專利名稱：微波連續(xù)加熱滅菌固態(tài)物料的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
微波連續(xù)加熱滅菌固態(tài)物料的方法及裝置涉及生物工程、化工、食品和環(huán)境工
程中，微波連續(xù)加熱滅菌固態(tài)物料的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
當(dāng)前，在食品、制藥、農(nóng)副產(chǎn)品加工、釀造、有機廢物處理、固態(tài)發(fā)酵、化 工、制造業(yè)等諸多領(lǐng)域，經(jīng)常會遇到固態(tài)物料的加熱與滅菌處理問題。顆粒、粉粒狀等 含水固態(tài)物料采用微波加熱及滅菌與傳統(tǒng)的蒸汽加熱及滅菌相比，可以明顯縮短滅菌時 間，具有設(shè)備簡單、能耗低、容易操作和容易實現(xiàn)自動化的許多優(yōu)點，不存在環(huán)境污染 問題。而微波處理各類含水固態(tài)物料時，需要加壓才能使物料的的溫度達到12(TC以上，
才能達到殺滅細菌芽胞的溫度。目前受現(xiàn)有設(shè)備制作材料強度、耐熱性、耐腐蝕性、耐 磨性、電磁特性等的影響與限制，在加熱與滅菌處理要求較高或相關(guān)工藝較為復(fù)雜的情 況下，現(xiàn)有技術(shù)方法有一定的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
針對固態(tài)物料加熱滅菌處理要求較高或相關(guān)工藝較為復(fù)雜的情況下，現(xiàn)有微波 滅菌技術(shù)方法有一定的局限性。為克服上述問題，本發(fā)明采用多級微波連續(xù)加熱滅菌固 態(tài)物料的方法及裝置，能利用微波加熱，將固態(tài)物料，尤其是固態(tài)發(fā)酵物料中的細菌芽 孢殺滅，實現(xiàn)固態(tài)物料被滅菌的目的。 本發(fā)明的目的在于提供一種微波連續(xù)加熱滅菌固態(tài)物料的方法及其裝置，這 就是采用微波加熱含水固態(tài)物料產(chǎn)生水蒸汽，在對蒸汽封閉的管式螺旋推進器中形成 0.1017Mpa——1.0015Mpa之間的蒸汽壓力，蒸汽壓力優(yōu)選在0.2063Mpa——0.3653Mpa之 間。采用旋塞式連續(xù)進料密封閥和旋塞式連續(xù)出料密封閥帶壓運行，實現(xiàn)帶壓連續(xù)進出 固態(tài)物料的操作。采用小型蒸汽發(fā)生器制備壓力在0.1017Mpa——1.0015Mpa之間的帶壓 蒸汽，蒸汽壓力優(yōu)選在0.2063Mpa——0.3653Mpa之間，連接在旋塞式連續(xù)進料密封閥和 旋塞式連續(xù)出料密封閥與管式螺旋推進器的連接處，用以穩(wěn)定固態(tài)物料連續(xù)進出時裝置 內(nèi)的工作環(huán)境壓力。采用上述方法和裝置可以利用微波將固態(tài)發(fā)酵物料的滅菌溫度加熱 到12(TC以上，物料的熱解或焦化溫度以下，把含水固態(tài)物料連續(xù)進行加熱滅菌處理，實 現(xiàn)固態(tài)物料徹底被滅菌的目的。 該裝置所配備的小型蒸汽發(fā)生器所制備的帶壓蒸汽，除用以穩(wěn)定固態(tài)物料連續(xù) 進出時裝置內(nèi)的工作環(huán)境壓力外，更重要的是可以用于整個裝置內(nèi)部的滅菌處理，通常 在固態(tài)物料的滅菌前后，采用0.2063Mpa——0.3653Mpa的蒸汽處理整個裝置內(nèi)部，確保 固態(tài)物料的滅菌質(zhì)量。 