摘要：隨著物質資料的豐富，農產品加工業得到快速的發展。針對農產品清洗設備中存在的問題，通過闡述常用農產品清洗設備的原理和雜質去除的方法，指出清洗設備中雜質去除的不充分和效率低，探討設備的「短板」問題以及清洗和雜質去除不同的技術，探討雜質去除的有效性、連續性及方法，設計了一款新型綜合清洗機和一種粗清洗和精清洗相結合新的工藝。仿真結果表明，該綜合清洗機清洗和去雜功能均衡協調，相輔相成，清洗和去雜同機實施，同時發揮效用，去雜並保證了清洗的效果，從而實現了綜合清洗。
關鍵詞：農產品；加工；設備；清洗；雜質；改進
0引言
我國幅員遼闊、物產豐富，是水果和蔬菜等農產品的生產、加工和消費大國。水果和蔬菜產量穩步增長，多年來穩居世界第一，2018年我國水果和蔬菜總產量分別達2.57億噸和7.03億噸，農產品加工業快速發展[1]。農產品加工通常需要使用清洗設備，在加工的開始、中間和末尾都可能會有清洗的工序。清洗設備種類較多，如氣泡清洗機、毛刷清洗機和高壓水清洗機等，有非連續式清洗和連續式清洗方式，根據具體情況可以用單台設備或由多台設備組成的生產線清洗。理想的情況是物料經過清洗後能夠被清洗乾淨而雜質也被收集去除。清洗設備中雜質的去除（以下簡稱去雜）和清洗同樣重要，分析清洗和去雜的技術有助於設計和應用清洗設備，避免設備性能出現「短板」。
1常用農產品清洗設備及其去雜的方法
食品的清洗以水洗為主[2-3]，農產品常用水浸式清洗，其優點是物料不容易受到損傷[3-4]，水浸式清洗設備中主要有氣泡清洗機和渦流清洗機等[5]。
1.1氣泡清洗機
氣泡清洗機中非連續式和連續式兩種較為常用，可執行粗清洗或精清洗。圖1是氣泡清洗機原理圖，氣泡清洗機工作原理是在清洗水池中不斷產生無數的氣泡，氣泡在水中變化和運動使物料、水運動且相互作用，空化現象也對物料產生衝擊和刷洗的作用，從而使物料得到清洗。
1.2渦流清洗機
渦流清洗機（也稱渦旋清洗機），一般用於連續式清洗，圖2是一種渦流清洗機結構示意圖，圖3是渦流清洗機出料端的照片。物料從進料端輸入清洗池中，循環水泵工作並從側面進水孔和端部進水孔等向清洗池中噴射水流，淹沒水射流沖刷物料並推動物料向前螺旋式運動，水、物料之間不斷進行相互作用，使雜質從物料上脫落，從而實現清洗。
1.3清洗設備去雜的方法
農產品中常有較多的、各式各樣的雜質，特別是可見的雜質，一般有灰塵、泥土、砂石、草屑、毛髮、小蟲、血（污水）、泡沫、金屬、塑料等異物以及物料在加工中產生的細絲和碎片等。水浸式清洗在水中下沉的雜質通過沉澱去除，水中漂浮的雜質在清洗設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，部分小於孔的雜質可以通過欄板的孔而從物料中分離出去並去除。2）利用毛刷輥，如圖5所示，裝置表面是毛刷的轉輥，毛刷把經過的毛髮等部分雜質黏住而使其脫離物料。3）使用轉籠去雜裝置（也稱除蟲器），如圖2、圖3和圖6所示，在水面設置空心轉筒，轉筒表面有孔，部分小蟲等小於孔的雜質可以通過孔進入轉筒內部並經泄流口排出。4）通過振動器的孔，如圖2、圖3所示，振動器是一有孔的振動濾水板機構，部分小於孔的雜質在振動器的振動輸送中從孔中落下而去除。
2問題和措施
2.1問題
農產品清洗設備中去雜的機構有欄板、毛刷輥、轉籠去雜裝置和振動器等，從結構及其應用中發現的問題如下。1）欄板、轉籠去雜裝置和振動器上的孔不是足夠大，雜質分離的大小有局限性，如圖3、圖4所示，並且孔可能會被物料遮擋，水力作用下會出現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的去除，這些都會影響去雜的效果。2）轉籠去雜裝置、毛刷輥和振動器都是處在清洗機局部的位置去雜，接觸面積有限，與雜質接觸的機會和時間也有限。3）對於氣泡清洗，在水池中輸入幾千帕到50千帕氣壓的空氣即可實現良好的清洗效果，故氣體壓力不大，但是過濾孔兩側的壓差不大也影響去雜效果。