13.3. Инженерные расчеты

Контрольные вопросы и задания

1. Какие способы нагрева гидробионтов вы знаете'.' 2. Какие аппараты приме­няют для варки, бланширования, запекания и обжаривания рыбы? 3. Как класси­фицируют варочные котлы и бланширователи'.' 4, Опишите устройство и принцип работы вакуумных котлов. 5. Опишите устройство и принцип работы судового бланширователя. 6. Как классифицируют шнековые и скребковые аппараты для термообработки гидробионтов⁹ 7. Опишите устройство и принцип работы обжа-рочных печей. S. Что такое коэффициент сменяемости? 9. Как определить произ­водительность варочного котла и бланширователя'¹ 10. Как определить произво­дительность шнекового и трубчатого скребкового теплообменников'? 11. Как оп­ределить производительность обжарочной печи и печи для запекания рыбы?

Глава 14 оборудование для стерилизации

Стерилизация — один из основных процессов производства консервированных продуктов из гидробионтов. Цель стерилиза­ции—подавление жизнедеятельности микроорганизмов. В про­цессе стерилизации уничтожаются вегетативные формы микроор­ганизмов и инактивируются споры, которые на длительное время утрачивают способность к прорастанию.

14.1. ОСНОВНЫЕ СПОСОБЫ СТЕРИЛИЗАЦИИ

Для стерилизации пищевых продуктов применяют физические, химические и биологические способы. Физические способы пре­дусматривают тепловое (действие высоких температур, примене­ние электрических токов различной частоты), механическое (ис­пользование ультразвука), радиационное (обработка инфракрас­ными, ионизирующими лучами) воздействия.

Химические способы заключаются в использовании химичес­ких реагентов (солей, кислот, щелочей) и антисептиков. Биологи­ческие способы предусматривают подавление патогенной микро­флоры антибиотиками и ферментами.

При переработке гидробионтов наибольшее распространение получил тепловой способ стерилизации. Режим тепловой стери лизации представляет собой комбинацию значений температурь, нагревания и продолжительности выдержки при этой температу­ре. К основным факторам, определяющим режим стерилизации относятся: термостойкость микрофлоры и ее начальная концент­рация, предварительная термическая обработка гидробионтов, ви продукта и его начальная температура в таре, ее размер, вмести­мость и материал, из которого она изготовлена.

Консервирующий эффект тепловой стерилизации достигается при температуре нагрева, при которой начинается коагуляция бел­ков протоплазмы микробной клетки. Так. дрожжи погибают при 55...70°С, их споры — при 55...80°С, плесени — при 51...80°С, их споры — при 100 °С и выше, а споры бактерий — при 100...120 °С. Термостойкость микроорганизмов и их спор завит от условий сре­ды, в которой они находятся. Она снижается, например, в произ­водстве консервов при добавлении в заливки органических кислот.

Эффективность стерилизации определяют по показателю, пред­ставляющему собой логарифм отношения конечной концентрации N_K спор к начальной N_H [(S= ^(/ЧУЛУ]. Летальное время для каж­дого вида микроорганизмов находится в прямой зависимости от числа клеток, присутствующих на 1 см² поверхности или в 1 г про­дукта, и в обратной зависимости от температуры нагрева. Это соот­ношение выражают формулой мономолекулярных реакций

Консервы из рыбы, прошедшей предварительную термическую обработку (бланширование, обжаривание, подсушивание горячим воздухом и т. п.), стерилизуют при более низкой температуре и менее продолжительное время, чем консервы без предварительной термо­обработки. Для стерилизации консервов с подогретыми заливками до 60...80 °С применяют более мягкие режимы. Рыбные паштеты, па­сты, консервы с крупными кусками рыбы стерилизуют более про­должительное время и при более высокой температуре, чем консер­вы с заливками или состоящие из мелких кусков и тушек рыбы.

