Устройство автоклава

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Изучение устройства и принципа работы

В зависимости от режима стерилизации аппараты классифицируют на периодически и непрерывного действия, работающие при атмосферном давлении и выше. автоклав стерилизация

Автоклавы изготавливают двух разных типов: вертикальные и горизонтальные. Горизонтальные автоклавы применяют для стерилизации консервов в жестяной таре, вертикальные - для всех видов консервов, как в жестяной, так и стеклянной таре, поэтому они получили широкое распространение на консервных заводах.

Автоклав (рис 1.) состоит из корпуса 3, крышки 4, корзин 10, программного регулятора 9 и арматуры для подключения к магистралям пара, воды, воздуха и для спуска конденсата. Сварной корпус автоклава состоит из двух цилиндрических обечаек толщиной 6 мм и днища толщиной 8 мм. На корпусе установлены манометр 8, термометр 7 и датчики программного регулятора. Внизу корпуса расположены паровой барботер 11 и сливной патрубок со стаканом.

Фланцы крышки и корпуса прижимаются один к другому с помощью быстродействующего поясного зажима 2, состоящего из пятнадцати секторных захватов, укрепленных на кольце из пружинной стали, и рычажной системы для стягивания и разведения поясного зажима. На крышке имеются штуцеры для предохранительного клапана 5 и пробно-спускного крана 6. Крышка имеет уравновешивающее устройство 1, облегчающее ее открывание и закрывание.

Программный регулятор стерилизации предназначен для автоматического ведения процесса стерилизации с воздушным противодавлением по заданной формуле стерилизации.

Рис 1. Автоклав: 1 - уравновешивающее устройство; 2 -поясной зажим; 3 - корпус; 4 - крышка; 5 - предохранительный клапан; 6 - пробно-спусковой кран; 7 - термометр; 8 - манометр; 9 - программный регулятор; 10 - корзины; 11 - паровой барометр

Наполненные банками корзины устанавливаются в аппарат одна на другую, после чего крышка закрывается. Сосуд наполняется водой, а через имеющийся внизу барботер подается пар. Воздушным компрессором создается и поддерживается постоянное давление в системе. По истечению времени, необходимого для стерилизации, пар и горячая вода постепенно вытесняются из аппарата поступающей холодной водой. После охлаждения корзины с консервными банками выгружаются из аппарата.

2. Расчетная часть

G₁ - 1120 кг

Тип банки СКО 83-1

Вид продукта - говядина

П - 4,3 банок/с

Количество банок, вмещаемых одной сеткой, шт.

z = 0,785ad_c²/d²_б , где а = h_c/h_б - отношение высоты сетки к высоте банки (ближайшее целое меньшее число); h_c и h_б -высота сетки; d_c - диаметр сетки автоклава, м (d_c = 0,94 м); d_б - наружный диаметр банки, м

Таблица 1. Основные параметры банки

a = 0,7/0,1060 = 6,6

h_с = 0,1060

d_с = 0,0950

z = 0,785*6,6* = 507,25 = 508

Время наполнения банками одной сетки, с,

= z/ П.

Число сеток, загруженных в один автоклав, шт.,

z_c = /

где - максимальная продолжительность выдержки (накопления) банок до их стерилизации после укупоривания.

Число сеток z_c округляют до ближайшего целого меньшего числа.

Число банок, загружаемых в автоклав, шт.,

N_б = z_cz.

Продолжительность полного цикла работы автоклава, с,

= + + + + ,

Где , , , , - соответственно время загрузки автоклава (в расчете = = 15…25 мин), повышения температуры, собственно стерилизации, снижения давления, температуры в автоклаве и охлаждения банок, разгрузки автоклава, с.

Таблица 2. Режимы стерилизации для различных банок

= 508/4,3 = 118,1

z_c = 236,2/118,1 = 2

N_б = 2*508 =1016

= 15+25+75+30+15=160 мин. = 9600 сек.

Производительность одного автоклава, банок/c,

П_а = N_б/ = 1016/9600 = 0,1

Расход теплоты на нагрев автоклава, Дж,

Q₁ = G₁с₁(t_c - t₁)

где G₁ - масса автоклава, кг; с₁ - удельная теплоемкость стали; с₁ = 482 Дж/(кг*K); t_c - температура стерилизации, ⁰С; t₁ - начальная температура автоклава, ⁰С (t₁=18 ⁰С).

Q₁ = 1120*482 (120-18) = 55063680

Расход теплоты на нагрев сеток, Дж,

Q₂ = G₂c₁(t_c-t₂), где G₂ -масса сеток, кг; t₂ - температура сетки, ⁰С (t₂ = 12 ⁰С),

Q₂ = 100*482 (120-19) = 4868200

G₂= z_cm_c = 2*50 = 100

здесь m_c = 50 кг - масса одной сетки, кг.

