全自動連續(xù)式殺菌釜的創(chuàng)新設(shè)計

張 亮,邵濰淮,陳久文

(中天昊宇科技股份有限公司,上海201712)

設(shè)計探討

全自動連續(xù)式殺菌釜的創(chuàng)新設(shè)計

張 亮,邵濰淮,陳久文

(中天昊宇科技股份有限公司,上海201712)

殺菌釜廣泛應用于我國食品加工行業(yè)。本文介紹了一種采用創(chuàng)新結(jié)構(gòu)設(shè)計的連續(xù)式殺菌釜,論述了新型殺菌釜的設(shè)計原理和節(jié)能效果,比較了普通殺菌釜與新型連續(xù)式殺菌釜的差別,新型殺菌釜不但可以提高產(chǎn)品的殺菌質(zhì)量,同時減少了殺菌時蒸汽的消耗量,從而達到提高食品生產(chǎn)企業(yè)綜合效益的目的。

連續(xù)殺菌;節(jié)約蒸汽;產(chǎn)品質(zhì)量;效益

鑒于我國食品行業(yè)發(fā)展的歷程和現(xiàn)狀,如今絕大多數(shù)食品企業(yè)所采用的食品二次高溫殺菌設(shè)備都是間斷性分批次裝卸的殺菌釜,這類殺菌釜的結(jié)構(gòu)、規(guī)格種類多樣,例如上噴淋式殺菌釜、側(cè)噴淋式殺菌釜、全水式殺菌釜、蒸汽式殺菌釜等。但這些間斷性分批次殺菌的殺菌釜有著一個難以逾越的結(jié)構(gòu)性障礙,每次殺菌一定要等到食品全部裝滿殺菌釜后才能開始殺菌。這就帶來一個問題:食品罐裝或包裝工序的生產(chǎn)是逐個進行的,而殺菌釜則是一批一批對產(chǎn)品進行殺菌的。每批殺菌的產(chǎn)品在包裝工序中要有一定的時間間隔。每批中首先包裝出的產(chǎn)品在等待最后一只產(chǎn)品的過程中,物料中的細菌難免會繼續(xù)繁殖,這就給后續(xù)的殺菌工序和車間的溫度環(huán)境帶來了更高的要求,使整批產(chǎn)品的殺菌強度都要加大。由于殺菌強度的加大,使得產(chǎn)品在高溫環(huán)境下停留的時間加長,高溫破壞作用也隨之加大,從而降低了產(chǎn)品的綜合品質(zhì)(高溫將導致產(chǎn)品色、香、味品質(zhì)的下降)。最理想的方式就是產(chǎn)品包裝完畢后就立即進行殺菌,在殺菌前使物料內(nèi)的細菌原始數(shù)量處于盡可能低的數(shù)量水平,并且所有的被殺菌產(chǎn)品的原始細菌含量盡可能的一致,使殺菌強度剛好達到要求為最佳。我們設(shè)計的連續(xù)式殺菌釜從食品殺菌的工藝角度來考慮就很好地解決了這一問題。

1 全自動連續(xù)殺菌釜組成部分

在全自動連續(xù)殺菌釜中,被殺菌產(chǎn)品在進入連續(xù)式殺菌釜罐體以后可以連續(xù)快速地完成升溫、保溫殺菌和降溫冷卻過程。圖1是全自動連續(xù)式殺菌釜及外圍配套輸送與裝卸籠盤裝置的整體示意圖。的溫差達到了最大值,所以熱量由制品表面向中心傳遞的速度也達到了最大化,這又進一步地縮短了被殺菌產(chǎn)品在高溫階段所需要停留的時間。

圖1 全自動連續(xù)式殺菌釜的外形示意圖

由于熱水艙和冷卻艙處于同一個容器內(nèi),所以被殺菌產(chǎn)品在整個的殺菌過程中始終是處于同一個壓力之下,這就特別適合于高溫蒸煮袋包裝類的產(chǎn)品進行殺菌和一些其它結(jié)構(gòu)形式的軟包裝類產(chǎn)品的殺菌。殺菌釜內(nèi)壓力的確定原則是根據(jù)被殺菌食品包裝材料特性和被殺菌產(chǎn)品所需要的殺菌溫度共同來確定的,但殺菌罐內(nèi)的壓力至少要高于對應于殺菌溫度時水的汽化壓力約0.02～0.04MPa。這主要是為避免水的汽化和防止被殺菌產(chǎn)品包裝材料內(nèi)物料中剩余氣體由于受熱而膨脹。從熱傳遞的角度和被殺菌產(chǎn)品感官品質(zhì)的角度來講(特別是對于軟包裝類產(chǎn)品)適當?shù)奶岣邏毫梢允贡粴⒕a(chǎn)品的質(zhì)地更加致密。對于金屬易拉罐類包裝的產(chǎn)品,可以采取在殺菌釜內(nèi)調(diào)整冷卻結(jié)束溫度的方式來達到壓力的適應,因為金屬罐有一定的強度,可以承受一定的內(nèi)、外壓力的變化。

