Устройство и принцип работы автоклава основные характеристики. Принцип работы домашнего автоклава: инструкция по применению. Проектирование, производство, эксплуатация промышленных автоклавов

И лат. clavis – запор, задвижка), герметичный аппарат, предназначенный для осуществления разнообразных процессов (обработки продукции, сырья, изделий и др.) при нагревании и под давлением, превышающим атмосферное. В зависимости от сферы применения и назначения автоклавы различаются по конструкции, оборудованию, ёмкости аппарата, созданию температурного режима. Производятся самые разнообразные модели автоклавов для различных отраслей промышленности, однако по основным принципам функционирования они мало чем отличаются друг от друга.

Принцип работы

В автоклаве для повышения температуры и создания давления используется водяная среда, которой заполняется межстенное пространство (водопаровая камера). После выбора технологического (рабочего) цикла в рабочей камере автоклава создаётся предварительный фракционированный с периодическим прогревом вакуум, т. е. происходит эффективное удаление воздуха и конденсата в рабочей камере. При нагревании водяной пар поступает в камеру, повышая в ней давление и температуру в соответствии с заданными параметрами, и начинается фаза стерилизации. Повышенное давление в автоклаве компенсирует температурное расширение продукта. Такие условия позволяют ускорить реакцию, а также увеличить выход продукта. По окончании стерилизационной выдержки в камере автоклава сбрасывается давление и начинается этап вакуумной пульсирующей сушки изделий, а оставшаяся влага мгновенно испаряется при высокой температуре и отрицательном давлении.

В зависимости от характера работы автоклавы снабжаются внутренними, наружными или выносными теплообменниками, механическими, электромагнитными либо пневматическими перемешивающими устройствами, различными приборами для контроля режима температуры, давления, уровня жидкости и регулирования параметров. В промышленности используют автоклавы с водяным (вода в системе циркулирует при помощи насоса) и воздушным (остужение происходит при помощи струи холодного потока воздуха) охлаждением.

Управление циклом стерилизации, а также отображение параметров цикла осуществляется с помощью интерактивного электронного сенсорного экрана, расположенного на лицевой панели автоклава. С помощью расположенных на панели элементов управления (кнопки, плавные регуляторы и т. п.) оператор осуществляет выбор цикла, настройку параметров, а также имеет возможность переводить автоклав в режим ожидания.

Конструкция автоклава

Современные промышленные автоклавы являются сложными высокотехнологичными аппаратами, обладающими большой производительностью. По конструкции автоклавы бывают вертикальные, горизонтальные, вращающиеся, качающиеся и колонные. Автоклав имеет вид сосуда (камеры, цилиндра), который на время работы закрывается специально подогнанными сферичными крышками, обеспечивающими его полную герметичность, т. к. в нём происходит нагрев продукта под давлением до высоких температур.

В вертикальных автоклавах (характеризуются компактной конструкцией) водяная среда нагревается в основном при помощи специальных трубчатых электрических нагревателей (тэнов), расположенных внутри нижней части камеры автоклава. Такие автоклавы получили широкое распространение для использования в лабораторных условиях. В горизонтальных автоклавах (рис.) чаще используется газовый обогрев, который характеризуется минимальным временем нагрева и большей гибкостью эксплуатации. Такие автоклавы применяются, как правило, в промышленности для обработки композитных материалов. Это лучший вариант классического автоклава, так как имеет простой монтаж, занимает небольшую площадь и не требует системы диатермического обогрева. Кроме этого, расходы на процесс термической обработки изделия у такого автоклава значительно ниже, чем при использовании электрического автоклава. Существуют модели горизонтального автоклава и со спиральным теплообменником, которые являются примером энергосберегающих технологий. Спиральный теплообменник позволяет работать с любым изделием, однако его стоимость значительно выше газового, кроме этого, он имеет и длительный срок окупаемости. Вращающиеся автоклавы применяют для работы с суспендированными (суспензированными, взвешенными) твёрдыми или кашицеобразными веществами (для выщелачивания минеральных концентратов разнообразных металлов и руд). Автоклав имеет вид герметичного сосуда со съёмной крышкой, которая прикреплена к корпусу при помощи уплотнительной прокладки и шпилек. Снаружи крышки монтируется запорный кран с многослойным фильтром. Качающиеся автоклавы позволяют выполнять перемешивание веществ в таких упаковках, для которых стерилизация в обычных автоклавах считается неприемлемой. Колонные автоклавы обычно используются для создания глинозёма из бокситов (позволяют снизить трудовые и временны́е затраты в процессе их получения).

