CN118141033A - 饮料瞬时高温灭菌节能系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及杀菌装置技术领域，尤其是饮料瞬时高温灭菌节能系统及工艺。饮料瞬时高温灭菌节能系统及工艺，包括：进料管道，用于传送液体物料；换热器，用于液体物料之间的热量交换；热泵系统，用于降温冷却杀菌后的液体物料和加热升温待杀菌的物料；出料管道，与所述热泵系统连接；加热器，与所述换热器的高温通路的出料端连接，用于设备运行启动时对物料进行原始升温加热，所述加热器的出料端与热泵系统连接。本发明的饮料瞬时高温灭菌节能系统及工艺通过热泵系统的运用，能够将饮料升温和降温过程同时进行，且将降温的热量用于升温，实现热量在系统内部循环，正常运行过程中不需要额外热源及额外冷源，达到一举两得，一箭双雕的节能效果。

Description

饮料瞬时高温灭菌节能系统及工艺

技术领域

本发明涉及杀菌装置技术领域，尤其是饮料瞬时高温灭菌节能系统及工艺。

背景技术

饮料杀菌是饮料生产中的关键步骤，它能够保证产品的安全性和延长其保质期。饮料超高温杀菌工艺是将饮料加热至130℃以上，保持几十秒，这样可以几乎瞬间杀死所有的微生物，然后迅速冷却。目前，现有超高温杀菌需要专门的高温蒸汽加热设备或者电加热设备进行加热和独立的制冷设备进行冷却，设备投资和维护成本相对较高，特别是对于小型生产商来说可能承担不起；另外，达到超高温度需要消耗大量的热源，特别是在加热和冷却过程中，能源消耗都比较高，双倍生产成本。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的不足之处，提供饮料瞬时高温灭菌节能系统及工艺，可以节约大量的能量消耗。

本发明的目的是以下述方式实现的：饮料瞬时高温灭菌节能系统，包括：

进料管道，用于传送液体物料；

换热器，其低温通路的进料端与所述进料管道连接，其低温通路的出料端与第一加热后管道相连，其高温通路的进料端与第三加热后管道相连，其高温通路的出料端与第一降温后管道相连，用于冷液体物料与加热后液体物料进行热量交换；

热泵系统，连接于换热器低温通路的出料端和高温通路的出料端，用于冷却杀菌后的液体物料和加热待杀菌的液体物料；

出料管道，与所述热泵系统连接；

加热器，通过加热管道与所述换热器的高温通路的出料端相连接，用于开始启动时对液体物料进行预加热，所述加热器的出料端与热泵系统连接；

第一球阀，设于所述加热管道上；

第一降温后管道，其进料端与所述换热器的高温通路的出料端连接，其出料端与热泵系统连接，所述第一降温后管道与加热器并联交替使用；

第二球阀，设于所述第一降温后管道上。

作为本发明技术方案的一种可选方案，所述热泵系统包括第一热泵系统和第二热泵系统；

所述第一热泵系统包括：

高温热泵蒸发器，其进料端与所述第一降温后管道的出料端连接，用于对液体物料进行第二次冷却；

高温热泵冷凝器，通过高温热泵压缩机用于吸收高温热泵蒸发器的热量对液体物料进行第二次加热，其进料端通过第一加热后管道与所述换热器的低温通路的出料端相连。

作为本发明技术方案的一种可选方案，所述第二热泵系统包括：

复叠式低温热泵蒸发器，其进料端通过第二降温后管道与所述高温热泵蒸发器的出料端连接，用于对液体物料进行进一步冷却，其出料端与所述出料管道连接；

复叠式高温热泵冷凝器，通过复叠式热泵压缩机用于吸收复叠式低温热泵蒸发器的热量对液体物料进行第三次加热，其进料端通过第二加热后管道与所述高温热泵冷凝器的出料端连接，其出料端通过第三加热后管道与所述换热器的高温通路的进料端连接。

另外，本发明还提供了饮料瞬时高温灭菌节能工艺，包括使用上述的系统，包括以下步骤：

S1：液体物料首次加热时，第二球阀关闭，第一球阀打开，液体物料通过进料管道依次通过换热器的低温通路、第一加热后管道、高温热泵冷凝器、第二加热后管道、复叠式高温热泵冷凝器、第三加热后管道、换热器的高温通路进入到加热器中，对液体物料进行预加热，加热至第三加热后管道的液体物料温度≥130℃，停止加热工作；

S2：关闭第一球阀，打开第二球阀，让新进入的液体物料不流经加热器，从进料管道流入换热器的低温通路，与换热器的高温通路内的≥130℃的高温液体物料进行热量交换，进行第一次加热，同时换热器内的高温通路内的高温液体物料进行第一次冷却；