本發(fā)明具體提供的微波連續(xù)加熱滅菌固態(tài)物料的裝置，由多個單級裝置和帶壓 蒸汽制備系統(tǒng)組成，其中，固態(tài)物料的微波連續(xù)滅菌的單級裝置由進料口、旋塞式連續(xù) 進料密封閥、管式螺旋推進器、微波加熱室、出料口、旋塞式連續(xù)出料密封閥、溫度傳感器、壓力傳感器、蒸汽發(fā)生器組成；壓力與溫度傳感器安裝在微波加熱室外管式螺旋 推進器的級與級之間的連接處。 旋塞式連續(xù)進、出料密封閥的進料口與出料口在開啟時，相互不連通，可以在 維持裝置內(nèi)有效工作氣壓的情況下，同時完成固態(tài)物料的連續(xù)進出。 管式螺旋推進器由進料口、內(nèi)襯聚碳酸酯的聚四氟乙烯外管、外覆聚碳酸酯的 聚四氟乙烯的攪拌推進器、軸封、連軸法蘭、驅(qū)動器、攪拌推進器軸承、軸承密封法 蘭、出料口組成。 微波加熱室一般根據(jù)所需微波的功率、固態(tài)物料的微波吸收特征及加熱效果設(shè) 計， 一般設(shè)計成圓柱形或多棱柱形，也可以由多個微波加熱諧振腔串聯(lián)使用，具體的微 波加熱室設(shè)計由相關(guān)工藝參數(shù)決定。此外加熱室必須能夠長時間連續(xù)工作，其功率可以 在線準確調(diào)節(jié)。 采用小型蒸汽發(fā)生器制備壓力在0.1017Mpa——1.0015Mpa之間的帶壓蒸汽，蒸 汽壓力優(yōu)選在0.2063Mpa——0.3653Mpa之間，連接在采用旋塞式連續(xù)進料密封閥和旋 塞式連續(xù)出料密封閥與管式螺旋推進器的連接處，并與裝置內(nèi)部的蒸汽壓保持一致，用 以穩(wěn)定固態(tài)物料連續(xù)進出時裝置內(nèi)的工作環(huán)境壓力。采用旋塞式連續(xù)進料或出料密封閥 解決了整套微波加熱裝置的帶壓運行和進出料操作，利用機械密封解決了管式螺旋推進 器，在攪拌和推進物料的同時維持管式螺旋推進器內(nèi)部的工作氣壓問題，實現(xiàn)了微波對 固態(tài)物料的連續(xù)加熱滅菌處理。 為了適應(yīng)不同固態(tài)物料的微波加熱滅菌工藝要求，本發(fā)明將固態(tài)物料的微波加 熱滅菌工藝過程分成多個階段，即分級進行； 一般分三級，即預(yù)熱級段、主加熱滅菌級 段、保溫保壓級段。也可以根據(jù)被加熱滅菌的固態(tài)物料性質(zhì)及相關(guān)工藝要求，增減預(yù)熱 級段或保溫保壓級段，將固態(tài)物料的微波加熱滅菌工藝過程分成多級進行，以適應(yīng)一些 特殊的工藝過程要求。 本發(fā)明設(shè)計的多級微波連續(xù)加熱滅菌固態(tài)物料的裝置，是將壓力與溫度傳感器 安裝在微波加熱室外管式螺旋推進器的級與級之間的連接處，解決了目前工業(yè)中常用的 壓力與溫度傳感器不能在微波環(huán)境中使用的技術(shù)局限性，有效的在線測控裝置內(nèi)固態(tài)物 料的溫度和壓力，精確控制整個加熱滅菌過程。 對固態(tài)物料的微波加熱滅菌工藝過程分級后，單級的管式螺旋推進器長度不會 過長，能在微波輻射的環(huán)境中保持應(yīng)有的機械強度及其材料的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。這也是單 級微波加熱滅菌處理裝置所難以實現(xiàn)的。 本發(fā)明中，單級裝置間通過進、出料口的法蘭進行連接，可以根據(jù)滅菌工藝要 求組裝成不同的多級微波連續(xù)加熱滅菌固態(tài)物料的裝置，多級微波連續(xù)加熱滅菌固態(tài)物 料的裝置僅在第一級進料口和最后一級出料口處安裝旋塞式連續(xù)進料或出料密封閥。
