列管式超高溫瞬時(shí)滅菌機(jī)的特點(diǎn)和電氣控制

摘要： 本文介紹了超高溫瞬時(shí)滅菌和商業(yè)無(wú)菌的含義，論述了列管式超高溫瞬時(shí)滅菌的工藝過(guò)程、原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，從而論證了這是一門(mén)提高熱交換效率，降低能耗的先進(jìn)技術(shù)。
關(guān)鍵詞：超高溫瞬時(shí)滅菌；管式換熱器；板式換熱器
Feature and Electrical Control of Tubular UHT(Ultra-high Temperature) Sterilizing
ZHANG you-liang1 ZHAO gang2 FU jian-sheng2
(1.Xi’an Huasun Packaging Technology Research Insitute,Xi’an 710086, China
2. Xi’an Huawei Technical Development of light Industrial Machinenry Co.,LTD)
Abstract: The article narrates the implication of UHT sterility and commercial one,and discusses its process,theory,structure,thus it testified it is a advanced technology,which both improve effiency of heat-exchange and reduce energy.
Key words: UHT sterility Tubular- exchange Plate- exchange
隨著國(guó)內(nèi)人民生活水平的提高，“學(xué)生飲用奶計(jì)劃”等項(xiàng)目的推廣，飲用液態(tài)乳制品有了較高的認(rèn)識(shí)。我國(guó)的國(guó)情是，牛奶主要是養(yǎng)牛戶和小型企業(yè)分散飼養(yǎng)，多分布于北方的小城鎮(zhèn)附近。這些本來(lái)就不充分的奶源，沒(méi)有完整的冷鏈系統(tǒng)，牛奶無(wú)法運(yùn)往中心城市，在某種程度上增加了乳品企業(yè)的生產(chǎn)成本。為了解決鮮牛奶的運(yùn)輸，就必須進(jìn)行牛奶的無(wú)菌處理和包裝，將包裝的產(chǎn)品銷往本地區(qū)中心城市，讓人們真正的喝上鮮牛奶而不是還原液態(tài)奶，促進(jìn)養(yǎng)牛業(yè)的興旺發(fā)達(dá)，改善人們的飲食習(xí)慣，提高人口素質(zhì)。隨著市場(chǎng)化的需求，國(guó)內(nèi)產(chǎn)生了無(wú)數(shù)家大型和超大型乳品企業(yè)，這些大型企業(yè)引進(jìn)國(guó)外超高溫滅菌機(jī)和無(wú)菌包裝設(shè)備，投入了大量的資金購(gòu)置設(shè)備，產(chǎn)生了不斐的經(jīng)濟(jì)效益，緩解了乳品的消費(fèi)需求。高昂的價(jià)格使中小型乳品企業(yè)無(wú)法引進(jìn)國(guó)外設(shè)備，迫切需求適合于國(guó)情的牛乳超高溫瞬時(shí)滅菌設(shè)備。
1.超高溫瞬時(shí)滅菌的含義
牛乳經(jīng)過(guò)135 ~150 C，2~8秒的殺菌過(guò)程的這種工藝設(shè)備稱之為超高溫瞬時(shí)殺菌。經(jīng)過(guò)超高溫殺菌的牛乳，仍然可能含有可存活的孢子甚至微生物，但是它們不會(huì)在發(fā)生微生物轉(zhuǎn)變，使產(chǎn)品發(fā)生微生物個(gè)體的繁衍而腐敗，稱之為商業(yè)無(wú)菌。一般情況下，產(chǎn)品達(dá)到商業(yè)無(wú)菌就證明產(chǎn)品為合格的產(chǎn)品。經(jīng)過(guò)無(wú)菌包裝后，可保持30~60天，使產(chǎn)品保持原有風(fēng)味的品質(zhì)。
在牛乳的高溫處理過(guò)程中，最普通的化學(xué)變化之一是由蛋白質(zhì)和還原糖相互作用產(chǎn)生一種黑色素的褐變作用。盡管牛乳褐變的速度隨溫度的上升而加快，并不與超高溫范圍溫度內(nèi)殺菌效率上升速度正比。一般而言，溫度上升10 C，褐變速率不到3倍。在135 C以上溫度，殺菌效應(yīng)比褐變效應(yīng)的增長(zhǎng)要快的多。在140 C，殺菌效應(yīng)的褐變效應(yīng)速率增長(zhǎng)大2000倍，在150 C更增長(zhǎng)到大5000多倍，因此牛乳在135 C或者更高溫度進(jìn)行處理可以成為顏色變化很小的無(wú)菌產(chǎn)品。這種方法殺菌實(shí)際上并不比高溫短時(shí)巴氏殺菌的牛乳黑。在實(shí)踐中，人們總結(jié)出，牛乳在135 C~150 C超高溫范圍和幾秒鐘情況下進(jìn)行處理，就有可能獲得事實(shí)上沒(méi)有存活的細(xì)菌或很少有抵抗能力的孢子，以及比傳統(tǒng)灌裝殺菌更少不良色澤的牛乳制品。
大多數(shù)乳品企業(yè)的超高溫滅菌采用的殺菌溫度135 C保持時(shí)間8秒，滅菌后，最終孢子數(shù)0.0004/毫升，已經(jīng)達(dá)到了商業(yè)無(wú)菌的理想狀態(tài)。
2.原料奶的預(yù)處理
在牛奶中，菌類繁殖比較快，為了保證奶原料的質(zhì)量，為進(jìn)一步生產(chǎn)提供優(yōu)質(zhì)的原料，收購(gòu)采集的奶必須進(jìn)行預(yù)處理，是乳品廠生產(chǎn)過(guò)程中不可少的工段，直接影響產(chǎn)品的品質(zhì)。預(yù)處理過(guò)程包括脫氣、凈乳、初始?xì)⒕?3-65℃/15秒）、冷卻（4℃）、冷藏（4℃），如圖1所示。
脫氣可以提高牛奶標(biāo)準(zhǔn)化精度，減少巴氏殺菌機(jī)結(jié)垢，并保護(hù)均質(zhì)頭。凈乳主要除去白細(xì)胞、乳腺組織、灰塵等。初始?xì)⒕欣跉⑺涝讨械氖壤渚娱L(zhǎng)貯存時(shí)間。

