,

Пастеризация

 

Пастеризация – это метод предохранения пищевых продуктов от порчи посредством нагрева при температуре 60–90 °C. При определении температуры пастеризации для продукта учитываются различные факторы. Важнейшими из них являются степень контаминации перед пастеризацией, вид существующих микроорганизмов, содержание спирта, содержание сахара, значение pH, количество растворенного кислорода, диоксида углерода  и  достаточная длительность термической обработки с последующим интенсивным охлаждением.

 

 

Пастеризатор

Пастеризатор – это установка, которая при атмосферном давлении периодически или непрерывно осуществляет следующие термические фазы: нагрев — поддержание температуры — охлаждение и дает возможность учитывать специфические особенности тары (стекло, жесть, мягкая упаковка) и её содержимого (жидкое, кусковое, пастообразное).

 

Существуют следующие аппараты:

 

• Камерный пастеризатор (периодический режим работы),
• Туннельный пастеризатор (поточные пастеризаторы).

 

Туннельные пастеризаторы

 

Туннельные пастеризаторы – пастеризаторы специальной формы, которые в основном используются на крупных промышленных предприятиях. Пиво и безалкогольные напитки после розлива в бутылки или жестяные банки направляются в пастеризатор. В основном он состоит из встроенного в корпус ленточного транспортера с системой распыления или обрызгивания.

 

 

Рис. 1: Туннельный пастеризатор для крупных промышленных предприятий

 

 

 

Типы туннельных (поточных) пастеризаторов

 

Туннельные пастеризаторы отличаются от других типов пастеризаторов тем, что продукты пастеризуются в упаковке и непрерывно транспортируются сквозь пастеризатор. По способу передачи тепловой энергии различаются:

 

a) Пастеризатор с водяной баней

b) Паровой пастеризатор

c) Пастеризатор оросительного/распылительного типа

 

Для многих видов упаковок оптимально подходит распылительный или оросительный пастеризатор. Поэтому данная технология встречается довольно часто. Пастеризаторы с водяной баней и паровые пастеризаторы, напротив, используются довольно редко.

 

Туннельные пастеризаторы с распылительными форсунками

 

Типичными конструкционными особенностями являются проходящая горизонтально несущая система, многочисленные, расположенные рядами форсунки для распыления воды и расположенная внизу улавливающая ванна. Передача тепла осуществляется через водяную пленку, которую распылительные форсунки наносят на упаковку (Рис. 2). Особенно интенсивно передача тепла между упаковкой и водой происходит при использовании полноконусных распылительных форсунок. Это объясняется высокой плотностью подачи. Под этим понимается постоянное орошение поверхности каплями воды.   Сравнение различных туннельных пастеризаторов с распылительными форсунками показало, что используются либо полоконусные форсунки, либо полноконусные. Для достижения равномерного распределения воды особенно хорошо подходят полноконусные форсунки. Полоконусные форсунки дают равномерное распределение лишь при больших расстояниях от них до орошаемой поверхности. Но в пастеризаторах расстояние между продуктом и форсункой составляет макс. один метр.   Рис. 3: Слева – полоконусная форсунка распределяет воду в форме полого конуса. Справа – полноконусная форсунка распределяет воду во всем конусе распыла.

Рис. 2: Взгляд в туннель пастеризатора. Благодаря равномерному орошению в каждой зоне для всех бутылок достигается требуемая температура. Благодаря постоянному непрерывному орошению стенок бутылок каплями обеспечивается лучший коэффициент теплообмена, чем при использовании других систем

 

 

 

 

  Распределение воды

 

 

Полоконусные и полноконусные форсунки фирмы «Lechler» в сравнении

 

Рис. 4: Полоконусная форсунка распределяет воду по тороидальной поверхности. При этом чаще всего возникают более мелкие капли, чем у полноконусных форсунок. Если рядом друг с другом расположить несколько форсунок, то внутренняя тороидальная зона будет заполняться водой благодаря отражению отдельных факелов распыла. Равномерное распределение жидкости устанавливается также и при большем расстоянии от форсунок до продукта.

 

Рис. 5: Полноконусная форсунка распределяет воду по всей площади круга. При этом возникают явно более грубые капли, чем у полоконусных форсунок. Если рядом друг с другом располагаются несколько форсунок, то достигается почти равномерное распределение воды. Именно поэтому полноконусные форсунки явно лучше подходят для использования в туннельных пастеризаторах. Следствием равномерного распределения воды является равномерный теплообмен.

 

 

 

     Расположение форсунок

 

Расположение полноконусных форсунок фирмы «Lechler»   Для установки форсунок над несущей системой можно выбрать смещенное расположение форсунок (рисунок 6), так как оно обеспечивает равномерное распределение воды.   Специально для туннельных пастеризаторов предлагается несколько модифицированный вариант смещенного расположения. При этом форсунки устанавливаются под небольшим углом к вертикальной линии. На рисунке 7 показан пример наклона под углом 15°. Можно выбирать и другие углы. Обычно круглый отпечаток распыляемой струи в таком положении становится эллиптическим. Благодаря этому струя покрывает большую площадь. При этом в общем требуется меньшее количество форсунок, чем при классическом расположении на рисунке 6.

