Автоклавы

Автоклавом называется устройство, предназначенное для нагрева помещенных в него предметов до больших температур, под давлением выше атмосферного. В пищевой промышленности эти агрегаты используются, прежде всего, для стерилизации продуктов при изготовлении консервов.

Конструкция и порядок работы

Основными узлами автоклава являются емкость, теплообменник и контрольные приборы.

Принцип действия автоклава

Поскольку принцип работы всех автоклавов практически одинаковый, то упрощенно процесс можно рассмотреть на примере бытового прибора.

Закатанные банки ставятся в емкость и заливаются водой выше крышечек, но так, чтобы вода не доходила до крышки аппарата, под ней должен оставаться воздух. Насосом поднимают давление внутри автоклава до 1 атм., чтобы, при нагреве, не образовалась разность давлений в емкости и в банках. Затем включают ТЭН. После закипания воды, она испаряется, давление внутри поднимается, из-за чего повышается температура кипения жидкости.

Зависимость температуры кипения и внешнего давления

Почему, после повышения внешнего (атмосферного) давления, поднимается температура кипения воды?

Процесс кипения выглядит следующим образом. В воде есть растворенный воздух. По мере нагрева жидкости, воздух выделяется и собирается в пузырьки. Также в них присутствует насыщенный водяной пар. Пузырек увеличивается до тех пор, пока архимедова сила не оторвет его от дна. Он всплывает вверх, где слои воды еще сравнительно холодные, пар внутри него конденсируется, давление падает и пузырек схлопывается. Вода еще не кипит, но уже шумит – это схлопываются многочисленные пузырьки воздуха с паром. При дальнейшем повышении температуры, вода прогревается достаточно для того, чтобы пузырьки достигали поверхности. Там они выбрасывают пар в атмосферу. Вода кипит.

Чтобы «прорваться» к поверхности, пузырек должен преодолеть давление столба воды и давление воздуха (внешнее) над ней. Для этого давление в пузырьке (внутреннее) должно быть не меньшим, а его величина определяется температурой нагрева. То есть, кипение возможно только в том случае, если давление пара внутри пузырька сравняется с давлением внутри жидкости. Если каким-то образом увеличить внешнее давление, то придется, соответственно, сильнее греть воду, чтобы возросло и внутреннее давление пара в пузырьках, иначе они не смогут дойти до верхних слоев и жидкость кипеть не будет.

Для увеличения внешнего давления применяется автоклав. Испарение влаги приводит к тому, что давление внутри герметичной емкости поднимается, кипение прекращается. Можно греть воду дальше, так как ее температура кипения уже другая, более высокая. В продуктах, обработанных под такой температурой, полностью разрушается структура вредоносных микроорганизмов.

Промышленные пищевые автоклавы отличаются от бытовых более сложной конструкцией. Помимо указанных выше основных узлов, у них есть перемешивающие устройства, вакуумные насосы, специальные замки, экранированные электродвигатели, ТЭНы или барботеры, системы защиты, и прочие дополнительные приспособления. Кроме того, емкости автоклавов в процессе стерилизации совершают определенные движения (качаются или вращаются), за счет чего продукты в таре лучше прогреваются. Применяется водяное или воздушное охлаждение. Современные аппараты используют функцию вакуумирования, управление полностью автоматизировано.

Характеристики

Диаметр емкости промышленного автоклава варьируется в диапазоне от 1,2 до 8,0 м., длина – от 2,0 до 40,0 м. Внутри самых крупных проложены рельсы, изделия для стерилизации подаются в вагонетках. При значительной длине ставятся специальные опоры, чтобы конструкция могла расширяться при нагреве. Объемы:

• 0,25 – 5 л. Лабораторные.

• 5 – 100 л. Пищевые.

• 16 – 22 л. Медицинские.

• От 1 куб. м. и более. Химические и строительные.

Максимальное давление – до 150 МН / кв. м., наибольшая температура нагрева – до 500 град С.

Типы автоклавов

По расположению емкости:

• Вертикальные. Нагрев обычно при помощи ТЭНов. Компактные, нередко применяются в лабораториях.

• Горизонтальные. Часто с газовым нагревом (барботеры).

По типу движения:

• Вращающиеся.

• Качающиеся.

Также есть колонные автоклавы – в них из бокситов делают глинозем.

По количеству крышек:

• Туннельные – с двумя.

• Тупиковые – с одной.

Классы по евростандарту EN 13060:2004

• В – с функциями фракционного предвакуума и вакуумной сушки.

• S – с функцией линеарного предвакуума.

• N – без предварительной вакуумизации и вакуумной сушки.

Современные электрические и газовые промышленные автоклавы – это сложные установки с большой производительностью.