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連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置工作原理

沛愉包裝科技有限公司 邵濰淮 高建

      來源:《肉業(yè)產(chǎn)業(yè)資訊》    2016年第12期
 
內(nèi)容摘要:連續(xù)多塔式靜水殺菌壓裝置是由已經(jīng)在國外沿用近百年的連續(xù)高塔式殺菌釜衍生而來的。高塔式殺菌釜的主要特點就是利用靜水壓的原理,用水將產(chǎn)品進出殺菌艙的通道加注滿以后將氣體的通道加以密封
  連續(xù)多塔式靜水殺菌壓裝置是由已經(jīng)在國外沿用近百年的連續(xù)高塔式殺菌釜衍生而來的。高塔式殺菌釜的主要特點就是利用靜水壓的原理,用水將產(chǎn)品進出殺菌艙的通道加注滿以后將氣體的通道加以密封,同時還可以保持殺菌艙內(nèi)的壓力。但由于連續(xù)式高塔式殺菌釜進出殺菌艙各只有一個水艙,要獲得一定的壓力,就需要建造相應(yīng)高度的水艙(塔高達近20米),這就給這類殺菌裝置的普及應(yīng)用帶來的一點的屏障(場地、產(chǎn)量、包裝材料等因素)。這一原理就是采用U形差壓計的原理,例如我們平時所常見的水銀血壓計的工作原理就是這樣,如下圖:
  在一個U型管的結(jié)構(gòu)中(如已有的高塔式靜水壓殺菌釜),其密封的球形體內(nèi)的壓力與等同于水柱的高度所產(chǎn)生的靜水壓,圖中的水柱高度為3米,則球形體的壓力為0.3bar。如果將幾個U型管進行疊加(如本文介紹的多塔式靜水壓殺菌釜),則在最終的球體內(nèi)就可以獲得多個水柱所疊加后的壓力,圖中每段的水柱高度為3米,則4段水柱疊加在一起的總高度為12米,通過依次疊加的壓力,在最后一個球形體內(nèi)就可以獲得1.2bar的壓力。
  連續(xù)多塔式靜水壓裝置,就是利用了上述多個U型管壓力疊加的原理,將連續(xù)高塔式殺菌釜的高塔部分一分為幾,用多個高度較低的水艙來替代單個的高水艙,這就給制造、安裝、使用帶來了更多的便利,降低了使用條件(場地、產(chǎn)量、包裝材料等方面)。
  連續(xù)多塔式靜水壓裝置殺菌,是靠著水面以下所產(chǎn)生的壓強在水面以下隨著深度的增加而逐漸增加的原理,來實現(xiàn)在殺菌腔體內(nèi)保持相應(yīng)壓力。同時作為保持殺菌腔體內(nèi)壓力的水體,在起到密封的作用的同時,還不影響被殺菌產(chǎn)品進出殺菌腔體,所以說這是一個非常理想的殺菌模式。
  連續(xù)多塔式靜水壓裝置的工作原理如下圖:

  1.  在上圖中可以看出,環(huán)形的鏈條帶著產(chǎn)品依次經(jīng)過裝載產(chǎn)品處、從一端進入殺菌裝置中、從殺菌裝置的一端出來、經(jīng)過產(chǎn)品卸載處后完成一個殺菌循環(huán)的全部工藝流程;
  2.  在上圖中A處為產(chǎn)品進入端,Z處為產(chǎn)品輸出端;
  3.  在裝置中A-B、C-D、E-F、G-H、I-J這五段組成了靜水壓增壓裝置。每一段的水柱高度為6米,則可以獲得的最大增壓數(shù)值為0.06MPa,五段總計可以獲得0.3MPa的壓力差(殺菌裝置內(nèi)與常壓環(huán)境的壓差);
  4.  在裝置中的J-K-L-M-N-O-P-Q端組成了殺菌段,在殺菌段溫度被控制在工藝要求的殺菌溫度,如果是采用蒸汽殺菌的殺菌模式,則殺菌段內(nèi)的壓力為殺菌溫度狀態(tài)下所對應(yīng)的飽和蒸汽壓力;
  5.  在裝置中Q-R、S-T、U-V、W-X、Y-Z這五段組成了靜水壓減壓段,同增壓段一樣,每一段的水柱高度為6米,可以獲得的最大減壓數(shù)值為0.06MPa,則五段總計可以獲得同增壓段一樣的0.3MPa的壓力差,從而使得產(chǎn)品所處環(huán)境從殺菌艙段的殺菌壓力平緩過渡到常壓壓力;
