一种连续式CO₂杀菌设备的制作方法

专利名称：一种连续式CO₂杀菌设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种连续式高密度C02杀菌设备，尤其涉及一种 用于液态食品杀菌钝酶的连续式高密度C02杀菌设备。
背景技术：
食品的腐败变质主要是由于食品中的酶以及微生物引起的，食品 及原料的杀菌灭酶使食品加工保藏过程中极其重要的操作单元。 高密度二氧化碳杀菌技术是一种新型有效的非热杀菌技术，基本
原理是将食品置于密封的处理釜中，给予高密度的C02处理，形成高
压、高酸环境，在一定的温度和压强下对食品进行处理，从而杀死微 生物和钝化酶，使食品得以长期贮藏。该技术已引起了一些发达国家 研究人员的广泛关注。中国农业大学已陆续开展了高密度二氧化碳杀
菌钝酶技术的相关研究，并且于2005年研制出一台间歇式的高密度二 氧化碳杀菌设备(ZL200520132590,X)，已投入使用中。
综观国内外已有的高密度二氧化碳杀菌灭酶装置，普遍存在处理 能力小、适用范围窄、C02无法回收利用、无法实现在线控制等问题。 整体装置的设计还有待进一步提高和优化。

实用新型内容
(一) 要解决的技术问题
本实用新型的目的是提供一种连续式高密度C02杀菌设备，该设 备能够实现C02的回收再利用以及整个试验过程的在线流动式监控， 以解决现有技术中存在的处理能力小、适用范围窄、C02无法回收利
用、无法实现在线控制的问题。
(二) 技术方案
为了达到上述目的，本实用新型采取以下技术方案
一种连续式C02杀菌设备，包括
气体发生装置，用于生成髙密度的C02,并传输给反应装置； 物料输送装置，用于输送待杀菌物料并且控制进料量； 反应装置，分别与所述气体发生装置以及所述物料输送装置连
接，用于所述C02与所述物料进行反应；
气液分离装置，与所述反应装置连接，用于分离反应后的所述
C02与所述物料；
压力控制装置，分别与所述反应装置和所述气液分离装置相连，
用于调节所述反应装置和所述气液分离装置中的压力；
气体回收净化装置，与所述气液分离装置相连，用于回收净化由
所述气液分离装置分离出来的气体；
数据采集控制装置，与所述物料控制装置及气液分离装置相连， 用于显示所述物料的流动过程并采集所述气体发生装置、物料输送装 置、反应装置以及气液分离装置中的温度和压力数据。
其中，所述气体发生装置包括 气瓶，用于储存所述C02气体；
过滤器，连接所述气瓶，用于对所述气瓶中出来的C02气体进行
过滤除菌；
低温冷却槽，连接所述过滤器，用于对过滤后的所述C02气体进
行降温液化；
高压调频泵，连接所述低温冷却槽，用于对所述液化后的co2
气体进行加压，生成高密度的C02;
预热器，连接所述高压调频泵，用于对所述高密度的C02气体加 热到设定温度。
其中，所述物料输送装置包括
物料储罐，用于储藏所述待杀菌物料；
物料增压泵，连接所述物料储罐，用于对所述物料进行加压；预热器，连接所述物料增压泵，用于对加压后的物料进行预热；
液位计，连接所述物料储罐，用于记录物料储罐中的物料量； 压力传感器，连接所述物料增压泵，用于测量所述物料的压力； 温度计，连接所述预热器，用于测量所述预热后物料的温度； 以及安全阀，与所述压力传感器相连，所述安全阀设置有极限压
力，超过极限压力时所述安全阀自动打开，进行卸压。
其中，所述反应装置包括反应器，所述反应器为管式反应器和/
或盘管式反应器。
其中，所述气液分离装置包括
高压分离器，与所述反应装置相连，用于初次分离反应后的物料
常压分离器，与所述高压分离器相连，用于对初次分离后的所述 物料进行二次分离。
其中，所述气液分离装置还包括
温度计，与所述高压及常压分离器相连，用于测量分离后的气体 和液体的温度；
液位计，与所述高压及常压分离器相连，用于测量和控制所述分 离器中的液位。
其中，所述压力控制装置还包括背压器，所述背压器及所述高压 分离器相连，用于调节所述反应器和高压分离器中的压力。 其中，所述气体回收净化装置包括