1.2 傳動部分

傳動部分由驅(qū)動裝置和鏈條傳動裝置組成。殺菌籠盤從熱水端的過渡艙進入殺菌釜罐體內(nèi)后(見圖2所示殺菌籠盤運行軌跡),殺菌全程都是在同一組鏈條的驅(qū)動下運行的。由于過渡艙是位于殺菌釜的下部,所以殺菌籠盤在通過過渡艙以后就直接進入殺菌艙的高溫熱水中。為了在一定尺寸的罐體內(nèi)使籠盤的運行時間達到相應的殺菌時間,殺菌籠盤在連續(xù)殺菌釜內(nèi)運行的軌跡被設(shè)計成一條曲回的折線形式,以便延長籠盤在罐體內(nèi)的行走距離。殺菌籠盤從熱水艙運行到冷卻艙是在圖2中所示隔板以上的空間(殺菌籠盤此時已經(jīng)從水中出來)通過的,當進入冷卻艙以后,殺菌籠盤即刻由冷卻水進行冷卻。

為了減小鏈條的磨損,延長其使用壽命,采用了分段驅(qū)動、各驅(qū)動軸以相同的扭矩輸出傳動力的動力加載形式。各個傳動電機的運行參數(shù)由控制器統(tǒng)一監(jiān)控與調(diào)整,保證了各個傳動軸動力傳遞的均衡一致。

通過改變鏈條的運行速度,就可以連續(xù)、均勻地改變被殺菌產(chǎn)品在熱水中停留的時間,也就達到了改變殺菌時間的目的。

1.3 殺菌籠盤部分

特殊設(shè)計的籠盤,其產(chǎn)品的裝載形式與現(xiàn)有

連續(xù)式殺菌釜的整體結(jié)構(gòu)主要由以下幾部分所組成:

1.1 罐體部分

罐體部分由殺菌的熱水艙和降溫的冷卻艙組成,在全自動連續(xù)殺菌釜罐體內(nèi)(見圖2),一端是熱水殺菌艙,另一端是降溫冷卻艙,中間用隔板將殺菌用的高溫水與冷卻用的低溫水加以分隔,熱水殺菌艙和降溫冷卻艙共同組成了一個密閉的高壓容器,在正常的殺菌過程中利用向殺菌釜罐體內(nèi)注入壓縮空氣或排出殺菌釜內(nèi)氣體的方式來穩(wěn)定地維持殺菌釜罐體內(nèi)的壓力,使之保持在殺菌工藝要求的壓力數(shù)值范圍內(nèi)。從入口端過渡艙進入的裝有產(chǎn)品的籠盤直接進入處于殺菌溫度(例如121℃)的高溫熱水中,這樣對于產(chǎn)品的整個殺菌過程來講就幾乎沒有了升溫的階段,故而極大地縮短了被殺菌產(chǎn)品處于高溫階段的時間。同時由于產(chǎn)品是直接進入高溫水中,制品中心與表面的各類殺菌釜幾乎一致,這在制訂殺菌工藝時為創(chuàng)新設(shè)計的全自動連續(xù)殺菌釜與現(xiàn)有的各類包裝形式產(chǎn)品的銜接創(chuàng)造了極為有利的條件。對于各類型的食品企業(yè),完全可以在不改變現(xiàn)有產(chǎn)品的前處理工藝和市場銷售包裝形態(tài)的前提下,直接引進連續(xù)式殺菌釜,用來強化殺菌階段產(chǎn)品的質(zhì)量和提高企業(yè)綜合經(jīng)濟效益。

圖2 全自動連續(xù)殺菌釜罐內(nèi)部示意圖

1.4 高效的能源利用和節(jié)能裝置

在連續(xù)式殺菌釜整體設(shè)計當中充分考慮了運行過程中降低能源消耗的問題,不但能源利用率得到了很大地提高,還由于其特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計,通過一定的裝置還可以將殺菌后產(chǎn)品所攜帶的余熱加以回收利用(而其他類型的殺菌釜僅僅是將產(chǎn)品降溫,這部分熱量被白白浪費掉),這一點在其他類型殺菌釜當中幾乎是無法實現(xiàn)的。