  6.  通過下圖可以更加清晰地理解利用盛裝在裝置中的水是怎樣進行增壓:
  a.  產(chǎn)品由鏈條帶著,從A點處進入連續(xù)多塔式殺菌裝置的入口。
  b.  當(dāng)產(chǎn)品由A處進入后向水下的行進過程中,由于水在重力的作用下其壓強也逐漸增加,產(chǎn)品在水中每下降1米,則壓力也就增加0.01MPa,由A處至B處,兩個水面的高度差為6米,在B處就需要用0.06MPa的壓縮空氣來抵消這6米高的水壓。
  c.  由于在B處至C處是充滿著壓縮空氣,而空氣的密度僅僅是水的密度的約1/800,則完全可以認為B處與C處的壓力是相等的,即C處的壓力為0.06MPa。
  d.  由C處至D處,又有6米的水位落差,同樣的道理,要保持C處的水位低于D處6米,則在D處就會有6米水位的落差所產(chǎn)生的壓力再加上C處的壓縮空氣所產(chǎn)生的0.06MPa壓力,所以就必須在D處的水面上施加0.12MPa的壓縮空氣,利用壓縮空氣的壓力來保持D處的壓力以平衡D 處水中的壓力。
  e.  依次類推,產(chǎn)品在每一個靜水壓段的水中每經(jīng)過一段,其環(huán)境的壓力就會增加相應(yīng)水位高度所產(chǎn)生的壓力,直至到達J處,產(chǎn)品所處環(huán)境壓力最高可以達到0.30MPa(每段增加0.06MPa,共5段)。
  f.  在殺菌段(裝置中的裝置中的J-K-L-M-N-O-P-Q端),可以恒定地保持各個增壓段所獲得的壓力。
  g.  在殺菌段,可以是蒸汽式殺菌模式,也可以是淋水式或浸水式殺菌模式。
  ● 蒸汽式殺菌模式可以適用于以馬口鐵材質(zhì)制做的三片罐、兩片罐為包裝材料的產(chǎn)品,這類包裝材料具有較好的強度,可以承受包裝裝材料內(nèi)在高溫下產(chǎn)生的較高壓力;
  ● 淋水式殺菌模式則可以適應(yīng)幾乎所有的軟包裝產(chǎn)品。因為在淋水式殺菌模式下,殺菌艙內(nèi)的壓力遠遠高于所選殺菌溫度時水的汽化壓力;
  ● 經(jīng)過嚴格的計算,對于生產(chǎn)批量較大的充氣式鋁合金易拉罐類產(chǎn)品,同樣可以進行相應(yīng)工藝的殺菌生產(chǎn)。
  h.  當(dāng)產(chǎn)品殺菌結(jié)束,運行到Q處進入水中后,則與靜水壓增壓段相反,是由水的下面進入水中,然后逐漸在水中升高,這樣產(chǎn)品周圍環(huán)境的就會逐漸降低。
  i.  靜水壓降壓段壓力的原理與前述靜水壓增壓段壓力升高的原理正好相反,同樣是利用壓縮空氣來將各個降壓段隔離開來,從而實現(xiàn)利用水的靜壓力來逐漸由殺菌艙處的殺菌壓力過渡到常壓壓力。
  6.產(chǎn)品的裝卸
  根據(jù)不同的包裝材料、不同的被殺菌物料,可以有多種不同的裝載形式。如下所述:
  a.  對于長徑比較小的產(chǎn)品(罐體高度/罐體直徑)來說,可以采用如下的裝載方式:
  在鏈條帶著裝載產(chǎn)品的小籠筐運行至產(chǎn)品裝載處時,籠筐上的產(chǎn)品擋蓋將會自動開啟(由相應(yīng)的機械裝置定點撥開),相應(yīng)的產(chǎn)品輸送裝置將產(chǎn)品送入籠筐之中。當(dāng)鏈條帶著籠筐通過產(chǎn)品裝載位置之后,則產(chǎn)品擋蓋又重新復(fù)位將產(chǎn)品擋住以防在運行過程中產(chǎn)品從籠筐中脫落。
  當(dāng)鏈條帶著籠筐運行至卸載產(chǎn)品處時,籠筐上的產(chǎn)品擋蓋將會自動開啟(由相應(yīng)的機械裝置定點撥開),產(chǎn)品將會靠著重力的作用自動從籠筐中滑出落至輸送裝置上被輸送走,如下圖:
 
 
  b.  通過上述產(chǎn)品進、出籠筐的示意圖和說明可以得知,產(chǎn)品進出籠筐的關(guān)鍵之處在于籠筐呈V字形的結(jié)構(gòu)。當(dāng)產(chǎn)品進入籠筐時,籠筐的位置是V字形開口向上,產(chǎn)品將會從輸送裝置上靠著重力的作用滑入籠筐中。反之,當(dāng)產(chǎn)品需要從籠筐中卸出時,鏈條帶著籠筐運行的位置是V 字形開口向下,產(chǎn)品同樣是靠著重力的作用從籠筐中滑出落至傳送裝置上。
