CN201906234U

CN201906234U - 液态物料微波高压快速加热灭菌装置

Info

Publication number: CN201906234U
Application number: CN2010206170075U
Authority: CN
Inventors: 王皓; 计巧灵
Original assignee: Xinjiang University
Current assignee: Xinjiang University
Priority date: 2010-11-22
Filing date: 2010-11-22
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2020-11-22

Abstract

一种可以承受240℃以下和高压工况条件的立式液态物料微波高压快速加热灭菌装置，其特征是：利用高压泵将液态物料压入载料管中，采用微波将物料快速加热到工艺要求的温度。可用于食品、制药、酿造、农副产品的加工、有机肥生产及化工领域里，针对液态物料的快速加热及灭菌处理过程中。

Description

液态物料微波高压快速加热灭菌装置

一、涉及技术领域

“液态物料微波高压快速加热灭菌装置”涉及生物工程、医药、食品、化工和环境工程等技术领域。

二、背景技术

微波是指频率在300MHz～300GHz范围内的电磁波，最早被用于军用雷达及通讯领域；后来人们发现，利用微波辐照物体会产生热效应，使被辐照物的温度迅速升高。微波的这一特性目前已被广泛应用于食品及医药等行业，并且大量进入了家庭，其微波发生器及相应控制技术已比较成熟和完善。

采用传统的蒸汽加热灭菌方法，不仅加热设备复杂，加热时间较长，热力传输损耗较大，操作麻烦，工艺过程复杂，能耗也较高，实现自动化、智能化的在线加热控制难度相当大，操作及设备运行成本高；采用微波进行物料的加热灭菌是替代传统灭菌方法的最佳选择之一，具有设备简单、操作容易、能耗低、热敏性物质损失少、容易实现自动化连续操作等诸多优点。微波杀菌工艺过程不需要锅炉及其附属设备，没有蒸汽传输中的热损耗，不产生废气与废渣，符合当今国家大力倡导的节能减排要求和产业化技术改造升级的相关政策要求。

在食品、制药、农副产品加工、酿造、有机废物处理、固态发酵、化工、制造业等诸多领域，经常会遇到物料的加热与灭菌处理问题，通常需要加压才能使物料的温度达到120℃以上，才能达到杀灭细菌芽胞的温度，实现物料彻底被灭菌的目的。在现有的杀菌技术中，高温短时间杀菌的方法被证实是一种较好的杀菌方法，这种方法对灭菌物料的热敏物质损坏较小，杀菌效果较好。但这种方法针对较粘稠物料与悬浮物较多的物料的杀菌效果不尽人意，原因主要是这些物料不能快速通过狭小空间，被过热蒸汽或热媒快速加热到灭菌的温度。在普通管道中输送的液态物料采用蒸汽或热媒进行加热时，由于导热速率的原因，加热的均匀性及物料中心的升温速率是影响加热时间和效果的重要因素，对较粘稠或有悬浮物的液态物料影响更为显著。由于热传导需要一定的时间过程，难以在瞬间将普通管道中输送的这类物料快速加热，使高温短时间杀菌的方法在这种情况下难以应用。微波对上述物料的加热方式与目前的加热方式不同，它是利用快速震荡的电磁波，使物料中的极性小分子快速震动加热物料，能对较粘稠物料与悬浮物较多的液态物料快速加热，使高温短时间杀菌的方法能够应用于用普通管道输送这些物料的过程中。

三、发明内容

基于微波对在普通管道中输送的液态物料，尤其是较粘稠或有悬浮物的液态物料在短时间均匀快速加热的方式与目前的加热方式不同，它是利用快速震荡的电磁波，使物料中的极性小分子快速震动加热物料，能对较粘稠物料与悬浮物较多的液态物料快速加热原理，我们发明了液态物料微波高压快速加热灭菌装置，有效地解决了这一难题。

液态物料微波高压快速加热灭菌装置的设计制造：

采用大口径无缝钢管，两头用开孔法兰封闭，内涂微波反射涂料制作微波谐振腔，在钢管壁上按螺旋线根据工艺要求等距开孔，作为大功率微波导入孔，采用等功率微波发生器产生微波并用波导通过开孔导入谐振腔，这样就可以形成一个类似围绕同心圆柱体不断旋转的微波场，这样当液态物料通过该园柱体中心部位的载料管(输送管)时，就会被微波能均匀的快速加热。载料管的内径一般不超过300mm，外径与管式谐振腔内径一致，并嵌套于管式谐振腔内，中心的内管以厚壁管的形式通过谐振腔封闭法兰的开孔引出，采用密封和螺纹结构与承压的厚壁不锈钢管连接。

