Главная › Новости

Автоклавы

Опубликовано: 05.10.2018

Видео Сибирский стоматологический форум

Автоклавы

Автоклав —  (стерилизаторы периодического действия) предназначен для стерилизации (тепловой обработки при температуре свыше 100 °С) пищевых продуктов, расфасованных в стеклянные или жестяные банки.   Автоклавы приметяются в пищевой промышленности, а именно в консервной промышленности малой мощности. Также используется для тепловой стерилизации продукта, фасованного в стекянную или жестяную банку. Автоклав создает внутри себя избыточное давления за счет чего температура паровоздушной смеси нагревается выше 100 °С и препятствует разгерметизации банок. В зависимости от условий (вид и состав продукта, размер и тип банок и прочее) устанавливается температура и продолжительность тепловой обработки в автоклаве .

Автоклав горизонтальный:

Технические характеристики могут изменяться в соответствии с техническим заданием Клиента.

Автоклав качающийся

Предназначен для перемешивания содержимого в тех упаковках, у которых сложно и дорого выполнять этот процесс во вращающемся автоклаве . без риска повреждения упаковки. Автоклав собирается по техническим характеристикам Клиента с множеством различных опций, часть которых указана ниже.

Автоклав вращающийся

Особенно пригоден при работе с кашицеобразными массами или суспендированными твердыми веществами.

Автоматизация вертикальных автоклавов

Консервная промышленность, входящая в качестве подотрасли в пищевую промышленность, занимает весомое место в экономике Украины.

В условиях современного консервного производства, при больших загрузках технологических линий задействованных в переработке сельскохозяйственного сырья и процессах носящих поточно-массовый характер, высокое качество готовой продукции возможно только при полной автоматизации производства и максимального исключения влияния на процесс человеческого фактора. Прогресс не стоит на месте, и в настоящее время существует великое множество средств и систем автоматизации, выбор которых осуществляется в зависимости от поставленной задачи.

Одним из важнейших процессов консервирования является стерилизация –термообработка консервов. позволяющая значительно увеличить срок их дальнейшего хранения. В зависимости от технологического процесса. аппараты для стерилизации делятся на непрерывного и периодического действия. В свою очередь, аппараты периодического действия бывают открытого типа (ванны) и закрытого типа — автоклавы. Автоклавы по конструкции делятся а вертикальные и горизонтальные, из них вертикальные получили более широкое распространение, ввиду их универсальности и нетребовательности к виду тары продукции.

Основными параметрами регулирования процесса стерилизации являются температура и давление, автоматизированная система управления позволяет поддерживать их в заданных пределах. В данной статье описывается одна из таких систем управления. установленная на автоклаве водяной стерилизации консервов. Система работает на всех стадиях технологического процесса. подача холодной воды в бак, прогрев воды, заполнение пространства автоклава консервами, возрастание значений температуры и давления до заданных пределов, сама стерилизация и охлаждение готовой продукции. Система представляет из себя готовое решение- автоматизированное рабочее место технолога автоклава и может использоваться как на одном автоклаве, так и на комплексе агрегатов.

Преимущества, получаемые за счет внедрения системы автоматического управления автоклавом:

увеличение срока эксплуатации автоклава за счет соблюдения технологических норм; получение продукции высокого качества за счет соблюдения технологии и поддержания точно заданной температуры при равномерном прогреве изделий; уменьшение эксплуатационных расходов, в частности энергоресурсов за счет оптимального их использования при точном алгоритме работы; улучшение безопасности работы путем установки дополнительных блокировок и защит; уменьшение расходов на ремонты посредством диагностики системы, планирования технического обслуживания и ремонтов; введение автоматизированного документооборота, что позволяет снизить затраты на ведение документации.

