 |
Исследование процесса стерилизации и определение параметров вертикального автоклава
|
|
|
|
Цель работы:
- изучение технологического процесса стерилизации консервов,
- ознакомление с устройством и принципом работы вертикального автоклава,
- приобретение навыков инженерного расчета параметров вертикального автоклава периодического действия.
Теоретическая часть
Стерилизация – это тепловой процесс, заключающийся в нагреве продукта вместе с тарой до температуры свыше 1000С с целью прекращения жизнедеятельности микроорганизмов в продукте и создании условий для его длительного хранения.
Время и температура тепловой обработки консервов устанавливаются в зависимости от консистенции продукта, его теплоемкости, вязкости, теплопроводности, вида микроорганизмов и спор, кислотности, материала и размера тары, начальной температуры и других факторов.
Режим стерилизации определяется временем прогревания и продолжительностью выдержки при температуре стерилизации.
При нагреве продукта внутри тары создается повышенное давление, которое может привести к деформации банки или срыву крышки. Поэтому в автоклавах в период стерилизации и, особенно в период охлаждения банок, создается противодавление, которое по величине должно быть равно внутреннему давлению [10,11].
Консервы с повышенной кислотностью стерилизуют при атмосферном давлении в кипящей воде.
Овощные закусочные, рыбные и мясные консервы стерилизуют при температуре 110… 1200С в аппаратах, работающих под давлением. Стерилизация проводится в водяном паре.
Режим стерилизации выражается формулой 
, где 
время нагрева банок до температуры стерилизации 
, время стерилизации, время для снижения давления и температуры в автоклаве соответственно, мин.
|
|
|
В зависимости от режима стерилизации аппараты классифицируют на аппараты непрерывного и периодического действия, работающие под давлением или при атмосферном давлении.
Отечественной промышленностью изготавливаются автоклавы горизонтального и вертикального исполнения, первые применяют для стерилизации консервов в жесткой таре, вторые – для всех видов тары.
Общий вид вертикального автоклава периодического действия приведен на рис. 1. Он состоит из корпуса, крышки и корзин под консервы, программного регулятора, арматуры для подключения пара. Воды и спуска конденсата. Корпус автоклава состоит из двух цилиндрических обечаек толщиной 6 мм и днища толщиной 8 мм. В корпусе установлены манометр, термометр и датчики программного регулятора. Внизу корпуса расположен паровой барботер и сливной патрубок.
Крышка прижимается к корпусу с помощью поясного зажима с 15-ю секторными захватами. На крышке установлены штуцеры для предохранительного клапана и спускного крана. Крышка снабжена уравновешивателем, облегчающим ее открывание и закрывание.
Программный регулятор служит для ведения процесса стерилизации в соответствии с заданной формулой.
Принцип работы вертикального стерилизатора: корзины с банками устанавливаются в корпус стерилизатора одна на другую. Крышка закрывается. Сосуд наполняется водой, через барботер подается пар. Воздушным компрессором поддерживается постоянное давление в системе. По истечении времени стерилизации пар и горячая вода вытесняются из аппарата поступающей холодной водой. После охлаждения корзин происходит выгрузка консервов.
Задание:
Исходные данные:
- 
- масса автоклава, кг
- вид продукта
- 
- производительность, банок/с
Основные параметры тары
| Обозначение банки | Вместимость, дм3 |  - масса банки, кг
|  - высота банки, м
|  - диаметр банки, м
|
| №9 | 0,375 | 0,164 | 0,0968 | 0,0761 |
| СКО 83-1 | 0,5 | 0,27 | 0,1060 | 0,095 |
| СКО 83-2 | 1,0 | 0,43 | 0,15 | 0,11 |
Режимы стерилизации для видов банок
|
|
|
| Обозначение банки | Режимы стерилизации, мин при температуре | Противодавление, МПа | ||
| №9 | 20-90-20 | - | 20-40-25 | - |
| СКО 83-1 | - | 25-115-30 | 25-75-30 | 0,25 |
| СКО 83-2 | - | 30-125-40 | 30-100-40 | 0,25 |
Варианты заданий
| Вариант | , кг
| Обозначение банки | Вид продукта | , банок/с
|
| №9 | Свинина | 3,0 | ||
| СКО 83-1 | Говядина | 3,1 | ||
| СКО 83-2 | Говядина | 3,2 | ||
| №9 | Молоко | 6,0 | ||
| №9 | Рыба | 5,0 |
Характеристики сырья
| Наименование продукта | Удельная теплоемкость, Дж/(кг К) | Плотность, кг/м3 |
| Свинина | ||
| Говядина | ||
| Молоко сгущенное | ||
| Рыба | 3601…4145 |
1. Методика расчета
Число банок в одной сетке, шт
, где 
, 
м – высота сетки, - высота банки, м; 
м – диаметр сетки автоклава.
Время заполнения банками одной сетки, с
.
Число сеток в автоклаве, шт
, где 
с. – максимальная длительность выдержки банок до их стерилизации после укупоривания.
Число банок в автоклаве, шт
.
Длительность цикла работы автоклава, с
, где 
= 
= 15…25 мин - время загрузки и разгрузки автоклава соответственно, 
- время нагрева, стерилизации и снижения температуры и давления в автоклаве (см. исходные данные по режимам стерилизации банок).
Производительность автоклава, банок/с
.
1.1.Тепловой расчет автоклава
Расход теплоты на нагрев автоклава, Дж
, где - масса автоклава, кг, 
Дж/(кг К) – удельная теплоемкость стали; - температура стерилизации; 
- начальная температура автоклава.
Расход теплоты на нагрев сеток, Дж
, где 
- масса сеток, кг; 
- температура сетки; 
; 
кг – масса одной сетки.
Расход теплоты на нагрев банок, Дж
, где 
- масса банок, кг; 
; 
= 0,670…0,835 КДж/(кг К) - удельная теплоемкость материала стеклянных банок; = 0,482 кДж/ (кг К) - удельная теплоемкость жестяных банок; 
- начальная температура банок (равна начальной температуре продукта).
Расход теплоты на нагрев продукта в автоклаве, Дж
, где 
- масса продукта, кг; 
- плотность продукта, кг/м3; 
- объем одной банки, м3; 
= 250С- температура продукта.
Расход теплоты на нагрев воды в автоклаве
, где 
- масса воды в автоклаве, кг; 
кг/м3- плотность воды; 
Дж/(кг К) удельная теплоемкость воды; 
- объем автоклава, м3; 
= 200С - начальная температура воды в автоклаве.
|
|
|
Потери теплоты в окружающую среду 
принимаем равными 5% от общего расхода теплоты
.
Расход пара в первый период работы, кг/с
, где 
кДж/кг – энтальпия пара, 
- энтальпия конденсата, 
- температура конденсата.
Интенсивность расхода пара в первый период работы, кг/с
.
Во втором периоде работы автоклава тепловая энергия расходуется на компенсацию потерь теплоты в окружающую среду (расчет в данной работе не проводится).
2. Выполнить чертеж общего вида вертикального автоклава и составить спецификацию сборочной единицы
Контрольные вопросы
1.Что понимается под стерилизацией пищевых продуктов?
2.Какие факторы определяют длительность стерилизации?
3.Какова структура процесса стерилизации?
4.Какие аппараты применяются в промышленности для стерилизации пищевых продуктов?
5.В чем состоят преимущества и недостатки автоклавов периодического действия?
6.Из каких операций состоит технологический процесс стерилизации консервов на автоклавах периодического действия?
Лабораторная работа № 5
|
|
|
