Теоретичні основи технологічного процесу стерилізації Літературний огляд існуючого обладнання для реалізації стерилізації

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Будова та  принцип дії автоклава, вибір  матеріалів для його виготовлення.

Будова. Вертикальний автоклав являє собою циліндричний корпус зі сферичним дном і сферичною кришкою, яка відкидається та кріпиться на петлях і притискається до корпусу барашковими гайками або спеціальним кільцевим зажимом. Для герметизації апарата між корпусом і кришкою є кільцева гумова прокладка. Кришка має противагу, що полегшує її підйом та закривання автоклава. Всередині автоклава розміщуються перфоровані корзини. Над днищем розміщено барботер для подавання пари. Є запорні пристрої для продування, подавання і спускання води, впускання пари, відведення конденсату. Контроль температури та тиску – за термометром і манометром.

Принцип дії. Після закупорювання банки вкладають у автоклавні корзини, які в свою чергу встановлюють в апарат, заповнений водою. Герметично закривають кришку. Подаванням пари починається процес стерилізації за формулою, встановленою для даного виду продукту і банок у технологічній інструкції.

Цикл роботи автоклава: тривалість завантаження; тривалість підвищення температури; тривалість витримки за температури стерилізації; тривалість зниження температури і тиску в автоклаві та охолоджування продукції; тривалість розвантаження.

Вибір матеріалів. Під час вибору матеріалів для виготовлення апарату враховуються такі характеристики, як міцність, теплофізичні властивості, вартість, корозійна стійкість, легкість обробки. До характеристик міцності входять допустимі напруження на стискання і розтягання, ударна в’язкість, жаростійкість. Важливою характеристикою матеріалів, котрі використовуються для виготовлення теплообмінної апаратури, є теплопровідність. Вибір того чи іншого матеріалу залежить також від його вартості і доступності. Одною з основних вимог, що висуваються до матеріалів апаратів харчових виробництв є хімічна (корозійна) стійкість, тому що від неї залежить якість харчового продукту.

 

 

 

 

 

 

 

5. Проектний розрахунок обладнання (технологічний, тепловий, конструктивний та інш.).

Технологічний розрахунок:

Цим розрахунком встановлюють продуктивність автоклава; потім визначають кількість необхідних автоклавів і  складають графік роботи цеху стерилізації.

 

1. Кількість банок, які вміщаються в одну сітку автоклава

 

 

 

  –  діаметр сітки автоклава, м; =940;

 – зовнішній діаметр банки, м; =78;

a – відношення висоти сітки (700мм) до висоти банки (115мм), приймаємо а=6;

2. Час наповнення однієї сітки банками, якщо за 60с подається 40 банок,

 

 

де  n – продуктивність лінії в банках в секунду

Оскільки максимально  допустима тривалість витримки закупорених  банок до їх стерилізації 1800 секунд, то потрібно врахувати кількість  сіток автоклава марки Б6-КАВ-2.

Тривалість завантаження банок в сітки 1560 сек.

3. Кількість банок,що завантажуються в двохсітчастий автоклав

 

 

4. Тривалість повного циклу роботи автоклава                                                      

 

 

де ,

 – підвищення температури і тиску (по формулі стерилізації),

 тривалість  стерилізації,

 зменшення  тиску і охолоджування (по формулі  стерилізації),

 розвантаження  автоклава.

5. Продуктивність автоклава

 

 

банки в секунду (банок  в хв.)

6. Кількість необхідних автоклавів

 

 

 де n – кількість банок що подаються за одну хвилину в автоклав.

7. Інтервал часу між завантаженнями чергових автоклавів:

 

 

 

 

 

 

 

 

Тепловий розрахунок.

Тепловим розрахунком  автоклава встановлюється витрата  пари на стерилізацію і витрату води, що охолоджує.

Витрату пари за один цикл роботи автоклава розраховують окремо для  першого періоду, коли температура  в автоклаві підвищується до температури  стерилізації, і для другого періоду, коли в автоклаві підтримується  постійна температура стерилізації. У перший період роботи автоклава  теплова енергія витрачається на нагрів апарату, сіток, банок, кришок, продукту і води (при стерилізації у воді) і на компенсацію втрат тепла в навколишнє середовище шляхом випромінювання і конвекції. Витрата тепла за перший період роботи автоклава визначиться таким чином.

 

1. Витрата тепла на нагрів автоклава

 

 

 

 

де  маса автоклава, кг; = 1150кг;

-  теплоємність  сталі; =481 Дж/кг.град

 – початкова температура автоклава °С

 – температура стерилізації °С

2. Кількість тепла на нагрів сіток:

 

 

де  – маса сіток, кг (маса однієї сітки 105кг)

 – температура сітки (25°С)

3. Кількість тепла на нагрів банок

 

 

де - маса банок кг;

 теплоємність  скла (с=0.84кДж/кг*град);

 – початкова температура банок (

4. Кількість тепла на нагрів продукту:

 

 

де  – маса продукту в одній банці, кг; (0,485);

- теплоємність  продукту 3.65кДж/кг*град;

5. Кількість тепла на нагрів води в автоклаві:

 

 

де  – маса води, визначувана за об’ємом автоклава за вирахуванням об’єму сіток і банок, 575кг;

-  теплоємність  води (с=4.18 кДж/кг*град);

 – початкова температура води в автоклаві (

6. Втрати тепла в навколишнє середовище:

 

 

де  – повернення автоклава (6.5);

- тривалість  нагріву, 25с;

 – температура зовнішнього повітря (25);

 – температура зовнішньої стінки ізоляції;

 

 

де K – коефіцієнт теплопередачі від води, що знаходиться в автоклаві до повітря

 

 

 

де  – коефіцієнт тепловіддачі від води до стінки автоклава (232Вт/

 –коефіцієнт тепловіддачі від стінки автоклава до повітря (10.5 Вт/

 – коефіцієнт  теплопровідності стінки автоклава  (46.5 Вт/

– коефіцієнт теплопровідності ізоляції (0.11 Вт/

 – товщина стінки автоклава (5мм);

 – товщина  ізоляції (50мм);

Середня температура води в автоклаві

 

 

Сумарний коефіцієнт тепловіддачі:

.

