CN111518678A - 一种水溶性发酵液节能灭菌换热系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水溶性发酵液灭菌节能换热系统及方法，系统包括包括依次相连接的连消罐、连消泵、蒸汽喷射器、维持罐，所述维持罐通过两个串联的第一板式换热器和第二板式换热器后与发酵罐相连接，所述维持罐排出的热介质通过所述第一板式换热器与冷介质进行热交换，所述第一板式换热器排出的热介质通过所述第二板式换热器与自来水进行热交换。本方法将通过蒸汽喷射器后的热料进入维持罐消毒后，进入板式换热器，在板式换热器中有两部分热交换，消毒后物料首先给未消毒的冷料预热，通过自来水给热料降温，换热后的自来水再重新进入连消罐利用，再经过蒸汽喷射器加热消毒，经过板式换热器降温后，进入发酵罐，即减少了循环水的热负荷，又能降低蒸汽的使用量，达到节能降耗的效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种节能灭菌换热系统，尤其是一种水溶性发酵液节能灭菌换热系统及方法。
背景技术
目前很多发酵企业都采用蒸汽灭菌消毒，消毒完的物料再使用冷却水降温后才能使用。发酵企业大多采用循环水对消毒后的高温物料进行降温，这样既增加了循环水的热负荷也增加了冷却系统的能耗。
发酵企业一般是直接将温度16℃-20℃的自来水通入加热温度120℃-130℃的消毒加热系统中。
大量的热量流失，面对日渐严峻的水资源匮乏及节能环保要求，需提供更节能环保的新工艺。
发明内容
本发明提供了一种水溶性发酵液节能灭菌换热系统及方法，目的在于改进已有技术的不足，针对以上提到的问题，在生产实践的基础上，将发酵灭菌系统改进完善。
一种水溶性发酵液节能灭菌换热系统，包括依次相连接的连消罐、连消泵、蒸汽喷射器、维持罐，所述维持罐通过两个串联的第一板式换热器和第二板式换热器后与发酵罐相连接，所述维持罐排出的热介质通过所述第一板式换热器与冷介质进行热交换，所述第一板式换热器排出的热介质通过所述第二板式换热器与自来水进行热交换。
所述连消泵通过管道与蒸汽喷射器直接相连接，所述连消泵与蒸汽喷射器之间的管道依次设置有三个控制阀门，分别为第三控制阀门、第四控制阀门、第五控制阀门，所述第三控制阀门和第四控制阀门之间设置有与第一板式换热器相连接的进料管道；所述第四控制阀门和第五控制阀门之间设置有与第一板式换热器相连接的出料管道。
所述第一板式换热器和所述第二板式换热器的结构相同，所述维持罐排出的热介质通过所述第一板式换热器与冷介质进行热交换后进入所述第二板式换热器。
所述第二板式换热器与连消罐相连接，所述自来水在所述第二板式换热器内经过换热后进入连消罐。
所述自来水进入连消罐后为所述水溶性发酵液节能灭菌换热系统提供热水，经过所述蒸汽喷射器加热消毒后，再经过两个板式换热器降温后进入发酵罐。
换热系统中各装置的连接管道上均设置有控制阀门。
所述第一板式换热器中的热介质和冷介质为水溶性发酵液，所述第二板式换热器中的热介质为水溶性发酵液。
一种水溶性发酵液节能灭菌换热方法，在上述水溶性发酵液节能灭菌换热系统中进行灭菌换热，包括以下步骤：
S1：所述水溶性发酵液节能灭菌换热系统开始作业，首先用连消泵将可溶性发酵液从所述连消罐打出，经过所述蒸汽喷射器升温至120℃-123℃后进入维持罐，当所述维持罐打满预定量之后，消毒后的热发酵液进入两个串联的板式换热器的热管道进口，进行换热降温后，从热管道出口进入发酵罐；
S2：将所述连消泵直接通往蒸汽喷射器的管道关闭，开启连消泵通往所述第一板式换热器的冷管道进口，以及第一板式换热器的冷管道出口通往蒸汽喷射器的管道，冷发酵液进入所述第一板式换热器的冷管道与热管道中消毒后的热发酵液进行换热，达到为初始的冷发酵液预热升温；
