專利名稱：液態(tài)物料微波高壓快速加熱滅菌裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
“液態(tài)物料微波高壓快速加熱滅菌裝置”涉及生物工程、醫(yī)藥、食品、化工和環(huán)境工 程等技術(shù)領(lǐng)域。
二背景技術(shù)：
微波是指頻率在300MHz 300GHz范圍內(nèi)的電磁波，最早被用于軍用雷達(dá)及通訊 領(lǐng)域；后來人們發(fā)現(xiàn)，利用微波輻照物體會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)，使被輻照物的溫度迅速升高。微波 的這一特性目前已被廣泛應(yīng)用于食品及醫(yī)藥等行業(yè)，并且大量進(jìn)入了家庭，其微波發(fā)生器 及相應(yīng)控制技術(shù)已比較成熟和完善。采用傳統(tǒng)的蒸汽加熱滅菌方法，不僅加熱設(shè)備復(fù)雜，加熱時(shí)間較長(zhǎng)，熱力傳輸損耗 較大，操作麻煩，工藝過程復(fù)雜，能耗也較高，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化的在線加熱控制難度相當(dāng) 大，操作及設(shè)備運(yùn)行成本高；采用微波進(jìn)行物料的加熱滅菌是替代傳統(tǒng)滅菌方法的最佳選 擇之一，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、操作容易、能耗低、熱敏性物質(zhì)損失少、容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化連續(xù)操作等 諸多優(yōu)點(diǎn)。微波殺菌工藝過程不需要鍋爐及其附屬設(shè)備，沒有蒸汽傳輸中的熱損耗，不產(chǎn)生 廢氣與廢渣，符合當(dāng)今國(guó)家大力倡導(dǎo)的節(jié)能減排要求和產(chǎn)業(yè)化技術(shù)改造升級(jí)的相關(guān)政策要 求。在食品、制藥、農(nóng)副產(chǎn)品加工、釀造、有機(jī)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(huì)遇到物料的加熱與滅菌處理問題，通常需要加壓才能使物料的溫度達(dá)到120°C 以上，才能達(dá)到殺滅細(xì)菌芽胞的溫度，實(shí)現(xiàn)物料徹底被滅菌的目的。在現(xiàn)有的殺菌技術(shù)中， 高溫短時(shí)間殺菌的方法被證實(shí)是一種較好的殺菌方法，這種方法對(duì)滅菌物料的熱敏物質(zhì)損 壞較小，殺菌效果較好。但這種方法針對(duì)較粘稠物料與懸浮物較多的物料的殺菌效果不盡 人意，原因主要是這些物料不能快速通過狹小空間，被過熱蒸汽或熱媒快速加熱到滅菌的 溫度。在普通管道中輸送的液態(tài)物料采用蒸汽或熱媒進(jìn)行加熱時(shí)，由于導(dǎo)熱速率的原因，加 熱的均勻性及物料中心的升溫速率是影響加熱時(shí)間和效果的重要因素，對(duì)較粘稠或有懸浮 物的液態(tài)物料影響更為顯著。由于熱傳導(dǎo)需要一定的時(shí)間過程，難以在瞬間將普通管道中 輸送的這類物料快速加熱，使高溫短時(shí)間殺菌的方法在這種情況下難以應(yīng)用。微波對(duì)上述 物料的加熱方式與目前的加熱方式不同，它是利用快速震蕩的電磁波，使物料中的極性小 分子快速震動(dòng)加熱物料，能對(duì)較粘稠物料與懸浮物較多的液態(tài)物料快速加熱，使高溫短時(shí) 間殺菌的方法能夠應(yīng)用于用普通管道輸送這些物料的過程中。
