一种间接加热的连续灭菌装置的制作方法

本发明涉及生物医药、生物加工和食品行业的灭菌，尤其涉及一种间接加热的连续灭菌装置。

背景技术：

1、历来的连续灭菌，有蒸汽喷射器的直接加热方式，也有用换热器的蒸汽间接加热方式。前者加热过程声音和震动很大，并造成被加热物料的稀释和被蒸汽中所含杂质的污染，同时由于蒸汽压力、温度等工况的波动，使灭菌温度相应波动，影响灭菌的效果。后者由于加热蒸汽与被加热物料温差大，特别是使用过热蒸汽的场合，容易把物料烤干、烤焦，造成换热器堵塞，加上蒸汽是一次性使用，不走回头路，许多热量和热水都经由疏水阀溢出，使蒸汽的利用率降低。另外，无论是蒸汽直接加热还是间接加热，从灭菌过程中有蒸汽不断溢出的情况判断，其利用的主要是蒸汽的显热，而占蒸汽热能绝大多数的潜热并未得到充分的利用。

2、再者，无论是蒸汽直接加热还是间接加热，直接控制的都是灭菌温度，而没有对加热源的温度进行源头控制，除了上述由于加热源过热使物料烤焦外，还影响了灭菌温度的控制精度。还有，历来的连续灭菌装置，都是加热器、换热器、保温维持器分体制作并安装的，不仅安装复杂，而且形成较大的散热面积，增加了热能的散热损失。

技术实现思路

1、名词和术语解释：

2、1.灭菌——通过高温高热杀死设备和物料中的所有微生物。

3、2.生料——又称待灭菌物料，是在配料罐中配制的转入中转罐准备灭菌的物料。

4、3.熟料——又称灭菌物料，是灭菌后的物料。

5、4.高温饱和热水——是温度与压力平衡的高温热水，降压后汽化，增压并吸收蒸汽潜热后成超高温过热水。

6、5.超高温过热水——高温饱和热水吸收被高压水力喷射热泵等温绝热压缩后的蒸汽潜热，其焓值、温度和压力均超过饱和热水的一种过热水。

7、本发明的目的是提供一种间接加热的连续灭菌装置和高温饱和热水循环间接加热的技术，加热温差较小且可控，可以减轻蒸汽压力波动的影响，稳定灭菌温度，而且不会将灭菌物料烤焦而造成设备堵塞，减少设备清洗的负担。高温饱和热水的循环利用，除了少量散热损失外，没有蒸汽、热水及其所包含的热能溢出，可节约大量蒸汽。另外，由于蒸汽和热水不直接同物料接触，不会对物料产生污染和稀释。

8、为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

9、一种间接加热的连续灭菌装置，包括：

10、连续灭菌器，由集成的换热单元和保温维持单元组成，用于物料的连续灭菌；

11、软水储罐，用于软水的储存；

12、中转罐，用于临时储存待灭菌的物料(生料)；

13、发酵罐或无菌料储罐，用于存储灭菌后的物料(熟料)

14、加热换热器，用于加热生料(待灭菌料)；

15、高温饱和热水罐，用于储存高温饱和热水；

16、高压水力喷射热泵，用于将蒸汽等温绝热气体压缩成超高温过热水；

17、高温热水泵，用于输送高温饱和热水；

18、打料泵，将生料由中转罐依次输送到连续灭菌器的换热单元冷通道→加热换热器的物料通道→连续灭菌器保温维持单元→连续灭菌器的换热单元热通道→发酵罐或无菌料储罐，变为熟料进行存储。

19、还包括配料罐，用于配制待灭菌生料。

20、还包括调节流入高压水力喷射热泵内蒸汽流量和压力的调节阀和减压阀。

21、所述调节阀是根据制备所需超高温过热水的温度调节蒸汽的流量。

22、所述减压阀是根据高压水力喷射热泵的工艺要求将蒸汽压力调节为0.30-0.45mpa。

23、还包括控制器，所述控制器是根据对进入加热换热器热水通道的超高温过热水温度和连续灭菌器保温维持单元出料温度的检测，控制热水泵的出口压力和蒸汽调节阀的开启度泵的转速，控制范围为所述高温热水泵的出口压力0.45-0.70mpa，所述加热换热器热水通道的超高温过热水进口温度为145-160℃，所述连续灭菌器保温维持单元的灭菌料出口温度(即灭菌温度)为130～145℃。

24、使用一种间接加热的连续灭菌装置的步骤包括灭菌准备阶段、灭菌阶段和灭菌后处理阶段。

25、灭菌准备阶段，包括超高温过热水的制备和装置的高温饱和热水预灭菌。

26、超高温过热水的制备过程：包括在所述高温饱和热水罐中注入适量软水(以开启热水泵后不打空为限)，先后开启热水泵和蒸汽减压阀、调节阀，通过控制器将热水泵的出口压力控制在高于与所需超高温过热水设定点温度10℃左右的平衡压力，蒸汽压力控制在高于与所需灭菌温度10℃左右的平衡压力。如超高温过热水设定点温度为145～160℃，则热水泵出口压力应为0.45～0.69mpa；灭菌温度设定为130～145℃，则所需蒸汽压力为0.26～0.44mpa。经由高压水力喷射热泵产生的超高温过热水，通过加热换热器的热水通道，将加热换热器物料通道的物料加热后转化为高温饱和水，返回到所述高温饱和热水罐中，由此周而复始地循环流动，通过蒸汽调节阀随蒸汽工况的波动对蒸汽流量进行调节，使加热换热器热水通风道入口显示的超高温过热水温度稳定在设定值上。

