При выборе типа уплотнения необходимо обращать внимание не только на конструкцию, но и на  материал уплотнения  с учётом специфики перекачиваемой жидкости. В зависимости от  перекачиваемой жидкости применяют одинарные и двойные торцевые уплотнения, которые обеспечивают бесперебойную работу оборудования. В качестве материала для одинарных торцевых уплотнений используются графит/нержавеющая сталь, карбид кремния/карбид кремния и т.п. Для вторичного уплотнения выбирают, как правило, о-образное уплотнительное кольцо из эластомера. В качестве эластомера часто применяют нитрильный каучук, реже - фторсодержащий каучук, а для водосодержащих продуктов – этилен-пропиленовый каучук.

Важен также и материал, из которого изготовлен сам насос, в особенности материал деталей проточной части, которая соприкасается с пищевым продуктом. Это должен быть устойчивый к коррозии материал, такой как нержавеющая сталь, разрешённый к использованию в пищевом производстве, имеющий соответствующие гигиенические сертификаты. Надо отметить, что до сих пор еще на пищевом производстве используются  насосы в чугунном исполнении, что является абсолютно неприемлемым, ввиду низкой коррозионной стойкости чугуна и достаточно высокой шероховатости поверхности, что может помешать качественной промывке. Очевидно, что продукты коррозии и возможное микробное заражение крайне отрицательно воздействуют на перекачиваемый продукт!

 Важна и обработка поверхности проточной части насоса. Для получения однородной гладкой поверхности осуществляют полировку с использованием специального электрохимического метода, применение которого основано на свойстве нержавеющей стали образовывать защитную пленку из оксида хрома. Так, например, все насосы Hilge изготовлены из катанной хромоникелевомолибденовой стали методом глубокой вытяжки с электрополированной поверхностью, что обеспечивает соблюдение самых высоких гигиенических норм.

     Динамичное развитие сегмента пищевых продуктов способствует постоянному повышению требований к качеству продовольствия. Накал конкурентной борьбы здесь высок. Особенно он обострится в связи со скорым вступлением нашей страны в ВТО. Поэтому промышленники должны хорошо осознавать – преимущество получат те из них, кто вовремя провел модернизацию производства, отдав предпочтение современному высокотехнологичному, энергоэффективному  и гигиенически безупречному оборудованию.