CN110743032A - 由过热蒸气对固体物料快速灭菌的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种由过热蒸气对固体物料快速灭菌的装置，包括过热蒸汽发生装置和螺旋搅拌装置，被处理的固体物料为块状物料或杆状物料，固体物料由定量配料输送机构送入灭菌工作腔内螺旋搅拌装置，并通过出料口与出料腔对接；所述定量配料输送机构包括料斗、物料输送机、称量料斗和重力进料通道；灭菌工作腔一端设有进料口、密封圈和气动密封阀；搅拌装置包括蒸汽旋转主轴、叶片和轴承；所述出料腔设有卸料口、卸料气缸及推杆；该装置可实现固体物料的快速灭菌。
Description
技术领域
本发明涉及一种固体块状物灭菌装置，尤其是一种利用过热蒸气对固体块状物灭菌装置。
背景技术
在药品和食品加工中普遍采用蒸汽灭菌，传统的蒸汽灭菌法一般包括低高温长时灭菌法，亚高温短时灭菌法以及超高温瞬时灭菌法，无论哪种方式，其灭菌过程都需要占用较长的时间，而粉末长时间处于高温状态往往都会破坏药品和食品粉末的有效成分，针对上述问题，申请人于2016年8月31日向国家知识产权局申报了发明和实用新型专利申请，其中，发明专利的公开公告号为CN106267253A，实用新型的授权公告号为CN206404058U，将高温灭菌时间缩短到5-120s之间，有效的减小了高温灭菌时间对粉末有效成分的破坏，并取得了积极的社会效益。
实践中，根据社会反馈，尤其是广泛听取了从事中医药品加工领域的意见和建议，他们认为绝大多数中药材以及香辛料生产中如果都是先将材料粉碎后再使用高温蒸汽灭菌，必然会导致这些中药材或香辛料自身含有的易挥发性成份被破坏，当它们遇到高温蒸汽时中药材或香辛料自身含有的易挥发性成份会被高温蒸汽蒸发出来，使中药的药效和香辛料挥发油香味大大降低。此外，他们还认为灭菌温度高温设置在130-250℃仍然偏高，灭菌时间设置在5-120s之间仍然偏长，这些因素都可能会对药品或食品粉末中的有效成分产生破坏，能否在不影响灭菌效果的同时，将灭菌温度降下来，这些具体问题均是上述发明专利申请和对应的实用新型专利在中药制药领域和食品加工领域推广和使用所面临一个无法逾越的技术瓶颈。
发明内容
本发明的目的在于，针对发明专利的公开公告号为CN106267253A，实用新型的授权公告号为CN206404058U，存在的问题，在后续研发实践中我们发现，细菌污染往往依附于物料表面，只要可以将物料尽量的保持原生状态或块径，使用高温蒸汽对物料的表面快速灭菌，完全能够能够有效的保持物料内含的原有成份，为此，申请人作出了不懈的探索和实验，立志向社会提供一种由过热蒸气对固体物料快速灭菌的装置。
本发明的目的是这样：
一种由过热蒸气对固体物料快速灭菌的装置，包括过热蒸汽发生装置和螺旋搅拌装置，其特征在于：被处理的固体物料为块状物料或杆状物料，所述固体物料由定量配料输送机构送入截面为圆形的灭菌工作腔，螺旋搅拌装置同心置于灭菌工作腔中，灭菌工作腔的出料口位于螺旋搅拌装置的一端，灭菌工作腔通过该出料口与出料腔对接；其具体结构为：
a)定量配料输送机构包括料斗、物料输送机、称量料斗和重力进料通道，固体物料通过料斗下方的控制阀落入物料输送机，称量料斗中的定量固体物料通过气动控制阀进入重力进料通道，重力进料通道下端出口与灭菌工作腔的进料口对接；
