CN102726806A - 饮料的蒸汽加热灭菌装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及饮料的蒸汽加热灭菌装置。该装置主要由物料罐、管道增压阀、预热管、加热管、保温管、冷却管、饮料用泵、罐装机、管道增压泵、加热段冷凝水排液管等组成。该装置在预热管中的饮料吸收加热段灭菌后蒸汽的热量对饮料进行预热；冷却管中的饮料吸收预热管、加热管内饮料的冷量进行预冷达到了双重节能的目的，一方面节约了灭菌时需要的热量，另一方面节约了灭菌后冷却时需要的冷量，同时预热段、加热段和冷却段底部都设置坡度以确保冷凝水流动和流出，使装置正常有效运行。本发明具有节约能源、构造简单、操作方便、成本低廉等优点，特别适用于批量化生产的饮料灭菌和灭菌后冷却的工艺。

Description

饮料的蒸汽加热灭菌装置

技术领域

本发明涉及一种饮料的灭菌装置。特别是涉及一种在预热、加热灭菌和灭菌后冷却过程中能充分利用热量和冷量进行预冷和预热的节能装置。

背景技术

随着科技的发展，能源问题越来越突出。对于饮料加工业，生产过程都需要灭菌，现有的技术通常是在灭菌过程中把预热段、加热段、保温段和冷却段分开，即液态饮料在相同直径的管道内分别流经预热管、加热管、保温管和冷却管，最后进行罐装。

王学东等人的专利(200910055516.5)中将未能罐装的果汁通过返回冷却段进入物料桶，进行重新灭菌，避免了多次灭菌的能量浪费，但是对于果汁从物料桶至冷却段的过程并没有进行有效的利用，加热和冷却环节中的能量存在浪费，造成能耗成本较大。预热对加热灭菌起到了消毒与均质的作用，在生产奶类、酒类、果汁、混合饮料中都有极大的作用，而目前所公开的加热灭菌专利中并没有涉及预热。

目前国内外的研究主要集中在饮料的灭菌方式和灭菌效果方面，涉及到有关能耗方面的很少。还没有公开的文献涉及到关于灭菌和灭菌后冷却过程的节能问题，但是饮料的灭菌过程的能耗是非常可观的，成为企业生产成本中重要的组成部分，因此在能源日益紧张的形式下，有必要降低饮料生产中灭菌和灭菌后冷却的工艺过程的能耗，降低企业的生产成本，提高企业的利润和竞争力。

发明内容

针对现有技术的不足之处，本发明提供一种灭菌的节能装置，可以充分利用预热、加热过程中被加热流体的冷量和冷却过程中被冷却流体的热量。

本发明采取的技术方案是：一种有效利用蒸汽预热的饮料灭菌节能装置，其特征在于：该装置包括物料罐、管道增压阀、预热管、加热管、保温管、冷却管、饮料用泵、罐装机、管道增压泵、预热段高温冷凝水入口、蒸汽入口、加热段蒸汽出口(预热段蒸汽入口)、预热段蒸汽出口、冷凝水排液口、加热段冷凝水排液口(预热段冷凝水进入管)、冷却水入口、冷却水出口、预热段、加热段、保温段、冷却段、保温层、冷凝水流量控制阀、管道截止阀；管道增压阀分别与物料罐和预热管连接，加热管连接于预热管和保温管之间，保温管连接于加热管与冷却管之间，罐装机与冷却管相连接，饮料用泵装于冷却管上，管道增压泵装于连接加热段和保温段的冷凝水排液口上；该装置能够利用加热灭菌后蒸汽的热能对饮料进行预热，同时装置中加热段、冷却段、预热段由于在底部设计了10°的倾斜角从而能使冷凝水顺利流出，确保装置正常有效运行。

该装置主要由物料罐、管道增压阀、预热管、加热管、保温管、冷却管、饮料用泵、罐装机组成，预热段中有蒸汽出口、高温冷凝水入口、冷凝水出口，加热段中有蒸汽入口、出口(预热段蒸汽入口)，加热段喷入的蒸汽温度为100℃～180℃，冷却段中有冷却水入口和排液口，冷却水进口的温度为0℃至20℃。管道增压阀分别与物料罐和预热管连接，加热管接于预热管和保温管之间，保温管连接于加热管与冷却管之间，罐装机位于冷却管的出口处，饮料用泵安装在冷却段的冷却管上。预热管、加热管和冷却管可使用不锈钢或铝合金制成，保温管可使用玻璃棉制成。各管之间采用无缝焊接工艺连接。冷却管位于预热段的部分需密封良好以保证长时间的运行中不出现渗漏。本发明所设计的装置通过连接在物料桶上的管道增压阀和冷却管上的饮料泵确保预热管、加热管、保温管和冷却管内的流速，为流体在系统中顺利匀速的流动提供动能。

本发明的特点：冷却管的第一部分位于预热段预热管内部，第二部分位于加热段加热管内部，冷却管内的流量和预热管、加热管内的流量相同；冷却管的第三部分位于冷却段，由冷却水对灭菌后的饮料进行进一步的冷却以达到包装要求。预热管、加热管、保温管和冷却管三种管道的长度可由饮料的流速和饮料要求的消毒温度、灭菌温度、保温温度、罐装温度及满足这些温度的时间来计算确定，预热管、加热管和保温管的外径相同。