大多數的水果蔬菜等物料密度較小，在水中是漂浮的，使得草屑、毛髮、小蟲、蝸牛和蒼蠅等密度較小的雜質混在物料中難以分離，這類雜質目前一般以過濾或黏的方法去除，如欄板、轉籠去雜裝置或毛刷輥等[8]。過濾的去雜效果取決於過濾孔的大小、過濾面積和過濾孔兩側的作用力等因素。由此分析目前常用的清洗設備存在著去雜不足的問題，特別是混在農產品物料中體積較大而密度較小的雜質在經過清洗設備清洗後難於去除或沒有去除，清洗設備容易表現為以清洗為目的而去雜僅流於形式，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）清洗設備如果去雜不足，雜質在物料中只是脫落而沒有除去，清洗後雜質仍然會和物料混合，清洗的結果存在問題，去雜成為清洗設備性能的「短板」。2）清洗和去雜不盡相同，在清洗設備中清洗和去雜有不同的技術，因為一般來說，清洗時間越長、物料運動路程越長則清洗效果越好，但是由於清洗設備中的空間有限，為了充分去雜，同時也為了減少對清洗水和物料的污染，故需要雜質儘快地從物料中分離出去，所以去雜以時間短、運動路程短為宜。3）去雜應該是各種雜質的綜合清除，欄板、毛刷輥和轉籠去雜裝置等發揮的作用很大程度地影響清洗設備總體的性能，因此在設計和應用時建議考慮兩點。一是去雜的有效性，清洗設備中的機構一般是不可隨便更換的，鑒於雜質的多樣化，使過濾孔的大小能夠根據物料的情況更換，以適應不同大小雜質去除的需要，有利於提高去雜的效果，並且設備的使用範圍可以更廣，例如，當清洗毛豆或聖女果等時可以用小孔徑的過濾孔，而同一台清洗設備當清洗青椒或菠菜等時可換用大孔徑的過濾孔。二是去雜的連續性，如圖2、圖3、圖5和圖6中所示，轉籠去雜裝置、毛刷輥和振動器是在一個局部的位置處進行去雜的，接觸面積有限，接觸時間短，缺乏連續性，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的、長條狀的過濾機構。
3改進措施
3.1一種新型清洗設備———綜合清洗機的結構
圖7是一種新型清洗設備的結構示意圖，其特徵是在物料池水面區域的單側或雙側向物料池中水射流和物料池中氣泡的清洗作用，並且在物料池的側面設有過濾機構。1）清洗方面，該清洗設備兼有氣泡清洗和水射流清洗。氣泡和水面區域雙向或逆向水射流共同作用於物料，因為氣泡水的翻騰以及大多數農產品浮在水面區域，所以理論上存在氣泡和水射流疊加清洗的效應，經過樣機使用和實驗，證明其具有較好的清洗效果。2）去雜方面，循環水從一側或多側向物料池中水射流，沖刷物料並使物料運動，小於過濾網孔的漂浮雜質隨著循環水通過側面的過濾機構（濾網），然後在設備外被除去，水再被送回池內形成循環，物料則被過濾機構（濾網）阻擋而留在物料池中。該結構可較好地解決密度較小雜質去除難的問題，結合密度較大雜質在物料池中沉澱去除，形成了較為全面系統的去雜。逆循環水流的水射流可以把過濾機構前的物料推開，避免物料貼在物料池壁上，在過濾機構前維持動態的平衡。過濾孔的大小可以隨時更換，因為過濾網方便裝拆更換，且可以沿著側邊全程設置，所以符合上述去雜的有效性和連續性。清洗和去雜功能均衡協調，相輔相成，清洗和去雜同機實施，同時發揮效用，去雜保證了清洗的效果，從而實現了綜合清洗。
3.2粗清洗和精清洗相結合的工藝
由多台設備組成的清洗生產線可採用粗清洗設備和精清洗設備的搭配組合，如圖8所示，粗清洗設備用於初步的清洗和去雜，精清洗設備用於進一步的清洗和去雜。與多道清洗不同的是粗清洗側重在於去雜，大多數的雜質在粗清洗設備中被集中去除，有利於精清洗設備的清洗，這對於管理、有效利用設備和節約用水等有很好的作用。
4結束語
常用農產品清洗設備中存在雜質去除不充分和效率低的問題，為避免設備存在「短板」效應，需要重視去雜的問題。清洗和去雜並重，可以完善和增強設備的性能，充分發揮設備及工藝的效率。清洗和雜質去除有不同的技術，從有效性和連續性方面考慮可提高設備的性能。本研究提出的一種新型結構能夠較好地清洗和去雜。另外，粗清洗和精清洗相結合的工藝，有利於管理、有效利用設備和節約用水。
