Стерилизаторы периодического действия

Для стерилизации консервов при давлении, превышающем атмосферное, паром или в воде применяют автоклавы, работающие периодически. Они бывают двух типов: вертикальные и горизонтальные. Горизонтальные автоклавы предназначены для стерилизации консервов в жестяной таре, вертикальные — всех видов консервов как в жестяной, так и в стеклянной таре, поэтому они получили широкое распространение на консервных заводах.

Если при стерилизации консервов создают противодавление, то в зависимости от ее способа коммуникации автоклава должны обеспечить подачу сжатого воздуха или воды под давлением. Два варианта схемы коммуникаций при стерилизации с противодавлением показаны на рис. 1.

В схеме (рис. 1, а) сливная труба 1 соединена со спускной трубой. По трубопроводу 2 вода подается под давлением от многоступенчатого центробежного насоса 3. Во избежание прекращения работы автоклава при временном отключении электроэнергии рекомендуется устанавливать наряду с центробежным насосом еще и паровой насос поршневого типа. По трубопроводу 3 (рис. 1, б) подается сжатый воздух из компрессора 5 через ресивер 4. Сжатый воздух поступает в автоклав через барботер для пара.

В случае снижения давления в автоклаве могут произойти срыв крышек или деформация банок, поэтому на всех трубопроводах, по которым поступают пар, вода или воздух, устанавливают обратные клапаны между автоклавом и вентилем. На коммуникации автоклава монтируют только паровые вентили.

Охлаждение консервов в автоклавах, особенно в стеклянной таре, — один из самых ответственных процессов.

Рис. 1. Схема коммуникации автоклава

Исследования показали, что термостойкость стекла при охлаждении значительно ниже, чем при нагреве. Объясняется это тем, что при нагреве наружные слои стенки стеклянной банки испытывают сжимающие усилия, в то время как при охлаждении в них возникают растягивающие усилия.

Напряжение, при котором стекло разрушается, составляет на сжатие 650...1750 Па, на растяжение 35. ..80 Па. Таким образом, при растяжении сопротивляемость в 16...17 раз ниже, чем при сжатии.

Как показывает опыт, наиболее опасным является этап охлаждения банок от температуры стерилизации до 70°С. В этом интервале температур в материале банок возникают особенно высокие напряжения, приводящие иногда к их разрушению. Для предотвращения боя банок при охлаждении температуру в автоклаве следует снижать постепенно и равномерно.

При обычных коммуникациях, через которые охлаждающая вода подается одной струей сбоку автоклава, нельзя достигнуть равномерного охлаждения всех банок. При таком способе подачи воды температура ее даже в одной горизонтальной плоскости отличается почти на 20 °С. Для постепенного и равномерного охлаждения банок охлаждающую воду подают мелкими струями через барботер или через душ, укрепленный под крышкой автоклава. При этом способе охлаждения в заводских условиях получены хорошие результаты.

Механизация загрузки сеток банками и выгрузки их из сеток значительно облегчает обслуживание автоклава, повышает производительность труда и уменьшает бой банок.

Наиболее простой способ загрузки жестяных банок в сетки — это загрузка с применением водяной подушки. При этом способе пустую сетку с помощью электротали погружают в сосуд, наполненный водой, уровень которой несколько выше кромки сетки. С транспортера банки падают в воду, которая предохраняет их от деформации или боя. Когда сетка заполнена банками, ее выгружают из сосуда с водой и загружают в автоклав. Для разгрузки сеток после стерилизации может быть использован такой же сосуд, но заполненный раствором, плотность которого больше плотности банок.

Для загрузки банок в сетки и выгрузки их из сеток применяют также установки, устройство и принцип работы которых описаны в гл. 9.

Односетчатые автоклавы высотой до 1,2 м устанавливают на полу автоклавного отделения, многосетчатые — обычно в канале (шахте) или укрепляют на балках железобетонного перекрытия. При монтаже автоклава ниже уровня пола все трубопроводы удобно размещать в одном канале с автоклавами. Однако в этом случае автоклав должен быть расположен так, чтобы был свободный доступ для осмотра и ремонта вентилей, соединений труб и обеспечена возможность управления большим числом вентилей у рабочего
места. Если заводская канализация выше днища автоклава, погруженного в шахту, то воду из него выкачивают насосом, находящимся в шахте.