Рисунок 6: Смещенное расположение полно-/полоконусных форсунок фирмы  «Lechler»

 

Рисунок 7: Смещенное расположение полноконусных форсунок фирмы «Lechler“ und наклон 15° относительно вертикали обеспечивает большее покрытие орошаемой поверхности.

 

При этом в зависимости от выбранной форсунки необходимо менять зону перекрытия. В примере на рисунке 7 применяются форсунки серии 422.606. Данные форсунки имеют угол распыла 90°. Решающим для равномерного распыления воды является зона перекрытия, потому что в данную зону подается распыленная вода из обеих форсунок. Величину зоны перекрытия можно настраивать.

 

На следующей странице при помощи специальной компьютерной программы смоделировано комплексное расположение по данной схеме.

 

 

 

Оптимизированное расположение полноконусных форсунок фирмы «Lechler»

 

Для моделирования использовалась специальная компьютерная программа, при помощи которой можно суммировать распределение воды каждой форсункой и рассчитать общее распределение. Как уже было показано на предыдущей странице, форсунки были установлены под углом 15° относительно вертикали. Для каждой полноконусной форсунки было выбрано параболическое распределение воды. В расположении форсунок решающую роль играет форма отдельного распределения жидкости. У различных серий полноконусных форсунок она может быть разной.

 

Рисунок 8: Расположение 27 полноконусных форсунок фирмы « Lechler» под углом  15° относительно вертикали

Рисунок 9: Рассчитанное распределение воды для расположения форсунок на рис. 8   В качестве примера было выбрано расположение 27 полноконусных форсунок фирмы «Lechler». В связи с параболическим распределением воды каждой форсункой, возникают краевые зоны

с неравномерным распределением жидкости. Из-за этого уменьшается эффективно используемая зона покрытия. Однако, благодаря наклону, форсунки покрывают большую площадь, чем при стандартном расположении (рис. 6). При этом требуется меньшее количество форсунок. Таким образом экономятся затраты на систему трубопроводов. В зависимости от геометрической формы продукта благодаря наклону капли напрямую могут покрывать бóльшую поверхности, что положительно сказывается на теплоотдаче. При этом можно уменьшить общую длину всей установки. Но пока еще нет более точных исследований в этой области.

 

На рисунке 9 показано распределение воды на эффективно используемой площади. Коэффициент вариации составляет всего лишь 12,2%. Это очень хороший диапазон. На практике получилось бы почти равномерное распределение жидкости. Равномерное распределение жидкости и теплообмен напрямую зависят от настройки одних и тех же пастеризационных узлов для разных видов тары.

На следующей странице представлена практическая последовательность действий при выборе подходящей форсунки.

 

 

 

  Выбор форсунок

 

Шаг за шагом к подходящей форсунке   Принципиально нужно использовать полноконусные форсунки. Иногда требуется выбрать наиболее подходящую форсунку. Для нахождения наиболее гибкого решения программа фирмы «Lechler» содержит многочисленные типы форсунок и варианты их крепления.   Последовательность действий при выборе подходящей форсунки:        Откройте в  каталоге фирмы «Lechler» главу «Полноконусные форсунки»

Рисунок 10:Полноконусные форсунки фирмы «Lechler» имеются в различных исполнениях

     Сконцентрируйте свое внимание на максимально большем угле распыла (> 90°), чтобы каждой форсункой покрыть максимально большую площадь.

 

     Выберите серию форсунок и материал форсунки. Фирма «Lechler» рекомендует тангенциальные полноконусные форсунки из ПВДФ (см. выдержку из каталога на страницах 9 и 10).

 

    В зависимости от серии форсунки существуют различные возможности крепления. Глава «Возможности крепления» в нашем каталоге поможет Вам при выборе.

 

    Теплообмен между водой и тарой среди прочего зависит от плотности орошения. Она в свою очередь зависит от расхода форсунки. Форсунки с большим расходом дают более высокий коэффициент теплообмена. В пилотной установке нужно правильно рассчитывать расход жидкости. Невозможно сделать общее предложение.

 

       Необходимое количество форсунок для покрытия водой всей поверхности зависит от их расположения. Фирма «Lechler» может оказать Вам помощь при расчете расположения форсунок. >> Для этого сравните главу «Расположение полноконусных форсунок» и «Оптимизированное расположение полноконусных форсунок» <<

 

     Для расчета расположения должно быть известно распределение воды одной форсункой. Для выбранной Вами форсунки фирма «Lechler» может рассчитать его для Вас.