CN109010861B - 一种粉状物料蒸汽灭菌系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种粉状物料蒸汽灭菌系统，包括一用于提供热空气的干热灭菌机构、一用于提供热蒸汽的湿热灭菌机构、一灭菌室、一加料机构、一卸料机构以及用于提供系统各运行参数调控机构。该系统能够提高灭菌效率，且能够保证物料不受蒸汽湿度影响，以确保物料灭菌后的品质。

Description

一种粉状物料蒸汽灭菌系统

技术领域

本发明涉及灭菌领域，尤其涉及一种针对食品及制药领域的粉状物料的灭菌系统。

背景技术

灭菌技术是通过采用理化手段将目标物中所有微生物的营养细胞及其芽胞(或孢子)杀灭或去除，从而达到无菌的目的。灭菌技术是目标物获得纯培养的必要条件，是食品工业和医药领域(尤其是中药生产领域)中保证食品以及药品安全性必不可少的技术。

灭菌技术的彻底与否，取决于灭菌时间和灭菌剂强度这两个参数。根据灭菌剂的不同，灭菌技术主要分为化学试剂灭菌、射线灭菌、干热灭菌、湿热灭菌和过滤除菌等。在实际应用中，会根据待灭菌物种类的不同，相应地去选择适宜的灭菌方法。

目前，在国内，中药和食品调料领域中较为常用的灭菌方法有三种：

第一、钴60辐照式灭菌，其原理是利用高能电磁波作用于细菌体上从而产生生物学效应，来抑制或杀灭细菌、病毒、真菌和寄生虫等，但是由于该 技术领域对辐照灭菌后药品和食品的安全性仍存在一定的质疑，所以目前此 方法已经被一些国家和地区取消使用；

第二、环氧乙烷灭菌，利用环氧乙烷作为灭菌剂可以有效杀死物料表面的细菌，但是此方法灭菌后物料表面会残留有灭菌剂，灭菌剂的残留对物料的后续使用和食用有安全隐患，而清除这些残留物后得到的废液又会给环境带来污染；

第三、湿热灭菌，用饱和水蒸汽、沸水或流通蒸汽进行杀菌，以高温高压水蒸汽为介质，由于蒸汽潜热大，穿透力强，容易使蛋白质变性或凝固，最终导致微生物的死亡。但是湿热灭菌不宜对湿度较高的物料灭菌，并且在有效实现灭菌目的的同时，其必须要用较长时间的加热，且经过上述较长时间灭菌处理后，因蒸汽湿度差异，极易引起处理后产品的颜色、香味和有效成分发生变化，影响产品的品质和价值。

发明内容

发明所要解决的技术问题是提供一种提高灭菌效率，且能够保证物料不受蒸汽湿度影响，以确保物料品质的一种粉状物料蒸汽灭菌系统。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

一种粉状物料蒸汽灭菌系统，特征在于，包括：

一用于提供热空气的干热灭菌机构；

一用于提供热蒸汽的湿热灭菌机构；

一灭菌室，呈立式结构，其顶部具有进料口，底部具有出料口；

一混合器，固定于灭菌室的顶部，具有呈立式蜗壳结构的外壳体，其上部具有切向的空气进口，其顶部具有蒸汽进口，其底部具有与灭菌室进料口连通的混合出口，所述外壳体的内腔具有竖直安装于蒸汽进口并延伸至灭菌室内腔上部的离心雾化器，于离心雾化器与外壳体之间具有使热空气与物料混合的混合腔室，所述混合腔室与空气进口和混合出口连通，其中，空气进口与干热灭菌机构借助第一管体连接，蒸汽进口与湿热灭菌机构借助第二管体连接；

一加料机构，设于第一管体上，并靠近干热灭菌机构一端设置，所述加料机构与第一管体的连接处设有关风器；

一卸料机构，借助第三管体与灭菌室的出料口连接，所述卸料机构包括旋风除尘器以及设于旋风除尘器底部出口的冷却输送机，所述旋风除尘器的进口处设有为其提供牵引力的引风机；