常压回流分离器，与所述高压分离器相连，用于对所述初次分离 出来的C02气体进行二次分离；
净化过滤器，与所述常压回流分离器相连，用于对经过二次分离
的C02进行净化处理。
其中，数据自动釆集控制装置包括数据采集和控制器，连接所述 压力传感器和所述温度计，用于釆集所述压力传感器和温度计显示的
数据，并且根据所釆集的数据，实现自动控制及设定加温。 (三)有益效果
本实用新型所述连续式高密度二氧化碳杀菌钝酶装置，通过采用 C02增压泵和物料输送泵、连通管道、背压器、分离器等实现了连续
式处理，设计优良，操作简便；整套设备中设计了不同的反应器，可 以选择使用或者联合使用，实现设备的多功能性，节约了实验成本； 且反应器设计优良，有利于提高杀菌效果；实现了C02的净化、回收， 能节约设备运行成本，减少空气污染；实现了实验参数和流程的在线 控制和记录，大大减少实验人员的工作量，提高工作效率，且更为科 学和客观。


图1为本实用新型连续式C02杀菌设备。
图中，1: C02气瓶；2:〇02气瓶；3:压力表；4:过滤器；5: 冷却槽；6:温度探测器；7:流量计；8: C02高压调频泵；9:单向 阀；10:预热器；11:压力传感器；12:安全阀；13:温度计；14: 物料储罐；15:液位计；16:过滤器；17:流量计；18.'物料增压泵; 19:压力传感器；20:安全阀；21:单向阀；22:预热器；23:温度 计；24:反应器；25:安全阀；26:压力传感器；27:温度计；28: 温度计；29:过滤器；30:背压器；31:高压分离器；32:液位计； 33:温度计；34:压力传感器；35:安全阀；36:电磁阀；37:常压 分离器；38:液位计；39:温度计；40:电磁阀；41:无菌柜；42: 物料接收瓶；43:常压回流分离器；44:单向阀；45:数据釆集和控 制器。
具体实施方式
以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
如图1所示，为本实用新型技术方案的流程图。
以下结合附图对
本实用新型的技术方案进行说明。
高密度C02发生装置，包括C02气瓶1， C02气瓶2、压力表3、 过滤器4、低温冷却槽5、温度探测计6、流量计7、 C02高压调频泵 8、单向闽9、预热器10、温度计13、压力传感器11和安全阀12。 C02气体(纯度为99.5%)从C02气瓶1和C02气瓶2出来，经过无 菌过滤器4过滤除菌，再经过低温冷却槽5降温液化，液化后的C02 在高压调频泵8的作用下形成较高压强的C02，期间液态C02进入高 压调频泵8的流量通过流量计7测量和控制，压力传感器11和安全 阀12接在高压调频泵8上，所述安全闳12设置有极限压力， 一旦压 力传感器11所测得的压力值超过安全阀12的极限压力，则安全阀自 动打开阀门减压。高压的C02经过单向闽9进入预热器10预热到设 定的温度，温度计13用来测定预热后C02的温度，预热后的气体进 入密封的反应器24。温度探测器6和流量计接在低温冷却槽5上， 测量所述C02的温度和压力值。所述温度探测器6、流量计7、温度 计13和压力传感器11所测得的数据传输于数据釆集和控制器45。
物料输送装置，包括物料储罐14、液位计15、过滤器16、流量 计17、物料增压泵18、压力传感器19、安全阀20、单向闽21、预 热器22、温度计23 。物料储罐14中的物料经过滤器16过滤后流 经流量计17进入物料增压泵18,在18的作用下增压并通过单向阀 21输入预热器22,经过预热后进入反应器24中进行处理。过滤器 16滤掉物料中的大颗粒杂质或异物。液位计15记录物料储罐14中 的物料量，并将数据传输给数据釆集和控制器45。压力传感器19和 温度计23分别记录和控制压力、温度，并将数据传送到数据采集和 控制器45。安全阀20设定有极限压力，超过压力则所述安全阀20 自动打开，进行卸压。