S3：采用自来水在所述第二板式换热器的冷管道里给第二板式换热器的热管道的热发酵液继续降温，降温至35℃-40℃，换热后的自来水温度升至70℃-80℃进入连消罐，为连消罐提供热水；
S4：如以上步骤循环，直到连消物料达到发酵罐的定容后，所述水溶性发酵液节能灭菌换热系统停止进料。
其中，步骤S3中，吸收了热发酵液的热量后的自来水的温度为70℃-80℃，再重新利用蒸汽进行消毒利用，消毒温度为120℃-130℃。
本发明与已有技术相比较具有以下显著特点和积累效果：减少了蒸汽的使用量，节约了循环水的使用，降低了能耗，提高了使用效率，降低了生产成本。
附图说明
图1是所述水溶性发酵液节能灭菌换热系统的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，所述水溶性发酵液节能灭菌换热系统包括连消罐3、连消泵5、蒸汽喷射器9、维持罐11、第一板式换热器13、第二板式换热器14以及发酵罐15。所述连消罐3与连消泵5相连接，所述连消泵5与蒸汽喷射器9、第一板式换热器13分别相连接，所述蒸汽喷射器9与维持罐11相连接，所述维持罐11与所述第一板式换热器13相连接，所述第一板式换热器13与第二板式换热器14相连接，所述第二板式换热器14与发酵罐15相连接。在各个连接管道上均设置有控制阀门。
具体来说：
所述可溶性发酵液1通过第一管道与连消罐3相连接，所述第一管道设置有第一控制阀门2；
所述连消罐3通过第二管道与连消泵5相连接，所述第二管道设置有第二控制阀门4；
所述连消泵5通过第三管道与蒸汽喷射器9相连接，所述第三管道上依次设置有第三控制阀门6、第四控制阀门7、第五控制阀门8；
所述第三控制阀门6、第四控制阀门7之间设置有与第三管道相连接的第四管道，所述第四管道与第一板式换热器13相连接，所述第四管道上设置有第六控制阀门16；
所述第四控制阀门7、第五控制阀门8之间设置有与第三管道相连接的第五管道，所述第五管道与第一板式换热器13相连接，所述第五管道上设置有第七控制阀门17；
所述蒸汽喷射器9通过第六管道与维持罐11相连接，所述第六管道设置有第八控制阀门10；
所述维持罐11通过第七管道与所述第一板式换热器13相连接，所述第七管道设置有第九控制阀门12；所述维持罐11也可以通过第八管道与第七管道相连接，所述第八管道设置有第十控制阀门22；
所述第一板式换热器13和第二板式换热器14的结构相同，均设置有热管道和冷管道，热管道为待冷却的管道，冷管道为待升温的管道，热管道两端的出入口为热液进口、热液出口，冷管道两端的出入口为冷液进口、冷液出口，需要冷却的热料从第一板式换热器13的热液进口进入，从第一板式换热器13的热液出口排出，然后进入第二板式换热器14的热液进口，从第二板式换热器14的热液出口排出，再进入发酵罐15；
需要加热的冷料经过第六控制阀门16，进入第一板式换热器13的冷液进口，从第一板式换热器13的冷液出口排出后，经过第七控制阀门17、第五控制阀门8进入蒸汽喷射器9；
需要加热的流动自来水19从第二板式换热器14的冷液进口进入，从第二板式换热器14的冷液出口排出；
所述第二板式换热器14的冷液出口通过第九管道与连消罐3进行连接，第九管道上设置有第十一控制阀门20和第十二控制阀门21。
本发明的使用过程如下所述：
S1：所述水溶性发酵液节能灭菌换热系统开始作业，用连消泵5将可溶性发酵液1从所述连消罐3打出，经过所述蒸汽喷射器9升温(至120℃-123℃左右)后进入维持罐11，当所述维持罐11打满(6t)之后，消毒后的热发酵液进入两个串联的板式换热器换热降温后，进入发酵罐15。