三、發(fā)明內(nèi)容基于微波對(duì)在普通管道中輸送的液態(tài)物料，尤其是較粘稠或有懸浮物的液態(tài)物料 在短時(shí)間均勻快速加熱的方式與目前的加熱方式不同，它是利用快速震蕩的電磁波，使物 料中的極性小分子快速震動(dòng)加熱物料，能對(duì)較粘稠物料與懸浮物較多的液態(tài)物料快速加熱 原理，我們發(fā)明了液態(tài)物料微波高壓快速加熱滅菌裝置，有效地解決了這一難題。液態(tài)物料微波高壓快速加熱滅菌裝置的設(shè)計(jì)制造[0008]采用大口徑無縫鋼管，兩頭用開孔法蘭封閉，內(nèi)涂微波反射涂料制作微波諧振腔， 在鋼管壁上按螺旋線根據(jù)工藝要求等距開孔，作為大功率微波導(dǎo)入孔，采用等功率微波發(fā) 生器產(chǎn)生微波并用波導(dǎo)通過開孔導(dǎo)入諧振腔，這樣就可以形成一個(gè)類似圍繞同心圓柱體不 斷旋轉(zhuǎn)的微波場(chǎng)，這樣當(dāng)液態(tài)物料通過該園柱體中心部位的載料管(輸送管)時(shí)，就會(huì)被微 波能均勻的快速加熱。載料管的內(nèi)徑一般不超過300mm，外徑與管式諧振腔內(nèi)徑一致，并嵌 套于管式諧振腔內(nèi)，中心的內(nèi)管以厚壁管的形式通過諧振腔封閉法蘭的開孔引出，采用密 封和螺紋結(jié)構(gòu)與承壓的厚壁不銹鋼管連接。耐壓的微波諧振腔采用厚壁無縫鋼管為材料，按國(guó)家有關(guān)壓力容器設(shè)計(jì)和生產(chǎn)標(biāo) 準(zhǔn)制造；將微波發(fā)生器及其控制電路安裝在諧振腔外便于維修和散熱降溫，微波發(fā)生器通 過波導(dǎo)將微波輸入微波諧振腔內(nèi)。載料管采用聚四氟乙烯、聚碳酸酯、改性聚乙烯、飛機(jī)雷達(dá)罩材料、工程陶瓷、鋼化 玻璃、耐熱工程塑料、玻璃鋼及耐火材料及其復(fù)合材料制備，無內(nèi)襯或內(nèi)襯鋼化玻璃管、石
英管、聚碳酸酯管、玻璃管等。以上結(jié)構(gòu)是液態(tài)物料微波高壓快速加熱滅菌裝置的微波加熱部分，它在工作時(shí)通 常采用立式，亦可以采用臥式與斜式，采用立式的優(yōu)點(diǎn)在于加熱帶有懸浮物或較粘稠的液 態(tài)物料時(shí)，可以減少物料掛壁或沉淀結(jié)垢的現(xiàn)象發(fā)生。該裝置可以長(zhǎng)期承受以下的高壓工況條件，只要微波的功率足夠大，就可以 將瞬間通過載料管中的液態(tài)物料加熱到工藝要求的殺菌溫度，實(shí)現(xiàn)物料的快速殺菌要求， 載料管的內(nèi)壁也可以采用復(fù)合材料或內(nèi)襯，如內(nèi)襯鋼化玻璃管、石英管、聚碳酸酯管等，以 適用于不同物料的特殊要求。液態(tài)物料通過高壓泵泵入載料管，高壓泵根據(jù)物料性質(zhì)選擇，如高壓離心泵、柱塞 泵、螺桿泵、齒輪泵等。物料快速殺菌后需要快速降溫，可以在上述加熱裝置后根據(jù)工藝要求采用列管 式、板式等形式的高效換熱器，采用水、冷空氣、液氨、液氮等冷媒對(duì)物料進(jìn)行強(qiáng)制降溫。在液態(tài)物料的微波加熱殺菌過程中，我們?cè)谝簯B(tài)物料微波高壓快速加熱滅菌裝置 的進(jìn)料口、出料口，換熱器進(jìn)出料口，均采用溫度和壓力測(cè)控裝置來準(zhǔn)確測(cè)量控制微波加熱 物料的溫度與物料的壓力。采用安裝在諧振腔外的溫度和壓力測(cè)控器，在線測(cè)控被殺菌物料的溫度壓力，容 易精確控制載料管中液態(tài)物料的加熱程度，實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)殺菌的目的。載料管采用直長(zhǎng)管的形式，可以實(shí)現(xiàn)液態(tài)物料在常規(guī)輸送過程中進(jìn)行快速加熱與 殺菌處理，同時(shí)清洗十分方便，屆時(shí)有少量結(jié)垢現(xiàn)象也容易處理，尤其對(duì)于含有易沉淀懸浮 物的液態(tài)流體及較粘稠的物料，也能實(shí)現(xiàn)快速加熱殺菌的處理，這是目前傳統(tǒng)加熱殺菌方 法難以實(shí)現(xiàn)的。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，容易控制，清洗維修方便，節(jié)能減排效果好，有較廣 泛的應(yīng)用價(jià)值。