  c.  產(chǎn)品的裝卸、鏈條的運行、籠筐上產(chǎn)品擋蓋的啟閉等這些動作的協(xié)調(diào),全部是靠著機械同步機構(gòu)來實現(xiàn)的
  d.  對于一些產(chǎn)品的包裝形式呈長徑比較大的產(chǎn)品,則可以采用如下所述的裝卸方式:
  在上述的產(chǎn)品裝卸過程中,需要將運行中的主鏈條停頓下來,以便于對產(chǎn)品進行裝卸的操作,這一結(jié)構(gòu)的具體原理如下圖:
  e.  還可以根據(jù)其它形態(tài)的包裝材料,有針對性地設(shè)計出相應(yīng)的裝載產(chǎn)品的籠筐懸掛在鏈條上,從而實現(xiàn)對產(chǎn)品進行連續(xù)殺菌的目的,其具體的結(jié)構(gòu)在這里就不再一一的贅述。
  7.  殺菌模式的選擇
  前面已經(jīng)指出過,連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置具有蒸汽式殺菌、淋水式殺菌與浸水式殺菌等多種選擇,具體的選擇原則如下:
  a.  蒸汽式殺菌  蒸汽式殺菌是最為節(jié)能的一種殺菌方式,因為在連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置的殺菌段,當(dāng)采用蒸汽式殺菌模式時,蒸汽的熱量幾乎全部用來對產(chǎn)品進行加熱(當(dāng)然設(shè)備本身在內(nèi)部處于高溫狀態(tài)下會有一定的熱量散失掉,但在同樣溫度下,各種模式殺菌時這部分的熱能損失量都是一樣的),而且在整個殺菌腔體內(nèi)各處的溫度數(shù)值是幾乎一樣的。在蒸汽殺菌模式時,在連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置的殺菌腔體內(nèi)是呈現(xiàn)飽和蒸汽的狀態(tài),在這個環(huán)境中其各點的壓力幾乎是一樣的,所以各點的溫度也毋庸置疑地認為是一致的
  b.  對于蒸汽式殺菌模式來講,有一個概念性的問題需要澄清。在飽和蒸汽狀態(tài)下,溫度與壓力是具有一一對應(yīng)的關(guān)系。當(dāng)殺菌腔體內(nèi)溫度降低時(蒸汽出現(xiàn)冷凝,釋放汽化潛熱),勢必同時引起壓力的下降(蒸汽冷凝后此空間內(nèi)呈氣態(tài)的蒸汽量減少,總的空間容積不變,只能是壓力的降低),此時自動控制系統(tǒng)將向殺菌腔體內(nèi)注入新的蒸汽,由于殺菌腔體是密閉的空間,新進入的蒸汽將會導(dǎo)致這一空間內(nèi)蒸汽的壓力(處于飽和蒸汽狀態(tài))的升高,繼而也使得此環(huán)境中溫度有所提高。但需要特別注意的一點是,新進入的蒸汽僅僅是使腔體內(nèi)的壓力與溫度升高了,并沒有均勻擴散至腔體的各個部位。換句話來講,就是產(chǎn)品周圍的蒸汽由于在產(chǎn)品表面冷凝后將蒸汽的汽化潛熱傳遞給了產(chǎn)品,導(dǎo)致腔體內(nèi)壓力與溫度的降低,當(dāng)溫度與壓力自動控制裝置檢測到變化時會迅速進行蒸汽的補充,則在此引起產(chǎn)品周圍蒸汽的溫度和壓力升高,如果產(chǎn)品的溫度此時還沒有達到當(dāng)前飽和蒸汽的溫度值,則原來產(chǎn)品周圍的蒸汽就會繼續(xù)在產(chǎn)品表面冷凝對產(chǎn)品加熱,這就說明對產(chǎn)品加熱的這部分蒸汽,不是即刻從蒸汽輸送管道內(nèi)進入殺菌腔體內(nèi)的那部分蒸汽,這是蒸汽式殺菌模式與淋水式或是浸水式殺菌最本質(zhì)的一點區(qū)別。對于制訂殺菌工藝的技術(shù)人員或是殺菌裝置制造方面的設(shè)計人員來講,弄清楚這一加熱原理是至關(guān)重要的。
