金 拯

（1.上海與進(jìn)智能科技有限公司，上海 201800；2.煙臺(tái)睿加節(jié)能科技有限公司，山東 煙臺(tái) 264000）

0 引言

我國幅員遼闊、物產(chǎn)豐富，是水果和蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)、加工和消費(fèi)大國。水果和蔬菜產(chǎn)量穩(wěn)步增長，多年來穩(wěn)居世界第一，2018年我國水果和蔬菜總產(chǎn)量分別達(dá)2.57億噸和7.03億噸，農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)快速發(fā)展[1]。

農(nóng)產(chǎn)品加工通常需要使用清洗設(shè)備，在加工的開始、中間和末尾都可能會(huì)有清洗的工序。清洗設(shè)備種類較多，如氣泡清洗機(jī)、毛刷清洗機(jī)和高壓水清洗機(jī)等，有非連續(xù)式清洗和連續(xù)式清洗方式，根據(jù)具體情況可以用單臺(tái)設(shè)備或由多臺(tái)設(shè)備組成的生產(chǎn)線清洗。

理想的情況是物料經(jīng)過清洗后能夠被清洗干凈而雜質(zhì)也被收集去除。清洗設(shè)備中雜質(zhì)的去除（以下簡稱去雜）和清洗同樣重要，分析清洗和去雜的技術(shù)有助于設(shè)計(jì)和應(yīng)用清洗設(shè)備，避免設(shè)備性能出現(xiàn)“短板”。

1 常用農(nóng)產(chǎn)品清洗設(shè)備及其去雜的方法

食品的清洗以水洗為主[2-3]，農(nóng)產(chǎn)品常用水浸式清洗，其優(yōu)點(diǎn)是物料不容易受到損傷[3-4]，水浸式清洗設(shè)備中主要有氣泡清洗機(jī)和渦流清洗機(jī)等[5]。

1.1 氣泡清洗機(jī)

氣泡清洗機(jī)中非連續(xù)式和連續(xù)式兩種較為常用，可執(zhí)行粗清洗或精清洗。圖1是氣泡清洗機(jī)原理圖，氣泡清洗機(jī)工作原理是在清洗水池中不斷產(chǎn)生無數(shù)的氣泡，氣泡在水中變化和運(yùn)動(dòng)使物料、水運(yùn)動(dòng)且相互作用，空化現(xiàn)象也對(duì)物料產(chǎn)生沖擊和刷洗的作用，從而使物料得到清洗[4，6-8]。

圖1 氣泡清洗機(jī)原理圖

1.2 渦流清洗機(jī)

渦流清洗機(jī)（也稱渦旋清洗機(jī)），一般用于連續(xù)式清洗，圖2是一種渦流清洗機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是渦流清洗機(jī)出料端的照片。物料從進(jìn)料端輸入清洗池中，循環(huán)水泵工作并從側(cè)面進(jìn)水孔和端部進(jìn)水孔等向清洗池中噴射水流，淹沒水射流沖刷物料并推動(dòng)物料向前螺旋式運(yùn)動(dòng)，水、物料之間不斷進(jìn)行相互作用，使雜質(zhì)從物料上脫落，從而實(shí)現(xiàn)清洗[9-12]。

圖2 渦流清洗機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 渦流清洗機(jī)出料端

1.3 清洗設(shè)備去雜的方法

農(nóng)產(chǎn)品中常有較多的、各式各樣的雜質(zhì)，特別是可見的雜質(zhì)，一般有灰塵、泥土、砂石、草屑、毛發(fā)、小蟲、血（污水）、泡沫、金屬、塑料等異物以及物料在加工中產(chǎn)生的細(xì)絲和碎片等。水浸式清洗在水中下沉的雜質(zhì)通過沉淀去除，水中漂浮的雜質(zhì)在清洗設(shè)備中的去除方法主要有以下幾種。

1）通過欄板上的孔，如圖1、圖4所示，是一種欄板的照片，部分小于孔的雜質(zhì)可以通過欄板的孔而從物料中分離出去并去除。

圖4 欄板結(jié)構(gòu)

2）利用毛刷輥，如圖5所示，裝置表面是毛刷的轉(zhuǎn)輥，毛刷把經(jīng)過的毛發(fā)等部分雜質(zhì)黏住而使其脫離物料。

圖5 毛刷輥結(jié)構(gòu)