Используемые в промышленности автоклавы представляют из себя сложные высокотехнологичные агрегаты работающие с большой производительностью. В настоящее время существует много разновидностей автоклавов, есть среди них специализированные модели, оно несмотря на это все они работают по одному принципу: нагрев подвергающегося стерилизации продукта в фасованных емкостях до высокой температуры при определенном давлении. Давление имеет повышенное значение по сравнению с атмосферным, в результате чего предотвращается разрушение (разрыв) тары (посуды) за счет компенсации температурного расширения нагреваемых консервов. Для определения необходимого значения давления существует формула автоклавирования, в которую заносятся такие данные, как коэффициент температурного расширения, время термической обработки, температура процесса и т.д.

Схема автоклава марки Б6-КА2-В-2 в разрезе показана на рисунке 1.

Рис.1. Вертикальный автоклав Б6-КА2-В-2

1 – опора; 2 – корпус; 3 – термоизоляция; 4 – крышка; 5 – кронштейны; 6 – патрубок; 7 – сливной патрубок; 8 – противовес; 9 – фланцевый затвор; 10 – автоклавные корзины; 11 – рассеиватель; 12 – подача сжатого воздуха; 13 – слив сверху; 14 – подача холодной воды; 15 –предохранительный клапан; 16 – коробка; 17 – место подключения датчиков; 18 – барботер.

Автоклав Б6-КА2-В-2 состоит из следующих узлов и агрегатов: корпуса. поддерживаемого опорой, средств механизации, термоизоляции. Корпус автоклава представляет собой сварную емкость цилиндрической формы с дном формы эллипса, увенчанный сверху крышкой такой же эллиптической формы. Назначение корпуса — размещение корзин с консервами во время стерилизации. Корпус 2 и крышка 4 для предотвращения тепловых потерь покрыты термоизоляцией 3.

Для улучшения герметичности корпус с крышкой соединяются через фланцевый затвор 9, конструкция которого состоит из двух встречных фланцев соответственно на корпусе и на крышке с проточенными концентрическими канавками, в полости которых вставлены резиновые уплотнения. Для перевозки и монтажа автоклава к корпусу приварены три опоры 1 и четыре рым-болта.

Для установки датчиков во внутренней плоскости автоклава, к его нижней поверхности приварена коробка 16. Также внутри корпуса размещены кронштейны 5, для того чтобы на них разместить корзины с продукцией, установлен кольцевой барботер 18, соединенный с патрубком 6. Для слива воды к днищу приварен сливной патрубок 7, оборудованный защитной сеткой. На крышке 4 располагается ручка для открывания и закрывания, а также рычаги противовесов 8.

Фланцевый затвор 9 фиксируется при помощи разжимного кольца, состоящего из разжимной системы, пальцев, рукоятки и кольцевого пружинного пояса. Для безопасности обслуживающего персонала, на разжимном кольце установлены блокировки и элементы защиты.

Блоки арматуры представляют из себя обвязку для присоединения автоклава к питающим магистралям, при помощи них осуществляется подача воды, пара, подача сжатого воздуха, слив отработанной воды. На магистралях подвода воды. пара и воздуха в качестве исполнительных механизмов используются пневмоклапаны МИМ (мембранные исполнительные механизмы). Блоки арматуры магистралей слива состоят из МИМов и запорных вентилей (ВЗ).

В пищевой промышленности в данное время еще можно встретить стерилизацию консервов где используется исключительно ручное управление в водяной среде. На таких производствах персонал подвергает продукцию воздействию высокой температуры с выдержкой определенного периода времени. При этом весь контроль за ходом технологического процесса осуществляется визуально по данным показаний термометров и манометров, высоко влияние человеческого фактора, что не может не сказаться на ходе технологического процесса. На таких производствах неизбежен брак продукции и финансовые потери.