Временной режим стерилизации состоит из трех периодов: нагревание тары с продуктом до температуры стерилизации Т), собственно стерилизация при постоянной температуре т₂ и ох­лаждение тары с продуктом т₃. В зависимости от вида консервов и размеров тары продолжительность периодов стерилизации со­ставляет Т| = 5...30 мин, т₂ = 100... 160 мин, т₃ = 5...40 мин. Темпе­ратурный и временной режимы стерилизации записывают так:

При стерилизации с противодавлением пользуются анало­гичной записью, но дополнительно может быть указана величи­на противодавления, которое создают в аппарате для компенса­ции избыточного давления, создающегося в банках при стери-

В зависимости от вида теплоносителя и организации давления в аппарате тепловую стерилизацию консервов из гидробионтов проводят в основном двумя способами: острым насыщенным па­ром без противодавления (консервы в металлической таре) и во­дой, подогреваемой паром с противодавлением (консервы в стек­лянной и металлической таре).

Стерилизация без противодавления заключается в том, что после прогрева автоклава температуру пара повышают до температурь стерилизации и с этого момента ведут процесс в соответствии *. режимом стерилизации. По окончании процесса прекращают по­дачу пара и осторожно выпускают его статок и конденсат из ав­токлава. Резкий сброс пара может привести к нарушению герме­тичности банок. Стерилизованные консервы охлаждают в проточ­ной воде, чаще всего в том же автоклаве (вертикальном) ;ii температуры содержимого банок 45...50°С. После снижения дав­ления автоклав открывают, выгружают корзины с продуктом. ; цикл повторяется. Этот способ стерилизации применяют для кон­сервов в металлической таре вместимостью до 350 мл при темпе­ратуре стерилизации не выше 112 "С.

Стерилизацию с паровоздушным противодавлением и водяным ох -лаждением применяют при выработке консервов в металлическо» таре большой вместимости и при более высокой температуре сте рилизации. Постоянное давление в автоклаве при стерилизани; поддерживают регулируемой подачей пара и сжатого воздуха. Дав­ление сжатого воздуха в ресивере должно быть на 0,08...0,1 МП-выше, чем давление в автоклаве. Бо избежание деформации тарь противодавление устанавливают в автоклаве в период собствен в: < стерилизации.

По окончании стерилизации автоклав постепенно в течени-3...5 мин наполняют холодной водой под давлением и.-. 0,04...0,05 МПа выше давления в автоклаве. Консервы охлаждаю в проточной воде, снижая давление в автоклаве в соответствии . понижением в нем температуры.

При стерилизации горячей водой с водяным противодавление корзины с банками загружают в автоклав, наполненный водой так, чтобы она покрывала верхний слой банок на 10...15см. Тем­пература воды должна быть на Ю...15°С выше температуры про­дукта в стеклянных банках, а жестяные банки загружают в кипя­щую воду. После загрузки и закрытия автоклава подают пар, со­здавая необходимую постоянную температуру и противодавление в течение всего времени стерилизации.

После окончания стерилизации отключают подачу пара, одно­временно сливают горячую воду и подают в автоклав холодную воду для охлаждения и создания противодавления в аппарате.

При стерилизации консервов в горячей воде с воздушным противо­давлением загружают автоклав и снизу через барботер подают смесь пара и воздуха. После достижения необходимого давления подачу воздуха прекращают, продолжая нагревать воду паром до температуры, соответствующей режиму стерилизации. Заключи­тельные стадии стерилизации аналогичны стерилизации с водя­ным противодавлением.

Важным параметром процесса является общее избыточное дав­ление в банке при температуре стерилизации.

Для расчета избыточного давления в банке при стерилизации предложено несколько формул. Для практических расчетов избы­точное давление в банке, Па,

14.2. АППАРАТЫ ДЛЯ СТЕРИЛИЗАЦИИ КОНСЕРВОВ

Для тепловой стерилизации применяют аппараты периоди­ческого и непрерывного действия — автоклавы или стерилизато­ры. Аппараты для стерилизации классифицируют: по расположе­нию — на вертикальные и горизонтальные; по способу загрузки банок с продуктом — навалом, в корзинах, сетках, на тележках, кассетах; по числу загружаемых корзин — с одной, двумя и че­тырьмя корзинами; по давлению стерилизующей среды — на работающие при атмосферном давлении и при давлении, пре­вышающем атмосферное; по виду стерилизующей среды — на водяные, паровые, паровоздушные, паровоздушные с водяным орошением, воздушные, газовые; по способу герметизации — на аппараты с механическим и гидростатическим затвором жид­кости; по способу перемещения банок при стерилизации — на конвейерные, роторные и аппараты, в которых банка непод­вижна.