本发明中冷却管第一、二部分按与预热管、加热管的质量流量相同进行设计计算得到冷却管的直径，冷却管的第一部分安装于预热管的内部，预热段中的热量由加热段中经过加热灭菌的蒸汽提供，同时加热灭菌后蒸汽由于冷凝产生的高温冷凝水也由设置在加热段排液管上的管道增压泵抽入预热段中，为预热段中的饮料提供热量，这样就可以避免了加热段流出的高温冷凝水和蒸汽遭到废弃引起的热量浪费，预热段需设置冷凝水出口以避免冷凝水充满整个预热段后造成系统无法正常运行。冷却管第二部分安装于加热管内部，从而保证了液态饮料能在管道内顺利的回流，需要灭菌的饮料通过加热管的外壁的蒸汽加热进行升温灭菌，而且冷却管内的经过灭菌后的饮料吸收来自加热管内预热后温度相对低的饮料的冷量，同时，灭菌后需要冷却的饮料所产生的热量通过内管的管壁热传导对进入加热管的饮料进行了灭菌的加热处理。在预热管和加热管中的饮料吸收灭菌后冷却管回流饮料的热量进行进一步预热、加热；冷却管中的饮料吸收预热管、加热管内饮料的冷量进行预冷达到了双重节能的目的，一方面节约了灭菌时需要的热量，另一方面节约了灭菌后冷却时需要的冷量。需冷却的饮料在流出预热段时可根据进入冷却段前的温度调整冷却段冷却水量和水温从而保证最后的包装温度。装置中保温段的保温管的末端安装一管道截止阀，防止灭菌装置停止或饮料泵故障时饮料回流。

本发明的另一个特点是整个装置在加热段、预热段和冷却段底部都设计了10°左右的坡度以确保冷凝水可以安全流动和流出系统；另外，在预热段和加热段以及加热段至保温段中间为防止暴露在各段外的高温管道与空气直接接触造成的热量损失，应该设有保温层，保温材料可以是聚乙烯泡沫材料。冷凝水排液口直径为3cm，冷却水入口和出口直径都为5cm，各阀门应该具有有效调节流量的功能，保证装置在最大冷凝量条件下有效运作。

本发明具有节约能源、构造简单、操作方便、成本低廉以及占用空间少等优点，特别适用于批量化生产的的饮料灭菌和灭菌后冷却的工艺。

附图说明

附图是本发明的饮料灭菌的节能装置的示意图。

附图中：1为物料罐、2为管道增压阀、3为预热管、4为加热管、5为保温管、6为冷却管、7为饮料用泵、8为罐装机、9为管道增压泵、10为冷凝水入口、11为蒸汽入口、12为加热段蒸汽出口(预热段蒸汽入口)、13为预热段蒸汽出口、14为冷凝水排液口、15为加热段冷凝水排液口(预热段冷凝水进入管)、16为冷却水入口、17为冷却水出口、18为预热段、19为加热段、20为保温段、21为冷却段、22为保温层、23为冷凝水流量控制阀、24为管道截止阀。

具体技术方案

以下结合附图通过实施例对本发明特征及其他相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解。

实施例1：见附图，饮料灭菌的节能装置，主要包括物料罐(1)、管道增压阀(2)、预热管(3)、加热管(4)、保温管(5)、冷却管(6)、饮料用泵(7)、罐装机(8)、管道增压泵(9)、冷凝水入口(10)、蒸汽入口(11)、加热段蒸汽出口(预热段蒸汽入口)(12)、预热段蒸汽出口(13)、冷凝水排液口(14)、加热段冷凝水排出管(预热段冷凝水进入管)(15)、冷却水入口(16)、冷却水出口(17)、预热段(18)、加热段(19)、保温段(20)、冷却段(21)、保温层(22)、冷凝水流量控制阀(23)、管道截止阀(24)。饮料从物料桶进入预热管，依次流经预热管、加热管、保温管和冷却管。预热管中的环行区域和预热管内套管的截面积相等，确保进行灭菌的预热的饮料和进行冷却预冷的饮料的流动的稳定，以进行有效地换热。预热管、加热管和保温管的外径应相同以保证饮料的顺利流动。灭菌时，加热段中喷入100至180℃的蒸汽，加热段中与灭菌饮料换热的蒸汽和加热段中蒸汽冷凝以后的高温冷凝水一起进入预热段进一步加热预热段中的流体饮料，为预热段提供热量以避免高温蒸汽和冷凝水热量的浪费。饮料经过加热段后到达保温管段，通过饮料自己的对流传热进行内部温度的均匀化。冷却段中有冷却水进口和出口，冷却水进口的温度为0℃至20℃。通过与物料桶的增压阀和冷却管上安装的饮料泵的作用，一方面确保预热管、加热管、保温管和冷却管内的流速，另一方面确保保温管内饮料顺利通畅地进入内套管。保温段的保温管的末端安装一截止阀，防止灭菌装置停止或饮料泵故障时饮料回流。