b)截面为圆形的灭菌工作腔内径至少为对应固体物料最大直径的10倍，灭菌工作腔一端设有安装法兰板，该端的灭菌工作腔顶部设有进料口，灭菌工作腔的进料口设有耐高温的密封圈，并配有气动密封阀，气动密封阀包括阀芯、连杆、气缸和活塞；灭菌工作腔的顶部还设有排气阀和负压风机；灭菌工作腔周边外壁上设有保温层；
c)螺旋搅拌装置包括蒸汽旋转主轴、叶片和支撑蒸汽旋转主轴的轴承，支撑蒸汽旋转主轴的轴承置于安装法兰板，支撑蒸汽旋转主轴的轴承配有耐高温的密封圈；所述的蒸汽旋转主轴的中心为蒸汽通道，蒸汽旋转主轴的外壁上设有一组呈螺旋状均匀分布的与蒸汽通道沟通的含有蒸汽喷口的支撑管，蒸汽旋转轴通过轴承支撑在灭菌工作腔的中轴线上，所述的叶片为螺旋板，螺旋板由所述的支撑管支撑，由端部看，螺旋板与蒸汽旋转主轴之间为一空心环，所述空心环的内环和外环之间的间距至少为对应固体物料最大尺寸的2倍，螺旋板的螺距至少为对应固体物料最大尺寸的1.2倍；
d)出料腔是与灭菌工作腔对应的圆柱腔室，它们位于同一中轴线，灭菌工作腔的出料口位于出料腔与灭菌工作腔的结合部，出料腔的下方设有卸料口，出料腔上设有卸料气缸，卸料气缸配有与卸料口对应的推杆；灭菌工作腔的出料口上设有耐高温的密封圈，并配有气动密封阀，灭菌工作腔出料口的气动密封阀置于出料腔中。
在本发明中：螺旋搅拌装置的蒸汽旋转主轴至少由一端的轴承支撑于灭菌工作腔中，螺旋搅拌装置由变频减速电机驱动，所述的变频减速电机通过联轴器与蒸汽旋转主轴连接,所述蒸汽旋转主轴的中心的蒸汽通道通过蒸汽旋转轴连接器和过热蒸汽阀与过热蒸汽发生装置连接；灭菌工作腔周边外壁与保温层之间还设有电加热层。
在本发明中：所述的秤量料斗采用三点安装式秤量传感器，当称量料斗内的物料达到设定量时，即刻发出控制信号，使物料输送机停止，只有当称量料斗内物料全部进入重力进料通道并关闭气动控制阀后，物料输送机方可重新启动。
在本发明中：所述的物料输送机可以选择皮带输送机或螺杆输送机。
在本发明中：所述的称量料斗、重力进料通道、灭菌工作腔、蒸汽旋转主轴、支撑管、叶片、出料腔以及灭菌工作腔进出料口的活塞和出料腔的卸料气缸均采用不锈钢制作，其中重力进料通道为不锈钢片材，重力进料通道上还配有振荡器；涉及的耐高温密封圈的材质采用聚四氟或碳纤维，密封圈中间还内衬不锈钢V形弹簧圈来增加密封圈张力和密封的可靠性，其中位于灭菌工作腔进料口和出料口的耐高温密封圈与气动密封阀之间的结合摩擦面上还增设陶瓷涂层。
在本发明中：所述的块状物料的尺寸为5mm-10cm，所述杆状物料的直径和长度均不大于10cm。
本发明的优点在于：由于灭菌工作腔的截面为圆形，螺旋搅拌装置同心置于灭菌工作腔中，使得灭菌工作腔的结构相对而言显得比较紧凑。由于截面为圆形的灭菌工作腔内径至少为对应固体物料最大直径的10倍，同时，螺旋搅拌装置的叶片为螺旋板，螺旋板由所述的支撑管支撑，由端部看，螺旋板与蒸汽旋转主轴之间为一空心环，所述空心环的内环和外环之间的间距至少为对应固体物料最大尺寸的2倍，螺旋板的螺距至少为对应固体物料最大尺寸的1.2倍，工作中固体物料可以在螺旋板与蒸汽旋转主轴之间的空心环区域运动，或在前后螺旋板之间运动均不会使螺旋搅拌装置卡死。由于采用了秤量料斗，当称量料斗内的物料达到设定量时，即刻发出控制信号，使物料输送机停止，只有当称量料斗内物料全部进入重力进料通道并关闭气动控制阀后，物料输送机方可重新启动，这样可以有效的保证灭菌工作腔中的有效负荷量。