一种超高温饱和热水循环瞬间连续灭菌系统

摘要

本发明公开了一种超高温饱和热水循环瞬间连续灭菌系统，系统包括配料罐，饱和热水罐，高温水泵，喷射泵，打料泵，增压泵，加热换热器，余热回收换热器，保温维持器，无菌料接收罐，以及连接它们的蒸汽管道、物料管道、饱和热水管道和相应的阀门；使用本发明所述一种超高温饱和热水循环瞬间连续灭菌系统，可以产生节能、提高灭菌质量、延长设备使用寿命等三大显著有益效果。而且控制好灭菌后的顶水量，除了设备使用前的清洗外，在正规使用中还可以做到废水、废气、废渣的零排放。

说明书

技术领域

本发明属于灭菌系统技术领域，具体涉及一种超高温饱和热水循环瞬间连续灭菌系统。

背景技术

众所周知，由于水和空气的污染，我国食品微生物超标问题十分严重，医药和生物行业的生产过程也经常遭受微生物的污染，故迫切需要对成品以及生产过程的原料、辅料、半成品等进行消毒灭菌。目前普遍采用的消毒灭菌方法有辐射灭菌、化学灭菌、干热灭菌和高压蒸汽湿热灭菌，其中辐射灭菌由于会引起被灭菌化学物质的变异，应用范围极为有限，化学灭菌可能造成化学灭菌剂的残留也被严加限制，干热灭菌则不适合于液体材料，因此最广泛使用的灭菌方法是高压蒸汽的湿热灭菌。传统的121℃、30分钟或20分钟的高压蒸汽灭菌方法耗时长，操作复杂，营养物质破坏严重。食品行业普遍使用超高温瞬间灭菌方法，即所谓UHT，可以在140℃以上、30秒以内达到灭菌指标。

尽管物料整体在灭菌过程中营养物质的破坏很少，但高温蒸汽所造成的局部过热、焦化，仍然影响到了食品加工的质量。而且，这一灭菌过程蒸汽消耗量大，由于低价煤锅炉蒸汽的取缔，代之以高价的天然气锅炉蒸汽或更高价的电锅炉蒸汽，使灭菌成本大幅度升高。另外，设备在长期使用后还容易结垢、堵塞，不易清洗，影响了设备的使用寿命的问题，为此我们提出一种超高温饱和热水循环瞬间连续灭菌系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种超高温饱和热水循环瞬间连续灭菌系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种超高温饱和热水循环瞬间连续灭菌系统，系统包括配料罐，饱和热水罐，高温水泵，喷射泵，打料泵，增压泵，加热换热器，余热回收换热器，保温维持器，无菌料接收罐，以及连接它们的蒸汽管道、物料管道、饱和热水管道和相应的阀门，其中无菌料接收罐、打料泵、余热回收换热器冷料通道、增压泵、加热换热器物料通道、保温维持器和余热回收换热器热料通道，由相应的管道和阀门连接成可以对管道和阀门进行超高温饱和热水循环清洗及预灭菌的循环系统，饱和热水罐、热水泵、喷射泵和加热换热器饱和热水通道及相应的管道、阀门，组成用于超高温饱和热水制备并对料液进行加热的循环系统，配料罐、打料泵、余热回收换热器冷料通道、增压泵、加热换热器物料通道、保温维持器、余热回收换热器热料通道、无菌料接收罐及相应的管道、阀门，组成物料的连续灭菌系统。

优选的，配料罐是普通的无需加热、加压的金属或非金属材料容器，使用不锈钢材料，对于食品级物料，使用316L不锈钢，对于腐蚀性物料，则使用稳定的非金属材料。

优选的，无菌料接收罐和饱和热水罐，是316L材质的不锈钢制作的压力容器，对耐压程度的要求，由对应的灭菌温度确定，140℃灭菌需要耐压0.3MPa以上。

优选的，打料泵和增压泵是卫生级的离心泵、转子泵或齿轮泵，耐受高温150℃以上。

优选的，热水泵是卫生级的离心泵、转子泵或齿轮泵，耐受高温150℃以上。

优选的，喷射泵，是316L材质的不锈钢制作的高压水力喷射泵，对耐压程度的要求，由对应的灭菌温度确定，140℃灭菌需要耐压0.5MPa以上。

优选的，加热换热器和余热回收换热器，是316L材质的不锈钢制作的两边流道一致、流动阻力小、无存料死角的换热器。

优选的，保温维持器是316L材质的不锈钢制作的管道式或螺旋板式保温维持器。

优选的，阀门包括三通阀、截止阀、排污阀或球阀，管道、阀门是能耐受灭菌温度和压力、流动阻力小的316L材质的不锈钢制作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、蒸汽在喷射泵中被软化水的高压等温绝热压缩后凝结成过饱和水，潜热全部释放，将喷射水迅速加热，形成超高温饱和热水，加上这一超高温饱和热水是循环使用的，因而除了少量散热损失外，没有其他任何热能的浪费。

2、超高温饱和热水与被灭菌物料的换热温差只有10℃左右，比起蒸汽加热动辄几十度的加热温差，不容易造成局部过热、焦化和结垢，从而可提高物料灭菌的质量，延长设备的使用寿命。