Автоклавы изготовляют из высококачественных сталей, алюминия и других металлов, которые нередко покрывают химически стойкими материалами (эмалью, фторопластами). Корпус конструируют методом сваривания или склёпывания звеньев с выпуклыми днищами. В корпусе делают специальные отверстия (крышки), через которые удобно загружать материалы. Пар подаётся к перфорированной трубе через штуцер, а конденсат удаляется через спускной клапан. В электрических автоклавах система подачи нагретого пара отделена от рабочей камеры. Пар подаётся в камеру через патрубок от котелка, снабжённого электронагревательным элементом с регулятором степени нагрева. Чтобы избежать больших тепловых потерь, внешние поверхности автоклава покрыты тепловой изоляцией, что способствует интенсификации технологического процесса.

Конструкция и основные параметры промышленного автоклава разнообразны: ёмкость от нескольких десятков кубических сантиметров до кубометров; предназначаются для работы под давлением до 150 МПа (1500 кгс/см²) при температуре до 500 °C. Как правило, современные промышленные автоклавы в диаметре составляют от 1,2 м до 7,6 м, в длину – от 1,9 м до 40 м. При проведении в автоклаве физико-химических процессов используются давления до 300 МПа и температуры до нескольких тысяч градусов.

Применение автоклавов

Автоклавы применяют для научных исследований (лабораторные автоклавы), в медицине, биологии, металлургии, химической, резиновой, пищевой промышленности, при производстве стройматериалов.

Основная часть автоклавов, используемых в медицине и биологи и, – герметически закрывающийся резервуар с двойными стенками, выдерживающими высокое давление. Если процесс стерилизации осуществляется без воздействия высокого давления, то используют термин стерилизатор либо сушильный шка ф. Медицинские автоклавы применяют для стерилизации хирургического перевязочного материала и инструментов, посуды и некоторых приборов для выращивания микроорганизмов, обеззараживания инфицированного материала, уничтожения культур болезнетворных микроорганизмов, при создании изделий из карбонового волокна, для придания им твёрдых форм и т. п. В межстенное пространство (водопаровая камера) заливается дистиллированная вода. При нагревании водяной пар поступает в стерилизационную камеру, повышая в ней давление и температуру (выше 100 °С).

В металлургии (гидрометаллургии, см. также Автоклавное выщелачивание ) с помощью автоклавов выполняется очистка растворов металлов от примесей и процесс восстановления драгоценных и редкоземельных металлов после выщелачивания из подготовленных растворов. Объём аппарата может изменяться от десятков кубических миллиметров (лабораторные импульсные автоклавы) до нескольких сотен кубометров (горизонтальные автоклавы для окисления Ni-концентратов). Для агрессивных жидкостей используют автоклавы из нержавеющей стали, а также аппараты, футерованные коррозионно- и термостойкими покрытиями или плитками. Используют цилиндрические или сферические автоклавы, работающие при 260 °С и давлении 6 МПа, и автоклавные установки типа «труба в трубе» (во внешнюю трубу подают теплоноситель, во внутреннюю – нагреваемую смесь), работающие при температуре менее 300 °С.

В химической промышленности автоклавы применяются при производстве гербицидов, органических полупродуктов и красителей, в процессах синтеза. Для проведения разнообразных химических реакций данный аппарат называют химическим реакторо м. В случае необходимости перемешивания продукта используются автоклавы с бессальниковыми мешалками и экранированным электродвигателем, не требующим уплотнения.

В резиновой промышленности автоклавы используются для вулканизации или отверждения многих резиновых или пластиковых изделий.

В пищевой промышленности автоклавы применяются для стерилизации, пастеризации продуктов (в т. ч. консервов), приготовления пищи и др. 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 жёсткой таре (стеклянная, железная), но и в мягкой и полужёсткой упаковке.