圖1 原料奶處理工藝流程圖
3. 列管式超高溫瞬時(shí)滅菌
3.1超高溫滅菌的工藝過(guò)程
超高溫滅菌的工藝過(guò)程是將原料奶放入平衡罐，通過(guò)浮球閥控制液位，利用奶泵送入滅菌系統(tǒng)，圖2所示。將奶加熱至83℃，送入

圖5 升溫滅菌系統(tǒng)工藝原理圖
滅菌加熱主要是6bar的蒸汽通過(guò)板式換熱器HE1，將循環(huán)水加熱到140℃，通過(guò)管式換熱器3，將從均質(zhì)機(jī)出來(lái)的奶加熱到137℃，經(jīng)過(guò)保溫管保持4-8秒，達(dá)到滅菌的目的。板式換熱器HE1的控制是通過(guò)檢測(cè)管式換熱器3出口奶的溫度，利用TC44（包括Pt100、PLC、人機(jī)界面、電氣轉(zhuǎn)換器等）控制氣動(dòng)薄膜閥V44的流量，達(dá)到要求的滅菌溫度。
為了使用者對(duì)加熱情況的了解，加熱過(guò)程設(shè)置了3處溫度檢測(cè)點(diǎn)，TE9檢測(cè)管式換熱器3循環(huán)熱水的入口溫度，如果該處溫度過(guò)高，說(shuō)明管式換熱器3換熱效率過(guò)低，就要對(duì)設(shè)備進(jìn)行清洗。TE44是監(jiān)測(cè)殺菌溫度，TE45、TE42同時(shí)檢測(cè)保溫管的溫度，說(shuō)明保溫溫度的重要性。
管式熱交換器4對(duì)滅菌奶第一次降溫，溫度從137℃降到85℃，利用該熱量，將循環(huán)水溫度從85℃升到110℃，充分利用了熱源。
3.3.3降溫系統(tǒng)
降溫系統(tǒng)是把高溫瞬時(shí)滅菌奶從137℃高溫，快速分次降到25℃的包裝溫度，將包裝余料的回流奶降到4℃，貯存或回流到平衡罐。降溫系統(tǒng)主要由4個(gè)管式換熱器組成，如圖6所示。
管式換熱器1主要是將殺菌后的奶降到20-25℃的可包裝的溫度，用V26調(diào)節(jié)冷卻水的流量，達(dá)到合適的溫度。
管式換熱器2是利用殺菌奶第1次降溫后的余熱，將原料奶加熱到85℃，輸送到均質(zhì)機(jī)。完成了殺菌奶第2次降溫和原料奶的第1次升溫。
后續(xù)包裝機(jī)包裝產(chǎn)量同超高溫瞬時(shí)殺菌機(jī)的產(chǎn)量基本匹配，一般情況下產(chǎn)量低于殺菌機(jī)，這樣才能保證產(chǎn)品的供給和產(chǎn)品品質(zhì)。管式換熱器4是對(duì)回流奶降溫到4℃儲(chǔ)存或流入平衡罐。