3、余热回收换热器的使用，将灭菌后高温料的余热几乎全部回收，可使待灭菌物料预热到与灭菌温度相差10℃左右，从而大幅度节省加热蒸汽的使用量。譬如物料从初始的20℃加热灭菌温度140℃，原本的加热温差是120℃，现在余热预热可以达到130℃，加热温差只有10℃，节能率可达90％以上。

综上所述，使用本发明所述一种超高温饱和热水循环瞬间连续灭菌系统，可以产生节能、提高灭菌质量、延长设备使用寿命等三大显著有益效果。而且控制好灭菌后的顶水量，除了设备使用前的清洗外，在正规使用中还可以做到废水、废气(汽)、废渣的零排放。

附图说明

图1为本发明的灭菌系统流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种超高温饱和热水循环瞬间连续灭菌系统，系统包括配料罐，饱和热水罐，高温水泵，喷射泵，打料泵，增压泵，加热换热器，余热回收换热器，保温维持器，无菌料接收罐，以及连接它们的蒸汽管道、物料管道、饱和热水管道和相应的阀门，其中无菌料接收罐、打料泵、余热回收换热器冷料通道、增压泵、加热换热器物料通道、保温维持器和余热回收换热器热料通道，由相应的管道和阀门连接成可以对管道和阀门进行超高温饱和热水循环清洗及预灭菌的循环系统，饱和热水罐、热水泵、喷射泵和加热换热器饱和热水通道及相应的管道、阀门，组成用于超高温饱和热水制备并对料液进行加热的循环系统，配料罐、打料泵、余热回收换热器冷料通道、增压泵、加热换热器物料通道、保温维持器、余热回收换热器热料通道、无菌料接收罐及相应的管道、阀门，组成物料的连续灭菌系统。

进一步地，配料罐是普通的无需加热、加压的金属或非金属材料容器，使用不锈钢材料，对于食品级物料，使用316L不锈钢，对于腐蚀性物料，则使用稳定的非金属材料。

进一步地，无菌料接收罐和饱和热水罐，是316L材质的不锈钢制作的压力容器，对耐压程度的要求，由对应的灭菌温度确定，140℃灭菌需要耐压0.3MPa。

进一步地，打料泵和增压泵是卫生级的离心泵、转子泵或齿轮泵，需耐受高温150℃。

进一步地，热水泵是卫生级的离心泵、转子泵或齿轮泵，需耐受高温150℃。

进一步地，喷射泵，是316L材质的不锈钢制作的高压水力喷射泵，对耐压程度的要求，由对应的灭菌温度确定，140℃灭菌需要耐压0.5MPa。

进一步地，加热换热器和余热回收换热器，是316L材质的不锈钢制作的两边流道一致、流动阻力小、无存料死角的螺旋板式换热器。

进一步地，保温维持器是316L材质的不锈钢制作的管道式保温维持器。

进一步地，阀门包括三通阀、截止阀、排污阀或球阀，管道、阀门是能耐受灭菌温度和压力、流动阻力小的316L材质的不锈钢制作。

配料罐，用于对待灭菌物料进行调配；饱和热水罐，用于软化水及由其制备的高温饱和热水的贮存；热水泵，用于对软化水进行加压，使其进入喷射泵后能达到较高的喷射速度；喷射泵，用于对进入的蒸汽进行等温绝热压缩使其凝结成高温饱和水，同时通过释放的潜热对软化水进行加热；加热换热器，用于对待灭菌的物料或纯净水进行间接加热；余热回收换热器，用于回收灭菌后高温物料的余热对冷物料进行预热，同时将灭菌后高温物料进行冷却；保温维持器，用于对待灭菌物料在灭菌温度下保温维持所需的时间；物料泵，用于将待灭菌物料打入余热回收换热器的冷料通道；增压泵，用于将预热后的待灭菌物料打入加热换热器的物料通道加热并随后进入保温维持器和余热回收换热器的热料通道；无菌料接收罐，用于接收由余热回收换热器热料通道出来并被冷却的灭菌物料。以上设备使用耐灭菌温度和压力的不锈钢特别是316L管道连接，组成高温饱和软化水循环加热和高温饱和纯净水循环设备清洗和预灭菌两个子系统，清洗和与灭菌后的本系统即可用于物料的高温连续灭菌。为了由清洗、预灭菌向高温连续灭菌转换，在配料罐与无菌料接收罐通往打料泵之间的管道上以及在余热回收换热器无菌料出料管道上，都设置了切换阀，可方便地在清洗、预灭菌和高温连续灭菌之间切换。

