ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Наименование инновационного проекта

"Аппараты непрерывного действия открытого типа для стерилизации консервов. Эффективные технологии производства и переработки сельскохозяйственного сырья".

Рекомендуемая область пременения

Агропромышленный комплекс:
- консервирование пищевых продуктов посредством тепловой стерилизации;
- повышение качества консервированных продуктов;
- повышение тепловой эффективности и экономия расхода воды на выработку единицы продукции.

Назначение, цели и задачи проекта

Основное назначение проекта – разработка высокоэффективных технологий переработки сельскохозяйственного сырья и оборудования для их осуществления. При переработке сельскохозяйственного сырья в консервированные пищевые продукты одним из важнейших процессов, во многом предопределяющим качество готового продукта и энергоемким по затратам тела и расходу воды, является процесс стерилизации.

Представленное в проекте оборудование предназначено для совершенствования и интенсификации процесса тепловой стерилизации консервов. Сопоставительный анализ технологических схем производства консервов позволяет сделать вывод о необходимости изучения энергосберегающих возможностей стерилизационного оборудования, осуществляющего основную и обязательную операцию для всех технологических схем производства – заключительную тепловую обработку готовой продукции. Этот процесс является наиболее важным и наиболее сложным завершающим этапом консервного производства, при котором уничтожаются возбудители порчи и обеспечиваются стабильность высокого качества консервов.

В настоящее время наиболее распространено в практике консервной промышленности использование для тепловой стерилизации консервов автоклавов различных конструкций, имеющих ряд существенных недостатков, к которым относятся:

- значительная продолжительность тепловой обработки консервов;

- периодичность процесса, что затрудняет создание поточных автоматизированных линий производства;

- ухудшение качества консервов из-за необходимости подвергать продукт длительной тепловой обработке;

- неоднородность тепловой обработки, из-за которой наружные слои продукта сильно перегреваются по сравнению с центральными.

Рядом существенных недостатков как в отношении большой продолжительности тепловой обработки, расхода тепла и воды, так и неравномерности тепловой обработки консервов обладают и применяемые в консервной промышленности аппараты непрерывного действия.

Оборудование и предлагаемые в проекте способы тепловой стерилизации консервов принадлежат к современным, наукоемким и эффективным с точки зрения энергетических и материальных затрат.

Представленные в проекте аппараты отрытого типа, обеспечивающие консервирование пищевых продуктов посредством пароконтактного нагрева, а также ротационной стерилизации в потоке нагретого воздуха, обеспечивают, наряду с повышением качества готовой продукции за счет сокращения продолжительности тепловой обработки, существенную экономию тепловой энергии, обеспечивая при этом промышленную стерильность готовой продукции.

В результате внедрения предлагаемых конструкций аппаратов и технологий тепловой стерилизации консервов значительно снижаются эксплуатационные затраты на выработку единицы продукции.

Краткое описание заменяемого процесса или решаемой проблемы

В настоящее время в России на перерабатывающих предприятиях при производстве консервов для их тепловой стерилизации преимущественно используются вертикальные автоклавы Б6-КАВ2 или Б6-КАВ4, которые имеют ряд общеизвестных существенных недостатков, к основным из которых относится большая продолжительность процесса тепловой обработки, неравномерность прогрева различных слоев продукта в банке, а также большие расходы тепла и охлаждающей воды на выработку единицы продукции.

Краткое описание предлагаемого технологического процесса

Аппарат для стерилизации консервов в банках

Аппарат предназначен для расфасовки и тепловой стерилизации консервов гетерогенной консистенции (компоты, маринады) путем пароконтактного нагрева.

Схема аппарата представлена на рис.5.1., 5.2., а общий вид аппарата изображен на рис.5.3. и 5.4. Аппарат состоит из каркаса 1, пластинчатого транспортера 2, упорной плиты 3 с прижимными головками 4, вибростола 5 с продольным проемом 6, барбатеров 7, закрепленных в теплоизолированных паропроводах 8, цилиндрических втулок 9, барабанного дозатора 10 состоящего из секций 11 и запирающихся посредством рычагов 12 с возвратными пружинами 13 и разъемными пластинами 14; вдоль подъемно-спускного стола укреплены наклонные упорные уголки 15, а прижимные головки подпружинены пружинами 16.  Аппарат работает следующим образом. Банки 17 с предварительно залитой заливочной жидкостью, например, сахарный сироп или  рассол) подают с определенным шагом на транспортер 2, который подносит их под прижимные головки 4, после чего транспортер останавливается, а вибростол 5 поднимается, причем на ходу своего движения поднимает с  транспортера 2 банки 17 до упора с прижимными головками 4, установленными на пружинах 16. Вибростол 5 выполнен с продольным проемом 6, ширина которого больше ширины транспортера 2 и высотой большей высоты  подъема банки на величину большую высоты транспортера (т.е. транспортер при подъеме вибростола оказывается в ее продольном проеме). Вдоль продольного проема 6 стола закреплены наклонные упорные уголки 15, которые обеспечивают соосность подъема банки в плоскости им перпендикулярной. Такое выполнение подъемно-опускного стола обеспечивает возможность подъема банок с транспортера до упора с прижимными головками.