S2：此系统开启第六控制阀门16和第七控制阀门17两个阀门，关闭第四控制阀门7，冷发酵液进入所述第一板式换热器13进行换热，达到为初始的冷发酵液预热升温的效果。
S3：此系统用自来水18在第二板式换热器14里给热发酵液继续降温(一般降至35℃-40℃左右)。换热后的自来水(约70℃-80℃)进入连消罐3，为连消罐3提供热水。
S4：如此循环直到连消物料达到发酵罐15的定容(58t)，所述水溶性发酵液节能灭菌换热系统停止打料。
其中，
连消过程大约需要2h左右，需要将料液用蒸汽喷射器9升温至(120-130℃左右)，在维持罐11内保温一段时间，再通过板式换热器用冷发酵液和自来水两级降温至(35-40℃左右)进入发酵罐15。
本实施例中，
1、在该项技术应用前，用蒸汽给物料消毒时只能是有自来水(温度16℃-20℃)定容进消毒加热(温度120℃-130℃)系统，这样就需要大量的热量对其进行加热消毒。而使用本发明后是用蒸汽给吸收了热料的热量后的自来水(70℃-80℃)定容进消毒加热(温度120℃-130℃)系统，明显可以减少蒸汽的使用量。
2、在该项技术应用前，利用循环水给热料降温后，直接回到循环水系统，浪费了部分热量同时也增加了循环水系统的热负荷。而使用本发明后，不再使用循环水降温，完全避免了这种情况。
3、该项发明技术的使用最终可以节约蒸汽量如下：
原有技术：(消耗的蒸汽量设为M)(计算公式：蒸汽产热＝料液吸收热量+循环水带走热量)
(160℃－130℃)×2.1×103×M+2260×103×M＝(130℃－60℃)×4.2×103×(45－M)+(60℃－20℃)×4.2×103×45
最后计算得出消耗的蒸汽量：M＝7.94t
本发明：(消耗的蒸汽量设为M)(计算公式：蒸汽产热＝料液吸收热量)
(160℃－130℃)×2.1×103×M+2260×103×M＝(130℃－80℃)×4.2×103×(45－M)
最后计算得出消耗的蒸汽量：M＝3.73t
最终节省蒸汽量：7.94t－3.73t＝4.21t
本发明具有以下特点：
1)本发明将板式换热器循环水降温改为双系统降温：首先通过未消毒的冷料预热而降温；再通过流动自来水降温。流动自来水又变为消毒所用的溶剂，从而减少循环水的使用，降低了循环水的热负荷，自来水吸收了热量后温度为80℃-90℃。
2)流动自来水在给热料降温的过程，同时吸收了热料的热量后(70℃-80℃)回到连消罐再重新消毒利用。
3)进一步的，吸收了热料的热量后的自来水(70℃-80℃)再重新利用蒸汽进行消毒利用，消毒温度为(120℃-130℃)，明显可以减少蒸汽的使用量。
本发明实现了水溶性发酵液消毒后在板式换热系统中进行双系统换热：首先为未消毒的冷料预热而降温；再通过流加自来水降温。通过将蒸汽喷射器后的热料进入维持罐消毒后，进入板式换热器，在板式换热器中主要有两部分热交换，消毒后物料首先给未消毒的冷料预热，然后再通过自来水给热料降温。这样通过连消泵将水溶性发酵液打到板式换热器初步预热后再经过蒸汽喷射器加热消毒，降低蒸汽喷射器能耗要求，还能为发酵液初步降温。
通过自来水给热料降温，换热后的自来水回到连消罐为系统提供热水，使得换热后的自来水再重新进入连消罐利用，再经过蒸汽喷射器加热消毒，再经过板式换热器降温后，进入发酵罐，即减少了循环水的热负荷，又能降低蒸汽的使用量，达到节能降耗的效果。
Claims (9)