一调控机构，包括设于第二管体上的比例调节阀和第一温度传感器，设于第一管体上的第二温度传感器，设于第三管体上、并靠近卸料机构一端的湿度传感器，以及一控制器，所述控制器的信号输入端连接有第一温度传感器、第二温度传感器和湿度传感器，所述控制器的控制输出端连接有比例调节阀和加料机构。

进一步的技术方案在于，所述干热灭菌机构包括依次连接的空气净化器、鼓风机和空气加热器。

进一步的技术方案在于，所述灭菌室的上部呈圆柱状，下部呈小端朝下的锥体状。

进一步的技术方案在于，所述第一管体、第二管体和第三管体外均包覆有保温层。

进一步的技术方案在于，所述保温层具有由内管和外管形成的真空夹层。

进一步的技术方案在于，所述混合器还包括：

于离心雾化器外同轴套设的隔热套，所述隔热套顶部与外壳体固定；

于隔热套外同轴套设的内分隔套，所述内分隔套与隔热套之间形成第三混合夹层；

于内分隔套外同轴套设的外分隔套，所述外分隔套与隔热套之间形成第二混合夹层，与外壳体内壁之间形成第一混合夹层；

其中，第一混合夹层、第二混合夹层和第三混合夹层借助在外分隔套和内分隔套上部设置的环向缺口部连通。

进一步的技术方案在于，所述外分隔套、内分隔套和隔热套均呈小端朝下的锥体结构。

进一步的技术方案在于，所述外分隔套包括一外套体以及呈环形阵列布置的多个外导风板，所述外导风板位于外套体的顶部，其上端与外壳体固定，其下端与外套体的顶部固定，所述外导风板顺着空气进口方向、并与外套体的切线呈0°~±20°夹角设置，能够将由空气进口进入的热空气和物料螺旋推进，且相邻的两外导风板之间具有过气间隙。

进一步的技术方案在于，所述内分隔套包括一内套体以及呈环形阵列布置的多个内导风板，所述内套体位于外套体内并借助连接臂与外套体固定，所述内导风板固定于内套体的内壁上，并与一位于内套体内的同心圆的切线呈0°~±20°夹角，能够将热空气和物料螺旋推进。

进一步的技术方案在于，所述隔热套为304不锈钢材质制得。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

对于干热灭菌机构，不仅能够在投料前对该系统进行预加热处理，防止冷的系统结构与热蒸汽直接接触出现冷凝液体，造成物料受潮；还能够使物料在与蒸汽接触前（第一管体阶段）得到预加热处理，不仅能够防止蒸汽冷凝，还能够防止较大温差造成的蒸汽温度过度下降，提高了蒸汽的灭菌效果。

在该系统中，采用管道代替罐体，将物料加入管道中，使物料在灭菌过程中处于一运动状态，使得物料与蒸汽和空气接触更加均匀。

另外，混合器采用切向的空气进口，使物料和热空气螺旋进入混合器内，先将物料与热空气混合均匀，然后通过离心雾化器将热蒸汽或过热蒸汽旋转喷出，使热蒸汽或过热空气与物料和空气在灭菌室入口处有效混合，且雾化后的蒸汽穿透力更强，灭菌效果更好。由于灭菌室的内腔远大于管道口径，使得物料、空气、蒸汽在此处的速度降低，延长灭菌时间，能够高温蒸汽或过热蒸汽、空气和物料充分混合。

在此系统中，引风机能够为物料的推进提供牵引力，保证管路中无物料残留。

将湿热灭菌机构与干热灭菌机构进行有效的结合，能够适用对不同湿度的物料进行灭菌处理，在此系统的末端设置湿度传感器，能够实时检测排出物料的湿度，并通过控制器及时调整蒸汽的通入量，保证物料的品质。能够充分利用蒸汽灭菌的潜热大，穿透力强等优势，又克服了蒸汽灭菌受物料湿度影响的问题。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明所述混合器的俯视结构示意图；