作者:金拯 單位:上海與進智能科技有限公司 煙台睿加節能科技有限公司
關鍵詞：農產品；加工；設備；清洗；雜質；改進
0引言
我國幅員遼闊、物產豐富，是水果和蔬菜等農產品的生產、加工和消費大國。水果和蔬菜產量穩步增長，多年來穩居世界第一，2018年我國水果和蔬菜總產量分別達2.57億噸和7.03億噸，農產品加工業快速發展[1]。農產品加工通常需要使用清洗設備，在加工的開始、中間和末尾都可能會有清洗的工序。清洗設備種類較多，如氣泡清洗機、毛刷清洗機和高壓水清洗機等，有非連續式清洗和連續式清洗方式，根據具體情況可以用單台設備或由多台設備組成的生產線清洗。理想的情況是物料經過清洗後能夠被清洗乾淨而雜質也被收集去除。清洗設備中雜質的去除（以下簡稱去雜）和清洗同樣重要，分析清洗和去雜的技術有助於設計和應用清洗設備，避免設備性能出現「短板」。
1常用農產品清洗設備及其去雜的方法
食品的清洗以水洗為主[2-3]，農產品常用水浸式清洗，其優點是物料不容易受到損傷[3-4]，水浸式清洗設備中主要有氣泡清洗機和渦流清洗機等[5]。
1.1氣泡清洗機
氣泡清洗機中非連續式和連續式兩種較為常用，可執行粗清洗或精清洗。圖1是氣泡清洗機原理圖，氣泡清洗機工作原理是在清洗水池中不斷產生無數的氣泡，氣泡在水中變化和運動使物料、水運動且相互作用，空化現象也對物料產生衝擊和刷洗的作用，從而使物料得到清洗。
1.2渦流清洗機
渦流清洗機（也稱渦旋清洗機），一般用於連續式清洗，圖2是一種渦流清洗機結構示意圖，圖3是渦流清洗機出料端的照片。物料從進料端輸入清洗池中，循環水泵工作並從側面進水孔和端部進水孔等向清洗池中噴射水流，淹沒水射流沖刷物料並推動物料向前螺旋式運動，水、物料之間不斷進行相互作用，使雜質從物料上脫落，從而實現清洗。
1.3清洗設備去雜的方法
農產品中常有較多的、各式各樣的雜質，特別是可見的雜質，一般有灰塵、泥土、砂石、草屑、毛髮、小蟲、血（污水）、泡沫、金屬、塑料等異物以及物料在加工中產生的細絲和碎片等。水浸式清洗在水中下沉的雜質通過沉澱去除，水中漂浮的雜質在清洗設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，部分小於孔的雜質可以通過欄板的孔而從物料中分離出去並去除。2）利用毛刷輥，如圖5所示，裝置表面是毛刷的轉輥，毛刷把經過的毛髮等部分雜質黏住而使其脫離物料。3）使用轉籠去雜裝置（也稱除蟲器），如圖2、圖3和圖6所示，在水面設置空心轉筒，轉筒表面有孔，部分小蟲等小於孔的雜質可以通過孔進入轉筒內部並經泄流口排出。4）通過振動器的孔，如圖2、圖3所示，振動器是一有孔的振動濾水板機構，部分小於孔的雜質在振動器的振動輸送中從孔中落下而去除。
2問題和措施
2.1問題
農產品清洗設備中去雜的機構有欄板、毛刷輥、轉籠去雜裝置和振動器等，從結構及其應用中發現的問題如下。1）欄板、轉籠去雜裝置和振動器上的孔不是足夠大，雜質分離的大小有局限性，如圖3、圖4所示，並且孔可能會被物料遮擋，水力作用下會出現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的去除，這些都會影響去雜的效果。2）轉籠去雜裝置、毛刷輥和振動器都是處在清洗機局部的位置去雜，接觸面積有限，與雜質接觸的機會和時間也有限。3）對於氣泡清洗，在水池中輸入幾千帕到50千帕氣壓的空氣即可實現良好的清洗效果，故氣體壓力不大，但是過濾孔兩側的壓差不大也影響去雜效果。大多數的水果蔬菜等物料密度較小，在水中是漂浮的，使得草屑、毛髮、小蟲、蝸牛和蒼蠅等密度較小的雜質混在物料中難以分離，這類雜質目前一般以過濾或黏的方法去除，如欄板、轉籠去雜裝置或毛刷輥等[8]。過濾的去雜效果取決於過濾孔的大小、過濾面積和過濾孔兩側的作用力等因素。