從圖3中我們可以看到,冷卻水與被冷卻的產(chǎn)品相互之間是逆向運行,冷卻效果顯著、冷卻水耗量顯著降低、大量的余熱可以被回收。當產(chǎn)品殺菌結(jié)束被輸送到冷卻段時,采取的冷卻方法是分步逆流冷卻的方式。冷卻水從產(chǎn)品將要被送出冷卻艙的部位注入,其流動方向是逆行于產(chǎn)品運行方向的,冷卻水從冷卻水入口處進入殺菌釜以后在隔板的限制下流動的路徑是與殺菌籠盤的運行方向是相逆的,這樣設(shè)置的結(jié)果對于被殺菌產(chǎn)品來講所接觸到的冷卻水溫度總是比自身的低,而對冷卻水來講所遇到的產(chǎn)品溫度都是高于自身溫度的,這樣就最大限度地發(fā)揮了冷卻水的降溫效果。冷卻,熱水接盤將這部分溫度較高的冷卻水收集起來,這樣就可以獲得大量溫度較高的冷卻水。利用這些溫度較高的冷卻水所攜帶的熱量可以做許多其它的事情,例如通過換熱器來加熱工廠里的器皿清洗用水、加熱職工衛(wèi)生用水、冬天時車間或辦公室的采暖循環(huán)用水、給溴化鋰制冷機提供熱源等等。普通殺菌釜是無法利用被殺菌產(chǎn)品在殺菌結(jié)束后所攜帶的余熱的,而連續(xù)殺菌釜則使能源的重復利用率大為提高。

1.5 過渡艙部分

過渡艙的作用是將殺菌籠盤輸送到連續(xù)殺菌釜內(nèi)及從連續(xù)殺菌釜內(nèi)將殺菌籠盤輸送出來。特殊設(shè)計的產(chǎn)品進出殺菌釜罐體的過渡艙結(jié)構(gòu),保證了產(chǎn)品殺菌工藝平穩(wěn)、順暢的進行。

過渡艙的結(jié)構(gòu)如圖4。過渡艙在連續(xù)殺菌釜中是一個非常關(guān)鍵的部件,它的作用主要是使載著被殺菌產(chǎn)品的籠盤從連續(xù)殺菌釜外面的常壓、常溫的環(huán)境逐步運行過渡到連續(xù)殺菌釜內(nèi)部的高壓、高溫環(huán)境中。因為是連續(xù)殺菌,連續(xù)殺菌釜內(nèi)部的高壓氣體和高溫循環(huán)水是不可以泄露出來的,所以殺菌籠盤要首先進入過渡艙內(nèi),然后關(guān)閉過渡艙外門,待過渡艙內(nèi)的壓力和殺菌釜罐體內(nèi)的壓力相等后,再開啟過渡艙的內(nèi)門將殺菌籠盤輸送到殺菌釜內(nèi)進行殺菌。反之,冷卻段的過渡艙則是要平穩(wěn)地將載有已經(jīng)殺菌好的產(chǎn)品從連續(xù)殺菌釜內(nèi)的高溫環(huán)境輸送到連續(xù)殺菌釜外面的常壓環(huán)境。

圖3 冷卻水與被冷卻的產(chǎn)品相互之間運行

圖4 過渡艙的結(jié)構(gòu)

通過圖3我們還可以看到,在冷卻艙的水位的中上部,將溫度已經(jīng)升高了的冷卻水抽出一部分,對剛從熱水艙被傳送過來的產(chǎn)品進行噴淋式1.6 循環(huán)水的在線過濾裝置

特殊設(shè)計的固體雜質(zhì)在線過濾裝置和漂浮油污在線清除裝置,延長了殺菌循環(huán)水的使用周期。

在正常的殺菌過程當中,很難避免產(chǎn)品包裝破損現(xiàn)象的發(fā)生。由于是連續(xù)式殺菌釜,循環(huán)水的使用更換周期希望是達到最大化,這就要解決將破損產(chǎn)品所產(chǎn)生的雜質(zhì)從循環(huán)熱水中清理出去的問題。為此專門研制了適應連續(xù)殺菌釜使用的在線過濾裝置,很好地解決了這一問題。

圖5 循環(huán)水在線過濾裝置

(3)考慮到國內(nèi)現(xiàn)有各個類型食品企業(yè)的多樣性,全新結(jié)構(gòu)設(shè)計的連續(xù)式殺菌釜具有多種尺寸規(guī)格和結(jié)構(gòu)形式,可以根據(jù)客戶產(chǎn)品的不同進行具有針對性的結(jié)構(gòu)設(shè)計和配置更改,以適應不同需求的各類客戶。