  c.  蒸汽式殺菌模式下,殺菌腔體內(nèi)(被殺菌產(chǎn)品的周圍環(huán)境)是處于飽和蒸汽狀態(tài)的,但被殺菌產(chǎn)品的包裝材料內(nèi)并不是處于完全的沒有空氣的狀態(tài)(由于被殺菌物料的熱脹系數(shù)與包裝材料的熱脹系數(shù)不會完全一樣,一般的罐頭內(nèi)都留有一定量的頂隙空間),當(dāng)被殺菌物料和混入其中的空氣受熱膨脹時,將會引起包裝材料內(nèi)部的壓力大于此時溫度下的飽和蒸汽的壓力,所以采用飽和蒸汽殺菌模式的殺菌工藝僅僅只適用于在高溫狀態(tài)下仍然具有相當(dāng)強度的包裝材料(例如馬口鐵類罐頭)。
  d.  對于軟包裝類產(chǎn)品,就不能采用飽和蒸汽狀態(tài)下的殺菌模式了。因為隨著溫度的升高,包裝材料內(nèi)的壓力也將會隨之升高,這樣為了在高溫狀態(tài)下保護包裝材料不受損壞,就必須使產(chǎn)品處于與包裝材料內(nèi)壓力相等的(這里指的包裝材料內(nèi)部的壓力,是在包裝材料的形狀和包裝材料內(nèi)部容積保持不變的前提下而呈現(xiàn)的壓力值)外部壓力環(huán)境中,所以就應(yīng)給殺菌腔體內(nèi)注入一定量的壓縮空氣,用以將當(dāng)時溫度下的、在飽和蒸汽壓力的基礎(chǔ)之上壓力再提高到與包裝材料內(nèi)部壓力相等的數(shù)值上。
  e.  殺菌腔體內(nèi)有了空氣的混入,就破壞了飽和蒸汽的環(huán)境,也就再沒有辦法利用飽和蒸汽狀態(tài)下溫度與壓力呈現(xiàn)一一對應(yīng)關(guān)系的特性(未來殺菌腔體內(nèi)熱分布的均勻性),只能采用熱水作為介質(zhì)來給產(chǎn)品進行加熱。
  f.  對于軟包裝類產(chǎn)品,只需產(chǎn)品包裝材料的外部壓力大于產(chǎn)品包裝材料內(nèi)部的壓力即可,即保持包裝材料不致變形即可。過高的壓力當(dāng)然對產(chǎn)品的殺菌質(zhì)量有好處(例如高壓可以增強產(chǎn)品的高溫密度,有利于熱量的傳導(dǎo),即提高熱穿透的性能),但對于連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置講,由于殺菌段壓力的獲得是由進出產(chǎn)品段的靜水壓段累積高度實現(xiàn)的,過量的壓力提高勢必導(dǎo)致設(shè)備總投資的增加。
  g.  對于外形比較規(guī)矩、產(chǎn)品尺寸較大的產(chǎn)品,在殺菌段腔體內(nèi)可以采用淋水式的殺菌模式。淋水式殺菌模式在整個殺菌腔體內(nèi)的熱分布可以做到與蒸汽式殺菌模式相仿的程度,因為在殺菌腔體內(nèi)的所有產(chǎn)品所獲得的水流都幾乎是同一時刻從管道內(nèi)流出來的溫度一樣的熱水。
  h.  對于包裝材料的外形不規(guī)則、產(chǎn)品尺寸較小、每個殺菌籠筐內(nèi)裝載的產(chǎn)品是處于無序擺放狀態(tài),就必須采用浸水式的殺菌模式。在產(chǎn)品完全浸入熱水中時,熱水就可以與每一個產(chǎn)品表面的每一處相接觸,繼而達到對所有產(chǎn)品都均勻傳遞熱量的目的。
  i.  綜合上述對產(chǎn)品的包裝形式特性及各種殺菌模式的適應(yīng)范圍,將連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置的適應(yīng)范圍列于下表:
  表一:
相目 蒸汽式殺菌模式 淋水式殺菌模式 浸水式殺菌模式
適用的包裝形式 三片罐馬口鐵罐頭 PE瓶、兩片罐易拉罐等 軟包裝類蒸煮袋類產(chǎn)品
殺菌溫度范圍 105℃~135℃ 85℃~135℃ 85℃~135℃
殺菌壓力控制范圍 0~0.22MPa 0~0.35MPa 0~0.35MPa
每個靜壓段壓力調(diào)整范圍 0~0.06MPa 0~0.06MPa 0~0.06MPa