Производство строительных материало в, в частности силикатных, базируется на гидротермальном синтезе гидросиликатов кальция, который осуществляется в реакторе-автоклаве в среде насыщенного водяного пара с давлением 0,8–3 МПа и температурой 175–200 °С. В данном производстве большой объём работ составляет процесс получения извести для сырьевой смеси. В технологический процесс производства извести входят следующие операции: добыча известкового камня в карьерах, дробление и сортировка его по фракциям, обжиг в шахтных вращающихся и других печах, дробление или помол комовой извести (получение негашёной извести). Получение сырьевой смеси осуществляется двумя способами: барабанным и силосным, которые отличаются друг от друга приготовлением известково-песчаной смеси.

В наши дни почти все элементы зданий и сооружений (панели, плиты перекрытий, элементы лестниц и др.) могут быть изготовлены из армированного силикатного бетона, который по своим свойствам почти не уступает железобетонным, а благодаря применению местных сырьевых материалов и промышленных отходов обходится на 15–20% дешевле, чем аналогичные железобетонные элементы на портландцементе. На современных автоклавных установках изготавливают газобетон и пенобетон. Их широко применяют в строительстве коммерческих и жилых зданий разного назначения и этажности. Газобетон и пенобетон могут быть применены как для несущей конструкции, так и для межкомнатных перегородок и в качестве перемычек. Автоклавный метод изготовления газобетона и пенобетона является основным, так как в автоклаве создаются оптимальные условия для твердения смеси, а использование управляемого автоклавного процесса позволяет получить газобетон и пенобетон с заданными техническими характеристиками.

Так же изготавливают ячеистый бетон, силикатные блоки и панели, облицовочные, теплоизоляционные материалы и другие изделия. Автоклавы используются для изготовления плёночного триплекса. При использовании автоклавной технологии обеспечиваются улучшенные оптические характеристики стекла, повышается его влагостойкость и т. п. При производстве триплекса применяют туннельные или тупиковые автоклавы. Внешне они представляют собой трубу 3–6 м в диаметре и 15–20 м в длину, закрываемую крышкой с байонетными затворами (тупиковыми с одной стороны, туннельными 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.

Историческая справка

Прообразом современного автоклава был созданный Д. Папеном в 1680 медицинский аппарат для стерилизации (она проводилась при высокой температуре, но без давления выше атмосферного), т. н. стерилизатор или сушильный шкаф. В 1795 французский кондитер Ф. Аппер изобрёл способ сохранять съестные припасы. Он упаковывал продукты в специальную ёмкость и подвергал их кипению в обычной воде; таким образом получился первый автоклав для домашнего (бытового) применения. В 1879 француз Ш. Шамберлен создал уже настоящий автоклав, в котором создавалось нужное давление при повышении температурного режима. Изобретение получило распространение исключительно среди учёных-химиков и медиков, перед которыми остро стоял вопрос о стерилизации инструментов.

Прототипом современного автоклава, применяемого в химической технологии, является аппарат, созданный В. Н. Ипатьевым в 1904. В строительстве способ изготовления силикатного (известково-песчаного) кирпича в автоклаве изобретён в Германии в 1880 учёным В. Михаэлисом. В России автоклавные устройства для производства известково-песочных блоков, фибролита, облицовочных плит появились в 1930-х гг. До 1950-х гг. единственным видом силикатных автоклавных изделий были силикатный кирпич и небольшие камни из ячеистого силикатного бетона. Однако благодаря работам российских учёных впервые в мире было создано производство крупноразмерных силикатобетонных автоклавных изделий для сборного строительства. Возможность образования в автоклаве камневидного изделия была установлена в конце 19 в., но массовое производство силикатных изделий, деталей и конструкций, особенно типа бетонов, было впервые организовано в нашей стране. Технология их изготовления механизирована и в значительной мере автоматизирована, что обеспечивает получение более дешёвой продукции по сравнению с цементными материалами и изделиями. Эффективные исследования в этом направлении выполнили П. И. Боженов, А. В. Волженский, П. П. Будников, Ю. М. Бутт и др. Было показано, что при автоклавной обработке образуются наиболее устойчивые низкооснóвные гидросиликаты.

В 1953 компания «Lagarde» разработала автоклав для применения в текстильной промышленности (с его помощью красили ткани). В 1988 появился автоклав для домашнего консервирования, который работал при помощи подключения в домашнюю электрическую сеть.