При подъеме подъемно-опускного вибростола, посредством рычага (на рис. не показан) барабанный дозатор поворачивается на 90^о, а  после ввода барботеров в банку посредством рычажной тары 12, на которые давят цилиндрические втулки 9, осуществляется разъем пластин 14, запирающих дно дозатора, и плоды через цилиндрические втулки 9 попадают в банки.

Барботеры 7, установленные в теплоизолированных паропроводах 8, опускаются в банки до расфасовки в них плодов. Барботеры установлены под углом друг к другу таким образом, что расстояние между наружными поверхностями их концов, вводимых в банку, меньше внутреннего диаметра горловины банок на величину удвоенного допускаемого отклонения банок от фиксирующего положения их в прижимной головке.

При этом, если банки устанавливаются под прижимными головками не соосно, но в пределах допускаемого отклонения, то барботеры 7, опускаясь в банку, за счет своего касания об внутренние поверхности стенки горловины банок доводят их до соосного с прижимными головками положения.

При разъеме пластин 14 запирающих дно барабанного дозатора из ее секции 11 плоды попадают в банки. Барабанный дозатор выполнен четырехпозиционным, при этом когда из одной позиции секций происходит расфасовка, в другой – выполнение. Объемы секций дозатора выполнены с регулирующим объемом, исходя из стерилизуемой тары.

В процессе подачи плодов подъемно-опускной стол для плотной укладки плодов вибрируется: заодно вибрируется и дозатор плодов для плотной укладки плодов в секциях.

При подъеме подъемно-спускного стола постепенно открываются клапаны на паропроводе 18 и пар через теплоизолированные паропроводы 8 и  барботеры 7 поступает в банки с продуктом и нагревает  его. Воздух, находящийся в банках и выделяющийся из плодов при их нагревании, удаляется из банок через цилиндрические втулки 9. После достижения необходимой температуры продукта вибростол 5 с банками опускается; при этом клапаны для подачи пара закрываются, а банки, опускаясь, попадают на транспортер 2, который выносит их из аппарата и вместо них сразу же поступают пустые банки, и процесс повторяется.

Банки с продуктом далее закрываются и после выдержки в камере для термостатирования для достижения требуемой летальности подвергаются охлаждению.

При изготовлении и испытании были выяснены некоторые вопросы работоспособности отдельных узлов и механизмов аппарата.

В сезон промышленной переработки фруктов и овощей в 2004г. этот экспериментальный образец аппарата для стерилизации консервов в банках был подвергнут производственным испытаниям. Испытания аппарата проводили в комплексе с охладителем ротационного типа по а. с. № 1209144.

Испытания проводились при производстве консервов “Компот из алычи” и “Компот из черешни” в таре 1-82-1000.

Испытания показали следующие результаты:

-   в аппарате не наблюдается термического боя банок;

-   обеспечивается значительная экономия тепловой энергии (более 50%) на выработку единицы продукции;

-   значительно сокращается продолжительность тепловой обработки консервов, что обеспечивает более полное сохранение качества перерабатываемого сырья;

-   аппарат обеспечивает одновременно и расфасовку, и тепловую обработку консервов.

Охладитель для консервов в стеклянной таре после тепловой стерилизации

Повышение темпов производства консервной продукции выдвигает  проблему резкого повышения производительности  труда при одновременном улучшении качества продуктов.

Исследования температурного поля в банке в процессе охлаждения после тепловой стерилизации показывают, что процесс охлаждения характеризуется значительной неравномерностью температуры в различных точках банки, а также имеет значительную продолжительность. Так, при охлаждении томатного сока в потоке атмосферного воздуха и орошении водой (способ используется в пастеризаторах – охладителях непрерывного действия) температурная разница между наиболее (периферийная точка) и наименее (центральная точка) охлаждаемыми точками составляет порядка 30^оС и более; к тому же эти пастеризаторы не обеспечивают охлаждение продукта до заданной конечной температуры (по технологической инструкции).