耐压的微波谐振腔采用厚壁无缝钢管为材料，按国家有关压力容器设计和生产标准制造；将微波发生器及其控制电路安装在谐振腔外便于维修和散热降温，微波发生器通过波导将微波输入微波谐振腔内。

载料管采用聚四氟乙烯、聚碳酸酯、改性聚乙烯、飞机雷达罩材料、工程陶瓷、钢化玻璃、耐热工程塑料、玻璃钢及耐火材料及其复合材料制备，无内衬或内衬钢化玻璃管、石英管、聚碳酸酯管、玻璃管等。

以上结构是液态物料微波高压快速加热灭菌装置的微波加热部分，它在工作时通常采用立式，亦可以采用卧式与斜式，采用立式的优点在于加热带有悬浮物或较粘稠的液态物料时，可以减少物料挂壁或沉淀结垢的现象发生。

该装置可以长期承受240℃以下的高压工况条件，只要微波的功率足够大，就可以将瞬间通过载料管中的液态物料加热到工艺要求的杀菌温度，实现物料的快速杀菌要求，载料管的内壁也可以采用复合材料或内衬，如内衬钢化玻璃管、石英管、聚碳酸酯管等，以适用于不同物料的特殊要求。

液态物料通过高压泵泵入载料管，高压泵根据物料性质选择，如高压离心泵、柱塞泵、螺杆泵、齿轮泵等。

物料快速杀菌后需要快速降温，可以在上述加热装置后根据工艺要求采用列管式、板式等形式的高效换热器，采用水、冷空气、液氨、液氮等冷媒对物料进行强制降温。

在液态物料的微波加热杀菌过程中，我们在液态物料微波高压快速加热灭菌装置的进料口、出料口，换热器进出料口，均采用温度和压力测控装置来准确测量控制微波加热物料的温度与物料的压力。

采用安装在谐振腔外的温度和压力测控器，在线测控被杀菌物料的温度压力，容易精确控制载料管中液态物料的加热程度，实现瞬时杀菌的目的。

载料管采用直长管的形式，可以实现液态物料在常规输送过程中进行快速加热与杀菌处理，同时清洗十分方便，届时有少量结垢现象也容易处理，尤其对于含有易沉淀悬浮物的液态流体及较粘稠的物料，也能实现快速加热杀菌的处理，这是目前传统加热杀菌方法难以实现的。该装置结构简单、紧凑，容易控制，清洗维修方便，节能减排效果好，有较广泛的应用价值。

四、附图说明

图1液态物料微波高压快速加热灭菌装置示意图：

1、物料贮罐；2、高压泵；3、进料口；4、第一压力测控器；5、第一温度测控器；6、微波谐振腔上密封法兰；7、管式微波谐振腔；8、微波加热器外罩；9、微波发生器；10、耐压载料管；11、载料管中心衬管；12、微波谐振腔下密封法兰；13、第二压力测控器；14、第二温度测控器；15、冷媒引出管；16、换热器；17、换热器内部列管；18、冷媒输入管；19、物料流量控制阀；20、第三温度测控器；21、出料口。

五、具体实施方式

1、在酱油、食醋的生产过程中，瓶装和袋装酱油、食醋在包装前需要进行杀菌处理。将贮料罐(1)内需杀菌的酱油或食醋由液压泵(2)压入进料口(3)中，经微波加热室被加热杀菌，杀菌温度和杀菌时间由微波加热功率、温度测控仪和液压及液态物料流动速度调节控制，杀菌后的物料由冷却器(16)迅速冷却，整个冷却过程可以分级进行，部分冷却媒介可以是需要加热杀菌的液态物料，这样可在冷却过程中对需杀菌的液态物料进行预热，对杀菌后的物料进行冷却，减少能量损耗；杀菌后的液态物料进行无菌包装。

