Kas soolvees titaanist elektrisoojenditega konserveeritud toidu steriliseerimise retordis vähendab õhem sein (0,7 mm vs

Titaanküttekeha disaini põhi-allahindlus retortide steriliseerimisel
Toidukonservide steriliseerimisretordid töötavad rõhu all 121 kraadi juures, kuumutuskeskkonnaks on soolvesi (3-5% NaCl). Titaanist elektrisoojendid on ette nähtud korrosioonikindluseks kuuma kloriidi tingimustes. Retortitsükkel tuleb kiiresti viia steriliseerimistemperatuurini ("tulemisaeg"{9}). Pikemad tsüklid halvendavad läbilaskevõimet ja toote kvaliteeti. Õhemal titaanümbrisel (0,7 mm) on väiksem soojustakistus kui tavalisel 1,2 mm seinal ja see võib lühendada ilmumisaega. Kuid õhemad seinad on seadme eluea jooksul vastuvõtlikumad kloriidi tekitatud aukudele. See töö kvantifitseerib 0,7 mm seinaga 1,2 mm seina vastu võimaliku lühenemisaja lühenemise ja hindab, kas täppide tekke risk on vastuvõetav tavalise 10-aastase retortiteenuse korral.

Mõju mehaanilisele terviklikkusele: retorti soolvee täppide tekkimise oht
2. klassi titaan on 3–5% NaCl soolvees 121 kraadi juures oma süvendite tekketemperatuuri piiri lähedal. Neutraalsetes kloriidilahustes on titaani kriitiline punktide tekke temperatuur (CPT) sõltuvalt pinna poleerimisest ja hapniku kontsentratsioonist umbes 120–130 kraadi. Temperatuuril 121*C on aukude moodustumine võimalik, kuid mitte absoluutne, eriti kui soolvesi on kõrge hapnikusisaldusega ja titaanpind on sile. Seina paksus mõjutab aukude eluiga kahes aspektis. Esiteks on õhemal seinal vähem söödavat materjali, kui süvend areneb - 0,7 mm seina võib läbistada süvend, mis laieneb 0,2 mm aastas 3,5 aastaga, samas kui 1,2 mm seina taluvus on 6 aastat. Teiseks on õhema seina pinnatemperatuur sama võimsustiheduse korral mõnevõrra madalam (umbes 2 kraadi), kuna elektritakistus on väiksem. Selle 2-kraadise erinevuse tulemusel väheneb punktkorrosioonimäär ligikaudu 25%, mis kompenseerib osaliselt kaotatud korrosioonivaru. Steriliseerimisretortide väliandmed näitavad, et 0,7 mm titaankuumutid peavad vastu 6–8 aastat hästi-kontrollitud soolvees (pH 6–8, hapnikuga küllastunud), samas kui 1,2 mm läbimõõduga küttekehad peavad vastu üle 10 aasta. 0,7 mm puhul on aukude tekkimise oht vastuvõetav, kui retort ei tööta eeldatavasti kauem kui 8 aastat.

Mõju soojustõhususele: valmimisaja-vähenemine
Tulemisaeg- sõltub üldisest soojusülekande takistusest sisetakistusjuhtmelt soolveele. Antud võimsustiheduse korral on titaanist seina soojustakistus R_Ti=t / k_Ti. R_Ti=0.0007 / 17=4.1 x 10-5 m2.K/W 0,7 mm seina jaoks. R_Ti= 7.1 x 10-5 m2.K/W seinapaksusega 1,2 mm. Konvektiivtakistus soolvee kontaktis (R_conv=1/h) on oluliselt suurem. Segatud retortsoolvee puhul h ≈ 1000 W/m2.K (tüüpiline sunnitud tsirkulatsiooni korral) Rconv=0.001 m2.K/W Üldtakistus (R_Ti + R_conv) on 0,001041 m 2 K/W 0,7 mm ja 0,0021} K/W ainult {{401} K/W 4 mm erinevus 2,9%. See tähendab umbes 3% lühenemist{51}}tulemisajas. 0,7 mm sein säästab vähem kui 1 minuti tavalise 30-minutilise{53}}soojenduse korral. Kui retorti toiteallikaks on loomulik konvektsioon (h ≈ 300 W/m²·K), siis R_conv=0.00333 ja seinapaksuste erinevus on 1,4% – isegi väiksem. Selle tulemusel väheneb ilmumisaeg vaid veidi.

Kauba{0}}süntees: võrdlus seina paksusega
Seina paksus R_Ti (m2.K/W) Kokku R (koos h=1000)Vähenenud tule-kasumiaeg vs
0,7 mm 4,1 × 10⁻⁵ 0,001041 Algtase (referents) 6–8 aastat
1,0 mm 5,9 × 10⁻⁵ 0.001059 1.7% madalam 8–10 aastat
1.2 mm 7.1 × 10⁻⁵ 0.001071 2.9% lower >10 aastat
1,5 mm 8,8 x 10-5 0.001088 4.3% vähem > 12 a
Statistika näitab, et 0,7 mm seina soojuslik kasu üle 1,2 mm seina on maksimaalselt 3% taastumisajast, mis on vähem kui 1 minut 30-minutilise tsükli kohta. Kuid kaevu tööiga lüheneb 20-40%. Kompromiss on tugevalt pikaajalise töökindluse tagamiseks paksema seina kasuks.

Väljaspool seina võimsustihedus ja segamine
Kui valmimisaja minimeerimine-on ülioluline, on võimsustiheduse suurendamine oluliselt tõhusam kui seina paksuse vähendamine. Võimsuse tiheduse suurendamine 2,0 W/cm2-lt 2,5 W/cm2-le (kasv 25%) vähendab tööaega ~20% kõrgema pinnatemperatuuri ja võimaliku kiirendatud täppide arvelt. Teise võimalusena vähendab segamise suurendamine h-väärtuse suurendamiseks 1000-lt 2000 W/m 2 • K üldist takistust 33% võrra, mis vähendab oluliselt kerkimisaega, sõltumata seina paksusest. Tegelikult võib õhuke sein (0,7 mm) suure võimsustiheduse või halva segamisega suurendada täppide tekke ohtu, ilma et see avaldaks materjalile soojuslikku kasu.

Järeldus: õhuke sein pakub vähe soojuslikku kasu ja suurt täppide tekkimise ohtu
Konservide steriliseerimise retortide katsed soolvees titaanist elektrisoojenditega näitavad, et õhuke sein (0,7 mm) ei mõjuta oluliselt kerkimisaega võrreldes tavalise 1,2 mm seinaga, paranemine on alla 3% (vähem kui 1 min iga tsükli kohta). See väike kasu saadakse 20–40% pikenduste eluea lühenemise arvelt enam kui 10 aastalt 6–8 aastani. 1,2 mm sein on õige spetsifikatsioon enamiku retortide operatsioonide jaoks, mille seadme kasutusiga on 10 aastat. 0,7 mm seina on lubatud ainult juhul, kui retordi teadaolev kasutusiga on alla 8 aasta või kui on võimalik jälgida aukude tekkimist ja küttekeha ennetavalt välja vahetada. Retortide teenindamiseks mõeldud küttekehade puhul tuleks võimsustihedusele ja segamisele seada kõrgeim prioriteet, et minimeerida valmimisaega. Normiks tuleks määrata seina paksus 1,0–1,2 mm, et tasakaalustada soojuslikkust ja vastupidavust täppide tekkele.