Стерилизационные аппараты

 

   СТЕРИЛИЗАЦИОННЫЕ АППАРАТЫ

   1.Общая характеристика процесса

  При прекращении жизнедеятельности микроорганизмов в продукте создаются условия для длительного хранения продукта без порчи. Для обеспечения таких условий продукт подвергают воздействию тепла, тока высокой частоты, ионизирующего облучения или лучистой энергии.

  В консервном производстве для этой цели применяют преимущественно тепловую стерилизацию и пастеризацию. Стерилизация продуктов проводится при температуре от 100°С и выше, пастеризация — при 75—100°С.

  Температура и продолжительность стерилизации и пастеризации устанавливаются в зависимости от вида микроорганизмов и их спор и от их количества в единице объема продукта, кислотности среды, химического состава консервов, а также от условий проникновения тепла в банку и размера банки. При этих процессах герметичность и цельность тары должны быть обязательно сохранены.

  Режим стерилизации для каждого вида консервов и размера тары обычно условно выражается формулой стерилизации:

                          t₁₊t₂₊t₃   сек/град (мин/град)

  

 
где t — температура стерилизации в аппарате в °С;

     t₁ — продолжительность повышения давления и температуры в аппарате до температуры стерилизации в сек (мин);

     t₂ — продолжительность поддержания постоянной температуры стерилизации в аппарате в сек (мин);

     t₂ — продолжительность снижения в аппарате температуры и давления в сек (мин).

Формула стерилизации показывает, что процесс стерилизации условно можно разделить на три этапа: 1) прогрев аппарата, продукта, тары и сеток — t₁ сек (мин); 2) стерилизация при постоянной температуре в аппарате — t₂ сек (мин); 3) снижение температуры аппарата, тары и продукта (охлаждение их) — t₃ сек (мин).

  Условность формулы стерилизации заключается в том, что во время повышения температуры в аппарате до температуры стерилизации и даже во время стерилизации температура продукта в центре банки всегда на несколько градусов ниже температуры греющей среды (рис.1). Параметры в формуле стерилизации относятся к греющей среде аппарата, а не к продукту, находящемуся в банке.

На продолжительность прогревания консервов до заданной температуры оказывают влияние следующие факторы: консистенция продукта; его физические свойства (теплоемкость, вязкость, теплопроводность); вид материала тары; размер тары и главное отношение высоты банки к ее диаметру; начальная температура продукта; температура пара (или воды) в автоклаве; скорость вращения банки вокруг своей оси. 
 

   Рис.1.Кривые проникновения тепла в центр банки.  

Режим стерилизации устанавливают в зависимости от времени прогревания консервов до температуры стерилизации и продолжительности выдерживания консервов при этой температуре (так называемое смертельное для микроорганизмов время).

Продолжительность охлаждения обычно обусловливается сохранением цельности и герметичности тары.

2.СПОСОБЫ СТЕРИЛИЗАЦИИ И КЛАССИФИКАЦИЯ СТЕРИЛИЗАЦИОННЫХ АППАРАТОВ

  Консервы, имеющие повышенную кислотность (томатный сок, томат-пасту, компоты фруктовые, абрикосовый сок и др.), подвергают стерилизации при температуре 100°С в кипящей воде в аппаратах, работающих при атмосферном давлении.

  Овощезакусочные, рыбные и мясные консервы стерилизуются  при температуре 110—120° С; поэтому эти продукты стерилизуют в аппаратуре, работающей под давлением выше атмосферного. Стерилизация под давлением при температуре, превышающей 100° С, проводится:

  1) в водяном паре без противодавления  и с воздушным противодавлением;

  2) в воде с воздушным либо  с водяным противодавлением.

  В зависимости от способа стерилизации аппараты классифицируют на

    периодически действующие и непрерывно действующие,

  работающие  при атмосферном давлении

  при давлении выше атмосферного.

  Для полноты представления в классификации приведены также аппараты, которые в настоящее время применяются очень редко, например открытые аппараты периодического действия.(Классификацию см.на следующей странице). 
 
