CN104824785A - 一种粉粒体过热蒸汽连续灭菌装置及控制方法 - Google Patents

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闫晓明
赵钢
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Abstract

本发明提供了一种粉粒体过热蒸汽连续灭菌装置及控制方法，所述灭菌装置包括过热蒸汽发生单元(1)、进料单元(2)、灭菌单元(3)、固气分离单元(4)、冷却干燥单元(5)和控制单元，所述过热蒸汽发生单元(1)包括耐高温风机(11)、过热蒸汽发生器(12)及其流量控制阀门组；与现有技术相比，该蒸汽连续灭菌装置和控制方法可用于食品加工生产过程中的粉粒体原料的连续灭菌，其灭菌效率高，灭菌效果显著，同时能够最大限度地减小粉粒体劣化、淀粉改性、蛋白质结构变化等不利影响，保证粉粒体的品质和灭菌效果，自动化和智能化程度高，符合各种粉粒体加工企业，尤其是食品加工企业的大规模生产的需要。

Description

一种粉粒体过热蒸汽连续灭菌装置及控制方法
技术领域
本发明涉及的是食品加工生产过程中的连续灭菌装置，尤其涉及的是一种粉粒体过热蒸汽连续灭菌装置及控制方法。
背景技术
食品中的粉粒体原料和产品较为丰富，涉及面较广，如小麦粉、婴幼儿米粉、淀粉、蛋白粉、荞麦粉等都是粉粒体，目前粉粒体灭菌受到各种因素的影响，特别是设备和控制系统的影响，推广较为困难，应用较少。因为粉粒体表面积较大，粉粒体之间空暇大，加工过程较为复杂等等原因，粉粒体中微生物细菌污染较为常见。一方面是内在虫害，如米象、拟谷盗、玉米象、印度谷螟等害虫及虫卵而受到污染，成为粉粒体品质劣化的原因；另外一个方面因为环境中的大肠杆菌、细菌、霉菌等微生物而受到污染，特别是在储藏、运输和加工过程中高温、高湿等环境下，微生物急剧增殖，从而导致粉粒体的品质劣变，缩短储藏期和保质期，减小了销售半径，使得粉粒体食品受到很大损失。
目前常用的灭菌处理方法有紫外线杀菌法、微波灭菌法、臭氧灭菌法、药剂灭菌法。紫外线杀菌法对粉粒体的透过性有限，因此杀菌能力较弱。微波灭菌法容易使食品中的蛋白质变性，具有在一定程度上破坏食品营养的缺点。臭氧灭菌法仅对为少数几种细菌的效果明显。药剂灭菌法耗时长，且残留于食品中的药剂有致癌的风险。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种粉粒体过热蒸汽连续灭菌装置及控制方法，以提供一种杀菌能力强、效率高、且营养破坏程度小的适用于粉粒体的自动化连续灭菌装置及其控制方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种粉粒体过热蒸汽连续灭菌装置，包括过热蒸汽发生单元(1)、进料单元(2)、灭菌单元(3)、固气分离单元(4)、冷却干燥单元(5)和控制单元，其中：
所述过热蒸汽发生单元(1)包括耐高温风机(11)、过热蒸汽发生器(12)及其流量控制阀门组；
所述过热蒸汽发生器(12)的输出端通过耐高温风机(11)与进料单元(2)的进风口连接，所述进料单元(2)的出料口连接至灭菌单元(3)的进料口，所述灭菌单元(3)的出料口连接至固气分离单元(4)的进料口，所述固气分离单元(4)的出料口连接至冷却干燥单元(5)的进料口，灭菌后的粉粒体通过冷却干燥单元(5)的出料口收集排出。
