Характеристики и свойства автоклавов

Автоклав — аппарат для проведения различных процессов при нагреве и под давлением выше атмосферного. В этих условиях достигается ускорение реакции и увеличение выхода продукта. При использовании в химии или для проведения химических реакций используют название химический реактор. При использовании в медицине для стерилизации при высоком давлении и температуре— только автоклав. В случае, если стерилизация проводится при высокой температуре, но без давления, используют термин стерилизатор или сушильный шкаф. Был изобретён Дени Папеном в 1679 году.

Рис. 2.10.

Автоклав.

Разновидности автоклавов

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.

Конструкция автоклавов

Конструкция и основные параметры промышленного автоклава разнообразны, ёмкость от нескольких десятков смі до сотен мі, предназначаются для работы под давлением до 150 МПа (1500 кгс/смІ) при температуре до 500 °C. Для химических производств, в случае необходимости перемешивания продукта, как вариант, перспективны автоклавы с бессальниковыми мешалками и 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 собой трубу 3—6м в диаметре и 15—20м в длину, закрываемую крышкой с байонетным затвором (тупиковые с одной стороны, туннельные с двух 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.

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], 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 1,5млн автоклавов.

Применение автоклавов не ограничивается промышленными масштабами. Автоклавы малых размеров и малой производительности используются в бытовых целях, для приготовления домашних мясных, рыбных и овощных консервов. Бытовые автоклавы могут быть как промышленного изготовления, так и самодельными, изготовленными из газового баллона или ресивера. Бытовые автоклавы, аналогично промышленным автоклавам, оснащаются устройствами контроля температуры, давления и предохранительными клапанами.

Автоклавы в пищевой промышленности

Автоклавный способ приготовления пищи это метод приготовления продуктов в герметичном сосуде или в автоклаве, не позволяющем воздуху или жидкости покидать ёмкость, 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 15psi, согласно стандарту установленному в США 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 кг— около 20 минут. Другое преимущество автоклавного способа приготовления пищи— достижение эффекта тушения и медленного кипения продукта за очень короткий срок.

В настоящее время 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 Дарвинв «Путешествии на Бигле».

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

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 её 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 ёмкости. 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.

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.

Пар

Перегретый 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.

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.

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.

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 нейтрализуют вредоносное действие плесени. Плесень и дрожжи разрушаются при температуре 60—87 °C.

Эксплуатация промышленных автоклавов

При применении автоклавов их владелец обязан обеспечить должное состояние сосудов и условия их работы. В этих целях назначается прошедший обучение ответственный за исправное состояние и безопасную эксплуатацию сосудов, работающих под давлением.

Персонал, на который возложены обязанности по обслуживанию сосудов, должен вести 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.

В России нормативные документы по эксплуатации автоклавов издаются и утверждаются Госгортехнадзором.