  8.  連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置在運行過程中溫度與壓力的控制
  針對不同的包裝材料、不同的被殺菌物料、不同的灌裝溫度,在連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置中其升溫、保溫、降溫的方式也是有所區(qū)別的,下面就分別舉例來說明在連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置的運行中對溫度的控制方式:
  a.  對于三片罐類產(chǎn)品,由于包裝材料具有一定的強度,可以采用蒸汽式的殺菌模式。但由于物料向包裝容器內(nèi)灌裝的溫度不同,在升溫、保溫、降溫的過程中也是有所區(qū)別的。
  ● 低溫灌裝的產(chǎn)品。
  1)例如午餐肉類罐頭,工藝上要求的罐裝溫度在4~10℃的范圍內(nèi),對于這類罐頭,在升溫時就需要大量的熱量,通常采取的升溫方式為首先利用產(chǎn)品殺菌過程中的余熱來對產(chǎn)品及進行預(yù)熱,這樣可以節(jié)約大量的能源。待產(chǎn)品的溫度升高到一定數(shù)值后再經(jīng)由靜水壓段進入到連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置的內(nèi)部。因為產(chǎn)品在降溫時溫度降低到40℃左右即可,所以在需要將產(chǎn)品開始進入靜水壓段的溫度提升至殺菌后出靜水壓段的數(shù)值。
  2)這樣做的另一個目的,就是在預(yù)熱時可以將產(chǎn)品表面在灌裝時所粘附的生鮮物料進行初步的加熱,以起到初步殺菌的目的。
  3)對于初步預(yù)熱還有一個作用,就是由于溫度的提高,可以將三片罐罐頭產(chǎn)品內(nèi)部的壓力提升,這樣就可以避免在產(chǎn)品進入靜水壓段后外界的水進入到產(chǎn)品內(nèi)部。無論是靜水壓的升溫段還是降溫段,在設(shè)計產(chǎn)品的殺菌工藝以及連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置的具體結(jié)構(gòu)時,勻應(yīng)使產(chǎn)品內(nèi)部的壓力高于產(chǎn)品所處位置的壓力,這樣就可以從根本上杜絕外界的水進入產(chǎn)品內(nèi)部的可能性。
  4)在殺菌過程中,由于是采用的蒸汽式殺菌模式,所以在連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置中的殺菌段的腔體內(nèi)壓力僅僅是所處殺菌溫度下水的飽和蒸汽壓力,而這一壓力是遠低于產(chǎn)品內(nèi)部的壓力的(產(chǎn)品內(nèi)部的壓力是由所處溫度狀態(tài)下水蒸汽壓力與空氣壓力的疊加)。
  ● 在85℃左右溫度下灌裝的產(chǎn)品。
  1)例如一些蛋白飲料類的產(chǎn)品(椰汁、花生露等),出于產(chǎn)品灌裝工藝的要求(衛(wèi)生方面的安全性)這類產(chǎn)品的罐裝溫度較高,當(dāng)產(chǎn)品殺菌結(jié)束后常溫下包裝材料的內(nèi)部是呈現(xiàn)一定的真空狀態(tài)的。
  2)由于產(chǎn)品的灌裝溫度較高,且是蒸汽式殺菌模式,所以在進入連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置后要想盡可能多地在靜水壓段對產(chǎn)品進行加熱,就需要有相應(yīng)的溫差存在,這是在設(shè)計整體裝置時需要重視的一個問題。
  3)由于產(chǎn)品是熱灌裝的,所以產(chǎn)品就同樣可以以較高的溫度從連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置出料端靜水壓裝置內(nèi)的水中出來,這樣就可以保持著三片罐罐體內(nèi)仍呈現(xiàn)出一定的壓力,避免外界的冷卻水等通過罐體上的密封面進入產(chǎn)品內(nèi)部。
