關于進口超高溫瞬時滅菌設備節(jié)能降耗技術改造淺述

江振強 王曉雨 楊峰

夏進乳業(yè)集團股份有限公司 寧夏 751100

引言

超高溫殺菌是英國于1956年首創(chuàng)，在1957-1965年間通過大量的基礎理論研究和細菌學研究后應用于乳品、果蔬汁類飲料、乳酸菌類飲料等產(chǎn)品的生產(chǎn)過程，能夠最大限度地保持產(chǎn)品的天然風味和減少有益于人體營養(yǎng)成分的損失。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，各種乳品、飲料的消費日益增大，自然對食品質量提出更高要求：保質期長，口味不變。而超高溫滅菌牛奶是殺死所有導致產(chǎn)品變質的微生物，并采用無菌灌裝，因而產(chǎn)品具有衛(wèi)生、安全、保質期長又無須冷藏等優(yōu)點。

1. 節(jié)能降耗技術改造實施背景

超高溫殺菌處理一般有兩種方法，即直接加熱法和間接加熱法。直接加熱法是用潔凈蒸氣直接加熱物料，接著急劇冷卻，在閃蒸過程中將注入的蒸氣蒸發(fā)，恢復物料的原來組成。間接加熱法是通過熱交換器間接加熱制品的過程。利樂超高溫滅菌設備運行主要包含五個工藝環(huán)節(jié)：預熱、消毒、冷卻、生產(chǎn)、清洗五個環(huán)節(jié)，而設備在這五個工藝環(huán)節(jié)運行時，均采用間接加熱的方式進行加熱。在設備升溫時，先通過板式換熱器用蒸汽將軟水加熱，熱水再對列管內的水或物料進行換熱以完成上述工藝環(huán)節(jié)；在設備進行升溫和消毒環(huán)節(jié)時，熱水系統(tǒng)的水通過M10泵在系統(tǒng)內循環(huán)，再通過板式換熱器將循環(huán)的水進行升溫（這為一次間接加熱），再用熱水系統(tǒng)的熱水和物料系統(tǒng)內的水進行循環(huán)升溫（這為二次間接加熱），物料系統(tǒng)的水通過M2泵送入均質機，通過均質機運行達到一定流量，再通過殺菌段進行升溫至140℃，最后再通過包裝機回流冷卻段將溫度降至85℃以下回到平衡缸，當所有溫度達到殺菌溫度設定值后再進行循環(huán)殺菌消毒計時。當計時時間到后，M9泵運行使熱水系統(tǒng)換熱段的水開始循環(huán)，將殺菌段之后到包裝機的無菌工藝段進行冷卻。當整個系統(tǒng)循環(huán)穩(wěn)定并達到生產(chǎn)要求后開始準備進料生產(chǎn)。在設備生產(chǎn)進料時，先排空平衡缸至低液位，進入物料至低液位以上停止進料，繼續(xù)排空至低液位以下后進行二次進料，將系統(tǒng)內的無菌水頂出系統(tǒng)，并將不達標的物料進行回收后，進入生產(chǎn)狀態(tài)。生產(chǎn)結束后，平衡缸里的物料至低液位，進入軟水，將系統(tǒng)里的物料頂出系統(tǒng)，將系統(tǒng)里沒有生產(chǎn)完的物料進行回收。此時系統(tǒng)內進行水循環(huán)，可以選擇進行設備清洗工藝環(huán)節(jié)，在堿洗時系統(tǒng)內的堿液從平衡缸出來溫度升高至137℃，最后再通過包裝機回流冷卻段將溫度降至85℃以下回到平衡缸內，酸洗時溫度升高至95℃后再將溫度降至85℃以下回到平衡缸內。在整個工藝環(huán)節(jié)過程中，設備的蒸汽消耗、水耗、電耗等能源耗用量較大，并且進料生產(chǎn)時不達標的物料較多，造成物料損失。