Устройство, принцип работы автоклавов и стерилизаторов дол­жны обеспечивать возможность получения непрерывной и точной информации о ходе процесса стерилизации. Для контроля за ос­новными параметрами стерилизации (температура, давление и продолжительность) и обеспечения точного соблюдения режима стерилизации аппараты оборудуют индикаторными, регистрирующими и записывающими приборами, позволяющими записывать изменения температуры в процессе стерилизации в термограммах. Срок хранения в лаборатории термограмм как документов строгой отчетности должен превышать гарантийный срок хранения кон­сервов на 6 мес. На термограмме указывают наименование кон­сервов, номер автоклава, смену, дату, режим стерилизации, фами­лию аппаратчика. Работу каждого автоклава и стерилизатора (учет термограмм) регистрируют в журнале по установленной форме. Этот журнал является важным документом, по которому судят о соблюдении заданного режима стерилизации.

Автоклавы различной конструкции широко применяют при производстве консервов из гидробионтов.

Автоклав вертикальный двухкорзиночный (рис. 14.1, о) состоит из корпуса, блоков арматуры, теплоизоляции, электронной систе­мы управления. Корпус автоклава представляет собой сварной ци­линдрический сосуд вместимостью 1,07 м³ с эллиптическим дни­щем, закрываемый сверху крышкой. Высота автоклава 2540 мм, диаметр 1100 мм. Во время стерилизации внутри корпуса разме­щаются две корзины с консервами. Температура стерилизации до 130 "С. Потребляемая мощность 25 кВт, масса 900 кг.

Бессеточный вертикальный автоклав (рис. 14.1, б) представляет собой сосуд вместимостью 1,4 м³ с герметически закрывающимися верхней и нижней крышками, которые открываются и закрывают­ся с помощью пневмоцилиндров и байонетного затвора. После за­полнения автоклава горячей водой в него загружают банки с про­дуктом. Если консервы стерилизуют в паровой среде, то открыва­ется клапан слива горячей воды, а если в водной среде, то горячая вода не сливается. Затем по программе происходят повышение температуры и давления, выдержка, снижение температуры и дав­ления. По окончании цикла стерилизации консервы разгружают в секцию, заполненную водой. Габаритные размеры автоклава 1550 х 1380 х 2160 мм", масса 670 кг.

Горизонтальные автоклавы (рис. 14.1. в) с цилиндрическим кор­пусом бывают тупиковые —с одной крышкой и пролетные — с двумя крышками по обеим торцевым сторонам корпуса автоклава. Крышки герметично закрывают корпус с помощью штурвальных или байонетных затворов. В нижней части автоклава проложен рельсовый путь, по которому перемещают тележки с банками. Длина автоклава зависит от числа закатываемых в него тележек — одна, две, четыре и шесть. Горизонтальные автоклавы устанавли­вают с небольшим уклоном и в низкой части корпуса вваривают штуцер для слива конденсата.

Установка для стерилизации консервов УСК-1 (рис. 14.2) состоит из автоклава, ресивера, теплообменного аппарата, компрессора насосов и системы управления. Все части установки соединены трубопроводами и смонтированы на общей раме. Основной ее ча­стью является автоклав — сварной цилиндрический корпус с

внутренним диаметром 800 мм, закрывающийся крышкой с затвором байонетного типа.

В автоклав загружают 120 банок. Стерилизация консервов при температуре не более 120 °С и давлении 0,34 МПа в автоклаве осуществляется орошением их струями горячей воды, подавае­мыми через душирующее устройство. Такой способ обеспечивает равномерное распределение температурного поля внутри авто­клава и высокое качество продукта после стерилизации. Для ис­ключения парообразования в автоклаве создается избыточное давление воздуха, подаваемого от ресивера. После завершения режима нагрева и стерилизации консервы постепенно охлажда­ются душированием водой, охлажденной в теплообменнике. Площадь, занимаемая установкой, 7,2 м², потребляемая мощ­ность 30 кВт.