Самым распространенным способом делать заготовки впрок является, конечно же, консервирование, позволяющее подготовится к зиме и приготовить различные вкусности. Однако этот процесс обычно занимает достаточно много времени и не всегда гарантирует качественный результат проделанной работы и сохранность продуктов в течение длительного времени. Кроме того, зачастую в консервированных овощах практически не остается витаминов, наличие которых особенно актуально зимой.

Идеальное решение этой проблемы - использование такого агрегата, как автоклав для домашнего консервирования, позволяющий проводить правильную стерилизацию. С его помощью можно сделать любые домашние заготовки: фруктовые, ягодные, овощные, мясные и рыбные.

Общие характеристики

Автоклав для домашнего консервирования представляет собой металлический герметически закрывающийся сосуд, на крышке которого закрепляется манометр, позволяющий контролировать давление, термометр, а также штуцер, предназначенный для закачки воздуха.

Характеризуется достаточно простым принципом работы. Обеспечивая скорый нагрев, загруженный аппарат в течение необходимого для стерилизации времени работает при постоянных значениях температуры (около 120 градусов) и давления (примерно 4,5 атм.), после чего наступает охлаждение.

Автоклавы домашние: виды

Производимые на сегодняшний день автоклавы различаются по способу нагрева и объему. Поэтому при покупке аппарата следует учесть данные характеристики. По способу нагрева аппараты делятся на газовые и электрические со стрелочным термометром или электронным блоком управления. Последний вид - полностью автоматизированный автоклав, цена которого несколько выше. Что касается вместимости, то производятся модели, рассчитанные на объем от 20 до 46 литров.

Выбор аппарата зависит в первую очередь от того, в каких условиях будет проводиться консервирование и сколько банок определенного объема должен вместить за одну загрузку автоклав. Цена устройства также в значительной мере определяется этими параметрами. Так, к примеру, ориентировочная стоимость газовых автоклавов в зависимости от вместимости составляет от 13 до 25 тысяч рублей, электрических - от 18 до 32 тыс. руб., оснащенных ЭБУ - от 30 до 40 тыс. руб.

Автоклав: инструкция по работе

Приготовление консервов в автоклаве предполагает несколько этапов. Сначала производится загрузка закатанных банок с подготовленными продуктами вовнутрь корпуса. Заполненная тара загружается рядами (банка на банку). Предварительно на дно автоклава помещается прокладка. Это может быть, к примеру, резиновый коврик или матерчатый мешок.

Банки заливаются водой таким образом, чтобы она покрывала их крышки не менее чем на 20 мм. При меньшем количестве воды невозможно установить общий режим стерилизации для всех банок. Сверху устанавливаются резиновая прокладка и крышка автоклава, закручиваются болты.

Автомобильным насосом через воздушный вентиль в корпусе аппарата создается давление, равное 1 атм., необходимое для предотвращения срыва крышек с загруженной тары. При помощи мыльной воды, а также «на слух» проверяется герметичность соединения.

Нагрев

Автоклав устанавливается на источник нагрева. Это может быть газовая плита или горелка. Нагрев длится до определенного значения температуры, необходимого для стерилизации того или иного продукта. При этом давление, показываемое на манометре, тоже растет. Его предельное значение зависит от температуры. Так, при 110 градусах давление составляет от 2,5 до 3,5 атм., при 120 о С - от 4 до 4,5 атм. Не рекомендуется регулировать его значения самостоятельно, поскольку оптимальный его уровень устанавливается сам собой.

Стерилизация

С момента достижения нужной температуры интенсивность нагрева убавляется и начинается режим стерилизации, в котором банки выдерживаются в течение необходимого времени (в зависимости от продукта), после чего источник нагрева выключается.

Далее начинается этап охлаждения естественным путем до значения температуры не выше, чем 30 градусов. При этом значение давления будет несколько выше начального. Чтобы его уменьшить, аккуратно выпускается воздух через вентиль. Потом отвинчиваются болты крышки, открывается автоклав, и извлекаются банки. Проверяется состояние крышек, а также прочность закатки.

После слива воды из аппарата (с помощью шланга) необходимо вытереть насухо его поверхность и оставить в открытом виде для просушивания.