S3：第一次加热后液体物料经第一加热后管道后进入到高温热泵冷凝器中再进行第二次加热，与此同时从换热器的高温通路中流出的第一次冷却后的高温液体物料通过第一降温后管道进入到高温热泵蒸发器中进行第二次冷却，高温热泵蒸发器吸收的热量用于加热高温热泵冷凝器中的液体物料，使进入第二加热后管道的液体物料温度≥100℃；

S4：第二次加热后液体物料经第二加热后管道进入到复叠式高温热泵冷凝器中进行第三次加热，与此同时第二次冷却后的高温液体经第二降温后管道进入到复叠式低温热泵蒸发器中进行第三次冷却，复叠式低温热泵蒸发器吸收的热量用于加热复叠式高温热泵冷凝器中的液体物料，使复叠式高温热泵冷凝器中液体物料进行加热，使进入第三加热后管道的液体物料温度≥130℃；

S5：第三次加热后液体物料经第三加热后管道进入到换热器的高温通路中，对换热器中的低温通路的新进入的待杀菌的低温液体物料进行热交换，完成第一次冷却，同时新进入的待杀菌的液体物料进行第一次加热，完成第一次升温，如此循环，连续不断的完成液体物料升温杀菌、降温冷却的全过程；

S6：第三次冷却后的液体物料从出料管道进入储液罐或者直接进入自动灌装包装机，完成整个高温连续瞬时杀菌。

本发明的有益效果是：

（1）本发明的饮料瞬时高温灭菌节能系统及工艺通过热泵系统的运用，该能够将饮料在升温和降温过程中的热能进行回收，实现能量循在系统内部循环使用，无需外部加热热源，和外部冷却冷源，节约了双倍能源；

（2）本发明的饮料瞬时高温灭菌节能系统及工艺的整个加热和降温的流程可以进行自动化控制，减少了人工操作的复杂性和可能导致的错误，提高了生产效率和产品一致性，并且该系统的设计使得它可以根据生产需求进行调整，扩展性强，适应不同规模的生产线。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中饮料瞬时高温灭菌节能系统结构示意图。

附图标记：

100-换热器；200-加热器；300-高温热泵蒸发器；400-复叠式低温热泵蒸发器；500-高温热泵冷凝器；600-复叠式高温热泵冷凝器；700-复叠式热泵压缩机；800-高温热泵压缩机；

111-进料管道；112-加热管道；113-第一降温后管道；114-出料管道；115-第三加热后管道；116-第二降温后管道；117-第一加热后管道；118-第二加热后管道；

121-第一球阀；122-第二球阀。

具体实施方式

下面将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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

在实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”等应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中介媒体相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明公开了饮料瞬时高温灭菌节能系统，如图1所示，包括：进料管道111、换热器100、热泵系统、出料管道114、加热器200。

其中：进料管道111用于传送液体物料；换热器100的低温通路的进料端与进料管道111的出料端连接，低温通路的出料端与热泵系统通过第一加热后管道117相连，用于交换液体物料之间的热量；热泵系统与换热器100的低温通路的出料端和高温通路的出料端分别相连，用于冷却杀菌后的液体物料和加热待杀菌的液体物料；加热器200通过加热管道112与换热器100的高温通路出料端连接，用于启动初始时对液体物料进行加热，加热器200的出料端与热泵系统连接；加热管道112上设有第一球阀121；第一降温后管道113的进料端与换热器100的高温通路的出料端连接，其出料端与热泵系统连接，第一降温后管道113与加热器200并联交替使用；第一降温后管道113上设有第二球阀122。

作为本发明的进一步实施方式，热泵系统包括第一热泵系统和第二热泵系统。

具体的，第一热泵系统包括：高温热泵蒸发器300和高温热泵冷凝器500。其中：高温热泵蒸发器300的进料端与加热器200的出料端和第一降温后管道113的出料端连接，用于对液体物料进行冷却；高温热泵冷凝器500通过高温热泵压缩机800用于吸收高温热泵蒸发器300的热量对液体物料进行加热，其进料端通过第一加热后管道117与换热器100的低温通路出料端连接。

第二热泵系统包括：复叠式低温热泵蒸发器400和复叠式高温热泵冷凝器600。其中：复叠式低温热泵蒸发器400的进料端通过第二降温后管道116与高温热泵蒸发器300的出料端连接，用于对液体物料进行进一步冷却，其出料端与出料管道114连接；复叠式高温热泵冷凝器600通过复叠式热泵压缩机700用于吸收复叠式低温热泵蒸发器400的热量对液体物料进行加热，其进料端通过第二加热后管道118与高温热泵冷凝器500的出料端连接，其出料端通过第三加热后管道115与换热器100的高温通路进料端连接。