由于采用了耐高温的密封圈，尤其是耐高温密封圈的材质采用聚四氟或碳纤维，密封圈中间还内衬不锈钢V形弹簧圈来增加密封圈张力和密封的可靠性，其中位于灭菌工作腔进料口和出料口的耐高温密封圈与气动密封阀之间的结合摩擦面上还增设陶瓷涂层，不仅可以确保密封效果，还可以延长气动密封阀的属于寿命。由于灭菌工作腔周边外壁上设有保温层，避免工作中高温气体的热量无辜损失，尤其是灭菌工作腔周边外壁与保温层之间还设有电加热层，这样在灭菌工作腔内温度过低时，还可以有效提升灭菌工作腔内部的工作温度。此外，重力进料通道上配有振荡器，可以确保足量的固体物料全部进入灭菌工作腔。灭菌工作腔配置排气阀和负压风机，这样在灭菌工艺时，需要排放固体物料前，先行将灭菌工作腔内过高的高温高压气体预排放。出料腔上设有与出料口匹配的卸料气缸，可以确保固体物料被彻底排出。本发明结构紧凑，维护方便。
附图说明
图1是本发明实施例的原理结构示意图。
图2螺旋搅拌装置由端部看的结构示意图。
图3是出料腔出料时的工作状态示意图。
图4是安装在出料腔中的一种气动卸料气缸原理示意图。
图中：1、料斗，2、物料输送机，3、秤量料斗，4、气动进料阀，5、进料通道，6、振荡器，7、高压控制气出入口，8、气缸，9、活塞，10、连杆，11、阀芯，12、耐高温的密封圈，13、进料口，14、变频减速电机，15、联轴器，16、过热蒸汽阀，17、不锈钢管道，18、蒸汽旋转主轴，19、蒸汽旋转轴连接器，20、蒸汽通道，21、耐高温密封圈，22、轴承，23、叶片，24、支撑管，25、灭菌工作腔外壁，26、电加热层，27、灭菌仓外保温层，28、排气阀，29、负压风机，30、卸料气缸，31、推杆，32、安装法兰板，33、卸料气缸的控制气入口，34、出料腔，35、灭菌工作腔，36、出料口。
具体实施方式
附图非限制性的公开了本发明实施例的具体结构，下面结合附图对本发明作进一步的描述。
本发明包括过热蒸汽发生装置和螺旋搅拌装置，其具体结构为：
定量配料输送机构包括料斗1、物料输送机2、称量料斗3和重力进料通道5，固体物料通过料斗1下方的控制阀落入物料输送机2，称量料斗3中的定量固体物料通过气动控制阀4进入重力进料通道5，重力进料通道5下端出口与灭菌工作腔35的进料口13对接。
截面为圆形的灭菌工作腔35内径至少为对应固体物料最大直径的10倍，灭菌工作腔35一端设有安装法兰板32，该端的灭菌工作腔35顶部设有进料口13，灭菌工作腔35的进料口13说设有耐高温的密封圈12，并配有气动密封阀，所述的气动密封阀包括阀芯11、气缸8、活塞9和连杆10，活塞9置于气缸8，连杆10的一端与活塞连接，另一端穿越气缸8后与阀芯11连接，活塞9两端的气缸8壁上设有高压控制气出入口7；灭菌工作腔35的顶部还设有排气阀28和负压风机29；灭菌工作腔35周边外壁25上设有保温层27。
螺旋搅拌装置包括蒸汽旋转主轴18和叶片23，支撑蒸汽旋转主轴18的轴承22置于安装法兰板32，支撑蒸汽旋转主轴18的轴承22还配有耐高温的密封圈21；所述的蒸汽旋转主轴18的中心为蒸汽通道20，蒸汽旋转主轴18的外壁上设有一组呈螺旋状均匀分布的与蒸汽通道20沟通的含有蒸汽喷口的支撑管24，蒸汽旋转轴18通过轴承22支撑在灭菌工作腔35的中轴线上，所述的叶片23为螺旋板，螺旋板由所述的支撑管24支撑。