 

7. Загальна витрата тепла:

 

 

8. Витрати пари в перший період автоклава:

 

 

 

де  – ентальпія пари(2947кДж/кг);

 – ентальпія конденсату.

Тепловміст конденсату при  стерилізації консервів у воді (485кДж/кг).

9. Секундний розрахунок пари:

 

 

10. Теплова енергія в другий період роботи автоклава витрачається тільки на компенсацію втрат тепла в навколишнє середовище.

 

 

  – тривалість стерилізації (с);

Температура води в автоклаві =116

 – температура зовнішньої стінки ізоляції з рівняння (6)

 – сумарний коефіцієнт теплопередачі:

 Вт/

 

11. Витрати пари в другий період автоклава

 

 

 

Секундна витрата пари:

 

(кг/сек)

12. Загальна витрата пари:

 

 

13. Тепловий баланс автоклава:

 

 

14. Витрата води для охолоджування продукту t,

 

 

 

де  – маса продукту; =;

с  – теплоємність продукту; с=3.5(кДж/кг*град);

 – температура стерилізації; , ;

 – початкова температура води; , ;

 

Маса автоклава, сіток, банок, води:

 

Де маса автоклава, сіток, банок;

 маса води в автоклаві.

Приведена теплоємність

 

 

 

де  – теплоємність матеріалу автоклава, сіток і банок в Дж/кг*град

 теплоємність води в Дж/кг*град

Кінцева температура автоклава, сіток, банок і води

 

 

де  - кінцева температура продукту;

Витрати води за одиницю  часу;

 

 

де  час охолоджування.

 

 

Конструктивний  розрахунок.

1. Діаметр патрубка для пари

 

 

 

де  - швидкість пари; =30м/с;

 щільність  пари; =2.125кг/.

 

 

 

Звідси: вибираємо трубу  по ГОСТ 9567-60

2. Діаметр патрубка для води

 

 

 

де  - швидкість води;

 

 

Звідси: вибираємо трубу  по ГОСТ 9667-60.

3. Товщина стінки корпусу автоклава

 

 

 

де D – діаметр автоклава, 101,6 см.

Для стикових швів при ручній зварці (односторонньою) для сталі Ст.3.

p – надмірний тиск; p=0.3мН/.

4. Робоче навантаження на один болт автоклава

 

 

Де Z – кількість болтів; Z=8.

5. Внутрішній діаметр різьблення болтів

 

 

 

де 

 

 межа текучості,  для сталі (Ст.3);

6. Правила експлуатації та техніка безпеки.

Правила до апарата визначаються зручністю і простотою складання, розбирання, ремонту і обслуговування, надійністю у роботі, а також невеликим штатом обслуговуючого персоналу. До експлуатаційних правил відносять також стійкість матеріалів, з яких побудований апарат, проти корозії, яка може виникнути під дією миючих засобів, навколишнього середовища і продукту, що переробляється. В свою чергу продукти взаємодії середовища і матеріалу не повинні володіти шкідливими властивостями у тому випадку, якщо продукт використовується для харчування. До експлуатаційних показників апарата відноситься і енергоємність – витрат енергії на одиницю сировини, що переробляється, або готової продукції. Зрозуміло, що чим ця величина менша, тим апарат вважається більш досконалим. Необхідно також поліпшувати надійність апарата – здатність виконувати задані функції, зберігати свої експлуатаційні показники у заданих межах протягом потрібного проміжку часу. Обладнання повинно бути виготовлене для визначених умов роботи і не бути непомірно міцним. Напруження в деяких конструкцій повинні бути тільки незначно нижче припустимих, інакше маса і вартість конструкції будуть невиправдано великі.

 Техніка безпеки.

Безпека роботи апаратів є  важливим правилом яке висувають  до апарату. Тому апарати розраховують і виготовляють з необхідним запасом  міцності, обладнують тепловою ізоляцією, захисними та запобіжними пристроями. У цьому відношенні найбільш безпечні герметично закриті апарати.

Апарати харчових виробництв повинні відповідати і санітарно-гігієнічним  вимогам, невиконання яких зумовлює бактеріальне, механічне або хімічне  забруднення продуктів харчування. При цьому апарати повинні  бути герметичні, легкодоступні для  миття та стерилізації.

 

 

 

7. Техніко-економічне порівняння автоклава з розповсюдженими в промисловості.

 

Вертикальний  автоклав.

Технологічна характеристика.

Показники	Б6-КАВ-2
Ємкість автоклава, л	1570
Внутрішній діаметр, мм	1000
Робочий тиск, кгс/	3.5
Кількість завантажуваних корзин, шт.	2
Ємкість корзини, л	485
Габаритні розміри, ширина, мм довжина із закритою кришкою, мм довжина з відкритою кришкою, мм	1365 2200 1870
Маса автоклава, кг без корзин, кг з корзиною, кг	940 1150
Потужність тенів , кВт	27-72
Напруга, В	380