由此分析目前常用的清洗設備存在著去雜不足的問題，特別是混在農產品物料中體積較大而密度較小的雜質在經過清洗設備清洗後難於去除或沒有去除，清洗設備容易表現為以清洗為目的而去雜僅流於形式，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）清洗設備如果去雜不足，雜質在物料中只是脫落而沒有除去，清洗後雜質仍然會和物料混合，清洗的結果存在問題，去雜成為清洗設備性能的「短板」。2）清洗和去雜不盡相同，在清洗設備中清洗和去雜有不同的技術，因為一般來說，清洗時間越長、物料運動路程越長則清洗效果越好，但是由於清洗設備中的空間有限，為了充分去雜，同時也為了減少對清洗水和物料的污染，故需要雜質儘快地從物料中分離出去，所以去雜以時間短、運動路程短為宜。3）去雜應該是各種雜質的綜合清除，欄板、毛刷輥和轉籠去雜裝置等發揮的作用很大程度地影響清洗設備總體的性能，因此在設計和應用時建議考慮兩點。一是去雜的有效性，清洗設備中的機構一般是不可隨便更換的，鑒於雜質的多樣化，使過濾孔的大小能夠根據物料的情況更換，以適應不同大小雜質去除的需要，有利於提高去雜的效果，並且設備的使用範圍可以更廣，例如，當清洗毛豆或聖女果等時可以用小孔徑的過濾孔，而同一台清洗設備當清洗青椒或菠菜等時可換用大孔徑的過濾孔。二是去雜的連續性，如圖2、圖3、圖5和圖6中所示，轉籠去雜裝置、毛刷輥和振動器是在一個局部的位置處進行去雜的，接觸面積有限，接觸時間短，缺乏連續性，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的、長條狀的過濾機構。
3改進措施
3.1一種新型清洗設備———綜合清洗機的結構
圖7是一種新型清洗設備的結構示意圖，其特徵是在物料池水面區域的單側或雙側向物料池中水射流和物料池中氣泡的清洗作用，並且在物料池的側面設有過濾機構。1）清洗方面，該清洗設備兼有氣泡清洗和水射流清洗。氣泡和水面區域雙向或逆向水射流共同作用於物料，因為氣泡水的翻騰以及大多數農產品浮在水面區域，所以理論上存在氣泡和水射流疊加清洗的效應，經過樣機使用和實驗，證明其具有較好的清洗效果。2）去雜方面，循環水從一側或多側向物料池中水射流，沖刷物料並使物料運動，小於過濾網孔的漂浮雜質隨著循環水通過側面的過濾機構（濾網），然後在設備外被除去，水再被送回池內形成循環，物料則被過濾機構（濾網）阻擋而留在物料池中。該結構可較好地解決密度較小雜質去除難的問題，結合密度較大雜質在物料池中沉澱去除，形成了較為全面系統的去雜。逆循環水流的水射流可以把過濾機構前的物料推開，避免物料貼在物料池壁上，在過濾機構前維持動態的平衡。過濾孔的大小可以隨時更換，因為過濾網方便裝拆更換，且可以沿著側邊全程設置，所以符合上述去雜的有效性和連續性。清洗和去雜功能均衡協調，相輔相成，清洗和去雜同機實施，同時發揮效用，去雜保證了清洗的效果，從而實現了綜合清洗。
3.2粗清洗和精清洗相結合的工藝
由多台設備組成的清洗生產線可採用粗清洗設備和精清洗設備的搭配組合，如圖8所示，粗清洗設備用於初步的清洗和去雜，精清洗設備用於進一步的清洗和去雜。與多道清洗不同的是粗清洗側重在於去雜，大多數的雜質在粗清洗設備中被集中去除，有利於精清洗設備的清洗，這對於管理、有效利用設備和節約用水等有很好的作用。
4結束語
常用農產品清洗設備中存在雜質去除不充分和效率低的問題，為避免設備存在「短板」效應，需要重視去雜的問題。清洗和去雜並重，可以完善和增強設備的性能，充分發揮設備及工藝的效率。清洗和雜質去除有不同的技術，從有效性和連續性方面考慮可提高設備的性能。本研究提出的一種新型結構能夠較好地清洗和去雜。另外，粗清洗和精清洗相結合的工藝，有利於管理、有效利用設備和節約用水。
作者:金拯 單位:上海與進智能科技有限公司 煙台睿加節能科技有限公司
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