图3是图2中A-A部分的结构示意图；

图4是本发明所述外分隔套的结构示意图；

图5是本发明所述外分隔套的俯视结构示意图；

图6是本发明所述内分隔套的俯视结构示意图；

图7是本发明所述调控机构的原理示意图。

具体实施方式

下面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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的仅仅实施例，本领域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。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1、图2和图7所示，一种粉状物料蒸汽灭菌系统，包括一用于提供热空气的干热灭菌机构、一用于提供热蒸汽的湿热灭菌机构20、一灭菌室30、一加料机构、一卸料机构以及用于调控系统各运行参数的调控机构。

灭菌室30呈立式结构，其顶部具有进料口，底部具有出料口。在灭菌室30的顶部设有一混合器40。

一混合器40，固定于灭菌室30的顶部，具有呈立式蜗壳结构的外壳体，其上部具有切向的空气进口41，其顶部具有蒸汽进口42，其底部具有与灭菌室30进料口连通的混合出口43，所述外壳体的内腔具有竖直安装于蒸汽进口42并延伸至灭菌室30内腔上部的离心雾化器49，离心雾化器49具有能够驱动底部喷头旋转的驱动电机，为现有产品，用于旋转的喷出热蒸汽。于离心雾化器49与外壳体之间具有使热空气与物料混合的混合腔室，所述混合腔室与空气进口41和混合出口43连通。混合器采用切向的空气进口41，使热空气携带物料螺旋的进入混合器40内，先将物料与热空气混合均匀，然后通过离心雾化器49将热蒸汽或过热蒸汽旋转喷出，使热蒸汽或过热空气与物料和空气在灭菌室30入口处有效混合。其中，空气进口41与干热灭菌机构借助第一管体11连接，蒸汽进口42与湿热灭菌机构20借助第二管体21连接。

在本系统中加料机构设于第一管体11上，并靠近干热灭菌机构一端设置，能够使物料在第一管体11上有较长的预加热时间，所述加料机构包括供料蛟龙52，在供料蛟龙52的出料口与第一管体11的连接处设有关风器51，关风器51能够使供料蛟龙52中的物料连续不断地及时排入第一管体11内。

卸料机构借助第三管体61与灭菌室30的出料口连接。卸料机构包括旋风除尘器62以及设于旋风除尘器62底部出口的冷却输送机63，所述旋风除尘器62的进口处设有为其提供牵引力的引风机64。

调控机构包括设于第二管体21上的比例调节阀71、第一温度传感器72和压力传感器73，设于第一管体11上的第二温度传感器74，设于第三管体61上、并靠近卸料机构一端的湿度传感器76，以及一控制器70，所述控制器70的信号输入端连接有第一温度传感器72、压力传感器73、第二温度传感器74和湿度传感器76，所述控制器70的控制输出端连接有比例调节阀71和加料机构。其中控制器为基于PLC的可编程逻辑控制器，与之连接有人机界面，用于显示系统中各测量参数。

该系统对物料进行灭菌前，需要进行预加热处理：

首先，将干热灭菌机构打开，在投料前，利用其喷出的热空气对管道系统及灭菌室30进行预加热处理，防止冷的系统结构与热蒸汽直接接触出现冷凝液体，造成物料受潮。当第二温度传感器74反馈给控制器70的温度达到设定温度后，则完成对系统机构的预加热处理。然后，打开湿热灭菌机构，当第一温度传感器72和压力传感器73反馈给控制器70的温度值（120°~250°）和压力值（0.4~0.6MPa），则控制器70控制加料机构（即供料蛟龙52）向第一管体11内进行投料。在物料在与蒸汽接触前（处于第一管体11阶段），干热灭菌机构一方面能够对物料进行预加热处理，防止冷的物料直接与蒸汽接触，使蒸汽冷凝物料受潮，另一方面还能够防止较大温差造成的蒸汽温度急速下降，提高了蒸汽的灭菌效果。