四
圖1液態(tài)物料微波高壓快速加熱滅菌裝置示意圖1、物料貯罐；2、高壓泵；3、進(jìn)料口 ；4、第一壓力測(cè)控器；5、第一溫度測(cè)控器；6、微 波諧振腔上密封法蘭；7、管式微波諧振腔；8、微波加熱器外罩；9、微波發(fā)生器；10、耐壓載料管；11、載料管中心襯管；12、微波諧振腔下密封法蘭；13、第二壓力測(cè)控器；14、第二溫度 測(cè)控器；15、冷媒引出管；16、換熱器；17、換熱器內(nèi)部列管；18、冷媒輸入管；19、物料流量控 制閥；20、第三溫度測(cè)控器；21、出料口。
五具體實(shí)施方式
1、在醬油、食醋的生產(chǎn)過程中，瓶裝和袋裝醬油、食醋在包裝前需要進(jìn)行殺菌處 理。將貯料罐(1)內(nèi)需殺菌的醬油或食醋由液壓泵( 壓入進(jìn)料口( 中，經(jīng)微波加熱室 被加熱殺菌，殺菌溫度和殺菌時(shí)間由微波加熱功率、溫度測(cè)控儀和液壓及液態(tài)物料流動(dòng)速 度調(diào)節(jié)控制，殺菌后的物料由冷卻器(16)迅速冷卻，整個(gè)冷卻過程可以分級(jí)進(jìn)行，部分冷 卻媒介可以是需要加熱殺菌的液態(tài)物料，這樣可在冷卻過程中對(duì)需殺菌的液態(tài)物料進(jìn)行預(yù) 熱，對(duì)殺菌后的物料進(jìn)行冷卻，減少能量損耗；殺菌后的液態(tài)物料進(jìn)行無菌包裝。2、在乳品加工過程中，采用我們發(fā)明的“液態(tài)物料微波高壓快速加熱滅菌裝 置”，可以對(duì)液態(tài)奶及其乳品飲料等進(jìn)行連續(xù)加熱殺菌處理；殺菌溫度和殺菌時(shí)間可由 微波加熱功率和物料流速與工作壓力調(diào)節(jié)，殺菌溫度視物料性質(zhì)及滅菌工藝要求選擇在 1200C -140°C的范圍，工作壓力一般選擇在0. IMpa-O. 37Mpa之間，時(shí)間0. 1_20分鐘，可以 實(shí)現(xiàn)高溫瞬時(shí)殺菌操作。殺菌后的液態(tài)物料進(jìn)行無菌包裝。用該方法處理液態(tài)奶及相關(guān)產(chǎn) 品，熱敏成分的損失較蒸汽殺菌方法少。3、在營(yíng)養(yǎng)飲料、口服液、藥液的生產(chǎn)過程中，采用我們發(fā)明的“液態(tài)物料微波高壓 快速加熱滅菌裝置”，可以對(duì)營(yíng)養(yǎng)飲料、口服液、藥液實(shí)現(xiàn)連續(xù)加熱殺菌處理；殺菌溫度和殺 菌時(shí)間可由微波加熱功率和物料流速與工作壓力調(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 _140°C的范圍，工作壓力一般選擇在0. IMpa-O. 37Mpa之間，時(shí)間0. 1-20分 鐘，可以實(shí)現(xiàn)高溫瞬時(shí)殺菌操作。對(duì)含熱敏物質(zhì)較多的物料進(jìn)行殺菌，采用我們發(fā)明的“液 態(tài)物料微波高壓快速加熱滅菌裝置”，其優(yōu)勢(shì)更為明顯。4、在發(fā)酵生產(chǎn)過程中，采用我們發(fā)明的“一種液態(tài)物料的微波加熱與滅菌方法及 設(shè)備”，可以對(duì)液態(tài)培養(yǎng)基實(shí)現(xiàn)連續(xù)加熱滅菌處理；滅菌溫度和滅菌時(shí)間可由微波加熱功率 和物料流速與工作壓力調(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 -140°C的 范圍，工作壓力一般選擇在0. IMpa-O. 37Mpa之間，時(shí)間0. 1-20分鐘，可以實(shí)現(xiàn)高溫瞬時(shí)滅 菌操作。