 
 
 
 

2.1 СТЕРИЛИЗАТОРЫ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

  Непрерывно  действующие стерилизаторы по сравнению с периодически действующими (автоклавами) имеют много преимуществ:

    -более легкие условия обслуживания;

  -более высокая производительность труда;

  -поточность и непрерывность процесса;

  -не требуется накопления банок в автоклавных сетках;

  -меньшая продолжительность стерилизации благодаря более интенсивному теплообмену, который создается при движении банок: меньшая производственная площадь.

  Кроме того, в стерилизаторах непрерывного действия можно обеспечить равномерный и постоянный во времени режим стерилизации для всех банок; для этих стерилизаторов требуется меньший расход пара и воды, и на установку их нужна меньшая площадь.

  Автоматические  непрерывно действующие стерилизаторы бывают роторные (барабанные) с гидростатическим давлением и горизонтальные с пластинчатым транспортером.

2.1.1БАРАБАННЫЕ (РОТОРНЫЕ) СТЕРИЛИЗАТОРЫ НЕПРЕРЫВНОГО ДЕЙСТВИЯ

  Роторные  непрерывно действующие стерилизаторы изготовляют двух типов: для стерилизации в воде при атмосферном давлении и для стерилизации в паре при давлении выше атмосферного.

  Установка для непрерывной стерилизации состоит из стерилизатора и охладителя, конструктивно почти одинаково оформленных.

  Стерилизатор  представляет собой неподвижный горизонтально расположенный цилиндрический корпус 1 (рис.2,а и б) из листовой стали; внутри корпуса на валу вращается барабан 2. К наружной поверхности барабана параллельно валу прикреплены полосы из угловой стали таким образом, что между ними размещаются банки.

  На  внутренней поверхности неподвижного корпуса укреплена спиральная направляющая 3 из полосовой стали, шаг которой равен высоте банки. Для вывода банок из среды с атмосферным давлением и ввода их в среду с избыточным давлением аппарат имеет загрузочное 4 и разгрузочное 5 устройства (рис.2, в и г) типа шлюзового затвора.

  Банки подаются к загрузочному устройству цепным элеватором 6. Из загрузочного устройства банки попадают в барабан. При вращении барабана банки перемещаются от одного конца аппарата к другому благодаря спиральной направляющей. При этом они вращаются вместе с барабаном вокруг его оси. Одновременно банки вращаются вокруг своих осей и совершают поступательное движение вдоль ребра барабана от одного конца его к другому.

  Корпус  заполнен водой, имеющей температуру 100°С, или паром, благодаря чему происходят подогрев и стерилизация консервов. Продолжительность стерилизации регулируется числом оборотов барабана. Из стерилизатора банки направляются в охладитель, построенный и работающий по тому же принципу, что и стерилизатор, однако вместо горячей воды или пара охладитель наполняется проточной холодной водой. 

  Рис.2. Барабанный (роторный) стерилизатор непрерывного действия. 
 
 

  Стерилизаторы такого типа снабжены приборами, контролирующими и автоматически регулирующими режим стерилизации. Автоматическое выключение стерилизатора происходит, если температура стерилизации снизилась, а также в том случае, если по какой-либо причине банка застряла в приемном или разгрузочном клапане.

  Роторный  стерилизатор непрерывного действия, предназначенный для стерилизации консервов в жестяных банках при температуре, превышающей 100°С, состоит из подогревателя, стерилизатора и охладителя. В подогревателе происходит предварительный нагрев банок и их содержимого до 98°С в воде температурой 40—50°С на входе банок и около 98°С на выходе. Вода нагревается паром, поступающим в нижнюю часть аппарата. Из подогревателя банки при помощи герметизированного клапана попадают в стерилизатор и при вращении ротора перемещаются к другому концу, а затем выгружаются через разгрузочный клапан в охладитель. Стерилизация происходит в среде водяного пара, давление которого автоматически поддерживается на уровне, соответствующем температуре стерилизации.