В то время  как процесс стерилизации соков в потоке составляет несколько десятков секунд, продолжительность их охлаждения после тепловой стерилизации составляет порядка 30 и более минут и в то же время не дает должного эффекта. В результате продукт проходит тепловую обработку жестче, чем предусмотрено по формуле стерилизации, что приводит к снижению качества готового продукта.

На основании исследований, проведенных по ротационному охлаждению консервов в потоке атмосферного воздуха с попеременным нанесением на боковую поверхность банок водяной пленки, был изготовлен опытно-промышленный образец аппарата для охлаждения консервов в стеклянной таре после тепловой стерилизации, конструкция которого защищена авторским свидетельством СССР, № 1209144. Общий вид аппарата представлен на рис.5.5., схематически аппарат изображен на рис.5.6.

Аппарат состоит из каркаса 1, роликового транспортера 2 с приводом (для предотвращения  механического боя стеклянных банок поверхность роликов обрезинена) полых роликов 3, с радиальными отверстиями в стенке, покрытых пористых материалом, вентилятора 4 и воздуховода 5.

Рис.5.1. Схема аппарата для расфасовки и пароконтактного нагрева консервов

Рис.5.2. Схема аппарата для расфасовки и пароконтактного нагрева консервов (рабочее состояние)

Рис.5.3. Общий вид аппараты для расфасовки и пароконтактного нагрева консервов (нерабочее состояние)

Рис.5.4. Общий вид аппарата для расфасовки и пароконтактного нагрева консервов (рабочее состояние)

Аппарат работает следующим образом.

Банки 6 после тепловой стерилизации устанавливаются на роликовый транспортер 2, который одновременно сообщает банкам вращательное и поступательное движение. Снизу роликового транспортера 2 по его длине для периодического нанесения на поверхность банки 6 водяной пленки установлены покрытые пористым материалом полые ролики 3 с радиальными отверстиями в стенке. Полые ролики 3 установлены  таким образом, что они своей поверхностью периодически контактируют с вращающейся поверхностью банки (рис.5.9.б), при прохождении последних над ними и вращаясь вокруг своей оси при контактировании с вращающейся банкой наносят на их поверхность водяную пленку. Вода, подаваемая вовнутрь полого ролика через радиальные отверстия в ее стенке, поступает к пористому материалу, которым покрыты полые ролики 3 и, просачиваясь через них, попадает к банкам. Расстояние между полыми роликами, 3 устанавливается таким образом, чтобы водяная пленка нанесенная каждым предыдущим роликом испарялась при подходе банки к следующему (т.е. будет зависеть от производительности аппарата). К полым роликам 3 в зависимости от места их индивидуального расположения (начало или конец охлаждения) подводится горячая вода различной температуры для поддержания допустимого температурного перепада между стенкой банки и наносимой водяной пленкой в пределах 25-30^оС. При своем движении по транспортеру вся поверхность банок обдувается атмосферным воздухом, подаваемым вентилятором 4 по воздуховоду 5.

Рис.5.5.  Охладитель для консервов в стеклянной таре

Рис.5.6. Схема охладителя для консервов в стеклянной таре

Производственные испытания экспериментального образца аппарата для охлаждения консервов в стеклянной таре были произведены в сезон промышленной переработки фруктов и овощей в 2004 году.

Испытания проводились при производстве консервов “Сок томатный” в таре 1-82-3000 .

Испытаниями установлено следующее :

- в аппарате не наблюдается термического и механического боя стеклянных банок;

- средняя температура банок после охлаждения в аппарате составляет 45^оС;

- расход воды на процесс охлаждения снижается в 10-15 раз.

Использование предлагаемого аппарата дает возможность улучшить качество продукции за счет сокращения продолжительности теплового воздействия на консервы и обеспечения равномерности температурного поля в банке; уменьшает расход воды на выработку единицы продукции.

Аппарат для стерилизации консервов ротационного типа

Схема аппарата для стерилизации консервов ротационного типа  представлена на рис.5.7. Аппарат состоит из транспортирующего органа 4, камеры пастеризации 3, камер 9 и 11 комбинированного охлаждения, загрузочного 18 и разгрузочного 15 устройств, а также  системы  автоматического управления и контроля.

Транспортирующий орган пастеризатора состоит из двух ролико-втулочных цепей, к которым шарнирно прикреплены носители банок 5; ролико-втулочные цепи перемещаются по направляющим уголкам и совершают прерывистое движение.