另外，本发明还提供了饮料瞬时高温灭菌节能工艺，包括以下步骤：

S1：液体物料首次加热时，第二球阀122关闭，第一球阀121打开，液体物料通过进料管道111依次通过换热器100的低温通路、第一加热后管道117、高温热泵冷凝器500、第二加热后管道118、复叠式高温热泵冷凝器600、第三加热后管道115、换热器100的高温通路进入到加热器200中，对液体物料进行预加热，加热至第三加热后管道115的液体物料温度≥130℃，停止加热工作；

S2：关闭第一球阀121，打开第二球阀122，让新进入的液体物料不流经加热器200，从进料管道111流入换热器100的低温通路，与换热器100的高温通路内的≥130℃的高温液体物料进行热量交换，进行第一次加热，同时换热器100内的高温通路内的高温液体物料进行第一次冷却；

S3：第一次加热后液体物料经第一加热后管道117后进入到高温热泵冷凝器500中再进行第二次加热，与此同时从换热器100的高温通路中流出的第一次冷却后的高温液体物料通过第一降温后管道（113）进入到高温热泵蒸发器300中进行第二次冷却，高温热泵蒸发器300吸收的热量用于加热高温热泵冷凝器500中的液体物料，使进入第二加热后管道的液体物料温度≥100℃；

S4：第二次加热后液体物料经第二加热后管道118进入到复叠式高温热泵冷凝器600中进行第三次加热，与此同时第二次冷却后的高温液体经第二降温后管道116进入到复叠式低温热泵蒸发器400中进行第三次冷却，复叠式低温热泵蒸发器400吸收的热量用于加热复叠式高温热泵冷凝器600中的液体物料，使复叠式高温热泵冷凝器600中液体物料进行加热，使进入第三加热后管道的液体物料温度≥130℃；

S5：第三次加热后液体物料经第三加热后管道115进入到换热器100的高温通路中，对换热器100中的低温通路的新进入的待杀菌的低温液体物料进行热交换，完成第一次冷却，同时新进入的待杀菌的液体物料进行第一次加热，完成第一次升温，如此循环，连续不断的完成液体物料升温杀菌、降温冷却的全过程；

S6：第三次冷却后的液体物料从出料管道114进入储液罐或者直接进入自动灌装包装机，完成整个高温连续瞬时杀菌。

本发明的节能灭菌工艺由第一级加热也就是换热器100，第二加热器也就是高温热泵冷凝器500，第三加热器也就是复叠式高温热泵冷凝器600等组成了一个三级加热系统，对管道中流动的饮料进行三级逐步加热至130℃以上进行瞬时灭菌后接着流入换热器100进行初步降温，降温后的热量同时传给了新流入的低温饮料，同时让新进入的低温饮料进行换热后升温，这个过程是降温冷却和升温杀菌同时进行的。

例如，新流入的冷饮料温度为20℃，杀菌后第三加热后管道115内的饮料温度为130℃，那么经过换热器100换热后，饮料的温度降温50℃，使第一降温后管道113内变成了80℃，而第一加热后管道117内的饮料吸经收热量后升温50℃变成了70℃，第一降温后管道113内80℃的饮料流经高温热泵蒸发器降温30℃，使第二降温后管道116内的温度变成了50℃，而30℃的热量被高温热泵压缩机800输送至高温热泵冷凝器500后，饮料升高了30℃，使第二加热后管道118内饮料的温度变成了100℃，第二降温后管道116内的50℃的饮料流经复叠式低温热泵蒸发器400内降低30℃，进入到出料管道114内物料变成了20℃完成降温，流入合格的储存装置或者在线包装设备。而第二加热后管道118内的100℃饮料经过复叠式高温热泵冷凝器600后升高了30℃，使进入到第三加热后管道115内的饮料变成了130℃，完成了高温瞬时灭菌过程，然后又流经了换热器100，这样周而复始，饮料不断的流动，不断的完成升温灭菌，冷却降温的过程，并不需要额外加热热源和冷却冷源，整个高温灭菌过程只有刚开始启动升温时，需要关闭第二球阀122、打开第一球阀121让饮料流经额外热源加热器进行预热一段时间就可以了。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础；当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

Claims (4)

1.饮料瞬时高温灭菌节能系统，其特征在于，包括：

进料管道（111），用于传送液体物料；

换热器（100），其低温通路的进料端与所述进料管道（111）连接，其低温通路的出料端与第一加热后管道（117）相连，其高温通路的进料端与第三加热后管道（115）相连，其高温通路的出料端与第一降温后管道（113）相连，用于冷液体物料与加热后液体物料进行热量交换；