在系统运行中：

首先，物料从第一管体11内进入系统内，利用高温、高压空气向前推进，进入混合器40内，在此处，物料和空气进行充分旋转混合，而热蒸汽或过热蒸汽则从离心雾化器49旋转喷出进入灭菌室30。

然后，物料、热空气、热蒸汽或过热蒸汽进入灭菌室30进行混合，由于灭菌室的内腔远大于管道口径，压力变小，使得此处的推进速度降低，延长灭菌时间，能够充分混合，并且在灭菌室30内，物料还受重力作用散落，扩大了其与热空气和热蒸汽或过热蒸汽的接触面积。

最后，物料在高压空气和高压蒸汽的作用下经第三管体61进入旋风除尘器62内进行除尘处理，然后从下方排出落入冷却输送机63，进行冷却输出。在卸料时，引风机64能够为物料的推进提供牵引力，保证管路中无物料残留。在卸料时湿度传感器76实时监测排出物料的湿度，并反馈给控制器70，当湿度值高于设定值时，就需要降低蒸汽的通入量，此时控制器70就会控制比例调节阀71关小。

由于热蒸汽的温度远小于热空气的温度，所以调小蒸汽后，并不会影响灭菌温度。而在空气灭菌的基础上增加蒸汽灭菌的，是由于蒸汽灭菌的潜热大，穿透力强，灭菌效果更好，但是蒸汽灭菌的应用会受物料湿度的限制。

为了检测该系统的运行情况，可以根据需求在不同的位置设置温度传感器、压力传感器等检测元件，并通过控制器70的人机交互界面进行观察。

其中在系统末端最好设置一第三温度传感器（未图示），用于检测灭菌后排出物料的湿度，由于受物料的投入量和湿度等因素的影响，会使排出物料的温度（低于120℃）不合格，所以根据第三温度传感器反馈给控制器70的温度值，进而通过控制器70调整干热灭菌机构的空气通入温度，以保证排出物料的灭菌合格。

该系统将湿热灭菌与干热灭菌进行有效的结合，能够适用对不同湿度的物料进行灭菌处理， 在此系统的末端设置湿度传感器76，能够实时检测排出物料的湿度，并通过控制器及时调整蒸汽的通入量，保证物料的品质。能够充分利用蒸汽灭菌的潜热大，穿透力强等优势，又克服了蒸汽灭菌受物料湿度影响的问题。

并且在该系统中，采用管道代替罐体，将物料加入管道中，使物料在灭菌过程中处于一运动状态，使得物料与蒸汽和空气接触更加均匀。

其中，干热灭菌机构包括依次连接的空气净化器11、鼓风机12和空气加热器13，鼓风机12向空气加热器13内进行鼓风，通过空气加热器13对空气加热到设定温度，通过调整鼓风机12的功率，则可以改变热空气的排出量。在该机构中，通过空气净化器11的设置，保证了空气的洁净度，能够避免空气中的杂质对物料的污染。

对于灭菌室30，其上部呈圆柱状，能够增大截面积，降低物料流速，使物料和蒸汽、空气混合均匀，灭菌室30下部呈小端朝下的锥体状，由加速了物料的排出。

为了减少热量在输送中的损失，所以在第一管体11、第二管体21和第三管体61外均包覆有保温层。优选的，保温层具有由内管和外管形成的真空夹层。

在中国发明专利CN201010000170.1中公开了一种蒸汽灭菌装置，其中采用设于灭菌仓内的旋转搅拌器将物料与热空气和热蒸汽或过热蒸汽混合，旋转搅拌器的工作必须要有一驱动机构提供动力，这样势必会增加电能的消耗，另外旋转搅拌器带有倾斜向上的扇叶，在扇叶上会残存物料，残存的物料会污染下次对其他物料的灭菌操作。