單級微波加熱滅菌處理裝置之間可以根據(jù)生產(chǎn)場地或工藝流程的實際需要以不 同的方位角進行連接，本發(fā)明優(yōu)選以90度角進行連接的三級微波連續(xù)加熱滅菌固態(tài)物料 的裝置。 本發(fā)明采用耐壓、耐熱、微波通透率高的工程材料制備管式螺旋推進器。通常 采用聚四氟乙烯、工程陶瓷、鋼化玻璃、耐熱工程塑料、玻璃鋼制備或耐火材料粘合或 燒制而成。制備飛機雷達罩的材料是制備管式螺旋推進器的最好材料，但制作工藝一般
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要求較高且價格昂貴，在一定程度上限制了該類材料的應(yīng)用；性價比較好的材料首推聚 四氟乙烯。為了將該設(shè)備用于食品工業(yè)，可以用聚碳酸酯對管式螺旋推進器進行內(nèi)襯外 覆，管式螺旋推進器伸出在微波加熱室外的其他部分可以采用不銹鋼、鋁合金等金屬材 料制作。 被加熱滅菌后的固態(tài)物料一般要及時冷卻，可以通過熱交換裝置，用來預(yù)熱需 加熱滅菌的固態(tài)物料；這樣能夠大幅降低能量的無效損耗，提高能量的有效利用率。


圖1顯示為多級微波連續(xù)加熱滅菌固態(tài)物料的裝置示意圖。
圖2顯示為旋塞式連續(xù)進、出料密封閥沿A-A剖視圖。
圖1-圖2中 1-進料口 ； 2-旋塞式連續(xù)進料密封閥；3-驅(qū)動器；4-旋塞式連續(xù)進料密封閥 出料口； 5-驅(qū)動器；6-連軸法蘭；7-軸封；8-管式螺旋推進器；9-內(nèi)襯聚碳酸酯的聚 四氟乙烯外管、外覆聚碳酸酯的聚四氟乙烯的攪拌推進器；10-微波加熱室；11-壓力傳
感器；12-軸承密封法蘭；13-攪拌推進器軸承；14-單級管式螺旋推進器進、出料口連 接；15-溫度傳感器；16-旋塞式連續(xù)出料密封閥；17-出料口； 18-蒸汽發(fā)生器；19-旋 塞式連續(xù)進、出料密封閥進料口； 20-旋塞式連續(xù)進、出料密封閥進料倉；21-旋塞式連 續(xù)進、出料密封閥出料倉。
具體實施例方式
下面，舉實施例說明本發(fā)明，但是，本發(fā)明并不限于下述的實施例。
實施例一 微波連續(xù)加熱滅菌固態(tài)物料的裝置，由多個單級裝置和蒸汽發(fā)生器(18)組成， 其中，固態(tài)物料的微波連續(xù)滅菌的單級裝置由進料口(l)、旋塞式連續(xù)進料密封閥(2)、管 式螺旋推進器(8)、微波加熱室(IO)、出料口(14)、旋塞式連續(xù)出料密封閥(16)、溫度傳感 器(15)、壓力傳感器(ll)組成；壓力與溫度傳感器安裝在微波加熱室外管式螺旋推進器 的級與級之間的連接處。 旋塞式連續(xù)進、出料密封閥(2)的進料口與出料口在開啟時，相互不連通，可以 在維持裝置內(nèi)有效工作氣壓的情況下，同時完成固態(tài)物料的連續(xù)進出。
管式螺旋推進器(8)由進料端口 (4)內(nèi)襯聚碳酸酯的聚四氟乙烯外管、外覆聚碳 酸酯的聚四氟乙烯的攪拌推進器(9)、軸封(7)、連軸法蘭(6)、驅(qū)動器(5)、攪拌推進器軸 承(13)、軸承密封法蘭(12)、出料端口(14)組成。 微波加熱室(10)為圓柱形或多棱柱形，此外加熱室必須能夠長時間連續(xù)工作，