Судовой вертикальный автоклав рабочей вместимостью 0,25 м³ (рис. 14.3) представляет собой цилиндрический сосуд (внутренний диаметр 0,6 м) с эллиптическим днищем, закрываемый сверху эл­липтической крышкой.

Консервы стерилизуются в паровой среде. Рабочее давление при стерилизации 0,2 МПа. В процессе работы автоклав продува­ют через пробно-спускной кран. При появлении пара пробно-спускной кран закрывают и подогревают автоклав до 120 "С. За­данную температуру поддерживают постоянно путем регулирова- ния подачи пара. Максимальный расход водяного насыщенного пара за цикл работы 30 кг при давлении 0,3...0,35 МПа.

Для создания противодавления в автоклав подают сжатый воз­дух при давлении 0,3...0,35 МПа и расходе 0,002 м³/с. Вентиль по­дачи пара закрывают, открывают вентиль подачи воды в автоклав и при достижении давления на 0,03...0,05 МПа выше противодав­ления открывают вентиль верхнего слива волы. Расход пресной воды за цикл 0,5 м³.

Консервы охлаждают водой. Рабочее давление при охлажде­нии 0,3 МПа. Производительность при вместимости автоклава 262 банки № 8 составляет 1,22 туб в смену, установленная мощ­ность 0,85 кВт, габаритные размеры при закрытой крышке 1204 х 1007 х 1360 мм, масса 420 кг.

Стерилизаторы применяют в производстве консервов из гидро-бионтов.

Стерилизатор с гидростатичес­ким затвором (рис. 14.4) работает на принципе уравновешивания давле­ния в камере стерилизации с помо­щью гидравлических шлюзов. Дли­на участка конвейера, находящегося в камере стерилизации, 67 м. Длины участков конвейера в зоне подогре­ва и охлаждения такие же. Высота стерилизатора 18,4 м.

Банки с консервами загружают в банконосители замкнутого непрерывно движущегося цепного конвейера, который подает их в шахту водяного (гидростатического) затвора — шлюза. После прогрева банки поступают в камеру парового стерилизатора, где нагреваются до 120 °С, и затем попадают в зону водяного охлажде­ния, где их температура понижается до 75...80 °С. Выйдя из водяно­го затвора, банки поступают в камеру дополнительного водяного охлаждения до 40...50 °С, после чего их выгружают. Производитель­ность стерилизатора 40...60 банок в смену. Продолжительность собственно стерилизации 40... 116 мин при температуре стерилиза­ции 113...125 "С. Мощность установленного электродвигателя 20,6 кВт.

Трехбарабанный стерилизатор роторного типа (рис. 14.5, а) ра­ботает следующим образом. Консервные банки подаются по кон­вейеру в загрузочный люк барабана. Находясь в первом барабане, консервы прогреваются до 60...75°С (температура греющей воды 100 °С) и через герметичный клапан поступают во второй барабан для стерилизации. Температуру и давление внутри барабана уста­навливают в соответствии с формулой стерилизации. В случае не­обходимости противодавление создают сжатым воздухом. По окон­чании процесса стерилизации через второй герметичный клапан консервы подают в третий барабан на охлаждение водой до 40 °С.

В стерилизаторах роторного типа консервы стерилизуют под давлением, превышающим давление насыщенных паров воды. Применяют аппараты также с раздельным охлаждением: внача­ле под давлением выше атмосферного, а затем при атмосфер­ном.

Компоновка рабочих барабанов может быть различной. Аппа­раты могут состоять из двух корпусов — стерилизатора и охладите­ля, работающего под атмосферным давлением и давлением выше атмосферного; трех корпусов — стерилизатора и двух охладителей, один из которых работает под давлением выше атмосферного, а второй — под атмосферным; четырех корпусов — подогревателя, стерилизатора и двух охладителей для раздельного охлаждения.