进一步优选地，所述进料单元(2)包括进料斗(21)、加料器(22)和缓存料斗(23)，所述缓存料斗(23)中的粉粒体通过加料器(22)输送至进料斗(21)中，所述灭菌单元(3)包括灭菌管道(31)，所述固气分离单元(4)包括两级以上的依次连接的旋风分离器(41)，以及与每级旋风分离器(41)的进风口依次连接的热风过滤器(42)和加热风机(43)，所述加热风机(43)和热风过滤器(42)为旋风分离器(41)提供洁净热风，所述冷却干燥单元(5)包括冷却干燥机(51)，其中：
所述过热蒸汽发生器(12)的输出端通过耐高温风机(11)与进料斗(21)的进风口连接，所述进料斗(21)的出料口连接至灭菌管道(31)的进料口，所述灭菌管道(31)的出料口连接至第一级旋风分离器(41)的进料口，所述最后一级旋风分离器(41)的出料口连接至冷却干燥机(51)的进料口，灭菌后的粉粒体经冷却干燥机(51)的出料口收集排出。
进一步优选地，所述过热蒸汽连续灭菌装置还包括尾气回收循环利用单元(6)，所述尾气回收循环利用单元(6)包括回收管道(61)、回收风过滤器(62)和过热器(63)，所述回收风过滤器(62)设于回收管道(61)上，所述回收管道(61)的进风口与第一级旋风分离器(41)的出风口连接，其出风口通过过热器(63)连接至过热蒸汽发生器(12)的进风口，所述过热器(63)用于对进入蒸汽发生器中的气体进行温度补偿，使回收循环的尾气连续参与灭菌工艺过程。
进一步优选地，所述控制单元包括单片机核心控制模块，及与其连接的PLC模块、传感器模块和人机界面模块，其中：
所述传感器模块包括料位传感器、温度压力传感器组、温度湿度传感器组，所述料位传感器设于缓存料斗(23)上，所述温度压力传感器组有若干个，分设于过热蒸汽发生器(12)内、过热蒸汽发生器(12)的输出端、回收管道(61)的输出端和灭菌管道(31)内；所述温度湿度传感器组设于冷却干燥机(51)内；
所述PLC模块具有若干控制信号输出端，分别连接至加料器(22)、过热蒸汽发生器(12)的流量控制阀门组、过热器(63)、加热风机(43)、冷却干燥机(51)的控制模块，所述PLC模块的控制信号输入端连接至单片机核心控制模块的控制信号输出端。
进一步优选地，所述单片机核心控制模块为由STC89C52芯片及其外围振荡电路组成的最小系统。
进一步优选地，所述PLC模块的型号为西门子S7‐200。
进一步优选地，所述加料器(22)为螺旋加料器(22)。
进一步优选地，所述设于灭菌管道(31)上的温度压力传感器有若干个，均匀分布于灭菌管道(31)的通长。
一种上述粉粒体过热蒸汽连续灭菌装置的控制方法，包括以下步骤：
(1)灭菌前，根据待灭菌的粉粒体物料的具体物性参数，操作者通过人机界面模块设定灭菌的标准参数；
(2)将待灭菌的粉粒体物料加入缓存料斗(23)中，启动过热蒸汽连续灭菌装置，其中，料位传感器负责采集缓存料斗(23)的物料输送量信息，温度压力传感器组负责采集过热蒸汽发生器(12)内、过热蒸汽发生器(12)的输出端、回收管道(61)的输出端以及灭菌管道(31)内的温度和压力信息，温度湿度传感器组负责采集冷却干燥机(51)内的温度和湿度信息；
(3)单片机核心控制模块负责收集传感器采集的信息，并将采集的信息反馈至人机界面模块，同时单片机核心控制模块将采集的信息与设定的标准参数进行比较，获得控制参数，然后，单片机核心控制单元输出控制参数给PLC模块，PLC模块根据控制参数，实时控制加料器(22)的加料速度、过热蒸汽发生器(12)的蒸汽流量、过热器(63)功率、加热风机(43)的转速、冷却干燥机(51)的电机转速，使传感器采集的信息始终于标准控制参数一致。
