專利名稱：液態物料微波高壓快速加熱滅菌裝置的制作方法
技術領域：
“液態物料微波高壓快速加熱滅菌裝置”涉及生物工程、醫藥、食品、化工和環境工 程等技術領域。
二背景技術：
微波是指頻率在300MHz 300GHz范圍內的電磁波，最早被用于軍用雷達及通訊 領域；后來人們發現，利用微波輻照物體會產生熱效應，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用于食品及醫藥等行業，并且大量進入了家庭，其微波發生器 及相應控制技術已比較成熟和完善。采用傳統的蒸汽加熱滅菌方法，不僅加熱設備復雜，加熱時間較長，熱力傳輸損耗 較大，操作麻煩，工藝過程復雜，能耗也較高，實現自動化、智能化的在線加熱控制難度相當 大，操作及設備運行成本高；采用微波進行物料的加熱滅菌是替代傳統滅菌方法的最佳選 擇之一，具有設備簡單、操作容易、能耗低、熱敏性物質損失少、容易實現自動化連續操作等 諸多優點。微波殺菌工藝過程不需要鍋爐及其附屬設備，沒有蒸汽傳輸中的熱損耗，不產生 廢氣與廢渣，符合當今國家大力倡導的節能減排要求和產業化技術改造升級的相關政策要 求。在食品、制藥、農副產品加工、釀造、有機廢物處理、固態發酵、化工、制造業等諸多 領域，經常會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到120°C 以上，才能達到殺滅細菌芽胞的溫度，實現物料徹底被滅菌的目的。在現有的殺菌技術中， 高溫短時間殺菌的方法被證實是一種較好的殺菌方法，這種方法對滅菌物料的熱敏物質損 壞較小，殺菌效果較好。但這種方法針對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物料采用蒸汽或熱媒進行加熱時，由于導熱速率的原因，加 熱的均勻性及物料中心的升溫速率是影響加熱時間和效果的重要因素，對較粘稠或有懸浮 物的液態物料影響更為顯著。由于熱傳導需要一定的時間過程，難以在瞬間將普通管道中 輸送的這類物料快速加熱，使高溫短時間殺菌的方法在這種情況下難以應用。微波對上述 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 分子快速震動加熱物料，能對較粘稠物料與懸浮物較多的液態物料快速加熱，使高溫短時 間殺菌的方法能夠應用于用普通管道輸送這些物料的過程中。
三、發明內容基于微波對在普通管道中輸送的液態物料，尤其是較粘稠或有懸浮物的液態物料 在短時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加熱物料，能對較粘稠物料與懸浮物較多的液態物料快速加熱 原理，我們發明了液態物料微波高壓快速加熱滅菌裝置，有效地解決了這一難題。液態物料微波高壓快速加熱滅菌裝置的設計制造[0008]采用大口徑無縫鋼管，兩頭用開孔法蘭封閉，內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工藝要求等距開孔，作為大功率微波導入孔，采用等功率微波發 生器產生微波并用波導通過開孔導入諧振腔，這樣就可以形成一個類似圍繞同心圓柱體不 斷旋轉的微波場，這樣當液態物料通過該園柱體中心部位的載料管(輸送管)時，就會被微 波能均勻的快速加熱。載料管的內徑一般不超過300mm，外徑與管式諧振腔內徑一致，并嵌 套于管式諧振腔內，中心的內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 封和螺紋結構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，按國家有關壓力容器設計和生產標 準制造；將微波發生器及其控制電路安裝在諧振腔外便于維修和散熱降溫，微波發生器通 過波導將微波輸入微波諧振腔內。載料管采用聚四氟乙烯、聚碳酸酯、改性聚乙烯、飛機雷達罩材料、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合材料制備，無內襯或內襯鋼化玻璃管、石
英管、聚碳酸酯管、玻璃管等。以上結構是液態物料微波高壓快速加熱滅菌裝置的微波加熱部分，它在工作時通 常采用立式，亦可以采用臥式與斜式，采用立式的優點在于加熱帶有懸浮物或較粘稠的液 態物料時，可以減少物料掛壁或沉淀結垢的現象發生。該裝置可以長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物料加熱到工藝要求的殺菌溫度，實現物料的快速殺菌要求， 載料管的內壁也可以采用復合材料或內襯，如內襯鋼化玻璃管、石英管、聚碳酸酯管等，以 適用于不同物料的特殊要求。液態物料通過高壓泵泵入載料管，高壓泵根據物料性質選擇，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、液氮等冷媒對物料進行強制降溫。在液態物料的微波加熱殺菌過程中，我們在液態物料微波高壓快速加熱滅菌裝置 的進料口、出料口，換熱器進出料口，均采用溫度和壓力測控裝置來準確測量控制微波加熱 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控器，在線測控被殺菌物料的溫度壓力，容 易精確控制載料管中液態物料的加熱程度，實現瞬時殺菌的目的。載料管采用直長管的形式，可以實現液態物料在常規輸送過程中進行快速加熱與 殺菌處理，同時清洗十分方便，屆時有少量結垢現象也容易處理，尤其對于含有易沉淀懸浮 物的液態流體及較粘稠的物料，也能實現快速加熱殺菌的處理，這是目前傳統加熱殺菌方 法難以實現的。該裝置結構簡單、緊湊，容易控制，清洗維修方便，節能減排效果好，有較廣 泛的應用價值。