  В охладителе банки, перемещаясь ротором, охлаждаются проточной водой до 30—40°С при избыточном давлении воздуха, предотвращающем деформацию банок. Выгрузка банок из охладителя также осуществляется при помощи герметизированного клапана. В стерилизаторе и охладителе поддерживают противодавление воздухом. Все движущиеся части установки приводятся во вращение от одного электродвигателя через вариатор скоростей.

Барабан приводится во вращение с обоих концов вала, благодаря этому предотвращается скручивание ротора (барабана). Изменением скорости вращения ротора (0,05—0,6 рад/сек) (0,5—6,0 об/мин) регулируют продолжительность стерилизации. Для регулирования температуры применены самопишущие пневматические терморегуляторы с гибкой связью, воздействующие на вентили, регулирующие подачу пара. Давление регулируется дифференциальным регулятором давления прямого действия.

 Недостатками  роторных стерилизаторов являются:

 1)возможность стерилизации консервов только в жестяных банках одного размера; 2) возможное помутнение некоторых консервов, например, из абрикосов, горошка, клубники и малины; 3) деформация банок из-за резкого изменения температуры и давления; 4) истирание олова на поперечных швах банок.

  Ростовский машиностроительный завод выпускает роторные стерилизаторы непрерывного действия марки КСЖ и марки СН-1. В аппаратах КСЖ стерилизуются консервы при температуре 100°С в банках № 14. Производительность такого аппарата 20 банок в минуту. В аппаратах СН-1 стерилизуются консервы при температуре 120°С в банках № 9. Производительность такого аппарата 65 банок в минуту (1,1 банка в секунду).

2.1.2   СТЕРИЛИЗАТОРЫ С ГИДРОСТАТИЧЕСКИМ ДАВЛЕНИЕМ 

  Автоматические  гидростатические стерилизаторы непрерывного действия находят применение для стерилизации консервов в жестяных банках и в бутылках. За счет гидростатического давления столба воды создается значительное давление в стерилизационной камере, что позволяет поддерживать высокую температуру пара. Так как столб воды высотой 10 м создает избыточное давление 0,1 Мн/м² (1 кГ/см²), то при этом давлении возможна уже стерилизация в паре при 120°С. Изменяя высоту столба воды,можно регулировать давление в стерилизаторе, а следовательно, и температуру стерилизации.

  Во многих странах разработаны различные конструкции гидростатических стерилизаторов для стерилизации продуктов в таре из разного материала и различной формы; однако все гидростатические стерилизаторы имеют одинаковую принципиальную схему устройства и работы. Они отличаются сравнительно простым устройством и имеют очень высокую производительность, достигающую 1500 банок в минуту (25 банок в секунду). Такой стерилизатор (рис.3) имеет пять каналов (шахт) прямоугольной формы высотой 13,5 м; внутри этих каналов проходит роликовый двухцепной транспортер с носителями для банок, прикрепленными к планкам цепи. Каналы 2, 3 и 4 в нижней части соединены между собой. Банки, расположенные в горизонтальном положении на банкодержателях (рис.4, а) по обе стороны цепи, перемещаются вверх по загрузочному каналу 1 (см. рис.3). Затем они переходят в канал 2 и погружаются в воду. Вода имеет вверху температуру 70—80°С, а внизу температура воды близка к температуре стерилизации. Перемещаясь вниз по каналу 2, банки и их содержимое постепенно нагреваются. Подогрев длится 1500 сек (25 мин). Затем, обогнув зубчатое колесо, банки переходят в канал (шахту) 3 и, выйдя из воды, попадают в пространство, заполненное паром, температура которого равна температуре стерилизации, т. е. 120°С. В канале 3 банки вначале движутся вверх, а затем вниз; проходя весь этот путь за 2700 сек (45 мин), банки стерилизуются. После стерилизации банки погружаются в воду и переходят в канал 4 с охлаждающей водой, где охлаждаются примерно до 35°С.