Работа с электрическими автоклавами

Электрический автоклав для домашнего консервирования позволяет без особых хлопот за короткое время приготовить и простерилизовать консервы из каких-либо пищевых продуктов. Температура и давление внутри автоклава создаются с помощью блока трубчатых электронагревателей. Для приготовления консервов в таком устройстве закатанные банки устанавливаются в специальную кассету, предназначенную для крепления тары в аппарате, и фиксируются зажимными гайками.

Вилка устройства включается в розетку. Конец сливного шланга надевается на кран для слива и закрепляется хомутом. Второй конец опускается в емкость с холодной водой и тоже закрепляется. В корпус автоклава наливается вода в таком количестве, чтобы ее уровень был на 1 сантиметр выше крышки кассеты при помещении внутрь. Далее аппарат закрывается (без использования зажимов) и включается нагрев. После того как вода нагреется до 60 градусов, крышка вновь снимается. Внутрь аппарата опускается кассета с банками. Крышка ставится на место и с помощью зажимов прижимается к корпусу. Нагрев воды продолжается до достижения необходимой для стерилизации определенного продукта температуры и далее поддерживается на нужном уровне до окончания процесса, после чего начинается охлаждение.

После окончания стерилизации отключается выключатель, вынимается из розетки вилка, через сливной шланг спускается вода и вынимаются банки.

При работе с автоматизированным автоклавом, после помещения банок в корпус и закрытия крышки на электронном блоке управления выбираются необходимые настройки (в зависимости от продукта и рецепта) и нажимается кнопка «Старт». После этого аппарат работает по программе, заданной в ЭБУ.

Усредненные значения температуры и времени стерилизации

Режимы стерилизации автоклавов различаются и зависят от конфигурации аппаратов, их теплообменных характеристик, способов нагрева и проч. Оптимальные режимы автоклава подбираются экспериментально в процессе работы с аппаратом. Усредненные значения температуры и времени стерилизации основных продуктов составляют:

• мясные консервы из баранины, свинины и говядины - 118-120 °С за 45 минут;
• консервы из кролика и птицы - 115 °C в течение 30 минут;
• рыбные консервы - 112-115 °C за 20-30 минут;
• консервы из грибов - 110 °C за 30-40 минут;
• консервы из фруктов - 115-120 °C за 30 минут;
• овощные - 100-120 °C за 15-20 минут.

Автоклавы домашние предоставляют возможность изменять длительность стерилизации. Ее можно увеличивать или сокращать в зависимости от вкусовых предпочтений. Однако следует помнить, что чем меньше находятся консервы в автоклаве, тем короче срок их хранения.

Преимущества приготовления заготовок в бытовых автоклавах

Автоклав для домашнего консервирования, применяемый при производстве закруток в домашних условиях, имеет ряд преимуществ, основными среди которых являются:

• экономится значительная часть времени;
• в продуктах сохраняется значительная часть полезных веществ;
• в процессе термообработки уничтожаются бактерии и болезнетворные организмы;
• увеличивается срок хранения продукции.

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 .

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 см³ до сотен м³, предназначаются для работы под давлением до 150 МПа (1500 кгс/см²) 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 3-6 м в диаметре и 15-20 м 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 жёсткой таре (стеклобанка, жестебанка), но и в мягкой и полужёсткой 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 (изготовление силикатного кирпича, автоклавного газобетона). Автоклавы широко используются в медицине . Также при создании изделий из карбонового волокна, для придания им твёрдых 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 1,5 млн 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 превышать 100 °C, при этом жидкость не достигает точки кипения. Большинство кулинарных систем высокого давления работают при рабочем давлении 1.5 - 1.9 атмосферы. При таком давлении температура кипения воды поднимается до 125 °C. Повышенная температура позволяет приготовить продукт несоизмеримо быстрее стандартного способа.

Например, порезанная свежая капуста готовится в течение одной минуты. Свежие зелёные 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 Дарвин в «Путешествии на Бигле».

Автоклавный способ приготовления пищи считался очень взрывоопасным. Современные автоклавные кулинарные системы оснащаются различными механизмами защиты - специальными замками, клапанами, системами автоматического отключения и т. п.

Принцип работы системы

При обычных условиях нагрев жидкости выше точки кипения невозможен. Как только температура воды достигает 100 °C, вода становится паром и уходит из зоны нагрева. Интенсивное образование пара в ёмкости с жидкостью и называется кипением. Если вода кипятится долго, то она переходит в пар полностью.