3 節(jié)能效果和特點

由于巧妙的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計,這套連續(xù)殺菌釜從升溫加熱到冷卻降溫都體現(xiàn)了很好的節(jié)能效果,可以為食品企業(yè)的節(jié)能降耗發(fā)揮明顯的作用。

(1)首先是保溫措施的強化處理,保溫層的厚度達到了100mm,將環(huán)境散熱的影響降到了最小限度;

(2)在正常的殺菌過程中,連續(xù)式殺菌釜的熱水艙內(nèi)循環(huán)水的溫度被恒定地控制在殺菌保溫所需要的溫度。每次進入殺菌釜內(nèi)的殺菌籠盤及攜帶的被殺菌產(chǎn)品的總質(zhì)量只有循環(huán)水總質(zhì)量的約1/150,這樣少數(shù)量溫度較低的物品進入殺菌釜罐體內(nèi)所引起循環(huán)水溫度的變化是非常微小的,對熱水艙內(nèi)循環(huán)水的整體溫度所引起的變化波動是超不出控制范圍的;

(3)在循環(huán)水的加熱方式上,采取的是間接加熱的方式,使局部水溫的變化更趨平穩(wěn)。對于進入殺菌釜內(nèi)的籠盤,在其運行路徑的初始階段(溫度較低的產(chǎn)品剛進入連續(xù)式殺菌釜罐體內(nèi)的部位)有針對性地在局部增加加熱強度,使得產(chǎn)品的升溫速度進一步提高。由于是間接的加熱,則可以回收大量純凈的冷凝水,這些冷凝水都是純度非常高的軟化水。食品企業(yè)的管理者都知道,循環(huán)水中的鈣鎂離子受熱所形成的水垢對產(chǎn)品感官品質(zhì)的負面影響是非常大的。企業(yè)往往要投入很大的人力物力來解決水垢對產(chǎn)品外觀的影響。我們在設(shè)計連續(xù)式殺菌釜時充分考慮到了這個問題,對循環(huán)水采用間接加熱的形式,將加熱保溫所耗用的蒸汽冷凝水全部加以回收,用以定期更換殺菌釜內(nèi)熱水艙中的循環(huán)水。這不但解決了水垢對被殺菌產(chǎn)品污染的難題,還節(jié)約了大量的殺菌用循環(huán)水。

(4)由于在一個罐內(nèi)設(shè)置了熱水艙和冷卻艙,在需要更換熱水艙內(nèi)的循環(huán)水時利用逆流式換熱器,在排除熱水艙內(nèi)的熱水時,通過換熱器利用準備排放掉的循環(huán)水所含有的熱量將新進的循環(huán)水加熱并暫存在冷卻艙內(nèi),這樣在日常的生產(chǎn)

在圖5所示的循環(huán)水在線過濾裝置中,當正常的循環(huán)水流動時,反沖控制閥處于開啟狀態(tài),雜質(zhì)排出控制閥處于關(guān)閉狀態(tài),循環(huán)水從循環(huán)水入口進入通過反沖控制閥后經(jīng)循環(huán)水過濾網(wǎng)將雜質(zhì)過濾后由循環(huán)水出口流出。當循環(huán)水過濾網(wǎng)處存有雜質(zhì)時,關(guān)閉反沖水控制閥,同時開啟雜質(zhì)排出控制閥,循環(huán)水將通過循環(huán)水反沖過濾網(wǎng)和反沖水流通管道后,大部分循環(huán)水由循環(huán)水出水口流出,但由于雜質(zhì)排出控制閥的開啟,一小部分循環(huán)水將從循環(huán)水過濾網(wǎng)處反向流動,并且攜帶著被濾網(wǎng)阻擋住的雜質(zhì)從雜質(zhì)排出口流出,這樣就達到了不停機在線過濾得目的。

2 全自動連續(xù)式殺菌釜的應用優(yōu)勢

(1)隨著許多企業(yè)的發(fā)展壯大,其產(chǎn)量也在同步的提高,但按現(xiàn)有的各類間斷性殺菌釜所設(shè)計的產(chǎn)品在生產(chǎn)車間內(nèi)的物流路線,從籠盤的裝卸、輸送、空籠盤的儲存等都會占據(jù)大量的場地。此次設(shè)計的連續(xù)式殺菌釜,則可以突破這一瓶頸工序,從包裝線傳送過來的產(chǎn)品可以直接擺放到殺菌籠盤中并在很短的時間內(nèi)迅即被送入連續(xù)式殺菌釜中進行殺菌。另一方面,裝滿殺菌結(jié)束產(chǎn)品的籠盤在卸出產(chǎn)品后就立即被再次擺放入待殺菌的產(chǎn)品,這就最大限度地減少了生產(chǎn)場地的占用和物品流動所占用的場地。