具體存在以下缺點：

1.1 軟水或物料從平衡缸通過離心泵進入列管內，在進入加熱段的列管時，需要通過蒸汽將軟水加熱，熱水再對加熱段列管內的水或物料進行換熱，通過兩次間接換熱使蒸汽的消耗量增大，造成能源浪費。

1.2 在設備升溫殺菌時，要將殺菌段的軟水溫度升至140℃進行殺菌，包裝機前工藝段列管溫度升溫至135℃時開始計時，當無菌水進入包裝機后冷卻段列管時，因為平衡缸是敞開的，當100℃以上的水回到平衡缸內會沸騰，所以要在此段用冷卻水將135℃左右的無菌水降至85℃左右回至平衡缸，整個升溫、殺菌到無菌水的循環(huán)過程需要90分鐘左右，此過程中造成大量的冷卻水及蒸汽損耗，同時在殺菌的過程中75kW的均質機始終處于運行狀態(tài)，均質機長時間在高溫環(huán)境下運行會造成密封件的老化及設備的損害和很大的電能損耗。

1.3 在設備生產(chǎn)進料時，先將平衡缸內的水排至低液位后進入物料，從而使水不能完全排空，當物料進入時將會和水摻在一起，這樣會使物料的指標降低，在無菌水排出后的物料和水混合物會增多，回收的低指標物料就會增多，在頂水時要排出200公斤左右不達標的物料。在生產(chǎn)結束后，物料至低液位后進入軟水，同樣和平衡缸內的物料摻在一起，使沒生產(chǎn)完的低指標物料也增多，水頂物料時也要排出260公斤左右不達標的物料，從而導致物料浪費。

1.4 在升溫、殺菌、清洗的工藝過程中，因溫度都要升高至137℃以上，在回平衡缸之前又降至85℃左右，所以在此過程中所用時間相對較長。

2. 節(jié)能降耗技術改造實施方案

經(jīng)過對設備的工藝環(huán)節(jié)及設備程序研究后，對現(xiàn)有超高溫設備行了如下節(jié)能改造：

2.1 超高溫瞬時滅菌設備加熱方式的改造

原有超高溫殺菌系統(tǒng)使用蒸汽通過蒸汽換熱板換給軟水加熱，熱水再給物料加熱的間接加熱方式，加熱復雜，熱效率也較低。通過對其他廠家設備的工藝了解和學習，對此設備硬件工藝做已修改，直接將蒸汽通入超高溫列管內，給軟水或物料進行加熱，將二次間接加熱改為一次間接加熱，降低了升溫時的蒸汽消耗量，縮短了設備升溫時間。并拆除一臺熱水循環(huán)泵，每天可節(jié)約電耗100度左右。

2.2 超高溫瞬時滅菌設備循環(huán)方式的改造

在超高溫回流管V74閥后增加一個V73換向閥和緩沖管，平衡缸下M2物料泵進口前增加兩個控制蝶閥（V17、V18），在升溫殺菌時，通過相關程序控制閥門動作，將超高溫平衡缸與系統(tǒng)斷開，使無菌水在系統(tǒng)里形成閉環(huán)式循環(huán)殺菌，不需要降溫回到平衡缸，蒸汽只需保證殺菌溫度符合標準，而不用再進行二次加熱，進一步節(jié)省蒸汽的消耗量，同時，節(jié)約冷卻水用水量10噸左右。

2.3 超高溫瞬時滅菌設備程序優(yōu)化

現(xiàn)有超高溫瞬時滅菌設備在升溫殺菌過程中均質機持續(xù)運轉，造成電能及部分設備備件的損耗。通過對軟件程序的修改，升溫過程中均質機停止運行，僅使用一臺增壓泵保證殺菌系統(tǒng)內的流速，大大提升了設備使用效率，并節(jié)約了電耗及設備備件的損耗。每天可節(jié)約電耗200度左右。