Предлагаемая система автоматизации автоклава полностью исключает влияние на процесс стерилизации человеческого фактора и выполняет следующие функции:

наблюдение за ходом технологического процесса и оперативное изменение рабочих параметров с компьютера технолога; отображение как общей, так и обобщенной информации о параметрах каждой варки на дисплее оператора с возможностью выбора наиболее удобной формы просмотра: в виде трендов (графики изменения параметров во времени), либо в текстовом виде; расчет параметров для формирования закона регулирования процесса с применением обратной связи от датчиков установленных в автоклаве; автоматическое управление исполнительными механизмами для точного соблюдения технологического режима; возможность выбора из банка данных формулы стерилизации для конкретного продукта; ввод, корректировка и удаление формул стерилизации; возможность архивировать данные каждой варки консервов и передавать данные для просмотра и распечатки на принтере; передача данных с локального щита управления автоклава на компьютер оператора; просмотр протоколов аварийных ситуаций, запусков и остановок программ.

В нашей системе функцию главного регулирующего устройства выполняет программируемый логический контроллер (ОВЕН ПЛК), обладающий высокой производительностью и большим объемом внутренней памяти, позволяющим составлять программы для объектов высокого уровня сложности. При возникновении необходимости увеличить количество входов/выходов, контроллер может расширен путем подключения внешних модулей.

Функциональная электрическая схема приведена на рисунке 2.

Рис.2. Функциональная схема системы управления автоклавом

ПК — персональный компьютер; ИП320 — цифровая панель оператора; ПЛК — программируемый логический контроллер; МВУ8 — модуль вывода управляющий; ЭПП1-ЭПП4 — электропневматический позиционер; МИМ1-МИМ4 — клапан с пневматическим мембранным исполнительным механизмом; ВЗ — вентиль запорный; ДТ — датчик температуры; ДД1-ДД2 — датчик давления.

В приведенной схеме вертикальный автоклав является объектом регулирования. Основные параметры регулирования- давление и температура, тесно взаимосвязаны между собой, что обусловило настройку двух связанных каналов управления по температуре и давлению.

Центральное управляющее устройство, на входы которого поступает вся информация о процессе – программируемый логический контроллер ПЛК150 (фирма ОВЕН) на борту которого размещены 6 дискретных и 4 аналоговых входа для подключения широкого спектра датчиков.

В автоклаве производится измерение температуры с помощью медного термопреобразователя сопротивления. Сигнал с него поступает непосредственно на аналоговый вход контроллера.

Так же помимо температуры во внутреннем пространстве автоклава непрерывно контролируется внутреннее давление при помощи датчика давления ПД100-ДИ (фирма ОВЕН) с унифицированным токовым сигналом 4-20 мА. Чтобы исключить внештатные аварийные ситуации во время режима охлаждения, при сливе горячей воды и заполнении холодной водой, на подаче холодной воды установлен датчик давления, контролирующий давление воды в магистрали охлаждения. Если вдруг напор упадет ниже допустимого, то система отреагирует на это сигналом для оператора и будет включена дополнительная магистраль с запасного резервуара. Таким образом, охлаждение продолжится следовательно, уровень давления воды в автоклаве будет оставаться неизменным. В данном автоклаве не предусмотрено регулирование давления в магистралях пара и воздуха, но при желании их можно так же осуществить посредством установки необходимых датчиков и исполнительных механизмов, благо в контроллере для этого есть все необходимые входы и выходы.

Управление выходными устройствами осуществляется модулем выхода управляющим МВУ8 (фирма ОВЕН). Связь между контроллером и модулем расширения выходов МВУ8 осуществляется по промышленному сетевому интерфейсу RS-485.

Вся информация о технологическом процессе непосредственно на объекте выводится на панель оператора ИП320 (фирма ОВЕН) установленную на пульте оператора. Связь между ПЛК и цифровой панелью ИП320 осуществляется напрямую (без использования адаптера) так же по сетевому интерфейсу RS-485.

При помощи интерфейса Ethernet, происходит передача данных о системе с контроллера на верхний уровень и сигналов управления в обратном направлении. В качестве SCADA-системы выбрана среда программирования CoDeSys с помощью которой происходит визуализация и управление технологическим процессом. Имея простой и удобный интерфейс, CoDeSys позволяет оператору легко и комфортно управлять процессом стерилизации (рисунок 3).