2、在乳品加工过程中，采用我们发明的“液态物料微波高压快速加热灭菌装置”，可以对液态奶及其乳品饮料等进行连续加热杀菌处理；杀菌温度和杀菌时间可由微波加热功率和物料流速与工作压力调节，杀菌温度视物料性质及灭菌工艺要求选择在120℃-140℃的范围，工作压力一般选择在0.1Mpa-0.37Mpa之间，时间0.1-20分钟，可以实现高温瞬时杀菌操作。杀菌后的液态物料进行无菌包装。用该方法处理液态奶及相关产品，热敏成分的损失较蒸汽杀菌方法少。

3、在营养饮料、口服液、药液的生产过程中，采用我们发明的“液态物料微波高压快速加热灭菌装置”，可以对营养饮料、口服液、药液实现连续加热杀菌处理；杀菌温度和杀菌时间可由微波加热功率和物料流速与工作压力调节，杀菌温度视物料性质及灭菌工艺要求选择在120℃-140℃的范围，工作压力一般选择在0.1Mpa-0.37Mpa之间，时间0.1-20分钟，可以实现高温瞬时杀菌操作。对含热敏物质较多的物料进行杀菌，采用我们发明的“液态物料微波高压快速加热灭菌装置”，其优势更为明显。

4、在发酵生产过程中，采用我们发明的“一种液态物料的微波加热与灭菌方法及设备”，可以对液态培养基实现连续加热灭菌处理；灭菌温度和灭菌时间可由微波加热功率和物料流速与工作压力调节，杀菌温度视物料性质及灭菌工艺要求选择在120℃-140℃的范围，工作压力一般选择在0.1Mpa-0.37Mpa之间，时间0.1-20分钟，可以实现高温瞬时灭菌操作。该方法与传统蒸汽灭菌工艺相比，灭菌时间短，对培养基的营养成分破坏程度小，同时可以不需要蒸汽锅炉，明显地简化了处理设备、降低了运行成本及管理成本、减少了对环境的污染与影响，容易实现自动化操作，是替代传统培养基“连消塔”的首选工艺与设备。

5、在果酱、番茄酱、甜面酱、炼乳等产品的生产过程中，采用我们发明的“液态物料微波高压快速加热灭菌装置”，可以对所述物料实现连续加热杀菌处理；杀菌温度和杀菌时间可由微波加热功率和物料流速与工作压力调节，杀菌温度视物料性质及杀菌工艺要求选择在120℃-140℃的范围，工作压力一般选择在0.1Mpa-0.37Mpa之间，时间0.1-20分钟，可以实现高温瞬时杀菌操作。

Claims

1.一种可以承受240℃以下和高压工况条件的液态物料微波高压快速加热灭菌装置由高压泵、进料口、微波谐振腔上密封法兰、管式微波谐振腔、微波加热器外罩、微波发生器、耐压载料管、载料管中心衬管、微波谐振腔下密封法兰、热交换器、物料流量控制阀、出料口及温度与压力传感控制器各部件组成；其特征在于：耐压的微波谐振腔采用厚壁无缝钢管为材料，按国家有关压力容器设计和生产标准制造；在微波谐振腔管壁上按螺旋线根据工艺要求等距开孔，作为大功率微波导入孔；将微波发生器及其控制电路安装在谐振腔外，微波发生器产生的微波通过波导由微波导入孔输入微波谐振腔内；形成一个围绕同心圆柱体不断旋转的微波场；微波加热功率按微波发生器的功率叠加原理，在线调整；载料管采用聚四氟乙烯、聚碳酸酯、改性聚乙烯、飞机雷达罩材料、工程陶瓷、钢化玻璃、耐热工程塑料、玻璃钢及耐火材料及其复合材料制备，无内衬或内衬钢化玻璃管、石英管、聚碳酸酯管；载料管的内径不超过300mm，外径与管式谐振腔内径一致，并嵌套于管式谐振腔内，中心的内管以厚壁管的形式通过谐振腔封闭法兰的开孔引出，采用密封和螺纹结构与承压的厚壁不锈钢管连接。

2.根据权利要求1所述的液态物料微波高压快速加热灭菌装置，其特征在于：采用安装在谐振腔外的温度和压力测控器，在线测控被杀菌物料的温度、压力。

3.根据权利要求1所述的液态物料微波高压快速加热灭菌装置，其特征在于：它在工作时采用立式。