該方法與傳統(tǒng)蒸汽滅菌工藝相比，滅菌時(shí)間短，對(duì)培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分破壞程度小， 同時(shí)可以不需要蒸汽鍋爐，明顯地簡(jiǎn)化了處理設(shè)備、降低了運(yùn)行成本及管理成本、減少了對(duì) 環(huán)境的污染與影響，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，是替代傳統(tǒng)培養(yǎng)基“連消塔”的首選工藝與設(shè)備。5、在果醬、番茄醬、甜面醬、煉乳等產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，采用我們發(fā)明的“液態(tài)物料 微波高壓快速加熱滅菌裝置”，可以對(duì)所述物料實(shí)現(xiàn)連續(xù)加熱殺菌處理；殺菌溫度和殺菌時(shí) 間可由微波加熱功率和物料流速與工作壓力調(diào)節(jié)，殺菌溫度視物料性質(zhì)及殺菌工藝要求選 擇在1200C -140°C的范圍，工作壓力一般選擇在0. IMpa-O. 37Mpa之間，時(shí)間0. 1-20分鐘， 可以實(shí)現(xiàn)高溫瞬時(shí)殺菌操作。
權(quán)利要求1.一種可以承受以下和高壓工況條件的液態(tài)物料微波高壓快速加熱滅菌裝置 由高壓泵、進(jìn)料口、微波諧振腔上密封法蘭、管式微波諧振腔、微波加熱器外罩、微波發(fā)生 器、耐壓載料管、載料管中心襯管、微波諧振腔下密封法蘭、熱交換器、物料流量控制閥、出 料口及溫度與壓力傳感控制器各部件組成；其特征在于耐壓的微波諧振腔采用厚壁無縫 鋼管為材料，按國(guó)家有關(guān)壓力容器設(shè)計(jì)和生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)制造；在微波諧振腔管壁上按螺旋線根 據(jù)工藝要求等距開孔，作為大功率微波導(dǎo)入孔；將微波發(fā)生器及其控制電路安裝在諧振腔 外，微波發(fā)生器產(chǎn)生的微波通過波導(dǎo)由微波導(dǎo)入孔輸入微波諧振腔內(nèi)；形成一個(gè)圍繞同心 圓柱體不斷旋轉(zhuǎn)的微波場(chǎng)；微波加熱功率按微波發(fā)生器的功率疊加原理，在線調(diào)整；載料 管采用聚四氟乙烯、聚碳酸酯、改性聚乙烯、飛機(jī)雷達(dá)罩材料、工程陶瓷、鋼化玻璃、耐熱工 程塑料、玻璃鋼及耐火材料及其復(fù)合材料制備，無內(nèi)襯或內(nèi)襯鋼化玻璃管、石英管、聚碳酸 酯管；載料管的內(nèi)徑不超過300mm，外徑與管式諧振腔內(nèi)徑一致，并嵌套于管式諧振腔內(nèi)， 中心的內(nèi)管以厚壁管的形式通過諧振腔封閉法蘭的開孔引出，采用密封和螺紋結(jié)構(gòu)與承壓 的厚壁不銹鋼管連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液態(tài)物料微波高壓快速加熱滅菌裝置，其特征在于采用安 裝在諧振腔外的溫度和壓力測(cè)控器，在線測(cè)控被殺菌物料的溫度、壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液態(tài)物料微波高壓快速加熱滅菌裝置，其特征在于它在工 作時(shí)采用立式。
專利摘要一種可以承受240℃以下和高壓工況條件的立式液態(tài)物料微波高壓快速加熱滅菌裝置，其特征是利用高壓泵將液態(tài)物料壓入載料管中，采用微波將物料快速加熱到工藝要求的溫度?？捎糜谑称?、制藥、釀造、農(nóng)副產(chǎn)品的加工、有機(jī)肥生產(chǎn)及化工領(lǐng)域里，針對(duì)液態(tài)物料的快速加熱及滅菌處理過程中。
文檔編號(hào)A61L2/12GK201906234SQ20102061700
公開日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2010年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月22日
發(fā)明者王皓, 計(jì)巧靈 申請(qǐng)人:新疆大學(xué)