3）使用轉(zhuǎn)籠去雜裝置（也稱除蟲器），如圖2、圖3和圖6所示，在水面設(shè)置空心轉(zhuǎn)筒，轉(zhuǎn)筒表面有孔，部分小蟲等小于孔的雜質(zhì)可以通過孔進(jìn)入轉(zhuǎn)筒內(nèi)部并經(jīng)泄流口排出。

圖6 轉(zhuǎn)籠去雜裝置結(jié)構(gòu)

4）通過振動(dòng)器的孔，如圖2、圖3所示，振動(dòng)器是一有孔的振動(dòng)濾水板機(jī)構(gòu)，部分小于孔的雜質(zhì)在振動(dòng)器的振動(dòng)輸送中從孔中落下而去除。

2 問題和措施

2.1 問題

農(nóng)產(chǎn)品清洗設(shè)備中去雜的機(jī)構(gòu)有欄板、毛刷輥、轉(zhuǎn)籠去雜裝置和振動(dòng)器等，從結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)的問題如下。

1）欄板、轉(zhuǎn)籠去雜裝置和振動(dòng)器上的孔不是足夠大，雜質(zhì)分離的大小有局限性，如圖3、圖4所示，并且孔可能會(huì)被物料遮擋，水力作用下會(huì)出現(xiàn)物料容易黏在或卡在孔上的情況，孔一般不能隨意更換來滿足更多雜質(zhì)的去除，這些都會(huì)影響去雜的效果。

2）轉(zhuǎn)籠去雜裝置、毛刷輥和振動(dòng)器都是處在清洗機(jī)局部的位置去雜，接觸面積有限，與雜質(zhì)接觸的機(jī)會(huì)和時(shí)間也有限。

3）對(duì)于氣泡清洗，在水池中輸入幾千帕到50千帕氣壓的空氣即可實(shí)現(xiàn)良好的清洗效果，故氣體壓力不大，但是過濾孔兩側(cè)的壓差不大也影響去雜效果。

大多數(shù)的水果蔬菜等物料密度較小，在水中是漂浮的，使得草屑、毛發(fā)、小蟲、蝸牛和蒼蠅等密度較小的雜質(zhì)混在物料中難以分離，這類雜質(zhì)目前一般以過濾或黏的方法去除，如欄板、轉(zhuǎn)籠去雜裝置或毛刷輥等[8]。

過濾的去雜效果取決于過濾孔的大小、過濾面積和過濾孔兩側(cè)的作用力等因素。由此分析目前常用的清洗設(shè)備存在著去雜不足的問題，特別是混在農(nóng)產(chǎn)品物料中體積較大而密度較小的雜質(zhì)在經(jīng)過清洗設(shè)備清洗后難于去除或沒有去除，清洗設(shè)備容易表現(xiàn)為以清洗為目的而去雜僅流于形式，去雜不充分和效率低，所以去雜效果尚不能和清洗效果相媲美。

2.2 措施

1）清洗設(shè)備如果去雜不足，雜質(zhì)在物料中只是脫落而沒有除去，清洗后雜質(zhì)仍然會(huì)和物料混合，清洗的結(jié)果存在問題，去雜成為清洗設(shè)備性能的“短板”。

2）清洗和去雜不盡相同，在清洗設(shè)備中清洗和去雜有不同的技術(shù)，因?yàn)橐话銇碚f，清洗時(shí)間越長、物料運(yùn)動(dòng)路程越長則清洗效果越好，但是由于清洗設(shè)備中的空間有限，為了充分去雜，同時(shí)也為了減少對(duì)清洗水和物料的污染，故需要雜質(zhì)盡快地從物料中分離出去，所以去雜以時(shí)間短、運(yùn)動(dòng)路程短為宜。

3）去雜應(yīng)該是各種雜質(zhì)的綜合清除，欄板、毛刷輥和轉(zhuǎn)籠去雜裝置等發(fā)揮的作用很大程度地影響清洗設(shè)備總體的性能，因此在設(shè)計(jì)和應(yīng)用時(shí)建議考慮兩點(diǎn)。一是去雜的有效性，清洗設(shè)備中的機(jī)構(gòu)一般是不可隨便更換的，鑒于雜質(zhì)的多樣化，使過濾孔的大小能夠根據(jù)物料的情況更換，以適應(yīng)不同大小雜質(zhì)去除的需要，有利于提高去雜的效果，并且設(shè)備的使用范圍可以更廣，例如，當(dāng)清洗毛豆或圣女果等時(shí)可以用小孔徑的過濾孔，而同一臺(tái)清洗設(shè)備當(dāng)清洗青椒或菠菜等時(shí)可換用大孔徑的過濾孔。二是去雜的連續(xù)性，如圖2、圖3、圖5和圖6中所示，轉(zhuǎn)籠去雜裝置、毛刷輥和振動(dòng)器是在一個(gè)局部的位置處進(jìn)行去雜的，接觸面積有限，接觸時(shí)間短，缺乏連續(xù)性，如果能夠全程去雜，可以提高去雜的效果，使去雜充分，例如，在清洗池的一邊布置連續(xù)的、長條狀的過濾機(jī)構(gòu)。