在本系统的混合器40只利用机械结构实现物料与热空气的均匀混合，减少能量消耗。

如图3~图6所示，混合器40具有呈蜗壳结构的外壳体，其底部借助法兰结构48安装于灭菌室30上。外壳体内部具有因由外至内同轴套设的外分隔套44、内分隔套45和隔热套46而形成的竖直状态的夹层结构。夹层结构中,隔热套46于离心雾化器49外同轴套设，其顶部与外壳体固定；内分隔套45同轴套设于隔热套46外，所述内分隔套45与隔热套46之间形成第三混合夹层；外分隔套44同轴套设于内分隔套45外，所述外分隔套44与隔热套46之间形成第二混合夹层，与外壳体内壁之间形成第一混合夹层，所述第一混合夹层与空气进口41连通；其中，第一混合夹层、第二混合夹层和第三混合夹层借助在外分隔套44和内分隔套45上部设置的环向缺口部连通。

混合夹层用于将物料和热空气混合均匀，由于第一混合夹层与空气进口41连通，且空气进口41处于第一混合夹层的切向方向，使得热空气携带物料进入第一混合夹层后环形推进，由于三个混合夹层的上部由环向缺口部连通，使得物料能够螺旋进入三个混合夹层内，分层后不仅能够保证空气的螺旋运行动力，还能够使处于环形夹层内的物料能够与热空气混合均匀。其中，所述外分隔套44、内分隔套45和隔热套46均呈小端朝下的锥体结构，有利于热空气和物料保持螺旋前进，提高混合强度,并且隔热套46为304不锈钢材质制得，对离心雾化器49进行保护，防止热空气温度过高损坏离心雾化器49，为离心雾化器49的正常工作提供保障。

外分隔套44与外壳体内壁之间具有第一混合夹层，第一混合夹层与空气进口41连通，所述外分隔套44包括一外套体441以及呈环形阵列布置的多个外导风板442，所述外导风板442位于外套体441的顶部，其上端与外壳体固定，其下端与外套体441的顶部固定，所述外导风板442顺着空气进口41方向、并与外套体441的切线呈0°~±20°夹角设置，优选为沿外套体441的切线方向设置，能够将由空气进口41进入的热空气和物料螺旋推进，且相邻的两外导风板442之间具有过气间隙（即环向缺口部）。

内分隔套45与外分隔套44之间具有第二混合夹层，物料和热空气通过外导风板442之间的过气间隙能够部分进入第二混合夹层内，内分隔套45与隔热套46之间具有第三混合夹层。所述内分隔套45包括一内套体451以及呈环形阵列布置的多个内导风板452，所述内套体451位于外套体441内并借助连接臂与外套体441固定，内套体451顶部与外壳体顶部之间具有能够使剩余的物料和热空气进入第三混合夹层内的间距。内导风板452固定于内套体451的内壁上，并与一位于内套体451内的同心圆01的切线呈0°~±20°夹角，优选的是导风板452与该同心圆01相切设置，能够将热空气和物料螺旋推进，使二者混合均匀。

以上仅是本发明的较佳实施例，任何人根据本发明的内容对本发明作出的些许的简单修改、变形及等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种粉状物料蒸汽灭菌系统，特征在于，包括：

一用于提供热空气的干热灭菌机构；

一用于提供热蒸汽的湿热灭菌机构（20）；

一灭菌室（30），呈立式结构，其顶部具有进料口，底部具有出料口；

一混合器（40），固定于灭菌室（30）的顶部，具有呈立式蜗壳结构的外壳体，其上部具有切向的空气进口（41），其顶部具有蒸汽进口（42），其底部具有与灭菌室（30）进料口连通的混合出口（43），所述外壳体的内腔具有竖直安装于蒸汽进口（42）并延伸至灭菌室（30）内腔上部的离心雾化器（49），于离心雾化器（49）与外壳体之间具有使热空气与物料混合的混合腔室，所述混合腔室与空气进口（41）和混合出口（43）连通，其中，空气进口（41）与干热灭菌机构借助第一管体（11）连接，蒸汽进口（42）与湿热灭菌机构（20）借助第二管体（21）连接；

