Несколько вопросов, которые следует учитывать при проектировании оборудования для ультравысокотемпературной стерилизации UHT
Оборудование для ультравысокотемпературной стерилизации UHT широко применяется. В последние годы некоторые конструктивные недостатки такого оборудования приводили к нестабильной работе производства или проблемам с качеством продукции. К основным недостаткам относятся недостаточная производительность, нестабильная температура стерилизации и ускоренное образование накипи и пригаров. В этой статье рассматриваются эти вопросы.
Процесс работы стерилизационного оборудования определяется на основе параметров производственного процесса, и требования к процессу и производственные условия не могут быть полностью одинаковыми. Правильно выбранный процесс определяет характеристики стерилизационного оборудования, поэтому определение оптимального технологического маршрута оборудования — это первый шаг в проектировании ключевых узлов стерилизации. После определения технологической схемы выполняют проектирование и расчеты в соответствии с ней. Слишком простой или чрезмерно сложный процесс может создать множество проблем в производстве, например, проблему многократного использования одного аппарата, при которой необходимо учитывать размеры и короткое замыкание потоков, что легко вызывает нестабильность управления или ускоряет образование накипи и пригаров; хороший технологический маршрут должен не только иметь правильное направление потока, но и указывать условный диаметр (или диаметр) всех задвижек, насосов, приборов и трубопроводов в процессе. Самое важное — точно обозначить температурные параметры входа и выхода материала при прохождении через теплообменник. Эти расчетные данные можно использовать для уменьшения ошибок при проведении технологических расчетов.
Материалы бывают разнообразными и многочисленными, причем многие из них схожи между собой. Выбор подходящего стерилизационного оборудования в зависимости от свойств материала — ключевой вопрос. При выборе типа стерилизационной машины необходимо учитывать содержание сухих веществ и вязкость материала, наличие химических изменений в материале в процессе стерилизации, а также степень образования накипи и пригаров. Кроме того, следует отметить, что если пластинчатая установка ультравысокотемпературной стерилизации обеспечивает требуемый уровень стерилизации, то может быть применено и трубчатое оборудование ультравысокотемпературной стерилизации.
Недостаточная производительность в основном вызвана слишком малой расчетной площадью теплообмена стерилизатора, а слишком малая площадь теплообмена чаще всего обусловлена завышенным значением коэффициента теплопередачи, что является наиболее распространенной причиной. Нагревательной средой в оборудовании для ультравысокотемпературной стерилизации UHT является перегретая вода. Между перегретой водой и паром есть различие. В качестве нагревательной среды коэффициент теплопередачи перегретой воды обычно составляет 1200~1400 ккал/м²·ч·°C, поэтому его не следует принимать слишком большим. Свойства материала существенно влияют на эффективность теплообмена, и если при проектировании материал идеализировать, это приведет к слишком малой площади. Бактерицидный эффект не следует оценивать только по площади стерилизации — оборудование должно пройти производственные испытания, соответствовать потребностям производства и подтверждать свою эффективность.
В процессе стерилизации температура стерилизации и концентрация подачи должны быть стабильными. Во-первых, должна быть стабильной температура подачи, а во-вторых, подаваемая жидкость до и после должна быть одинаковой — это условие стабильной температуры стерилизации. Когда температура стерилизации недостаточна, эта часть жидкости должна возвращаться в подающий цилиндр, и температура этой жидкости должна быть близка к температуре исходной жидкости, чтобы поддерживать стабильность температуры стерилизации. Для стабилизации температуры стерилизации за регулирующим клапаном подачи пара можно установить угловой седельный клапан, как показано на рис. 1.
Загрузка изображений
Рис. 1. Управление температурой нагрева с помощью углового клапана
Рис. 1 Использование углового седельного клапана для управления температурой нагрева
Стерилизационную машину необходимо очищать в процессе производства, а интервал между очистками может различаться в зависимости от материала. Оптимальный маршрут очистки и интервал между очистками следует определять исходя из конкретного материала. Одновременно очистка должна быть тщательной, либо необходимо регулярно разбирать стерилизационную машину для выборочной проверки. Если очистка недостаточно тщательная, это не только влияет на стабильность температуры стерилизации, но и приводит к выпуску некондиционной продукции и ухудшает качество изделий. Ранее проблемы качества, вызванные неполной очисткой, встречались довольно часто. У некоторых стерилизационных машин после запуска уже были обуглившиеся и закоксованные материалы в теплообменных трубках, что свидетельствует о серьезности проблемы.
Существует два типа насосов: один — для транспортировки материалов, другой — для очистки. Насосы, используемые для подачи материала в стерилизатор, в основном представляют собой центробежные насосы с двойным торцевым уплотнением и водяным охлаждением. Для вязких материалов, таких как томатный кетчуп, можно использовать винтовой насос (или объемный насос) совместно с насосом высокого давления. В последние годы также сообщалось о сильном износе механических уплотнений при использовании насосов с двойными уплотнениями, что легко может привести к попаданию охлаждающей воды в продукт. Разумеется, это лишь пример, и по этой причине нельзя полностью отказываться от таких насосов. Все стерилизационное оборудование оснащается насосами для мойки, которые делятся на два типа: секционные многоступенчатые насосы и центробежные насосы. Следует отметить, что расход насоса для мойки должен быть выше расхода материала. Большой расход необходим для того, чтобы моющий раствор имел относительно высокую скорость потока в стерилизаторе и оказывал смывающее воздействие на отложения накипи и пригаров. Поэтому расход насоса для мойки обычно в 2–3 раза выше количества материала, а напор соответствует напору для материала.
Даже небольшой конструктивный дефект может вызвать проблемы в работе оборудования или его характеристиках. Чтобы спроектировать хорошее стерилизационное оборудование, необходимо начинать с мелких деталей и понимать, а также глубоко знать свойства материала. Для новых материалов следует проводить экспериментальные исследования, чтобы проектировать оборудование, соответствующее требованиям производственного процесса.