  4)處于較高溫度的產(chǎn)品,在連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置外部再經(jīng)過單獨設(shè)置冷卻段,在這一冷卻段,可以采用經(jīng)過處理的、潔凈度符合要求的冷卻水對其進行冷卻。
  5)在單獨設(shè)置的產(chǎn)品冷卻段內(nèi),冷卻水的流動方向與產(chǎn)品的運行方向是相逆的,這部分冷卻水在這里僅使用一次,這樣就徹底杜絕了現(xiàn)有普通殺菌釜冷卻水處理裝置所帶來的處理微生物的麻煩。
  6)在連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置外部進行冷卻的原理如下圖所示:
  b.  在上圖中,產(chǎn)品在鏈條的帶動下從連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置的出口端靜水壓裝置中出來后進入外置的冷卻裝置中,在冷卻裝置中,產(chǎn)品的運行方向與冷卻水的流動方向是相逆的
  c.  對于兩片罐類產(chǎn)品的殺菌。由于兩片罐材料很薄,罐體本身的抗彎強度很低,所以兩片罐類產(chǎn)品灌裝工藝中有滴氮工序,這樣待封口后常溫狀態(tài)下在兩片罐內(nèi)就有約0.2MPa的內(nèi)壓,使得兩片罐產(chǎn)品呈現(xiàn)出具有整體較高強度的狀態(tài)。
  d.  兩片罐產(chǎn)品在整個生產(chǎn)工藝過程中,其內(nèi)部的壓力是隨著溫度的變化而呈現(xiàn)較大變動的。由于易拉罐本身的強度有限(通常的狀態(tài)下安全的承受壓差約0.25MPa),在整個殺菌過程中,易拉罐內(nèi)壓力隨溫度的變化曲線如下圖(這是在普通殺菌釜內(nèi)進行兩片罐殺菌所獲得的數(shù)據(jù)):
  e.  對于滴注氮氣的兩片罐類產(chǎn)品在連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置中進行殺菌,可以非常容易地實現(xiàn)上述圖中所示這樣的工藝要求。
  ●從灌裝機內(nèi)出來的兩片罐產(chǎn)品,將會在短時間內(nèi)進入到連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置入口端的第一段靜水壓裝置中,在這里的水溫將調(diào)整的與產(chǎn)品的罐裝溫度相仿(略高于產(chǎn)品的罐裝溫度),隨著產(chǎn)品進入水中后環(huán)境壓力的升高,產(chǎn)品的易拉罐罐體所承受的壓差也將逐漸減小。
  ● 產(chǎn)品繼續(xù)前行,進入第二段靜水壓裝置內(nèi)后,靜水壓裝置中水的溫度將會按照壓力增高的速度相應(yīng)地提高。
  ● 待產(chǎn)品運行進入到殺菌段,其殺菌腔體內(nèi)的壓力即升高到要求的數(shù)值上。在整個的殺菌過程中,將始終保持著殺菌溫度和相應(yīng)的壓力不變。當(dāng)然要值得注意的是,只有殺菌腔體內(nèi)的壓力保持穩(wěn)定,各個靜水壓裝置處的水位才能夠保持相應(yīng)的高度,這些都是相互牽連的因素(在后面將會更加詳細地說明壓力控制的機理)。
  ● 當(dāng)殺菌結(jié)束后,與產(chǎn)品進入連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置時通過增壓段的靜水壓裝置相反,產(chǎn)品是從高溫狀態(tài)開始,在通過減壓段的靜水壓裝置的過程中,隨著壓力不斷地降低,靜水壓裝置內(nèi)的水溫也需要不斷地降低,以便使產(chǎn)品的易拉罐所承受的壓差保持在要求的范圍內(nèi)。