При стерилизации консервов с противодавлением в автоклавном отделении должна быть насосная станция, состоящая из многоступенчатого центробежного насоса, запасного парового насоса, соответствующих емкостей для воды, компрессора с ресивером. Насосная станция должна быть оборудована всеми необходимыми контрольно-измерительными приборами (манометрами, регуляторами давления, предохранительными клапанами и т. д.). Трубопроводы крепят к автоклаву с помощью фланцев.

Вместо насосной станции можно установить напорную вышку для воды на уровне 20...30 м от пола автоклавного отделения.

Трубы располагают так, чтобы можно было разместить вентили со стороны обслуживания на расстоянии 500.. .700 мм от уровня пола цеха. Вентили, расположенные в канале, снабжают удлиненными стержнями. Расстояние между вентилями должно быть таким, чтобы ими можно было управлять с одного места.

Манометр и термометры монтируют на уровне глаз сидящего человека со стороны обслуживания, обратные клапаны — за вентилями, что позволяет заменять сальниковую набивку и осматривать вентили без отключения всей сети. Предохранительный клапан снабжают небольшим кожухом для отвода пара вверх либо в сторону, противоположную фронту обслуживания.

Вертикальный автоклав представляет собой аппарат периодического действия, предназначенный для стерилизации консервов, укупоренных в таре (табл. 1).

Автоклав (рис. 14.2) имеет корпус 3, крышку 4, корзины 10, программный регулятор 9 (ПРП-2) и различную арматуру.

Рис. 2. Вертикальный автоклав

Корпус 3 автоклава сварной и состоит из цилиндрических обечаек толщиной 6 мм и днища толщиной 8 мм. На корпусе предусмотрены патрубки с фланцами для подключения пара, сжатого воздуха, воды и конденсата, а также штуцера для манометра 8, термометра 7 и датчиков регулятора ПРП-2. В нижней части корпуса расположены паровой барботер 11 и сливной патрубок.

Фланцы крышки и корпуса прижаты один к другому с помощью поясного зажима 2, состоящего из пятнадцати секторных захватов, укрепленных на кольце из пружинной полосовой стали, и рычажной системы для стягивания и разведения зажима.

На крышке предусмотрены патрубок для подвода воды и штуцера для установки предохранительного клапана 5 и пробно-спускного крана 6. Крышка имеет устройство 1, облегчающее ее открывание и закрывание.

Горизонтальные автоклавы устанавливают на лапах. Торцевые стороны корпуса с одной или двух сторон герметически закрыты крышками на петлях; крышки снабжены зажимными штурвалами. Внутри автоклава имеется барботер для подачи пара и рельсы, по которым перемещаются тележка с банками. Горизонтальные автоклавы строят в расчете на одну, две, четыре или шесть тележек; различаются автоклавы между собой только по длине корпуса. Эти автоклавы снабжены такими же контрольно- измерительными приборами и коммуникациями, как и вертикальные автоклавы (табл. 2).

Для горизонтальных автоклавов (в отличие от вертикальных) нет необходимости устраивать каналы (шахты) при их установке, а также монорельсы с электроталью или краны для загрузки банок. Благодаря наличию двух крышек автоклав можно загружать с одной стороны и разгружать с другой, чем обеспечивается некоторая поточность движения банок, в особенности если загрузку производят в стерилизационном цехе, а разгрузку — у склада готовой продукции.

Однако горизонтальные автоклавы занимают большую площадь и в них трудно проводить стерилизацию консервов в воде. Кроме того, степень использования их объема ниже.

Исследования показали, что при меньшем времени стерилизации качество консервов более высокое. Продолжительность стерилизации зависит от интенсивности теплообмена, значительно увеличивающейся при перемешивании содержимого банки, когда передача теплоты происходит главным образом путем конвекции, а не теплопроводности. Кроме того, благодаря перемешиванию несколько увеличивается температура стерилизации и, следовательно, сокращается время прогрева. Перемешивание достигается вращением банки как вокруг своей оси, так и переворачиванием с донышка на крышку. Первый способ осуществляется в роторных непрерывно- действующих стерилизаторах, второй — в горизонтальных автоклавах периодического действия. В такой автоклав по рельсам вкатывается сетка с горизонтально и вертикально уложенными банками. Герметично закрывается крышка, и сетка с банками приводится во вращательное движение при помощи электродвигателя и специального механизма. Для улучшения теплообмена во время нагревания и стерилизации вода в автоклаве непрерывно циркулирует, для чего используют специальные циркуляционные насосы.

