Varios aspectos a tener en cuenta en el diseño de equipos de esterilización UHT a ultraalta temperatura
El equipo de esterilización UHT a ultraalta temperatura es ampliamente utilizado. En los últimos años, algunos defectos de diseño en los equipos de esterilización a ultraalta temperatura han provocado un rendimiento de producción inestable o problemas de calidad del producto. Estos defectos incluyen principalmente una capacidad de procesamiento insuficiente, una temperatura de esterilización inestable y un aumento de la velocidad de incrustación y carbonización. Este artículo lo analiza en detalle.
El proceso de las máquinas de esterilización se determina en función de los parámetros del proceso de producción, y existen requisitos de proceso y procesos de producción que no pueden ser completamente idénticos. El proceso correcto determina el rendimiento del equipo de esterilización; por lo tanto, determinar la ruta óptima del proceso del equipo es el primer paso en el diseño de la sección clave del mecanismo de esterilización. Después de determinar el flujo del proceso, se diseña y calcula de acuerdo con dicho flujo. Algunos procesos demasiado simples o demasiado engorrosos pueden generar muchos problemas en la producción, como el uso múltiple de una misma máquina, lo que requiere considerar el tamaño y las derivaciones cortas, que pueden causar fácilmente inestabilidad en el control o acelerar la velocidad de incrustación y carbonización; un buen flujo de proceso no solo debe tener la dirección de flujo correcta, sino también indicar el diámetro nominal (o diámetro) de todos los instrumentos de bombas de compuerta y tuberías del proceso. Lo más importante es que los parámetros de temperatura de entrada y salida del material que pasa por el intercambiador de calor deben marcarse con precisión. La base de estos cálculos puede utilizarse para reducir errores al realizar cálculos de proceso.
Existen diversos y variados materiales, y hay muchos materiales similares. Elegir el equipo de esterilización adecuado en función del material es una cuestión clave. El contenido de materia seca y la viscosidad del material, si se producen cambios químicos en el material durante el proceso de esterilización y el grado de incrustación y carbonización durante dicho proceso son aspectos que deben considerarse al seleccionar el tipo de máquina de esterilización. En segundo lugar, debe tenerse en cuenta que, si el tipo de placa de la esterilización a ultraalta temperatura puede lograr la esterilización, también puede completarse con equipo de esterilización tubular a ultraalta temperatura.
La falta de capacidad de producción se debe en gran medida al cálculo de un área de intercambio térmico más pequeña del esterilizador, y un área de intercambio térmico más pequeña se debe en su mayoría a una selección excesiva en el cálculo del coeficiente de transferencia de calor, que es la razón más común de una menor área de intercambio térmico. El medio de calentamiento del equipo de esterilización UHT a ultraalta temperatura es agua sobrecalentada. Existe una diferencia entre el agua sobrecalentada y el vapor. Como medio de calentamiento, el coeficiente de transferencia de calor del agua sobrecalentada se sitúa generalmente entre 1200~1400 kcal/m2 · h · ℃, por lo que no debe ser demasiado alto. Las propiedades del material tienen un impacto significativo en la eficacia de la transferencia de calor, y si el material se idealiza para el diseño, dará como resultado un área demasiado pequeña. El efecto bactericida no debe juzgarse solo por el área bactericida, sino que debe someterse a pruebas de producción para satisfacer las necesidades de producción y resultar convincente.
Durante el proceso de esterilización, la temperatura de esterilización y la concentración de alimentación deben ser estables. En primer lugar, la temperatura de alimentación debe ser estable y, en segundo lugar, el líquido de alimentación debe ser consistente antes y después, lo cual es una condición para una temperatura de esterilización estable. Cuando la temperatura de esterilización es insuficiente, esta parte del líquido material debe volver al cilindro de alimentación, y la temperatura de este líquido material debe estar próxima a la del líquido de materia prima para mantener la estabilidad de la temperatura de esterilización. Para estabilizar la temperatura de esterilización, se puede instalar una válvula de asiento angular detrás de la válvula de control de entrada de vapor, como se muestra en la Figura 1.
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Figura 1 Control de la temperatura de calentamiento mediante válvula angular
Fig. 1 Uso de válvula de asiento angular para controlar la temperatura de calentamiento
La máquina de esterilización necesita limpiarse durante el proceso de producción, y el intervalo de limpieza puede variar según el material. La ruta óptima del proceso de limpieza y el tiempo de intervalo de limpieza deben determinarse en función del material específico. Al mismo tiempo, la limpieza debe ser exhaustiva, o la máquina de esterilización debe desmontarse periódicamente para una inspección por muestreo. Si la limpieza no es completa, no solo afecta la estabilidad de la temperatura de esterilización, sino que también da lugar a productos no conformes y afecta la calidad del producto. Anteriormente, los problemas de calidad causados por una limpieza incompleta eran bastante comunes. Algunas máquinas de esterilización ya tenían los materiales carbonizados y quemados dentro de los tubos de intercambio de calor después de abrirlas, lo que demuestra la gravedad del problema.
Hay dos tipos de bombas, una para el transporte de materiales y otra para la limpieza. Las bombas utilizadas para la entrega de material en el esterilizador son en su mayoría bombas centrífugas enfriadas por agua de doble sello. Para líquidos viscosos como la salsa de tomate, se puede utilizar conjuntamente una bomba de tornillo (o bomba de desplazamiento positivo) y una bomba de alta presión para el transporte. En los últimos años, también se han informado casos de severo desgaste del sello mecánico al utilizar bombas con doble sello, lo que puede provocar fácilmente la entrada de agua de refrigeración en el material. Por supuesto, esto es solo un ejemplo y no puede rechazarse por esta razón. Todo el equipo de esterilización está equipado con bombas de limpieza, que se dividen en dos tipos: bombas multietapa segmentadas y bombas centrífugas. Cabe señalar que el caudal de la bomba de limpieza debe ser mayor que el caudal del material. El objetivo del gran caudal es garantizar que la solución de limpieza tenga una velocidad relativamente alta en el esterilizador, lo que tendrá un efecto de lavado sobre los materiales con incrustaciones y carbonización. Por lo tanto, el caudal de la bomba utilizada para la limpieza suele ser de 2 a 3 veces la cantidad de material, y la altura manométrica equivale a la altura manométrica del material.
Incluso un pequeño defecto de diseño puede causar problemas en el funcionamiento o en el rendimiento del equipo. Para diseñar un buen equipo de esterilización, es necesario empezar por los pequeños detalles y comprender y dominar las características del material. Para nuevos materiales, deben realizarse estudios experimentales para diseñar equipos que satisfagan las necesidades del proceso de producción.