一加料机构，设于第一管体（11）上，并靠近干热灭菌机构一端设置，所述加料机构与第一管体（11）的连接处设有关风器（51）；

一卸料机构，借助第三管体（61）与灭菌室（30）的出料口连接，所述卸料机构包括旋风除尘器（62）以及设于旋风除尘器（62）底部出口的冷却输送机（63），所述旋风除尘器（62）的进口处设有为其提供牵引力的引风机（64）；

一调控机构，包括设于第二管体（21）上的比例调节阀（71）和第一温度传感器（72），设于第一管体（11）上的第二温度传感器（74），设于第三管体（61）上、并靠近卸料机构一端的湿度传感器（76），以及一控制器（70），所述控制器（70）的信号输入端连接有第一温度传感器（72）、第二温度传感器（74）和湿度传感器（76），所述控制器（70）的控制输出端连接有比例调节阀（71）和加料机构；

所述混合器（40）还包括：

于离心雾化器（49）外同轴套设的隔热套（46），所述隔热套（46）顶部与外壳体固定；

于隔热套（46）外同轴套设的内分隔套（45），所述内分隔套（45）与隔热套（46）之间形成第三混合夹层，所述内分隔套（45）包括一内套体（451）以及呈环形阵列布置的多个内导风板（452），所述内套体（451）位于外套体（441）内并借助连接臂与外套体（441）固定，所述内导风板（452）固定于内套体（451）的内壁上，并与一位于内套体（451）内的同心圆（01）的切线呈0°~±20°夹角，能够将热空气和物料螺旋推进；

于内分隔套（45）外同轴套设的外分隔套（44），所述外分隔套（44）与隔热套（46）之间形成第二混合夹层，与外壳体内壁之间形成第一混合夹层，所述外分隔套（44）包括一外套体（441）以及呈环形阵列布置的多个外导风板（442），所述外导风板（442）位于外套体（441）的顶部，其上端与外壳体固定，其下端与外套体（441）的顶部固定，所述外导风板（442）顺着空气进口（41）方向、并与外套体（441）的切线呈0°~±20°夹角设置，能够将由空气进口（41）进入的热空气和物料螺旋推进，且相邻的两外导风板（442）之间具有过气间隙；

其中，第一混合夹层、第二混合夹层和第三混合夹层借助在外分隔套（44）和内分隔套（45）上部设置的环向缺口部连通。

2.根据权利要求1所述的一种粉状物料蒸汽灭菌系统，特征在于，所述干热灭菌机构包括依次连接的空气净化器、鼓风机（12）和空气加热器（13）。

3.根据权利要求1所述的一种粉状物料蒸汽灭菌系统，特征在于，所述灭菌室（30）的上部呈圆柱状，下部呈小端朝下的锥体状。

4.根据权利要求1所述的一种粉状物料蒸汽灭菌系统，特征在于，所述第一管体（11）、第二管体（21）和第三管体（61）外均包覆有保温层。

5.根据权利要求4所述的一种粉状物料蒸汽灭菌系统，特征在于，所述保温层具有由内管和外管形成的真空夹层。

6.根据权利要求1所述的一种粉状物料蒸汽灭菌系统，特征在于，所述外分隔套（44）、内分隔套（45）和隔热套（46）均呈小端朝下的锥体结构。

7.根据权利要求1所述的一种粉状物料蒸汽灭菌系统，特征在于，所述隔热套（46）为304不锈钢材质制得。