На Азовском комплексе по производству консервов детского питания установлены горизонтальные автоклавы французской фирмы «Лагард». Каждый аппарат вмещает четыре кубические корзины со стороной 804 мм и съемным дном. Корзины укомплектованы перфорированными листами, которые служат прокладками между рядами банок.

Автоклав снабжен двумя крышками. В центре крышки со стороны выгрузки установлен центробежный вентилятор. По днищу автоклава проложены два опорных рельса с роликами для загрузки и выгрузки корзин.

Внутри аппарата по всей длине между двумя вертикальными пластинами и корпусом автоклава размещены коллекторы для подачи

воды, в нижней части корпуса — коллекторы для подвода пара, в верхней — форсунки для разбрызгивания воды.

Управление автоклавом осуществляют в автоматическом режиме со щита, на котором расположены: программатор, прибор для регистрации температуры и давления, манометр с сигнализацией предельных значений, электрические приборы.

Автоклав предназначен для стерилизации консервов в паровоздушной среде при температуре до 150°С и давлении до 500 кПа, , загрузка (выгрузка) консервов полностью механизирована и автоматизирована.

В качестве греющей среды применена паровоздушная смесь, для охлаждения используют воду, необходимое давление поддерживают с помощью сжатого воздуха.

Автоклав фирмы «Лагард» (рис. 14.3) имеет следующую арматуру, приборы и оборудование:

3, 16, 17, 18 и 21 — ручные вентили соответственно подачи сжатого воздуха из системы, пара, сброса давления из аппарата, подачи воздуха в аппарат и холодной воды из системы;

4, 6 — ручные вентили подачи холодной воды для регулирования температуры воды, поступающей для охлаждения консервов;

8 — манометр для измерения давления пара;

5, 7, 9, 10, 12 и 15 — клапаны соответственно для слива воды, подачи холодной воды, сброса давления из аппарата;

11 — вентилятор;

14, 19 — насосы;

13, 20 — фильтры.

Рис. 3. Схема коммуникаций горизонтального автоклава

Автоклав работает следующим образом. Продувают линии подачи пара к аппарату и открывают вентили: 21 подачи воды, 3 пара, 1 сжатого воздуха и 4 и 6. Давление воды 450 кПа, пара 600, воздуха 600 кПа.

С подачей электропитания на щите управления автоклава зажигаются соответствующие сигнальные лампы, включаются самописец, программатор и его неоновое освещение. В считывающее устройство программатора снизу вводится программная карта. 'Затем в автоклав автоматически загружаются корзины с консервами; крышка автоклава, которая герметизирована с помощью резиновых прокладок, надуваемых сжатым воздухом, закрывается, и осуществляется пуск программатора. При этом закрывается клапан сброса воды из автоклава, открывается клапан 10 подачи в него пара и включается вентилятор 11. Подъем и поддержание температуры и давления в автоклаве на заданном уровне гарантируются включением и отключением клапанов подачи пара и воздуха и включением и отключением клапана сброса давления 15.

По окончании этапа стерилизации закрывается клапан 10 подачи пара, включается насос 19, открывается клапан 9 и наступает этап предварительного охлаждения, вода разбрызгивается из сети в пространстве между корпусом и ограничительными пластинами. Затем включается насос 14, открывается клапан 12 и начинается этап окончательного охлаждения консервов водой, забираемой из нижней части автоклава. Открывается клапан 5, и горячая вода, забираемая из нижней части автоклава, смешивается с холодной водой, подаваемой насосом 19 из сети. При включении насоса клапан 9 закрывается, разбрызгивание воды прекращается, открывается клапан 7 и увеличивается подача воды, поступающей для охлаждения консервов. После охлаждения насосы 19 и 14 выключаются, закрываются клапаны 12, 7 и 5, открывается клапан 2 слива воды и давление снижается до нуля.