冷却管第一部分按与预热管、加热管的质量流量相同进行设计计算得到冷却管的直径，冷却管的第一部分安装于预热管的内部，需要灭菌的饮料通过预热管和加热管的外壁的加热进行升温消毒灭菌，而且冷却管内经过灭菌后的饮料吸收来自预热管和加热管内饮料的冷量，即灭菌后需要冷却的饮料所产生的热量通过内管的管壁热传导对进入预热管和加热管的饮料进行了灭菌的预热和加热处理。灭菌后的高温需冷却的饮料对灭菌前低温需加热的饮料进行预热和加热，同时也是对需冷却饮料本身预冷，通过两者之间自发的热交换达到了双重节能的目的，一方面节约了灭菌时需要的热量，另一方面节约了灭菌后冷却时需要的冷量。需冷却的流体饮料在流出预热段后可根据进入冷却段前的温度调整冷却水量和水温以达到包装温度要求。通过在对进出预热段、加热段，保温段和冷却段的饮料的温度和压力的监控更好地保证灭菌的效果和冷却的效果，同时最大限度地降低灭菌和冷却过程的能耗。

Claims (9)

1.饮料的蒸汽加热灭菌装置，其特征在于：该装置包括物料罐(1)、管道增压阀(2)、预热管(3)、加热管(4)、保温管(5)、冷却管(6)、饮料用泵(7)、罐装机(8)、管道增压泵(9)、预热段高温冷凝水入口(10)、蒸汽入口(11)、加热段蒸汽出口(预热段蒸汽入口)(12)、预热段蒸汽出口(13)、冷凝水排液口(14)、加热段冷凝水排液口(预热段冷凝水进入管)(15)、冷却水入口(16)、冷却水出口(17)、预热段(18)、加热段(19)、保温段(20)、冷却段(21)、保温层(22)、冷凝水流量控制阀(23)、管道截止阀(24)；管道增压阀(2)分别与物料罐(1)和预热管(3)连接，加热管(4)连接于预热管(3)和保温管(5)之间，保温管(5)连接于加热管(4)与冷却管(6)之间，罐装机(8)与冷却管(6)相连接，饮料用泵(7)装于冷却管(6)上，管道增压泵(9)装于连接加热段和保温段的冷凝水排液口上(15)；该装置能够利用加热灭菌后蒸汽的热能对饮料进行预热，同时装置中加热段、冷却段、预热段由于在底部设计了10°的倾斜角从而能使冷凝水顺利流出，确保装置正常有效运行。

2.如权利要求1所述的饮料的蒸汽加热灭菌装置，其特征在于：通过连接在物料桶(1)上的管道增压阀(2)和冷却管(6)上的饮料泵(7)确保预热管(3)、加热管(4)、保温管(5)和冷却管(6)内的流速。

3.如权利要求1所述的饮料的蒸汽加热灭菌装置，其特征在于：冷却管(6)的一部分被套入预热管(3)、加热管(4)中，且冷却管(6)内的流量和预热管(3)、加热管(4)内的流量相同。

4.如权利要求1所述的饮料的蒸汽加热灭菌装置，其特征在于：保温段(20)的保温管(5)的末端安装一截止阀(24)，防止灭菌装置停止或饮料泵故障时饮料回流。

5.如权利要求1所述的饮料的蒸汽加热灭菌装置，其特征在于：进出预热段(18)、加热段(19)、保温段(20)和冷却段(21)的管道上安装温度和压力仪表，对各点的饮料温度和压力进行监控；预热段(18)和加热段间(19)以及加热段(19)和保温段(20)之间的管道外设有保温层(22)，保温层(22)材料可以是聚乙烯泡沫材料；装置的预热管(3)加热管(4)和冷却管(6)可使用不锈钢或铝合金制成，保温管(5)可使用玻璃棉制成；预热管(3)、加热管(4)、冷却管(6)以及保温管(5)的连接采用无缝焊接技术。

6.如权利要求1所述的饮料的蒸汽加热灭菌装置，其特征在于：该装置加热段(19)喷入的蒸汽温度为100℃至180℃，冷却段(21)流进的冷却水温度为0℃至20℃。

7.如权利要求1所述的饮料的蒸汽加热灭菌装置，其特征在于：预热管(3)、加热管(4)、保温管(5)和冷却管(6)四种管道的长度可由饮料的流速和饮料要求的消毒温度、灭菌温度、保温温度、罐装温度及满足这些温度的时间来计算确定。

8.如权利要求1所述的饮料的蒸汽加热灭菌装置，其特征在于：预热段(18)中必须在蒸汽流入端设置挡板以保证预热管(3)浸没于冷凝水中。

9.如权利要求1所述的饮料的蒸汽加热灭菌装置，其特征在于：冷凝水排液口(14)直径为3cm，冷却水入口(16)和出口(17)直径都为5cm，各阀门可以有效调节流量，保证装置在最大冷凝量条件下有效运作。

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