出料腔34是与灭菌工作腔35对应的圆柱腔室，它们位于同一中轴线，灭菌工作腔35的出料口位于出料腔34与灭菌工作腔的结合部，出料腔34的下方设有卸料口36，出料腔34上设有卸料气缸30，卸料气缸30上设有与卸料口36对应的推杆31；灭菌工作腔的出料口上设有耐高温的密封圈，并配有气动密封阀，灭菌工作腔出料口的气动密封阀置于出料腔34中，所述的气动密封阀也包括阀芯11、气缸8、活塞9和连杆10，活塞9置于气缸8，连杆10的一端与活塞连接，另一端穿越气缸8后与阀芯11连接，活塞9两端的气缸8壁上设有高压控制气出入口7。
在本实施例中：重力进料通道5上还配有振荡器6，螺旋搅拌装置蒸汽旋转主轴18是由一个轴承22支撑于灭菌工作腔35中，螺旋搅拌装置由变频减速电机14驱动，所述的变频减速电机14通过联轴器15与蒸汽旋转主轴18连接,所述蒸汽旋转主轴18的中心的蒸汽通道20通过蒸汽旋转轴连接器19、不锈钢管道17和过热蒸汽阀16与过热蒸汽发生装置(图中未显示)连接；灭菌工作腔35周边外壁与保温层27之间还设有电加热层26。
具体实施时，所述的螺旋搅拌装置也可以在蒸汽旋转主轴18两端分别设置一个轴承22，由它们将螺旋搅拌装置支撑于灭菌工作腔35中。所述的秤量料斗3采用三点安装式秤量传感器，当称量料斗3内的物料达到设定量时，即刻发出控制信号，使料斗1停止下料，物料输送机2停止运行，只有当称量料斗3内物料全部进入重力进料通道5并关闭气动控制阀4后，料斗1和物料输送机2方可重新启动。
具体实施时，所述的物料输送机2可以选择皮带输送机或螺杆输送机。
具体实施时，所述的灭菌工作腔35可以采用如图1所示的呈水平状态，也可以呈垂直状态。当灭菌工作腔35呈垂直状态时，驱动螺旋搅拌装置的变频减速电机14以及相应的蒸汽通道20位于灭菌工作腔35的顶部，出料腔34位于灭菌工作腔35的底部。
具体实施时，所述的称量料斗3、重力进料通道5、灭菌工作腔35、蒸汽旋转主轴18、支撑管24、叶片23、出料腔34以及灭菌工作腔35进出料口的阀芯11和出料腔34的卸料气缸30带动的推杆31均采用不锈钢制作，其中重力进料通道5为不锈钢片材；涉及的耐高温密封圈12和21的材质采用聚四氟或碳纤维，所述密封圈中间还内衬不锈钢V形弹簧圈来增加密封圈张力和密封的可靠性，其中位于灭菌工作腔35进料口13和出料口的耐高温密封圈12与气动密封阀的阀芯11之间的结合摩擦面上还增设陶瓷涂层。
由图2可见，所述的蒸汽旋转主轴18的中心为蒸汽通道20，蒸汽旋转主轴18的外壁上设有一组呈螺旋状均匀分布的与蒸汽通道20沟通的含有蒸汽喷口的支撑管24，蒸汽旋转轴18通过轴承22支撑在灭菌工作腔35的中轴线上，当所述的叶片23由所述的支撑管24支撑后，由螺旋搅拌装置的端部看，由螺旋板构建的叶片23与蒸汽旋转主轴18之间为一空心环，具体实施时，空心环的内环和外环之间的间距至少为对应固体物料最大尺寸的2倍，螺旋板构建的叶片23螺距至少为对应固体物料最大尺寸的1.2倍。
在图1中，当气动密封阀的阀芯11，关闭灭菌工作腔35与出料腔34之间的出料口时，卸料气缸30带动的推杆31是缩在顶部中的，由图3可见，当卸料时，气动密封阀的阀芯11后退完全让开卸料口36，此时，卸料气缸30带动的推杆31由顶部伸出，可以推动固体物料由卸料口36排出。
