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超高溫滅菌係統



錄入時間:2010-11-11 9:23:11 來源:互聯網

 

  一.超高溫滅菌(Ultra High Temperature,簡稱UHT
UHT
產品是指物料在連續流動的狀態下通過熱交換器加熱至135~150,在這一溫度下保持一定的時間以達到商業無菌水平,然後在無菌狀態下灌裝於無菌包裝容器中的產品。UHT產品能在非冷藏條件下分銷,可保持相當時間而產品不變質。現在,UHT產品已從最初的牛奶拓展到了其它不同品種的飲料,如各類果汁、茶飲料等,滅菌溫度為100~135
(一).目的:殺死所有能導致產品變質的微生物,使產品能在室溫下貯 存一段時間。
(二).超高溫滅菌加工的類型:
超高溫滅菌係統所用的加熱介質大都為蒸汽或熱水,按物料與熱介質接觸與否,進一步可分為兩大類,即直接加熱係統和間接加熱係統。根據實際的生產情況,這裏主要介紹超高溫間接加熱係統,按熱交換器傳熱麵的不同又可分為板式熱交換係統及管式熱交換係統,某些特殊產品的加工使用刮板式加熱係統。
1
.板式熱交換係統
板式熱交換係統具有諸多的優點:a. 熱交換器結構比較緊湊,加熱段、冷卻段和熱回收段可有機地結合在一起。b. 熱交換板片的優化組合和形狀設計,大大提高了傳熱係數和單位麵積的傳熱量。c. 易於拆卸,進行人工清洗加熱板麵,定期檢查板麵結垢情況及CIP清洗的效果。
2
.管式熱交換係統
管式熱交換係統的優點是:a. 生產過程中能承受較高的溫度及壓力。b.有較大的生產能力。c. 對產品的適應能力強,能對高粘度的產品進行熱處理,如布丁等。
3
.板式與管式熱交換係統的比較
對兩種係統,從溫度的變化情況來看比較接近,從機械設計的角度 來看:
a.
板式熱交換器很小的體積就能提供較大的傳熱麵積,為達到同樣的傳熱量,板式加熱係統是最經濟的一種係統。
b.
管式加熱係統因其結構的特性,更加耐高溫和高壓,而板式加熱係統,則受到了板材及墊圈的限製。
c
.板式熱交換器,對加熱表麵的結垢比較敏感,因其流路較窄,垢層很快會阻礙產品的流動。為了保證流速不變,驅動壓力就會增大,但壓力的增大會受到結構特別是墊圈的限製;管式熱交換器,由於產品與加熱介質之間的溫差較大,較板式熱交換器可能更易結垢,但結垢對產品的流速沒有太大的影響,因為係統可以承受較大的內壓力,持續生產的製約因素主要是滅菌溫度,結垢層影響了傳熱效率,從而影響了滅菌溫度,造成無法進行自動控製。
d.
兩種加熱係統,由於生產過程產品結垢的影響,造成係統的不穩定,因而都要對係統進行清洗,其中包含AIC(無菌狀態中間清洗),目的是去除加熱麵上沉積的脂肪、蛋白質等垢層,降低係統內壓力,有效延長一次性連續運轉的時間;CIP(最後清洗),目的是在AIC之後對加熱係統進行徹底的清洗,恢複加熱係統的生產能力。
(三).超高溫滅菌的一些問題
1
.熱交換方式
生產過程的熱交換是以傳導和對流的方式進行,在加熱過程中存在兩種情況:
直接加熱:蒸汽通過噴射器直接均勻地射入水中,通過傳導和對流把熱量傳給水。
間接加熱:經蒸汽加熱了的熱水通過隔板加熱另一側的產品,熱量從邊界層通過隔板傳遞到另一側邊界層幾乎是完全靠傳導,進一步將熱量傳遞至產品流中心則通過傳導和對流來完成。
2
.熱交換器
用間接方法傳遞熱量的設備稱為熱交換器。熱交換器有被隔板隔開的兩個通道,熱水流過一條通道,而產品流過另一條通道。產品在熱交換器中與加熱介質存在兩種流動,一種為逆向流動,一種為並流流動,如圖:
不同的產品,特別是奶製品,對熱敏感性較強,生產過程中,當牛奶的溫度高於65時,就易產生垢層,交換器熱傳遞表麵與牛奶的溫差過大,會使牛奶中蛋白質在隔板麵形成結焦的機會增加,導致傳熱係數的下降。在滅菌段,一般熱水溫度比產品的滅菌溫度高2-3為隹。
逆向流動過程,產品在行程中逐漸被加熱,且溫度總是比同一點的加熱介質的溫度低幾度;而並流流動過程中,兩者在同一點上的溫差變化較大。在並流中,產品的最終溫度不可能比產品和加熱介質混合所獲得的溫度高。在逆向流動中,則沒有這一限製,產品可以加熱到比加熱介質進口溫度低2-3
3
.加熱過程控製
產品在加熱過程中不能有沸騰現象發生,原因有: 第一. 產品沸騰後所產生的蒸汽將占據係統流路,從而減少了產品的滅菌時間,使滅菌效率降低。第二. 產品在沸騰後,流路中由於蒸汽氣泡的作用,會產生較強的湍流現象,造成係統中流量及溫度的極不穩定。第三.產品在加工過程中,沸騰所產生的氣泡將增加產品在加熱表麵變性及結垢的機會,影響熱傳遞及產品的品質。
為了防止沸騰,在某一溫度下,產品流路的內部壓力不能小於該溫度下的飽和蒸汽壓。由於產品中主要成份為水,這個壓力與水的飽和蒸汽壓相近,如135下需保持0.2 MPa(即2 公斤壓力 kgf/cm2)的壓力以避免料液沸騰,150則需要 0.375MPa的內部壓力。根據經驗得知,為更好地防止產品在加熱時沸騰,所提供的內部壓力至少要比飽和蒸汽壓高0.1 MPa
4
.產品流速及熱水流速的控製
前麵已講過,為了減少產品在傳熱隔板麵的結垢狀況,保證產品的品質,在滅菌段,一般熱水溫度比產品的滅菌溫度高2-3為隹。為達到這一目的,產品流速及熱水流速之間要保持一個相對穩定的比例。我們知道,確定產品的流速大小由紙包機的生產能力所決定,包含包裝機的實際生產量及保證包裝機正常生產所需要的一定的回流量(如兩台6000/小時的TBA/9機,生產量為3000 L/h,從而滅菌機的產品流速定為3300~3400 L/h)。一般來說,熱水流速為產品流速的1.1~1.2倍是比較合適的。熱水流速過低,要達到設定的滅菌溫度(如牛奶為137 ), 必然要消耗更多的蒸汽,使熱水側的溫度升得更高,可能達到140以上或更高,這將會大大影響產品品質,也會增加交換器因結垢堵塞的機會,縮短了正常生產時間。

 

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