热泵系统，连接于换热器（100）低温通路的出料端和高温通路的出料端，用于冷却杀菌后的液体物料和加热待杀菌的液体物料；

出料管道（114），与所述热泵系统连接；

加热器（200），通过加热管道（112）与所述换热器（100）的高温通路的出料端相连接，用于开始启动时对液体物料进行预加热，所述加热器（200）的出料端与热泵系统连接；

第一球阀（121），设于所述加热管道（112）上；

第一降温后管道（113），其进料端与所述换热器（100）的高温通路的出料端连接，其出料端与热泵系统连接，所述第一降温后管道（113）与加热器（200）并联交替使用；

第二球阀（122），设于所述第一降温后管道（113）上。

2.根据权利要求1所述的饮料瞬时高温灭菌节能系统，其特征在于，所述热泵系统包括第一热泵系统和第二热泵系统；

所述第一热泵系统包括：

高温热泵蒸发器（300），其进料端与所述第一降温后管道（113）的出料端连接，用于对液体物料进行第二次冷却；

高温热泵冷凝器（500），通过高温热泵压缩机（800）用于吸收高温热泵蒸发器（300）的热量对液体物料进行第二次加热，其进料端通过第一加热后管道（117）与所述换热器（100）的低温通路的出料端相连。

3.根据权利要求2所述的饮料瞬时高温灭菌节能系统，其特征在于，所述第二热泵系统包括：

复叠式低温热泵蒸发器（400），其进料端通过第二降温后管道（116）与所述高温热泵蒸发器（300）的出料端连接，用于对液体物料进行进一步冷却，其出料端与所述出料管道（114）连接；

复叠式高温热泵冷凝器（600），通过复叠式热泵压缩机（700）用于吸收复叠式低温热泵蒸发器（400）的热量对液体物料进行第三次加热，其进料端通过第二加热后管道（118）与所述高温热泵冷凝器（500）的出料端连接，其出料端通过第三加热后管道（115）与所述换热器（100）的高温通路的进料端连接。

4.饮料瞬时高温灭菌节能工艺，其特征在于，使用权利要求3所述的系统，包括以下步骤：

S1：液体物料首次加热时，第二球阀（122）关闭，第一球阀（121）打开，液体物料通过进料管道（111）依次通过换热器（100）的低温通路、第一加热后管道（117）、高温热泵冷凝器（500）、第二加热后管道（118）、复叠式高温热泵冷凝器（600）、第三加热后管道（115）、换热器（100）的高温通路进入到加热器（200）中，对液体物料进行预加热，加热至第三加热后管道（115）的液体物料温度≥130℃，停止加热工作；

S2：关闭第一球阀（121），打开第二球阀（122），让新进入的液体物料不流经加热器（200），从进料管道（111）流入换热器（100）的低温通路，与换热器（100）的高温通路内的≥130℃的高温液体物料进行热量交换，进行第一次加热，同时换热器（100）内的高温通路内的高温液体物料进行第一次冷却；

S3：第一次加热后液体物料经第一加热后管道（117）后进入到高温热泵冷凝器（500）中再进行第二次加热，与此同时从换热器（100）的高温通路中流出的第一次冷却后的高温液体物料通过第一降温后管道（113）进入到高温热泵蒸发器（300）中进行第二次冷却，高温热泵蒸发器（300）吸收的热量用于加热高温热泵冷凝器（500）中的液体物料，使进入第二加热后管道的液体物料温度≥100℃；

S4：第二次加热后液体物料经第二加热后管道（118）进入到复叠式高温热泵冷凝器（600）中进行第三次加热，与此同时第二次冷却后的高温液体经第二降温后管道（116）进入到复叠式低温热泵蒸发器（400）中进行第三次冷却，复叠式低温热泵蒸发器（400）吸收的热量用于加热复叠式高温热泵冷凝器（600）中的液体物料，使复叠式高温热泵冷凝器（600）中液体物料进行加热，使进入第三加热后管道的液体物料温度≥130℃；

S5：第三次加热后液体物料经第三加热后管道（115）进入到换热器（100）的高温通路中，对换热器（100）中的低温通路的新进入的待杀菌的低温液体物料进行热交换，完成第一次冷却，同时新进入的待杀菌的液体物料进行第一次加热，完成第一次升温，如此循环，连续不断的完成液体物料升温杀菌、降温冷却的全过程；

S6：第三次冷却后的液体物料从出料管道（114）进入储液罐或者直接进入自动灌装包装机，完成整个高温连续瞬时杀菌。