由图4可见，卸料气缸30也可以采用气缸控制，气缸的活塞两端分别设置高压控制气出入口33驱动推杆31往返伸缩运动。
本发明可以用于处理的固体物料，所述的固体物料包括块状物料或杆状物料，其中块状物料尺寸为5mm-10cm，杆状物料的直径和长度均不大于10cm，如果超出所述尺寸的上限，应该对其进行分割，使其符合本发明的加工范围。
本发明的工作过程是：
将符合规格的待加工固体物料置于料斗1中，物料通过料斗1下方的控制阀落入物料输送机2，物料输送机2将固体物料送入秤量料斗3，当物料达到设定值时，秤量料斗3发出控制信号，使料斗1和物料输送机2停止工作，同时开启气动控制阀4，此时由于灭菌工作腔35进料口13的气动密封阀是处于开启状态(出料口的气动密封阀是处于关闭状态)，固体物料可以通过重力进料通道5进入灭菌工作腔35，当秤量料斗3的固体物料完全排空，且气动控制阀4关闭后，方可重新使料斗1和物料输送机2进入工作状态。
当灭菌工作腔35的固体物料没有排空时，气动控制阀4始终处于关闭状态。
当固体物料进入灭菌工作腔35后，关闭进料口13的气动密封阀，使灭菌工作腔35处于密封状态，此时变频减速机14则驱动蒸汽旋转主轴18往复转动，不断翻动固体物料，同时开启过热蒸汽阀16，使过热蒸汽发生装置产生的过热气体通过不锈钢管道17、过热蒸汽阀16和蒸汽旋转轴连接器19进入与蒸汽旋转主轴18的中心的蒸汽通道20、并由支撑管24的喷口在喷入灭菌工作腔35，对固体物料瞬间快速灭菌。
灭菌结束后，关闭过热蒸汽阀16.开启排气阀28和负压风机29，使灭菌工作腔35快速降压，当压力平衡后，开启灭菌工作腔35与出料腔34之间的气动密封阀，固体物料在叶片23的驱动下进入出料腔34，此时卸料气缸30驱动推杆31，将灭菌后的固体物料由卸料口36排出
当完全清空后，卸料气缸30停止工作，使推杆31缩回，再重新关闭灭菌工作腔35与出料腔34之间的气动密封阀，开启灭菌工作腔35与进料口13的气动密封阀，开启气动控制阀4，使系统进入下一个循环。
当开启气动控制阀4时，可以同步开启重力进料通道5上振荡并使其与进料口13的气动密封阀同步关闭。
灭菌过程中，如果灭菌工作腔35的温度低于设定值，则可以启动电加热器26，为灭菌工作腔35加热。
鉴于本系统涉及的控制模式并不复杂，根据本发明的基本要求，本领域的普通电气工程师很容易设计出多种电路形式予以实现，因此，其控制电路不作特别强调，也不刻意寻求控制电路的专利保护。
申请人根据本实施例技术方案构建的样机进行了实验，步骤如下：灭菌仓预热到灭菌温度，将设定量的中药材与加热形成的过热蒸汽接触，过热蒸汽温度为155-180℃，控制灭菌时间为10-40秒，并保持灭菌仓压力为0.15-0.4MPa。灭菌后，将中药材输送至储料罐。实验详细步骤参见：“非无菌药品微生物限度标准”2015版《中国药典》。其检测如下表1所示：
表1白芷药材过热蒸汽瞬时灭菌样品检测结果
本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种由过热蒸气对固体物料快速灭菌的装置，包括过热蒸汽发生装置和螺旋搅拌装置，其特征在于：被处理的固体物料为块状物料或杆状物料，所述固体物料由定量配料输送机构送入截面为圆形的灭菌工作腔，螺旋搅拌装置同心置于灭菌工作腔中，灭菌工作腔的出料口位于螺旋搅拌装置的一端，灭菌工作腔通过该出料口与出料腔对接；其具体结构为：