反应装置，包括反应器24、温度计27、温度计28、安全阀25、压 力传感器26。其中反应器有三组，分别为两组不同长度和内径的管式
反应器以及一组盘管式反应器。管式反应器A，内部为不锈钢管，长
500~800mm;管式反应器B,内部为不锈钢管，长800-1500mm;盘 管式反应器内置一弯曲盘管，内径为6 12mm,长8 15m。反应器24 外部有一电加热炉，电加热炉釆用了密封防爆结构的电阻加热器，由 电热板、保温层、导热层和密封型引线盒与反应釜夹套构成。反应器 24上部和中部分别连接两个电热偶温度计27和28，它能显示处理过程 中反应器24上部和中部的温度。与反应器24相连的压力传感器26显示 处理过程中的压力。安全阀25的作用同上面提到的安全阀12和安全阀 20的作用。温度计27、温度计28和压力传感器26所显示的温度和压力 数值传输到数据釆集和控制装置。
气液分离装置，包括高压分离器31、液位计32、温度计33、压力 传感器34、安全阀35、电磁阀36、常压分离器37、液位计38、温度计 39、电磁阀40。物料和C02在高压分离器31中经过初次分离后，物料 进入常压分离器37进行二次分离，而C02则进入回收净化装置，在物 料初次分离的过程中液位计32用来控制高压分离器31中的液位。压力 传感器34和温度计33分别记录和控制高压分离器31中的压力和温度， 并将数据传送到数据釆集和控制装置45;安全阀35作用同上述安全阀 25，与高压分离器相连；液位计38控制常压分离器37中的液位，并与 电磁阀36—同控制放液的频率和量。
从常压分离器37中出来的物料进入物料接收瓶42，所述物料接收 瓶42置于无菌柜41中，所述无菌柜41用来使除菌后的物料与空气隔 离，以防止物料的二次污染。
C02回收净化装置，包括高压分离器31、常压回流分离器43、单 向阀44、过滤器4。从高压分离器31中分离出来的大部分C02经管道 进入常压回流分离器43进行二次分离，最后经单向阀44汇总到净化过 滤器4,经过净化的C02在高压泵的作用和单向闽的控制下再次流向 低温冷却槽中5，并进入处理系统被再次使用。
数据自动釆集控制装置，包括数据采集和控制器45，装置的工作 流程设计在软件的界面上，可动态显示流动的过程，各参数测量点设 计一个窗口，瞬时显示各参数。通过所述数据采集和控制器45自动控 制或设定加温等，实现人机对话及无人值守。
以下以胡萝卜汁的杀菌钝酶为例，进一步阐述本实用新型连续式 高密度C02杀菌设备的工作流程
使用前打开无菌柜的消毒系统，保证处理环境的洁净和无菌；选 择管式反应器，用75%酒精对整个回路内部以及反应器进行充分消毒 并用无菌水冲洗干净，再通入适量C02气体吹净残留水分等；接着打 开电脑和数据釆集分析软件，设定温度和压强并打开电加热装置，使 反应器及预热器达到30。C;打开预热器以及反应器的进样阀门以及连 通气液分离器的各个阀门。在物料罐中装人2L胡萝卜汁；打开C02气
罐，同时启动C02增压泵和物料输送泵使得C02和物料分别进入预热
器中充分预热达到30'C。调节背压器，使反应器中压力为10MPa，高 压分离器中压力为5MPa;调节分离中上液位为200mm，下液位为 50mm。 5min后在与常压分离器相连的取样口无菌操作取100mL经过 处理的胡萝卜汁。再次调节背压器，使得反应器中压力为20MPa，高 压分离器中压力为5MPa; 5min后在与常压分离器相连的取样口无菌 操作取100mL经过处理的胡萝卜汁。再次调节背压器，使得反应器中 压力为30MPa，高压分离器中压力为5MPa; 5min后在与常压分离器 相连的取样口无菌操作取100mL经过处理的胡萝卜汁。处理完毕后，
关闭C02气罐的阀门和物料罐阀门及两个增压泵，用适量蒸馏水清洗
回路内部至洁净；最后关闭加热系统和釆集控制器以及电源。测量微 生物残存率以及酶活残存量。
以上为本实用新型的最佳实施方式，依据本实用新型公开的内 容，本领域的普通技术人员能够显而易见地想到一些雷同、替代方案， 均应落入本实用新型保护的范围。