(2)由于全新的連續(xù)殺菌釜所具有的特殊結(jié)構(gòu)設(shè)計,可以很好地與各類產(chǎn)品的籠盤裝卸、輸送裝置相適應,這就為生產(chǎn)不同類型產(chǎn)品的食品企業(yè)采用連續(xù)式殺菌釜創(chuàng)造了非常有利的條件。當中又可以回收大量的熱能。

(5)特殊設(shè)計的過渡艙結(jié)構(gòu),保證了殺菌釜內(nèi)殺菌過程的平穩(wěn)運行。由于殺菌釜的熱水艙內(nèi)循環(huán)水的溫度始終被穩(wěn)定地保持在殺菌所需要的溫度,且連續(xù)式殺菌釜罐體內(nèi)的壓力也被始終保持在一定的數(shù)值,殺菌籠盤的進或出都要避免殺菌釜內(nèi)壓力的較大波動,這對過渡艙來講都提出了相當苛刻的要求。通過精心設(shè)計過渡艙門的啟閉形式和密封形式,我們很好地解決了這一難題,使得殺菌籠盤的進出自如、密封可靠。

(6)由于是連續(xù)式的殺菌過程,在殺菌循環(huán)水的管道中設(shè)置有在線過濾裝置,一旦過濾到破損產(chǎn)品所產(chǎn)生的殘渣等雜物,即可隨時予以排出而不影響正常的生產(chǎn),這樣就延長了循環(huán)水的使用周期,相應地也就節(jié)約了由于更換循環(huán)水所產(chǎn)生的能源損耗。

(7)在殺菌保溫階段結(jié)束前的一段時間,被殺菌產(chǎn)品所接受的循環(huán)水是以噴淋的形式噴灑到產(chǎn)品上的,由于循環(huán)水是從殺菌釜的底部抽出來的,基本沒有漂浮的油污,循環(huán)水對產(chǎn)品進行噴淋,這樣可以最大限度地減少破損產(chǎn)品所產(chǎn)生的油污對被殺菌產(chǎn)品所帶來的影響,減少了殺菌后清洗產(chǎn)品表面的工作量,同時也延長了殺菌循環(huán)水的使用周期。

4 與普通殺菌釜的性能對比

同普通殺菌釜相比,使用全新結(jié)構(gòu)的連續(xù)式殺菌釜,可給企業(yè)帶來較大的經(jīng)濟效益(相關(guān)數(shù)據(jù)來自國內(nèi)某知名大型食品企業(yè)),如表1所示。

表1 連續(xù)式殺菌釜同普通殺菌釜的比較

5 結(jié)束語

全自動連續(xù)式殺菌釜是一臺完全從我國國情出發(fā),采用多項獨創(chuàng)的結(jié)構(gòu)來進行設(shè)計的,具有非常寬闊的產(chǎn)品適應性,可以對火腿腸類、高溫蒸煮袋類、塑料杯類、塑料瓶類、易拉罐類產(chǎn)品等進行定壓式殺菌。由于采用了特殊的獨創(chuàng)設(shè)計,同普通的殺菌釜相比,在設(shè)備運行過程中可以節(jié)約大量的蒸汽,減少生產(chǎn)車間的占地面積和操作人員的數(shù)量,總之,采用這種連續(xù)殺菌釜對提高企業(yè)效益和社會效益將帶來很大的促進作用。

[1]天津輕工業(yè)學院,無錫輕工業(yè)學院合編.食品工藝學[M].北京:中國輕工業(yè)出版社出版,1984.

[2]無錫輕工業(yè)學院,天津輕工業(yè)學院合編.食品工程原理(上)[M].北京:中國輕工業(yè)出版社出版,1987.

[3]張德善,項占勝,邵濰濰.試論食品殺菌工藝與新裝備[J].包裝與食品機械,2010,28(3):46-49.

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1005-1295(2010)04-0026-05

10.3969/j.issn.1005-1295.2010.04.006

2010-05-27;

2010-06-07

張亮(1969-),男,溫州市天宇輕工機械有限公司總經(jīng)理,工程師,從事食品殺菌設(shè)備的研制及管理工作。