1.一种水溶性发酵液节能灭菌换热系统，其特征在于：包括依次相连接的连消罐(3)、连消泵(5)、蒸汽喷射器(9)、维持罐(11)，所述维持罐(11)通过两个串联的第一板式换热器(13)和第二板式换热器(14)后与发酵罐(15)相连接，所述维持罐(11)排出的热介质通过所述第一板式换热器(13)与冷介质进行热交换，所述第一板式换热器(13)排出的热介质通过所述第二板式换热器(14)与自来水(19)进行热交换。
2.根据权利要求1所述的水溶性发酵液节能灭菌换热系统，其特征在于：所述连消泵(5)通过管道与蒸汽喷射器(9)直接相连接，所述连消泵与蒸汽喷射器(9)之间的管道依次设置有三个控制阀门，分别为第三控制阀门(6)、第四控制阀门(7)、第五控制阀门(8)，所述第三控制阀门(6)和第四控制阀门(7)之间设置有与第一板式换热器(13)相连接的进料管道；所述第四控制阀门(7)和第五控制阀门(8)之间设置有与第一板式换热器(13)相连接的出料管道。
3.根据权利要求2所述的水溶性发酵液节能灭菌换热系统，其特征在于：所述第一板式换热器(13)和所述第二板式换热器(14)的结构相同，所述维持罐(11)排出的热介质通过所述第一板式换热器(13)与冷介质进行热交换后进入所述第二板式换热器(14)。
4.根据权利要求1所述的水溶性发酵液节能灭菌换热系统，其特征在于：所述第二板式换热器(14)与连消罐(3)相连接，所述自来水(19)在所述第二板式换热器(14)内经过换热后进入连消罐(3)。
5.根据权利要求4所述的水溶性发酵液节能灭菌换热系统，其特征在于：所述(19)自来水进入连消罐(3)后为所述水溶性发酵液节能灭菌换热系统提供热水，经过所述蒸汽喷射器(9)加热消毒后，再经过两个板式换热器降温后进入发酵罐(15)。
6.根据权利要求1所述的水溶性发酵液节能灭菌换热系统，其特征在于：换热系统中各装置的连接管道上均设置有控制阀门。
7.根据权利要求1-6任一所述的水溶性发酵液节能灭菌换热系统，其特征在于：所述第一板式换热器(13)中的热介质和冷介质为水溶性发酵液，所述第二板式换热器(14)中的热介质为水溶性发酵液。
8.一种水溶性发酵液节能灭菌换热方法，其特征在于，在权利要求7所述的水溶性发酵液节能灭菌换热系统中进行灭菌换热，包括以下步骤：
S1：所述水溶性发酵液节能灭菌换热系统开始作业，首先用连消泵(5)将可溶性发酵液从所述连消罐(3)打出，经过所述蒸汽喷射器(9)升温至120℃-123℃后进入维持罐(11)，当所述维持罐(11)打满预定量之后，消毒后的热发酵液进入两个串联的板式换热器的热管道进口，进行换热降温后，从热管道出口进入发酵罐(15)；
S2：将所述连消泵(5)直接通往蒸汽喷射器(9)的管道关闭，开启连消泵(5)通往所述第一板式换热器(13)的冷管道进口，以及第一板式换热器(13)的冷管道出口通往蒸汽喷射器(9)的管道，冷发酵液进入所述第一板式换热器(13)的冷管道与热管道中消毒后的热发酵液进行换热，达到为初始的冷发酵液预热升温；
S3：采用自来水(19)在所述第二板式换热器(14)的冷管道里给第二板式换热器(14)的热管道的热发酵液继续降温，降温至35℃-40℃，换热后的自来水温度升至70℃-80℃进入连消罐，为连消罐(3)提供热水；
S4：如以上步骤循环直到连消物料达到发酵罐(15)的定容后，所述水溶性发酵液节能灭菌换热系统停止进料。
9.根据权利要求8所述的水溶性发酵液节能灭菌换热方法，其特征在于：步骤S3中，吸收了热发酵液的热量后的自来水的温度为70℃-80℃，再重新利用蒸汽进行消毒利用，消毒温度为120℃-130℃。
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