其功率可以在線準確調(diào)節(jié)。 實施例二 微波連續(xù)加熱滅菌固態(tài)物料的專用裝置，由多個單級裝置和蒸汽發(fā)生器組成， 具體與上述實施例相同，其中，微波加熱室可由多個低功率的諧振腔串聯(lián)使用，具體的 微波加熱室設(shè)計以相關(guān)工藝參數(shù)決定。此外加熱室必須能夠長時間連續(xù)工作，其功率可 以在線準確調(diào)節(jié)。
實施例三 將需滅菌的固態(tài)物料用熱風(fēng)預(yù)熱后由進料口 (1)通過旋塞式連續(xù)進料密封閥(2) 連續(xù)加入螺旋推進器(8)中，沿著螺旋推進器長軸方向被攪拌并推向前方，途徑微波加熱 室(10)時物料被按工藝要求加熱，物料溫度和環(huán)境壓力在級間由溫度傳感器(11)與壓力 傳感器(15)在線測控，壓力與溫度傳感器安裝在微波加熱室外管式螺旋推進器的級與級 之間的連接處。物料被螺旋推進器從前一級輸送到下一級，物料在下一級被微波進一步 加熱到滅菌溫度，該階段的物料溫度和環(huán)境壓力也是在級間由溫度傳感器與壓力傳感器 在線測控。物料被螺旋推進器進一步輸送到下一級，在這一級，微波加熱功率降低，主 要是使物料保持滅菌的溫度和壓力，通過這一級，物料到達出料端(14)，通過旋塞式連 續(xù)出料密封閥(16)經(jīng)出料口 (17)排出。 被加熱滅菌后的固態(tài)物料被排出后，立即經(jīng)過風(fēng)冷冷卻，固態(tài)物料的整個加熱 滅菌過程結(jié)束。 以上過程利用溫度和壓力傳感器在線進行工藝參數(shù)監(jiān)測，通過微型計算機在線 控制微波加熱功率，容易實現(xiàn)自動化連續(xù)操作。
實施例四 在固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)紅曲、蛋白酶、果膠酶、纖維素酶、檸檬酸、乙醇、乳酸、赤 霉素、維生素、醬油、食醋、白酒、蛋白飼料、b.t制劑、食用菌等的生產(chǎn)過程中，固態(tài) 發(fā)酵用的培養(yǎng)基需要進行滅菌處理。采用本發(fā)明，將需滅菌處理的固態(tài)物料，由進料口
(1) 旋塞式連續(xù)進、出料密封閥(2)加入螺旋推進器(8)，沿著螺旋推進器長軸方向再攪拌 狀況下被推向前方出料口(17)，固態(tài)物料在移動過程中，經(jīng)微波加熱室(10)被加熱滅菌， 滅菌溫度和滅菌時間可由微波加熱功率和物料推進速度與無菌空氣的工作壓力調(diào)節(jié)，殺 菌溫度視物料性質(zhì)及滅菌工藝要求選擇在120°C -1401:的范圍，帶壓蒸汽的工作壓力一般 選擇在0.2063Mpa-0.3653Mpa之間，時間2-30分鐘。被加熱滅菌后的固態(tài)物料排出后， 立即經(jīng)過風(fēng)冷冷卻，固態(tài)物料的整個加熱滅菌過程結(jié)束。利用該工藝可以實現(xiàn)對上述發(fā) 酵料的滅菌處理，達到相關(guān)工藝要求。該方法與傳統(tǒng)蒸汽滅菌工藝相比，滅菌時間短， 對物料的營養(yǎng)成分破壞程度小，同時可以不需要蒸汽鍋爐，明顯地簡化了處理設(shè)備、降 低了運行成本及管理成本、減少了對環(huán)境的污染與影響，容易實現(xiàn)自動化操作，具有實 際應(yīng)用價值。
實施例五 在食品加工過程中，采用本發(fā)明，通過對干果、蜜餞、醬菜、各種調(diào)味粉等進 行連續(xù)加熱滅菌處理；經(jīng)滅菌處理后的相應(yīng)產(chǎn)品食用更衛(wèi)生、更安全，其產(chǎn)品的貨架壽 命和保值期更有保障。