3 改進(jìn)措施

3.1 一種新型清洗設(shè)備——綜合清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)

圖7是一種新型清洗設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖，其特征是在物料池水面區(qū)域的單側(cè)或雙側(cè)向物料池中水射流和物料池中氣泡的清洗作用，并且在物料池的側(cè)面設(shè)有過濾機(jī)構(gòu)。

圖7 一種新型清洗設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖

1）清洗方面，該清洗設(shè)備兼有氣泡清洗和水射流清洗。氣泡和水面區(qū)域雙向或逆向水射流共同作用于物料，因?yàn)闅馀菟姆v以及大多數(shù)農(nóng)產(chǎn)品浮在水面區(qū)域，所以理論上存在氣泡和水射流疊加清洗的效應(yīng)，經(jīng)過樣機(jī)使用和實(shí)驗(yàn)，證明其具有較好的清洗效果。

2）去雜方面，循環(huán)水從一側(cè)或多側(cè)向物料池中水射流，沖刷物料并使物料運(yùn)動(dòng)，小于過濾網(wǎng)孔的漂浮雜質(zhì)隨著循環(huán)水通過側(cè)面的過濾機(jī)構(gòu)（濾網(wǎng)），然后在設(shè)備外被除去，水再被送回池內(nèi)形成循環(huán)，物料則被過濾機(jī)構(gòu)（濾網(wǎng)）阻擋而留在物料池中。該結(jié)構(gòu)可較好地解決密度較小雜質(zhì)去除難的問題，結(jié)合密度較大雜質(zhì)在物料池中沉淀去除，形成了較為全面系統(tǒng)的去雜。逆循環(huán)水流的水射流可以把過濾機(jī)構(gòu)前的物料推開，避免物料貼在物料池壁上，在過濾機(jī)構(gòu)前維持動(dòng)態(tài)的平衡。過濾孔的大小可以隨時(shí)更換，因?yàn)檫^濾網(wǎng)方便裝拆更換，且可以沿著側(cè)邊全程設(shè)置，所以符合上述去雜的有效性和連續(xù)性。

清洗和去雜功能均衡協(xié)調(diào)，相輔相成，清洗和去雜同機(jī)實(shí)施，同時(shí)發(fā)揮效用，去雜保證了清洗的效果，從而實(shí)現(xiàn)了綜合清洗。

3.2 粗清洗和精清洗相結(jié)合的工藝

由多臺(tái)設(shè)備組成的清洗生產(chǎn)線可采用粗清洗設(shè)備和精清洗設(shè)備的搭配組合，如圖8所示，粗清洗設(shè)備用于初步的清洗和去雜，精清洗設(shè)備用于進(jìn)一步的清洗和去雜。與多道清洗不同的是粗清洗側(cè)重在于去雜，大多數(shù)的雜質(zhì)在粗清洗設(shè)備中被集中去除，有利于精清洗設(shè)備的清洗，這對(duì)于管理、有效利用設(shè)備和節(jié)約用水等有很好的作用。

圖8 一種粗清洗和精清洗相結(jié)合的工藝

4 結(jié)束語

常用農(nóng)產(chǎn)品清洗設(shè)備中存在雜質(zhì)去除不充分和效率低的問題，為避免設(shè)備存在“短板”效應(yīng)，需要重視去雜的問題。清洗和去雜并重，可以完善和增強(qiáng)設(shè)備的性能，充分發(fā)揮設(shè)備及工藝的效率。清洗和雜質(zhì)去除有不同的技術(shù)，從有效性和連續(xù)性方面考慮可提高設(shè)備的性能。本研究提出的一種新型結(jié)構(gòu)能夠較好地清洗和去雜。另外，粗清洗和精清洗相結(jié)合的工藝，有利于管理、有效利用設(shè)備和節(jié)約用水。