CN101653170B - 双管式超高温杀菌机系统及杀菌工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及乳品、饮料的杀菌机系统及杀菌工艺，公开了一种双管式超高温杀菌机系统及杀菌工艺。本发明包括两套完全独立的管式杀菌机系统，共用一套抽真空脱气系统和高压均质系统，每套杀菌系统都包含进料平衡缸系统、预升温段、蛋白质稳定段、高温杀菌段、冷却灌装段、冷却回流段、热水循环系统。两套杀菌机系统之间通过多个换向阀和无菌阀连接，实现两套系统之间的无缝切换运行，以此来实现杀菌机系统的不间断式生产，从而大大提高热灌装生产线的生产效率。

Description

双管式超高温杀菌机系统及杀菌工艺

技术领域

本发明涉及乳品、饮料的杀菌机系统及杀菌工艺，尤其涉及双管式超高温杀菌机系统及杀菌工艺。

背景技术

在大型饮料生产企业中，一条投资近亿元的PET(聚对苯二甲酸乙二酯)超洁净灌装生产线，尽可能的去提高其生产效率是至关重要的。然而在目前的实际生产过程中，尤其是生产一些高端饮料产品如含乳饮料、咖啡饮料等，制约整条生产线生产效率的有两个关键设备：超高温管式杀菌机和灌装机；随着近几年超洁净灌装技术的发展，一些专业厂商采取了对灌装环境百级净化、对PET瓶盖、PET瓶采用过氧乙酸消毒等几项措施，灌装机的不间断生产时间已能延长到72小时；然后超高温管式杀菌机确只能连续生产16～20小时，其原因主要有以下几个方面：

(1)超高温管式杀菌机关键元器件是列管式换热管，列管内走产品，列管外走热水，依靠热水的热量来实现对产品的加热或冷却；

(2)含乳饮料、咖啡饮料等产品中含有蛋白质、淀粉等营养物质，而蛋白质经高温处理后容易挂壁，淀粉经高温处理后容易湖化附着在换热管内壁上，严重影响了杀菌机的换热效率，往往在生产16小时后就必须用酸、碱对其进行清洗，这个清洗过程需2～3小时，而在这个过程中灌装机无产品可做，就也需要进行清洗，一套超洁净灌装机的清洗时间更是长达3～4小时。

一些国外超高温管式杀菌机的主流供货商在延长杀菌机连续生产时间上做了很多工作，如增加蛋白稳定管、降低产品与热水之间的温度差等，但这些工作也只是把连续工作时间延长到了20～30小时，随之带来的是换热管数量的急巨增加，设备投资也大量增加。

现有公开文献中，申请号为200710025695.9、申请日为2007年8月14日、、公开日为2008年3月5日、申请人为李振先的中国发明专利申请公开了一种全自动超高温杀菌机工艺流程，其流程为：物料经过平衡罐(01.01)进入到管式换热器(P1.1)中，再经过管式换热器(P1.2、P2、P3)使其温度逐步升高后进入到管式换热器(P4)进行高温杀菌，然后进入保温系统保温杀菌，保温杀菌后的物料流经管式换热器(H1)使其温度降低，再经过均质机(01.04)和管式换热器(I)使物料的温度降到适合灌装后进行灌装，其中管式换热器(P1.1)和管式换热器(I)组成一个物料冷源再利用循环系统，管式换热器(P1.2、P2、P3、P4)与管式换热器(W)、管式换热器(H1)组成余热水循环系统。该发明虽然达到了高温杀菌的效果，但是不能连续不间断工作，制约着生产效率的提高。

因此开发一种能够不间断生产的超高温管式杀菌机工艺流程是非常有必要的，它能把整条超洁净灌装线的生产效率从原先的83％(生产20小时，清洗4小时)提高到92％(生产72小时，清洗6小时)。灌装机清洗的频次已可以降低一半，清洗液、消毒液的消耗上也可以节省一半，极大提高了公司的效益。假设一条30000瓶每小时的超洁净灌装生产线，单天提高产值约10万元(30000BPH×24×(92％-83％)×单瓶饮料出厂价)，一年按300天记，可提高产值3000万元/每条生产线。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的全自动超高温杀菌机不能连续不间断工作、生产效率不高等缺点而进行改进，提供了一种能够实现不间断连续生产、高效率工作的双管式超高温杀菌机系统及杀菌工艺。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