本发明的工作原理及使用流程：

清洗：先在配料罐中注入自来水，将配料罐和无菌料接收罐下方的切换阀转至打料泵与配料罐相通而与无菌料接收罐隔断，余热回收换热器下方的切换阀转至与热回收换热器热料通道与无菌料接收罐相通而与排污隔断，先后启动打料泵和增压泵，使自来水由配料罐通过打料泵、余热回收换热器冷料通道、增压泵、加热换热器物料通道、保温维持器、余热回收换热器热料通道，进入无菌接收罐无菌料接收罐。当确认设备和管道已经清洗干净后，打开配料罐下方的排污阀，并将余热回收换热器下方的切换阀转向排污，使系统内的水排空。然后，向配料罐内注入软化水，同上操作，直至系统内存水排空。再然后，向配料罐内注入纯净水，同上操作，直至系统内存水排空。第三步纯净水清洗操作可以重复多次，直至确认达到工艺所要求的设备和管道洁净度。这一清洗过程对尚未使用的新设备是必须的，使用后的设备如能严格保持其清洁、完好，则不需要每个批次都进行。

设备和管道预灭菌：在饱和热水罐内注入足够充满饱和热水系统管道和设备的软化水，在无菌料接收罐内注入足够充满物料系统管道和设备的纯净水，将配料罐和无菌料接收罐下方的切换阀转至打料泵与无菌料接收罐相通而与配料罐隔断，余热回收换热器下方的切换阀转至热回收换热器热料通道与无菌料接收罐相通而与排污隔断，首先开启热水泵，当泵运行稳定后，开启喷射泵蒸汽阀，饱和热水罐内的软水实施饱和热水罐——热水泵——喷射泵——加热换热器饱和热水通道——饱和热水罐的循环流动，在循环过程中被由喷射泵吸入并凝结释放的蒸汽潜热加热，直至稳定到所需要的温度。然后顺序开启打料泵和增压泵，无菌料接收罐内的纯净水通过打料泵——余热回收换热器冷料通道——增压泵——加热换热器料液通道——保温维持器——余热回收换热器热料通道——无菌料接收罐，实施循环流动，并在加热换热器中被加热，直至稳定在预灭菌所需温度。系统内的纯净水在所需预灭菌温度下继续循环流动一定时间(由预灭菌温度确定，见表1)，即可达到设备和管道的预灭菌目的。

物料灭菌：在上述设备和管道预灭菌进行中，配料罐内调配好需要灭菌的物料。当设备和管道预灭菌达到足够的灭菌时间后，将余热回收换热器下方的切换阀转向排污，使无菌料接收罐和系统内的水基本排空(排出的纯净水可以用干净的容器接收，用于下一个灭菌周期的设备和管道预灭菌)，然后在不停泵的情况下，快速将配料罐和无菌料接收罐下方的切换阀转至打料泵与配料罐相通而与无菌料接收罐隔断，配料罐内的物料达到工艺要求的稳定的预热——灭菌——冷却温度下，源源不断地通过打料泵——余热回收换热器冷料通道——增压泵——加热换热器料液通道——保温维持器——余热回收换热器热料通道，注入无菌料接收罐，直至配料罐内的料液打完。

顶水灭菌：在配料罐内的料液将近打完时，向配料罐内注入打料量1/20至1/10的纯净水，把系统设备和管道内的余料顶洗至无菌料接收罐，直至进入无菌料接收罐的料液变为清水，顺序关停增压泵、打料泵和热水泵，整个灭菌过程结束。灭菌后系统内的存水保留在系统内，通过无菌保压的方法避免被杂菌污染，在下一个灭菌周期的设备、管道预灭菌阶段，只需添加由实施上述第3步自预热回收换热器下方排空阀排出回收的水。

预灭菌及灭菌过程的温度控制：预灭菌及灭菌过程的关键控制参数是保温维持器入口或出口处的料液(或纯净水)温度，称为料液(或纯净水)灭菌温度，它可以通过调节饱和热水罐的热水温度来控制，一般来说，饱和热水罐的热水温度应当高于料液(或软化水)灭菌温度10℃左右。灭菌时间则由保温维持器内通道的大小决定，它取决于灭菌温度，表1为可供参考的在超高温灭菌条件下灭菌温度与时间的对应关系。

表1超高温灭菌温度与灭菌时间对应表

注：F

饱和热水罐的热水温度可以通过两种方法来调控，一种是调节喷射泵蒸汽阀门的开启度，可采用气动或电动调节阀来实施；另一种是固定喷射泵蒸汽阀的开启度，采用变频控制热水泵的转速来实施。这两种方法都需要保持进入喷射泵的蒸汽压力稳定，所以在蒸汽阀之前要加蒸汽稳压阀。

使用本发明一套额定灭菌处理量20t/h的一种超高温饱和热水循环瞬间连续灭菌系统，依照前述物料灭菌—顶水灭菌—预灭菌及灭菌过程的温度控制的操作步骤，得出如表2和表3所列的检测数据。

表2设备管道预灭菌的检测记录数据

表3物料灭菌的检测记录数据

注：冷却温差大于预热温差，是由于泵在打料运转中的机械能转化为热能所致。

由表2和表3可知，设备和管道预灭菌的蒸汽消耗量，是打水流量的1.6％，而料液灭菌的蒸汽消耗量，是打料流量的3.1％。在总共90分钟28吨的打料过程中，总蒸汽消耗量为1.19吨，其中用于料液灭菌的蒸汽消耗量为0.86吨，用于设备和管道预灭菌的蒸汽消耗量为0.33吨。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。