  ● 為了降低連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置的總體造價,將兩片罐易拉罐產(chǎn)品的一部分冷卻工序設(shè)置在殺菌裝置外面進行,即在設(shè)計降溫工藝流程中使兩片罐易拉罐從降壓段靜水壓裝置出來時,溫度還在80℃左右,余下所需的降溫過程在殺菌裝置以外進行,這樣就可以減緩在靜水壓段的降溫幅度,使得產(chǎn)品進出殺菌裝置的溫度基本相等,這將有利于在殺菌裝置中溫度與壓力的準(zhǔn)確控制。
  ● 在殺菌裝置外部設(shè)置的冷卻裝置,如前所述,冷卻水的流動方向與產(chǎn)品的運行方向是相逆的,這樣就可以獲得一定量溫度較高的熱水(利用這些熱水可以對前處理工序的原料水進行初步的加熱)而節(jié)省大量的熱能。
  f.  在連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置內(nèi)的壓力控制是比較關(guān)鍵的一項,在蒸汽式殺菌模式下,殺菌裝置內(nèi)各段的壓力控制原理如下:
  ● 在蒸汽式殺菌模式下,殺菌段是呈現(xiàn)飽和蒸汽狀態(tài)的,此時的壓力是此殺菌溫度下飽和蒸汽的固有壓力,這一壓力是與飽和蒸汽的溫度相一一對應(yīng)的,如果檢測到壓力有所降低,僅需向殺菌腔體內(nèi)補充蒸汽既可。一旦向殺菌腔體內(nèi)注入了蒸汽,壓力和溫度將會同時相應(yīng)升高。
  ● 在靜水壓的幾個增壓段(也是升溫段),壓力是逐漸升高的,同時各個靜水壓增壓段內(nèi)水的溫度也需要逐漸地升高,直到產(chǎn)品接近殺菌腔體時水溫應(yīng)該升高到距殺菌溫度一定的數(shù)值(具體的水溫根據(jù)不同的產(chǎn)品、產(chǎn)量、內(nèi)容物等來確定)。值得一提的是在各個靜水壓增壓段(靜水壓減壓段亦同)保持每個靜水壓段的水位差的壓力是來自壓縮空氣的。靜水壓段內(nèi)的水不但是起到逐漸增壓的作用,同時也起到逐級對殺菌段腔體的密封作用,而且水的密封作用又不影響產(chǎn)品通過靜水壓段進出殺菌腔體。
  ● 在靜水壓的幾個減壓段(也是降溫段),壓力是逐漸降低的,同時各個靜水壓減壓段內(nèi)水的溫度也需要逐漸地降低,直到產(chǎn)品接近常壓的壓力時水溫應(yīng)該降低到需要的溫度數(shù)值(具體的水溫根據(jù)不同的產(chǎn)品、產(chǎn)量、內(nèi)容物等來確定)。
  g.  連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置在淋水式殺菌模式(浸水式殺菌模式亦同)下的壓力控制原理如下:
  ● 與蒸汽式殺菌模式基本相仿,所不同的是在一般的情況下,要求殺菌腔體內(nèi)的壓力要比殺菌溫度所對應(yīng)的飽和蒸汽壓力要高一些,使得在此殺菌溫度下的水不會沸騰。這樣做的目的是讓處在此殺菌溫度下的產(chǎn)品不至于由于其包裝材料內(nèi)部壓力的升高而脹破包裝材料,殺菌狀態(tài)下產(chǎn)品周圍的環(huán)境壓力就必須要比此殺菌溫度所對應(yīng)的飽和蒸汽壓力高出許多(參見8項d條內(nèi)的圖中所示〖鍋內(nèi)壓力〗與所對應(yīng)的〖鍋內(nèi)溫度〗數(shù)據(jù)),例如對于兩片罐類產(chǎn)品、軟包裝類等產(chǎn)品的殺菌就是。
  ● 由于淋水式殺菌模式下(浸水式殺菌模式亦同),在同樣的殺菌溫度時壓力要比蒸汽式殺菌模式狀態(tài)下高一些,則在保持靜水壓增壓段(減壓段也是相對應(yīng)的)每一段的高度不變情況下(每一段的高度在5m~6m),就需要按殺菌壓力的要求增加相應(yīng)的靜水壓段。
  9  在連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置中,殺菌腔體內(nèi)的最高殺菌壓力是有上限的,壓力上限的數(shù)值就是每個靜水壓增壓段(同樣對應(yīng)每個靜水壓減壓段)所能得到的水位壓差(亦是水位落差)與靜水壓段數(shù)之乘積。連續(xù)多塔靜水壓式殺菌釜裝置與普通殺菌釜裝置相比較,還有一個較大的特點就是能源的節(jié)約。