Банки, подлежащие стерилизации, подают по загрузочной течке внутрь корпуса шлюзовой камеры. При этом банка попадает между зубцами приемной звезды и перемещается из области атмосферно­го в область повышенного давления, т. е. внутрь стерилизатора. При вращении ротора стерилизатора банки перемещаются не толь­ко вокруг оси ротора, но и вдоль корпуса к выгрузному устройству, которое работает так же, как и загрузочная течка. Очередная банка выталкивается из гнезда ротора в выем звездочки выгрузного уст­ройства зубцом специальной выталкивающей звездочки. Продолжительность стерили­зации регулируется частотой вращения ротора стерилиза­тора. При выходе из стерили­затора банки сразу попадают в охладитель, работающий по тому же принципу, что и сте­рилизатор.

Стерилизатор (рис. 14.5, б) состоит из камеры, над кото­рой установлен бойлер для предварительного нагрева воды перед стерилизацией. В камере находится перфори­рованный цилиндр с рельса­ми для перемещения сеток с банками и плитой для удер­живания их в сетках. Перед началом стерилизации кон­сервов в жестяной таре тем­пература воды в бой зере дол­жна быть несколько выше температуры стерилизации. Банки с консервами загружа­ют в сетки, которые устанав­ливают в камере, и гермети­зируют ее.

Стерилизация продукта начинается с момента по­ступления горячей воды из

бойлера в камеру. Во время стерилизации перфорированный бара­бан вращается по заданному режиму. По окончании собственно стерилизации (при одновременном вращении банок) горячая вода из камеры поступает в бойлер под давлением холодной воды, по­даваемой для охлаждения. Консервы охлаждаются при вращении барабана с банками по заданному режиму. В бойлере в это время нагревается вода для стерилизации следующей партии консервов. Стерилизатор горизонтального типа периодического действия (рис. 14.6) применяют для стерилизации рыбных, мясных, овощ­ных консервов, упакованных в металлическую, стеклянную тару, а также в тару из ламинатов.

В качестве теплоносителя для стерилизации применяют паро­воздушную смесь, которая интенсивно циркулирует под действием вентилятора, обеспечивая равномерный перенос теплоты по всему объему аппарата. Колебания температуры по объему ап­парата составляют ±0,5 °С. Тележки или стопируемые поддоны внутри аппарата передвигаются по рельсам. В аппарат загружают пять корзин. Тара с продуктом в аппарате охлаждается души-рованием холодной водой или погружением в воду. Параметры стерилизации контролируются встроен­ным микропроцессором Стерилизатор (рис. 14.7) применяют для обработки кальмара с одновременной его подсушкой до содержания массовой доли вла­ги 28...32 %. Основной рабочий орган аппарата — операционный барабан. На крышках внутри барабана размешены две люстры. В одну их них вмонтированы 15 инфракрасных ламп, в другую — две бактерицидные лампы. Для стерилизации используются бактери­цидные лампы, для подсушки — инфракрасные.

Кальмаров загружают в операционный барабан по загрузочно­му лотку. Барабан вращается в роликах приводных валов и снаб­жен механизмом для изменения угла наклона. После обработки в барабане кальмары поступают на расфасовочный конвейер, где их охлаждают и фасуют. Производительность стерилизатора 150 кг/ч, установленная мощность электропривода 1 кВт, габаритные раз­меры 2330 х 1220 х 145 мм, масса 450 кг.

14.3. ИНЖЕНЕРНЫЕ РАСЧЕТЫ

При расчете автоклавов и стерилизаторов выполняют техноло­гический, тепловой и конструктивный расчеты.

Технологический расчет. Вместимость сетки для банок по фор­муле М. Я. Ли киса:

Диаметр зажимного болта крышки, мм,

Контрольные вопросы и задания

1. Перечислите основные способы стерилизации гидробионтов. 2. Что такое тепловая стерилизация? 3. Какие основные факторы определяют режим стерили­зации гидробионтов? 4. Что такое тепловая стерилизация без противодавления и с противодавлением? 5. Что такое формула стерилизации? 6. Как определить избы­точное давление в банке при стерилизации? 7. Как классифицируют аппараты для стерилизации? Опишите их устройство и принцип работы. 8. Как определить про­изводительность автоклава и стерилизаторов непрерывного действия? 9. С какой целью проводят тепловой расчет аппаратов для стерилизации?