27、装置的高温饱和热水预灭菌过程：在软水储罐中加入足够的软水，开启打料泵，软水经连续灭菌器换热单元的冷通道，进入加热换热器物料通道，被加热后，经连续灭菌器的保温维持单元和换热单元的热通道，在切断软水储罐的来水后，经由打料泵→连续灭菌器换热单元冷通道→加热换热器物料通道→连续灭菌器保温维持单元→连续灭菌器换热单元热通道→打料泵，进行周而复始的循环流动，在这一过程中软水被不断加热，直至达到一个连续灭菌器保温维持单元出口显示的130～145℃之间的稳定灭菌温度，在这一温度下维持3～10分钟。

28、灭菌阶段的具体步骤为：生料经由中转罐→打料泵→连续灭菌器换热单元冷通道→加热换热器物料通道→连续灭菌器保温维持单元→连续灭菌器换热单元热通道→发酵罐或无菌料储罐进行连续灭菌。在这一过程中，由蒸汽减压阀调节蒸汽压力，由调节蒸汽流量，通过控制器对热水泵出口压力、蒸汽调节阀开启度、加热换热器热水通道入口显示的加热源超高温过热水温度的控制，保持由连续灭菌器保温维持单元出口显示的灭菌温度稳定，当中转罐中的生料被吸收完毕，灭菌过程结束。

29、物料灭菌后处理阶段的具体步骤为：配料罐和中转罐中的待灭菌物料打完后，在不停止超高温过热水循环制备的前提下，将打料泵的进料由中转罐切换到软水罐，软水经过打料泵→连续灭菌器换热单元冷通道→加热换热器物料通道→连续灭菌器保温维持单元→连续灭菌器换热单元热通道→发酵罐或无菌料储罐，在控制由连续灭菌器保温维持单元出口显示的稳定灭菌温度下对设备进行顶水冲洗，冲洗设备的灭菌水进入发酵罐或无菌料储罐，以补充打料体积的不足。如不允许冲洗的灭菌水进入发酵罐或无菌料储罐，则将其放空至污水处理站。然后关闭打料泵和热水泵，蒸汽阀保持开启状态，使设备处于高温饱和热水的浸泡之中，本批连续灭菌结束。

30、本发明所述加热换热器，可以是各种液-液热交换器，包括管式、板式和螺旋板式，本发明优先选用螺旋板式。

31、本发明所述连续灭菌器的换热单元，同样可以是各种液-液热交换器，包括管式、板式和螺旋板式，本发明优先选用螺旋板式。

32、本发明所述连续灭菌器的保温维持单元，可以是罐式、管式、板式和螺旋板式，本发明优先选用螺旋板式。

33、本发明所述打料泵和热水泵，是在高温160℃下不渗漏的液体泵，可以选高温离心泵、高温旋涡泵、高温转子泵、高温齿轮泵、高温活塞泵等等，本发明优先选用的是高温磁力离心泵。

34、本发明所述高温饱和热水罐，是一种压力容器，耐压至少为0.6mpa。

35、本发明的积极效果为：

36、1.高温饱和热水循环间接加热的方式，加热温差较小且可控，可以减轻蒸汽压力波动的影响，稳定灭菌温度，不会将灭菌物料烤焦而造成设备堵塞。而且高温饱和热水的循环利用，除了少量散热损失外，没有蒸汽、热水和热能的溢出，可节约大量蒸汽。另外，由于蒸汽不直接同物料接触，不会对物料产生污染和稀释

37、2.连续灭菌器的集成了保温维持单元和换热单元，大幅度减少占地面积和散热损失，也简化了安装工程，节省安装成本。

38、3.高压水力喷射热泵将蒸汽等温绝热压缩成高温饱和热水，促使其释放潜热，使高温饱和热水升温、升焓，转化成超高温过热水，并保持其温度稳定，这一过程使蒸汽潜热得以充分利用。

39、4.热水泵除了为高压水力喷射热泵提供动力外，还使高温饱和热水及其所含的热量得以循环利用，大幅度减少通过疏水器造成的蒸汽、冷凝水及其所含潜热的溢出损耗，从而节省大量加热蒸汽。

40、5.加热换热器用于对被灭菌物料进行间接加热，而不对被灭菌物料造成污染和稀释。

41、6.饱和热水罐不仅能存放一定量的备用高温饱和热水，而且对温度起到一定的缓冲作用，抵消蒸汽压力波动的影响，使灭菌温度的控制更加精准。

42、7.超高温过热水温度通过蒸汽减压阀和调节阀可精确控制，根据需要与被灭菌物料之间保持一定的最低温差，避免高温蒸汽加热对物料造成过热破坏，甚至烤焦。

43、8.高温饱和热水循环装置不仅能对生物发酵、食品工业等需要加热或灭菌的物料进行加热灭菌，还能对设备进行事先和事后冲洗、灭菌，防止传统的蒸汽加热灭菌方法将设备中的存料烤干、烤焦，而因此造成的设备堵塞。

44、9.打料泵和热水泵均使用无渗漏的泵，如磁力泵，可避免轴封渗漏造成高温热水喷射而出伤人。