Кейс Натуральне, смачне, непрокисне
Збереження сільськогосподарської продукції не менш важливо, ніж розширення площ посіву або збільшення поголів'я худоби… Свіже молоко смачне і корисне, але швидко псується. Термооброблене та консервоване молоко довго не псується, але помітно втрачає смакові та корисні якості. Вчені знайшли вихід: потрібно молоко емульгувати – воно довго не псується, зберігає корисні властивості без консервантів і термообробок і навіть смачніше за натуральне молоко. Але розроблена при цьому технологія дала кілька збоїв. Мені запропонували спробувати «щось із цим зробити»…
ВИХІДНА ПРОБЛЕМА
Емульгування молока - це дроблення кожної частинки жиру в молоці на дрібні крапельки за допомогою кавітаційного ефекту (див. врізання). Для цього пропускають молоко через відцентровий насос-емульгатор. Крильчатка насоса влаштована так, що утворює в молоці бульбашки кавітації, які і розривають великі краплі жиру на безліч дрібних.
Умови емульгування молока такі:
• кожна крапля жиру повинна пройти через насосемульгатор не менше чотирьох разів;
• молоко в процесі емульгування не повинно контактувати з повітрям.
І ще: замовник одразу пояснив, що збільшувати кількість насосів-емульгаторів у встановленні неможливо – це дуже дороге імпортне обладнання.
Під час проектування заводу емульгованого молока, що працює за наведеною нижче схемою (див. рис. 1), проектувальники зустрілися з «нерозв'язними» проблемами.
Насос-емульгатор забирає по нижній трубі молоко з бака ємністю п'ять кубометрів, емульгує його, а потім повертає в бак по верхній трубі. Довжина труб за антисептичними вимогами не повинна перевищувати 20 метрів (при внутрішньому діаметрі 100міліметрів). Вся система герметизована та повністю заповнена молоком, щоб не було контакту з повітрям. Після чотириразового пропускання кожної краплі молока через емульгатор, продукт готовий до розфасовки в герметичну тару.
Але як дізнатися, що кожна крапелька молока чотири рази пройшла через емульгатор? Адже після емульгатора молоко виливається назад у бак і поєднується з неемульгованим! З деяких «застійних» куточків бака молоко взагалі може не потрапити в емульгатор… А крапля неемульгованого молока може стати осередком псування всього емульгованого!
Як злити п'ять тонн емульгованого молока із бака? Адже контакт молока з повітрям неприпустимий, для зливу потрібно розгерметизувати бак, впустити повітря.
Крім того, як із загерметизованого бака видаляти повітря, що виділяється з молока під час емульгування?
І ще безліч подібних проблем…
ТРАДИЦІЙНИЙ ШЛЯХ РІШЕННЯ ПРОБЛЕМ
Досвідчених проектувальників проблеми анітрохи не збентежили.
Потрібно перевіряти кожну крапельку молока? Встановимо закордонний лазерний аналізатор із обробкою даних на ЕОМ! Так, коштує дорого, нічого не вдієш.
Потрібно відокремити емульговані крапельки від необроблених? Встановимо електростатичний сепаратор, набитий електронікою та автоматикою! Чи потрібно зливати молоко без доступу повітря? Замість повітря впустимо в бак азот!
Чи знадобиться багато азоту? Встановимо спеціальний пристрій для отримання азоту зі зрідженого повітря!
Природно, за такого «широкого підходу» проектувальників проектна вартість молзаводу виявилася на порядок вищою за плановану замовником. І цей проект, як «надзвичайно неефективний та дорогий», замовник «зарубав на корені».
Населення мало не залишилося чудового продукту.
ЯК МИ ВИРІШИЛИ ПРОБЛЕМИ З ДОПОМОГЮ ТРИЗ
Якщо теоретично всі п'ять тонн молока помістити в одну замкнуту кільце трубу з внутрішнім діаметром 100 міліметрів, підключену до насоса-емульгатора, то кожна крапелька молока обов'язково пройде обробку один раз. Цю операцію можна повторити чотири рази – і готовий продукт. Але для цього довжина труби має бути понад 160 метрів. А для молзаводів обов'язковими є вимоги санепідемнагляду: максимальна сумарна довжина труби не повинна перевищувати 20 метрів. Виходить, труба («ємність для молока») повинна бути «довга» (160 метрів), щоб вмістилося 5 тонн молока, і має бути «коротка» (20 метрів), щоб дотримувалися правил санітарії. Така постановка завдання часто видається важкою, нерозв'язною, а для фахівців з ТРВЗ це підказка – до вирішення «рукою подати».
Суперечливі вимоги задачі дозволяємо у просторі та часі: в одному місці та часі ємність «довга, об'ємна», що вміщує 5 тонн молока для зберігання; в іншому місці та часі – ємність «коротка, необ'ємна», в якій проводиться емульгування.
Вийшла проста схема роботи заводу емульгованого молока (див. рис. 2).
Молоко в короткій трубі на деякий час відсікається від основної маси, герметизується і чотири рази проганяється по двадцятиметровому кільцю труби через емульгатор. Потім емульговане молоко надходить у посудину-накопичувач, а нова партія необробленого молока надходить у кільце. І цикл повторюється.
Перемикання триходових кранів-перемикачів роблять через час трохи більше, ніж потрібно для чотириразового прогону молока через емульгатор.
Емульговане молоко зберігають у баку з «плаваючим» поршнем, що оберігає молоко від контакту з повітрям.
Якщо в герметично замкнутій системі з молока при емульгації виділилося повітря, він сам себе негайно видаляє в атмосферу за допомогою перепускного клапана, встановленого у верхній точці труб (див. рис. 3). У той же час надлишковий тиск усередині системи не дозволить повітрю зовні потрапити до системи.
РЕЗУЛЬТАТ
У результаті схема заводу емульгованого молока вийшла настільки простою, що замовник впровадив її навіть без розробки спеціального дорогого проекту, прямо від ескізних начерків перейшов до виготовлення та монтажу обладнання.
Вартість проекту була знижена на порядок, вага – у кілька разів, а термін запуску – удвічі. Подано заявку та йде процес патентування даного технологічного процесу емульгування молока за допомогою кавітації.
КАВІТАЦІЯ (від латів. cavitas – порожнеча) – утворення у рідині порожнин (кавітаційних бульбашок, чи каверн), заповнених газом, парою чи його сумішшю. Кавітація виникає в результаті місцевого зниження тиску в рідині, яке може відбуватися або зі збільшенням її швидкості (гідродинамічна кавітація), або при проходженні акустичної хвилі великої інтенсивності під час напівперіоду розрідження (акустична кавітація). Переміщаючись з потоком в область вищого тиску або під час напівперіоду стиснення, кавітаційний пляшечку закривається, випромінюючи при цьому ударну хвилю.
Для кого: Інженер, Маркетолог, Підприємець
Тип вирішуваної задачі: Хімія,Техніка,Бізнес
Навички, що набувають: постановка задачі, розв'язання задачі