Расчет давления в консервной банке при стерилизации

На величину давления в банке в момент стерилизации влияют температура продукта при герметизации и стерилизации, давление в пространстве, не заполненном продуктом, степень наполнения банки продуктом, тепловое расширение продукта в банки, увеличение объема банки и выделение газов из продукта.

1. Определение давления в банке при укупорке.

Если укупорка производится при атмосферном давлении, то абсолютное давление (в Па) в банке после укупорки будет равно барометрическому давлению

а) р₁=В (1.1)

или

р₁= кг/см² (1.2)

где: р_б – барометрическое давление, мм.рт.ст.

б) при укупорке под вакуумом

р_i = B – ωφ (1.3)

где В – барометрическое давление, Па; ω – разрежение, Па; φ - коэффициент вакуумного поглощения, учитывающий снижение вакуума в банке (за счет выделения газов из продукта) после ее герметизации.Этот коэффициент колеблется в пределах 0,58 – 0,8 и зависит от ассортимента продукции.

2. Определение абсолютного давления в банке (в Па) во время стерилизации.

(1.4)

где и - парциальное давление насыщенного водяного пара при температуре стерилизации и укупорки; Па; – абсолютное давление в банке после укупорки, Па; x – степень увеличения объема банки при стерилизации; у – степень расширения продукта при стерилизации; Т₁ и Т₂ – абсолютная температура в банке в момент укупорки и во время стерилизации, К.

Таким образом, разность давлений в банке и автоклаве возникает главным образом из-за давления воздуха в банке, так как давление пара в банке и автоклаве практически одинаково. Анализируя полученное выражение, отметим, что давление в банке при стерилизации будет меньше, если уменьшить давление в банке при укупорке Р₁ (например, при герметизации банки под вакуумом). Чем выше температура продукта при герметизации, тем меньше отношение , т.е. тем ниже давление в банке при стерилизации.

Степень расширения стеклянных банок х меньше степени расширения продукта у, поэтому для снижения давления в банке во время стерилизации нужно уменьшить степень наполнения их продуктом.

(1.5)

где: V₁ – объем продукта при температуре укупорки; V₂ – объем продукта при температуре стерилизации; ρ₁ и ρ₂ – плотность продукта при температуре при укупорки и стерилизации; G – масса продукта в банке; y – степень расширения продукта при стерилизации.

С незначительной погрешностью можно принять, что степень расширения продукта соответствует степени расширения воды. Величины

степени расширения воды для различной температуры стерилизации приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Температура стерилизации, ºС	Степень расширения воды при начальной температуре
30 ºС	50 ºС	60 ºС	70 ºС	80 ºС	90 ºС
	1,046	1,032	1,027	1,020	1,014	1,008
	1,060	1,041	1,030	1,024	1,018	1,012
	1,070	1,050	1,034	1,028	1,022	1,015
	1,075	1,054	1,038	1,034	1,027	1,019
	1,080	1,1058	1,048	1,037	1,031	1,024

Степенью изменения объема стеклянной банки ввиду незначительного расширения материала стенок и неизменности крышки можно пренебречь. Объем жестяных банок при стерилизации значительно увеличивается за счет выпучивания концов (донышек и крышки). Степень увеличения объема зависит от объема банки, диаметра концов, толщины жести концов, их рельефа и разности давления в банке и автоклаве. Определяют этувеличину по формуле:

где х – степень изменения объема; V_б – объем банки при укупорке; ΔV – увеличение объема банки при стерилизации.

Объемы жестяных консервных банок приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Характеристики жестяных банок

Номер банки	Емкость, мл	Внутренний диаметр, мм	Номер банки	Емкость, мл	Внутренний диаметр, мм
		50,5			91,0
		50,5			91,0
		50,5			91,0
		50,5			91,0
		59,5			(99,0)
		59,5			(99,0)
		59,5			(99,0)
		72,8			(99,0)
		72,8			(99,0)
		72,8			(99,0)
		72,8			(99,0)
		72,8			(153,1)
		(74,1)			(153,1)
		(83,4)			(215,0)
		(83,4)			223,0
		(83,4)			223,0
		91,0

По экспериментальным данным, при изготовлении банок диаметром от 72,8 до 99,0 мм из жести толщиной 0,26мм, мм, а банок диаметром 153,1 и 215,2 из жести толщиной 0,32 мм данные, характеризующие изменения объема банки приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3

Диаметр банки, мм	Изменение объема банки (в см3) при разности давлений в банке в автоклаве, МПа
0,04	0,08	0,1	0,12	0,14	0,16	0,18	0,2
72,8	9,10	13,57	15,43	17,29	19,15	21,00	22,87	23,76
74,1	11,15	15,40	16,96	19,14	21,00	23,10	25,00	26,94
83,4	15,50	20,20	22,88	25,56	28,24	30,91	33,60	36,90
99,0	28,10	37,15	41,81	46,47	51,13	55,79	60,45	65,00
153,1	160,00	239,99	263,92	287,85	311,78	335,71	359,64	380,00
215,0	320,00	400,00	432,00	464,00	500,0	533,00	565,00	598,00

Степень наполнения банки продуктом f для каждого вида консервов определяется технологическими инструкциями и составляет 0,80 – 0,95.

Из-за разницы давлений в банке и автоклаве, образующейся во время стерилизации, жестяная банка может деформироваться, а со стеклянной банки могут срываться крышки.

По экспериментальным данным, допустимая разность давлений ΔР_д для сборочных и цельноштампованных жестяных банок находится в пределах, указанных в таблице 4.

Таблица 1.4

Номер банки	Внутренний диаметр банки, мм	Толщина жести, мм	Допустимая разность давлений, МПа	Номер банки	Внутренний диаметр банки, мм	Толщина жести, мм	Допустимая разность давлений, МПа
	99,0	0,25	0,13		74,1	0,25	0,12
	72,8	0,25	0,14		99,0	0,25	0,06
	83,4	0,25	0,11		153,1	0,25	0,04
	99,0	0,25	0,09		215,2	0,25	0,02

3. Определение дополнительного давления в автоклаве при стерилизации:

Р_а = Р₂ - ΔР_д.