  a.  在連續(xù)生產(chǎn)過程中,一部分的節(jié)能是利用已殺菌產(chǎn)品的余熱來加熱待殺菌產(chǎn)品。因為在連續(xù)生產(chǎn)的過程中,總是不斷地有已殺菌產(chǎn)品需要降溫和待殺菌產(chǎn)品需要升溫,將這一過程進行熱量交換,從而達到余熱利用的目的。原理如下圖:
  b.  在連續(xù)生產(chǎn)過程中,另一部分的節(jié)能是利用已殺菌產(chǎn)品的降溫余熱來加熱原料(主要是針對飲料類產(chǎn)品)液體。例如飲料加工中的RO水,通常的工藝是在進行灌裝前要將其從常溫加熱至灌裝溫度(例如85℃),如果利用產(chǎn)品的殺菌余熱來將RO水首先從常溫加熱升溫一些溫度,然后再利用原有的加熱裝置將其加熱至需要的罐裝溫度,在連續(xù)化生產(chǎn)過程中,將會產(chǎn)生很大的效益。這一點的工作原理在前面已經(jīng)敘述過,主要是通過在連續(xù)多塔靜水壓式殺菌釜裝置外部所設(shè)置的冷卻段所回收的熱量來進行余熱的回收和利用。
  c.  在連續(xù)生產(chǎn)過程中,還有一部分的節(jié)能則是由于在連續(xù)殺菌運行的過程,連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置的各個部位的溫度基本是恒定的,除了設(shè)備本身的散熱所引起的熱能損失外,沒有了像普通殺菌釜那樣的殺菌設(shè)備本身被反復(fù)升溫、降溫的過程。通過簡單的計算我們可以得知,這部分熱能的損失也是一項相當(dāng)可觀的數(shù)目:例如一臺總重量為9噸的普通殺菌釜裝置,其熱容量相當(dāng)于1噸水,在從常溫36℃(普通殺菌釜降溫過程中冷卻水的溫度)升溫至殺菌溫度121℃的過程中,需要加熱罐體等所需的熱量約相當(dāng)于190kg的蒸汽量。
  d.  在連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置的運行過程中,冷卻水的節(jié)約也是相當(dāng)大的一項。前面我們已經(jīng)敘述過,通過殺菌過程中已殺菌產(chǎn)品與待殺菌產(chǎn)品的熱交換、對已殺菌產(chǎn)品所含熱量的提取,產(chǎn)品的溫度已經(jīng)得到較大的降低,再利用外界塔水進一步的降溫,從而使被殺菌產(chǎn)品達到出釜的溫度。這樣就可以使冷卻水的耗量大大地降低了,也就從冷卻水的這一方面達到了節(jié)能的目的。
  e.  通過計算,我們以兩片罐產(chǎn)品為例來對比連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置與普通殺菌釜的能源消耗等數(shù)據(jù)如下:
  10.  綜上所述,連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置可以適應(yīng)多種包裝形式的產(chǎn)品殺菌工藝,主要優(yōu)點表現(xiàn)在節(jié)約能源、減少操作人員、高效等方面。
  11.  由于連續(xù)多塔靜水壓式殺菌裝置的結(jié)構(gòu)特點,在運行時幾乎沒有需要操作人員進行干預(yù)的動作,所以整個殺菌工序僅需要一位操作監(jiān)控人員即可,且運行過程相當(dāng)穩(wěn)定。
  12.  可以針對不同的產(chǎn)品包裝形式、不同的包裝材料、不同的被殺菌內(nèi)容物、不同的殺菌工藝要求等進行有針對性地設(shè)計,非常適應(yīng)產(chǎn)量大、品種單一產(chǎn)品的高效率生產(chǎn)。
 
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