双管式超高温杀菌机系统，包括平衡罐、与平衡罐相连的管式换热器，所述平衡罐为两个，两个平衡罐均连接有调配系统；第一个平衡罐连接一个管式换热器后进入真空脱气系统和高压均质系统，然后再依次接入另一个管式换热器、蛋白稳定管、另一个管式换热器、杀菌管、另一个管式换热器和灌装机，灌装机又通过另一个管式换热器与调配系统相连；第二个平衡罐连接一个管式换热器后进入真空脱气系统和高压均质系统，然后再依次接入另一个管式换热器、第二个蛋白稳定管、另一个管式换热器、第二个杀菌管、另一个管式换热器和灌装机，灌装机连接有清洗站，清洗站通过另一个管式换热器与调配系统相连；所述调配系统与两个平衡罐之间、多个管式换热器与真空脱气系统和高压均质系统之间、管式换热器和清洗站之间、管式换热器和灌装机之间、灌装机和清洗站之间均通过连接阀组相连。

作为优选，所述调配系统与两个平衡罐之间的连接阀组包括四个防混阀和三个气动单座阀，完全实现自动切换物料的流向。

作为优选，所述多个管式换热器与真空脱气系统和高压均质系统之间的连接阀组包括四个防混阀、四个气动单座阀和两台离心泵，实现两台杀菌机对一套真空脱气系统的切换连接。

作为优选，所述管式换热器和清洗站之间、管式换热器和灌装机之间、灌装机和清洗站之间的连接阀组包括四个防混阀、两个背压阀、以及两个气动蝶阀，实现两台杀菌机对一台灌装机的切换连接。

双管式超高温杀菌机系统的杀菌工艺，包括下列工序：

工序一：运行第一套杀菌机系统，第二套杀菌机系统待机，即物料经过平衡罐后进入一个管式换热器，然后依次进入真空脱气系统、高压均质系统、另一个管式换热器、蛋白稳定管、另一个管式换热器、杀菌管、另一个管式换热器和灌装机；

工序二：待第一套杀菌机系统运行16至20小时后，预先启动第二套杀菌机系统进行预杀菌，然后物料切换进入第二套杀菌机系统，即物料经过平衡罐后进入一个管式换热器，然后依次进入真空脱气系统、高压均质系统、另一个管式换热器、蛋白稳定管、另一个管式换热器、杀菌管、另一个管式换热器和灌装机；在第二套杀菌机系统运行的同时，第一套杀菌机系统通过清洗站进行清洗；

工序三：通过切换两套杀菌机系统之间的运行和清洗，来实现双管式超高温杀菌机系统的不间断杀菌。

本发明的工艺原理是：两套完全独立的管式杀菌机系统UHT1和UHT2，共用一套抽真空脱气系统和高压均质系统。每套杀菌系统都包含进料平衡缸系统、预升温段、蛋白质稳定段、高温杀菌段、冷却灌装段、冷却回流段、热水循环系统。两套杀菌机系统之间通过多个换向阀和无菌阀连接，实现两套系统之间的无缝切换运行。生产流程为：杀菌机UHT1带真空脱气系统和高压均质系统进行生产时，UHT2待机，经过一段时间的生产后一般16～20小时，预先启动UHT2做预杀菌机，待进入产品循环后，物料切换进入UHT2，由UHT2带着共用的真空脱气系统和高压均质系统进行生产，而这时UHT1进入清洗，清洗完后待机，以此通过两套系统之间的切换来实现杀菌机系统的不间断式生产，从而大大提高热灌装生产线的生产效率。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：两套杀菌机系统轮流工作，轮流清洗，这样保证了杀菌机生产时间的连续性。在整个杀菌机系统的成本中，均质机、脱气塔占了约1/2成本，而均质机、脱气塔处于产品的低温段，而且也不存在加热、升温等温差的影响，采用均质机和脱气塔共用的方式大大降低了生产成本。

附图说明

图1至图3共同构成本发明实施例的工艺流程示意图。

图4是本发明实施例的工艺原理图。

具体实施方式

下面结合附图1至图4与实施例对本发明作进一步详细描述：

实施例1

如图1至图3所示，双管式超高温杀菌机系统，包括平衡罐、与平衡罐相连接的管式换热器，平衡罐为两个，分别是平衡罐11和平衡罐12，平衡罐11和平衡罐12上连接有调配系统2；所述平衡罐11连接管式换热器31后进入真空脱气系统4和高压均质系统5，然后再依次接入管式换热器33、蛋白稳定管61、管式换热器35、杀菌管71、管式换热器37和灌装机9，灌装机9又通过管式换热器39与调配系统2相连。

平衡罐12连接管式换热器30后进入真空脱气系统4和高压均质系统5，然后再依次接入管式换热器32、蛋白稳定管62、管式换热器34、杀菌管72、管式换热器36和灌装机9，灌装机9连接有清洗站8，清洗站8又通过管式换热器38与调配系统2相连。