а) Панель управления и мониторинга

б) Панель регистрации данных

Рис.3. Автоматизированное рабочее место оператора (АРМ)

Характеристика закона управления каналами регулирования температуры и давления выбрана непрерывная (линейная). для обеспечения нужной точности регулирования – дифференциал температурного поля 2 0С, давления 0,02 МПа. Таким образом, управление исполнительными механизмами происходит с МВУ8 постоянно изменяющимися сигналами от 4 до 20 мA.

В роли исполнительного механизма выступает мембранный пневматический клапан типа МИМ с пневмопозиционером, характеризующийся быстротой срабатывания и высокой точностью регулирования, его электронные аналоги ( с электроприводом) в этом плане имеют более посредственные характеристики.

В системе регулирования используются пневматические исполнительные механизмы, поэтому для преобразования унифицированного токового сигнала 4-20 мА в пневматический 0,02-0,1МПа используются электропневмопреобразователи марки ЭПП-21.

[править ] Разновидности автоклавов

Автоклав

Автоклавы бывают: вращающиеся, качающиеся, горизонтальные, вертикальные и колонные. Автоклав представляет собой сосуд либо замкнутый, либо с открывающейся крышкой. При необходимости снабжаются внутренними, наружными или выносными теплообменниками, механическими, электромагнитными, либо пневматическими перемешивающими устройствами и контрольно-измерительными приборами для измерения и регулирования давления, температуры, уровня жидкости и т. п.

[править ] Конструкция автоклавов

Конструкция и основные параметры промышленного автоклава разнообразны, ёмкость от нескольких десятков см³ до сотен м³, предназначаются для работы под давлением до 150 МН/м² (1500 кгс/см²) при температуре до 500 °C. Для химических производств перспективны бессальниковые автоклавы с экранированным электродвигателем, не требующим уплотнения. Ротор этого электродвигателя насажен непосредственно на вал мешалки и накрыт герметичным тонкостенным экраном из немагнитного материала, не препятствующего проникновению магнитных силовых линий от статора электродвигателя к ротору. При производстве строительных материалов применяют туннельные или тупиковые автоклавы. Внешне они представляют из себя трубу 3—6 м в диаметре и 15—20 м в длину, закрываемую крышкой с байонетным затвором (тупиковые с одной стороны, туннельные с 2-х сторон). Вдоль по длине автоклава расположены рельсы для вагонеток с изделиями. Автоклавы оборудованы магистралями для впуска насыщенного пара, перепуска отработанного пара в другой автоклав, выпуска пара в атмосферу или в утилизатор и для конденсатоотвода.

В пищевой промышленности используются вертикальные и горизонтальные автоклавы широкого спектра разновидностей, размеров и принципов действия. Например, в горизонтальных автоклавах для пищевой промышленности может создаваться необходимое противодавление по отношению к каждой отдельно взятой упаковке с продуктом, что позволяет проводить стерилизацию продуктов не только в жесткой таре (стеклобанка, жестебанка), но и в мягкой и полужесткой упаковке.

[править ] Применение автоклавов

Автоклавы применяются в химической  промышленности (производство гербицидов. органических полупродуктов и красителей. в процессах синтеза); в гидрометаллургии (выщелачивание  с последующим восстановлением из растворов цветных и драгоценных металлов. редких элементов); в резиновой промышленности (вулканизация  технических изделий); в пищевой промышленности (стерилизация, пастеризация продуктов [в том числе консервов]  [1]. приготовление пищи ); в промышленности стройматериалов. Автоклавы широко используются в медицине. Также при создании изделий из карбонового волокна, для придания им твердых форм. Рубашка автоклава защитная — устройство, предохраняющее швы и основной материал корпуса реактора от воздействия теплоносителя. Массовое применение автоклавы получили именно в пищевой промышленности. Современные автоклавные кулинарные системы оснащены многоступенчатыми механизмами защиты, специальными замками и системами автоматического отключения. На сегодняшний день для этих целей во всем мире постоянно используется около 1,5 млн. автоклавов.