本发明相比现有技术具有以下优点：本发明提供了一种粉粒体过热蒸汽连续灭菌装置及控制方法，该蒸汽连续灭菌装置将过热蒸汽与粉粒体混合，将微生物杀灭，可用于食品加工生产过程中的粉粒体原料的连续灭菌，其灭菌效率高，灭菌效果显著；同时，根据灭菌目的和灭菌对象，该过热蒸汽连续灭菌装置的控制单元能够实时监测灭菌过程中各参数的变化，通过调整各工作单元的工作状态对变化的情况做出快速反应，以最大限度地减少粉粒体劣化、淀粉改性、蛋白质结构变化等不利影响，保证粉粒体的品质和灭菌效果的目的；该蒸汽连续灭菌装置的不仅可以用作粉粒体的灭菌处理，还可用于灭酶灭活处理，以及害虫及其卵的杀虫杀卵处理，其自动化和智能化程度高，符合各种粉粒体加工企业，尤其是食品加工企业的大规模生产的需要。
附图说明
图1为粉粒体过热蒸汽连续灭菌装置的整体结构示意图；
图2为粉粒体过热蒸汽连续灭菌装置的控制单元的电路结构框图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
本实施例提供了一种粉粒体过热蒸汽连续灭菌装置，具有如图1和2所示的结构，包括过热蒸汽发生单元(1)、进料单元(2)、灭菌单元(3)、固气分离单元(4)、冷却干燥单元(5)、尾气回收循环利用单元(6)和控制单元。
所述过热蒸汽发生单元(1)包括耐高温风机(11)、过热蒸汽发生器(12)及其流量控制阀门组。
所述进料单元(2)包括进料斗(21)、螺旋加料器(22)和缓存料斗(23)，所述缓存料斗(23)中的粉粒体通过螺旋加料器(22)输送至进料斗(21)中，所述灭菌单元(3)包括灭菌管道(31)，所述固气分离单元(4)包括两级旋风分离器(41)，分别为第一旋风分离器(411)和第二旋风分离器(412)，以及与第一旋风分离器(411)的进风口依次连接的第一热风过滤器(421)、第一加热风机(431)，和与第二旋风分离器(412)的进风口依次连接的第二热风过滤器(422)、第二加热风机(432)，所述第一、二加热风机(431，432)和第一、二热风过滤器(421，422)为第一、二旋风分离器(411，412)提供洁净热风，所述冷却干燥单元(5)包括冷却干燥机(51)。
所述过热蒸汽发生器(12)的输出端通过耐高温风机(11)与进料斗(21)的进风口连接，所述进料斗(21)的出料口连接至灭菌管道(31)的进料口，所述灭菌管道(31)的出料口连接至第一旋风分离器(411)的进料口，所述第二旋风分离器(412)的出料口连接至冷却干燥机(51)的进料口，灭菌后的粉粒体经冷却干燥机(51)的出料口收集排出。
所述尾气回收循环利用单元(6)包括回收管道(61)、回收风过滤器(62)和过热器(63)，所述回收风过滤器(62)设于回收管道(61)上，所述回收管道(61)的进风口与第一旋风分离器(411)的出风口连接，其出风口通过过热器(63)连接至过热蒸汽发生器(12)的进风口，所述过热器(63)用于对进入蒸汽发生器中的气体进行温度补偿，使回收循环的尾气连续参与灭菌工艺过程。
所述控制单元包括单片机核心控制模块，及与其连接的PLC模块、传感器模块和人机界面模块，其中：
所述单片机核心控制模块为由STC89C52芯片及其外围振荡电路组成的最小系统；
所述人机界面模块包括触摸平板，所述触摸平板的输入输出端分别连接至STC89C52芯片的通用I/O接口；