2.4 超高溫瞬時滅菌設備進料系統(tǒng)的改造

通過在超高溫回流管V74閥后增加一個V73換向閥和緩沖管，平衡缸下物料泵進口前增加兩個控制蝶閥（V17、V18）和一個排地蝶閥V16，通過程序控制，在排空平衡缸時，將平衡缸和列管系統(tǒng)分離，使平衡缸里的水從V16排地完全排空后，再進入物料，當物料進入一定量時接入M2物料泵，用物料將列管及管道內的水頂出，避免物料和水在平衡缸里混摻，從而降低低指標物料回收量。每班次物料頂水時排出60公斤左右不達標的物料，水頂物料時排出100公斤左右不達標的物料。同時，對程序參數(shù)進行優(yōu)化，在保證物料指標合格的情況下，降低料頂水和水頂料時的排奶量，起到節(jié)約物料的作用。

2.5 超高溫瞬時滅菌設備增效的改造

由于升溫、殺菌時都采用閉環(huán)式循環(huán)的方式，節(jié)約了升溫的時間，提高了設備的工作效率，從以前整個升溫、殺菌到無菌水的循環(huán)過程需要90分鐘左右，縮短為70分鐘左右。按每天兩次計算就可提前40分鐘左右。

3. 項目實施效果分析

技改結束后，經(jīng)現(xiàn)場運行并多次進行實際測算，明確現(xiàn)單臺超高溫瞬時滅菌設備，物料損耗降低70%，按年運行

340天核算，本次技改單臺超高溫滅菌設備年節(jié)約82萬元損耗。具體數(shù)據(jù)如下表：

創(chuàng)新點 總投入 原損耗量（臺/天） 創(chuàng)新實施效果（臺/天） 節(jié)約量（臺/340天）節(jié)約金額(以340天計)一10萬元1.用水量約10T;2.用電量約 210度;3.蒸汽用量約2T.1.用水量0;2.用電量0;3.蒸汽用量約1T.水量約3400T水；電量約7萬度；蒸汽用量約360T.水單價3.3元計；電單價0.5元計；蒸汽單價200元計共計12萬二1.奶頂水排出400KG不達標物料;2.水頂奶排出520KG不達標物料.1.奶頂水排出120KG不達標物料。2.水頂奶排出200KG不達標物料 約200噸物料；物料噸3500元計共計70萬

總之，在對進口超高溫瞬時滅菌設備節(jié)能降耗技術改造項目過程中，通過對軟件程序的修改，及硬件設備中平衡缸的排空工藝改造，用以降低物料的損耗，提升原料有效利用率。項目實施后，將很大程度上提升物料的使用率，其次，通過對殺菌機軟件程序的定制化修改，以及工藝管路的改造，設備在升溫殺菌時，讓無菌水在列管內循環(huán)殺菌，不需要降溫回到平衡罐，節(jié)約了升溫消毒時蒸汽用量，縮短了設備升溫時間，提升了設備使用效率，節(jié)約了冷卻水用量。

單臺超高溫瞬時滅菌設備技術改造項目總投入共計約10萬元，節(jié)能降耗技術實施后，現(xiàn)超高溫瞬時滅菌設備實現(xiàn)了直接用蒸汽給軟水或物料加熱的方式，在升溫殺菌時讓無菌水在列管內循環(huán)殺菌，不需要降溫回到平衡罐，而且殺菌過程中，均質機不參與系統(tǒng)殺菌的工藝要求，實現(xiàn)了將平衡缸里的水完全排空后，再進入物料的工藝要求，達到了節(jié)約水、電、蒸汽以及物料損失等目的。

4. 結語

通過對現(xiàn)有超高溫瞬時滅菌設備節(jié)能降耗的技術改造，實現(xiàn)了降低物料的損耗、提升原料有效利用率、縮短設備升溫時間，提升了設備使用效率的目的。對設備生產(chǎn)工藝進行技術革新，不僅可以提高生產(chǎn)質量、生產(chǎn)效率，為企業(yè)進一步節(jié)約成本創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟效益。對節(jié)能、環(huán)保等社會效益同樣有著重要的意義。