實施例六 采用本發(fā)明，在中草藥有效成分提取過程中，如白藜蘆醇、人參皂甙、麻黃 素、甘草酸、紫草素等的提取時，先將原料草粉進行噴水預(yù)濕后放置5 30分鐘，噴水 量根據(jù)相關(guān)提取工藝而定，噴水預(yù)濕可以使草粉經(jīng)微波處理時被快速加熱，同時也使草 粉組織結(jié)構(gòu)被微波進行了破損處理。 將需微波處理的中草藥藥粉固態(tài)物料，由進料口(l)旋塞式連續(xù)進、出料密封閥
(2) 加入螺旋推進器(8)，沿著螺旋推進器長軸方向再攪拌狀況下被推向前方出料口 (17)，固態(tài)物料在移動過程中，經(jīng)微波加熱室(10)被加熱滅菌，處理溫度和處理時間可由微波 加熱功率和物料推進速度與帶壓蒸汽的工作壓力調(diào)節(jié)，帶壓蒸汽的工作壓力一般選擇在 0.020Mpa-0.365Mpa之間，時間1-30分鐘。被滅菌后的固態(tài)物料通過旋塞式連續(xù)出料密 封閥從出料口 (16)排出。 經(jīng)以上高溫瞬間微波處理，能使中草藥有效成分的提取率有顯著的提高。除此 之外，該方法在植物色素、香精、激素、等有效成分的提取時，對提取率同樣有顯著的 提高。 實施例七 在有機肥生產(chǎn)領(lǐng)域，通常采用建堆發(fā)酵腐熟的生產(chǎn)工藝，所生產(chǎn)的有機肥中難 免殘存有害微生物和有害小動物，蒸汽滅菌法由于需要鍋爐等大型設(shè)備，蒸汽滅菌法工 藝實施難度較大；采用本發(fā)明，將需消毒或滅菌處理的有機肥產(chǎn)品(固態(tài)物料)，由進料 口 (1)旋塞式連續(xù)進、出料密封閥(2)加入螺旋推進器(8)，沿著螺旋推進器長軸方向再 攪拌狀況下被推向前方出料口 (17)，固態(tài)物料在移動過程中，經(jīng)微波加熱室(10)被加熱 滅菌，處理溫度和處理時間可由微波加熱功率和物料推進速度與帶壓蒸汽的工作壓力調(diào) 節(jié)，帶壓蒸汽的工作壓力一般選擇在0.1017Mpa——1.0015Mpa之間，時間l-30分鐘。 被消毒滅菌后的固態(tài)物料通過旋塞式連續(xù)出料密封閥從出料口 (16)排出。
對有機肥產(chǎn)品進行消毒滅菌處理，可提高堆肥的堆制質(zhì)量，可殺滅料堆中的有 害微生物及害蟲，確保腐熟的有機肥達到國家規(guī)定的相關(guān)衛(wèi)生標(biāo)準，這類有機肥除常規(guī) 使用外，更適宜用于家庭、賓館、餐廳的觀賞花卉栽培。
權(quán)利要求
一種微波連續(xù)加熱滅菌固態(tài)物料的方法，其特征在于，采用旋塞式連續(xù)進料密封閥和旋塞式連續(xù)出料密封閥帶壓運行和進出固態(tài)物料操作，經(jīng)多級微波連續(xù)加熱滅菌固態(tài)物料的裝置，將固態(tài)物料的溫度用微波加熱到120℃以上，物料的熱解或焦化溫度以下，使用帶壓蒸汽，其壓力在0.1017Mpa-1.0015Mpa之間用于穩(wěn)定固態(tài)物料進出口的工作汽壓，把含水固態(tài)物料連續(xù)進行加熱滅菌處理。
2. 如權(quán)利要求1微波連續(xù)加熱滅菌固態(tài)物料的方法，其特征在于，所述的帶壓蒸汽壓 力優(yōu)選0.2063Mpa-0.3653Mpa之間。
3. —種微波連續(xù)加熱滅菌固態(tài)物料的裝置，其特征在于，由多個單級裝置和帶壓無 菌空氣系統(tǒng)組成，單級裝置間通過進、出料口的法蘭進行連接，連接后的多級裝置僅在 第一級進料口和最后一級出料口處安裝旋塞式連續(xù)進料或出料密封閥，壓力與溫度傳感 器安裝在微波加熱室外管式螺旋推進器的級與級之間的連接處；固態(tài)物料的微波連續(xù)滅 菌的單級裝置由進料口、旋塞式連續(xù)進料密封閥、管式螺旋推進器、微波加熱室、出料 口、旋塞式連續(xù)出料密封閥、溫度傳感器、壓力傳感器、蒸汽發(fā)生器組成。