权利要求1、一种连续式CO2杀菌设备，其特征在于，包括气体发生装置，用于生成高密度的CO2，并传输给反应装置；物料输送装置，用于输送待杀菌物料并且控制进料量；反应装置，分别与所述气体发生装置以及所述物料输送装置连接，用于所述CO2与所述物料进行反应；气液分离装置，与所述反应装置连接，用于分离反应后的所述CO2与所述物料；压力控制装置，分别与所述反应装置和所述气液分离装置相连，用于调节所述反应装置和所述气液分离装置中的压力；气体回收净化装置，与所述气液分离装置相连，用于回收净化由所述气液分离装置分离出来的气体；数据采集控制装置，与所述物料控制装置及气液分离装置相连，用于显示所述物料的流动过程并采集所述气体发生装置、物料输送装置、反应装置以及气液分离装置中的温度和压力数据。
2、 如权利要求1所述的杀菌设备，其特征在于，所述气体发生 装置包括气瓶，用于储存所述C02气体；过滤器，连接所述气瓶，用于对所述气瓶中出来的C02气体进行过滤除菌；低温冷却槽，连接所述过滤器，用于对过滤后的所述C02气体进行降温液化；高压调频泵，连接所述低温冷却槽，用于对所述液化后的co2气体进行加压，生成高密度的C02;预热器，连接所述高压调频泵，用于对所述高密度的C02气体加 热到设定温度。
3、 如权利要求1所述的杀菌设备，其特征在于，所述物料输送装置包括物料储罐，用于储藏所述待杀菌物料； 物料增压泵，连接所述物料储罐，用于对所述物料进行加压； 预热器，连接所述物料增压泵，用于对加压后的物料进行预热； 液位计，连接所述物料储罐，用于记录物料储罐中的物料量； 压力传感器，连接所述物料增压泵，用于测量所述物料的压力； 温度计，连接所述预热器，用于测量所述预热后物料的温度； 以及安全阀，与所述压力传感器相连，所述安全阀设置有极限压 力，超过极限压力时所述安全阀自动打开，进行卸压。
4、 如权利要求1所述的杀菌设备，其特征在于，所述反应装置 包括反应器，所述反应器为管式反应器和/或盘管式反应器。
5、 如权利要求4所述的杀菌设备，其特征在于，所述气液分离 装置包括高压分离器，与所述反应装置相连，用于初次分离反应后的物料和C02;常压分离器，与所述高压分离器相连，用于对初次分离后的所述 物料进行二次分离。
6、 如权利要求5所述的杀菌设备，其特征在于，所述气液分离 装置还包括温度计，与所述高压及常压分离器相连，用于测量分离后的气体 和液体的温度；液位计，与所述高压及常压分离器相连，用于测量和控制所述分 离器中的液位。
7、 如权利要求1所述的杀菌设备，其特征在于，所述压力控制 装置还包括背压器，所述背压器及所述高压分离器相连，用于调节所 述反应器和高压分离器中的压力。
8、 如权利要求1所述的杀菌设备，其特征在于，所述气体回收 净化装置包括常压回流分离器，与所述高压分离器相连，用于对所述初次分离出来的C02气体进行二次分离；和净化过滤器，与所述常压回流分离器相连，用于对经过二次分离的C02进行净化处理。
9、如权利要求3所述的杀菌设备，其特征在于，所述数据自动 采集控制装置包括数据釆集和控制器，连接所述压力传感器和所述温 度计，用于采集所述压力传感器和温度计显示的数据，并且根据所采 集的数据，实现自动控制及设定加温。
专利摘要本实用新型涉及一种连续式高密度CO₂杀菌设备，尤其是一种用于液态食品杀菌钝酶的连续式高密度CO₂杀菌设备，主要包括气体发生装置，物料输送装置，反应装置，气液分离装置，压力控制装置，气体回收净化装置及数据自动采集控制装置。整套设备实现了连续式处理，实现了设备的多功能性，节约了实验成本，实现CO₂的回收和再利用，减少空气污染，实现了在线控制和动态显示各参数的流动过程。
文档编号A23L2/42GK201188863SQ2008200807
公开日2009年2月4日 申请日期2008年5月20日 优先权日2008年5月20日
发明者吴继红, 孙志健, 廖小军, 廖红梅, 燕 张, 胡小松 申请人:中国农业大学