调配系统2与平衡罐11、平衡罐12之间；管式换热器30、管式换热器31、管式换热器32、管式换热器33与真空脱气系统4和高压均质系统5之间；管式换热器36和清洗站8之间；管式换热器37和灌装机9之间；灌装机9和清洗站8之间均通过连接阀组相连。

所述调配系统2与平衡罐11、平衡罐12之间的连接阀组包括四个防混阀V01.11/V01.12/V02.11/V02.12和三个气动单座阀，完全实现自动切换物料的流向。

所述管式换热器30、管式换热器31、管式换热器32、管式换热器33与真空脱气系统4和高压均质系统5之间的连接阀组包括四个防混阀V01.40/V01.42/V02.40/V02.42、四个气动单座阀和两台离心泵P01.02/P02.02，实现两台杀菌机对一套真空脱气系统的切换连接。

所述管式换热器36和清洗站8之间、管式换热器37和灌装机9之间、灌装机9和清洗站8之间的连接阀组包括四个防混阀V01.05/V01.07/V02.05/V02.07、两个背压阀V01.06/V02.06、以及两个气动蝶阀V01.36/V01.37，实现两台杀菌机对一台灌装机的切换连接。

图1至图3共同构成本发明实施例的工艺流程示意图，图1中箭头线A1.1与图2中箭头线A1.2相连，图1中箭头线A2.1与图2中箭头线A2.2相连，图2中箭头线C1.1与图3中箭头线C1.2相连，图2中箭头线C2.1与图3中箭头线C2.2相连，图3中箭头线B1.1与图1中箭头线B1.2相连，图3中箭头线B2.1与图1中箭头线B2.2相连。

实施例2

运用实施例1所述双管式超高温杀菌机系统的杀菌工艺，包括下列工序：

工序一：运行第一套杀菌机系统，第二套杀菌机系统待机，即物料经过平衡罐11后进入管式换热器31，然后依次进入真空脱气系统4、高压均质系统5、管式换热器33、蛋白稳定管61、管式换热器35、杀菌管71、管式换热器37和灌装机9；

工序二：待第一套杀菌机系统运行16至20小时后，预先启动第二套杀菌机系统进行预杀菌，然后物料切换进入第二套杀菌机系统，即物料经过平衡罐12后进入管式换热器30，然后依次进入真空脱气系统4、高压均质系统5、管式换热器32、蛋白稳定管62、管式换热器34、杀菌管72、管式换热器36和灌装机9；在第二套杀菌机系统运行的同时，第一套杀菌机系统通过清洗站8进行清洗；

工序三：通过切换两套杀菌机系统之间的运行和清洗，来实现双管式超高温杀菌机系统的不间断杀菌。

图4是本发明的工艺原理图，结合图1至图3所示，本发明的工艺流程具体为，物料从调配系统2泵送过来，根据生产选择，假设首先选择的是1号杀菌机UHT1，则打开阀V01.12/V01.11，关闭阀V01.10/V01.13，物料进入1号杀菌机平衡罐11(T01.01)，根据平衡罐11液位自动调节进料阀门V01.03的开度。平衡罐11出料泵变频控制，当杀菌机带脱气塔运行时，出料泵定速运行，当杀菌机不带脱气塔运行时，出料泵频率根据流量计FT01.01设定值来自动调整泵送流量。当1号杀菌机运行一段时间如16小时后，启动2号杀菌机，这时2号杀菌机先气动阀门V01.19，平衡缸T02.01进水，根据平衡罐液位控制阀门V01.19，这时2号杀菌机进行预杀菌，待预杀菌结束，进入无菌水循环后，启动2号杀菌机进料，这时开启V02.12/02.11，2号杀菌机进行料顶水过程，在这期间两台杀菌机是同时进料的。在2号杀菌机料顶水结束后，进入料循环状态下，通过切换阀V01.40/V01.41/V01.42/V01.43以及阀V02.40/V02.41/V02.42/V02.43把脱气塔切换到2号杀菌机上，同时通过切换阀V01.05/V01.06/V01.07以及阀V02.05/V02.06/V02.07，使得2号杀菌机对灌装机供料，这时2号杀菌机进入正式生产状态，1号杀菌机停止进料，进行水顶料过程，然后就进行自动清洗CIP状态，清洗结束后停机，等待2号杀菌机生产时间到后起动，同样经过预杀菌、无菌水循环、料顶水等动作后，切换脱气塔和灌装机后进行生产。

参见图2所示，离心泵P01.02或P02.02是在本台杀菌机不带脱气塔运行的状态下起动的，其主要作用是起到增压泵的作用，因为整台杀菌机运行时，由于换热管数量较多，阻力较大，光靠平衡缸下面的离心泵不足以提供足购的输送动力。而杀菌机在带脱气塔、均质机运行时，本身均质机就相当于一台泵，足够提供输送动力，这时这台离心泵就无需起动了。