Q₃ = G₃c₃(t_c-t₃) = 274,32*0,670 (120 - 25) = 17460,5 КДж= 17460500 Дж

G₃ -масса банок, кг,

G₃ = N_бm_б = 1016*0,27 = 274,32

здесь N_б - число банок, загружаемых в автоклав, шт.; m_б - масса одной банки, кг; c₃ = 0,670 кДж/(кгK); t₃ - начальная температура банок, ⁰С (такая же как и температура продукта.

Расход теплоты на нагрев продукта в автоклаве, Дж,

Q₄ = G₄c₄(t_c-t₄) = 527,304*4007(120-25) = 200726171

где G₄ - масса продукта, кг;

G₄ = p_npV_бN_б= 1038*0,0005*1016 = 527,304,

здесь p_np -плотность продукта, кг/m³; V_б - объем одной банки, м³; П_б - число банок, загружаемых в автоклав, шт., с₄ - удельная теплоемкость продукта, кДж/(кгK); t₄- температура продукта, ⁰С (t₄ = 25 ⁰С).

Таблица 3. Параметры обрабатываемого сырья

Расход теплоты на нагрев воды в автоклаве, Дж;

Q₅ = G₅c(t_c-t₅) = 849,9*4186(120-20) = 374605140

где G₅ -масса воды в автоклаве, кг;

G₅ = 0,95 p_в(V_a-V_бN_б) = 0,95*1000(1,45-0,0005*1016) = 894,9

здесь p_в = 1000 кг/м³ - плотность воды; V_а - объем автоклава, м³; с- удельная теплоемкость воды, Дж/(кгК) = 4186; t₅ -начальная температура воды в автоклаве, ⁰С =20.

Потери теплоты в окружающую среду Q₆, Дж, принимают обычно равными 5 % от общего расхода теплоты Q_общ, Дж,

Q_общ = Q₁ + Q₂ + Q₃ + Q₄ + Q₆ = 35063680 + 4868200 + 17460500 + 200726177 + 374605140 + 35501184,85

Расход пара в первый период работы автоклава, кг/с;

D₁ = Q_общ/(i-i_k) = 685524,8/(2700-401,9) = 298,3

где i =2700 кДж/кг - энтальпия пара, Дж/кг; i_k - энтальпия конденсата, кДж/кг; автоклав стерилизация

i_k = c_в* t_конд= 4,186*98 = 401,9

где c_в = 4,186 кДж/(кгК) - удельная теплоемкость воды, Дж/(кгК); t_конд=96..98 ⁰С;

Интенсивность расхода пара в первый период работы, или расход пара в единицу времени, кг/с,

D₄'=D₁/₂ = 298,3/75 = 3,9 кг/с

Во второй период работы автоклава (при постоянной температуре стерилизации) тепловая энергия расходуется на компенсацию потерь теплоты в окружающую среду путем конвекции и лучеиспускания, Дж,

Q₇=F₂(t_cm'-t_в) = 0,785*75*1750(30-20) = 1030312,5

где F₂ - площадь поверхности автоклава, м²; - продолжительность собственно стерилизации; = 1750 Вт/(м²К) - суммарный коэфициент теплоотдачи, Вт/(м²К); t_cm - температура стенки во второй период работы, ⁰С (t_cm'=30⁰С)

Расход пара, кг,

D₂ = Q₇/(i- i_k)= 1030312,5 / (2700 - 401,9) = 448,3 кг

Или расход пара в единицу времени, кг/c,

D₄^” = D₂/t₂ = 448,3/75 = 5,9

Общий расход пара за один цикл работы автоклава, кг,

D = D₁ + D₂ = 298,3 + 448,3 = 741,6

Общая масса автоклава, сеток, банок и воды, кг,

G^”= G₁ + G₂ + G₃ + G₅ = 1120+100+274,32+894,9=2389,22

где G₁ G₂ G₃ G₅ - соответственно масса автоклава, сеток, банок и воды, кг.

Приведенная теплоемкость массы G^”, Дж/(кгК),

С_пр = (G₁с₁ + G₂c₂ + G₃c₃ + G₅c_в)/ G^” = (1120*0,482+100*0,482+274,32,*0,482+894,*4,186)/2389,22= 1,9 кДж/(кгК) = 1900 Дж/(кгК)

где с₁, c₂, c₃ - соответственно удельная теплоемкость материалов автоклава, сеток и банок, Дж/(кгК); с₃ = 0,482 кДж/(кгК); с_в = 4,186 кДж/(кгК) - удельная теплоемкость воды, кДж/(кгК).

Конечная температура автоклава, сеток, банок и воды, ⁰С,

t_k' = t_к - (5…7) = 40 - 5 =35

где t_к - конечная температура продукта, ⁰С (t_к = 40…50 ⁰С);

Расход охлаждающей воды, кг/с,

W=2,303(G₄ lg + G_{4 lg} ;

W= 2,303(527,304 lg + 527,304 lg = 788 кг.

где - конечная температура автоклава, заполняющей его воды, сеток и банок, ⁰С

Вывод: изучили теоретические основы процесса стерилизации, познакомились с классификацией, устройством и принципом действия автоклавов; выполнили расчет автоклава.

Размещено на Allbest.ru