4. 如權(quán)利要求3微波連續(xù)加熱滅菌固態(tài)物料的裝置，其特征在于，所述的單級微波加 熱滅菌處理裝置之間根據(jù)生產(chǎn)場地或工藝流程的實際需要以不同的方位角進行連接，優(yōu) 選以90度角進行連接的三級微波連續(xù)加熱滅菌固態(tài)物料的裝置。
5. 如權(quán)利要求3至4任一項微波連續(xù)加熱滅菌固態(tài)物料的裝置，其特征在于，所述的 管式螺旋推進器由進料口、內(nèi)襯聚碳酸酯的聚四氟乙烯外管、外覆聚碳酸酯的聚四氟乙 烯的攪拌推進器、軸封、連軸法蘭、驅(qū)動器、攪拌推進器軸承、軸承密封法蘭、出料口 組成。
6. 如權(quán)利要求3至4任一項微波連續(xù)加熱滅菌固態(tài)物料的裝置，其特征在于，所述的 微波加熱室由多個微波加熱諧振腔串聯(lián)使用。
7. 如權(quán)利要求5微波連續(xù)加熱滅菌固態(tài)物料的裝置，其特征在于，所述的管式螺旋推 進器采用聚四氟乙烯、工程陶瓷、鋼化玻璃、耐熱工程塑料、飛機雷達罩材料、玻璃鋼 制備或耐火材料粘合或燒制而成。
8. 如權(quán)利要求7微波連續(xù)加熱滅菌固態(tài)物料的裝置，其特征在于，所述的管式螺旋推 進器采用聚碳酸酯對管式螺旋推進器進行內(nèi)襯外覆，管式螺旋推進器伸出在微波加熱室 外的其他部分采用不銹鋼、鋁合金等金屬材料制作。
9. 如權(quán)利要求1微波連續(xù)加熱滅菌固態(tài)物料的方法，在固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)紅曲、蛋白酶、 果膠酶、纖維素酶、檸檬酸、乙醇、乳酸、赤霉素、維生素、醬油、食醋、白酒、蛋白 飼料、Bt制劑、食用菌的生產(chǎn)過程中培養(yǎng)基進行滅菌處理中應(yīng)用。
10. 如權(quán)利要求1微波連續(xù)加熱滅菌固態(tài)物料的方法，在白藜蘆醇、人參皂甙、麻黃 素、甘草酸、紫草素中草藥有效成分提取過程中和有機肥產(chǎn)品消毒滅菌處理中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種微波連續(xù)加熱滅菌固態(tài)物料的方法及其裝置，采用旋塞式連續(xù)進料密封閥和旋塞式連續(xù)出料密封閥帶壓運行和進出固態(tài)物料操作，經(jīng)多級微波連續(xù)加熱滅菌固態(tài)物料的裝置，將固態(tài)物料的溫度用微波加熱到120℃以上，物料的熱解或焦化溫度以下，在微波滅菌固態(tài)物料的過程中采用帶壓蒸汽，其壓力在0.1017Mpa-1.0015Mpa之間，穩(wěn)定微波加熱環(huán)境的工作氣壓，能把含水固態(tài)物料連續(xù)進行加熱滅菌處理。本發(fā)明廣泛應(yīng)用于食品、釀酒、果品加工、中草藥提取及有機肥料生產(chǎn)領(lǐng)域。
文檔編號A61L2/12GK101690825SQ20091011344
公開日2010年4月7日 申請日期2009年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月10日
發(fā)明者王衛(wèi)國, 王皓, 計巧靈 申請人:新疆大學(xué)