Когда вода кипятится в автоклаве, повышается температура кипения. Это происходит так: по мере того, как температура воды приближается к 100 °C, испарение воды усиливается. Водяной пар, являясь, по сути, газом, создаёт в автоклаве избыточное давление, что приводит к уменьшению дальнейшего испарения, и в итоге давление поднимается настолько, что кипение останавливается, и нагретая выше 100 °C вода продолжает оставаться жидкой. Чем выше температура, тем выше давление в системе. Более высокое тепло, да ещё и при повышенном давлении, оказывает более мощный эффект как на приготовление продуктов, так и на разрушение микроорганизмов.

Подобный процесс легко достижим при приготовлении твёрдых непещеристых продуктов. В случае приготовления губкообразных, пещеристых продуктов, следует выбирать систему с глубоким вакуумированием ёмкости. Остаточное содержание газов может способствовать защите бактерий от разрушения, создавая термоизоляцию для их оболочек.

Существуют автоклавы, которые используют фракционное вакуумирование, которое удаляет газы в несколько циклов, обеспечивая 100 % проникновение тепла в процессе стерилизации и гомогенизации продукта.

Питательные вещества

Поскольку пища готовится без интенсивного испарения и быстрее обычного, в автоклаве из продуктов вываривается существено меньше жидкости, витаминов, минералов, солей и прочих веществ.

Автокла́в - 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.

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.

Характеристики автоклавов

Конструкция и основные параметры промышленного автоклава разнообразны, ёмкость от нескольких десятков см³ до сотен м³, предназначаются для работы под давлением до 150 МПа (1500 кгс/см²) при температуре до 500 °C. Для химических производств перспективны бессальниковые автоклавы с 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 из себя трубу 3-6 м в диаметре и 15-20 м 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 1,5 млн автоклавов.

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 ее 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 танка. 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

Супернагретый 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.

Кирилл Сысоев

Мозолистые руки не знают скуки!

Содержание

В жаркое время года хозяйственные люди начинают делать закатки на зиму. Ручной процесс очень трудоемкий – надо приготовить еду, которую вы собираетесь консервировать, простерилизовать банки, крышки. Пот льется ручьем, силы на исходе, а в итоге получается всего несколько баночек. Другое дело газовый или электрический автоклав для домашнего консервирования – его применение позволяет ускорить процесс и увеличить выход продукта без существенного повышения температуры на кухне. От вас потребуется минимум физических усилий.

Что такое автоклав

Аппарат представляет собой герметичную конструкцию, предназначенную для нагрева под давлением выше атмосферного. В этих условиях смещается точка кипения в сторону увеличения температуры, продукты готовятся быстрее. Домашний автоклав для консервирования имеет такие преимущества:

• делает вкусные заготовки с сохранением всех полезных веществ, естественного цвета, целостной формы;
• убивает болезнетворные бактерии, уничтожает споры;
• вмещает в себя большое количество банок;
• существенно сокращает время приготовления мяса, солений, фасоли, кукурузы, горошка, овощных заготовок, соков, грибов.

Устройство

Autoclave – герметичная емкость, которая состоит из загрузочной камеры, крышки с запорными механизмами для герметизации, штуцера для прикрепления насоса. На корпусе установлены контрольно-измерительные приборы – манометр (показывает давление газа и жидкостей в замкнутом пространстве), градусник, клапан аварийного сброса. Популярные модели приборов для домашней консервации изготовлены из нержавеющей стали.

Стандартные размеры аппарата: 22 литра (вмещается 14 банок по 0,5 л), 46 л (22 банки по 0,5 л), 125 л (48 банок по 0,5 л). Еще одна важная характеристика – источник подогрева. Некоторые модели нагреваются на газовой плите, бензиновой горелке, другие подходят только для электрических плит. Автономные автоклавные установки, предназначенные для домашнего консервирования, работают от электросети – в них встроены ТЭНы.

Принцип работы

Покупка прибора – дорогое удовольствие, но сколько от него пользы с минимумом человеческих усилий! Как работает автоклав от современного производителя? Схема простая. При стандартных показателях вода испаряется при 100°С, выше температура не может подняться. Чтобы ситуация изменилась, в герметичной емкости создаются условия повышенного давления. Это приводит к тому, что сдвигается точка кипения.