所述传感器模块通过总线与STC89C52芯片连接，包括料位传感器、温度压力传感器组、温度湿度传感器组，所述料位传感器设于缓存料斗(23)上，所述温度压力传感器组有若干个，分设于过热蒸汽发生器(12)内、过热蒸汽发生器(12)的输出端、回收管道(61)的输出端和灭菌管道(31)内，所述设于灭菌管道(31)上的温度压力传感器有若干个，均匀分布于灭菌管道(31)的通长上；所述温度湿度传感器组设于冷却干燥机(51)内；
所述PLC模块的型号为西门子S7‐200，具有若干控制信号输出端，并分别连接至螺旋加料器(22)电机控制模块、过热蒸汽发生器(12)的流量控制阀门组、过热器(63)的功率调节开关、第一、二加热风机(431，432)的电机控制模块、冷却干燥机(51)的控制模块，所述西门子S7‐200与STC89C52芯片连接，接收STC89C52芯片发出的控制信号。
本实施例还提供了上述粉粒体过热蒸汽连续灭菌装置的控制方法，包括以下步骤：
(1)灭菌前，启动过热蒸汽连续灭菌装置的控制模块，根据待灭菌的粉粒体物料的具体物性参数，操作者通过触摸平板向STC89C52芯片输入指令，设定灭菌的标准参数；
(2)将待灭菌的粉粒体物料加入缓存料斗(23)中，启动过热蒸汽连续灭菌装置开始灭菌；灭菌过程中，料位传感器负责采集缓存料斗(23)的物料输送量信息，温度压力传感器组负责采集过热蒸汽发生器(12)内、过热蒸汽发生器(12)的输出端、回收管道(61)的输出端以及灭菌管道(31)内的温度和压力信息，温度湿度传感器组负责采集冷却干燥机(51)内的温度和湿度信息；
(3)STC89C52芯片负责收集传感器采集的信息，并将采集的信息反馈至触摸平板上，同时STC89C52芯片将采集的信息与设定的标准参数进行比较，获得控制参数，然后，STC89C52芯片输出控制参数给PLC模块，PLC模块根据控制参数，控制螺旋加料器(22)电机、过热蒸汽发生器(12)的流量控制阀门组、过热器(63)的功率调节开关、加热风机(43)的电机和冷却干燥机(51)的控制模块，从而实时自动调节加料器(22)的加料速度、过热蒸汽发生器(12)的蒸汽流量、过热器(63)功率、加热风机(43)的转速、冷却干燥机(51)的电机转速，使传感器采集的信息始终于标准控制参数一致，实现自动化和智能化控制。

Claims (9)

1.一种粉粒体过热蒸汽连续灭菌装置，其特征在于，包括过热蒸汽发生单元(1)、进料单元(2)、灭菌单元(3)、固气分离单元(4)、冷却干燥单元(5)和控制单元，其中：
所述过热蒸汽发生单元(1)包括耐高温风机(11)、过热蒸汽发生器(12)及其流量控制阀门组；
所述过热蒸汽发生器(12)的输出端通过耐高温风机(11)与进料单元(2)的进风口连接，所述进料单元(2)的出料口连接至灭菌单元(3)的进料口，所述灭菌单元(3)的出料口连接至固气分离单元(4)的进料口，所述固气分离单元(4)的出料口连接至冷却干燥单元(5)的进料口，灭菌后的粉粒体通过冷却干燥单元(5)的出料口收集排出。
2.根据权利要求1所述的一种粉粒体过热蒸汽连续灭菌装置，其特征在于，所述进料单元(2)包括进料斗(21)、加料器(22)和缓存料斗(23)，所述缓存料斗(23)中的粉粒体通过加料器(22)输送至进料斗(21)中，所述灭菌单元(3)包括灭菌管道(31)，所述固气分离单元(4)包括两级以上的依次连接的旋风分离器(41)，以及与每级旋风分离器(41)的进风口依次连接的热风过滤器(42)和加热风机(43)，所述冷却干燥单元(5)包括冷却干燥机(51)，其中：
