Давление в консервной таре при стерилизации

Причины увеличения давления в консервной банке при стерилизации:

- увеличение давления насыщенных паров из-за возрастания температуры;

- увеличение давления присутствующих газов;

- увеличение давления из-за теплового расширения продукта.

За счет теплового расширения стенок тары происходит частичная компенсация давления, однако банка никогда не должна быть наполнена полностью. Свободное пространство, называемое верхним пространством, должно защищать стеклянную банку от боя и другую тару от вспучивания и разрушения. Наличие свободного пространства позволяет жидкости внутри банки перемешиваться, если банки вращаются во время стерилизации.

Влияние объема верхнего пространства на увеличение общего давления при нагревании молока от 10 до 110 ⁰С показано на рисунке 2.6.

доля объема головного пространства при температуре закатки

Рисунок 2.6 – Увеличение давления во время стерилизации как функция объема головного пространства [3].

Если значение давления увеличивается на 4,8%, доля верхнего пространства должна быть в объеме 8-10% для холодного розлива. Если это значение меньше, давление круто возрастает. Давление остается низким только в полиэтиленовой упаковке, т.к. объем расширения упаковки гораздо выше объем расширения ее содержимого. Для снижения давления применяется эксгаустирование.

Давление в таре при закатке равно атмосферному (если банка закатана не на вакуум-закаточной машине) и состоит из суммы парциальных давлений водяных паров (р_п') и воздуха (р_в') [5]:

р_п'+р_в' = 0,1 МПа (2.1)

При стерилизации оба парциальных давления возрастают до значений р_п'' и р_в'', тогда абсолютное давление в таре при стерилизации (р_с) составит

р_п'' + р_в'' = р_с (2.2)

Вычтя из уравнения (2.2) уравнение (2.1), можно получить величину избыточного давления в банке:

р_с – 0,1 =( р_п''- р_п') + (р_в'' - р_в') (2.3)

Уравнение (2.3) представляет собой сумму двух разностей – упругостей водяных паров и парциальных давлений воздуха. Величины р_п''и р_п' не зависят друг от друга, а только от соответствующих температур при стерилизации Т₁ и Т₂. Величина р_в'' функционально связана с р_в' через уравнение для газов pV=RT. Поэтому р_в'' можно выразить через р_в' и подставить в уравнение (2.3).

Если обозначить объем незаполненного продуктом пространства банки (т.е. объем воздуха) при закатке V₁, а объем незаполненного пространства при стерилизации V₂, то уравнения идеального состояния газа для воздуха, находящегося в банке, будут иметь следующий вид:

p_в' V₁=RT₁ (2.4)

p_в'' V₂=RT₂ (2.5)

Разделив (2.5) на (2.4), получим:

, (2.6)

откуда

(2.7)

Подставим значение p_в'' в уравнение (2.3) после преобразования получим:

р_с – 0,1 =р_п''- р_п' + р_в'( (2.8)

Полученное уравнение предназначено для расчета давления как в жестяной, так и в стеклянной таре при стерилизации в открытых аппаратах.

При расчете избыточного давления внутри тары при стерилизации в автоклаве наружным будет не атмосферное давление, а давление в аппарате, которое представляет собой упругость водяных паров, соответствующую температуре стерилизации и обозначаемую р_п''.

Тогда общая формула (2.8) для расчета давления в консервной таре примет вид:

р_с =р_п'' + 0,1 - р_п' + р_в' - р_в' (2.9)

Заменив р_в' на 0,1- р_п' из выражения (1.5.1), получим:

р_с =р_п'' + 0,1 - р_п' + р_в' - (0,1- р_п'). (2.10)

и далее

р_с =р_п'' + р_в' (2.11)

Это и будет абсолютное давление в таре при стерилизации в автоклавах. Давление в автоклаве р_а =р_п''. Тогда избыточное давление в таре

р_и =р_с – р_а = р_п'' + р_в' - р_п'', (2.12)

р_и = р_в' (2.13)

или

р_и =(1- р_п' ) . (2.14)

Таким образом, избыточное давление в консервной таре при стерилизации в автоклавах равно первоначальному давлению воздуха в таре (при закатке), умноженному на коэффициент , который должен характеризовать изменение оставшегося в банке воздуха при стерилизации.