[править ] Принцип работы системы в пищевой промышленности

Автоклавный способ приготовления пищи это метод приготовления продуктов в герметичном сосуде или в автоклаве, не позволяющем воздуху или жидкости покидать емкость, находящуюся под высоким давлением. Поскольку, при увеличении давления точка кипения жидкости смещается вверх, температура жидкости внутри системы может быть повышена до 100 °C. При этом жидкость не достигает точки кипения. Большинство кулинарных систем высокого давления работают при рабочем давлении в 15 psi, согласно стандарту установленному в Соединенных Штатах еще в 1917 году. При таком давлении, жидкость закипает при температуре в 125 °C. Повышенная температура позволяет приготовить продукт несоизмеримо быстрее стандартного способа.

Например, порезанная свежая капуста готовится в течение одной минуты, сохраняя всю витаминную и вкусовою гамму продукта. Свежие зеленые бобы или небольшие картофелины готовятся около пяти минут, а целая курица до 3-х килограмм — около 20 минут. Другое преимущество автоклавного способа приготовления пищи — достижение эффекта тушения и медленного кипения продукта за очень короткий срок.

Прототип первого автоклава изобрел французский физик Дени Папен  в 1679 году. Сегодня небольшие установки используют альпинисты, для того чтобы вскипятить воду на больших высотах. Высоко в горах вода выкипает, не достигая температуры 100 °C, что препятствует правильному приготовлению пищи и нормальной тепловой обработке продуктов, как писал Чарльз Дарвин  в «Путешествии на Бигле».

Автоклавный способ приготовления пищи считался очень взрывоопасным. Современные автоклавные кулинарные системы оснащены многоступенчатыми механизмами защиты, специальными замками и системами автоматического отключения.

[править ] Принцип работы системы

При обычных условиях нагрев воды выше точки кипения невозможен. Как только температура достигает 100 °C, вода перестает нагреваться. Это происходит из-за интенсивного испарения воды в процессе ее нагрева. Если вода кипятится долго, то она полностью переходит в пар.

Когда вода или жидкость кипятится в автоклаве, повышается точка кипения. Как только температура супа или пюре достигает 90 °C, начинается интенсивное испарение. Водяной пар, являясь, по сути, газом, создает избыточное давление в сочетании с температурой, что приводит к остановке испарения. Чем выше температура, тем выше давление в системе. Тепло, генерируемое при повышении давления, называется латентным теплом и имеет большую проникающую силу в структуру микроорганизмов, разрушая их в даже дремлющем состоянии — в спорах. Подобный процесс легко достижим при приготовлении твердых непещеристых продуктов. В случае приготовления губкообразных, пещеристых продуктов, следует выбирать систему с глубоким вакуумированием танка. Остаточное содержание кислорода может способствовать защите бактерий от разрушения, создавая термоизоляцию для их оболочек. Современные автоклавы используют фракционное вакуумирование, которое удаляет кислород в несколько циклов, обеспечивая 100% проникновение пара в процессе стерилизации и гомогенизации продукта.

Приготовление пищи автоклавным методом позволяет готовить блюда в разы быстрее, с сохранением всех питательных свойств продукта.

[править ] Давление

Приготовление пищи на пару под высоким давлением — это наиболее диетический способ приготовления продуктов. Высокое давление способствует выходу естественных натуральных соков из продукта, позволяя готовить блюда при высоких температурах в собственном соку. Приготовление при высоком давлении позволяет «восстанавливать» поврежденные ткани продуктов, упакованных в вакууме или ранее замороженных.

[править ] Пар

Супернагретый пар, образованный при высоком давлении повышенными температурами, позволяет готовить от 3 до 10 раз быстрее. Обработка высокотемпературным паром позволяет готовить без соли, с минимальным количеством масла, сахара, ароматизаторов и улучшителей вкуса, с меньшим старением и высыханием при сохранении свежести вкуса.