所述过热蒸汽发生器(12)的输出端通过耐高温风机(11)与进料斗(21)的进风口连接，所述进料斗(21)的出料口连接至灭菌管道(31)的进料口，所述灭菌管道(31)的出料口连接至第一级旋风分离器(41)的进料口，最后一级旋风分离器(41)的出料口连接至冷却干燥机(51)的进料口，灭菌后的粉粒体经冷却干燥机(51)的出料口收集排出。
3.根据权利要求2所述的一种粉粒体过热蒸汽连续灭菌装置，其特征在于，所述过热蒸汽连续灭菌装置还包括尾气回收循环利用单元(6)，所述尾气回收循环利用单元(6)包括回收管道(61)、回收风过滤器(62)和过热器(63)，所述回收风过滤器(62)设于回收管道(61)上，所述回收管道(61)的进风口与第一级旋风分离器(41)的出风口连接，其出风口通过过热器(63)连接至过热蒸汽发生器(12)的进风口。
4.根据权利要求3所述的一种粉粒体过热蒸汽连续灭菌装置，其特征在于，所述控制单元包括单片机核心控制模块，及与其连接的PLC模块、传感器模块和人机界面模块，其中：
所述传感器模块包括料位传感器、温度压力传感器组、温度湿度传感器组，所述料位传感器设于缓存料斗(23)上，所述温度压力传感器组有若干个，分设于过热蒸汽发生器(12)内、过热蒸汽发生器(12)的输出端、回收管道(61)的输出端和灭菌管道(31)内；所述温度湿度传感器组设于冷却干燥机(51)内；
所述PLC模块具有若干控制信号输出端，分别连接至加料器(22)、过热蒸汽发生器(12)的流量控制阀门组、过热器(63)、加热风机(43)、冷却干燥机(51)的控制模块，所述PLC模块的控制信号输入端连接至单片机核心控制模块的控制信号输出端。
5.根据权利要求4所述的一种粉粒体过热蒸汽连续灭菌装置，其特征在于，所述单片机核心控制模块为由STC89C52芯片及其外围振荡电路组成的最小系统。
6.根据权利要求4所述的一种粉粒体过热蒸汽连续灭菌装置，其特征在于，所述PLC模块的型号为西门子S7‐200。
7.根据权利要求4所述的一种粉粒体过热蒸汽连续灭菌装置，其特征在于，所述加料器(22)为螺旋加料器(22)。
8.根据权利要求4所述的一种粉粒体过热蒸汽连续灭菌装置，其特征在于，所述设于灭菌管道(31)上的温度压力传感器有若干个，均匀分布于灭菌管道(31)的通长。
9.一种如权利要求1～8任一所述的粉粒体过热蒸汽连续灭菌装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)灭菌前，根据待灭菌的粉粒体物料的具体物性参数，操作者通过人机界面模块设定灭菌的标准参数；
(2)将待灭菌的粉粒体物料加入缓存料斗(23)中，启动过热蒸汽连续灭菌装置，其中，料位传感器负责采集缓存料斗(23)的物料输送量信息，温度压力传感器组负责采集过热蒸汽发生器(12)内、过热蒸汽发生器(12)的输出端、回收管道(61)的输出端以及灭菌管道(31)内的温度和压力信息，温度湿度传感器组负责采集冷却干燥机(51)内的温度和湿度信息；
(3)单片机核心控制模块负责收集传感器采集的信息，并将采集的信息反馈至人机界面模块，同时单片机核心控制模块将采集的信息与设定的标准参数进行比较，获得控制参数，然后，单片机核心控制单元输出控制参数给PLC模块，PLC模块根据控制参数，实时控制加料器(22)的加料速度、过热蒸汽发生器(12)的蒸汽流量、过热器(63)功率、加热风机(43)的转速、冷却干燥机(51)的电机转速，使传感器采集的信息始终于标准控制参数一致。
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