四
圖1液態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、進料口 ；4、第一壓力測控器；5、第一溫度測控器；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、第二壓力測控器；14、第二溫度 測控器；15、冷媒引出管；16、換熱器；17、換熱器內部列管；18、冷媒輸入管；19、物料流量控 制閥；20、第三溫度測控器；21、出料口。
五具體實施方式
1、在醬油、食醋的生產過程中，瓶裝和袋裝醬油、食醋在包裝前需要進行殺菌處 理。將貯料罐(1)內需殺菌的醬油或食醋由液壓泵( 壓入進料口( 中，經微波加熱室 被加熱殺菌，殺菌溫度和殺菌時間由微波加熱功率、溫度測控儀和液壓及液態物料流動速 度調節控制，殺菌后的物料由冷卻器(16)迅速冷卻，整個冷卻過程可以分級進行，部分冷 卻媒介可以是需要加熱殺菌的液態物料，這樣可在冷卻過程中對需殺菌的液態物料進行預 熱，對殺菌后的物料進行冷卻，減少能量損耗；殺菌后的液態物料進行無菌包裝。2、在乳品加工過程中，采用我們發明的“液態物料微波高壓快速加熱滅菌裝 置”，可以對液態奶及其乳品飲料等進行連續加熱殺菌處理；殺菌溫度和殺菌時間可由 微波加熱功率和物料流速與工作壓力調節，殺菌溫度視物料性質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，時間0. 1_20分鐘，可以 實現高溫瞬時殺菌操作。殺菌后的液態物料進行無菌包裝。用該方法處理液態奶及相關產 品，熱敏成分的損失較蒸汽殺菌方法少。3、在營養飲料、口服液、藥液的生產過程中，采用我們發明的“液態物料微波高壓 快速加熱滅菌裝置”，可以對營養飲料、口服液、藥液實現連續加熱殺菌處理；殺菌溫度和殺 菌時間可由微波加熱功率和物料流速與工作壓力調節，殺菌溫度視物料性質及滅菌工藝要 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，時間0. 1-20分 鐘，可以實現高溫瞬時殺菌操作。對含熱敏物質較多的物料進行殺菌，采用我們發明的“液 態物料微波高壓快速加熱滅菌裝置”，其優勢更為明顯。4、在發酵生產過程中，采用我們發明的“一種液態物料的微波加熱與滅菌方法及 設備”，可以對液態培養基實現連續加熱滅菌處理；滅菌溫度和滅菌時間可由微波加熱功率 和物料流速與工作壓力調節，殺菌溫度視物料性質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，時間0. 1-20分鐘，可以實現高溫瞬時滅 菌操作。該方法與傳統蒸汽滅菌工藝相比，滅菌時間短，對培養基的營養成分破壞程度小， 同時可以不需要蒸汽鍋爐，明顯地簡化了處理設備、降低了運行成本及管理成本、減少了對 環境的污染與影響，容易實現自動化操作，是替代傳統培養基“連消塔”的首選工藝與設備。5、在果醬、番茄醬、甜面醬、煉乳等產品的生產過程中，采用我們發明的“液態物料 微波高壓快速加熱滅菌裝置”，可以對所述物料實現連續加熱殺菌處理；殺菌溫度和殺菌時 間可由微波加熱功率和物料流速與工作壓力調節，殺菌溫度視物料性質及殺菌工藝要求選 擇在1200C -140°C的范圍，工作壓力一般選擇在0. IMpa-O. 37Mpa之間，時間0. 1-20分鐘， 可以實現高溫瞬時殺菌操作。
權利要求1.一種可以承受以下和高壓工況條件的液態物料微波高壓快速加熱滅菌裝置 由高壓泵、進料口、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，按國家有關壓力容器設計和生產標準制造；在微波諧振腔管壁上按螺旋線根 據工藝要求等距開孔，作為大功率微波導入孔；將微波發生器及其控制電路安裝在諧振腔 外，微波發生器產生的微波通過波導由微波導入孔輸入微波諧振腔內；形成一個圍繞同心 圓柱體不斷旋轉的微波場；微波加熱功率按微波發生器的功率疊加原理，在線調整；載料 管采用聚四氟乙烯、聚碳酸酯、改性聚乙烯、飛機雷達罩材料、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合材料制備，無內襯或內襯鋼化玻璃管、石英管、聚碳酸 酯管；載料管的內徑不超過300mm，外徑與管式諧振腔內徑一致，并嵌套于管式諧振腔內， 中心的內管以厚壁管的形式通過諧振腔封閉法蘭的開孔引出，采用密封和螺紋結構與承壓 的厚壁不銹鋼管連接。
2.根據權利要求1所述的液態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控器，在線測控被殺菌物料的溫度、壓力。
3.根據權利要求1所述的液態物料微波高壓快速加熱滅菌裝置，其特征在于它在工 作時采用立式。
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。可用于食品、制藥、釀造、農副產品的加工、有機肥生產及化工領域里，針對液態物料的快速加熱及滅菌處理過程中。
文檔編號A61L2/12GK201906234SQ20102061700
公開日2011年7月27日 申請日期2010年11月22日 優先權日2010年11月22日
發明者王皓, 計巧靈 申請人:新疆大學