a)定量配料输送机构包括料斗、物料输送机、称量料斗和重力进料通道，固体物料通过料斗下方的控制阀落入物料输送机，称量料斗中的定量固体物料通过气动控制阀进入重力进料通道，重力进料通道下端出口与灭菌工作腔的进料口对接；
b) 截面为圆形的灭菌工作腔内径至少为对应固体物料最大直径的10倍，灭菌工作腔一端设有安装法兰板，该端的灭菌工作腔顶部设有进料口，灭菌工作腔的进料口设有耐高温的密封圈，并配有气动密封阀，气动密封阀包括阀芯、连杆、气缸和活塞；灭菌工作腔的顶部还设有排气阀和负压风机；灭菌工作腔周边外壁上设有保温层；
c)螺旋搅拌装置包括蒸汽旋转主轴、叶片和支撑蒸汽旋转主轴的轴承，支撑蒸汽旋转主轴的轴承置于安装法兰板，支撑蒸汽旋转主轴的轴承配有耐高温的密封圈；所述的蒸汽旋转主轴的中心为蒸汽通道，蒸汽旋转主轴的外壁上设有一组呈螺旋状均匀分布的与蒸汽通道沟通的含有蒸汽喷口的支撑管，蒸汽旋转轴通过轴承支撑在灭菌工作腔的中轴线上，所述的叶片为螺旋板，螺旋板由所述的支撑管支撑，由端部看，螺旋板与蒸汽旋转主轴之间为一空心环，所述空心环的内环和外环之间的间距至少为对应固体物料最大尺寸的2倍，螺旋板的螺距至少为对应固体物料最大尺寸的1.2倍；
d)出料腔是与灭菌工作腔对应的圆柱腔室，它们位于同一中轴线，灭菌工作腔的出料口位于出料腔与灭菌工作腔的结合部，出料腔的下方设有卸料口，出料腔上设有卸料气缸，卸料气缸配有与卸料口对应的推杆；灭菌工作腔的出料口上设有耐高温的密封圈，并配有气动密封阀，灭菌工作腔出料口的气动密封阀置于出料腔中。
2.根据权利要求1所述的由过热蒸气对固体物料快速灭菌的装置，其特征在于：螺旋搅拌装置的蒸汽旋转主轴至少由一端的轴承支撑于灭菌工作腔中，螺旋搅拌装置由变频减速电机驱动，所述的变频减速电机通过联轴器与蒸汽旋转主轴连接,所述蒸汽旋转主轴的中心的蒸汽通道通过蒸汽旋转轴连接器和过热蒸汽阀与过热蒸汽发生装置连接；灭菌工作腔周边外壁与保温层之间还设有电加热层。
3.根据权利要求1所述的由过热蒸气对固体物料快速灭菌的装置，其特征在于：所述的秤量料斗采用三点安装式秤量传感器，当称量料斗内的物料达到设定量时，即刻发出控制信号，使物料输送机停止，只有当称量料斗内物料全部进入重力进料通道并关闭气动控制阀后，物料输送机方可重新启动。
4.根据权利要求1所述的由过热蒸气对固体物料快速灭菌的装置，其特征在于：所述的物料输送机可以选择皮带输送机或螺杆输送机。
5.根据权利要求1-4之一所述的由过热蒸气对固体物料快速灭菌的装置，其特征在于：所述的称量料斗、重力进料通道、灭菌工作腔、蒸汽旋转主轴、支撑管、叶片、出料腔以及灭菌工作腔进出料口的阀芯和出料腔的卸料气缸带动的推杆均采用不锈钢制作，其中重力进料通道为不锈钢片材，重力进料通道上还配有振荡器；涉及的耐高温密封圈的材质采用聚四氟或碳纤维，密封圈中间还内衬不锈钢V形弹簧圈来增加密封圈张力和密封的可靠性，其中位于灭菌工作腔进料口和出料口的耐高温密封圈与气动密封阀之间的结合摩擦面上还增设陶瓷涂层。
6.根据权利要求5所述的由过热蒸气对固体物料快速灭菌的装置，其特征在于：所述的块状物料的尺寸为5mm-10cm，所述杆状物料的直径和长度均不大于10cm。
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