В камере пастеризации бутыли или банки обдуваются потоком горячего воздуха, который циркулируется вентилятором 8, через калорифер 6, и вращаясь  с донышка на крышку вместе с носителями банок, перемещаются в камеру охлаждения. Камера охлаждения состоит из трех участков: охлаждения бутылей или банок холодным воздухом, гидровоздушной  смесью и холодной водой.

Аппарат работает следующим образом: наполненные продуктом и закатанные банки транспортером 19 подводятся к загрузочному устройству 18. Загрузочное устройство 18 в момент выстоя двухцепного транспортера обеспечивает подачу банок в носители 5,прикрепленные к ролико-втулочным  цепям. Далее банки в носителях, обеспечивающих механическую герметичность банок для предотвращения срыва крышек, поступают в камеру пастеризации, где совершают вращение с донышки на крышку вместе с носителями и проходят последовательно зону пастеризации, зоны предварительного охлаждения воздухом и гидровоздушной смесью и зону окончательного охлаждения водой. Охлажденные банки в момент выстоя транспортирующего органа разгрузочным устройством 15 выгружаются из носителей и подаются на отводящий поперечный пластинчатый транспортер 14 и направляются на дальнейшую обработку.

Технико-экономическое обоснование применения инновационной технологии

Использование предлагаемых технических решений позволяет обеспечить экономию тепловой энергии по сравнению с традиционным способом стерилизации более чем на 50-60%, а охлаждающей воды в зависимости от используемого способа охлаждения от 80 до 100%. Применения предлагаемых в проекте технических решений позволит экономить до 2 млн. рублей на 1 муб выпускаемой продукции.

1 – каркас; 2 – ведущая звездочка; 3 – камера пастеризации; 4 – роликовтулочная цепь; 5 – носитель банок;

6 – калорифер; 7 – воздуховод; 8 – вентилятор; 9,11 – камеры охлаждения; 10 – вентилятор; 12 – душевое устройство;

13 – натяжная звездочка; 14 – транспортер для отвода банок; 15 – разгрузочное устройство; 16,17 – обводные звездочки;

18 – загрузочное устройство; 19 – транспортер для подвода банок.

Технико-экономические показатели трудо-энерго-природосбережения нового процесса

Высокая производительность. При производстве консервов любого ассортимента производительность повышается как минимум в два раза за счет снижения продолжительности процесса тепловой стерилизации более чем в два раза.

Энергоснабжение. Тепловая стерилизация консервов осуществляется при минимальных потерях тепла в окружающую среду, возможных только за счет конвекции и лучеиспускания.

Экономическая безопасность. Снижение потребления воды обеспечивает существенное снижение выбросов использованной воды.

Безлюдная технология. Предлагаемые в практике технические решения позволяют значительно, до 100%, использовать автоматизацию всех технологических процессов.

Кроме того, внедрение данного проекта позволяет снизить себестоимость продукции предприятий за счет сокращения потребления энергоресурсов и снижения их фактического потребления, а также уменьшения экологических платежей.

По технико-экологическим и экономическим показателям предлагаемые технические решения обеспечивают снижение эксплуатационных затрат, быструю окупаемости затрат и позволяют получить неоспоримые экономические преимущества по сравнению с традиционными способами и аппаратами, используемыми в промышленности.

Новые потребительские свойства продукции

- снижение металлоемкости;
- уменьшение габаритов;
- высокая эффективность технологических процессов.

Качественные характеристики, предъявляемые к сырью и материалам

Продукция соответствует государственным стандартам.

Стадия и уровень разработки

Представленные технические решения прошли этап экспериментального освоения и отработку технологии на ряде консервных заводов РД.
Результаты промышленной эксплуатации оборудования на Касумкентском и Маджалисском консервных заводах подтверждает конкурентные преимущества предлагаемой технологии тепловой стерилизации консервов. Трудности в освоении технологии отсутствуют, так как предприятие – разработчик располагает специализированной лабораторией по тепловой стерилизации консервов и обладает научным потенциалом для решения всех вопросов, которые могут возникнуть в ходе выполнения проекта.

Предлагаемые инвестиции

5 млн. рублей на каждый тип оборудования

Рынки сбыта

Оборудование можно рекомендовать для использования на всех перерабатывающих предприятиях АПК.

Возможность и эффективность импортозамещения

Предполагаемая в проекте технология и оборудование для ее реализации не имеют аналогов на мировом рынке аналогичной продукции и услуг.

Возможность выхода на мировой рынок

Срок окупаемости (в месяцах)

24

Дата поступления материала

24.11.2006