Когда давление в автоклаве повышено, жидкость начинает кипеть при 120-125°С. Что это значит? Что при повышенной температуре процесс приготовления идет полным ходом, но вода не выкипает, значит, все витамины, полезные элементы остаются в неизменном виде. Внешний вид продуктов в автоклаве не теряет своей целостности, становится аппетитным, а закатка приобретает замечательный вкус.

Как пользоваться автоклавом в домашних условиях

Технология приготовления закаток в приборе несложная. Помойте бытовой автоклав, затем расфасуйте продукты по банкам, закатайте консервными крышками. Установите банки в прибор для консервирования. Дальнейшие действия будут отличаться в зависимости от вида аппарата:

• Автоклав с накачкой давления. Банки залейте холодной водой на 2-3 см, затем накачайте воздух до уровня давления 1 атм. Прогрейте прибор до температуры 100-120°С и удерживайте этот показатель 60-70 минут (зависит от рецепта). После приготовления дайте аппарату остыть, затем спустите воздух с помощью предохранительного клапана.
• Автоклав без накачки давления. Домашнее консервирование в таком приборе еще проще. Закатанные банки загрузите в специальные кассеты, защищающие от срыва крышек. Залейте автоклав водой, не доливая до верхнего края бака 2 см. Закройте крышку прибора, поставьте аппарат на плиту и следите за соотношением температуры-давления. Когда домашняя консервация приготовится, отключите нагрев и подождите, пока автоклав остынет до комнатной температуры.

Соотношение температуры и давления

Для каждого автоклава разное соотношение этих показателей, более подробно с параметрами можно ознакомиться в инструкции по эксплуатации. Числа зависят от объема прибора, интенсивности нагрева, особенностей конструкции. Конкретные значения вы узнаете опытным путем по ходу работы. Небольшой электрический автоклав, работающий от электросети, через 5 часов работы показывает на термометре 120°С при давлении 4,7 атм. Приборы, нагревающиеся на плите, быстрее достигают рабочих параметров. Большинство домашней консервации готовится при температуре не выше 120°С и 4,5 атм.

Как выбрать автоклав

Сегодня купить прибор в Москве или Санкт-Петербурге не представляет сложности, в хозяйственных магазинах всегда есть несколько моделей на выбор, которые можно пощупать, детально расспросить продавца о характеристиках и гарантии. Если хотите приобрести аппарат для домашнего консервирования сравнительно дешево, ищите выгодные предложения в интернет магазинах. Они часто устраивают хорошие акции и делают скидки до 20%.

Есть два материала корпуса – черный металл и нержавеющая сталь. Плюс первого – дешевизна. Однако материал имеет несколько минусов: он не стойкий к коррозии, недолговечный (служит около 5 лет), требует тщательного ухода. Нержавейка служит до 50 лет, не боится коррозии, но стоит дорого. Емкость автоклава выбирается в зависимости от потребностей. Самое ходовое соотношение диаметра и высоты прибора – вмещающее 24 банки на 0,5 л.

Газовый

Этот вид аппарата для домашнего консервирования греется на газовой плите. Если хозяйка решила выбрать его, то при заказе она должна оценить вес прибора – поднять автоклав с банками и водой на высоту бывает очень непросто. Оптимальный вес аппарата – 8 кг. Днище должно быть ровным и иметь толщину не меньше 3 мм. Лучше покупать товар у проверенных производителей, которые создают автоклавы много лет.

Электрический

Такой прибор более удобен для хозяек, поскольку его можно поместить на небольшой высоте возле розетки. Еще один плюс электрического автоклава – работа в автономном режиме. Терморегулятор поддерживает нужные показатели в течение отведенного времени. Мощность у аппаратов разная. Маленькие приборы объемом 22 л потребляют 2 кВт, средние автоклавы на 46 л – 3,2 кВт. Напряжение в сети должно составлять 200 В.

Цена на автоклав для домашнего консервирования

Прикидывая стоимость прибора, не забудьте приплюсовать доставку по почте. Товар габаритный, поэтому автокомпании могут взимать дополнительные деньги за большой вес. Хорошо, если производитель осуществляет не только продажу, но и бесплатную доставку автоклавов. Средняя стоимость приборов.