参见图3所示，阀V01.06和V02.06是背压阀，其主要作用是在杀菌机向灌装机供料时提供背压作用，一般为2～3bar，这样提供给灌装机高位槽的压力就比较恒定，当高位槽满停止进料时，物料可以直接从背压阀处流走。另外一方面由于杀菌机生产时所带的均质机是单程泵，一旦出料口或后道管路堵塞，将在管道内产生很大的压力，非常危险，因此在此处设置背压阀以替代传统截止阀，主要也是为了保护均质机，避免管道非正常堵塞，保证均质机后程管道的通畅。

本发明所涉及杀菌机流程的热水系统采用管式换热器，全自动补水，热水管路闭式循环，通压缩空气保压，以防止热水在加热到140度时沸腾，高温低温余热回收循环等。

总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (5)

1.双管式超高温杀菌机系统，包括平衡罐、与平衡罐相连的管式换热器，其特征在于：平衡罐有两个，分别为第一平衡罐(11)和第二平衡罐(12)，第一平衡罐(11)和第二平衡罐(12)均连接到调配系统(2)；所述第一平衡罐(11)连接第一管式换热器(31)后进入真空脱气系统(4)和高压均质系统(5)，然后再依次接入第二管式换热器(33)、第一蛋白稳定管(61)、第三管式换热器(35)、第一杀菌管(71)、第四管式换热器(37)和灌装机(9)，灌装机(9)通过第五管式换热器(39)与调配系统(2)相连；所述第二平衡罐(12)连接第六管式换热器(30)后进入真空脱气系统(4)和高压均质系统(5)，然后再依次接入第七管式换热器(32)、第二蛋白稳定管(62)、第八管式换热器(34)、第二杀菌管(72)、第九管式换热器(36)和灌装机(9)，灌装机(9)连接有清洗站(8)，清洗站(8)通过第十管式换热器(38)与调配系统(2)相连；所述调配系统(2)与第一平衡罐(11)和第二平衡罐(12)之间、第六管式换热器(30)、第一管式换热器(31)、第七管式换热器(32)、第二管式换热器(33)与真空脱气系统(4)和高压均质系统(5)之间、第九管式换热器(36)和清洗站(8)之间、第四管式换热器(37)和灌装机(9)之间、灌装机(9)和清洗站(8)之间均通过连接阀组相连。

2.根据权利要求1所述的双管式超高温杀菌机系统，其特征在于：所述调配系统(2)与第一平衡罐(11)和第二平衡罐(12)之间的连接阀组总共包括四个防混阀和三个气动单座阀。

3.根据权利要求1所述的双管式超高温杀菌机系统，其特征在于：所述第六管式换热器(30)、第一管式换热器(31)、第七管式换热器(32)、第二管式换热器(33)与真空脱气系统(4)和高压均质系统(5)之间的连接阀组总共包括四个防混阀、四个气动单座阀和两台离心泵。

4.根据权利要求1所述的双管式超高温杀菌机系统，其特征在于：所述第九管式换热器(36)和清洗站(8)之间、第四管式换热器(37)和灌装机(9)之间、灌装机(9)和清洗站(8)之间的连接阀组总共包括四个防混阀、两个背压阀、以及两个气动蝶阀。

5.根据权利要求1所述的双管式超高温杀菌机系统的双管式超高温杀菌工艺，其特征在于：包括下列工序：

工序一：运行第一套杀菌机系统，第二套杀菌机系统待机，即物料经过第一平衡罐(11)后进入第一管式换热器(31)，然后依次进入真空脱气系统(4)、高压均质系统(5)、第二管式换热器(33)、第一蛋白稳定管(61)、第三管式换热器(35)、第一杀菌管(71)、第四管式换热器(37)和灌装机(9)；

工序二：待第一套杀菌机系统运行16至20小时后，预先启动第二套杀菌机系统进行预杀菌，然后物料切换进入第二套杀菌机系统，即物料经过第二平衡罐(12)后进入第六管式换热器(30)，然后依次进入真空脱气系统(4)、高压均质系统(5)、第七管式换热器(32)、第二蛋白稳定管(62)、第八管式换热器(34)、第二杀菌管(72)、第九管式换热器(36)和灌装机(9)；在第二套杀菌机系统运行的同时，第一套杀菌机系统通过清洗站(8)进行清洗；

工序三：通过切换两套杀菌机系统之间的运行和清洗，来实现双管式超高温杀菌机系统的不间断杀菌。

Images