[править ] Питательные вещества

Приготовление под давлением позволяет сохранить все питательные элементы продуктов. Поскольку пища готовится в безвоздушной среде и очень быстро, минимальное количество витаминов, жидкости, минералов, солей вываривается в процессе кипячения.

[править ] Низкое содержание жиров

Приготовление пищи под давлением, это, по сути, процесс приготовления обезжиренной пищи. Горячий пар сцеживает жир из микроволокон продукта, выделяя его в окружающую жидкостную среду.

[править ] Обеззараживание продукта

Плесень — это грибок, который растет как шелковистые нити и появляется на продукте в виде пушка. Некоторые виды плесени выделяют микотоксины, которые опасны для здоровья. Плесень может появляться и размножаться в кислотах, которые защищают нас от бактерий. Плесень разлагает продукты на ферменты и делает их непригодными для употребления. Частично кислоты нейтрализует вредоносное действие плесени. Плесень и дрожжи разрушаются при температуре от 60-87 градусов.

[править ] Эксплуатация промышленных автоклавов

Для применения автоклавов владелец обязан обеспечить содержание сосудов в исправном состоянии и безопасные условия их работы.

В этих целях необходимо:

назначить приказом из числа специалистов, прошедших в установленном порядке проверку знаний Правил, ответственного за исправное состояние и безопасное действие сосудов, а также ответственных за осуществление производственного контроля за соблюдением требований промышленной безопасности при эксплуатации сосудов, работающих под давлением. Количество ответственных лиц для осуществления производственного контроля должно определяться исходя из расчета времени, необходимого для своевременного и качественного выполнения обязанностей, возложенных на указанных лиц должностным положением. Приказом по организации могут быть назначены специалисты, ответственные за исправное состояние сосудов и ответственные за их безопасную эксплуатацию; назначить необходимое количество лиц обслуживающего персонала, обученного и имеющего удостоверения на право обслуживания сосудов, а также установить такой порядок, чтобы персонал, на который возложены обязанности по обслуживанию сосудов, вел тщательное наблюдение за порученным ему оборудованием путем его осмотра, проверки действия арматуры, КИП, предохранительных и блокировочных устройств и поддержания сосудов в исправном состоянии. Результаты осмотра и проверки должны записываться в сменный журнал; обеспечить проведение технических освидетельствований, диагностики сосудов в установленные сроки; обеспечить порядок и периодичность проверки знаний руководящими работниками и специалистами Правил; организовать периодическую проверку знаний персоналом инструкций по режиму работы и безопасному обслуживанию сосудов; обеспечить специалистов Правилами и руководящими указаниями по безопасной эксплуатации сосудов, а персонал — инструкциями; обеспечить выполнение специалистами Правил, а обслуживающим персоналом — инструкций.

В организации, эксплуатирующей автоклавы, должны быть разработаны и утверждены инструкции для ответственного за исправное состояние и безопасную эксплуатацию сосудов и ответственного за осуществление производственного контроля за соблюдением требований промышленной безопасности при эксплуатации сосудов.

При эксплуатации автоклавов следует руководствоваться нормативными документами, ежегодно утверждаемого Госгортехнадзором России Перечня действующих нормативных документов Госгортехнадзора России.

[править ] Проектирование, производство, эксплуатация промышленных автоклавов

На территории Российской федерации устанавливают требования к проектированию, устройству, изготовлению, реконструкции, наладке, монтажу, ремонту, техническому диагностированию и эксплуатации автоклавов  «ПРАВИЛА УСТРОЙСТВА И БЕЗОПАСНОЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ СОСУДОВ, РАБОТАЮЩИХ ПОД ДАВЛЕНИЕМ»  ПБ 03-576-03

Ответственность за нарушение ПБ 03-576-03 Правила обязательны для исполнения всеми должностными лицами, специалистами, работниками, занятыми проектированием, изготовлением, реконструкцией, монтажом, наладкой, ремонтом, техническим диагностированием и эксплуатацией сосудов. Лица, допустившие нарушение настоящих Правил, несут ответственность в соответствии с действующим законодательством Российской Федерации.